2010-12-27
Mineralne materiały
Mineralne materiały
budowlane jako kompozyty
budowlane jako kompozyty
i ciała porowate
i ciała porowate
Materiał kompozytowy
Materiał kompozytowy, to niejednorodny materiał wieloskładnikowy,
w którym:
- występują dwa lub więcej komponentów (składników),
- składniki charakteryzują się ró\
nymi i znanymi właściwościami (Wsi),
- znane są względne objętościowe udziały poszczególnych składników (Vsi)
w całym materiale,
- istnieje widoczna granica między poszczególnymi składnikami,
Bardziej szczegółowe informacje w ramach przedmiotu Chemia
1
2010-12-27
Materiał kompozytowy
W przypadku większości materiałów budowlanych mo\
na
je traktować jako materiały kompozytowe, w których
jeden ze składników charakteryzuje się ciągłością (matryca),
inne stanowią jej wypełnienie (inkluzja).
W zale\
ności od kształtu inkluzji mo\
na rozró\
nić kompozyty
ziarniste lub włókniste oraz zawierające obydwa rodzaje
inkluzji.
matryca
(szare tło)
inkluzja ziarnista
Bardziej szczegółowe informacje
w ramach przedmiotu Chemia
(ziarna  kolor)
Materiały kompozytowe - przykłady
beton cementowy
matryca  stwardniały zaczyn cementowy
inkluzja  ziarna kruszywa
2
2010-12-27
Materiały kompozytowe - przykłady
warianty kompozytów włóknistych z matrycą polimerową (mineralną)
matryca  polimer (matryca mineralna)
inkluzja  włókna ró\
nego rodzaju, uporządkowane lub nie
Materiał kompozytowy
Właściwości materiałów kompozytowych mo\
na szacować
jako średnią wa\
oną właściwości składników Wsi
Wagami są ich względne objętościowe udziały
w materiale Vsi
Wk = Ws1Vs1 + & + WsnVsn = Ł WsiVsi
3
2010-12-27
Rodzaje porów w materiale
otwarte
zamknięte
zło\
one
(najczęściej)
ukierunkowane
pory (inkluzja) szkielet (matryca)
Zło\
ona struktura porów w materiale
1
5
2 1
3
4
4
4
4
6
Klasyfikacja porów według stopnia ich dro\
ności:
1- zamknięte, 2- przelotowe, 3- pseudoślepe, 4- ślepe, 5 -  korek cieczy
lub gazu, 6 - materiał szkieletu
y
ródło: Kledyński Z.: Badania wodoszczelności betonu w świetle teorii nasycania ciał kapilarno-porowatych,
Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, z. 12, Warszawa 1992.
4
2010-12-27
Materiał porowaty - przykład
szkło piankowe
matryca  szkło
inkluzja  pory
y
ródło: Development of a technique to prepare porous materials from glasses, Journal of the European
Ceramic Society 26 (2006) 761 765
Materiał porowaty o dominującej porowatości otwartej
faza stała
(szkielet)
faza gazowa
(powietrze,
para wodna)
faza ciekła
(woda)
5
2010-12-27
Klasyfikacja porów według ich rozmiarów
(wg IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry)
2
50 r [nm]
mezopory makropory
mikropory
transport wilgoci podstawowy nośnik
decydująca rola
i adsorpcja na ich właściwości
w przenoszeniu
powierzchni sorpcyjnych
wilgoci do
materiału
mezoporów
i makroporów.
W porowatych materiałach budowlanych występują zazwyczaj pory
o wszystkich rozmiarach.
Wilgoć zawarta w materiale porowatym znajduje się na jego
wewnętrznej powierzchni oraz we wnętrzu zawartych w nim porów.
Uproszczony model materiału porowatego
Szkielet (Vs)
(jednorodny lub niejednorodny)
Pory otwarte (Vpo)
(tworzą ciągła sieć dostępną
dla mediów zewnętrznych)
Pory zamknięte (Vpz)
(niedostępne dla mediów
zewnętrznych)
Vs + Vp = 1
Vpo + Vpz = Vp
6
2010-12-27
Gęstość (właściwa) i gęstość pozorna (objętościowa)
Gęstość �
masa jednostki objętości substancji szkieletu (bez porów)
Gęstość pozorna �o
masa jednostki objętości materiału (z porami)
� = m/Vbp [g/cm3]
�o = m/Vzp [g/cm3]
dla danego materiału
� e" �o
Szczelność i porowatość całkowita
Szczelność Vs lub S
względny objętościowy udział szkieletu w objętości materiału
Porowatość całkowita Vp lub pc
względny objętościowy udział wszystkich porów w objętości materiału
S = Vs = Vbp/Vzp = �o/�
pc = Vp = 1 - S = 1 - �o/�
7
2010-12-27
Porowatość materiału a jego cechy wytrzymałościowe
900
Wytrzymałość na ściskanie
750
600
fc = fc0 (1  p)6
450
300
150
0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
porowatość [-]
fc - wytrzymałość na ściskanie materiału porowatego [MPa],
fc0 - wytrzymałość hipotetycznego materiału bezporowatego
(dla materiałów mineralnych H" 850 MPa)
p - porowatość całkowita [-]
Moduł sprę\
ystości
Ec = Ec0 (1  p)3
Nasiąkliwość
Nasiąkliwość wodą
maksymalna ilość wody (wyra\
ona masowo lub objętościowo), jaką
w normalnych warunkach mo\
e wchłonąć materiał porowaty
Nasiąkliwość masowa
Nasiąkliwość objętościowa
Poniewa\
woda wypełnia tylko pory otwarte, znając
nasiąkliwość objętościową mo\
na oszacować zawartość
porów otwartych:
po H" no (w rzeczywistości po > no)
8
[MPa]
wytrzymało
ść
na
ś
ciskanie