Самостійна робота студента №18

з теми «Одержання бетону»

Виготовлення бетону - це довгий і важкий процес.

Спочатку за рецептом відмірюють в сухому вигляді необхідну кількість цементу, заповнювачів для виготовлення бетону. Потім зважені складові частини висипають у бетономішалку, одночасно подають в неї воду. Бетономішалку приводять у рух за допомогою електродвигуна.

Мета перемішування - це отримання з зернистих матеріалів однорідної суміші. Тривалість перемішування встановлюють заздалегідь. Після перемішування вихідні матеріали утворюють пластичну суміш, схожу на важку рідину. Тому свіжоприготований бетон називають не бетоном, а бетонної сумішшю. Лише через деякий час бетонна суміш твердне і перетворюється на камінь, а остаточну міцність набуває ще пізніше. Цей камінь є бетоном.

Однорідність бетонної суміші - одне з найважливіших вимог при виготовленні бетону: якщо суміш буде неоднорідною, бетон буден неоднаково міцним в різних ділянках конструкції, легко може зруйнуватися при навантаженні.

Як же дізнатися, однорідна отримана суміш чи ні? Для цього з різних місць беруть кілька проб об'ємом, що перевищує розміри самого великого зерна заповнювача.

Якщо всі проби мають один і той же постійний склад, тобто однакову кількість щебеню або гравію, піску цементу і води, то бетонну суміш можна визнати однорідною.

Після перемішування бетонну суміш часто доводиться транспортувати від бетономішалки до місця укладання, при цьому дуже важливо, щоб суміш зберегла свою однорідність, так як при перевезенні суміші загрожує розшарування, тому що зерна заповнювача в бетонній суміші прагнуть опуститися.

Встановлено, що розшарування буде тим більше, чим слабкіше зчеплення між розчином і заповнювачем. Розшаровування бетонної суміші під час перевезення можна уникнути, якщо продовжити перемішування суміші під час руху в автобетонозмішувачі.

Самостійна робота студента № 19 з теми «Будівельні розчини»

Будівельним розчином називають ретельно підготовлену суміш в'яжучого, заповнювача (звичайно тільки дрібного), води і необхідних добавок, що використовується для скріплення в одне ціле частин конструкцій, а також для додання їх поверхням спеціальних властивостей. Будівельні розчини застосовують для влаштування кам'яної і цегельної кладок, для штукатурення поверхонь як усередині так і зовні приміщень, для омонолічування стиків і каналів збірних бетонних і залізобетонних виробів, для влаштування стяжок у промислових і житлових приміщеннях, а також для виконання жаростійкої кладки, гідроізоляції поверхонь, хімічного і радіаційного захисту тощо.

Згідно ДСТУ Б В.2.7-23-95 “Розчини будівельні. Загальні технічні умови” будівельні розчини прийнято класифікувати за їх основним призначенням, видом застосовуваного в'яжучого і середньою густиною. Види і властивості жаростійких, хімічно стійких, радіаційнозахисних, напружуючих розчинів регламентуються іншими стандартами.

За основним призначенням будівельні розчини поділяють на:

• мурувальні (у тому числі і для монтажних робіт);

• лицювальні;

• штукатурні тощо.

В залежності від виду в'яжучого розчини поділяють на:

• прості (на в'яжучому одного виду): цементні, вапняні, гіпсові й ін.;

• складні (на змішаних в'яжучих): цементно-вапняні, цементно-глиняні, вапняно-гіпсові, вапняно-зольні, вапняно-шлакові й ін.

За середньою густиною розчини поділяють на:

• важкі із середньою густиною в сухому стані більше 1500 кг/м3;

• легкі до 1500 кг/м3 (за рахунок застосування легких пористих заповнювачів).

До основних властивостей звичайних будівельних розчинів (мурувальних, монтажних, штукатурних, лицювальних) відносять їх рухливість, водоутримуючу здатність, розшаровуваність, а після твердіння – міцність на стиск.

За рухливістю розчинові суміші поділяються на марки: Р4, Р8, Р12, Р14. Для даних марок рухливості за зануренням конуса СтройЦНИЛ складає відповідно 1...4 см, 4...8 см, 8...12 см, 12...14 см. Розчинні суміші марки Р4 застосовують для бутового мурування за допомогою вібрації; Р8 – для звичайного бутового мурування, кладки з пустотної цегли і каменів, монтажу крупних бетонних панелей і блоків, лицювальних робіт; Р12 – для кладки з повнотілої цегли, керамічних каменів, проведення опоряджувальних робіт і влаштування штукатурок; Р14 – для омонолічування порожнин бутового мурування.

За міцністю на стиск розчини поділяють на марки М4, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200. Для встановлених марок міцність зразків-кубів стороною 70,7 мм, повинна складати не менш 0,4 МПа, 1 МПа, 2,5 МПа, 5 МПа, 7,5 МПа, 10 МПа, 15 МПа, 20 МПа відповідно.

У випадку, коли розчини призначені для роботи в умовах заморожування і відтавання, їм призначається марка за морозостійкістю: F10, F15, F25, F35, F50, F75.

Останнім часом все більш широкий розвиток одержує використання будівельних розчинів різного функціонального призначення на основі сухих будівельних сумішей. Сухі суміші являють собою, в основному, багатокомпонентні композиції, що виготовляються, зберігаються і транспортуються в сухому вигляді і замішуються водою тільки безпосередньо перед використанням. Як і будівельні розчини, сухі суміші можна класифікувати за основним призначенням, видом в'яжучого, ступенем модифікації суміші добавками, спеціальними властивостями і умовами застосування.

За призначенням розрізняють суміші для кладки, облицювання (клейові склади), влаштування швів (фуги), шпаклівки, штукатурки, для влаштування підлог, герметизації поверхонь, стиків тощо; за видом основ-ного в'яжучого – гіпсові, ангідритові, вапняні, магнезіальні, цементні, цементно-вапняні, полімерні, цементно-полімерні тощо; за ступенем модифікації - економічні, стандартні, високоякісні, дуже високої якості; за спеціальними властивостями – адгезійні, атмосферостійкі, швидкотверднучі, водонепроникні, морозостійкі, високоміцні, що саморозті-каються, еластичні й ін.; за умовами застосування – ручного і машинного нанесення, для пористих матеріалів і т.д.

Самостійна робота студента №20 з теми «Природні сполуки металів»

У вільному стані в природі зустрічаються тільки неактивні метали. Так у вигляді самородків зустрічаються золото й платина, іноді – срібло й мідь. Добування цих металів пов’язане лише з механічним відокремленням їх від домішок. Більшість металічних елементів легко окиснюються й існують в природі тільки у сполуках: оксидах (Fe3O4, Cr2O3), сульфідах (FeS2, ZnS), солях (NaCl, CaCO3). Саме з таких природних сполук і добувають метали шляхом їх хімічної переробки.

Природні мінеральні сполуки, з яких економічно доцільно видобувати метал у виробничих умовах називають рудами. Найважливішими рудами є оксиди, сульфіди і карбонати металічних елементів. Першим етапом переробки руд є видалення пустої породи — збагачення руди. Добування металів із руд ґрунтується на їх відновленні різними способами.

Найважливіший спосіб одержання металів із руд — відновлення оксидів відповідних металічних елементів вугіллям (коксом) при нагріванні:

SnO2 + C = Sn + CO2.

Досить часто оксидні руди відновлюють карбон(ІІ) оксидом, а інколи — воднем:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

WO3 + 3H2 = W + 3H2O.

Сульфідні руди спочатку випалюють, а потім відновлюють одержаний оксид:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2

PbO + C = Pb + CO.

Важливим методом добування металів є відновлення менш активних металів активнішими металами і деякими неметалами при нагріванні. Відновлення алюмінієм називають алюмінотермією, відновлення магнієм — магнієтермією, силіцієм — силікотермією:

Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3.

Металічні елементи трапляються в природі переважно у вигляді сполук з іншими елементами. Лише деякі з них утворюють самородки. Наприклад, Аурум і Платина переважно трапляються в самородному вигляді, а Аргентум і Купрум – почасти. Іноді можна натрапити на самородні ртуть, олово й деякі інші метали.

Золото й платину видобувають за допомогою механічного виокремлення їх від тієї породи, в якій вони містяться, наприклад промиванням водою. Також їх вилучають із породи різними реагентами з наступним виділенням металу з розчину. Решту металів добувають хімічною переробкою їхніх природних сполук.

Рудами називають природні мінеральні утворення, з яких економічно доцільно видобувати метал у виробничих умовах.

Найважливішими рудами є оксиди, сульфіди, карбонати металічних елементів.

Найважливіший спосіб одержання металів із руд ґрунтується на відновленні оксидів відповідних металічних елементів вугіллям (коксом).

Якщо, наприклад, змішати червону мідну руду (куприт) Cu2O з вугіллям і прожарити, то вуглець окислиться до карбон(ІІ) оксиду, а Купрум відновиться до міді

Також оксидні руди відновлюють карбон(ІІ) оксидом, інколи – воднем

Сульфідні руди попередньо випалюють, а потім відновлюють одержаний оксид

Оскільки карбонати термічно нестійкі, то карбонатні руди можна за нагрівання відразу відновлювати вуглецем:

Zn+2O + С0 = Zn0 +C+2O↑

Також менш активні металічні елементи можна відновлювати активнішими металами і деякими неметалами. Відновлення магнієм називають магнієтермією, відновлення алюмінієм – алюмінотермією, силіцієм – силікотермією

Металічні елементи трапляються в природі переважно у вигляді сполук із іншими елементами. Лише деякі з них утворюють самородки. Рудами називають природні мінеральні утворення, з яких економічно доцільно видобувати метал у виробничих умовах. За складом руди класифікують на оксидні, сульфідні та карбонатні.

Самостійна робота студента № 21 з теми «Загальні методи одержання металів»

В більшості випадків руди містять різні домішки у вигляді піску, глини, вапняку тощо. Ці домішки називають пустою породою. Коли в руді багато пустої породи, тобто коли руда є бідною на корисну речовину, таку руду піддають збагаченню, тобто видаляють з неї частину пустої породи. Різні руди збагачують різними способами.

Для збагачення сульфідних руд звичайно застосовують спосіб флотації (спливання). При цьому способі руду розмелюють у тонкий порошок і заливають у великих чанах водою. До води додають певні органічні речовини (наприклад, соснове масло, вищі жирні кислоти тощо), молекули яких добре адсорбуються частинками сульфідів, і вкривають їх тонкою плівкою, внаслідок чого вони не змочуються водою. Крізь воду продувають повітря, пухирці якого з маслом утворюють піну, а також прилипають до частинок сульфідів, і вони спливають та збираються зверху разом з піною, а змочені водою частинки пустої породи осідають на дно (див. мал. Схема флотаційного апарату). Піну з сульфідами металів зливають з чану і віджимають сульфіди. Так одержують збагачену на корисну речовину руду.

Вільні метали добувають з руд різними способами. З оксидних руд метали одержують відновленням їх при високих температурах. При цьому як відновник частіше всього використовують вугілля (кокс) і монооксид вуглецю СО. Наприклад:

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO ↑

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 ↑

SnO2 + C = Sn + CO2 ↑

2Cu2O + C = 4Cu + CO2 ↑

Інколи відновником служать активні метали. Наприклад, при добуванні хрому, берилію, мангану і ін. як відновник застосовують алюміній (алюмінотермія):

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3

3MnO2 + 4Al = 3Mn + 2Al2O3

У деяких випадках як відновник використовують водень, зокрема при добуванні молібдену, вольфраму, порошкоподібного заліза тощо:

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

WO3 + 3H2 = W + 3H2O

Сульфідні руди спочатку обпалюють, переводячи їх в оксиди металів, які потім відновлюють. Наприклад:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 ↑

PbO + C = Pb + CO ↑

Найактивніші метали — калій, натрій, кальцій і ін. — не можна одержати способом хімічного відновлення їх сполук. Ці метали одержують лише електролізом їх розплавлених солей. Наприклад:

Самостійна робота студента №22 з теми «Виробництво чавуна»

Чавун одержують із залізної руди в спеціальних вертикальних печах, які називають доменними печами, або домнами. Доменні печі — це складні споруди з вогнетривкого матеріалу із зовнішньою сталевою обшивкою. Висота сучасних доменних печей сягає 30 м, а внутрішній діаметр — до 6 м.

Добова продуктивність потужної домни становить 2000 т чавуну і навіть більше. Доменна піч після її пуску працює безперервно 5—6 років, а інколи навіть і до 10 років. Потім її ремонтують і знову пускають у роботу. Операції з підготовки шихти, завантаженні її в домну, випуску чавуну і шлаку механізовані. Шихту завантажують через верхню частину домни (колошник).

Спочатку засипають шар коксу, потім шар суміші руди з коксом і флюсами, потім знову шар коксу і т. д. Кокс служить джерелом тепла для підтримання потрібної температури в домні і для одержання відновника — монооксиду вуглецю CO, а флюси (найчастіше CaCO3) — для перетворення пустої породи (SiO2, глини тощо) в легкоплавкі сполуки — шлак.

Горіння коксу підтримується вдуванням у нижню частину домни (горно) попередньо нагрітого до 800—1000°С повітря. Найвища температура (до 1500 °C і навіть більше) досягається в нижній частині домни у зоні горіння коксу, а найнижча (до 200 °C) — у найвищій частині.

В результаті згоряння коксу в нижній частині домни утворюється діоксид вуглецю CO2, який, піднімаючись вгору і проходячи крізь шар розжареного коксу, перетворюється в монооксид вуглецю CO:

C + O2 = СО2

CO2 + C = 2CO

Монооксид вуглецю як сильний відновник, проходячи через шари шихти, відновлює оксиди заліза (залізну руду). Причому ступінь відновлення залежить від температури. При температурі 200—500°С Fe2O3 відновлюється до Fe3O4: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 ↑

при 600 °C Fe3O4 відновлюється до FeO: Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 ↑

Вище 700 °C FeO відновлюється до вільного заліза, яке утворюється в твердому стані (так зване губчасте залізо): FeO + CO = Fe + CO2 ↑

При вищих температурах у процесах відновлення оксидів заліза бере участь, крім монооксиду вуглецю, і вільний вуглець: FeO + C = Fe + CO ↑

Відновлення заліза з руди закінчується при температурі 1000—1100 °C. При цій температурі частково відновлюються й інші елементи із сполук, що входять до складу руди як домішки, — манган, силіцій, фосфор тощо. Наприклад: SiO2 + 2C = Si + 2CO ↑ ; Ca3(PO4)2 + 5C = 2Р + 3CaO + 5СО ↑

Утворюване губчасте залізо частково реагує з розжареним вуглецем і утворює хімічну сполуку — карбід заліза Fe3C: 3Fe + C = Fe3C

Ця сполука не підлягає правилам звичайної валентності. Карбід заліза Fe3C називають цементитом. Цементит в залізі утворює розчин, який називають чавуном.

Температура плавлення чавуну нижча, ніж чистого заліза, і залежить від вмісту вуглецю. Температура плавлення заліза 1538 °C, а чавун із вмістом вуглецю 4,3 % плавиться при 1130 °C. Це найнижча температура плавлення чавуну. Доменний чавун містить звичайно 3—4 % вуглецю і плавиться при 1200—1300°С.

У розплавленому чавуні легко розчиняються силіцій, манган, фосфор, сірка й інші домішки, які й залишаються в чавуні. Розплавлений чавун стікає в найнижчу частину домни (горно), звідки його періодично випускають. Пуста порода, що міститься в залізній руді, видаляється у вигляді шлаку. Шлак утворюється за такими хімічними рівняннями. Вапняк, що додається до шихти як флюс, при 800—1000°С розкладається на оксид кальцію і діоксид вуглецю. Утворюваний CaO як оксид з основними властивостями взаємодіє з силіцієвим ангідридом SiO2 і амфотерним оксидом алюмінію Al2O3 (що міститься в глині) з утворенням відносно легкоплавких силікату кальцію і алюмінату кальцію:

CaCO3 = CaO + CO2 ↑; CaO + SiO2 = CaSiO3; CaO + Al2O3 = Ca(AlO2)2

Шлак плавиться близько 1100 °C і стікає в горно. Оскільки шлак легший від чавуну, він збирається над розплавленим чавуном і захищає його від окиснення. Розплавлений шлак, як і чавун, періодично випускають з домни. Доменний шлак використовують для виробництва будівельних матеріалів.

Самостійна робота студента №23 з теми «Виробництво сталі»

Суть процесу переробки чавуну на сталь полягає у зменшенні до потрібної концентрації вмісту вуглецю і шкідливих домішок — фосфору і сірки, які роблять сталь крихкою і ламкою.

Залежно від способу окиснення вуглецю існують різні способи переробки чавуну на сталь: конверторний, мартенівський і електротермічний. До фінасової кризи в 2008 році Україна залишалася однією з небагатьох країн, де широко використовувася мартенівський спосіб виплавки сталі, що є досить енергозатратним та екологічно шкідливим. Наразі більшість мартенівських печей в Україні виведено з експлуатації, а ті що лишилися, невдовзі також будуть закриті. Мартенівський спосіб виплавки сталі не витримує конкуренції, що загострилася на світових ринках після 2008 р. Таким чином зараз в Україні,як і в усьому світі, переважна більшість сталевої продукції виробляється конвертерним способом. Україна станом на 2008 р. займає п’яте місце у світі за обсягами експорту сталі, 76,46 % сталі, що виробляється на світовому ринку, припадає на десять провідних країн.

Конверторний спосіб

За цим способом окиснення надлишку вуглецю та інших домішок чавуну проводять киснем повітря, який продувають крізь розплавлений чавун під тиском у спеціальних печах — конверторах. Конвертор являє собою грушоподібну стальну піч, футеровану всередині вогнетривкою цеглою. Він може повертатися навколо своєї осі. Місткість конвертора 50—60 т сталі. Матеріалом його футеровки служить або динас (до складу якого входять головним чином SiO2; що має кислотні властивості), або доломітна маса (суміш CaO і MgO, які одержують з доломіту MgCO3 • CaCO3. Ця маса має основні властивості. Залежно від матеріалу футеровки печі конверторний спосіб поділяють на два види: бессемерівський і томасівський.

Мартенівський спосіб

Такий метод виробництва сталі підходить для виробництва різних масштабів, вимоги до сировини знижуються, а якість продукту навпаки підвищується.

Основний принцип дії печі — вдування розжареної суміші горючого газу і повітря в піч із низькою склепінчастою стелею, що відбиває жар вниз, на розплав. Така конструкція забезпечує рівномірний розподіл тепла по всій площі ванни.

Вперше думку про те, що чавун можна перетворювати в сталь у полум’яній печі висловив німецький учений Ф. Сименс в 1856 році. Побудував першу таку піч А. П. Мартен - в його честь і був названий цей спосіб виготовлення сталі. На початку 20 століття мартенівський спосіб став основним у сталеплавильному виробництві. Але з появою киснево-конвертерного методу отримання стали мартенівське виробництво перейшло на другий план.

Дугова електропіч

У мартенівських дугових електропечах виготовляють в основному високолеговані, інструментальні, неіржавіючі, шарикоподшипникові, жароміцні і жаростійкі сталі. Цей спосіб має два основні види: плавка на шихті з легованих відходів і плавка на вуглецевій шихті. Першим методом виготовляють леговану сталь з відходів машинобудівних заводів. Другим методом виготовляють конструкційні вуглецеві сталі.

Вакуумні печі

Це один з найефективніших способів отримання сталі з пониженим вмістом газів, неметалічних включень, домішок кольорових металів. Вакуумні печі діляться на індукційні та дугові.

У вакуумних індукційних напівбезперервних печах дія вакууму триває аж до виймання отриманої сталі за рахунок спеціальних затворів. А в періодичних печах піч відкривають на кожному етапі, що викликає порушення вакууму. Тому такий тип печей використовують тільки для фасонного прокату.

До вакуумних дугових печей відносяться печі з розхідним і нерозхідним електродом. Недолік першого виду печей – надто низька продуктивність. В печах другого виду можна виплавляти злитки великої маси, але рафінування відбувається не в повній мірі.

Самостійна робота студента №24 з теми «Кольорові метали та сплави, їх застосування в будівництві»

Вартість кольорових металів і їхніх сплавів у порівнянні з чорними значно вище, тому в будівництві вироби з кольорових металів застосовують рідше.

Алюміній і сплави на його основі

У чистому вигляді алюміній м’який, пластичний, добре відливається, прокочується, плавиться при температурі 6570С, має півищену стійкість до корозії, високу тепло- і електропровідність. Щільність алюмінію – 2700 кг/м3, міцність на розтягнення – 90...120 МПа. У чистому вигляді застосовується для виливки деталей, виготовлення порошкових фарб, як газоутворювач у виробництві ніздрюватих бетонів. Високоефективний утеплювач на основі алюмінієвої фольги, здатний відбивати теплові промені. У будівництві в основному застосовують сплави алюмінію з міддю, марганцем, магнієм, кремнієм, залізом, які від чистого алюмінію відрізняються більш високою технологічністю, підвищеною міцністю і твердістю.

Сплави, що складаються з алюмінію, міді, марганцю й магнію називають дюралюмінієм. Міцність на розтягнення таких сплавів становить 20...500 МПа. Конструкції і вироби з дюралюмінію добре себе зарекомендували при влаштуванні віконних коробок і плетінь, дверей і дверних коробок, зовнішнього облицювання будинків і виготовлення легких тришарових панелей з пінопластовим утеплювачем.

Сплав алюмінію з кремнієм (до 23%) називається силуміном. Міцність на розтягнення становить 200 МПа. Ці сплави мають високі ливарні якості, малу усадку і пористість, вони тверді й міцні.

Основне достоїнство алюмінієвих сплавів – мала вага при досить високій міцності в сполученні з корозійною стійкістю.

Мідь і сплави на її основі

Чиста мідь – м’який, пластичний метал із щільністю 8960 кг/м3, володіє високої теплопровідністю, незначною міцністю на розтягнення 180...240МПа, температура плавлення – 10800С. Мідь використовується у вигляді сплавів : латуні й бронзи.

Латунь – сплави міді з цинком(10...40%). Добре піддається прокату, штампуванню і витягувань. У порівнянні з чистою міддю має більш високу твердість і міцність на розтягання 250...600 МПа. У будівництві застосовується в основному для декоративних цілей(поручні, накладки і т.д.) і для санітарно - технічних пристроїв.

Бронза – сплав міді з оловом(до 10%), алюмінієм, свинцем. Міцність бронзи така, як і в міді, але значно вища твердість. Володіє гарними ливарними властивостями. Призначення в будівництві як латуні.

Кожен з сортаменту прокату має своє призначення і можливості використання. Сучасна металургія ще ділить руди на два типи - чорні метали та кольорові метали. Перший тип руди на основі заліза, другий без його змісту (близько 70 елементів). Виняток складають 16 елементів, які називають благородними металами. Це історично цінні золото, срібло та інші, які також відносяться до дорогоцінних металів.

Чорні метали.

Чорний метал - так зване технічна назва залізних сплавів і заліза сталь, феросплави, чавун. Здавна людина все більше удосконалював свої навички в обробці заліза і його сплавів, які на сьогоднішній день є основним конструкційним матеріалом у будівництві та машинобудуванні. Власне кажучи самі чорні метали поділяються на два основних типи - сталь і чавун. Чавун являє собою сплав заліза з вуглецем, при якому вуглецю міститься більше ніж 2, 14%. Чавун має малу здатність до пластичної деформації і хороші ливарні властивості. До складу стали входить чавун, залізо і вуглець. Останній має позицію незамінного компоненту, зміст якого складає близько 2%. Залежно від пропорцій цих компонентів сталь може мати різні властивості - міцність і твердість. Із застосуванням термообробки сталі можна надавати практично будь-яку форму. Будь-яка сталь легко полірується спеціальним інструментом.

Кольорові метали.

Кольоровий метал є особливо шанованим ресурсом в сучасній металургії. У будівництві кольорові метали використовуються дуже мало. Самі кольорові метали діляться на легкі і важкі - залежно від щільності сплаву. Легкі сплави мають гарні високотемпературними і механічними властивостями. Для легких використовують зазвичай алюміній, магній, Берилій і титан. Як основного представника важких металів у будівництві можна виділити бронзу та латунь. Їх найчастіше застосовують для спорудження архітектурних вставок і використовуючи як санітарно технічної арматури.

Самостійна робота студента №25 з теми «Захист металів від корозії»

За звичайних умов метали можуть вступати в хімічні реакції з речовинами, що містяться в навколишньому середовищі, ― киснем і водою. На поверхні металів з’являються плями, метал становиться крихким і не витримує навантажень. Це призводить до руйнування металевих виробів, на виготовлення яких було затрачено велику кількість сировини, енергію та багато людських зусиль.

Корозією називають мимовільне руйнування металів і сплавів під впливом навколишнього середовища.

Яскравий приклад корозії ― іржа на поверхні сталевих і чавунних виробів. Щорічно через корозію втрачають біля чверті всього виробленого у світі заліза. Витрати на ремонт або заміну суден, автомобілів, приладів і комунікацій, водопровідних труб у багато разів перевищують вартість металу, з якого вони виготовлені. Продукти корозії забруднюють навколишнє середовище і негативно впливають на життя та здоров'я людей.

Хімічна корозія відбувається в різних хімічних виробництвах. В атмосфері активних газів (водню, сірководню, хлору), в середовищі кислот, лугів, солей, а також у розплавах солей і інших речовин відбуваються специфічні реакції із залученням металевих матеріалів, із яких зроблені апарати, в яких здійснюється хімічний процес. Газова корозія відбувається при підвищених температурах. Під її вплив попадають арматура печей, деталі двигунів внутрішнього згоряння. Електрохімічна корозія відбувається, якщо метал міститься у будь-якому водному розчині.

Найбільш активними компонентами навколишнього середовища, які діють на метали, є кисень О2, водяна пара Н2О, карбон(IV) оксид СО2, сульфур(IV) оксид SО2, нітроген(IV) оксид NО2. Дуже сильно прискорюється процес корозії при контакті металів з солоною водою. З цієї причини кораблі іржавіють у морській воді швидше, ніж у прісній.

Суть корозії полягає в окисненні металів. Продуктами корозії можуть бути оксиди, гідроксиди, солі тощо. Наприклад, корозії заліза можна схематично описати таким рівнянням:

4Fe + 6H2O + 3O2 → 4Fe(OH)3.

Зупинити корозію неможливо, але її можна сповільнити. Існує багато способів захисту металів від корозії, але основним прийомом є запобігання контакту заліза з повітрям. Для цього металеві вироби фарбують, покривають лаком або вкривають шаром мастила. У більшості випадків цього достатньо, щоб метал не руйнувався протягом декількох десятків або навіть сотень років. Інший спосіб захисту металів від корозії електрохімічне покриття поверхні металу чи сплаву іншими металами, які є стійкими до корозії (нікелювання, хромування, оцинковування, сріблення й золотіння). У техніці дуже часто використовують спеціальні корозійностійкі сплави. Для уповільнення корозії металевих виробів у кислому середовищі також використовують спеціальні речовини ― інгібітори.

Самостійна робота студента № 26 з теми «Хімічна стійкість металів»

Структура і властивості вуглеводневих сталей визначається вмістом в них вуглецю. Швидкість корозійного руйнування залежить від характеру утворених продуктів корозії, розчинних чи нерозчинних в даному середовищі, тобто типом утвореної оксидної плівки

Так, при більш низьких температурах утворюється оксидна плівка Fe3O4, а при високих – Fe2O3, що прискорює корозійний процес.

Корозія маловуглецевих сталей в розчинах нітратів проходить як в присутності пасивної плівки Fe3O4, так і плівки Fe2O3. Захисна плівка Fe3O4 зменшує здатність до корозії за рахунок блокування тріщин в металі. Утворення плівки Fe2O3 сприяє розтріскуванню сталі.

Зародження тріщин в металі пов’язане з утворенням твердого розчину вуглецю, який і приводить до збільшення швидкості міжкристалітної корозії. Тобто, вуглець, з однієї сторони чинить тормозну дію на корозію, сприяє осадженню магнетита (Fe3O4) на кородуючій поверхні заліза, і з другої сторони – сильно знижує захисні властивості пасивної плівки Fe2O3, і пришвидшує корозію заліза в пасивному стані.

Утворення окисної плівки в нітратному розчині проходить в широкому інтервалі потенціалів згідно реакції:

10Fe + 6NO3- + 3H2O → 5Fe2O3 + 6OH -+ 3N2.

Підвищення вмісту вуглецю в промислових сталях збільшує їх корозійну стійкість в розчинах нітратів. Розвиток міжкристалітної корозії в концентрованих розчинах нітратів кальцію (Ca2+) і амонію (NH4+) пояснюється тим, що границі зерен вуглеводневої сталі залишаються активними в результаті адсорбції на них іонів NO3- [43]. З пониженням вмісту вуглецю в сталі, здатність її до міжкристалітної корозії збільшується. Чисті залізо і сталь, стабілізовані вуглецем і азотом, стійкі до міжкристалітного руйнування, так як чутливість до розтріскування залежить від розприділення і стану вуглецю.

Підвищення стійкості заліза і маловуглецевих сталей в розчинах нітратів проти розтріскування частково обумовлене збільшенням пластичності металу, виділення і росту карбідів. Так, легування низьковуглецевих сталей карбідоутворюючими елементами (хромом, молібденом, алюмінієм і титаном) підвищує їх корозійну стійкість проти розтріскування, тоді як легування марганцем понижує цю стійкість.

Механізм транспасивного розчинення маловуглецевих сталей в розчинах нітратів зводиться до наступного: на початковій стадії цього розчинення поверхня сталі покривається щільною електропровідною плівкою Fe3O4, далі проходить поступове розчинення плівки в результаті міжкристалітної корозії, визваної адсорбуванням аніонів NO3, після розчинення плівки починається розчинення сталі з великою швидкістю.

Корозійна стійкість сталі в розчинах у великій мірі залежить від складу сплаву. Так, чим більший вміст Ni в сталі, тим важче вона піддається піттінговій корозії[12,13]. При дослідженні корозійних властивостей нікелю в розчинах нітратів показано, що у випадку чистого нікелю, нітрати діють як стимулятори піттінгової корозії тільки в присутності хлор-іонів. Здатність до піттінгової корозії сплавів Ni-Co зростає зі збільшенням вмісту кобальту (Со) в сплаві, навіть в розчинах чистих нітратів.

Більший вплив на корозійні властивості сталей має введення в них хрому. Так як хром відноситься до самопасивуючих металів, то при механічному пошкодженні пасивної плівки проходить її самовільне відновлення. На поверхні сталі утворюється захисний шар, нерозчинний в агресивних середовищах азотної кислоти. Якщо окисленість середовища збільшується, то пасивність хромистих сталей зростає до певної межі. При збільшенні концентрації азотної кислоти більше 80% корозія цих сталей посилюється. Хімічна стійкість хромистих сталей особливо покращується при введенні в них більше 10-12% хрому. Чим більше вуглецю в сталі, тим більше хрому затрачається на утворення карбідів[3].

Вивчення корозійної стійкості конструкційних металічних матеріалів (ВТ1-0, Х18Н10Т, Х25Т, Х17Н13М2Т, ОХ21Н6М2Т) в розчинах нітрату амонію (рН=8,3) показало, що сталь Х17Н13М2Т забруднює розчин домішками титану і заліза, а титан частково, в невеликих кількостях, переходить в розчин[14]. Сталі Х18Н10Т, Х25Т і ОХ21Н6М2Т практично не забруднюють розчин нітрату.

Самостійна робота студента №27 з теми «Акустичні матеріали на основі полімерів. Їх склад, властивості»

Чим більше поліпшується якість житла, тим проблема звукоізоляції стає найбільш гострою. Число побутової техніки в квартирах стрімко зростає. Звукова апаратура стає все більш потужною, що істотно підвищує шумовий рівень в приміщенні. Крім того, низька якість будівництва не завжди забезпечує нормативні показники шумового навантаження. Звукоізоляційним називається матеріал, що володіє в'язко-пружними властивостями і динамічним модулем пружності не більше 15 МПа. Матеріали, виготовлені у вигляді рулонів або плит, використовуються в конструкціях міжповерхових перекриттів, у внутрішніх стінах і перегородках, а також як віброізоляційних прокладки під машини і обладнання та застосовуються з метою поліпшення ізоляції звуку. Акустичні будівельні матеріали поділяються за такими основними ознаками: за формою: штучні, рулонні (мати, полотна, смугові прокладки), пухкі й сипучі (вата мінеральна і скляна, мінеральні пористі заповнювачі); по жорсткості (величині відносного стиснення): м'які, напівжорсткі, жорсткі, тверді; по горючості: вогнетривкі, важкозгораємі і спаленні. За структурними ознаками дані види виробів поділяються на пористо-волокнисті (з мінеральної та скляної вати), пористо-комірчасті (з пористого бетону та перліту), пористо-губчасті (пінопласти, гуми). Асортимент пористо-волокнистих звукоізоляційних виробів на ринку Росії і за кордоном представлений мінераловатними плитами на синтетичному зв'язуючому. Мінераловатні вироби виготовляють у вигляді м'яких і напівтвердих плит щільністю 50 - 150 кг/м3. Єднальними служать полімери: фенолоформальдегіди, мочевіноформальдегіди, а також полівінілацетат. У Фінляндії виробляють матеріал «Акустокарху» товщиною 10-30 мм, об'ємною масою 75-150 кг/м3. Вироби облицьовують повстю, облицювальної тканиною або без облицювання. Даний вид матеріалу є також і теплоізоляційним. Для виробництва мінеральної вати використовують шихту з різних сировинних матеріалів: гірські породи (граніт, діабаз, еффузівов, сланці, доломіт, вапняк, діатоміт та інші), доменні шлаки (кускові і вогненно-рідкі), бій глиняної та силікатної цегли, мергель. Шихту розплавляють у ванних печах і формують вату за допомогою дуттєвого методу. Плити отримують конвеєрним методом шляхом обробки мінеральної вати водними розчинами сполучного з наступним ущільненням і затвердінням полімеру в конвеєрному сушив і розрізанням на розміри. Мінераловатні плити на бітумному сполучному виготовляють обробкою мінеральної вати в момент її утворення розплавленим диспергування бітуму. Потім вийшов килим ущільнюють до повсті. Зміст бітуму в розплаві - від 2 до 6%. М'які плити випускають у вигляді рулонів довжиною 1 - 3 м, шириною 0,375 - 1,25 м і завтовшки 0,03 - 0,06 м з показником межі міцності при розриві від 5-10-3 до 8-10-3 МПа і щільністю 100 і 150 кг/м3. Напівтверді плити випускають розміром 1х0, 5х (0,5-0,8) м, щільністю 250 - 400 кг/м3. Жорсткі плити на бітумному сполучному мають таку ж щільність, але розміри - 1х0, 5х (0,04-0,06) м і межа міцності при вигині - не менше 0,11 - 0,14 МПа. Плити на крохмальному зв'язуючому виготовляються з розплаву, який за допомогою центріфугальной чаші, що обертається з частотою 1000 об/хв, роздувається в мінеральну вату кільцевої дутьевой голівкою. Сполучне, що складається з мазуту, гарячої води, крохмалю та парафіну, розпорошується на мінеральний килим. Отриманий просочений матеріал подпрессовивается і піддається обробці гострою парою, сушці і резке. Об'ємна маса одержуваних плит - від 100 до 150 кг/м3. Для звукоізоляції використовуються також скловолокнисті вироби (вата, мати і смуги) на синтетичному сполучному і без нього, які прошиваються або проклеюються. З штапельного скляного волокна довжиною 20 - 40 см і товщиною (8 - 20) - 10-6 м отримують плити із застосуванням полімерних зв'язуючих. Мати й плити випускають щільністю 20 - 250 кг/м3, товщиною від 10 до 50 мм. Підвищення тонкощі скляного волокна збільшує звукоізоляційні властивості матеріалів. ЗАТ «Акустичні матеріали та технології» (м. Москва) випускає на основі скловолокна та бітумного сполучного звукоізоляційний рулонний матеріал «Шуманет - 100» з показником індексу ізоляції ударного шуму 23 дБ, товщиною 3 мм, розміром 15,0-1 , 0 м. Маса рулону складає 19,5 кг, поверхнева щільність - 1,3 кг/м 2, міцність на розрив уздовж полотна - 170 Н. Індекс зниження рівня динамічного шуму під паркетною дошкою в конструкції «плаваючої підлоги» складає 18 дБ. Ціна за 1 м2 - 3,25 Євро, за рулон - 48,75 Євро. Застосовують «Шуманет - 100» як пружного шару в конструкціях звукоізоляційних підлог: поверх плит залізобетонних перекриттів; під фанеру при укладанні штучного паркету або під паркетну дошку; між лагами і плитою перекриттів у конструкціях дерев'яних підлог; під балки дерев'яних перекриттів у місцях опори на стіни.