Реферат: Основании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров

Основные свойства строительных материалов

Общие понятия о свойствах

Механические свойства

Физические свойства

Химические и технологические свойства

Определение качества материалов по свойствам

^ Общие понятия о свойствах

При выборе материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одни материалы хорошо сопротивляются сжимающим, другие — растягивающим усилиям, которые возникают под действием нагрузки или других силовых факторов. Аналогичная реакция материалов на воздействие сил, способных вызвать сдвиг, изгиб, раскалывание и т. п. Всегда материал должен надежно сопротивляться этим воздействующим силам. Одновременно необходим учитывать стойкость материала к воздействию ожидаемых физических (например, температуры и ее колебаний, в особенности при переходе через 0°С, водной среды и др.) и химических (кислоты щелочи, солевые растворы и др.) факторов. Нередко одним из главных показателей качества служит способность материала к восприятию необходимой технологической обработки, например шлифования и полирования, распиливания или раскалывания на част, правильной формы и т. п. Следовательно, для обоснованного выбора материала приходится учитывать комплекс его так называемых свойств.

Свойствами называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупных внешних или внутренних силовых, усадочных, тепловых и других факторов. Обычно выделяют четыре группы свойств: механические, физические, химические, технологические. Иногда отдельно выделяют еще физико-химические свойства. Фактические показатели этих свойств, выраженные в принятых числовых значениях, позволяют оценивать качество строительных материалов. Их определение производится с помощью лабораторных или полевых методов и приборов. Учитывая, что многие свойства отражают строительно-технологические и эксплуатационные показатели качества строительных материалов в конструкциях, то нередко именуют их как технические свойства.

Если структура формируется в основном под влиянием химических связей, а ее устойчивость, по крайней мере на микроуровне, зависит от величины энергии связей, то свойства материалов являются функцией структуры и, следовательно, энергии. Установление характера зависимости между структурными элементами (или одной принятой структурной характеристикой) и показателями свойств материала относится к одной из наиболее важных задач материаловедения. Решение этой задачи на уровне вскрытия общей закономерности оказалось возможным только после того, как из множества возможных структур были выделены оптимальные.






^ Общие сведения о строительных материалах Развитие производства строительных материалов
Многообразные строительные материалы и изделия с их различным вещественным (химическим) составом и с различными структурами изготовляются на предприятиях различных отраслей, но в наибольшей мере — в промышленности строительных материалов как крупной отрасли социалистической индустрии.

Применение и получение материалов было известно в самой глубокой древности, поскольку они играли непосредственную роль в обустройстве быта и развитии культуры. Именно поэтому античные греки в истории человечества выделяли золотой, серебряный, бронзовый и железный века. Материалы применялись по мере надобности без особого их изучения, так как было изобилие хорошо зарекомендовавших себя природных материалов — горных пород, глины с простым превращением ее в камень при обжиге, природного цемента, металлов и их сплавов.

На территории нашей страны в древние, а затем и в средние века строились крупные и монументальные здания и сооружения в Армении, Грузии, Азербайджане, Средней Азии, на Украине с применением камня, керамического кирпича, простых и сложных строительных растворов, многоцветных глазурованных плиток, древесины, черепицы и другой строительной керамики, кровельного железа. Более глубокое изучение материалов началось позже и особенно быстро материаловедение развивалось с тех пор, когда была установлена возможность влиять на свойства (качество) материала путем изменения его внутреннего строения (структуры). Керамика принадлежит к первому неорганическому материалу, который был получен путем обжига глины, легко изменяющей форму в сыром состоянии. Этот период относится к глубокой древности, и, естественно, тогда еще не имелось для перевода глины в камень научной основы.

Кирпичные заводы в Москве, Петербурге были впервые созданы в XVII—XVIII вв., после чего относительно быстро развивается керамическое производство. Для благоустройства городских улиц и площадей широко применяются каменные природные материалы, а также используются отечественные асфальтовые и другие строительные материалы. Однако в дореволюционной России производство строительных материалов находилось на невысоком уровне. Многие материалы, например цемент, гранит, мрамор, пуццолану, лакокрасочные и другие материалы, привозили из-за рубежа, несмотря на наличие своей богатой сырьевой базы.

Научные основы горного дела, металлургии и других производств были заложены в трудах М. В. Ломоносова (1711 —1765), а основы «стеклянного производства» — Д. И. Менделеева (1834— 1907). Развитию отечественной науки и технологии строительных материалов способствовали труды Н.А.Белелюбского (1864— 1922) по испытанию и изучению природных каменных материалов, А.Р.Шуляченко (1841—1903) в области вяжущих веществ, Е.Г.Челиева — первооткрывателя мертеля (в будущем названного портландцементом) и описавшего его в своей книге в 1825 г. А. Р. Шуляченко, Н.А.Белелюбский и И. Г. Малюга разработали первые в нашей стране технические условия на отечественный портландцемент. Крупные изыскания и исследования были выполнены Н. Н. Ляминым и С. И. Дружининым по открытию крымских месторождений пуццоланы как активной (гидравлической) добавки к вяжущим веществам.

Заметным импульсом развития науки о строительных материалах явилась физико-химическая механика, разработанная академиком П. А. Ребиндером и его научной школой. Эта пограничная отрасль науки решает в основном задачи получения тел с высокими механическими, особенно прочностными, свойствами, определения наилучших условий механической обработки — дробления и тонкого измельчения (диспергирования), резания и давления, обеспечения физико-химическими и механическими приемами наилучшей обрабатываемости твердых тел с учетом воздействия окружающей среды.

Наука о строительных материалах на современном этапе своего развития включает не только сумму расширяющихся знаний о каждом материале, но и комплекс общих положений, принципов, законов, понятий о материалах как в конкретной, так и абстрактно-логической формах. Этому развитию существенно способствовала теория искусственных строительных конгломератов, разработанная И.А.Рыбьевым и его научной школой. Оказалось, что при определенных условиях все материалы подчиняются общим законам, их свойства взаимосвязаны, структуры подобны между собой. Случайные открытия новых материалов сменились научно обоснованным проектированием материалов с заранее заданными свойствами, заполняя собой вакантные места в общей классификации строительных материалов — природных и искусственных.




^ Принцип долговечности строительных материалов
Комплексной характеристикой качества материалов является долговечность — способность сопротивляться внешним и внутренним факторам в течение возможно более длительного времени. О долговечности судят по продолжительности изменения до критических пределов прочности, упругости или других свойств. С этой целью образцы или изделия подвергают в лабораторных или натурных (эксплуатационных) условиях воздействию комплекса механических, физических, химических и других факторов, реально воздействующих на конструкцию. После расчетного периода времени действия комплекса факторов, или определенного цикла испытаний, устанавливают степень изменения первоначальных числовых значений свойств и сравнивают с допустимой величиной их изменения.

О долговечности пока судят по отклонениям в структуре материала, хотя первопричиной изменения свойств обычно служит нарушение микро- или макроструктуры, отклонение общей структуры от оптимальной. В теории ИСК под долговечностью понимают способность материала сохранять в эксплуатационный период времени на допустимом уровне структурные характеристики (параметры), которые сложились в технологический, т.е. предэксплуатационный период.

Независимо от способа оценки долговечности — по изменению свойств или структуры — период долговечности условно можно разделить на три этапа, или временных элемента. До начала первого этапа имеется еще предэксплуатационный период, который характеризуется в основном набором и формированием структурных элементов и свойств. Он связан с выполнением технологических переделов и поэтому может быть назван как технологический. По сравнению с последующими этапами технологический период непродолжительный, хотя материал, еще не поступивший в эксплуатацию, может уже значительно изменить свою структуру и свойства, особенно при неблагоприятных условиях пребывания его в предэксплуатационное время.

Материал, помещенный в конструкции зданий и сооружений, на первом этапе долговечности характеризуется упрочнением структуры, или улучшением показателей свойств, второй этап — их относительной стабильностью, третий — деструкцией, т. е, медленным или быстрым нарушением структуры вплоть до ее критического уровня и даже полного разрушения, с соответствующим ухудшением показателей качества. У отдельных материалов в эксплуатационный период тот или иной этап в периоде долговечности может отсутствовать или его продолжительность столь мала, что принимается практически равной нулю. Может, например, полностью отсутствовать временной элемент упрочнения структуры или ее стабильного состояния. Что же касается этапа деструкции, то он почти неизбежен, хотя и не всегда наблюдаемый визуально. Гораздо реже деструкция протекает с огромной интенсивностью, когда временной элемент становится практически равным нулю.

Задача заключается в том, чтобы всемерно увеличивать долговечность, т. е. продолжительность каждого из трех взаимосвязанных временных элементов, особенно этапов упрочнения и стабильности структуры, добиваясь вместе с тем эффективного торможения деструкционных процессов.

Сущность упрочнения структуры на первом этапе долговечности заключается в том, что под влиянием внешней среды, нагрузок, инверсий фаз и т. п. в эксплуатационный период в материале, особенно в его вяжущей части, а также в контактных зонах возникают и со временем укрупняются новые (вторичные) структурные центры. Совместно с теми, которые возникли на ранней стадии формирования структуры (первичными), они участвуют в дополнительном процессе уплотнения структуры, с увеличением концентрации той части твердой фазы, которая является основным носителем эффекта упрочнения. В результате не только наблюдается упрочнение структуры и прочности материала по отношению к механическим нагрузкам, но и улучшение некоторых других его свойств, в том числе свойств вяжущей части. Примером упрочнения структуры в эксплуатационный период может служить цементный бетон и его вяжущая (матричная) часть в виде цементного камня при контакте с щавелевой кислотой. Последняя, проникая в поры, образует малорастворимые соли и плотные продукты с очень низкой диффузионной проницаемостью. Особенно часто эффект упрочнения наблюдается в связи с доуплотнением под нагрузкой новообразованиями при соединении углекислого газа с известью в материале, перехода аморфного вещества в кристаллическое и т. п. Однако упрочнение структуры в эксплуатационный период составляет только тогда положительный эффект в долговечности материала, если оно не является следствием так называемого «старения». Под последним понимается часто наблюдаемое явление охрупчивания конгломератов на основе полимеров за счет протекания химических реакций, или рекристаллизации с увеличением в объеме новообразований. Старение переводит материал в состояние хрупкого микротрещинообразования и в конечном итоге резкого сокращения долговечности.

Второй этап — стабилизация структуры — характеризуется сравнительно неизменной концентрацией структурных элементов в единице объема материала и относительным постоянством показателей свойств. Практически уровень этих показателей имеет колебания за счет местных процессов упрочнения и деструкции, однако в целом сохраняется их сбалансированность на некотором среднем, «стабильном» уровне.

Третий этап долговечности — деструкция — самый типичный процесс эксплуатационного периода. Он может начаться с первого же момента эксплуатации конструкции, но может следовать также за этапами упрочнения и временной стабилизации структуры. Третий этап характеризуется нарушением структуры с возможной потерей ее сплошности, постепенным накоплением разрывов межатомных связей. Разрывы возникают под влиянием ускорения теплового движения атомов и молекул, развития механических, усадочных, осмотических и иных напряжений. Установлено, что процесс постепенного повреждения структуры сопутствует каждой, даже самой малоупругой деформации.

Кроме физических в период деструкции протекают химические и физико-химические процессы, которые обычно именуют как коррозионные. В широком смысле коррозия означает разъедание металла или другого материала под влиянием контакта с внешней агрессивной средой, проникания ее в поры и капилляры. Эти процессы коррозии усиливаются при одновременном воздействии физических факторов, если, например, материал находится в напряженном состоянии под влиянием растягивающих или сжимающих усилий или если вместе с агрессивной средой, например жидкой, материал подвержен воздействию низких отрицательных температур с циклическим замерзанием и оттаиванием жидкой среды в порах. На заключительной стадии деструкция переходит в интенсивный процесс образования опасных микро- и макротрещин, завершается полным или частичным разрушением конгломерата.

Определение и изучение долговечности и ее временных элементов производится на разных уровнях структуры — от молекулярной и надмолекулярной до макроскопической, причем всегда целесообразно начинать с характеристик структуры, а затем переходить к показателям свойств.



^ Структура строительных материалов
В результате отвердевания вяжущего вещества с цементированием заполняющей части искусственные строительные конгломераты приобретают определенную структуру, которая вместе с составом предопределяет их качество.

Под структурой, или внутренним строением строительных материалов, как и других физических тел, понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности (измельченности) с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления их между собой. Кроме того, в понятие структуры входит расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других структурных элементов. Под микроструктурой подразумеваются расположение, взаимоотношение и взаимосвязь различных по размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются различные вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях. Атомно-молекулярное строение определяет макроскопические особенности материала. На макроскопическом уровне устанавливаются в той или иной мере устойчивое расположение, взаимосвязь и порядок сцепления макромолекул, мицелл, кристаллов, кристаллических обломков и сростков, аморфных сравнительно крупных частиц, составляющих материалы, а также соотношения компонентов, фаз и поверхностей раздела более сложных материальных с истем типа конгломератов (композиционных материалов).

Основной формой правильного расположения микрочастиц в пространстве является кристаллическая решетка. Каждому типу связи соответствует свой характерный тип кристаллической решетки, а именно: ионная решетка; молекулярная, или поляризационная, решетка, формирующаяся с помощью сил Ван-дер-Ваальса; атомная с резко выраженной в решетке ковалентной связью; металлическая; решетка с водородными связями. Особенностью твердых тел является взаимозависимость, или корреляция, положений соседних атомов с ближним и дальним порядками. В кристаллических решетках дальний порядок распространяется на большие области, а ближний порядок — на окружение данного атома. Все тела с кристаллической решеткой имеют правильную форму кристаллов, хотя реальные кристаллы обычно имеют отклонения от идеальной геометрической структуры.

Твердые вещества, не обладающие кристаллической структурой, относятся к аморфным. К самым распространенным представителям аморфных тел относятся стекла. Беспорядочное расположение атомов и молекул в аморфных телах усложняет изучение их структуры. О ней нередко судят по некоторым косвенным показателям. Так, например, аморфные вещества при нагревании способны плавиться постепенно, не имея определенной температуры плавления; они обладают изотропностью, т. е. одинаковыми свойствами во всех направлениях. Упорядоченность расположения частиц может наблюдаться (например, у стекол) только в небольших элементах объема (ближний порядок). В этих зонах структура именуется как кристаллитная: между кристаллами, занимающими микрообъемы, находятся прослойки полностью аморфного вещества.

У твердых тел имеются значимые признаки их кристалличности: определенная температура плавления — перехода их в жидкое состояние; определенная геометрическая форма кристаллов, которая остается характерной для данного вещества; анизотропия, т. е. неодинаковость свойств в различных направлениях. Тепловой эффект кристаллизации — основной критерий этого фазового превращения.

Кристаллическое и аморфное строение нередко может быть присуще одному и тому же веществу, например кристаллический кварц (кристобалит) и кварцевое стекло имеют общий химический состав. Одно и то же кристаллическое вещество может находиться в различных формах (модификациях) существования кристаллов, что известно под названием полиморфизма. Полиморфизм вызывает, изменение свойств при сохранении постоянным состава вещества, что лишний раз указывает на важнейшую роль структур в становлении качества материалов. Так, например, алмаз и графит, являясь кристаллическими модификациями углерода, обладают резко различной твердостью: алмаз применяется при бурении прочных горных пород, графит — мягок и используется как смазка или для стержня карандаша. Другой пример — кристаллические модификации железа, получающиеся при его нагревании и охлаждении: при высокотемпературной форме кристаллов железо способно сравнительно много растворять углерода, т огда как при низкотемпературной углерод практически нерастворим, а при охлаждении железа из растворенного состояния углерод переходит в механическую примесь. Аналогичным путем изменяются и другие свойства при модификациях кристаллических тел.

Структура, как отмечалось выше, не остается неизменной, «застывшей». В пространстве и во времени она непрерывно претерпевает изменения. Этому, в частности, способствует постоянное движение элементарных частиц, атомов, молекул, взаимодействие материала с окружающей средой, переход вещества из одного состояния в другое под влиянием перераспределения связей между атомами в молекулах, изменения в структуре молекул и других химических форм движения элементарных частиц.

Относительная стабильность структуры и внешней формы макроскопических тел обусловлены определенными связями и отношениями структурных элементов, а формы изменений и переходов их состояний проявляются в неизбежных тепловых, тепломассообменных явлениях, процессах кристаллизации.

Микроструктура и кинетика ее изменения изучаются с помощью оптических методов, электронной микроскопии, дифференциально-термического анализа, рентгенографии и др. Сравнительно простым измерением, производимым на плоскости наблюдения, устанавливается .расчетным путем содержание некоторого ключевого элемента структуры в объеме материала.

В зависимости от характера связей контактируемых частиц однородные микроструктуры различают коагуляционные, конденсационные и кристаллизационные.

Коагуляционными называют структуры, в образовании которых участвуют сравнительно слабые силы молекулярного взаимодействия между частицами — ван-дер-ваальсовы силы сцепления, действующие через прослойки жидкой среды.

Конденсационными называются структуры, возникающие при непосредственном взаимодействии частиц, или под влиянием химических соединений в соответствии с валентностью контактирующих атомов, или под влиянием 'ионных и ковалентных связей. Кристаллизационными (или кристаллическими) называют структуры, образовавшиеся путем вы-кристаллизовывания твердой фазы из расплава или раствора и последующего прямого срастания отдельных кристаллов в прочный их агрегат, в том числе под влиянием химических связей. Академик П. А. Ребиндер, впервые разделивший микроструктуры на эти три разновидности, отмечал возможным и даже более типичным образование смешанных структур как совокупности двух или трех однородных, например кристаллизационно-коагуляционной и др. При определенных условиях может быть самопроизвольный (спонтанный) переход с различной скоростью коагуляционной структуры в конденсационно-кристаллизационную и др. С реальным характером микроструктур связаны в известной мере представления об их качественных характеристиках. Так, например, при коагуляцион-ных структурах почти всегда наблюдаются пониженная прочность вещества, способность к тиксотропному восстановлению структуры, разрушенной под влиянием механического воздействия, например вибрирования. Конденсационные и особенно кристаллизационные структуры придают веществу повышенную прочность, хрупкость, лишают его тиксотропности.

Микроструктура в ИСК наиболее характерна для вяжущего вещества, поскольку для него были использованы компоненты с высокой степенью дисперсности частиц и получаемых новообразований.

Определенный объем, иногда значительный, в микроструктуре занимают замкнутые и сообщающиеся поры или те и другие вместе. Эти поры могут иметь различное происхождение, что зависит от вида цементирующего вещества. По своему размеру они бывают мелкими. Но они могут быть и крупными. Крупные поры образуются в различных количествах в зависимости от того, непроизвольно или преднамеренно они возникли в вяжущем веществе. При непроизвольном вовлечении воздуха в период изготовления смеси их количество обычно невелико, составляя 2 ... 5%. Если возникают они под влиянием специально вводимых воздухововлекающих тли порообразующих добавок, то в поризованном вяжущем веществе может сосредоточиваться до 50% и более по объему сферичесих (ячейковых) пор, чаще всего замкнутых.

В микроструктурах могут встречаться кроме пор другие виды неплотностей, играющие важную роль в придании определенного качества вяжущему веществу в ИСК. Их относят обычно к дефектам микроструктуры, которые отрицательно влияют на качество материала. Среди них дефекты кристаллической решетки в виде так называемых вакансий, вызванных «испарением» атома из узла решетки; в виде дислоцированных атомов, т. е. перемещенных в междоузлии кристаллической решетки; в виде примесей в кристаллической решетке со значительным искажением качества вещества по сравнению с чистыми и сверхчистыми веществами. Особо опасными являются дефекты в виде микротрещин, способных под нагрузками расти с переходом в макротрещину или магистральную трещину, охватывающую макрообъемы кристаллических агрегатов и тел.

Кроме вяжущего вещества микродисперсной структурой обладают также приповерхностные слои или контактные зоны в материале, отделяющие вяжущее вещество от поверхности другого компонента, например зерен заполнителя, фазы друг от друга. Состав и структура тонких контактных слоев (моно- и полимолекулярных) отличаются от основного вяжущего вещества. Отличается от других объемов материала и качество этих слоев, так как оно зависит от пограничных дефектов структуры, прочности сцепления контактируемых веществ и пр., хотя различие в качестве приповерхностного слоя и остального объема вяжущего является не скачкообразным, а довольно плавным.

«Укладка» микрочастиц происходит компактно, т. е. как бы с учетом принципа наиболее плотной упаковки. Этот принцип характеризуется тем, что в кристаллических телах внутреннее строение при укладке атомов, ионов или молекул в кристалле возникает наименьшее остаточное свободное пространство. Однако такой принцип применим не ко всем видам кристаллов, так как при плотной упаковке может возникнуть меньшая устойчивость равновесия, что, например, не в малой степени зависит от направления валентностей контактируемых частиц.

Макроструктура различима невооруженным глазом. Для наиболее распространенных строительных материалов с конгломератным типом структуры (ИСК) она образована совмещением микроструктуры вяжущего вещества и полизернистых или иных видов (волокнистых, пластинчатых, угловатых и т. п.) грубодисперсных частиц заполнителя, а также в ней содержится капиллярно-поровая часть. В большой группе особо легких бетонов (ячеистых бетонов) макродисперсные поры в виде замкнутых ячеек являются как бы своеобразной разновидностью «заполнителя».

Подобно плотной, компактной упаковке частичек в микроструктуре вяжущих веществ, грубозернистые заполнители подбирают с наименьшим объемом межзерновых пустот, что позволяет экономить на расходе вяжущего вещества в конгломератах. С этой целью зернистые заполнители предварительно разделяют на фракции по размерам, с тем чтобы затем пробным подбором или расчетом найти содержание каждой фракции при плотной их смеси. Если крупные частицы, например, щебня или гравия в такой мере сближены, что контактируют непосредственно друг с другом или через тонкие прослойки вяжущего, то сформировавшаяся структура называется контактной. Если имеется разделение частиц прослойками вяжущего вещества значительной усредненной толщины, то макроструктуру принято именовать порфировой.

Структурные характеристики получаемого материала, например толщины пленок среды, содержание пор и их размер и др., изменяются при разных технологиях. Так, макроструктура прессованных изделий отличается от получаемых при литьевой технологии из одинаковых по качеству компонентов; микроструктура вяжущей части изделий после твердения в обычных условиях на воздухе отличается от образующейся при твердении в условиях повышенных давлений и температур и т. п.

Существенным является разделение структур на оптимальные и неоптимальные.

Оптимальной называют структуру, если частицы в ней распределены равномерно по объему (фазы, компоненты, поры и др.); отсутствуют или содержится мало дефектов структуры как концентраторов напряжений или аккумуляторов агрессивной среды; имеется непрерывная прослойка вяжущего вещества в виде пространственной сетки, или матрицы при минимальном отношении с/ф, именуемым условно фазовым. В тех случаях когда в материале нет вяжущей прослойки, то условием оптимальности структуры служит наибольшая поверхность контактирования и взаимосвязи частиц твердой фазы. Весьма желательным, хотя и не строго обязательным, является признак оптимальности по наибольшей, плотности упаковки твердых частиц как в микроструктуре, так и в макроструктуре. Последнее условие предопределяет, как правило, наибольшую экономичность материала оптимальной структуры. Не всегда изделие обладает одинаковой оптимальной структурой материала во всех частях, например поверхностный слой может отличаться от внутренней части по своей структуре (и по качеству).

Неоптимальными называют структуры, которые не удовлетворяют хотя бы одному из вышеуказанных обязательных условий оптимальности. Оптимальным структурам соответствуют улучшенные показатели качества материалов по сравнению с неоптимальными. Это улучшенное качество обусловлено повышенной плотностью, минимальным количеством жидкой среды, повышенной концентрацией твердой, например, кристаллической фазы, минимумом объема пор в контактных зонах и рядом других причин, особенно энергетического характера, поскольку при оптимальных структурах свободная энергия Гиббса и энергия Гельмгольца становятся минимальными.

Ценным достоинством оптимальных структур является подобие их между собой, что доказывается теоремой в теории ИСК. Это, в частности, означает, что закономерность, вскрытая в отношении одного материала, может быть распространена на другие, если их структуры — оптимальные.

Оптимальная структура может сформироваться и тогда, когда в ИСК отсутствует вяжущая часть в виде матричного или каркасного структурного элемента, а имеется поверхность (или несколько поверхностей) раздела контактируемых фаз, объединяемых между собой химическими связями, чаще всего ковалентными. При такого рода структурах стремятся обеспечить максимальную поверхность контакта фаз или ее уменьшение, если химические связи не обеспечивают эффективного упрочнения контакта, например, при молекулярных (ван-дер-ваальсовых) связях.

Имеется общий метод проектирования оптимальных составов и структур ИСК, применимый для различных безобжиговых и обжиговых материалов. Для некоторых материалов имеются также специфические методы подбора состава. Разными методами стремятся к получению из данных компонентов оптимальной структуры материала, удовлетворяющего заданным показателям качества (свойств).

При одинаковой технологии изготовления смеси и изделия, других одинаковых условиях можно получить неограниченное количество неоптимальных структур, гораздо меньше — оптимальных одну-две рациональные структуры. К последним относят оптимальные структуры, при которых конгломерат в полной мере соответствует заданным показателям качества в реальных условиях производства. Важно остановиться на составе, при котором структура оказывается не только оптимальной, но и рациональной.