Структура строительных материалов и изделий
Под структурой или внутренним строением строительных материалов, как и других физических тел, понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности, находящихся в устойчивых взаимных связях (первичных или вторичных) с определенным порядком сцепления их между собой.
В понятие структуры входят, кроме того размер и расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других элементов.
В структуре ИСК имеются микродисперстная и макродисперстная части.
Под микроструктурой подразумевается расположение, взаимоотношение и взаимосвязь различных или одинаковых по размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются вещества в определенных агрегатных состояниях. Сформировавшиеся атомно-молекулярное строение, находящееся в относительно устойчивом равновесии, предопределяет макроскопические особенности материала.
Микроструктура и кинетика ее изменения изучаются с помощью оптических методов, электронной микроскопии и т.п.
В зависимости от характера связей контактируемых частиц однородные микроструктуры делятся на коагуляционные, конденсационные, кристаллизационные.
Коагуляционными называют структуры, в образовании которых участвуют сравнительно слабые силы молекулярного взаимодействия между частицами – силы сцепления действующие через прослойки жидкой среды.
Конденсационными называют структуры, возникающие при непосредственном взаимодействии частиц или под влиянием химических соединений в соответствии с валентностью контактирующих атомов или под влиянием ионных и ковалентных связей.
Кристаллизационными называют структуры, образовавшиеся путем выкристаллизовывания твердой фазы из расплава или раствора и последующего прямого срастания отдельных кристаллов в прочный их агрегат, в том числе под влиянием химических связей.
Микроструктура в ИСК распространяется на вяжущую часть. Для придания вяжущему веществу необходимого качества вводят дополнительные активные компоненты – добавки. Размеры их частиц соизмеримы с размерами частиц исходных вяжущих веществ и возникающих новообразований, поэтому они являются элементом микроструктуры ИСК.
Инога весьма значительный объем в микроструктуре занимают поры – замкнутые и сообщающиеся, или те и другие одновременно различного происхождения, что зависит от разновидности цементирующего вещества.
Макроструктура ИСК различима невооруженным глазом. Она образована под влиянием цементирующей способности вяжущего вещества, благодаря чему полизернистые или иной формы частицы заполнителя – волокнистые, пластинчатые, угловатые, шарообразные и т.п. – скрепляются между собой в общий монолит. В макроструктуре содержится капиллярно-поровая часть, причем макродисперстные поры и капилляры в ячеистых бетонах в виде замкнутых ячеек, заполненных газовой или воздушной средой, являются как бы своеобразной разновидностью заполнителя.
Независимо от последовательности чередования операций в технологический период с учетом всех их позитивных и негативных особенностей, сформировавшиеся структура после отвердевания вяжущего элемента и ИСК в целом становится монолитной, единой и неделимой.
Единая монолитная структура конгломерата может быть оптимальной и неоптимальной.
Оптимальная структура характеризуется: равномерным распределением по объему заполнителя, фаз, компонентов, пор и других составляющих ее элементов; отсутствием или минимальным содержанием дефектов как концентраторов напряжений или аккумуляторов агрессивной среды; наличием непрерывной пространственной сетки; , или матрицы из вяжущего вещества; минимальным значением отношения массы среды к массе твердой фазы (фазовое отношение); наибольшей плотностью упаковки твердых частиц как в микро- , так и макроструктурных частях.
Не всегда изделие обладает одинаковой оптимальной структурой во всех своих деталях, например, поверхностный слой может отличаться от его внутренней части. Однако оптимальная структура всегда является отражением принятых технологических особенностей формирования ее в производственных условиях.
Неоптимальными называют структуры, которые не удовлетворяют хотя бы одному из обязательных условий оптимальности.
При одинаковой технологии изготовления смеси и изделия, других одинаковых условиях можно получить неограниченное количество неоптимальных структур, гораздо меньше – оптимальных и одну-две – рациональных.
К рациональным относятся оптимальные структуры, при которых конгломерат в полной мере соответствует заданным и притом экстремальным показателям качества, а также реальным параметрам производства.. при проектировании важно остановиться на составе, при котором структура, сформировавшаяся при данной технологии и принятых режимах, является не только оптимальной, но и рациональной.
Оптимальным структурам соответствуют лучшие показатели качества материалов по сравнению с неоптимальными структурами. Это улучшенное качество обусловлено повышенной плотностью, минимальным количеством жидкой среды, повышенной концентрацией твердой, например кристаллической, фазы, минимумом объема пор в контактных зонах и рядом других причин, энергетического характера.