Materiały budowlane - systematyka i uwarunkowania właściwości użytkowych

Transkrypt

1 Materiały budowlane - systematyka i uwarunkowania właściwości użytkowych

2 Kompozyty Większość materiałów budowlanych to materiały złożone tzw. KOMPOZYTY składające się z co najmniej dwóch składników występujących w postaci odrębnych faz.

3

4 Podział materiałów budowlanych Materiały budowlane dzieli się na dwie duże grupy: materiały nieorganiczne i materiały organiczne. W obrębie tych grup kryterium dalszego podziału jest rodzaj wiązań chemicznych w tych materiałach występujących.

5 Materiały nieorganiczne materiały kamienne (występują wiązania atomowe spolaryzowane i jonowe) metale (występują wiązania metaliczne)

6 Materiały organiczne drewno (wiązania atomowe) wyroby bitumiczne (wiązania atomowe) tworzywa sztuczne (wiązania atomowe)

7 Materiały kamienne naturalne i sztuczne profilowe (kostki, płyty itp.) ziarniste (kruszywa) niewypalane (betony, materiały wiążące) betony (zaprawy) wypalane (ceramika budowlana, szkło budowlane, wełna mineralna, klinkier itp.)

8 Wyroby bitumiczne Materiały bitumiczne to smoły będące produktami przeróbki węgla kamiennego i drewna oraz asfalty otrzymywane z ropy naftowej.

9 Budowlane tworzywa sztuczne Głównymi składnikami budowlanych tworzyw sztucznych są polimery, modyfikatory oraz wypełniacze mineralne.

10 Polimery Polimer to substancja wielkocząsteczkowa, zbudowana z szeregu identycznych elementów (monomerów), o masie cząsteczkowej powyżej 10 4 atomowych jednostek masy.

11 Polimery ze względów użytkowych dzielimy na: termoplasty (linowa budowa łańcucha, miękną wraz z podwyższeniem temperatury), duroplasty (przestrzennie usieciowane, wraz z podwyższeniem temperatury nieodwracalnie twardnieją), elastomery (częściowo usieciowane materiały kauczukopodobne),

12 Modyfikatory polimerów Substancje dodawane do polimerów w celu zmodyfikowania ich pierwotnych właściwości np. środki antyelektrostatyczne, przeciwutleniacze, barwniki itp.

13 Budowlane tworzywa sztuczne Znajdują zastosowanie jako materiały wykładzinowe, hydro-, chemo-, termo- i dźwiękoszczelne oraz materiały wiążące (spoiwa) i elementy konstrukcyjne.

14 O właściwościach materiałów budowlanych decydują: natura chemiczna pierwiastków z których są zbudowane, rodzaj występujących wiązań chemicznych, stan skupienia i struktury nadcząsteczkowe, makrostruktura tekstura, zjawiska powierzchniowe na powierzchniach międzyfazowych i zewnętrznych układu.

15 Nawet niewielkie zmiany strukturalne w danych warunkach mogą decydować o istotnych cechach substancji lub materiału.

16 Tylko 18 na 10 4 milionów cząsteczek wody ulega dysocjacji a decyduje to o stanie równowagi w procesach dysocjacji i hydrolizy w roztworach wodnych, a w konsekwencji decyduje o zjawisku korozji zbrojenia w żelbetonie.

17 Nawet 1 na atomów umieszczony niewłaściwie w sieci krystalicznej może decydować o obniżonej wytrzymałości mechanicznej stali.

18 Ponad 70 % materiałów budowlanych to: metale budowlane zawierające wiązania metaliczne, tlenki niemetali (np. SiO 2 ) o wiązaniach atomowych spolaryzowanych, tlenki metali (np. CaO, Al 2 O 3 ) o wiązaniach jonowoatomowych silnie spolaryzowanych, sole słabych i mocnych kwasów (np. CaCO 3, CuSO 4 ) o wiązaniach jonowych lub jonowo-atomowych.

19 Rodzaj utworzonych wiązań chemicznych tak dalece różnicuje właściwości, że może stanowić podstawę podziału materiałów budowlanych.

20 Wyróżnia się następujące rodzaje wiązań wewnątrzcząsteczkowych: jonowe atomowe metaliczne pośrednie (atomowo-jonowe)

21 Wiązania jonowe Tworzą się między atomami różnych pierwiastków metali i niemetali w wyniku przekazania elektronu (np. NaCl).

22 Wiązania atomowe Powstają pomiędzy atomami pierwiastków niemetalicznych o zbliżonej tub takiej samej elektroujemności w wyniku utworzenia wspólnej pary elektronów.

23 Wiązania metaliczne Tworzą się zazwyczaj pomiędzy atomami tego samego pierwiastka metalu w wyniku oddziaływań bardzo dużej liczby swobodnych elektronów i dodatnich rdzeni atomowych.

24 Materiały o wiązaniach metalicznych: dzięki obecności gazu elektronowego cechują się wysokim połyskiem, nieprzeświecalnością, dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym dzięki łatwości przemieszczania rdzeni atomowych w gazie elektronowym cechują się plastycznością (kowalnością) i dużą wytrzymałością mechaniczną

25 Materiały o wiązaniach jonowych: mają wysokie temperatury wrzenia i topnienia, dobrze rozpuszczają się w wodzie łatwo ulegają zniszczeniu pod obciążeniem mechanicznym ( rozsypują się )

26 Wraz ze wzrostem udziału wiązania atomowego: na ogół wzrasta twardość materiałów, rośnie temperatura topnienia materiałów, maleje rozpuszczalność w wodzie, obniża się reaktywność chemiczna

27 Właściwości układów jednorodnych Właściwości chemicznie jednorodnych substancji (pierwiastki, związki chemiczne) są zdefiniowane w danych warunkach przez rodzaj substancji.

28 Właściwości układów niejednorodnych Właściwości chemicznie układów niejednorodnych (rozproszonych) są wypadkową oddziaływań addytywnych, zależną od udziału poszczególnych składników, ich cech oraz efektów synergicznych wynikających ze wzajemnego oddziaływania składników.

29 Materiały niejednorodne (np. kompozyty budowlane) faza rozproszona faza rozpraszająca

30 Kompozyty budowlane można podzielić w zależności od fazy rozproszonej na zawierające: wypełniacz włóknisty laminaty (np. powłoki z laminatów epoksydowo szklanych stosowane jako wykładziny antykorozyjne na betonie), wypełniacz ziarnisty kompozyty betonopodobne (np. zaprawy i betony cementowe lub żywiczne), wypełniacz mieszany (np. drutobeton) zaprawy lub betony zbrojone ciętym włóknem stalowym

31 Każdy materiał budowlany (również metal i szkło) zawiera pewną ilość porów, różniąc się przy tym ich zawartością, wielkością i kształtem oraz wzajemnym ich połączeniem (ciągła lub nieciągła faza porowata).

32 Pory mogą być: przypadkowe (obecne w materiale na skutek jego przypadkowych wad lub wynikające z naturalnych właściwości), celowo wprowadzone w procesie wytwarzania (np. materiały dźwięko- i cieplnoizolacyjne).

33 Obecność porów w materiale budowlanym: zmniejsza szczelność (wnikanie cieczy i gazów), wpływa na mrozoodporność (wzrasta w przypadku mikroporów a obniża się w przypadku makroporów), zmniejsza odporność chemiczną materiału, zmniejsza gęstość, zwiększa rozszerzalność cieplną, obniża przewodnictwo cieplne, pogarsza cechy mechaniczne.