Состав материалов

 

Состав строительного материала может быть охарактери- зован:

· химическим составом;

· минеральным или фазовым составом;

· вещественным составом.

 

Химический состав отражает содержание в материале хи- мических элементов или их оксидов в процентах.

По химическому составу материалы подразделяются на:

· органические – состоящие, главным образом, из угле- водородов (битумы, дегти, древесина, полимеры);

· неорганические, которые подразделяются на:

− неметаллические (или минеральные) – горные по- роды, керамические, бетонные;

− металлические.

Многие минеральные материалы называются силикатными

из-за высокого содержания SiO2в химическом составе.

Химический состав органических материалов принято вы- ражать процентным содержанием химических элементов. На- пример, химический состав битума:

 

С – 70–87 % S – до 1,5 %

Н – до 15 % N – менее 1 % О – до 10 %

 

Химический состав неорганических материалов принято выражать процентным содержанием оксидов. Примеры хими-

ческого состава некоторых широко используемых строительных материалов представлены в табл. 2.1.

 

 

 

Химический состав материалов

Таблица 2.1

Горная порода мрамор (чистый, без примесей)	Обычное оконное стекло	Портландцемент- ный клинкер*
СаО – 56 % СО2– 44 %	SiO2– 71–72 % Na2O – 14–15 %; СаО – 6,5–7 % MgO – 4 % Al2O3– 2 %	СаО – 64–67 % SiO2 – 21–25 % Al2O3– 4–8 % Fe2O3– 2–4 %; MgO < 5 %

 

*Портландцементный клинкер – это основной компонент портландцемента, который получают по технологической схеме:

 

Сырье: карбонатная

горная порода (СаСО3) – (известняк, мел) –75–78 %

+

глинистая порода –22–25 % (алюмосиликат)

(глина, глинистый сланец)

 

 

® тонкий помол ®

обжиг ® ПЦ клинкер

 

ПЦ клинкер + гипс (+ добавки) ® помол ® цемент.

 

Химический состав материалов влияет на свойства. Органические материалы способны гореть, неорганиче-

ские – не горят, но при нагревании многие материалы способны

расплавляться. Металлические материалы проводят электриче- ский ток.

Изменяя химический состав материала, можно изменять его свойства.

Например, изменение химического состава стеклянных расплавов позволяет изменять свойства получаемых из него стекол:

– увеличение содержания SiO2приводит к увеличению тугоплавкости, механической прочности и термостойкости стекла;

– увеличение содержания PbO приводит к увеличению бле- ска и светопреломления стекла.

– введение соединений фтора и фосфора приводит к тому, что стекло становится непрозрачным.

Минеральный состав показывает, в какие минералы соеди- нены химические элементы в материале и каково их содержание в процентах.

Например, горная порода мрамор, главным образом, состо- ит из одного минерала – кальцита с формулой СаСО3, поэтому ее называют мономинеральной. Свойства этого минерала будут во многом определять свойства горной породы – невысокую твердость (царапается ножом), разрушение под действием рас- творов кислот.

В портландцементном клинкере оксиды образуют следую- щие основные минералы:

 

Трехкальциевый силикат (алит) 3СаО·SiO2(С3S) 40–65 % Двухкальциевый силикат (белит) 2СаО·SiO2(С2S) 15–40 % Трехкальциевый алюминат 3СаО·Al2O3(С3А) 3–15 %

Четырехкальциевый алюмоферрит

4СаО·Al2O3·Fe2O3(С4АF)

 

10–20%

Таблица 2.2 Свойства минералов цементного клинкера

Мине- ралы	Актив- ность	Тепловыделе- ние при взаи- модействии с водой	Прочность, создаваемая при тверде- нии	Стойкость к коррозии
С3S алит	Взаимо- действует с водой ак- тивно, бы- стро твер- деет	Высокое	Высокая	Понижен- ная
b-С2S белит	Медленно взаимо- действует с водой, медленно твердеет	Низкое	В ранние сроки – низкая, при длительном твердении – высокая	Высокая
С3А	Очень ак- тивно взаимо- действует с водой, бы- стро твер- деет	Очень высокое	Низкая	Низкая
С4АF	Средняя	Среднее	Средняя	Высокая

 

Изменяя химический состав сырьевой смеси, можно изме- нять содержание того или иного минерала в клинкере и изме- нять тем самым свойства цемента. Таким образом получают бы- стротвердеющие, высокопрочные портландцементы, цементы с низким и высоким тепловыделением, сульфатостойкие и др.

Фазовый состав – это содержание и соотношение кристал- лических и аморфных веществ, воздушных пор, микротрещин и пор, заполненных водой. Фазой называют однородную часть системы, обладающую одинаковым составом, физическими и химическими свойствами и отделенную от других частей систе-

мы поверхностью раздела, т.е. любой минерал можно рассмат- ривать как отдельную фазу.

Для многих материалов говорить о химическом или мине- ральном составе не имеет смысла, поскольку они состоят из не- скольких веществ, каждое из которых может иметь свой доста- точно сложный химический и минеральный состав.

Вещественный состав характеризует содержание различ- ных веществ в композиционном материале, получаемом смеши- ванием нескольких веществ (материалов), каждый из которых при этом не будет изменять ни своего состава, ни строения.

Например, портландцемент кроме клинкера содержит до- бавку природного гипса (двуводного сульфата кальция СаSО4·2Н2О) –для регулирования сроков схватывания, а также очень часто активную минеральную добавку (доменный грану- лированный шлак, вулканические пеплы, пемзы, осадочные горные породы диатомит, трепел). Добавки позволяют сэконо- мить клинкер и повысить стойкость бетонов на таких цементах к коррозии. Содержание трех компонентов – это и есть вещест- венный состав цемента. Например:

 

Портландцемент ПЦ Д0 (без актив- ных минеральных добавок)

 

 

Портландцемент ПЦ Д20 (с актив- ными минеральными добавками)

клинкер –95–93 % гипс –5–7 %

 

клинкер –90–73 % гипс –5–7 %

АМД –5–20 %

 

 

 

Шлакопортландцемент ШПЦ

клинкер –75–15 % гипс –5–7 %

АМД –20–80 %

 

Вещественный состав бетонной смеси показывает содержа- ние в ней цемента, мелкого (песка) и крупного (щебня или гра- вия) заполнителя и воды. Состав бетонной смеси часто выра-

жают не в процентах, а в частях по массе, где за единицу при- нимается масса цемента. Например:

1:2,3:4 при В/Ц = 0,5 – т.е. масса песка в 2,3 раза больше массы цемента, а щебня – в 4 раза больше массы цемента, соот- ношение воды и цемента – 0,5, т.е. масса воды в два раза мень- ше массы цемента.

В натуральных единицах состав бетонной смеси на 1 м3

бетона может быть: цемент – 300 кг, песок – 690 кг, щебень – 1200 кг, вода – 150 кг.