Характеристика состава строительных материалов ( химический, минералогический, фазовый, вещественный).

Характеристика состава строительных материалов (химический, минералогический, фазовый, вещественный).

Химический состав отражает содержание в материале химических элементов или их оксидов в %. Могут быть:

а)органические (древесина, пластмассы, битум и др.).

б)не органические:

- не металлические (бетон, цемент, кирпич и т.д.)

- металлические (сталь, алюминий)

 

Структура материалов. Внутреннее строение. Характеристика основных типов химических связей.

Микроструктура материала. Строение аморфных и кристаллических тел(типы кристаллических решеток).

Макроструктура материала. Типы строения материалов на макроуровне.

Основные свойства строительных материалов.

Причины самопроизвольных поверхностных явлений. Свободная поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Факторы, влияющие на поверхностное напряжение.

К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое и возникающие в результате взаимодействия сопряжённых фаз.

Поверхностное натяжение характеризует избыток поверхностной энергии, приходящийся на 1 м² межфазной поверхности.

Зависит от природы граничащих сред, от температуры (при Т=Тк, коэфф. поверхн. натяжения=0);, от рода жидкостей (различные чистые вещества имеют разные коэфф. поверхн. натяжения).

Особенности адсорбции на границе раствор-газ. Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса.

Поверхностно-активные вещества, особенности строения, классификация. Использование ПАВ в технологии строительства.

Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Как правило, ПАВ — органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент(функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть,гидрофобный

компонент. Примером ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот — олеата, стеарата натрия и т. п.) и СМС(синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.

Строительство. ПАВ, называемые пластификаторами, добавляют к цементно-песчаным смесям и бетонам для уменьшения их водопотребности при сохранении подвижности. Это увеличивает конечную прочность (марку) затвердевшего материала, его плотность, морозостойкость, водонепроницаемость.

Поверхностная активность. Изотерма адсорбции ПАВ.

Поверхностная активность – величина, характеризующая адсорбируемость данного вещества.

Особенности адсорбции на твердой поверхности. Признаки адсорбционного равновесия. Отличие физической адсорбции от хемосорбции.

В отличие от поверхности жидкости поверхность твердых тел геометрически и энергетически неоднородна — твердые адсорбенты могут иметь поры. Одной из основных характеристик подобных адсорбентов является пористость П, она равна отношению суммарного объема пор V _п к общему объему адсорбента V _об, т.е. П = V _п /V _об. В зависимости от пористости твердые адсорбенты делятся на две группы: непористые и пористые. Пористость не только резко повышает удельную поверхность адсорбента, но и влияет на механизм адсорбции.

Процесс, обратный адсорбции, то есть перенос вещества с поверхности раздела фаз в объём фазы, называется десорбция. Если скорости адсорбции и десорбции равны, то говорят об установлении адсорбционного равновесия.

Изотерма адсорбции на твердой поверхности. Уравнение Фрейндлиха и Лэнгмюра, их анализ.

Примеры сорбентов и сорбционных процессов.

Сорбенты (от лат. sorbens — поглощающий) — твердые тела или жидкости, избирательно поглощающие (сорбирующие) из окружающей среды газы, пары или растворённые вещества. АктивированныйHYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%83%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C" уголь, силикагель, оксид HYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4_%D0%B0%D0%BB%D1%8E%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%8F"алюминия,диоксидHYPERLINK "https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4_%D0%BA%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D1%8F" кремния, различные ионообменные смолы, дибутилфталат и др. Различают два основных типа сорбционных процессов: абсорбцию и адсорбцию. При абсорбции поглощаемое вещество улавливается всем объемом поглотителя, при адсорбции - только поверхностью. Природные и синтетические адсорбенты широко используют в научных исследованиях, в медицине, в хроматографии, при получении твердых катализаторов и т.д.

Явления адгезии и когезии, их характеристика. Примеры данных явлений в строительстве.

Взаимодействие (сцепление) молекул, атомов, ионов внутри одной фазы (гомогенной части сис-темы) называют когезией.. Когезионные силы и иногда называют силами аттракции (притяжения).

Межфазное взаимодействие, или взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных тел разной природы, называют адгезией (прилипанием).

18. Классификация дисперсных систем по различным признакам, с примерами.

Дисперсной называют систему, состоящую из дисперсной фазы — совокупности раздробленных частиц и непрерывной дисперсионной среды, в которой во взвешенном состоянии находятся эти частицы.

По степени дисперсности различают грубодисперсные и коллоидно-дисперсные.

Классификация дисперсных систем по степени дисперсности Свободнодисперсные:

1) ультрамикрогетерогенные (истинно-коллоидные) 10 –7 – 10 -5см (от 1 до 100 мкм) –– (т/т);

2) микрогетерогенные 10 –5 – 10 -3см. (от 0,1 до 10 мкм) т/ж, ж/ж, г/ж, т/г.

3) грубодисперсные > 10 -3см; т/г.

Связнодисперсные системы:

1) микропористые: поры до 2 мм;

2) переходнопористые: от 2 до 200 мм;

3) макропористые: выше 200 мм. По агрегатному состоянию дисперсной фазы предложено различать восемь видов коллоидных систем.

 

Разновидность дисперсных систем.

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза	Название дисперсной системы	Примеры дисперсных систем
Газ	Жидкость	Аэрозоль	Туман,облака, карбюраторная смесь бензина с воздухом в двигателе автомобиля.
Твердое вещество	Аэрозоль	Дым, смог, пыль в воздухе
Жидкость	Газ	Пена	Газированные напитки, взбитые сливки
Жидкость	Эмульсии	Молоко, майонез, жидкие среды организма (плазма крови, лимфа), жидкое содержимое клеток (цитоплазма, кариоплазма)
Твердое вещество	Золь, суспензия	Речной и морской ил, строительные растворы, пасты.
Твердое вещество	Газ	Твердая пена	Керамика, пенопласты, полиуретан, поролон, пористый шоколад.
Жидкость	Гель	Желе, желатин, косметические и медицинские средства (мази, тушь, помада)
Твердое вещество	Твердый золь	Горные породы, цветные стекла, некоторые сплавы.

Примеры тиксотропных явлений в природе и строительстве.

Явление тиксотропии часто встречается в природе. Многие гли- нистые и лёссовые грунты, имеющие достаточно высокую влаж- ность, способны (как и коллоидные растворы) при сотрясении мгно- венно разжижаться, а затем опять возвращаться в первоначальное пластичное состояние.

Тиксотропные явления наблюдаются при забивке свай, при действии на грунт динамической. нагрузки от фундаментов, на которых размещены машины и т. д. При вибропогружении свай происходит резкое разупрочнение грунтов вблизи поверхности сваи и затем, после окончания погружения — тиксотропное упрочнение грунта. Оно ведет к частичному или практически полному восстановлению их первоначальной прочности и обусловливает поэтому постепенное увеличение несущей способности свай.

Гидравлическую известь и романцемент применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, в том числе во влажных условиях, бетонах низких марок, смешанных вяжущих и т. п., что позволяет экономить энергоемкий и дорогой портландцемент.

 

 

Легирование

 

Этим способом является получение сплавов, которое называется легирование. В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др.

 

Защитные пленки

 

Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами, поэтому они препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов.

Опыт показывает, что срок службы лакокрасочных покрытий в этих условиях невелик. Намного практичнее оказалось применять толстослойные покрытия из каменноугольной смолы (битума).

В некоторых случаях пигменты красок выполняют также роль ингибиторов коррозии (об ингибиторах будет сказано далее). К числу таких пигментов относятся хроматы стронция, свинца и цинка (SrCrO4, PbCrO4, ZnCrO4).

 

Грунтовки и фосфатирование

 

Часто под лакокрасочный слой наносят грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионноактивной. Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, наиболее эффективным признан свинцовый сурик Pb3O4-.

 

Для фосфатирования поверхности стальных изделий разработано несколько различных препаратов. Большинство из них состоят из смеси фосфатов марганца и железа.. Процесс фосфатирования длится 40-60 минут. Для его ускорения в раствор вводят 50-70 г/л нитрата цинка. В этом случае время сокращается в 10-12 раз.

 

Электрохимическая защита

 

В производственных условиях используют также электрохимический способ — обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка при плотности тока 4 А/дм2 и напряжении 20 В и при температуре 60-700 С. Преимущественно их используют как основу под окраску, обеспечивающую хорошее сцепление краски с металлом. Кроме того, фосфатный слой уменьшает коррозионные разрушения при образовании царапин или других дефектов.

 

Силикатные покрытия

 

Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали, коэффициент теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Их компонентами являются SiO2 (основная масса), B2O3, Na2O, PbO. Кроме того, вводят вспомогательные материалы: окислители органических примесей, оксиды, способствующие сцеплению эмали с эмалируемой поверхностью, глушители, красители. Эмалирующий материал получают сплавлением исходных компонентов, измельчением в порошок и добавлением 6-10% глины. Эмалевые покрытия в основном наносят на сталь, а также на чугун, медь, латунь и алюминий.

 

Цементные покрытия

 

Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, — высокая чувствительность к механическим ударам.

 

Покрытие металлами

 

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами:

 

-горячее покрытие — кратковременное погружение в ванну с расплавленным металлом;

-гальваническое покрытие — электроосаждение из водных растворов электролитов;

-металлизация — напыление;

-диффузионное покрытие — обработка порошками при повышенной температуре в специальном барабане;

-с помощью газофазной реакции, например:

 

3CrCl2 + 2Fe 1000 ` C 2FeCl3 + 3Cr (в расплаве с железом).

 

Получение полимеров.

К образованию ВМС приводят три процесса:

1) Реакция полимеризации – процесс, в результате которого молекулы низкомолекулярного соединения (мономеры) соединяются друг с другом при помощи ковалентных связей, образуя полимер. Эта реакция характерна для соединений с кратными связями.

2) Реакция поликонденсации – процесс образования полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих 2 или несколько функциональных групп, сопровождающийся выделением за счет этих групп, таких веществ, как вода, аммиак, галогеноводород и т. п. (Капрон, нейлон, фенолформальдегидные смолы).

3) Реакция сополимеризации – процесс образования полимеров из двух или нескольких разных мономеров. (Получение бутадиенстирольного каучука).

 

 

Сополимеры.

Получают совместной полимеризацией нескольких полимеров.

Поликонденсационные полимеры.

Фенол формальдегидный – получают поликонденсацией фенола и формальдегида. Выпускают в виде олигомера. Используют для получения слоистых пластиков, водостойких лаков, клеев.

Карбамидные получаются поликонденсацией мочевины или карбамида и формальдегида. Наиболее дешевые и прочные в отвердевшем состоянии. Недостаток: низкая водостойкость, склоны к быстрому старению. Используют для красок, лаков, слоистых пластиков.

Полиэфирные, получают поликонденсацией спиртов и органических кислот. Из них изготавливают краски, лаки.

Эпоксидные (смола и отвердитель), очень дорогие, используют для ремонта специальных конструкции.

Кремнийорганические полимеры. Имеют в своем составе кроме органической части кремний. Используют для термостойких красок.

Характеристика состава строительных материалов (химический, минералогический, фазовый, вещественный).

Химический состав отражает содержание в материале химических элементов или их оксидов в %. Могут быть:

а)органические (древесина, пластмассы, битум и др.).

б)не органические:

- не металлические (бетон, цемент, кирпич и т.д.)

- металлические (сталь, алюминий)