Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Макроструктура строительных материалов

Макроструктура строительных материалов



На макроскопическом уровне структуру материалов рассматривают, если размеры частичек составляют свыше 10в-4 м. Макроструктуру изучают невооруженным глазом или при незначительном увеличении. При этом можно определить особенности строения и дефектов материалов, обусловленных процессами их формирования, производства и эксплуатации (например, дефекты литейного происхождения у металлов, пороки древесины, пузырьки и посторонние включения в стекле, трещины и раковины в бетоне).
Изучение макроструктуры материалов конгломератного типа дает возможность определять относительное количество вяжущих материалов и заполнителей, их распределение, а иногда и минералогический состав, размер и форму зерен, характер поверхности, форму и количество макропор и т.п.
Макроструктура строительных материалов

В ряде случаев сложные многокомпонентные структуры можно свести на макроуровне к двухкомпонентным. Например, макроструктуру бетона можно рассматривать как систему цементный камень - заполнитель (иногда под макроструктурой бетона понимают систему цементно-песчаный раствор - щебень), а макроструктуру ситаллов - как систему стекловидное связующее - кристаллический наполнитель. Двухкомпонентные структуры можно разделить на параллельно и последовательно составленные (рис. 2.24). Однако наиболее часто встречаются смешанные параллельно-последовательные структуры.
Макроструктура строительных материалов

Конгломератные двухкомпонентные структуры (рис. 2.25) разделяют на три группы (по И.М. Грушко) в зависимости от степени раздвижки зерен заполнителя. Если структура материала с базальной цементацией, то зерна заполнителей не образуют контакты между собой, они как бы плавают в связующей массе. Свойства материала при такой макроструктуре обусловлены преимущественно свойствами связующей матричной части. Заполнители, действуя как концентраторы напряжений, могут ухудшать механические свойства конгломерата. По мере насыщения структуры зернами заполнителя образуется плотный каркас, склеенный тонкой прослойкой искусственного или природного вяжущего. Такую структуру называют поровой. Она благоприятна как с точки зрения расхода вяжущего, так и придания материалам необходимых технических свойств.
Контактная структура характеризуется максимальным насыщением материала, когда вяжущего недостаточно для заполнения пустот между зернами заполнителя, и в ряде случаев, для образования сплошной оболочки на их поверхности.
Показателем макроструктуры является коэффициент упаковки зерен:
Макроструктура строительных материалов

где lпр - проекция расстояния между центрами соседних зерен; D - диаметр зерен (при разном диаметре зерен D = r1+r2, где r1 и r2 - радиусы соседних зерен).
При Ку>0 зерна заполнителя разделены прослойкой вяжущего; при Ky=0 - вступают в контакт; при Ку<0 - защемляются, то есть заходят одно за другое (рис. 2.26).
Макроструктура строительных материалов

Расчетом можно показать, что плотности укладки шарообразных зерен, размещенных рядами и в шахматном порядке в единице объема, существенно отличаются (рис. 2.27). В первом случае количество шаров, которые можно уложить в единице объема nv = n3=l/D3, объем шаров Vш = (nvπD3)/6 = π/6; во втором соответственно: n'v = 4/3D3, V'ш = n'vπD3/6 = 2π/9.
Объем пустот при расположении зерен-шаров рядами:
Макроструктура строительных материалов

в шахматном порядке:
Макроструктура строительных материалов

Макроструктуры различаются также абсолютными и относительными размерами зерен. Предельные размеры зерен для мелко-, средне- и крупнозернистых структур могут быть разными в зависимости от вида материала. Например, структуры горных пород относятся к мелкозернистым, если размеры зерен меньше чем 2 мм, бетонов - 5 мм; к среднезернистым - соответственно 2-5 мм и 5-20 мм; к крупнозернистым - свыше 5 и 20 мм.
По степени равномерности распределения зерен выделяют равномерно- и неравномернозернистые структуры. Типичными разновидностями неравномернозернистых структур являются порфировые структуры, характеризуемые наличием в материале стекловидной или тонкозернистой основной массы, в которой рассеяны отдельные крупные кристаллы - вкрапленники. Такие структуры имеют излившиеся горные породы, ряд конгломератных материалов искусственного происхождения.
Макроструктура строительных материалов

Структура строительных материалов с течением времени изменяется под влиянием процессов, обусловленных как внутренней их природой, так и окружающей средой. Эти процессы могут быть конструктивными, улучшающими структуру и свойства материала, и деструктивными. Так, развитие новообразований в процессе гидратации повышает прочность бетонов, улучшает ряд других свойств, но вместе с тем под влиянием агрессивных факторов окружающей среды происходят коррозионные процессы, которые имеют разрушительный характер. Высокая долговечность материала достигается при формировании такой его структуры, при которой влияние деструктивных процессов становится минимальным. Характерным примером направленного формирования такой структуры является образование в бетоне с помощью добавок ПАВ воздушных пор, равномерно распределенных во всем объеме. Такие поры предотвращают увеличение давления воды, которое возникает при ее замерзании, а также уменьшают капиллярное подсасывание воды вследствие гидрофобизации поверхности капилляров.
На развитие деструктивных процессов влияют дефекты структуры материалов - открытые, крупные поры, трещины и т.п. Опаснейшими порами являются капилляры, заполненные водой.
Трещины - элементы структуры строительных материалов, которые можно рассматривать как нарушения их сплошности. Они имеют две свободных поверхности, которые смыкаясь, образуют острую вершину. Трещины разделяют на технологические и эксплуатационные. Причинами зарождения трещин могут быть объемные деформации материалов и их отдельных компонентов, температурные и влажностные градиенты, осмотические явления, коррозионные воздействия среды эксплуатации и др. Трещины могут возникать вследствие механической, электрохимической, термической или других видов обработки материалов.
Каждый вид трещин проходит определенную эволюцию. Зарождение трещин связывают, как правило, с перемещением и видоизменением дислокаций в кристаллических решетках. Условие распространения трещин в поликристаллических материалах выражается уравнением Гриффитса-Орована:
Макроструктура строительных материалов

где σ - напряжение; E - модуль упругости; v - эффективная энергия разрушения; dcp - средний размер кристаллита.
В соответствии с теорией Гриффитса рост трещин должен быть энергетически выгодным процессом, т.е. распространение должно сопровождаться уменьшением внутренней энергии материалов. Освобождающаяся энергия деформации пропорциональна квадрату длины трещины. Критическая длина трещины, при превышении которой возможен ее рост, уменьшается с ростом напряжений в материале. Трещины, существенно снижая прочность материалов, являются "воротами агрессии". В особенности опасны трещины в хрупких материалах и в конструкциях, которые поддаются циклической погрузке. Трещины выявляют с помощью визуального обзора, ультразвуковой и магнитной дефектоскопии, люминесцентных жидкостей, просвечивания и др.
Особенности структуры материалов на всех структурных уровнях оказывают определяющее влияние на их строительнотехнические свойства. При получении строительных материалов с заданными свойствами необходимо учитывать принцип их полиструктурности, заключающийся в том, что различные виды структур от атомно-молекулярной до макроструктуры переходят и проникают друг в друга, активно влияя на формирование свойств, т.е. отношение материалов к воздействию физикомеханических и физико-химических факторов окружающей среды.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent