Головна

Хімічні властивості матеріалів

  1.  III. Загальні хімічні властивості металів
  2.  V. Хімічні властивості деяких сполук неметалів
  3.  VI. нейрохімічні МЕХАНІЗМИ пластичність і ПАМ'ЯТІ.
  4.  VII. Хімічні властивості алюмінію
  5.  XII. Транспортування вибухопожежонебезпечних та пожежонебезпечних речовин і матеріалів
  6.  АДАПТИВНІ властивості ЮНОЗІМОВ
  7.  Аксіоматичні теорії. Визначення та властивості обчислення висловлювань.

5.4.1. Хімічні властивості

Хімічні властивості матеріалів характеризують їх спо можності вступати в хімічні взаємодії з різними речовинами навколишнього середовища.

Залежно від результату хімічних перетворень них матеріалів (корисні і шкідливі) умовно хімічні властивості можна розділити на групи.


1. Властивості, що характеризують хімічну активність в'яжучих речовин. В результаті хімічної взаємодії утворюються нові сполуки, що забезпечують формування структури і комплексу корисних властивостей композиційних них матеріалів.

Твердіння неорганічних в'яжучих речовин засноване, головним чином, на хімічних реакціях мінералів в'яжучих речовин з водою.

наприклад,

- Твердіння будівельного гіпсу: CaSO4 · 0,5H2O + 1,5 H2O = CaSO4 · 2H2O;

- Твердіння вапна:

а) гасіння: CaO + H2O = Ca (OH) 2;

б) коксування: Ca (OH) 2 + CO2 = CaCO3 + H2O;

- Твердіння цементу:

а) трехкальциевого силікат (Аліто) взаємодіє з водою з утворенням гідросилікатів кальцію змінного складу (ГСК) і гідроксиду кальцію:

3CaO · SiO2 + nH2O = 2CaO · SiO2 (n - 1) H2O + Ca (OH) 2;

б) трехкальциевого алюмінат взаємодіє з водою в присутності гіпсу з утворенням гідросульфоалюміната кальцію - мінералу еттрінгіта:

3CaO · Al2O3 + 3CaSO4 · 2H2O + (25-26) H2O =

= 3CaO · Al2O3 · 3CaSO4 · (31-32) H2O;

крім цього утворюються гідроалюмінати кальцію;

в) при взаємодії з водою Двухкальціевий силікату (Беліта) утворюються гідросилікати.

Хімічна активність в'яжучих речовин залежить від хі чеського і мінерального складу.

Для повітряного вапна, наприклад, основний показник, від якого залежить сорт вапна, - це активність, яка визна


деляется вмістом активних CaOі MgOв%. Наприклад, вапно 1-го сорту повинна містити не менше 90% (CaO + MgO) активних, т. Е. Вступають в реакцію з водою в процесі гаше- ня.

Для інших в'яжучих (цемент, гіпс) активність оценівает- ся по здатності забезпечувати властивості міцності до визна поділеній терміну твердіння.

Про активність в'яжучих можна також судити за кількістю тепла, яке виділяється в ході хімічних реакцій.

2. Властивості, що характеризують здатність матеріалів чинити опір дії хімічно агресивного середовища, Визи- вающей в них обмінні реакції і призводять до руйнування матеріалів.

Це кислотостійкість, лугостійкість, стійкість до одно- тимчасового дії комплексу хімічно активних агентів та ін. Крім того, для деяких матеріалів хімічні властивості оцінюються по здібності не розкладатися, не руйнуватися з часом (органічні в'яжучі речовини, полімери та матеріали на їх основі).

Хімічна стійкість залежить від:

- Хімічного складу;

- Мінерального (фазового) складу;

- Мікроструктури (співвідношення кристалічних і аморфних фаз: у аморфних фаз вище хімічна ак тивність, ніж у кристалічних);

- Макроструктури: чим щільніше матеріал (нижче поріс- тости), тим вище хімічна стійкість.

кислото- і лугостійкість - Властивості матеріалів, ха- теризується їх здатність протистояти руйнівній дії, відповідно, розчинів кислот або їх сумішей і водних розчинів лугів. Ці властивості характеризуються по- терей маси подрібненого матеріалу при обробці визначеними розчинами кислот або лугів (у%).

Про хімічної стійкості матеріалів можна приблизитель- але судити за хімічним складом і по модулю основності:


% CaO +% MgO +% Na2O (K2O)

 Mo =.

% SiO2 +% Al2O3


(5.22)


При низьких значеннях модуля основності (багато SiO2в з- ставі) матеріали стійкі до кислот, але здатні до взаємодій- ствию з лугами - кварц, граніт, кварцит, силікатне стек- ло. Крім цього, кислотостойкий вуглецеві стали, чавуни, що містять більше 2,5% вуглецю, титан.

При високих значеннях модуля основності матеріали щоках лочестойкі, але руйнуються кислотами.

наприклад, Мо цементного каменю ~ 3/2 - цементні мате ріали руйнуються більшістю кислот і щелочестойки. У гірських порід, що складаються з кальциту СаСО3 (вапняк, мра- мор), модуль основності має дуже велике значення - поро ди легко руйнуються кислотами, але щелочестойки.

До щелочестойким матеріалів відносяться вапняки, мра- мор, бетони на основі портландцементу і глиноземистого цементу, спеціальні хромонікелеві стали, нікелеві лату- ні, скло, що містить оксид бору і ін.

Ступінь стійкості матеріалів до руйнівній дії розчинів різних кислот або лугів різна і вимагає конкретної оцінки в залежності від передбачуваної області застосування.

Бітум не стійкий в лужному середовищі, а деревина не устой- Чіва ні в лужному, ні в кислому середовищі.

Досить високу стійкість до дії розчинів щоках дрібниць і кислот проявляють керамічні матеріали, діабаз і базальт, Шлакоситалл, багато пластмаси.

Важливим властивістю, що характеризує стійкість органічну ських будівельних матеріалів, в першу чергу полімерних матеріалів, є їх маслобензостійкість (Топлівостой- кістка) - здатність цих матеріалів протистояти дії рідких вуглеводневих палив. При контакті з углеводорода- ми і маслами мінерального походження багато полімери, особливо гуми, набухають. У гумових матеріалів ступінь


набухання може досягати декількох сотень відсотків. Мас- лобензостойкость необхідно враховувати при виборі матері- алів для покриття підлог гаражів, станцій технічного ного обслуговування, деяких промислових будівель, тваринницьких приміщень та т. П.

При виборі хімічно стійких матеріалів необхідно враховувати також здатність матеріалів протистояти дейст- вию розчинів солей, газів і одночасного дії не- скількох агентів в хімічно агресивних середовищах.

До фізико-хімічними властивостями матеріалів відносять їх адгезионную здатність. адгезія (Від лат. Adhaesio - «пріліпа- ня») - зчеплення і зв'язок між які перебувають в контакті по- поверхнями різнорідних за складом (твердих або рідких) тіл (фаз), обумовлені міжатомними силами тяжіння. Ця властивість має велике значення при зварюванні і пайку мате ріалів, склеюванні, нанесенні захисно-декоративних (емале- вих, лакофарбових і ін.) Покриттів, створення композіціон- них матеріалів - пластмас, бетонів.

У зв'язку з усе дедалі ширшим впровадженням в будівельну практику синтетичних полімерних матеріалів (і особливо оздоблювальних пластмас) важливим критерієм атестації якості будівельних матеріалів і виробів є оцінка їх санітарно- гігієнічних характеристик - Токсичності, біологічної чеського дії шкідливих для людей хімічних забруднень зовнішнього середовища і інтенсивного запаху в результаті міграції з матеріалів залишкових мономерів, каталізаторів, стабіліза- торів, пластифікаторів, розчинників та інших нізкомолеку- лярних сполук, а також в результаті деструкції в процесі переробки і експлуатації. Застосування в будівлях і споруд пах матеріалів, що володіють будь-яким ступенем токсичності, категорично забороняється.

корозія (Від лат. Сorrodo - «роз'їдає») - процес разру- шення матеріалу під дією агресивних чинників навколишньому середовища.


Корозія металів - руйнування внаслідок хімічного і електрохімічного взаємодії їх з корозійної середовищем; корозію заліза і сплавів на його основі називають ржавлені- їм. Корозію гірських порід називають вивітрюванням. Корро- зія бетону - руйнування бетону в результаті фізичного, хи- мического, фізико-хімічного та біологічного взаємодії продуктів вия з зовнішнім середовищем.

корозійна стійкість - Здатність матеріалу сопро- тівляться руйнування в результаті дії зовнішньої агрес- сивной середовища.

Корозійна стійкість - це комплексне, а не тільки хімічне властивість будівельних матеріалів.

Корозійна стійкість визначається складом і структу- рій матеріалу, наявністю механічних напружень, состояні- їм поверхні, умовами дії агресивного середовища.

Кількісно корозійна стійкість матеріалів оціни ється за 10-бальною шкалою (табл. 5.9), що характеризує зменшення товщини матеріалу (в мм / рік).

Таблиця 5.9 Шкала оцінки корозійної стійкості матеріалів

 Група стійкості матеріалів  Швидкість корозії,мм / рік  бал
 абсолютно стійкі  менше 0,001
 вельми стійкі  0,001 ... 0,005
   0,005 ... 0,01
 стійкі  0,01 ... 0,05
   0,05 ... 0,1
 знижений стійкі  0,1 ... 0,5
   0,5 ... 1
 малостойкие  1 ... 5
   5 ... 10
 нестійкі  більше 10

Матеріали, що відрізняються корозійну стійкість в різних агресивних середовищах (оцінка за шкалою не вище 5 балів), називаються корозійностійкими. До них відносяться керамічні матеріали з щільним черепком, скла, азбесту, леговані стали, сплави титану і алюмінію, багато ПЛАСТ- маси і ін.

Корозійна стійкість металів оцінюється також по втраті маси матеріалу з одиниці площі (в г / (м? · год)), по по- тере механічної міцності, пластичності і по іншим показ- ник.

Корозійну стійкість металів підвищують легування ням, рафинированием, нанесенням захисних покриттів, хі ко-термічною обробкою і іншими способами.

5.4.2. Вивітрювання гірських порід і способи захисту вивітрювання - Процес руйнування гірських порід і ка-

сних матеріалів під дією різних факторів навколишньому середовища.

Стійкість до вивітрювання залежить від мінерального соста- ва і будови. Стійким до вивітрювання є кварц, ма- лоустойчівимі - польові шпати ортоклаз і микроклин, неус- стійкості - основні плагіоклази, олівін, кальцит, доломіт, гіпс, хімічно активні мінерали - сульфіди, сульфати.

Чинники, що викликають руйнування кам'яних матеріалів:

· фізико-механічні:

- Добові коливання температури (виникнення внутрішніх напружень за рахунок різного зміни обсягу зерен різних мінералів з відмінними по- казниками температурного лінійного і об'ємного рас ширення);

- Спільна дія води і морозу (виникнення напружень, пов'язаних з проникненням і замерзанням води в порах і мікротріщинах матеріалів, в тому чис ле виникають при видобутку і переробці гірської по- пологи);


· фізико-хімічні:

- Дія води на мінерали з підвищеною розчинника мостью (гіпс, карбонати) (розчинення і вимивання);

- Дія води, що містить розчинені гази, в тому числі від промислових викидів, особливо CO2, SO3, SO2, NO2 і ін., Що призводить до утворення но-вих і легко розчинних сполук.

наприклад:

- Для карбонатних порід:

CaCO3+ H2O + CO2® Ca (HCO3) 2

з'єднання добре

з низькою розчинна

розчинність з'єднання

CaCO3+ 2HNO3® Ca (NO3) 2+ H2O + CO2

з'єднання добре

з низькою розчинна

розчинність з'єднання

- Для польовошпатних порід:

K2O · Al2O3 · 6SiO2+ 2H2O + CO2®Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O+ 4SiO2+

+ K2CO3

 польовий шпат-ортоклаз  каолинит  аморфний
 розчинний з'єднання    кремнезем

- Дія органічних кислот, що утворюються при життєдіяльності мікроорганізмів на поверхні і в тріщинах каменю.

Способи захисту від вивітрювання підрозділяються на три групи:

1. Конструктивні:

- Надання виробам і конструкціям такої форми, кото-рая забезпечує хороший стік води з поверхні каменю;


- Підвищення щільності і гладкості поверхні шляхом шліфування та полірування.

2. Фізико-хімічні способи захисту, спрямовані на ущільнення поверхні і підвищення водостійкості:

- Обробка гідрофобними складами, наприклад, крем-нійорганіческімі рідинами (зменшення смачівае- мости поверхні, швидкості капілярного підсосу);

- Просочення пористих гірських порід розчинами солей кремнефтористоводородной кислоти (H2SiF6) - флюата- ми (спосіб Флюатірованіе). Застосовується непосредст- венно для карбонатних порід, інші породи попередньо

кові просочуються розчином вапняної солі, а потім флюатом.

2CaCO3 + MgSiF6 = 2CaF2+ MgF2+ SiO2+ 2CO2

з'єднання з низькою

розчинність

При Флюатірованіе утворюється захисний шар з нерас- творяться з'єднань, що заповнюють поверхневі пори, в ре-док зменшується водопоглинання, збільшується морозо- стійкість;

- Обробка поверхні добавками оксиду свинцю або залізистих сполук збільшує погодоустойчі- с-.

3. Фізико-хімічні методи захисту, спрямовані на освіту водонепроникних плівок на поверхні:

- Обробка полімерами (наприклад, розчином мочевино- формальдегіду) або мономерами з піду-

щей полімеризацією в порах каменю;

- Просочення гарячим лляною олією;

- Покриття шаром воску, розчиненого в скипидарі, парафін, розчиненого в нафтовому дистилляте або ка- менноугольном дьогті.


5.4.3. корозія цементних матеріалів і способи підвищення корозійної стійкості

В результаті хімічної взаємодії продуктів гид- ратаціі клінкерних мінералів з водою, які утримуються в ній речовинами відбувається так звана хімічна корозія цементного каменю і бетону. Розрізняють три види корозії:

· 1-й вид корозії - Розкладання складових частин цементного каменю практично чистою водою, наприклад пре- сної, розчинення і вимивання утворюється при цьому і вже раніше наявного гідроксиду кальцію;

· 2-й вид корозії - Освіту легкорозчинних солей в результаті взаємодії складових цементного каменю з речовинами, що знаходяться в навколишньому середовищі, розчинення і вимивання цих солей, а також утворення пухких продуктів, що не володіють міцністю. Найбільш характерні углекіслот- ная і магнезіальних корозії.

Наприклад, за рахунок обмінних реакцій утворюються раство- рімие солі кальцію і аморфний осад Mg (OH) 2:

Са (ОН) 2 + MgС12® СаС12 + Mg (OH) 2

· 3-й вид корозії - Освіту в цементному камені під

впливом проникаючих в нього речовин таких з'єднань, ко- торие мають більший обсяг, ніж вихідні речовини. У ре-док виникає внутрішня напруга, які призводять до появи тріщин.

Наприклад, у воді, що містить сульфат магнію, протікає ряд реакцій:

Са (ОН) 2 + MgSO4® СаSО4 · 2Н2О + Mg (OH) 23CaO · Al2O3 + 3MgSO4 + 12Н2О ® СаSО4 · 2Н2О + Al (OН) 3 +

+ Mg (OH) 2

3CaO · Al2O3 + СаSО4 · 2Н2О ® 3CaO · Al2O3 · 3СаSО4 · (31-32) Н2О

еттрінгіт

де Al (OН) 3і Mg (OH) 2 пухкі опади.

СаSО4 · 2Н2О і еттрінгіт - кристали, що викликають напруження ються. Особливо небезпечно освіту еттрінгіта в порах бетону, так як це призматичні або голчасті кристали, у яких обсяг більш ніж в 2 рази перевищує обсяг вихідних фаз.


Заходи запобігання корозії (крім общекіслотной):

· Використання цементів з пониженим вмістом Аліта і С3А в клінкері, при цьому в цементному камені уменьша- ється зміст Са (ОН) 2и нестійких високоосновних гид- роалюмінатов кальцію.

· Введення під час помелу оптимальної кількості гіпсу, який повинен повністю зв'язуватися в перші 24-48 годин твердіння цементу.

· Введення активних мінеральних добавок - в результаті відбувається зв'язування Са (ОН) 2 в низькоосновні гідросіліка- ти кальцію; зменшення розмірів кристалів Са (ОН) 2; уплот- ня структури за рахунок додатково утворюються гідро- силікатів кальцію.

· Будь-хто заходи, спрямовані на зниження водопотребности цементу, зниження пористості каменю, ущільнення структури (наприклад, зниження В / Ц при використанні пластіфіцірую- щих добавок).

· Для захисту бетону також застосовують захисні покриття.

 




 ВСТУП |  Значення будівельних матеріалів |  Класифікація будівельних матеріалів |  стандартизація |  Принципи забезпечення комплексу властивостей |  склад матеріалів |  будова матеріалів |  види сировини |  Основні принципи виробництва |  Приклади використання технологічних добавок |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати