Химические свойства строительных материалов.

Химические свойства материала характеризуют его способность к химическим превращениям под влиянием веществ (воздействий), с которыми он находится в соприкосновении, а также способность сохранять постоянными состав и структуру материала 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 солей, агрессивными газами и т. д.

Химические превращения протекают также во время технологических процессов производства и применения материалов.

Химическая (коррозионная) стойкость - свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию среды (жидкой, газообразной, твердой) или физических воздействий (облучение, электрический ток).

При контакте с агрессивной средой в структуре материала происходят необратимые изменения, что вызывает снижение его прочности и преждевременное разрушение конструкции.

Основными агрессивными агентами, вызывающими коррозию строительных материалов, являются: пресная и соленая вода, минерализованные почвенные воды, растворенные в дождевой воде газы от промышленных предприятий и автомашин. На промышленных предприятиях коррозию строительных материалов часто вызывают более сильные агенты: растворы кислот и щелочей, расплавленные материалы и горячие газы.

Металлы и сплавы подвергаются коррозии под действием сред, не проводящих электрический ток, например некоторых газов при высокой температуре, нефтепродуктов, содержащих органические кислоты. Такую коррозию металлов называют химической. Чаще металлы, в том числе стальная арматура железобетонных конструкций, испытывать разрушительное действие коррозии в средах, проводящих электрический ток, - водных растворах солей, кислот, щелочей. В этом случае возникает электрохимическая коррозия.

Особым видом коррозии является биокоррозия - разрушение материалов под действием живых организмов (например, грибков, микробов). Биокоррозия - это не только гниение органических материалов (древесины, бумаги и др.), но и разрушение бетона и металла продуктами жизнедеятельности поселившихся на них микроорганизмов. Изменение структуры и химического состава пластмасс под влиянием внешней среды называется старением. Наиболее вредные воздействия на пластмассы оказывают солнечное облучение, кислород воздуха и повышенные температуры.

Химическая активность - это свойство материалов подвергаться химическим превращениям под влиянием воды, температуры, солнечной радиации или при взаимодействии с другими веществами.

Химические превращения наблюдаются при хранении и технологическом использовании материалов, а также в период эксплуатации строительных конструкций. Например, длительное хранение во влажной атмосфере вызывает гидратацию и снижение активности цемента. В итоге получается так называемый лежалый цемент, сильно уступающий по качеству свежеизготовленному.

Химическая активность таких материалов, как вяжущие вещества или минеральные добавки, зависит не только от их состава и строения, но и от тонкости измельчения.

10.Экономические требования к строительным материалам.

В технических заданиях-заказах промышленности на разработку и производство новых видов строительных материалов и изделий обязательными параметрами, регламентирующими экономические требования заказчика к продук­ции отрасли, являются лимитная цена и долговечность. Лимитная цена на строительные материалы (изделия) выражает предельно допустимый уровень затрат с учетом важнейших технико-экономических показателей новой продукции, предназначенной для замены ранее освоенной или в дополнение к ней. Эти расчеты ведут экономисты с участием технологов по производству данной продукции. Архитектор задает ее основные параметры, виды отделки, основные типоразмеры и т.п. Высокая прочность, долговечность, огнестойкость материалов для основных несущих конструкций зданий и сооружений настолько важны, что ради их обеспечения, в определенных условиях, можно полностью пренебречь эстетическими (или иными) свойствами, восполнив их в процессе строительства дополнительной отделкой, облицовкой и т.п.

11.Эстетические требования к строительных материалов.

Эстетические требования к форме, цвету, рисунку и фактуре поверхности строительных материалов и изделий, также определяемые, в основном, их назначением и областью применения, выделены в отдельную группу. Поми­мо названных объективных факторов эти требования не свободны от общего художественного замысла проекта и даже от субъективного мнения авто­ра-архитектора. Однако пренебрежение объективными факторами в угоду субъективным может привести к отри­цательным последствиям. Например, требования к цвету отделочного мате­риала для внутренней отделки стен производственного здания опреде­ляются не только стремлением гармо­нично решить интерьер, но и создать в нем благоприятные светотехнические условия, обеспечивающие достаточную освещенность, психофизиологический комфорт и, в конечном счете, высокую производительность труда.

Сформулировать эстетические тре­бования даже к определенной труппе строительных материалов или изделий, объединенных общей областью приме­нения в конструкциях или отделке зда­ний,- задача чрезвычайно сложная и методически недостаточно разрабо­танная. По этой причине при класси­фикации архитектурно-строительных требований к промышленной продук­ции эстетические требования иногда не выделяют в отдельную группу, а объе­диняют их с функциональными, нор­мируя лишь показатели светлоты, цве­тового тона и насыщенности цвета некоторых отделочных материалов.

Ошибочно полагать, что эстетиче­ские требования должны предъявлять­ся только к отделочным материалам. В наименьшей степени они распростра­няются на проектирование формы, профиля сечения, характер обработки Лицевой поверхности и другие пара­метры многих изделий для несущих и ограждающих конструкций.

Классификация горных пород.

Горные породы представляют собой скопление минеральных масс, состоящих из одного или нескольких минералов. Например, гранит состоит из трех минералов - полевых шпатов, кварца и слюды, а известняк - из одного кальцита. Процентное содержание минералов в горной породе определяет ее состав. Форма, размеры и взаимное расположение минералов в горной породе обусловливают ее структуру. Минералогический состав и структура, в свою очередь, определяют свойства горной породы.

Минералом называют однородное по составу, строению и свойствам твердое тело, образовавшееся в результате сложных физико-химических процессов, происходящих в земной коре. Горные породы, состоящие из одного минерала, называются мономинеральными, а состоящие из нескольких минералов - полиминеральными. Содержащиеся в составе горных пород минералы разделяют на породообразующие и второстепенные. Первые, примерно 40...50 минералов, участвуют в образовании горных пород и обусловливают их свойства; вторые встречаются в них только в виде примесей. Основными породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты, карбонаты и сульфаты.

По химическому составу минералы могут быть: простыми веществами (сера, графит); оксидами и гидрооксидами; солями различных кислот (хлориды - каменная соль; сульфаты - гипс; карбонаты - кальцит) и наиболее распространенными в природе сложными соединениями - силикатами и алюмосиликатами различных металлов (полевые шпаты, слюды, асбест).

По происхождению горные породы делятся на магматические (изверженные), осадочные и метаморфические (видоизмененные).

Метаморфические (видоизмененные) породы образуются в природе в результате изменения состава и строения осадочных и изверженных пород. Текстура метаморфических пород может быть сланцеватой (глинистые сланцы) и массивной (мрамор и кварциты).

Магматические (первичные) породы образовались в результате застывания и кристаллизации магмы – расплавленной массы преимущественно силикатного состава, образуют глубинах земной коры. К таким породам относятся граниты, сиениты, габбро и др.

Осадочные породы образовались в результате разрушения горных пород (механические отложения) и биологического (органогенные породы) или химического (химические осадки) преобразования природного минерального сырья. Песчаники, Мел.

13.Основные породообразующие минералы горных пород.

К числу минералов, называемых породообразующими, относятся кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, сульфаты и железистомагнезиальные минералы. От минералогического состава горных пород в значительной степени зависят их строительные свойства.

• ГРУППА КВАРЦА

В наибольшем количестве в земной коре (литосфере) содержится свободный кремниевый ангидрид или кремнезем SiC₂. В состав большинства минералов он входит в виде силикатов — химических соединений с основными окислами. Свободный природный кристаллический кремнезем встречается в виде кварца — одного из наиболее распространенных в земной коре.

В природе встречается минерал опал аморфной структуры, представляющий собой гидрат кремнезема. Аморфный кремнезем.

• ГРУППА АЛЮМОСИЛИКАТОВ

Второе место после кремнезема занимает в земной коре глинозем - Свободный глинозем в природе встречается в виде минералов корунда и других глиноземистых минералов.

Корунд — один из наиболее твердых минералов. Его используют для производства высокоогнеупорных материалов, он является ценным абразивом.

Другой глиноземистый материал—диаспор — представляет моногидрат глинозема Н₂О и содержит 85%. Диаспор входит в состав бокситов.

Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами, называемых алюмосиликатами. Наиболее распространенными в земной коре алюмосиликатами являются полевые шпаты, которые составляют по весу более половины всей массы литосферы. К этой же группе минералов относятся слюды и каолиниты. Различают ортоклаз или калиевый полевой шпат и плагиоклазы.

Слюды представляют собой водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Наиболее часто встречаются следующие виды слюд: калиевая (мусковит) железистомагнезиальная (биотит), вермикулит.

Каолинит или водный алюмосиликат представляет собой продукт выветривания изверженных и метаморфических горных пород.

• ГРУППА ЖЕЛЕЗИСТО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИЛИКАТОВ

Наиболее распространенными породообразующими минералами железисто-магнезиальной группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

Пироксены, из семейства которых наиболее часто встречаются авгиты.

К амфиболам относится роговая обманка.

• ГРУППА КАРБОНАТОВ

В осадочных горных породах наиболее часто встречаются породообразующие карбонатные минералы (карбонаты), важнейшие из них — кальцит, магнезит и доломит.

• ГРУППА СУЛЬФАТОВ

Сульфатные минералы (сульфаты), так же как и карбонаты, часто встречаются в осадочных горных породах; важнейшие из них — гипс и ангидрит.

 

Изверженные горные породы.

Первичные или изверженные горные породы в зависимости от того, где остывала магма, делятся на глубинные и излившиеся.

Глубинные породы (интрузивные) образовались в результате остывания магмы на большой глубине от поверхности земли в условиях высокой температуры и высокого давления.

Излившиеся породы (эффузивные) образовались в результате остывания магмы, излившейся в виде лавы, на поверхность земли (новейшие породы) или близко к поверхности в виде жил (древние породы) при давлениях и температурах, мало отличавшихся от существующих на поверхности земли.

• ГЛАВНЕЙШИЕ ГЛУБИННЫЕ ПОРОДЫ

К числу главнейших глубинных пород, применяемых в строительстве, относятся гранит, сиенит, лабрадорит, габбро и диорит.

• ГЛАВНЕЙШИЕ ИЗЛИВШИЕСЯ ПОРОДЫ

Порфиры подразделяются на кварцевый порфир — аналог гранита, бескварцевый порфир — аналог сиенита и порфирит — аналог диорита. Строительные свойства порфиров близки к свойствам глубинных пород, но вследствие неравномерности структуры и наличия «вкрапленников» (чаще крупные зерна полевого шпата) стойкость их против выветривания ниже и верхние слои в месторождениях часто бывают выветрившимися. Порфиры значительно слабее сопротивляются истиранию, чем глубинные породы.

Диабаз (аналог габбро).

К новейшим излившимся породам относятся трахит, андезит и базальт.

Кроме указанных выше массивных пород к изверженным горным породам относятся обломочные — продукт переотложения и цементации рыхлого материала, выбрасываемого вулканами; они разделяются на рыхлые —- вулканические пеплы, песок, пемза и цементированные — вулканические туфы, трассы, туфовая лава.

Вулканическими пеплами называют неправильной формы порошкообразные частицы вулканической лавы, выброшенной в раздробленном состоянии; более крупные частицы называют вулканическими песками.

Осадочные горные породы.

В составе литосферы на долю осадочных пород приходится лишь около 5 %, однако они занимают до 75 % площади поверхности Земли. Характерным для осадочных пород является слоистость залегания (их называют пластовыми) и в большинстве случаев более пористое строение и меньшая прочность, чем у плотных магматических пород. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяют на три группы: механические отложения (обломочные), химические осадки, органогенные отложения.

Механические отложения (рыхлые и цементированные) образовались в результате разрушения других пород под воздействием процесса выветривания (действие воды, ветра, колебаний температуры, замораживания и оттаивания и других атмосферных факторов). В результате даже самые прочные массивные магматические породы разрушаются, образуя обломки разных размеров: глыбы, куски и более мелкие частицы.

Наряду с механическими разрушениями в результате взаимодействия составных частей горных пород с веществами, находящимися в окружающей среде, может происходить химическое разрушение. Так, полевые шпаты под действием воды, содержащей диоксид углерода, разрушаются, образуя водные силикаты алюминия, в частности минерал каолинит — водный кремнезем и углекислые соли калия, натрия, кальция:

Продукты разрушения остаются на месте или чаще переносятся водными потоками, ветром, ледниками в другие места и после осаждения образуют рыхлые скопления пластов обломочных осадочных пород (песка, глины, гравия, природного щебня). Некоторые из них в последующем подвергаются цементированию природными цементами, выпавшими в толще рыхлых осадков из омывающих их растворов, образуя сплошные (сцементированные) горные породы различной плотности (песчаники, конгломераты, брекчии).

Химические осадки образовались в результате выпадения в осадок веществ, перешедших в состав водных растворов в процессе разрушения горных пород. Они являются следствием изменения условий среды, взаимодействия растворов различного состава и испарения (гипс, ангидрит, магнезит, доломит, известковые туфы).

Органогенные отложения — породы, образующиеся в результате отложения отмирающего растительного мира и мелких животных организмов водных бассейнов. Многие морские организмы при жизни извлекают из воды соли кальция, растворенный кремнезем для построения своих скелетов, раковин, панцирей, стеблей. После отмирания, осаждаясь на дно и уплотняясь, они образуют пластовые отложения органогенных пород. Для строительных целей используют мел, известняки разных видов, диатомиты и трепелы.