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.)

niewypalane (betony, materiały
wiążące)

ziarniste (kruszywa)

wypalane (ceramika budowlana,

betony (zaprawy)
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 104 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
dz
więkoszczelne 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 104 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. SiO2) o wiązaniach atomowych
spolaryzowanych,

tlenki metali (np. CaO, Al2O3) o wiązaniach jonowo-
atomowych silnie spolaryzowanych,

sole słabych i mocnych kwasów (np. CaCO3, CuSO4) 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 dz
więko- 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.