Химия в строительстве
Рекомендуемые темы
Для добавления файла нужно быть зарегистрированным пользователем. Зарегистрироваться и авторизоваться можно моментально через социальную сеть «ВКонтакте» по кнопке ниже:
Вы можете зарегистрироваться стандартным методом и авторизоваться по логину и паролю с помощью формы слева.
Не забывайте, что на публикации файлов можно заработать.
Учебные пособия и методические указания / Химия в строительстве. Курс лекций. Григорьева Л.С
Григорьева Л.С. Химия в строительстве: Курс лекций. /Моск. гос. строит. ун-т. М.: МГСУ, 2010. – 104 с.
Конспект лекций по дисциплине «Химия в строительстве» составлен в соответствии с программой курса. В учебном пособии рассмотрены основы химической термодинамики, термохимии, поверхностных явлений. Даны классификации дисперсных систем. Представлены теоретические основы коррозионных процессов. Учебное пособие предназначено для студентов строительных вузов.
Р е ц е н з е н т ы
проф., канд. техн. наук А.М. Орлова, проф., д-р техн. наук, зав. лаб ИНЭОС РАН А.А. Аскадский
Компьютерная правка и верстка О.В. Суховой
Лицензия ЛР №020675 от 09.12.97 г.
Подписано в печать 25.01. 2010 г.
ГОУ ВПО Московский государственный строительный университет.
Ред.-изд. отдел. Тел. (499) 183-97-95, e-mail rio@mgsu.ru. Типография МГСУ. Тел. (499) 183-91-90, (499) 183-67-92, (499) 183-91-44
Л е к ц и я 1. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ЗАКОН ГЕССА
Современное строительство использует великое множество самых разнообразных строительных материалов, из которых при помощи определенных строительных технологий и строится здание или сооружение. Основой технологических процессов, как производства строительных материалов, так и собственно технологии строительного производства являются основные законы природы. Поэтому при возведении любого здания необходимо учитывать самые разнообразные химические и физические процессы, происходящие в материалах при строительстве, сразу же после него или в процессе эксплуатации.
Теоретическим фундаментом таких процессов, прежде всего, являются основные положения термодинамики и, в частности, химической термодинамики.
Основываясь на теоретических положениях химической термодинамики можно рассчитывать и прогнозировать прочность твердых тел, устойчивость гидратных образований, определяющих прочность бетонов, обосновывать направление, по которому протекают процессы гидратации минеральных вяжущих. Знание максимального тепловыделения, скорости этого процесса необходимо при выборе цемента для гидротехнических и иных видов строительства. Без термодинамического анализа трудно оценить процессы коррозии строительных материалов и их защиты.
Классическая термодинамика первоначально занималась изучением теплоты, но в дальнейшем, она включила изучение превращений энергии во всех её формах.
Химическая термодинамика изучает:
1. Соотношения между теплотой и другими формами энергии в процессе химических реакций;
2. Возможность самопроизвольного протекания химических реакций в данных условиях;
3. Условия, при которых реакция находится в состоянии химического равновесия.
Термодинамика оперирует понятиями система, термодинамический процесс. Система – совокупность тел, выделенных фактически
или мысленно из окружающей среды и находящихся во взаимодействии с окружающей средой. Если между этой системой и средой отсутствует какой-либо обмен энергией и веществом, то она называется изолированной (объем и энергия такой системы постоянны). Система называется закрытой, если между системой, и средой взаимодействие осуществляется только за счет обмена энергией, но без обмена веществом.
Система называется открытой, если взаимодействие между системой и средой выражается как в обмене энергией, так и в обмене веществом.
Термодинамический процесс – совокупность последовательных состояний, через которые проходит термодинамическая система при её взаимодействии с окружающей средой.
Состояние системы характеризуют параметрами: объемом V, давлением р, температурой Т, концентрацией С и т. д.
Параметры, не зависящие от пути перехода системы из одного состояния в другое, а зависящие только от начального и конечного состояний, называют функциями состояния, например, внутренняя энергия тела. Эта энергия складывается из кинетической энергии молекул, энергии колебательного движения атомов, энергии электронов, внутриядерной энергии, энергии взаимодействия молекул и т.д., за исключением кинетической энергии системы в целом и потенциальной энергии ее положения в пространстве.
Все изменения внутренней энергии при ее переходе от одного тела к другому можно разбить на две группы. В первую группу входит форма перехода энергии за счет хаотического столкновения молекул двух соприкасающихся тел. Мерой передаваемой таким способом энергии является теплота.
Теплота представлена интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит, т.е неупорядоченным движением микрочастиц.
Во вторую группу входят многие формы перехода энергии при перемещении масс, состоящих из большого числа частиц, под дейст-
вием каких-либо сил. Общей мерой, передаваемой таким образом энергии является работа, т.е. работа включает в себя упорядоченную макроскопическую форму движения.
Теплота Q и работа А в общем виде не являются функциями состояния и характеризуют способы передачи энергии.
Взаимосвязь между внутренней энергией, теплотой и работой устанавливается на основе первого начала термодинамики.
Первое начало (закон) термодинамики непосредственно связано с законом сохранения и превращения энергии, который устанавливает эквивалентность ее форм. Этот закон является универсальным и подтверждается всем опытом человечества
«Во всех явлениях природы энергия не может исчезнуть бесследно или возникнуть из ничего. Энергия только превращается из одной формы в другую в строго эквивалентных соотношениях». Иногда этот закон формулируют в другой форме:
«Вечный двигатель первого рода невозможен, т.е. невозможно построить машину, которая выполняла бы механическую работу, не затрачивая на это соответствующего количества молекулярной энергии».
«В изолированной системе внутренняя энергия постоянна и определяется природой составляющих ее веществ, их массой и условиями существования».
Внутренняя энергия может изменяться только под влиянием внешних воздействий, то есть в результате сообщения системе количества теплоты Q и совершения над ней работы (А).
Условились считать положительными величинами теплоту, полученную системой, и работу, совершенную системой. Тогда из первого начала термодинамики следует, что теплота, подводимая к системе, идет на приращение внутренней энергии системы и на совер-
шение работы против внешних сил:
Данное уравнение представляет собой математическую форму-
лировку первого закона термодинамики.
При изохорном процессе (V = const)
теплота равна прираще-
нию внутренней энергии
т.е. все тепло расходуется на изменение внутренней энергии. Уравнение первого начала термодинамики применительно к изобарным процессам, в которых совершается только работа расши-
Презентация к открытому уроку «Химия в строительстве»
Описание презентации по отдельным слайдам:
«Химия в строительстве» Выполнила: учитель химии МКОУ «Семидесятская средняя СОШ» Григорьева Нина Ивановна Открытый урок по теме:
Современное строительство использует великое множество самых разнообразных строительных материалов, из которых при помощи определенных строительных технологий и строится здание или сооружение. Так же как и в остальных отраслях жизнедеятельности человека, в строительстве основой являются физические, химические и электрические законы природы. Поэтому при возведении здания учитываются самые разнообразные химические и физические процессы, которые проистекают в материалах при строительстве, сразу же после него или в процессе эксплуатации здания. Строительный проект будущего здания или сооружения должен быть ориентирован, в том числе и на использование материалов, наиболее подходящих для данного климата, для данной местности, а также максимально ориентированного на экологическую чистоту и безопасность.
Химические основы строительства Химические процессы играют важную роль в современном строительстве. Это состав, приготовление, а также преобразования веществ и происходящие при этом процессы. Каждое тело, будь оно твердым, жидким или даже газообразным, занимает определенное пространство и вытесняет из него другие вещества. Каждое тело состоит из вещества, материи. В свою очередь вещество, занимая определенное пространство, также является телом. Свойства тел включают в себя форму агрегатного состояния, объем и энергетическое состояние.
Виды материалов По своему составу вещества делятся на несколько видов. Это основные вещества, смеси, химические соединения и элементы. Смеси состоят из совокупности различных веществ и отдельных материалов. Также смеси позволяют при помощи физико-механической технологии разложить себя на отдельные вещества. Физико-механические методы разделения смесей – это дистилляция, выпаривание, фильтрование и отстаивание. Химические соединения состоят как минимум из двух разных основных веществ или химических элементов. Химическое соединение не может быть разложено на составляющие вещества при помощи физико-механических процессов, как, например, смеси. Такое разложение возможно только лишь при помощи химических процессов. Химические элементы – это основные вещества, которые не могут быть разложены на составляющие в принципе, ни при помощи физико-механических методов, ни посредством химической реакции.
Химические элементы В природе существует 92 химических элемента. Из этих элементов в различных пропорциях и состоят все вещества на нашей планете. Семнадцать элементов из них получены искусственным путем, то есть не встречаются в природе в чистом виде. Природные элементы состоят из 66 металлов, 16 неметаллов и 6 полуметаллов. Металлы имеют выраженный металлический блеск, хорошо проводят электрический ток и тепло. Неметаллы, среди которых преобладают газообразные и летучие элементы, преимущественно не проводят электрический ток, то есть являются диэлектриками. Также неметаллы, как правило, плохо проводят тепло. Полуметаллы могут обладать как металлическими, так и не металлическими свойствами. Яркий пример таких элементов – это селен и кремний. Элементы обозначают, помимо их названий на разных языках, Буквенными сокращениями от названия элемента на греческом или латинском языках. Чаще всего для определения удельной массы, плотности и других свойств вещества пользуются периодической таблицей элементов, где химические элементы размещены в порядке возрастания физических и химических свойств и разделяются на группы и подгруппы. Химические элементы состоят из атомов. Определенные атомы определенных элементов имеют сходное или идентичное строение.
Химическая термодинамика Теоретическое обоснование химических проблем, с которыми встречается строитель в практической деятельности, должно основываться на фундаменте физической химии, среди ее методов наиболее важным является химическая термодинамика. Так, химическую термодинамику привлекают для анализа теоретической прочности твердых тел, изучения поверхностных явлений, выполняющих важную роль при решении проблем склеивания, пленкообразования, фазовых и энергетических переходов. Термодинамический анализ позволяет обосновать направление, по которому протекают процессы гидратации минеральных вяжущих, устойчивость гидратных образований, определяющих прочность бетонов. Знание максимального тепловыделения, равно как и его скорости, необходимо при выборе цемента для гидротехнических и иных видов строительства. Без термодинамического анализа трудно оценить процессы коррозии строительных материалов и их защиты. Термодинамика играет важную роль в подведении теоретического фундамента под многочисленными химическими и физико-химическими процессами в строительном производстве.
Применение серы в строительстве Показано, что в области стройиндустрии наиболее перспективно применение серы в качестве вяжущего, добавки к асфальтобетону и пропиточной композиции. Приведены перспективные направления по совершенствованию существующих и созданию новых решений долговечных, химически стойких конструкций из бесцементных серных композиций.
Серные композиты (бетон) Искусственный композиционный материал, представляющий отформованную затвердевшую смесь, состоящую из серного вяжущего (20-35%) и заполнителей (65-80%). Приготовление смеси и формовку изделий производят при температуре 140-1500 С. Серные композиции в зависимости от сочетания инертных заполнителей по размерам фракции могут быть изготовлены в виде бетонов, растворов или мастик. По виду заполнителя серные бетоны подразделяют на легкие, тяжелые и особо тяжелые. По структуре серные бетоны могут быть плотные, поризованные, ячеистые и крупнопористые. По цветовой гамме серные бетоны в зависимости от колера красителя могут обладать широким диапазоном цветовых фактур. Подвижность смеси серных бетонов в зависимости от расхода серного вяжущего могут быть литыми, подвижными, малоподвижными, жесткими и особо жесткими.
Наиболее рациональными областями применения серного бетона являются: § элементы дорог (основания и покрытия дорог, тротуарная плитка, торцевая шашка, бортовой камень, дорожные плиты и др.); § коррозиносостойкие элементы промышленных и сельскохозяйственных зданий (плиты пола, кирпич, футеровочные блоки, сливные лотки, коллекторные кольца, емкости); § трубы (канализационные, дренажные, пригрузы трубопроводов); § элементы нулевого цикла (фундаментные блоки, балки, сваи); § стеновые материалы (кирпич, блоки, плитки, утеплитель); § кровельные материалы (черепица, теплоизоляционные плиты, легкие навесы); § декоративно-отделочные материалы (отделочные плиты, художественное литье, малые архитектурные формы);
Заключение Краткое рассмотрение некоторых вопросов химизации строительства заставляет задуматься о перспективах ее развития: будут ли в дальнейшем интенсивно развиваться процессы внедрения новейших достижений химии в строительное дело, получат ли развитие физико-химические методы контроля качества строительных материалов, как может осуществляться подобное развитие? Оценивая накопленный опыт можно полагать, что достойное место среди конструкционных материалов займут стеклопластики, теплоизоляционные и отделочные полимерные материалы, которые могут значительно изменить как технологию строительства, так и облик сооружений. Введение в строительные материалы и композиции новых типов металл- и элементоорганических низко- и высокомолекулярных соединений может придать свойства негорючести и микробостойкости, сочетания прочности и эластичности. Активнее следует применять изделия из небьющегося стекла, прозрачные материалы и новые клеящие и лакокрасочные композиции с высокой адгезией к бетону и металлу. По-прежнему высок спрос на металлоконструкции, использование прочных и легких сплавов. Сочетание различных неорганических и органических материалов должно привести к созданию новых видов стеклопластиков, бетонов, армированных материалов.