Materiały budowlane -

systematyka i uwarunkowania

właściwości użytkowych

Kompozyty

Większość materiałów budowlanych to

materiały złożone – tzw. KOMPOZYTY

składające się z co najmniej dwóch

składników występujących w postaci

odrębnych faz.

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.

Materiały nieorganiczne

●

materiały kamienne (występują wiązania

atomowe spolaryzowane i jonowe)

●

metale (występują wiązania metaliczne)

Materiały organiczne

●

drewno (wiązania atomowe)

●

wyroby bitumiczne (wiązania atomowe)

●

tworzywa sztuczne (wiązania atomowe)

Materiały kamienne

naturalne i sztuczne

●

profilowe (kostki, płyty itp.)

●

ziarniste (kruszywa)

●

betony (zaprawy)

●

niewypalane (betony, materiały
wiążące)

●

wypalane (ceramika budowlana,
szkło budowlane, wełna
mineralna, klinkier itp.)

Wyroby bitumiczne

Materiały bitumiczne to smoły będące

produktami przeróbki węgla kamiennego i

drewna oraz asfalty otrzymywane z ropy

naftowej.

Budowlane tworzywa sztuczne

Głównymi składnikami budowlanych

tworzyw sztucznych są

polimery

,

modyfikatory

oraz

wypełniacze mineralne

.

Polimery

Polimer to

substancja wielkocząsteczkowa

,

zbudowana z szeregu identycznych

elementów (monomerów), o masie

cząsteczkowej powyżej

10

4

atomowych

jednostek masy.

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),

Modyfikatory polimerów

Substancje dodawane do polimerów w celu

zmodyfikowania ich pierwotnych właściwości

np. środki antyelektrostatyczne,

przeciwutleniacze, barwniki itp.

Budowlane tworzywa sztuczne

Znajdują zastosowanie jako materiały

wykładzinowe, hydro-, chemo-, termo- i

dźwiękoszczelne oraz materiały wiążące

(spoiwa) i elementy konstrukcyjne.

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.

Nawet niewielkie zmiany strukturalne

w danych warunkach mogą

decydować o istotnych cechach

substancji lub materiału.

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.

Nawet 1 na 10 000 atomów

umieszczony niewłaściwie w sieci

krystalicznej może decydować o

obniżonej wytrzymałości

mechanicznej stali.

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 jonowo-

atomowych silnie spolaryzowanych,

●

sole słabych i mocnych kwasów (np. CaCO

3

, CuSO

4

) o

wiązaniach jonowych lub jonowo-atomowych.

Rodzaj utworzonych wiązań

chemicznych tak dalece różnicuje

właściwości, że może stanowić

podstawę podziału materiałów

budowlanych.

Wyróżnia się następujące rodzaje

wiązań wewnątrzcząsteczkowych:

●

jonowe

●

atomowe

●

metaliczne

●

pośrednie (atomowo-jonowe)

Wiązania jonowe

Tworzą się między atomami różnych

pierwiastków metali i niemetali w wyniku

przekazania elektronu (np. NaCl).

Wiązania atomowe

Powstają pomiędzy atomami pierwiastków

niemetalicznych o zbliżonej tub takiej

samej elektroujemności w wyniku

utworzenia wspólnej pary elektronów.

Wiązania metaliczne

Tworzą się zazwyczaj pomiędzy atomami

tego samego pierwiastka – metalu – w

wyniku oddziaływań bardzo dużej liczby

swobodnych elektronów i dodatnich rdzeni

atomowych.

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

Materiały o wiązaniach jonowych:

●

mają wysokie temperatury wrzenia i topnienia,

●

dobrze rozpuszczają się w wodzie

●

łatwo ulegają zniszczeniu pod obciążeniem
mechanicznym („rozsypują się”)

Wraz ze wzrostem udziału

wiązania atomowego:

●

na ogół wzrasta twardość materiałów,

●

rośnie temperatura topnienia materiałów,

●

maleje rozpuszczalność w wodzie,

●

obniża się reaktywność chemiczna

Właściwości układów jednorodnych

Właściwości chemicznie jednorodnych

substancji (pierwiastki, związki chemiczne)

są zdefiniowane w danych warunkach

przez rodzaj substancji.

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.

Materiały niejednorodne

(np. kompozyty budowlane)

faza

faza

rozproszona

rozpraszająca

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

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

).

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).

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.