СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Строительные материалы-композиты

К композитам можно отнести многие строительные материалы: бетон и железобетон, строительные растворы, фибробетон, асбесто­цемент, древесностружечные и древесноволокнистые плиты и др. Они не обладают прочностью истинных композитов, но в принципе состоят из тех же компонентов: матрицы и упрочнителя.

Теория композиционных материалов заключается прежде всего в понимании композита как системы с несколькими структурными уровнями, скомпонованными через поверхности раздела в единый монолит — конгломерат (от лат. conglomerates — уплотненный, смесь).

Строительные материалы на основе неорганических и органиче­ских вяжущих веществ иногда объединяют названием искусствен­ные конгломераты в отличие от природных конгломератов, имею­щихся в земной коре. Природные и искусственные конгломераты образуются с обязательным цементированием полизернистых и дру­гого вида заполнителей (наполнителей) — волокнистых, пластинча­тых, посредством первичных связей (химических, электрических, ме­таллических и т. п.) или вторичных веществ — вяжущих (связующих).

Свойства конгломерата в первую очередь обусловливаются сце­плением (склеиванием) связующего с заполнителем. В отсутствие такового компоненты материала образуют механическую смесь и проявляют независимо друг от друга индивидуальные свойства.

Неорганические и органические вяжущие обладают определен­ными клеющими способностями, и 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 склеива­
ния 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 мк.

Адгезия может быть специфической и механической. Специфи­ческая адгезия объясняется различными видами физико-химических связей; механическая — шероховатостью поверхности, усадочными напряжениями, защемлением, вызывающим трение, и др. Адгезия в чистом виде выявляется при нормальной отрывающей силе, вызы­вающей нормальные напряжения. Высокая адгезия возможна только при совершенном контакте клея со склеиваемыми поверхностями: При этом большое значение имеет чистота поверхности, хорошая ее смачиваемость, шероховатость — что увеличивает площадь контакта.

У минеральных клеев наилучшими адгезионными свойствами обладают растворимое стекло, магнезиальный цемент, затем порт­ландцемент и глиноземистый; худшими — пуццолановый и шлако­портландцемент, строительный гипс и известь. Строительные рас­творы на портландцементе с высоким содержанием 2Ca0 Si02 пока­зывают сцепление несколько выше, чем портландцемент с обычным минералогическим составом или с высоким содержанием 3Ca0 Si02.

В полимерных клеях адгезионные качества определяются функ­циональными группами, входящими в состав молекул: например, гидроксильная — ОН, карбоксильная — СООН, ширильная — CN и др. Немаловажную роль при этом играют режим полимеризации, ряд физико-химических и технологических факторов и их различные сочетания (повышенное давление, температура, горячее прессование и т. п.). 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 кристаллитном 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.

Для матрицы применяют цемент, известь, гипс, битум, керами­ку, полимеры и др. Матрицей могут быть и более сложные материа­
лы, уже являющиеся композитами: строительный раствор, бетон, где матрица — цементный камень, упрочняющий компонент — мелкий и крупный заполнитель. При армировании этих композитов получа­ют как бы новые композиты — армоцемент и железобетон соответ­ственно. Этот композит имеет двойное и тройное упрочнение, то есть, как отмечалось выше, системы с несколькими структурными уровнями. Исходя из этих предпосылок строительные материалы можно классифицировать как композиты.