Н.Н.Пономарева

ХИМИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Курс лекций

Содержание

Введение…………………………………………………………	3
1Химия воды ……………………………………………………………………	4
1.1 Вода. Водные растворы…………………………………………………….	4
1.2 Поверхностно-активные вещества (ПАВ) ………………………………..	6
1.3Поверхностная энергия, поверхностное натяжение. Адсорбция……….	9
2 Металлы и сплавы………………………………………………….................	14
2.1 Общая характеристика металлов и сплавов	14
2.2 Сплавы, применяемые в строительстве	19
3 Коррозия металлов…………………………………………………………	25
3.1 Химическая коррозия………………………………………………………	25
3.2 Электрохимическая коррозия………………………………………………	27
3.3 Способы защиты металлов от коррозии ………………………….............	35
4 Стекло и керамические материалы………………….......................................	42
4.1 Силикатное стекло и ситаллы…………........................................................	42
4.2 Керамический (глиняный, красный) кирпич……………………………..	48
4.3 Керамическая черепица и плитка………………………………………….	51
4.4 Фарфор и фаянс………………………………………………………………	52
5 Минеральные вяжущие вещества…………………………………………….	55
5.1 Общая характеристика минеральных вяжущих веществ …………………	55
5.2 Воздушные вяжущие вещества……………………………………………	56
5.3 Гидравлические вяжущие вещества………………………………………	62
6 Полимеры в строительстве……………………………………………………	73
6.1 Основные понятия химии полимеров.............................................................	73
6.2 Классификация, структура и свойства полимеров ………………………..	74
6.3 Физические состояния полимеров ………………………………………….	78
6.4 Деструкция полимеров. Основные виды деструкции ……………………	80
6.5 Пластмассы …………………………………………………………………	82
7 Основные виды полимеров и их применение в строительстве……………..	83
7.1 Синтетические полимеры……………………………………………………	83
7.2 Природные полимеры на примере древесины……………………….	100
8 Лакокрасочные материалы…………………………………………………….	107
8.1 Краски, лаки, эмали, покрытия. Терминология……………………………	107
8.2 Красители. Пигментные лаки . Пигменты……………………………….	109
8.3 Плёнкообразователи и растворители ………………………………………	114
8.4Порошковые краски, наполнители и целевые добавки……………………	116
Список использованных источников……………………………………….......	118

Введение

Главной целью освоения дисциплины «Химия в строительстве» является формирование знаний о роли и значении химии и химической технологии как интеграль­ной составляющей современного строительного производства, а также формирование умений применять полученные знания и навыки в решении профессиональных задач. Задачами курса «Химия в строительстве» являются: изучение основ химии и химических процессов современной технологии производства строительных материалов и конструкций, свойств химических элементов и их соеди­нений, составляющих основу строительных материалов.

В ходе изучения дисциплины «Химия в строительстве» у студентов формируются представления о путях решения на современном уровне

В курсе необходимо показать роль и значение химии и химической технологии как интеграль­ной составляющей современного строительного производства. Серьезное внимание уделено таким вопросам, как химия вяжущих веществ, строение и свойства силикатных материалов, металлов и сплавов, химия древесины и продуктов ее переработки, используемых в строительстве. Отдельно рассмотрим раздел, связанный с водой и поверхностно-активными веществами (ПАВ), поскольку вода, несомненно, основное химическое вещество строи­тельного производства; без знания химии ПАВ трудно представить себе квалифицированное использование современных отделочных материалов. Достаточно подробно разберём вопросы химии и технологии использо­вания красок, эмалей, лаков и других покрывных составов. Под­робно разбираются вопросы коррозии различных материалов и методы ее предотвращения и защиты от нее. Значительное место занимают в курсе проблемы химии и технологии использования в строительстве различных полимеров и материалов на их основе.

В курсе разработаны практические занятия по изучаемым разделам. Подобраны упражнения, вопросы и задачи для самостоятельного решения, тестовые задания.

1 Химия воды

1. Вода. Водные растворы

Невозможно переоценить роль воды в естественных природных и тех­нических процессах. Ничто не обходится без её участия. Вода и водные растворы широко применяются в производстве современных минеральных и полимерных строительных материалов. Проблемы водоснабжения и во-доотведения - важнейшие в современном жизнеобеспечении. Вода - глав­ная везде и всегда. Поэтому курс «Химия в строительстве» начинается с изложения свойств воды и вопросов, связанных с использованием её в тех­нологии строительства.

Вода в природе находится в непрерывном взаимодействии с окружаю­щей средой и представляет собой раствор многих веществ, в том числе со­лей, газов, а также веществ органического происхождения.

Молекулы воды могут вступать во взаимодействие с ионами или моле­кулами растворённых веществ, образуя соединения - гидраты. Такая гид-ратная вода иногда очень прочно связана с растворённым веществом и при выделении из раствора входит в состав кристаллов. Кристаллические веще­ства, содержащие в своем составе воду, называют кристаллогидратами. Вода, входящая в структуру таких кристаллов, называется кристаллизаци­онной. Состав кристаллогидратов обычно выражают, указывая число моле­кул кристаллизационной воды, приходящейся на одну молекулу вещества, например формула кристаллогидрата сульфата меди - CuS0₄∙ 5Н₂0. Иногда одно вещество способно образовывать кристаллогидраты, содержащие раз­личное число молекул кристаллизационной воды.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома ки­слорода (Н₂О), соединённых ковалентными полярными связями, угол меж­ду которыми равен 104,54°. Молекула воды является по­лярной: та часть молекулы, где находится атом кислорода, имеет некоторый отрицательный заряд, а та часть, где располагаются атомы водорода, - равный по величине положительный заряд (обычно частичные заряды в подобных случаях обо­значают символами σ + и σ-). То есть молекула воды - диполь.

За счёт взаимного электростатического притяжения отрицательно за­ряженных атомов кислорода и положительно заряженных атомов водорода разных молекул между ними образуются множественные разнонаправлен­ные водородные связи. Эти связи объединяют молекулы воды друг с дру­гом и объясняют различные аномальные свойства воды. Молекулы в воде находятся не в индивидуальном состоянии, а образуют ассоциаты (соеди­нения) из множества молекул Н₂0 различного состава и структуры, объе­динённых водородными связями.

Вода в природе встречается в трёх агрегатных состояниях - жидком, твёрдом (лёд) и газообразном (пары воды). При этом температуры плавле­ния и кипения воды являются аномально высокими по сравнению с други­ми веществами сравнимой или даже более высокой молекулярной массы. Ожидаемая температура кипения воды составляет всего 90°. Однако реальная температура кипения (100°) намного выше. Это объясняют водо­родными связями, объединяющими все молекулы. Разрыв этих связей требу­ет дополнительных затрат энергии. Жидкая вода имеет наибольшую плот­ность (1000 кг/м³) при 4°. При повышении температуры плотность воды снижается за счёт постепенного разрыва части водородных связей. Но даже при испарении молекулы воды переходят в газовую фазу не по одной, а целы­ми ассоциатами (группами), состоящими из молекул, объединённых сохра­няющимися водородными связями.

Если воду освободить от взвешенных частиц и растворенных газов, а затем равномерно нагревать, не встряхивая, то можно достичь температуры значительно выше 100°, прежде чем вода бурно закипит. При охлаждении воды ниже 0° она также не всегда сразу замерзает. Для начала кипения или кристаллизации необходимы так называемые "зародыши", которыми могут быть мелкие кристаллики или пылинки, находящиеся в жидкости. Если же таковых нет, то может произойти перегрев или переохлаждение воды.

В твёрдом состоянии вода (лёд) имеет кристаллическую решётку, в ко­торой каждая молекула окружена четырьмя другими молекулами воды. В результате лёд является веществом с низкой плотностью (900 кг/м³). При его плавлении разрывается около 15% имеющихся водородных связей, а пустоты внутри каркаса льда заполняются молекулами воды. Поэтому плотность жидкой воды превышает плотность льда, и плавление льда со­провождается уменьшением объёма до 9- 10%. При замерзании воды, на­оборот, происходит увеличение объёма. Необходимо учитывать, что при замерзании воды в насыщенных ею материалах, ёмкостях или трубах воз­никающее при увеличении объёма давление настолько велико, что вызыва­ет их разрушение.

Чистая вода характеризуется наибольшей из всех жидких и твёрдых веществ (за исключением аммиака) теплоёмкостью. Поэтому для нагрева­ния воды требуется затратить больше тепла, чем для нагревания равного по массе количества какой-либо другой жидкости или твёрдого тела (при ох­лаждении вода отдаёт больше тепла, чем равное количество любого твёрдо­го и жидкого вещества).

Теплопроводность воды также значительно больше, чем у других жид­костей - 0,63 Вт/(м • К). Электропроводность же воды очень мала, но замет­но возрастает при повышении температуры и давления. С увеличением температуры снижается и вязкость воды (при 20° равна 1,01 • 10³ Пас).