Состав и строение композитов

К композитам можно отнести многие строительные материа­лы: бетон и железобетон, строительные растворы, фибробетон, асбестоцемент, древесностружечные и древесноволокнистые пли­ты и др. Они не обладают прочностью истинных композитов, но в принципе состоят из тех же компонентов: матрицы и упрочни-теля.

Теория композиционных материалов заключается прежде все­го в понимании композита как системы с несколькими структур­ными уровнями, скомпонованными через поверхности раздела в единый монолит - конгломерат (от лат. соп%1аткгаШз - уплот­ненный, смесь).

Строительные материалы на основе неорганических и органи­ческих вяжущих веществ иногда объединяют названием искусст­венные конгломераты в отличие от природных конгломератов, имеющихся в земной коре. Природные'и искусственные конгло­мераты образуются с обязательным цементированием полизерни­стых и другого вида заполнителей (наполнителей) - волокнистых, пластинчатых, посредством первичных связей (химических, элек­трических, металлических и т.п.) или вторичных веществ - вяжу­щих (связующих).

Свойства конгломерата в первую очередь обусловливаются сцеплением (склеиванием) связующего с заполнителем. В отсутст­вии такового компоненты материала образуют механическую смесь и проявляют независимо друг от друга индивидуальные свойства.

Неорганические и органические вяжущие обладают опреде­ленными клеющими способностями и их функции состоят в склеивании в единое целое отдельных зерен, частиц, образуя конгломерат. Поэтому все вяжущие можно считать клеями. Склеивание определяется двумя факторами: адгезией • прочно­стью сцепления клея и материала и когезией - прочностью самого клея. Нарушение склеивания может произойти по причине слабой адгезии или когезии (или же самого склеиваемого материала). В местах склейки возникает контактный слой, толщина которого у полимерных клеев равняется долям микрона, а у минеральных -20-50 мк.

Адгезия может быть специфической и механической. Специ­фическая адгезия объясняется различными видами физико-химических связей; механическая - шероховатостью поверхности, усадочными напряжениями, защемлением, вызывающим трение и др. Адгезия в чистом виде выявляется при нормальной отрываю­щей силе, вызывающей нормальные напряжения. Высокая адге­зия возможна только при совершенном контакте клея со склеи­ваемыми поверхностями. При этом большое значение имеет чис­тота поверхности, хорошая ее смачиваемость, шероховатость -что увеличивает площадь контакта.

У минеральных клеев наилучшими адгезионными свойствами обладают растворимое стекло, магнезиальный цемент, затем портландцемент и глиноземистый; худшими - пуццолановый и шлакопортландцемент, строительный гипс и известь. Строитель­ные растворы на портландцементе с высоким содержанием2СаО-ЗЮ2 показывают сцепление несколько выше, чем портланд­цемент с обычным минералогическим составом или с высоким содержанием ЗСаО-ЗЮ2.

В полимерных клеях адгезионные качества определяются функциональными группами, входящими в состав молекул: на­пример, гидроксильная - ОН, карбоксильная - СООН, нитриль-ная - СМ и др. Немаловажную роль при этом играют режим по­лимеризации, ряд физико-химических и технологических факто­ров и их различные сочетания (повышенное давление, температу­ра, горячее прессование и т.п.). Высокими адгезионными свойст­вами обладают эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические и другие смолы.

На долю искусственных конгломератов ориентировочно при­ходится 90% строительных материалов, примерно 10% приходит­ся на металлические и деревянные материалы. Но в соответствии с теориями о кристаллитном строении (мелкие кристаллы, не имеющие ясно выраженной формы) эти материалы имеют струк­туры также сходные с конгломератами. Они содержат «заполни­тель» в виде кристаллов и «вяжущую часть» - своеобразные аморфные вещества.

Таким образом, большинство строительных материалов мож­но отнести к композиционным материалам, так как в них имеют­ся в том или ином виде матрица и упрочняющий компонент. Причем последний может быть как дисперсно-упрочняющим, так и волокнистым.