Размещено на http://www.allbest.ru/

План

• 1. Взаимосвязь структуры и свойств строительных материалов (примеры)
• 2. Классификация металлов

1. Взаимосвязь структуры и свойств строительных материалов (примеры)

Так как свойства материала являются производными его структуры, химических связей и состава, то они взаимосвязаны друг с другом и находятся в равновесии. Известно, что при изменении одного какого-либо свойства под действием каких-то факторов, в большей или меньшей степени изменяются и другие свойства. В строительном материаловедении хорошо известны такие зависимости как: плотность - теплопроводность, плотность - прочность, теплопроводность - электропроводность, упругость - пластичность и другие.

Свойства материалов в большей мере связаны с особенностями их строения и со свойствами тех веществ, из которых данный материал состоит. В свою очередь, строение материала зависит: для природных материалов - от их происхождения и условий образования, для искусственных - от технологии производства и обработки материала.

Каждый строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым составами.

В зависимости от химического состава все материалы делят:

· на органические (древесные, битум, пластмассы и т. п.),

· минеральные (бетон, цемент, кирпич, природный камень и т. п.)

· металлы (сталь, чугун, алюминий).

Каждая из этих групп имеет свои особенности. Так, все органические материалы горючи, а минеральные - огнестойки; металлы хорошо проводят электричество и теплоту. Химический состав позволяет судить и о других технических характеристиках (биостойкости, прочности и т. д.). Химический состав некоторых материалов (неорганические вяжущие вещества, каменные материалы, стекло) часто выражают количеством содержащихся в них оксидов.

Оксиды, химически связанные между собой, образуют минералы, которые характеризуют минеральный состав материала. Зная минералы и их количество в материале, можно судить о свойствах материала. Например, способность неорганических вяжущих веществ твердеть и сохранять прочность в водной среде, обусловлена присутствием в них минералов силикатов, алюминатов, ферритов кальция, причем при большом их количестве ускоряется процесс твердения и повышается прочность цементного камня.

При характеристике фазового состава материала выделяют: твердые вещества, образующие стенки пор ("каркас" материала), и поры, заполненные воздухом и водой. Фазовый состав материала и фазовые переходы воды в его порах оказывают влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации.

Не меньшее влияние на свойства материала оказывают его макро- и микроструктура и внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне.

Микроструктура материала - строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении под микроскопом. Внутреннее строение веществ изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т. д.

Во многом свойства материала определяют количество, размер и характер пор. Например, пористое стекло (пеностекло), в отличие от оконного стекла, непрозрачное и очень легкое.

Форма и размер частиц твердого вещества также влияют на свойства материала. Так, если из расплава обычного стекла вытянуть тонкие волокна, то получится легкая и мягкая стеклянная вата.

В зависимости от формы и размера частиц и их строения макроструктура твердых строительных материалов может быть:

· зернистой (рыхлозернистой или конгломератной);

· ячеистой (мелкопористой);

· волокнистой;

· слоистой.

Рыхлозернистые материалы состоят из отдельных, не связанных одно с другим зерен (песок, гравий, порошкообразные материалы для мастичной теплоизоляции и засыпок и др.).

Конгломератное строение, когда зерна прочно соединены между собой, характерно для различных видов бетона, некоторых видов природных и керамических материалов и др.

Ячеистая (мелкопористая) структура характеризуется наличием макро- и микропор, свойственных газо- и пенобетонам, ячеистым пластмассам, некоторым керамическим материалам.

Волокнистые и слоистые материалы, у которых волокна (слои) расположены параллельно одно другому, обладают различными свойствами вдоль и поперек волокон (слоев). Это явление называется анизотропией, а материалы, обладающие такими свойствами, - анизотропными. Волокнистая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты, а слоистая - рулонным, листовым, плитным материалам со слоистым наполнителем (текстолит, бумопласт и др.).

По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут, быть кристаллическими и аморфными. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных веществ определяет и различия в их свойствах. Аморфные вещества, обладая нерастраченной внутренней энергией кристаллизации, химически более активны, чем кристаллические такого же состава (например, аморфные формы кремнезема - пемзы, туфы, трепелы, диатомиты и кристаллический кварц).

Существенное различие между аморфными и кристаллическими веществами состоит в том, что кристаллические вещества при нагревании имеют определенную температуру плавления (при постоянном давлении), а аморфные размягчаются и постепенно переходят в жидкое состояние.

Прочность аморфных веществ, как правило, ниже кристаллических, поэтому для получения материалов повышенной прочности специально проводят кристаллизацию, например стекол при получении стеклокристаллических материалов - ситаллов и шлакоситаллов.

Неодинаковые свойства могут наблюдаться у кристаллических материалов одного и того же состава, если они формируются в разных кристаллических формах, называемых модификациями (явление полиморфизма). Например, полиморфные превращения кварца сопровождаются изменением объема. Изменением свойств материала путем изменения кристаллической решетки пользуются при термической обработке металлов (закалке или отпуске).

2. Классификация металлов

вещество строительный кристаллический микроскопия

Все известные в настоящее время химические элементы (более 100 наименований) по совокупности свойств подразделяют на металлы и неметаллы. Примерно 80 % общего числа элементов относится к металлам. Некоторые из них (мышьяк, сурьму и др.) иногда называют полуметаллами, так как по одним свойствам их можно отнести к металлам, а по другим - к неметаллам.

Металлы (от греческого металлон - копи, рудники, а не буквально - "добытое из земли") - вещества неорганического происхождения, многие из которых обладают характерным блеском, высокой плотностью, прочностью и твердостью, пластичностью, хорошей электро- и теплопроводностью. К металлам относят также их сплавы, имеющие по свойствам много общего с металлами.

В твердом виде металлы и сплавы на их основе имеют кристаллическую структуру, причем каждый металл или сплав характеризуется определенной кристаллической решеткой, отличающейся от других числом атомов и расстоянием между ними. Ряд металлов в зависимости от температуры, давления и других факторов может иметь несколько решеток. Существование одного металла в нескольких кристаллических формах называют аллотропией (от греческих аллос - другой и тропос - поворот, свойство).

Металлы делятся на две группы:

Черные - металлы, которые имеют темно-серый цвет, большую плотность (кроме щелочноземельных), высокую температуру плавления, относительно высокую твердость и во многих случаях обладают полиморфизмом. Наиболее типичным металлом этой группы является железо.

Цветные - металлы, которые чаще всего имеют характерную окраску: красную, желтую, белую. Обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления, для них характерно отсутствие полиморфизма. Наиболее типичным металлом этой группы является медь.

Черные металлы в свою очередь можно подразделить следующим образом:

Железные металлы - железо, кобальт, никель (так называемые ферромагнетики) и близкий к ним по свойствам марганец. Кобальт, никель и марганец часто применяют как добавки к сплавам железа, а также в качестве основы для соответствующих сплавов, похожих по своим свойствам на высоколегированные стали.

Тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем железа (т.е. 1539 °С). Применяют как добавки к легированным сталям, а также в качестве основы для соответствующих сплавов.

Урановые металлы - актиниды, имеющие преимущественное применение в сплавах для атомной энергетики.

Редкоземельные металлы (РЗМ) - лантан, церий, неодим, празеодим и др., объединяемые под названием лантаноидов и сходные с ними по свойствам иттрий и скандий. Эти металлы обладают весьма близкими химическими свойствами, но довольно различными физическими (температура плавления и др.). Их применяют как присадки к сплавам других элементов. В природных условиях они встречаются вместе и вследствие трудностей разделения на отдельные элементы для присадки обычно применяют "смешанный сплав", так называемый мишметалл, содержащий 40-45% Се и 45-50% всех других редкоземельных элементов. К таким смешанным сплавам РЗМ относят ферроцерий (сплав церия и железа с заметными количествами других РЗМ), дидим (сплав неодима и празеодима преимущественно) и др.

Щелочноземельные металлы в свободном металлическом состоянии не применяются, за исключением особых случаев.

Цветные металлы по разным признакам делятся на подгруппы:

Легкие металлы, имеющие плотность до 5000 кг/м 3 (литий, натрий, магний, калий, алюминий и др.).

Тяжелые металлы, имеющие плотность более 5000 кг/м 3 (цинк, медь, олово, свинец, серебро, золото и др.).

Легкоплавкие металлы - цинк, кадмий, ртуть, олово, свинец, висмут, таллий, сурьма и элементы с ослабленными металлическими свойствами - галлий, германий.

Тугоплавкие металлы, температура плавления которых выше, чем у железа (ниобий, молибден, вольфрам и др.).

Благородные металлы - серебро, золото, металлы платиновой группы (платина, палладий, иридий, родий, осмий, рутений). К ним может быть отнесена и "полублагородная" медь. Обладают высокой устойчивостью против коррозии.

По строению электронных оболочек металлы принято разделять на нормальные и переходные. У нормальных металлов внутренние электронные оболочки (уровни) полностью заполнены. К таким металлам относят Na, Cu, Mg, Al, Pb и др. У переходных металлов внутренние p и d оболочки недостроены. Наиболее характерные представители переходных металлов Fe, Pd, Pt и им подобные.

Размещено на Allbest.ru