Строительство

Строительство. Ремонт. Стройматериалы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В результате отвердевания вяжущего вещества искусственные строительные конгломераты  приобретают определенную структуру, которая вместе с составом предопределяет их качество.

Под структурой (так называемым  внутренним строением строительных материалов и физических тел) понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности (то есть измельченности) с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления их между собой. Также в понятие структуры входит расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других структурных элементов. Кроме того, существует такое понятие как «микроструктура».  Под микроструктурой подразумеваются расположение и взаимосвязь различных по размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются различные вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях. Атомно-молекулярное строение определяет макроскопические особенности материала. На макроскопическом уровне устанавливаются в той или иной мере устойчивое расположение, взаимосвязь и порядок сцепления макромолекул, мицелл, кристаллов, кристаллических обломков и сростков, аморфных сравнительно крупных частиц, составляющих материалы, а также соотношения компонентов, фаз и поверхностей раздела более сложных материальных систем типа конгломератов (композиционных материалов).

Основной формой правильного расположения микрочастиц в пространстве является кристаллическая решетка. Каждому типу связи соответствует свой характерный тип кристаллической решетки, а именно: молекулярная, или поляризационная, решетка, формирующаяся с помощью сил Ван-дер-Ваальса; ионная решетка; атомная с резко выраженной в решетке ковалентной связью; металлическая; решетка с водородными связями. Особенностью твердых тел является взаимозависимость, или корреляция положений соседних атомов с ближним и дальним порядками. В кристаллических решетках дальний порядок распространяется на большие области, а ближний порядок — на окружение данного атома. Все тела с кристаллической решеткой имеют правильную форму кристаллов, хотя реальные кристаллы обычно имеют отклонения от идеальной геометрической структуры.

Твердые вещества, которые не обладают кристаллической структурой, называют  аморфными. К самым распространенным представителям аморфных тел относятся стекла. Беспорядочное расположение атомов и молекул в аморфных телах усложняет изучение их структуры. Так, например, аморфные вещества при нагревании способны плавиться постепенно, не имея определенной температуры плавления; они обладают изотропностью, т. е. одинаковыми свойствами во всех направлениях. Упорядоченность расположения частиц может наблюдаться (например, у стекол) только в небольших элементах объема (ближний порядок). В этих зонах структура именуется как кристаллитная: между кристаллами, занимающими микрообъемы, находятся прослойки полностью аморфного вещества.

Твердые тела имеют значимые признаки кристалличности: это определенная температура плавления — перехода их в жидкое состояние; определенная геометрическая форма кристаллов, которая остается характерной для данного вещества; анизотропия, т. е. разнообразие свойств в различных направлениях. Тепловой эффект кристаллизации — основной критерий этого фазового превращения.

Кристаллическое и аморфное строение нередко может быть присуще одному и тому же веществу, например кристаллический кварц (кристобалит) и кварцевое стекло имеют общий химический состав. Одно и то же кристаллическое вещество может находиться в различных формах (модификациях) существования кристаллов, что известно под названием полиморфизма. Полиморфизм вызывает изменение свойств при сохранении постоянного состава вещества, что лишний раз доказывает важнейшую роль структур в становлении качества материалов. Так, например, алмаз и графит, являясь кристаллическими модификациями углерода, обладают резко различной твердостью: алмаз применяется при бурении прочных горных пород, графит — мягок и используется как смазка или для стержня карандаша. Другой пример — кристаллические модификации железа, являющиеся результатом его нагревании и охлаждении. При высокотемпературной форме кристаллов железо способно растворять углерод, тогда как при низкотемпературной форме  углерод практически нерастворим, а при охлаждении железа из растворенного состояния углерод переходит в механическую примесь. Аналогичным путем изменяются и другие свойства при модификациях кристаллических тел.

Структура, как отмечалось выше, не остается неизменной, «застывшей». Она постоянно претерпевает изменения в  пространстве и во времени. Этому способствует постоянное движение элементарных частиц, атомов, молекул, взаимодействие материала с окружающей средой, переход вещества из одного состояния в другое под влиянием перераспределения связей между атомами в молекулах, изменения в структуре молекул и других химических форм движения элементарных частиц.

Относительная стабильность структуры и внешней формы макроскопических тел обусловлены определенными связями и отношениями структурных элементов, а формы изменений и переходов их состояний проявляются в неизбежных тепловых, тепломассообменных явлениях, процессах кристаллизации.