« 21 »  07  20 15 г.




Строение и свойства материалов

Строение и свойства материалов строения, состава и свойств материалов Строение и свойства Знание строения строительного материала необходимо для понимания его свойств и в конечном итоге для решения практи­ческого вопроса, где и как применить материал, чтобы получить наибольший технико-экономический эффект. Строение материала изучают на трех уровнях: 1 макрострук­тура материала - строение, видимое невооруженным глазом; 2 микроструктура материала - строение видимое в оптический микроскоп; 3 внутреннее строение веществ, составляющих мате­риал, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного анализа, электронной микроскопии и т. Макроструктура твердых строительных материалов может быть следующих типов: конгломератная, ячеистая, мелкопорис­тая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая порошкообразная. Искусственные конгломераты - это обширная группа, объе­диняющая бетоны различного вида, ряд керамических и других материалов. Ячеистая структура характеризуется наличием макропор, свойственных газо- строение и свойства материалов пенобетонам, ячеистым пластмассам. Мелкопористая структура свойственна, например, керамиче­ским материалам, поризованным способами высокого водозатворения и введением выгорающих добавок. Волокнистая структура присуща древесине, стеклопласти­кам, изделиям из минеральной ваты и др. Ее особенностью явля­ется резкое различие прочности, теплопроводности и других свойств вдоль и поперек волокон. Слоистая структура отчетливо выражена у рулонных, лис­товых, плитных материалов, в частности у пластмасс со слоистым наполнителем бумопласта, текстолита и др. Рыхлозернистые материалы - это заполнители для бетона, зернистые и порошкообразные материалы для мастичной тепло­изоляции, засыпок и др. Кристаллические и аморфные формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того строение и свойства материалов вещества. Примером служит кристаллический кварц и различные аморфные формы кремнезема. Кристаллическая фор­ма всегда более устойчива. Чтобы вызвать химическое взаимодействие между кварцевым песком известью, в технологии силикатного кирпича применяют автоклавную обработку отфор­мованного сырца насыщенным водяным паром с температурой не менее 175°С и давлением 0,8 МПа. Между тем трепел аморфная форма диоксида кремния вместе с известью после затворения водой образует гидросиликат кальция при нормальной темпера­туре 15-25°С. Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую форму. В строительстве применяют поликристаллические каменные материалы, в которых разные кристаллы ориентированы беспо­рядочно. Строение и свойства материалов материалы рассматриваются как изотропные по своим строительно-техническим свойствам. Исключение со­ставляют слоистые каменные материалы гнейсы, сланцы и др. Внутреннее строение веществ, составляющих материал, опре­деляет механическую прочность, твердость, тугоплавкость и дру­гие важные свойства материала. Кристаллические веществавходящие в состав строительного материала, различают по характеру связи между частицами, об­разующими пространственную кристаллическую решетку. Она может быть образована: нейтральными атомами одного и того же элемента, как в алмазе, или различных элементов, как в Si0 2 ; ионами разноименно заряженными, как в СаСО зили одноимен­ными, как в металлах ; целыми молекулами кристаллы льда. Ковалентная связь осуществляется обычно электронной па­рой, образуется в кристаллах простых веществ алмаз, графит и в кристаллах некоторых соединений из двух элементов кварц, кар­борунд, другие карбиды, нитриды. Такие материалы выделяются очень высокой механической прочностью и твердостью, они весьма тугоплавки. Распростра­ненные строительные материалы этого типа гипс и ангидрид имеют невысокую прочность и твердость, не водостойки. Молекулярные кристаллические решетки и соответствующие им молекулярные связи образуются преимущественно в кристал­лах тех веществ, в молекулах которых связи являются ковалентными. Кристалл этих веществ строение и свойства материалов из целых молекул, кото­рые удерживаются друг около друга сравнительно слабыми вандер-ваальсовыми силами межмолекулярного притяжения как в кристаллах льда. При нагревании связи между молекулами легко разрушаются, поэтому вещества с молекулярными решетками обладают низкими температурами плавления. Силикаты, занимающие особое место в строительных мате­риалах, имеют сложную структуру, обусловившую их особенно­сти. Так, волокнистые материалы асбест состоят из параллель­ных силикатных цепей, связанных между собой положительными ионами, расположенными между цепями. Ионные силы слабее ковалентных связей внутри каждой цепи, поэтому механические воздействия, недостаточные для разрыва цепей, разделяют такой материал на волокна. Пластинчатые минералы слюда, каолинит состоят из силикатных групп, связанных в плоские сетки. Состав и свойства Строительный материал характеризуется химическим, мине­ральным и фазовым составом. Химический состав строительных материалов позволяет су­дить о ряде свойств материала: огнестойкости, биостойкости, механических и других технических характеристиках. Химиче­ский состав неорганических веществ цемента, извести и др. Основные и кислотные оксиды химиче­ски связаны между собой и образуют минералы, которые и опре­деляют многие свойства материала. Фазовый состав материала и фазовые переходы строение и свойства материалов, нахо­дящиеся в его порах, оказывают влияние на все свойства и пове­дение материала при эксплуатации. В строение и свойства материалов выделяют твер­дые вещества, образующие стенки пор, т. Если вода, являющаяся компонентом этой системы, замерзает, то образовавшийся в по­рах лед изменяет механические и тепломеханические свойства материала. Увеличение же объема замерзающей в порах воды вызывает внутренние напряжения, способные разрушить матери­ал при повторных циклах замораживания и оттаивания. Они не обладают прочностью истинных композитов, но в строение и свойства материалов состоят из строение и свойства материалов же композитов: матрицы и упрочнителя. Строительные материалы на основе неорганических и органи­ческих вяжущих веществ иногда объединяют названием искусст­венные конгломераты в отличие от строение и свойства материалов конгломератов, имеющихся в земной коре. Природные искусственные конгло­мераты образуются с обязательным цементированием полизерни­стых и другого вида заполнителей наполнителей - волокнистых, пластинчатых, посредством первичных связей химических, элек­трических, металлических и т. Свойства строение и свойства материалов в первую очередь обусловливаются сцеплением склеиванием связующего с заполнителем. В отсутст­вии такового компоненты материала образуют механическую смесь и проявляют независимо друг от друга индивидуальные свойства. Неорганические и органические вяжущие обладают опреде­ленными клеющими способностями их функции состоят в склеивании в единое целое отдельных зерен, частиц, образуя конгломерат. Поэтому все вяжущие можно считать клеями. Склеивание определяется двумя факторами: адгезией - прочностью сцепления клея и материала и когезией - прочностью самого клея. Нарушение склеивания может произойти по причине слабой адгезии или когезии или же самого склеиваемого материала. В местах склейки возникает контактный слой, толщина которого у полимерных клеев равняется долям микрона, а у минеральных 20-50 строение и свойства материалов. Адгезия может быть специфической и механической. Специ­фическая адгезия объясняется различными видами физико-химических связей; механическая - шероховатостью поверхности, строение и свойства материалов напряжениями, защемлением, вызывающим трение и др. Адгезия в чистом виде выявляется при нормальной 6 отрываю­щей силе, вызывающей нормальные напряжения. Строение и свойства материалов адге­зияя возможна только при совершенном контакте клея со склеи­ваемыми поверхностями. При этом большое значение имеет чис­тота поверхности, хорошая ее смачиваемость, шероховатость - что увеличивает площадь контакта. Строение и свойства материалов минеральных клеев наилучшими адгезионными свойствами обладают растворимое стекло, магнезиальный цемент, затем портландцемент и глиноземистый; худшими - пуццолановый и шлакопортландцемент, строительный гипс известь. В полимерных клеях адгезионные качества определяются функциональными группами, входящими в состав молекул: на­пример, гидроксильная - ОН, карбоксильная - СООН, нитрильная - CN и др. Немаловажную роль при этом играют режим по­лимеризации, ряд физико-химических и технологических факторов строение и свойства материалов их различные сочетания повышенное давление, температу­ра, горячее прессование и т. Высокими адгезионными свойст­вами обладают эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические и другие смолы. На долю искусственных конгломератов ориентировочно при­ходится 90% строительных материалов, примерно 10% приходит­ся на металлические и деревянные материалы. Но в соответствии с теориями о кристаллитом строении мелкие кристаллы, не имеющие ясно выраженной формы эти материалы имеют струк­туры также сходные с конгломератами. Они содержат «заполни­тель» в виде кристаллов и «вяжущую часть» - своеобразные аморфные вещества. Таким образом, большинство строительных материалов мож­но отнести к композиционным материалам, так как в них имеют­ся в том или ином виде матрица и упрочняющий компонент. Причем последний может быть как дисперсно-упрочняющим, так и волокнистым. По условиям застывания среди магматических горных пород различают два основных типа: эффузивные вулканические, излившиесязастывшие на дневной поверхности в результате излияния магмы в виде лавы при вулканических извержениях; интрузивные глубинные строение и свойства материалов, застывшие в толще земной коры среди других горных пород. Эффузивные горные породы вследствие быстрого застывания обычно мелкозернисты и частично, а иногда полностью состоят из стекла. Часто в них встречаются более крупные кристаллы вкрапленники. Интрузивные горные породы, застывающие медленно в глубинах земной коры, обладают полнокристаллической, более крупнозернистой структурой. Магматические горные породы обычно сложены силикатами. Их главной строение и свойства материалов частью является кремнезём SiO2по содержанию которого магматические горные породы разделяются на ультраосновные Строение и свойства материалов 75%. Магматические породы, не содержащие силикаты например, карбонатитыочень редки. Соответственно изменяется состав минералов в выделенных группах. Ультраосновные породы пироксениты, дуниты, оливины сложены только оливинами и пироксенами, в основных габбро, базальты к ним присоединяется кальциевый плагиоклаз. В кислых породах граниты, липариты, дациты уменьшается содержание магнезиально-железистых и кальциевых силикатов, и появляются щелочные полевые шпаты и кварц. К средним породам относятся главным образом полевошпатовые породы с небольшой примесью железомагнезиальных минералов диориты, андезиты. В зависимости от содержания щелочей в каждой группе выделяют породы нормального и щелочного ряда щелочные граниты, нефелиновые сиениты, 8 фонолиты. В последних появляются щелочные силикаты эгирины, щелочные амфиболы, фельдшпатоиды. С различными типами связаны и различные полезные ископаемые. Например, с кислыми магматическими породами - олово, вольфрам, золото; с основными - титаномагнетит, медь; с ультраосновными - хром, платина, никель и т. Магматические горные породы могут использоваться как строительные артикские туфы, лабрадориты и др. Гипс хорошо связывает различные заполнители: шлак, камыш, опилки, бумагу. Для понижения объемной массы и теплопроводности изделий в гипсовое тесто можно вводить порообразователи, затворять его избытком воды. Гипсовые бетоны обладают недостатками, ограничивающими их широкое применение: малой водостойкостью, значительной объемной деформацией, вызывающей строение и свойства материалов гипсовых армированных изделий; арматура в строение и свойства материалов подвергается коррозии. Перечисленные недостатки гипсобетона могут быть частично устранены путем введения в него извести, гидравлических добавок совместно с цементом. При добавке некоторых полимеров можно придать гипсу свойство несмачиваемости и повысить его строение и свойства материалов. Гидрофобно-пластифицирующие добавки и вибрационное уплотнение позволяют резко снизить водогипсовое отношение, значительно повысить прочность и водостойкость изделий. Интенсивные свойства приобретает гипс, затворенный водным раствором карбамидной смолы. Изделия из такого гипса, высушенные при температуре 60-70°С, обладают высокой прочностью и водонепроницаемостью. Изделия на основе гипса строение и свойства материалов армировать древесиной, камышом, рубленым стекловолокном, стеклянными прядями и нетканым стекловолокнистым полотном. Армировать гипсовые детали металлом можно при условии покрытия арматуры коррозиеустойчивыми лаками либо применять арматуру из стекловолокна. Особое значение приобретает гипс в производстве изделий. Из гипса изготовляют камни для стен, панели, перегородочные плиты, сухую штукатурку, архитектурные детали, теплоизоляционные изделия. Гипсобетонные камни изготовляют из гипсового теста строение и свойства материалов заполнителями 10 шлаком, кирпичным щебнем, керамзитом, отходами ракушечника, рубленым камышом, кукурузной кочерыжкой, подсолнуховым стеблем, древесной щепой, корой, опилками и др. Стеновые камни арболит целесообразно изготовлять на высокопрочном гипсе или гипсоцементно-пуццолановом вяжущем с заполнителем из дробленых отходов древесины или с корой. Стена из арболита толщиной 25 см по термосопротивляемости эквивалентна стене из кирпича толщиной 51 см. Внутренние стены из гипсобетона на обычном гипсе допускается устраивать в промышленных, жилых и культурно-бытовых зданиях и сооружениях с относительной влажностью воздуха в помещениях не более 60%; наружные стены - при условии обработки наружной поверхности слоем с повышенной водоустойчивостью. Пустотелые гипсобетонные камни применяют также для несущего заполнения междубалочных пространств блоки наката. Гипсовые панели и плиты. К индустриальным сборным элементам на основе гипса относят перегородочные панели, а также плиты под покрытия полов, плиты для перегородок и для наката. Панели перегородок изготовляют высотой, равной высоте этажа, и шириной на комнату или часть комнаты. Гипсобетонные панели делятся по назначению - на межкомнатные и межквартирные; по конструкции - на глухие и с проемами, на армированные деревянными реечными каркасами и неармированные. Изготовляют панели в вертикальных формах или на горизонтальных строение и свойства материалов на прокатном стане. На прокатном стане панели изготовляют из смеси гипса, опилок, песка 1:1:1 в объемных частях с водогипсовым отношением 0,57-0,6. Размеры панелей: длина 1,5-6, высота 2,4-3,1 м, толщина 8-12 см. На прокатном стане изготовляют также плиты на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего, которые применяют в 11 строение и свойства материалов стеновых панелей наружных стен, санитарных кабин и как строение и свойства материалов под полы. Производство гипсовых панелей заключается в следующем. На строение и свойства материалов резиновую ленту укладывают реечный каркас, снабженный металлическими петлями для захвата. Специальный укладчик подает на каркас гипсобетонную смесь, которая прокатывается между лентами. Отформованная панель движется по промежуточному конвейеру до кантователя; за этот период гипс твердеет. Далее панель из горизонтального положения кантуют в вертикальное и направляют в сушильную камеру. Гипсовые плиты применяют строение и свойства материалов устройства ненесущих перегородок в строение и свойства материалов, где предотвращено систематическое увлажнение. Изготовляются такие плиты с добавкой в гипсовое тесто древесной массы, асбестоцементных отходов и др. Гипсовые плиты, армированные драночной сеткой, реечным каркасом, камышом, могут применяться в качестве наката в перекрытиях. Гипсовые листы, иначе называемые сухой штукатуркой, изготовляют в виде гипсового сердечника, оклеенного картоном, либо в виде гипсоволокнистых тонких листов. Гипсовые листы применяют в строительстве для отделки внутренних каменных и деревянных поверхностей, а также как материал для строение и свойства материалов филенок дверей. Гипсовые листы, склеенные в несколько слоев битумной мастикой, применяют для устройства оснований под рулонные кровли и подготовки под полы. Гипсовые листы выпускают длиной 2700-3300, шириной 1200, толщиной 8-10 мм. Процесс производства гипсовой сухой штукатурки, оклеенной картоном, состоит из таких основных операций: приготовления гипсового раствора; подачи и распределения раствора на нижнем слое бумаги, раскатываемой из рулона и движущейся на конвейере; накладки верхнего бумажного слоя на гипсовый сердечник; подрезки, подклейки и загиба боковых краев нижнего листа для закрытия кромки; разрезки сырых затвердевших листов на конвейере длиной 160 м сушки листов в конвейерном сушиле; передачи на склад и выдачи листов на строительство. Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода 70-80%, водорода 10-15%, серы 2-9%, строение и свойства материалов 1-5%, азота 0-2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов их соеди­нений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма строение и свойства материалов. Так, в них могут строение и свойства материалов смеси углеводородов метанового и нафтенового рядов их кислородных, сернистых и азо­тистых производных. Все многообразие соединений, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла. Твердая часть битума - это высокомолекулярные углеводороды их производные с молекулярной массой 1000-5000, плотностью более 1, объединенные общим названием "асфальтены". В асфальтенах содержатся карбены, растворимые только в ССI 4 и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды-парафины. Смолы представляют собой аморфные вещества темно- коричневого цвета с молекулярной массой 500-1000, плотностью около 1. Масляные фракции битумов состоят из различных углево­дородов с молекулярной массой 100-500, плотностью менее 1. По своему строению битум представляет коллоидную систему, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой явля­ются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в виде частиц размером 18-20 мкм, являются ядрами, каждое из них окруже­но оболочкой убывающей плотности - от тяжелых смол к маслам. Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соот­ношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальгенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости биту­ма. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размяг­чаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойст­ва обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных строение и свойства материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве. Устойчи­вость при нагревании характеризуется: потерей массы при нагрева­нии пробы битума при 160°С в течение 5 ч не более 1% и темпера­турой вспышки 230-240°С в зависимости от марки. Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений в битуме не более 0,2-0,3% по массе. Электроизоляци­онные свойства используют при устройстве изоляции электро­кабелей. От содер­жания поверхностно-активных полярных строение и свойства материалов в органическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами порошкообразными строение и свойства материалов, мелким и крупным заполнителем. Старение - процесс медленного изменения состава и свойств би­тума, сопровождающийся строение и свойства материалов хрупкости и снижением гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких состав­ляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется строение и свойства материалов Ньютона. Твер­дые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязко- упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одно­временно возникает упругая обратимая и пластическая необратимая составляющие деформации. Наиболее важным строение и свойства материалов является хи­мическая стойкость битумов и битумных материалов к действию аг­рессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, ме­таллов и других строительных материалов. Битумные материалы хо­рошо сопротивляются действию щелочей с концентрацией до 45%фосфорной кислоты до 85%а также серной с концентрацией до 50%соляной до 25% и уксусной до 10% кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, а также при дейст­вии концентрированных растворов кислот особенно окисляющих. Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широ­ко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др. Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью. Твердость находят по глубине проникания в битум строение и свойства материалов в деся­тых долях миллиметра прибора - пенетрометра. Температуру строение и свойства материалов определяют на приборе "кольцо и шар", помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре на­греваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым битумом. Связь строения, состава и свойств материалов…………………. Строительные материалы — композиты………………………………………. Материалы на основе гипса……………………………………………….




Вера Попова

Закономерности охлаждения отливок в литейных формах..........