см запас

6 Адсорбционная способность веществ: сущность влияние на долговечность материалов.

Адсорбция (от лат. ad - на, при и sorbeo - поглощаю), поглощение к.-л. вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела. Например, если поместить в водный раствор уксусной кислоты кусочек угля, то произойдёт А. - количество кислоты в растворе уменьшится, молекулы кислоты сконцентрируются на поверхности угля. А. и абсорбция - поглощение в объёме тела, объединяются общим термином сорбция. Явление А. тесно связано с особыми свойствами вещества в поверхностном слое. например, молекулы, лежащие на поверхности раздела фаз жидкость - пар, втягиваются внутрь жидкости, т. к. испытывают большее притяжение со стороны молекул, находящихся в объёме жидкости, чем со стороны молекул пара, концентрация которых во много раз меньше концентрации жидкости. Это внутреннее притяжение заставляет поверхность сокращаться и количественно характеризуется поверхностным натяжением. По той же причине молекулы какого-либо другого вещества, оказавшиеся вблизи поверхности, притянутся к ней и произойдёт А. После А. внутреннее притяжение частично компенсируется притяжением со стороны адсорбционного слоя и поверхностное натяжение уменьшается. Гиббс вывел формулу, связывающую значение А. с изменением поверхностного натяжения. Те вещества, А. которых сильно уменьшает поверхностное натяжение, принято называть поверхностноактивными.

Вещество, на поверхности которого происходит А., называется адсорбентом, а поглощаемое из объёмной фазы - адсорбатом. В зависимости от характера взаимодействия между молекулой адсорбата и адсорбентом А. принято подразделять на физическую А. и хемосорбцию. Менее прочная физическая А. не сопровождается существенными изменениями молекул адсорбата. Она обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия, которые связывают молекулы в жидкостях и некоторых кристаллах и проявляются в поведении сильно сжатых газов. При хемосорбции молекулы адсорбата и адсорбента образуют химические соединенияФизически адсорбированные молекулы более или менее свободно перемещаются по поверхности, при этом их свойства часто аналогичны свойствам очень тонкого слоя газа, т. н. двухмерного газа. Они могут собираться группами, образуя слой двухмерной жидкости или двухмерного твёрдого тела. Адсорбированные молекулы рано или поздно покидают поверхность - Адсорбированные молекулы не только совершают движение вдоль поверхности адсорбента, но и колеблются, то приближаясь к поверхности, то удаляясь от неё. Чем выше температура, тем интенсивнее колебательное движение, а стало быть, больше вероятность того, что в процессе таких колебаний связь молекулы с поверхностью будет разорвана и молекула десорбируется. Благодаря этому с ростом температуры уменьшается время А. и равновесное количество адсорбированных молекул.На некоторые в-ва влияет хорошо….

7 Изменение веществ при нагревании, влияние на свойства материалов.

К этим свойствам относят:

1.Дегидратация - отщепление воды от химических соединений. Реакция обратная гидратации. Применяется, например, для получения ангидридов кислот из кислот, безводных солей из их кристаллогидратов.

2.Диссоциация – распад частицы ( молекулы, иона ) на несколько более простых частиц. Отношение числа распавшихся при диссоциации частиц к общему их числу до распада называется степенью диссоциации.

Различают термическую диссоциацию, фотодиссоциацию, электролитическую диссоциацию, диссоциацию под действием ионизирующих излучений.

3.Образование новых веществ

4.Спекание – соединение мелкозернистых и порошкообразных материалов в куски при повышенной температуре. Спеканию подвергаются материалы при агломерации, коксовании, переработке полимеров, в порошковой металлургии.

5.Плавление – переход твердого кристаллического вещества в жидкое состояние (фазовый переход первого рода ).

6.Огнеупорность – способность некоторых материалов противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур.

У металлов при нагрев. Резко падает модуль упругости.

8 Строение материала и его влияние на свойства.

Под структурой, или внутренним строением строительных материалов, как и других физических тел, понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности, находящихся в устойчивых взаимных связях (первичных или вторичных) с определенным порядком сцепления их между собой. В понятие структуры входят, кроме того, размер и расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других элементов. В структуре ИСК имеются микродисперсная и макродисперсная части.

Под микроструктурой подразумевается расположение, взаимоотношение и взаимосвязь различных или одинаковых по размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются вещества в определенных агрегатных состояниях. Сформировавшееся атомно-молекулярное строение, находящееся в относительно устойчивом равновесии, предопределяет макроскопические особенности материала. На макроскопическом уровне также устанавливается в той или иной мере устойчивое расположение, взаимосвязь и порядок сцепления макромолекул, мицелл, кристаллов, кристаллических обломков и сростков, аморфных и других сравнительно крупных частиц и элементов, составляющих материалы, а также соотношения компонентов, фаз и поверхностей раздела более сложной материальной системы - конгломерата (композиционного материала).

Основной формой 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 ковалентной связью; металлическая; решетка с водородными связями. Особенностью твердых тел является взаимозависимость положений соседних атомов с ближним и дальним порядками. В кристаллических решетках дальний порядок распространяется на большие области, а ближний - на окружение данного атома.

Твердые вещества, не обладающие кристаллической структурой, относятся к аморфным. Самый распространенный представитель аморфных тел - стекло. Беспорядочное расположение атомов и молекул в аморфных телах усложняет их структуру. Так, например, аморфные вещества при нагревании, в отличие от кристаллических, способны плавиться постепенно, не имея определенной температуры плавления; они обладают изотропностью,

Оптимальная структура характеризуется: равномерным распределением по объему заполнителя, фаз, компонентов, пор и других составляющих ее элементов; отсутствием или минимальным содержанием дефектов как концентраторов напряжений или аккумуляторов агрессивной среды; наличием непрерывной пространственной сетки, или матрицы, из вяжущего вещества; минимальным значением отношения массы среды к массе твердой фазы, именуемого условно как фазовое отношение; наибольшей плотностью упаковки твердых частиц как в микро-, так и в макроструктурной частях. Если в материале отсутствуют вяжущие прослойки, то одним из условий оптимальности структуры служит наибольшая поверхность контактирования и взаимосвязи твердых частиц или ее уменьшение, если химические связи, например ван-дер- ваальсовые, не обеспечивают эффективного упрочнения контактов.

10 Механические свойства материалов: виды прочности, связь между-различными видами прочности, вещественным составом и построением материала.

По строению материалы различаются по структуре. Структуру оценивают как макро- и микроструктуру.

Макроструктура может быть волокнистой, конгламератной, мелкопористой, ячеистой (пено- и газобетоны), слоистая, рыхлозернистая структура.

Микроструктура – кристаллическая и аморфная.

Строение вещества определяется силами связи между ионами и атомами. Ионная связь – самая прочная (металлический тип связи)

Ковалентная связь – очень прочная, жесткая связь ( металлы с такой связью хрупкие)

Связь Ван-дер-Вальса – самая хрупкая связь.

Прочность материалов.

Прочность характеризует способность материала в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других напряжений.

Типичными прочностными характеристиками служат предел упругости, предел текучести и предел прочности при воздействии сжижающих, растягивающих или других видов усилий. Пределу упругости соответствует напряжение материала при максимальной величине упругой деформации; пределу текучести - постоянное напряжение при нарастании пластической деформации; пределу прочности - максимальное напряжение в момент разру-

шения материала. Эти характеристики прочности относятся к кратковременному действию приложенной нагрузки. При длительном действии нагрузки возрастает опасность нарушения структуры материала. Даже сравнительно малые величины напряжения (например, от собственной массы) могут вызвать ползучесть и заметное ухудшение структуры с потерей прочности. Нередко измеряют длительную прочность материала не только при статической (неподвижной), но и динамической нагрузках. Материал может резко терять свою прочность

после приложения к нему вибрационной нагрузки, что обусловлено усталостью - накоплением неотрелаксированных напряжений и необратимых микродефектов в структуре. Соответствующая прочность материала называется усталостной и определяется специальным испытанием образцов.

Вцелом упомянутые выше характеристики прочности по своей сущности относятся к условным по двум причинам. Во-первых, они не учитывают фактора времени, что с некоторым приближением можно допустить только

вотношении хрупких материалов. Во-вторых, приборы, размеры и форма образцов, скорость приложения нагрузки на прессе и другие исходные параметры методов испытания материала на прочность приняты условными. Поэтому материал может иметь различную величину показателя прочности в зависимости от размера образца, скорости приложения нагрузки и конструкции прибора, на котором испытывались образцы. Например, чем меньше размеры «кубика», больше скорость приложения нагрузки (или скорости деформации), тем выше получаемая величина предела прочности при испытании на сжатие.

Вупругой области деформаций действует закон Гука: σ = Е*ε, где σ - напряжение, МПа; ε - относительная упругая деформация; Е - модуль упругости материала, МПа. Если относительная деформация е, выражающая отношение прироста деформации l к первоначальной длине образца l, т. е. l /l окажется равным единице (ε = 1), то Е = σ. Отсюда следует, что модуль упругости по своему физическому смыслу численно равен напряжению, которое потребовалось приложить к материалу (образцу), чтобы вызвать относите-

льную деформацию ε = 1 (что возможно, когда приращение l = l) , т. е. когда было удвоение длины образца при условии сохранности упругих свойств материала. В реальных строительных материалах (кроме резины) величина упругой деформации всегда гораздо меньше, составляя у стали 1-1,5 %, а у хрупких она и вовсе приближается к нулю.

Численные значения величины модуля упругости и прочности определяют как с разрушением образцов, например при испытании под прессом, так и неразрушающими (адеструктивными) методами. Распространены следующие адеструктивные методы их изменения: акустические, магнитные и электромагнитные, механические, радиометрические, рентгеновские и электрические. Они основаны на прямых и обратных закономерностях между физическими значениями, получаемыми при испытании неразрушающим прибором, и традиционными показателями свойств. Зависимости выражаются в виде формул, таблиц, тарировочных графиков. Измерения становятся более эффективными при комплексном использовании адеструктивных методов измерения с получением двух или нескольких

физических характеристик.

К комплексным методам относится совместное применение механического и ультразвукового методов или радиометрического и ультразвукового и других для определения предела прочности и модуля упругости, контроля качества и дефектоскопии, однородности по различным показателям (прочности, влажности, толщине защитного слоя и др.). Эти методы весьма эффективны при контроле за сохранением оптимальности структуры материалов и изделий по однородности, минимуму дефектов, плотности, континуальности пространственной сетки вяжущего вещества или жидкостной оболочки свежеизготовленного монолита, минимального количества вяжущего вещества или другим обязательным ее параметрам. В частности, набору параметров оптимальной структуры соответствует наиболее широкий спектр частот ультразвукового сигнала, а также наибольшая амплитудная характеристика.

Альтернативой условным методам определения прочности имеются инвариантные, независимые от обстановки опыта. К инвариантным характеристикам прочности относятся предельное напряжение сдвига (Рк), структурная вязкость и другие, определяемые с помощью построения реологических кривых по данным измерений на вискозиметрах, пластометрах и других приборах. Принцип действия таких приборов основан на истечении массы через капилляр заданного диаметра или на погружении в вещество металлического конуса, шара или других тел. При испытаниях осуществляется чистый и однородный сдвиг частиц вещества относительно друг друга в плоскостных или цилиндрических (коаксиальных) приборах (вискозиметрах) и достаточно четко устанавливается, что прочностные характеристики существенно зависят от продолжительности действия механического усилия, являются типичными кинетическими величинами.

Кроме прочности технической или реальной, определяемой с помощью условных или инвариантных приборов, существует прочность, определяемая начислением и поэтому называемая теоретической. теоретической прочности твердых Наиболее обстоятельно метод расчета реальной (технической) прочности хрупких твердых тел исследовал Гриффите. Им предложена формула для расчета этой прочности материала, имеющего микротрещину:

где g и Е - соответственно свободная поверхностная энергия образца и модуль упругости материала, l - длина поперечной микротрещины в образце, составляющая обычно к моменту разрушения образца несколько микрон или более; β - числовой коэффициент, зависящий от вязкости и характера материала: наличия кристаллической и аморфной фаз, их количественного соотношения, дефектов в кристаллической решетке (вакансий, дислокации), микропор в аморфной части структуры.

13 Теплопроводность материалов: факторы влияющие на теплопроводность.

Теплопроводимость - способность материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство характеризуется теплопроводностью X, которая показывает количество теплоты, проходящее через плоскую стенку толщиной 1 м и площадью 1 м2 при перепаде температур на противоположных поверхностях в 1°С в течение 1 ч. Величина λ имеет размерность Вт/(м-К) и может служить убедительной сравнительной характеристикой при оценке теплозащитных свойств различных изотропных материалов в одномерном температурном поле. Она зависит, главным образом, от пористости материала: содержащийся в порах воздух, особенно в замкнутых порах, является малотеплопроводной средой.

Сповышением температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается, что объясняется повышением кинематической энергии молекул, слагающих вещество материала: λt = λо (1 + βt) где λt и λо - теплопроводность соответственно при температурах t и 0°С; β - температурный коэффициент, который показывает величину приращения коэффициента теплопроводности материала при повышении температуры на 1°С; t - температура материала, °С. Эта формула справедлива только при температурах не выше t = 100°С; при более высоких значениях t величину λt определяют опытным путем.

Сувлажнением теплопроводность материала возрастает. Если в порах вода замерзает, то теплопроводность материала еще больше увеличивается. Чем больше пор, тем меньше теплопроводимость.

13 Звукопроницаемость и звукопоглащаемость матер.

Звукопроницаемость способность матер проводить звук Звукопоглащаемость способность м.поглощать и преобразовывать зв. Тепловую и др.энергию.

Акустическая обработка помещений промышленных, жилых и общественных зданий проводится для защиты человека от шума. Повышенный шум в помещениях относится к категории санитарно-гигиенических вредностей. Уменьшение шума в результате использования акустических материалов сохраняет здоровье человека, создает для него необходимые удобства и способствует повышению производительности труда. Выбор акустического материала зависит от вида, его уровня и частотной характеристики.

Воздушным шумом называют шум от работы оборудования, музыкальных инструментов, телевизора и т.д., распространяющийся в виде звуковых волн в воздухе. Ударный шум возникает при ударе по конструкции, вибрации оборудования, передвижке мебели и т.п.

Нормальное ухо человека воспринимает звуковые колебания частотой 16-20000 Гц, причем особо чувствительными являются частоты 1500-3000 Гц. Интенсивность звука (Вт/м2) определяется звуковой энергией, проходящей за 1 с через площадку в 1 м2, параллельную фронту волны.

Предельные (максимально допустимые) уровни шума устанавливаются в зависимости от назначения помещения и частотной характеристики звука. Предельные значения уровня шума: для производственных помещений с речевой связью 80-85 дБ, административных помещений 38-71 дБ, больниц 13-51 дБ.

Звукопоглощающие материалы.

Звукопоглощающие материалы и конструкции служат для снижения энергии отраженных звуковых волн, т.е. для снижения шума в помещениях.

Свойства.Коэффициент звукопоглощения. Основной акустической характеристикой звукопоглощающих материалов является коэффициент звукопоглощения α, равный отношению количества поглощенной звуковой энергии Епогл к общему количеству звуковой энергии Епад, падающей на материал в единицу времени: α=Епогл/Епад. (0<α≤1)

Сквозная пористость. Коэф. звукопогл. сильно повышается при возрастании пористости, поэтому звукопогл-щие материалы стремятся выпускать с пористостью 40-90%. Эффективность звукопоглощающего материала возрастает при наличии сквозных пор или специально предусмотренной перфорации.

Сопротивление продуванию является специфической характеристикой, позволяющей установить влияние структуры материала на коэффициент звукопоглощения. При низких частотах целесообразно иметь меньшее удельное сопротивление продуванию, т.е. следует применять рыхлый и толстый материал с крупными порами.

Помимо специальных акустических требований, звукопоглощающие материалы должны удовлетворять санитарно-гигиеническим и общим строительно-техническим требованиям огнестойкости, механической прочности, долговечности и экономичности.

Виды З.М. и изделий. Из материалов с волокнистой структурой наибольшее значение имеют минераловатные плиты, изготовляемые из минерального, стеклянного или асбестового волокна. В качестве связующего используют полимеры, битумную эмульсию, крахмально-бентонитовое связующее.

Звукопоглощающие минераловатные плиты отличаются от теплоизоляционных более жестким скелетом и сквозной пористостью. Плитам придают желобчатую, ноздреватую или трещиноватую декоративную фактуру.

Декоративно-акустические плиты акмигран изготовляют из гранулированной минеральной ваты (76-80%), крахмала (10-12%) и бентонитовой глины (10-15%).

13

Жесткие древесно-волокнистые плиты с щелевой перфорацией применяют успешно, если при изготовлении они были обработаны огнезащитным составом. Акустический фибролит получают из древесной стружки и минерального вяжущего вещества (портландцемента или гипса).

Рулоны и маты изготовляют из минерального и органического волокна, небольшого количества связующего (полимера, битума, крахмала) или прошивают нитками, тонкой проволокой.

Акустические бетоны и растворы изготовляют из пористых заполнителей, отличающихся небольшой плотностью (вспученного перлита, вермикулита, легких видов керамзита, природной и шлаковой пемзы). Вяжущим является цветной, белый или обычный портландцемент.

Гипсовые акустические плиты, армированные стекловолокном, со сквозной перфорацией, обычно оклеенные с тыльной стороны алюминиевой фольгой, используют в подвесных конструкциях.

Керамические плиты и блоки могут изготовляться из кирпичной крошки на жидком стекле. Блоки применяют для глушения шума промышленных установок при температуре до 500ºС, а плиты – для глушения шума в вентиляционных каналах.

Звукоизоляционные материалы.

Звукоизоляционные материалы применяют в основном для ослабления звука, хотя нередко (например, в междуэтажном перекрытии) эти же материалы помогают изоляции воздушного шума.

Динамический модуль упругости – основная характеристика прокладочных звукоизоляционных материалов. Уменьшение модуля звука упругости сильно снижает скорость распространения звука. Поэтому для звукоизоляционных прокладок применяют пористые материалы, обладающие небольшим модулем упругости.

Маты и плиты выпускают плотностью 30-250 кг/м3, толщиной 10, 30, 40, 50 мм. Минераловатные изделия изготовляют в виде мягких и полужестких плит

плотностью 50-150 кг/м3, используя связующее на основе полимеров: фенолоформальдегидного, мочевиноформальдегид-ного, а также поливинилацетатную эмульсию.

Асбестовые изделия выпускают в виде матов из асбестого волокна с добавкой вяжущего. Толщина асбестовых плит 15-40 мм, а асбестовых матов до 80 мм.

Прокладки с губчатой структурой – это упругие материалы с малым модулем упругости, имеющие большую сквозную пористость. Их изготовляют из пористой резины, эластичных полимеров: полиуретановых смол (поролонов), полихлорвинила обычного (ПХВ) и эластичного (ПХВЭ).

14 Свойства материалов по отношению к действию воды.

Смачивание, явление, возникающее при соприкосновении жидкости с поверхностью твёрдого тела или другие жидкости. Оно выражается, в частности, в растекании жидкости по твёрдой поверхности, находящейся в контакте с газом (паром) или другой жидкостью, пропитывании пористых тел и порошков, искривлении поверхности жидкости у поверхности твёрдого тела. С. часто рассматривают как результат межмолекулярного взаимодействия в зоне контакта трёх фаз (тел, сред). Однако во многих случаях, например при соприкосновении жидких металлов с твёрдыми металлами, окислами, алмазом, графитом, С. обусловлено не столько межмолекулярным взаимодействием, сколько образованием химических соединений, твёрдых и жидких растворов, диффузионными процессами в поверхностном слое смачиваемого тела. Тепловой эффект, сопровождающий соприкосновение жидкости со смачиваемой поверхностью, называется теплотой смачивания.

С. имеет важное значение в природе, промышленной технологии, быту. Хорошее С. необходимо при крашении и стирке,обработке фотографических материалов, нанесении лакокрасочных покрытий, пропитке волокнистых материалов, склеивании, пайке, амальгамировании и т. д. Снизить С. до минимума стремятся при получении гидрофобных покрытий, гидроизоляционных материалов и др. С. играет первостепенную роль в металлургических процессах, при диспергировании твёрдых тел в жидкой среде. Оно влияет на распространение грунтовых вод, увлажнение почв, разнообразные биологические и другие природные процессы.

Гидрофильность – способность вещества покрываться пленкой воды.

Гидрофобность _ способность вещества отталкивать воду.