Физические-химические свойства строительных материалов

Для правильной и полной оценки материалов при их изготовлении, выборе и эксплуатации в конструкциях необходимо знать и учитывать их химические и физико-химические свойства.
Химические свойства выражают степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами внешней среды и способность сохранять постоянными состав и структуруматериала в условиях инертной окружающей среды.
Некоторые материалы склонны к самопроизвольным внутренним химическим изменениям в обычной среде.
Ряд материалов проявляет активность при взаимодействии с кислотами, водой, щелочами, растворами, агрессивными газами и т. д. Химические превращения прогекают также при технологических процессах производства и применения материалов.
Химическая стойкость — свойство материалов противостоять разрушающему действию химических реагентов — кислот, щелочей, растворенных в воде солей и газов.
Она зависит от состава и структуры материалов. Так, мрамор, известняки, цементный камень в строительных растворах и бетонах, в химическом составе которых преобладает оксид кальция (СаО), легко разрушаются кислотами, но стойки к действию щелочей.
Силикатные материалы, содержащие в основном диоксид кремния (ЗЮа), стойки к действию кислот, но взаимодействуют при повышенной и нормальной температуре со щелочами.
Медленное или быстрое изменение структуры материала под влиянием внешней агрессивной среды называют коррозией. Она бывает химическая, электрохимическая, биологическая.
Коррозионная стойкость — свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию среды.
Распространенной и благоприятной средой для развития химической коррозии является вода (пресная и морская). Агрессивность воды зависит от степени ее минерализации, жесткости, щелочности или кислотности.
На развитие коррозионных процессов влияют растворенные в воде соли (сульфаты, хлориды и др.) и газы. Химически агрессивной средой является также воздух, содержащий пары оксидов азота, хлора, сероводорода и т. д.
Особым видом коррозии является биокоррозия — разрушение материалов под действием живых организмов - грибов, насекомых, растений, бактерий и микроорганизмов. К коррозии относят также «старение» пластмасс — изменение их химического состава и структуры под воздействием ультрафиолетовых лучей солнца и искусственных источников света, кислорода воздуха и повышенных температур.
Коррозия опасна не столько изменением химического состава, сколько структуры и физико-механических свойств материалов.
Кислоте- и щелочестойкость — свойство материала не разрушаться под действием кислот и щелочей.
Кислоты весьма агрессивны к металлам, штукатурке, бетону, ряду осадочных горных пород, силикатному кирпичу.
Кроме минеральных агрессивны также органические кислоты — уксусная, масляная, молочная.
Агрессивны к бетону и другим материалам растворы сахара, патока, фруктовые соки и т. д. Кислотостойкими материалами являются некоторые природные камни — диабаз, базальт, андезит, гранит, но и они разрушаются плавиковой кислотой. Кислотостойки плотная керамика, стекло и большинство материалов из пластмасс. Из щелочей весьма агрессивны концентрированные растворы едкого кали и каустической соды.
Щелочестойкими должны быть пигменты, применяемые для цветной штукатурки и различных окрасок по бетону, цементным и известковым штукатуркам, содержащим известь — сильную щелочь.
Нещелочестойкие пигменты врастворах и окрасках быстро обесцвечиваются.
Газостойкость — свойство материала не вступать во взаимодействие с газами окружающей среды.
Строительные материалы должны быть стойкими к сероводороду, углекислоте и другим газам.
Пигменты, в состав которых входят свинец и медь, чернеют под влиянием сероводорода. Между тем взаимодействие гидрата оксида кальция, находящегося в бетоне, штукатурке, силикатном кирпиче, с углекислым газом воздуха способствует увеличению прочности этих материалов.
Важно отметить, что большинство строительных материалов не обладает химической и коррозионной стойкостью.
Так, почти все цементы, бетоны и строительные растворы плохо сопротивляются действию кислот; битумы сравнительно быстро разрушаются под действием концентрированных растворов щелочей; древесина не стойка к действию тех и других.
Многие соли, особенно образующие в воде щелочную и кислую среду, достаточно агрессивны. Растворы солей разрушают материалы также из-за кристаллизации в их порах.
Из физико-химических свойств важны в первую очередь дисперсность, гидрофильность и гидрофобность.

Дисперсность — тонкость помола — характеристика твердых частиц и капель жидкости.
Ряд строительных материалов — цементы, гипсовые вяжущие, молотая известь, цименты, эмульсии, находятся в дисперсном (тонкоизмельченипм) состоянии.
Внутренняя энергия и химическая активность.
Например, цемент обычного помола при удельной поверхности примерно 3000 см/г химически связывает за двое суток твердения 10...13% воды, а очень тонкого помола при удельной поверхности примерно 100 см2 — 16...18 %.
Такой цемент быстрее твердеет, обладает высокой прочностью, называется быстротвердеющим.
Гидрофильность (любовь к воде) — свойство материала хорошо смачиваться водой.
Если капля воды растекается по поверхности материала, т. е. когда вода смачивает материал, он является гидрофильным. Это бетон, строительный раствор, камни, керамика, древесина, металлы.
Гидрофильность характерна для неорганических материалов, имеющих полярное строение молекул.
Гидрофобность (боязнь воды) — свойство материала не смачиваться водой.
Вода на поверхности гидрофобных материалов не растекается, а собирается в виде капель.
Гидрофобность характерна для органических материалов, имеющих неполярное строение молекул. Примерами гидрофобных материалов и веществ являются битумы, полимеры, масла, парафин.
Для придания гидрофобности гидрофильным материалам их поверхность обрабатывают гидрофобными веществами. Бумага, картон — материалы гидрофильные, после пропитки или обработки их поверхности маслом они станопятся гидрофобными, вода их не смачивает, капли воды скатываются с их поверхности.
Для гидрофобизации некоторых строительных материалов применяют кремнийорганические жидкости. В технологии строительных материалов примером использования принципа гидрофобизации является создание гидрофобного цемента. Он долго хранится без комкования и потери прочности от соприкосновения с влагой из воздуха.

Виды деформации. Понятие о прочности строительных материалов

Материалы и готовые изделия при действии нагрузок деформируются. Деформация - это изменение формы материала или изделия под действием нагрузок. Этот процесс зависит от величины и вида нагрузки, внутреннего строения, формы и характера расположения частиц.

Деформация происходит за счет изменений в строении и расположении молекул, их сближения и удаления, что сопровождается изменением сил притяжения и отталкивания. При действии на материал нагрузок им противодействуют внутренние силы, называемые силами упругости. От соотношения внешних сил и сил упругости зависит величина и характер деформации материала.

Деформацию различают:

обратимая;

необратимая;

Обратимая деформация - деформация, при которой тело после снятия нагрузки полностью восстанавливается.

Если тело после снятия нагрузки не возвращается в свое первоначальное положение, то эта деформация называется необратимой (пластическая).

Эластическая деформация - когда размеры и формы тела после снятия нагрузки восстанавливаются в течение длительного периода. Понятие эластической деформации применимо в основном к высокомолекулярным органическим соединениям, входящим в состав кожи, каучука, состоящим из данных молекул с большим числом звеньев. Она сопровождается обычно тепловыми явлениями, поглощением или выделением тепла, что связано с явлениями трения между молекулами и их комплексом. Эластическая деформация больше упругой.

Эластические деформации имеют значение при использовании одежды, особенно спортивной, с этим связано сминание и распрямление тканей. Ткани, проявляющие эластическую деформацию, характеризуются повышенной носкостью.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: