76. Защита каменных материалов от разрушения.

Процесс постепенного разрушения каменных материалов можно предотвратить или затормозить с помощью различных конструктивных и химических методов защиты, способствующих снижению воздействия увлажнения, нагревания, замерзания, силнечной радиации и т.д.

Конструктивные методы выражаются в устройстве или полированных поверхностей материалов, не способных задерживать дождевые и талые воды и пропускать агрессивные реды внутрь каменного материала.

Химические меры защиты заключаются в флюатировании камня, т.е. обработке его водными растворами солей кремнефтористо-водородной кислоты. Эти соли выступают в химические соединения с растворимыми компонентами камня ис образованием фтористых солей Ca и Mg и кремнезема, нерастворимых вводе, которые уплотняют поверхность камня и делают ее недоступной для агрессивных сред.

Химические меры обработки особенно эффективны дл карбонатных пород. К ислые породы перед флюатированием прописывают раствором изветковой соли, которая впоследствии образует с флюатом защитный слой из нерастворимых в воде соединений. Поверхность камня может обрабатываться добавкками оксида свинца или железистых соединений, увеличивающих погодоустойчивость поверхности.

Конструктивные и химические мероприятия, применяемые в совокупности, приводят к увеличению долговечности природного камня в конструкциях зданий и сооружений.

78. Структурообразующие элемент и структурные ровни.

К структурообазующим элементам относится:

1) Элементарные частицы - это мельайшие частицы материи: фотоны, электроны, позитроны, протоны, нейтроны, мюзоны, нейтрино, антипротоны, антинейтрон, гипероны. Между ними десйствуют силы различной интенсивности и радиуса действия: сильные - электромагниты; слабые - гравитационные.

2) Атомы - это сложные образования построеные из элементарных частиц. Свойство атомма зависит от заряд ядра и состояния электронных оболочек. Атомы всех элементов могут соединяться друг с другом или другими атомами, образуя: ионы, свободные радикалы, молкулы.

3) Ионы - образуются из атомов или молекул при отрыве и удалении электронов(ион "+") или при их присоединении(ион "-"). Например: NaCl <-> Na(+) + Cl(-)/

4) Свободные радикалы - это осколки молекул, высокоактивные неустойчивые частицы, возникающие при распаде молекул ковалентной связью между атомами и обладающими неспаренными электронами.

5) Молекулы - наименьшие частицы индивидуального ве-ва, способные к самостоятельному существованию, состоящие из одинаковых или различных атомов. В молекуле есть электроны которые движутся на молеклярных орбитах, охватывающих все ядра в молекуле, и молекулярные орбитали занимают весь объем молекул.

6) Комплексные соединения и комплексные ионы - это соединения сложного состава, у которых можно выделить центральный атом и непосредственно связные с ним молекулы или ионы.

7) Элементарные кристалические рештки - простейшие структурные единицы кристалла.

8) Коллоидные частицы - это частицы твердых, жидких ве-в размером 10^9 - 10^-7 м.

9) Дисперсные частицы - это частицы твердых, жидких ве-в размером 10^-7 - 10^-6 м.

10) Углеводороды с молекулярной массой <5000 - масла, смолы, асфальты.

11) Углеводороды с молекулярной массой >5000 - олигомеры, полимеры (-CH2-CH2-)n и др.

12) Кристаллы, кристаллиты и зерна - твердые тела, имеющие упорядоченное взаимное расположение образующих их цастиц - атомов, ионов, молекул. Зерна имеют искаженную кристаллическую решетку, неправильную форму ристалла, без хар-ой кристаллиеской огранки.(дендриты, кристаллические зана металлических слитков).

13) Твердые частицы - частицы крупных размеров (>3*10^-4 м).

14) Поры и пустоты

В формировании материала на более низких уровнях принимают участие наполнители, заполнители, добавки и т.д. Строение материала хар-ся многоступеначтостью, многообразием структурных элемнтов и уровней форм связи между сруктурообразующими одного и различных уровней.

79. Формы связи.

Молекула, с физич. точки зрения - это некоторая совокупность атомов, которая обладает рядом характерных отличительных свойств.

Свойство молекулы и ее способность вступать в химическое взаимодействие с другими молекулами зависят не только от прочости химических связей в молекуде, но и от ее пространственного строения. Раздел химии, изучающий структуру молекул, их пространственное строение, называется стереохимией.

Электроенная структура - это сведения о состоянии и характере движения электронов в молекуле: составе и виде волновых функций, описывающих движение электронов; энергии электронов; распределении электронной плотности в пределах молекулы; энергии взаимодествия отдельных атомов или их групп, различных видах энергии молекулы в целом.

Объединение атомов в молекулу происходит засчет образования химических связей. Связь между одноименными и разноименными атомами возникает при условии, когда заппас свободной нергии вновь образованной системы уменьшается. Химическая связь возникает балгодаря взаимодействию энергетических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов, участвующих в образовании молекулы или кристалла.

Ковалентная связь - химическая связь, осуществляемая в результате обобществления электронов взаимодествующих атомов в пространстве между их ядрами. Ковалентная связь тем прочнее, чем большей степени перекрываются взаимодействующие электронные облака. Неполярная ковалентная связь - это молекула состоящая из двух одинаковых атомов. Полярная ковалентная связь - это двухатомная молекула состоящая из атомов различных элементов.(смещение происходит в сторону сильного атома). Ковалентная связь очень прочна; энергия связи составляет 500-900 кДж/моль, и ве-ва с ковалентной связью хпр-ся высокой проностью и высокой температурой правления. К ве-вам с ковалентными связями принадлежат селикаты, алюминаты, алюмосиликаты и им подобные системы.

Ионная связь - взаимодействие двух нейтральных атомов сопровождающееся истинным переносом электрона от одного атома к другому. Образуются катионы, анионы и электровалентная связь. Ионная связь возникает лишь при больших различиях в значениях электроотрицательности атомов. По прочности она одного порядка с ковалентной.

Хар-ся высокой прочностью, твердостью, высокими темпреатурами плавления, но хрупки и обладают низкой электропроводностью.

Металлическая связь - возникает в металлах, когда атомы теряют электроны внешней электронной оболочки и владеют ими сообща. Отличаются высокой электрической проводимостью и теплопроводностью, а в обычных условиях являются кристаллическими ве-ми. Атомы металлов хар-ся невысокой энергией ионнизации - валентные электроны слабо удерживаются в атоме, т.е. легко перемещаются по всему кристаллу. Электроны в металле можно рассматривать как свободные, образующие "электронный газ". Высока плотность, электрическая проводимость и теплопроводность, отражательная способность, способность к деформации объясняется "электронным газом".

Водородная связь - вид химического взаимодействия атомов водорода с другими атомами в молекуле. Атом водорода способен соединяться одновременно с двумя другими атомами. Энергия водородной связи находится в рпределах 8-40 кДж/моль, она значительно меньше ковалентной. Образование водородной связи обязано ничтожно малому размеру положительно поляризованного атома водорода и его способности глубоко внедряться в электронную оболочку соседнего отрицательного атома. В следствии непрочности водородные связилегко возникают и разрываются при обычной температуре, что очень важно для биологических процессов.

Ионные кристалы(NaCl, CaCl, CaO) - хар-ся высокой энергией кристаллической решетки, плотнейшей упаковки, обладают средней тведостью, высокой температурой плавления (600-1100С), высокой прочностью, хрупкостью, нзкой электропроводностью.

Атомные кристаллы(алмаз, кремний, кварц) - более твердые и тугоплавкие, чем ионные, обладают еще более высокими твердостью, температурой плавления и кипения. В атомных решетках атомы связаны ковалентной или металлической связью.(алмаз)

Изотермические решетки - имеющие близкие размеры во всех напрвлениях, т.е. самые симметричные. Предтавители: куб, тетраэдр, октаэдр, Ромбоэдр.

Призматические решетки - вытянутые в одном направлении трехгранная, четырехгранная, шестигранная и ромбическая призма.

Триклинные(пластинчатые) решетки - вытянутые в двух направлениях самые несимметричные: у них нет осей и плоскостей симметрии, а три их оси лежат под углом друг к другу.

80. Классификация дисперсных систем.

Дисперсные системы классифицируются по дисперсности, агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсной среды, интенсивности взаимодействия между ними, отсутствию или образованию структур в дисперсных системах.

Количественная хар-ка дисперсности ве-ва является степень раздробленности, величина обратная размеру частиц.

По степени раздробленности(дисперсности):

1) Молекулярно-дисперсные(истиннные растворы) - находятся в молекулярно-ионно-дисперсном состоянии и в большинстве случаев содержат молекулы или ионы, величина не менее 10^-9м. Ист. растворы вполне однородны, в них исчезает разделение фазы и они предстваляют собой однофазные системы.

2) Коллоидно-дисперсные(колоидные растворы)

3) Грбодисперсные(взвеси, суспензии, эмульсии)

Для коллоидных игрубодисперсных систем хар-ны два основных признака: Гетерогенность(Неоднородность) и раздробленность дисперсной фазы. Гетерогенность в коллоидных растворах хар-ся наличием поверхности раздела между частицами дисперсной фазы и дисперсной среды. Переход от молекулярно дисперсных систем к грубодисперсным непрерывен, однако занимающие промежуточное положение коллоидные и микрогетерогенные системы качественно вполне специфичны. С повышением дисперсности вещества все большее значение имеют его свойства, определяемые его поверзностными явлениями.

Дисперсные системы могут быть:

1) Свободнодисперсными. К ним относятся аэрозоли, лиозоли, разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. В этих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, учавствуют в беспорядочном тепловом движении, свободно перемещаются под действием силы тяжести.

2) Связнодисперсные системы - твердообразны; они возникают при контакте частиц дисперсной фазы, приводящем к образованию структуры в виде каркаса или сетки. Такая структура ограничевает текучесть дисперсной системы и придаетей способность сохранять форму.

По агрегатному состоянию:

1) Газовые растворы. В газообразном состоянии частицы слабо взаимодейстуют друг с другом, поэтому газовый раствор при обычном давлении можно считать смесью компонентов (пример: воздух). При невысоком давлении газы смешиваются друг с другом в любых соотношениях. Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений компонентов.

2) Твердые растворы - это фазы переменного состава, в которых атому различных элементов расположены в общей кристаллической решетке. Делется на: -Твердые растворы замещения. Образуется, когда размеры частиц компонентов примерно одинаковы икристаллические решетки однотипны, в том числе и по характеру хим. связи.(Cu в Al до 5.5%, Zn в Cu до 3,9%) -Твердые растворы внедрения. Образуется когда частицы компонентов существенно различаются по размерам.(Растворы N, C, O и неметаллы в металлах)

3) Жидкие растворы. К ним относятся растворы газов, жидкостей и твердых ве-тв в жидких растворителях (водных и неводных). Это воды рек, озер, морей, растворы солей, кислот, щелочей. Жидкие растворы представляют собой однородную систему. Частицы растворенного вещества и растворителя находится в беспорядочном тепловом движении и равномерно распределяются по всему объему раствора. Основными хар-ми являются: Концентрация, Растворимость, тмпература кипения и замерзания, односторонняя диффузия; двусторонняя диффузия.

Многие молекулярно-дисперсные системы применяются в строительной практие ак самостьятельный материал(металличесие сплавы, стекла, каменное литье, лаки, краски), либо проявляются технологии изготовления других материалов.

81. Коллоидно-дисперсные системы. Их свойства.

Коллоидно-диспрсные системы или коллоидные растворы(от греч. клей) можно рассматривать как микрогетерогенные(неоднородные) системы с предельно высокой дробимостью(размеры частиц 10^-9 - 10^-7м), а следовательно, с очень большой поерхностью раздела между дисперсной фазой и дисперсной средой и значительным избтком свободной энерги в поверхностном слое.

Коллоидно-дисперсные системы занимают промежутчные положение между истиными растворами и грубодисперсными систмами. Они могут быть жидкими, вязкопластичными и твердыми.

Жидкие коллоидные сстемы называют Золями, Твердые струденистые - гелями.

Типичные гели имеют вид студенистых тел(соляный клей). Свойства гелей обусловленытем, что в них дисперсная фаза образует пространственную стрктуру, а дисперсионная среда (жидкость или газ) расположена в яейкахэтой структуры. Поэтому гели обладают свойствами твердых тел: Способностью сохранять форму, пластической прочностью, упругостью.

Колоидно-дисперсные системы, занимающие промежуточные положение между миром молекул и крупных тел, получают двумя путеями. 1) Путем конденсации(соединения) ионов, атомов и молекул в агрегаты коллоидной степени дисперсности(в перделах 10^-9 - 10^-7м). 2) Путем дробления крупных тел и последующего тонкого измельчения в коллоидных мельницах до частиц коллоидного размера.

В коллоидны системах на поверхности раздела фаз имеется избыток свободной энергии по сравнению с соотвествующей объемной энергии самих фаз, обусовленной различием молекулярных взаимодействий в обоих фазах.

Хемосорбция - обработка поверхности заполнителей бетона электролитами для увеличения контактной прочности между заполнителем и цементным камнем с елью увеличения прочности бетона.

Оксидирование - образование оксидных пленок на поверхности сплавов(Al, Mg) с целью повышения коррозийной стойкости или придания декоративного вида.

Адсорбция - самопроизвольный прцесс, сопровождающийся уменьшением свободной энергии.

Смачивание - это проявление межмолекулярного взаимодействия на границе соприкосновения трех фаз: твердого тла, жидкости и газа, выражающее в растекании на поверхности твердого тела. Требуется для уменьшения поверхностного натяжения.

Электрические свойства коллоидных систем: Электрокинетический потенциал, электрофорез, электроосмос, электропроводность обусловнелы налиием поверхности коллоидных честиц двойного электрического слоя, возникающее в результате избирательной адсорбции одного из ионовэлектролита и ионизации поверхности молекул ве-ва. Электроосмос - перенос дисперсионной среды(жидкой) через твердое тело капиллярно-пористое тело под влиянием нешнего электрического поля.

Предотвращение агрегации частицдисперсной фазы возможно в результате действия трех факторов устойчивости дисперсных систем: 1) Кинетического, когда концентрация дисперсных частиц очень мала или вязвость дисперсной среды велика и частота столкновений коллоидных частиц маловероятна; 2) Электрического; 3) Структурно-механического.