Pod struktura nebo struktura materiály jako fyzikální tělesa rozumí prostorové uspořádání částic různého stupně disperze a dalších strukturních prvků se souborem stabilních vzájemných vazeb a pořadí jejich vzájemné adheze. Kromě toho pojem struktura zahrnuje umístění pórů, kapilár, fázových rozhraní, mikrotrhlin a dalších prvků. V závislosti na úrovni studia struktury se rozlišují makro- a mikrostruktury a také vnitřní struktura látky, která tvoří materiál na molekulární úrovni.
makrostruktura materiál – struktura viditelná pouhým okem nebo s mírným zvětšením. Rozlišují se následující: typy makrostruktury.
Husté, homogenní kovy, sklo atd. mají strukturu.
Konglomerát struktura je typická pro většinu přírodních i umělých kamenných materiálů (různé druhy betonu, malty, vápenopískové cihly, některé druhy keramických materiálů), kdy jsou jednotlivá zrna kameniva navzájem pevně spojena vrstvami pojiva. Navíc v závislosti na relativním obsahu těchto hlavních prvků v pevné fázi materiálu se rozlišují porfyrové, kontaktní a kontaktní typy struktur. Porfirovaya Je zvykem nazývat strukturu, ve které jsou zrna plniva oddělena silnými vrstvami pojiva a vyznačují se „plovoucím“ uspořádáním v materiálu. Pokud se zrna nebo částice dotýkají tenkými vrstvami pojiva při zachování jeho kontinuity a kontinuity, pak se taková struktura nazývá Kontakt. Při přímém kontaktu diskrétních prvků, kdy pojivo nestačí udržet svou návaznost a návaznost, hovoříme o Kontakt struktura.
Většina stavebních materiálů má ve své struktuře póry. Jemně porézní struktura je typická pro keramické kameninové materiály, pěnové sklo a také některé betony s porézním cementovým kamenem.
Buněčný struktura je charakterizována přítomností makropórů v materiálu, charakteristických pro plynový a pěnobeton, lehčené plasty.
vláknitý и vrstvené struktury mají materiály, ve kterých jsou vlákna (vrstvy) umístěna vzájemně rovnoběžně. Tato struktura je vlastní výrobkům ze dřeva a minerální vlny.
Volně zrnité strukturu tvoří jednotlivá zrna, která spolu nejsou spojena (písek, štěrk, práškové materiály).
Mikrostruktura materiál – struktura viditelná optickým mikroskopem. Na mikroúrovni pevná fáze materiálu může být krystalický и amorfní. Nestejná struktura krystalických a amorfních látek určuje i rozdíl v jejich vlastnostech. Amorfní mají nevyčerpanou vnitřní krystalizační energii a jsou chemicky aktivnější než krystalické stejného složení (amorfní formy oxidu křemičitého – pemza, tufy, tripoly, diatomity). Tepelná vodivost amorfních materiálů je nižší než u krystalických materiálů. Odlišné vlastnosti lze pozorovat u krystalických materiálů stejného složení, pokud jsou vytvořeny v různých krystalických formách, nazývaných modifikace. Změna vlastností materiálu přeměnou krystalové mřížky se využívá při tepelném zpracování kovů.
Vnitřní struktura látky jsou studovány pomocí rentgenové difrakční analýzy, elektronové mikroskopie atd. Pod vnitřní struktura hmoty označuje uspořádání, vztah a propojení atomů, iontů a molekul různých velikostí, z jejichž agregátu se skládají různé látky v pevném, kapalném a plynném skupenství. Atomová a molekulární struktura určuje mikroskopické vlastnosti materiálu.
Struktura materiálu nezůstává nezměněna, „zmrzlá“. Neustále prochází změnami v prostoru a čase. Tomu napomáhá zejména neustálý pohyb elementárních částic, atomů, molekul a interakce materiálu s prostředím. Téměř všechny stavební materiály a jejich surové směsi, alespoň na mikroúrovni, jsou disperzní systémy, tzn. mikroheterogenní systémy sestávající ze dvou nebo více fází. Rozsah velikosti částic dispergované fáze je obvykle od několika nanometrů do ~ 100 μm. Povaha struktury materiálu jako rozptýleného systému je do značné míry určena povahou a velikostí vazeb nebo adhezních sil mezi konstrukčními prvky. V závislosti na povaze těchto vazeb v disperzních systémech se rozlišují silné fázové kontakty kondenzace (slučování v důsledku chemických interakcí amorfních částic) popř krystalizace (slučování vlivem chemických interakcí částic ve formě krystalů) struktury dispergovaných materiálů, přímé atomové kontakty v suché prášky a relativně slabé molekulární interakční síly (Van der Waals) působící mezi částicemi přes vrstvy kapalné fáze, v koagulace struktur. Zvláštností struktur druhého a třetího typu je jejich úplná reverzibilita pevnosti. Kondenzační a zejména krystalizační struktury dodávají látce zvýšenou pevnost a křehkost. V mnoha případech je možná koexistence všech těchto typů konstrukcí. Například při smíchání cementu s vodou se atomární (přímé) kontakty změní na koagulaci a poté na fázi. Tento přechod odpovídá kontinuální změně viskozity, modulu pružnosti a především pevnosti disperzních struktur.
Kromě typů interakcí a odpovídajících struktur diskutovaných výše je nutné vyzdvihnout takové důležité interakce, jako je např kapilární, projevující se v třífázových (pevná látka – kapalina – plyn) disperzních systémech, které zahrnují převážnou většinu surovinových (beton, malta, silikát atd.) směsí pro výrobu stavebních hmot. Obrázek 1 ukazuje zakřivení kapaliny v mezeře mezi dvěma kulovými částicemi a také mezi kulovou částicí a rovinou, což vede k jejich smrštění v důsledku natahování kapaliny a výskytu podtlaku v kapilárách v ní (tzv. hlavní složka kapilární adhezní síly). Převaha kapilárních sil nad ostatními složkami mezičásticové interakce je patrná zejména u částic větších než 10 mikronů a do 1-2 mm. Právě působení kapilárních adhezních sil vysvětluje extrémní závislosti sypného objemu, zhutnitelnosti surovinových směsí a také pevnosti čerstvě lisovaných výrobků. Kapilární adheze se projevuje i u kapilárně porézních těles, jejichž strukturní prvky jsou spojeny především jinými vazbami nekapilárního charakteru. V těchto tělesech kapilární adhezní síly vytvářejí vnitřní pnutí, která způsobují smršťovací deformace a ovlivňují také pevnost materiálu.
Stejně jako dochází ke vzniku kondenzačních nebo koagulačních struktur pod vlivem kapilárních adhezních sil, kapilární struktury v surových směsích (obr. 2), které pak zanechávají stopu na struktuře a vlastnostech materiálů získaných z těchto směsí.
V polydisperzních třífázových systémech vede výskyt kapilárních menisků a vznik kapilárních adhezních sil mezi jemnými a hrubými částicemi k adhezi jemných částic k hrubým částicím s tvorbou agregátů – kulička. V surových směsích je v důsledku procesů tvorby kapilární struktury a nejdůležitější z nich – globulace, koncentrace pojiva na povrchu kameniva a v kontaktních zónách mezi nimi vyšší než průměrná koncentrace ve směsi. . To je jeden z důvodů nárůstu pevnosti a hustoty materiálů v těchto oblastech. Ucelenějšího využití hydratační a pojivové aktivity pojiva v lisovaných stavebních kompozitech (silikátové a betonové cihly polosuchého lisování apod.) je dosaženo ve fázi přípravy surových směsí při vlhkosti odpovídající jejich maximální globulizaci. V tomto případě kapalná fáze hraje roli výztužné složky, zpevňující materiál tím, že převádí hmotu tmelící matrici ze sypkého stavu do stavu filmu s vyšší pevností a strukturou.
Fyzikální vlastnosti. Parametry budovy. Skutečná hustota р (g/cm3, kg/m3) – hmotnost na jednotku objemu absolutně hutného materiálu. Pokud hmotnost materiálu t, a jeho objem je v hustém stavu Va, Skutečná hustota tedy necharakterizuje materiál, ale látku, ze které se materiál skládá – to je fyzikální konstanta látky.
Průměrná hustota (g/cm3, kg/m3, dále – hustota) je hmotnost jednotky objemu materiálu v přirozeném stavu (objem se určuje společně s póry):
Sypná hustota рн – hmotnost na jednotku objemu volně sypaných zrnitých nebo vláknitých materiálů (cement, písek, štěrk, drcený kámen, granulovaná minerální vlna atd.). Struktura porézního materiálu je charakterizována celkovou, otevřenou a uzavřenou pórovitostí, rozložením pórů podél jejich poloměrů, průměrným poloměrem pórů a specifickým vnitřním povrchem pórů.
Strukturální charakteristiky. Pórovitost П je stupeň vyplnění objemu materiálu póry:
Pórovitost je vyjádřena jako zlomek objemu materiálu, braný jako 1, nebo jako % objemu.
Experimentální (přímá) metoda stanovení pórovitosti je založeno na nahrazení pórového prostoru v materiálu zkapalněným héliem nebo jiným médiem.
Experimentálně-výpočtová metoda stanovení pórovitosti využívá experimentálně stanovené hodnoty hustoty (%) vysušeného materiálu
Faktor hustoty – stupeň zaplnění objemu materiálu pevnou látkou:
Celkem P+KSub =1 (nebo 100 %), tzn. Vysušený materiál si lze představit jako složený z pevného rámu, který zajišťuje pevnost, a vzduchových pórů.
Otevřená pórovitost P rovný poměru celkového objemu všech pórů nasycených vodou k objemu materiálu V: kde t, a m2 – hmotnost vzorku v suchém a vodou nasyceném stavu.
Otevřené póry materiálu komunikují s okolím a mohou spolu komunikovat, takže se za normálních podmínek nasycení naplní vodou, například při ponoření vzorků materiálu do vodní lázně. Otevřené póry zvyšují propustnost a nasákavost materiálu a zhoršují jeho mrazuvzdornost. Uzavřená pórovitost P, je rovný: П3 = P-P
Vztah mezi strukturou a vlastnostmi. Znakem krystalické látky je určitá teplota tání (při konstantním tlaku) a určitý geometrický tvar krystalů každé její modifikace. Vlastnosti monokrystalů nejsou v různých směrech stejné. Jedná se o mechanickou pevnost, tepelnou vodivost, rychlost rozpouštění, elektrickou vodivost atd. Fenomén anizotropie je důsledkem zvláštností vnitřní struktury krystalů. Vnitřní struktura látek tvořících materiál určuje mechanickou pevnost, tvrdost, žáruvzdornost a další důležité vlastnosti materiálu. Kovalentní vazba, prováděná zpravidla elektronovým párem, vzniká v krystalech jednoduchých látek (diamant, grafit) a v krystalech některých sloučenin dvou prvků (křemen, karborundum, jiné karbidy, nitridy). Takové materiály mají velmi vysokou mechanickou pevnost a tvrdost, jsou velmi žáruvzdorné. Iontové vazby se tvoří v krystalech těch materiálů, ve kterých je vazba převážně iontové povahy. Běžné stavební materiály tohoto typu, sádra a anhydrid, mají nízkou pevnost a tvrdost a nejsou odolné vůči vodě.
Vztah mezi složením a vlastnostmi. Stavební materiál je charakteristický svým chemickým, minerálním a fázovým složením. Chemické složení stavební materiály nám umožňují posuzovat řadu vlastností materiálů: požární odolnost, biologickou stabilitu, mechanické a další technické vlastnosti. Minerální složení ukazuje, které minerály a v jakém množství jsou obsaženy v pojivu nebo kamenném materiálu. Fázové složení materiálové a fázové přechody vody umístěné v jeho pórech ovlivňují všechny vlastnosti a chování materiálu během provozu. Materiál obsahuje pevné látky, které tvoří stěny pórů, tedy „kostru“ materiálu, a póry naplněné vzduchem a vodou.
