Химические свойства

Химические свойства материалов характеризуют степень активности материала и его способность к химическому взаимодействию с реагентами внешней среды, а также способность сохранять постоянство состава и структуру в эксплуатационный период.

Большинство строительных материалов проявляет активность при взаимодействии с кислотами, щелочами, агрессивными газами и другими средами.

Постепенное или быстрое изменение структуры и ее разрушение под влиянием агрессивных химических и электрохимических процессов в материале называют коррозией.

Некоторые материалы склонны к самопроизвольным химическим изменениям даже в условиях инертной внешней среды, что объясняется неустановившимся равновесием внутренних химических связей. Химические превращения протекают также во время технологических процессов производства и применения материалов.

К основным химическим свойствам материалов относятся: растворимость, кристаллизация, коррозионная стойкость, ат- мосферостойкость.

Растворимость — способность вещества в смеси с одним или несколькими другими веществами образовывать однородные устойчивые системы — растворы (например, раствор солей в воде). В растворах все компоненты находятся в микроди- сперсном состоянии: они равномерно распределены в объеме в виде отдельных молекул, атомов, ионов. Растворимость материала изменяется в зависимости от температуры и состава растворяемых компонентов.

Мерой растворимости является концентрация раствора при данной температуре и давлении. Растворение одного компонента в другом происходит в некоторых пределах изменения концентраций. По концентрации растворимого вещества растворы подразделяются на насыщенные, перенасыщенные и ненасыщенные. Различные материалы обладают разной растворимостью. Так, например, растворимость двуводного гипса (CaS04 • 2Н20) составляет 2 г/л, гидросиликата кальция (СаО • Si02 • /гН20) — всего лишь 0,07 г/л.

Стойкость бетонных конструкций, находящихся в воде (например, гидротехнических сооружений), зависит от растворимости компонентов цементного камня.

Кристаллизация — процесс образования кристаллов из паров, растворов, расплавов, т.е. переход из одного состояния (в основном, газообразного, жидкого) в другое — твердое.

Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости, ее перенасыщения другим химическим веществом. Первая стадия кристаллизации — возникновение мелких кристалликов — центров кристаллизации (иногда протекает мгновенно). Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или парообразной смеси. В процессе кристаллизации неизбежно возникают микродефекты в образующейся структуре.

Кристаллизация по-разному влияет на прочность образующихся структур материала. Например, кристаллизация затворенного водой цемента обеспечивает рост прочности образующегося цементного камня. Кристаллизация воды, замерзающей в капиллярах цементного камня, вызывает разрушение его структуры.

Коррозионная (химическая) стойкость — свойство материала сопротивляться коррозионному воздействию химически активной жидкости, газообразной среды или физических воздействий в виде облучения, электромагнитных полей.

При воздействии указанных факторов в структуре материала происходят необратимые изменения, что вызывает снижение его прочности и преждевременное разрушение конструкции.

Снижение коррозионной стойкости вяжущих материалов (цемента, извести, гипса) зависит не только от их состава и структуры, но и от тонкости измельчения, т.е. их удельной поверхности.

Удельная поверхность (см2/г) — суммарная поверхность всех частиц единицы массы порошкообразного материала. Удельная поверхность тонкоизмельченных материалов достигает больших значений (например, для портландцемента она составляет 2500...3000 см2/г). Чем она больше, тем быстрее частицы цемента взаимодействуют с водой и, соответственно, быстрее твердеет цемент.

Основными агрессивными факторами, вызывающими коррозию строительных материалов, являются: пресная и минерализованная вода, растворенные в воде газы (С02, N02, S02, S03) на дорогах; на промышленных предприятиях коррозию строительных материалов часто вызывают более сильные реагенты: растворы кислот и щелочей, расплавленные материалы и горячие газы.

Металлы и сплавы подвергаются коррозии под действием сред, не проводящих электрический ток (например, некоторых газов при высокой температуре, веществ, содержащих органические кислоты). Такую коррозию металлов называют химической.

Чаще металлы (в том числе стальная арматура железобетонных конструкций) корродируют в средах, проводящих электрический ток — водных растворах солей, кислот, щелочей. В этом случае возникает электрохимическая коррозия.

Особым видом коррозии является биокоррозия — разрушение материалов под действием живых организмов (грибов, микробов). Биокоррозия — это не только гниение органических материалов (например, древесины), но и разрушение бетона и металла продуктами жизнедеятельности поселившихся на них микроорганизмов.

Атмосферостойкостъ — способность органических вяжущих (битумов, дегтей, смол) и материалов на их основе (пластмасс, мастик, асфальтобетона, гидроизоляционных и теплоизоляционных материалов) противостоять действию атмосферных факторов внешней среды: температуры и влажности воздуха, солнечной радиации, осадков, различных газов.

Изменение структуры и химического состава органических материалов под воздействием атмосферных факторов называется старением. При этом уменьшается пластичность материалов, увеличивается их хрупкость.

Комплексной (универсальной) характеристикой способности материалов сопротивляться одновременному или поочередному (в разной последовательности) воздействию механических, физических и химических факторов является их долговечность при работе в конструкции — свойство материала конструкции сохранять свою структуру и свойства в течение нормативного времени работы этой конструкции. Она характеризуется сроком службы конструкции.

О долговечности материалов судят по ухудшению их качества до определенного уровня (критического предела).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >