Химия в строительстве
Химия в строительстве
Химия- наука, связанная со многими областям деятельности. Не обошла она стороной и один из наиболее интересных видов деятельности – архитектуру.
Так при строительстве и отделки зданий трудно обойтись без цемента, бетона, гипса. Всё это примеры вяжущих веществ, которые при смешивании с водой образуют тестообразную массу. При высыхании масса превращается в монолит. Медленно затвердевая, так называемый раствор связывает друг с другом кирпичи, каменные блоки или иные материалы, соприкасающиеся с ним.
Просмотр содержимого документа
«Химия в строительстве»
Химия в строительстве
Химия- наука, связанная со многими областям деятельности. Не обошла она стороной и один из наиболее интересных видов деятельности – архитектуру.
Так при строительстве и отделки зданий трудно обойтись без цемента, бетона, гипса. Всё это примеры вяжущих веществ, которые при смешивании с водой образуют тестообразную массу. При высыхании масса превращается в монолит. Медленно затвердевая, так называемый раствор связывает друг с другом кирпичи, каменные блоки или иные материалы, соприкасающиеся с ним.
Одним из древнейших вяжущих веществ является гипс, известный ещё в Древнем Египте. Это вещество представляет собой двуводныйсульфак кальция, встречающийся в природе в виде минерала. Обжиг гипса при 150Сприводит к потере значительной части кристаллизационной воды:
Образующийся при этом полуводный сульфак кальция называют жженым гипсом. При разведении водой он быстро твердеет (схватывается), снова превращаясь в дигидрат. Это сопровождается увеличением объёма на 1%. Расширяясь в процессе схватывания, гипс с высокой точностью воспроизводит поверхность формы, в которую он помещен. Благодаря этому жжёный гипс применяют как материалы для слепков, точных копий скульптуры. В отличие от мрамора, гипс – мягкий материал, даже при слабом нажиме ноготь оставляет на нём след. Для увеличения прочности в него квасцы.
При кладке кирпичных стен и для штукатурных работ строители используют известковый раствор – взвесь порошка гашёной извести (гидроксида кальция) и кварцевого песка (оксида кремния) в воде. Обычно на одну частьизвести берут две части песка. Иногда для большей прочности связывания добавляют цемент, такой раствор строители называют известково-цементным.
При высыхании из раствора выделяются кристаллы гидроксида кальция, которые срастаются друг с другом. Чтобы поверхность стены получалась ровной, а также для лучшего сцепления штукатурки с кладкой её затирают специальными тёрками. Со временем гидроксид кальция постепенно реагирует с углекислым газом, в небольшом количестве содержащимся в воздухе. Образующийся при этом порошок карбоната кальция представляют собой рыхлую массу, которая заполняет все пустоты, способствуя ещё более прочному сращиванию отдельных зёрен кварцевого песка. Для полного высыхания известкового раствора необходимо несколько недель. Как можно ускорить высыхание? Для этого требуется повысить концентрацию углекислого газа в воздухе. Например, в оштукатуренном помещении ставят жаровню с раскалёнными углями, плотно закрывают двери и окна.
Стены, покрытые штукатуркой, можно расписать. Технику росписи стен по сырой, свеженанесённой штукатурке красками, разведёнными на воде, называют фреской. Краски закрепляются на поверхности стены, покрываясь тонкой кристаллической плёнкой карбоната кальция, образующейся при взаимодействии извести с углекислым газом. Для образования такой плёнки требуется 3-4 часа, поэтому в один день расписывают лишь небольшую часть стены. При внимательном изучении стены, расписанных фресками, удаётся заметить едва заметные швы, разделяющие участки, расписанные в разные дни. Перед росписью известковый раствор наносят на стену в несколько слоёв. Первый слой, называемый итальянцами arriziato, может быть нанесен весь сразу за несколько дней до росписи. Для лучшего сцепления со вторым слоем его оставляют шероховатым и, пока он сырой, специально царапают. Второй слой, называемый intonaco,по которому непосредственно исполняется роспись, наносят сразу перед работой живописца. Мельчайшие кристаллы пигментов попадают в неровности поверхности, покрытой штукатуркой, и при высыхании прочно «врастают» в неё, удерживаемые плёнкой карбоната кальция. Всё это объясняет прочность и долговечность фресковых росписей, которые в сухих помещениях могут сохраняться веками. Если же краска наносится на уже высохшую поверхность стены, то частицы пигмента прочно не могут на ней закрепится и со временем осыпаются. Такая техника живописи используется в основном для реставрации фресок. Росписью стен по штукатурке занимались уже в древнем Египте, а также в Древнем Риме. До наших дней дошли многие средневековые фрески в древнерусских городах, на Балканах, в странах Западной Европы. Однако наивысшего расцвета фрески достигла в Италии в эпоху Возрождения. Итальянскими живописцами была разработана сложная многослойная технология нанесения слоёв штукатурки и красок.
Известь, необходимую для штукатурных работ, получают обжигом известняка в специальных печах. Для приготовления извести годятся только известняка, не содержащие примесей, а также мрамор и раковины. Грязные известняки, в состав которых, наряду с карбонатом кальция, входят доломит, глина или песок, при обжигании дают нечистую известь. Раньше её называли тощей, в отличие от жирной, получаемой из чистого известняка. При обжиге выделяется углекислый газ и остаётся плотная каменистая масса оксида, называемая негашёной известью или кипелкой. Для гашения извести порошок оксида обливают водой, которую берут в массовом соотношении 1 : 1. Реакция взаимодействия оксида кальция с водой протекает настолько энергично, что от выделяющейся теплоты раствор начинает кипеть, поднимаются клубы пара. Каменистая масса негашёной извести, поглотив воду, рассыпается в порошок. Такую известь, представляющую собой гидроксид кальция, называют пушонкой. Её и используют для приготовления цементного раствора. Иногда гашение извести проводят прямо на месте.Для этого выкапывают в земле яму, укрепляют её стены досками, заполняют примерно на треть кипелкой и добавляют воду.
Внутренние поверхности зданий после штукатурки шпатлюют – покрывают тонким белым слоем, состоящим мела или гипса. Поверхность него клеят обои или наносят краску. Традиционно используемые масляные краски содержат пигмент, льняное масло, которое при высыхании образует прозрачную плёнку, и растворитель, например скипидар или керосин, запах растворителя при покраске чувствуется за несколько десятков метров, и длительно находиться в таком помещении опасно для здоровья. Использование водоэмульсионных красок, представляющих собой водные эмульсии синтетических полимеров на основе поливинилацетата, полиметилметакрилата, полистирола, гораздо более удобно. Они практически не имеют запаха. По мере испарения воды полимер, в котором растворен красителей, превращается в тонкую эластичную плёнку.
При кладке стен, помимо известкового раствора, используют цемент. Римлянеполучали его из извести и вулканического пепла. Римский учёный Плиний Старший писал о цементе, что это порошок «может служить оплотом против волн морских и, и будучи погружён в воду, превращается в твёрдый камень, для волн неодолимый, и становится ежедневно твёрже». Вулканический пепел для получения цемента продолжали использовать вплот до XIX в., когда ему на смену пришёл цемент, изготовляемый из извести и глины. Новый цемент, в отличие от старого, римского, называли портланд-цемент, по имени местечка в Англии, где залегают песчаники, впервые использованные для его производства. Портланд-цемент представляет собой серый порошок, полученный при обжиге смеси трёх частей известняка и одной части глины. В печах при температуре 1400 С известняк разлагается до оксида кальция, который взаимодействует с обезвоженной глиной, превращаясь в силикаты и алюминаты кальция: алит, белит, трёхкальциевый алюминат. Оксид железа, придающий глине характерный землистый цвет, превращается в алюмоферрит. Все эти вещества входят в состав цементного клинкера – массы, образовавшейся в результате обжига. После охлаждения клинкер размалывают и просеивают через тончайшие сита. Чем тоньше помол, тем прочнее цемент. В зависимости от прочности цемент делят на марки: 300, 400, 500, 600.
Для затвердевания клинкер смешивают с водой – на 1 кг порошка в среднем берут 450 мл воды. Приготовленная взвесь, называемая цементным раствором, со временем твердеет. При добавлении воды многие вещества, входящие в состав клинкера, переходят в раствор, а со временим кристаллизуются из него в виде гидратов.
Эти вещества, представляют собой химические соединения, условно записываемые для простоты в виде комбинации оксидов, и составляют основу цементного камня, образующегося при затвердевании цементного раствора. Они придают ему прочность и долговечность. Бетон, в состав которого введена железная арматура, называют железобетоном.
При затвердевании цемент даёт усадку – уменьшается в объёме. Для уменьшения усадки и увеличения прочности в него добавляют песок, щебень, мраморную крошку и иные наполнители. Полученный материал называют бетоном. Бетон используют для заливки фундаментов зданий, изготовления панелей, применяемых в массовом жилом строительстве. Он служит также материалом для скульптуры. Гигантская фигура Родины-Матери на Мамаевом кургане в Волгограде выполнена из прочного железобетона. Несмотря на то что толщина бетонной оболочки памятника не превышает 30 см, его масса при высоте фигуры 85 м составляет 6 тысяч тонн. Выполненный из стали меч длиной 29 м весит 14,3 тонны.
Под действием влаги воздуха, углекислого газа и перепадов температур цемент и бетон постепенно разрушаются – они теряют прочность гораздо быстрее, чем природный камень. Попадая в поры, вода растворяет и разлагает соединения кальция, которые придают материалу прочность.
Химия- наука, связанная со многими областям деятельности. Не обошла она стороной и один из наиболее интересных видов деятельности – архитектуру.
Так при строительстве и отделки зданий трудно обойтись без цемента, бетона, гипса. Всё это примеры вяжущих веществ, которые при смешивании с водой образуют тестообразную массу.
Одним из древнейших вяжущих веществ является гипс, известный ещё в Древнем Египте. Это вещество представляет собой двуводный сульфат кальция, встречающийся в природе в виде минерала. Образующийся при этом полуводный сульфат кальция называют жженым гипсом. При разведении водой он быстро твердеет (схватывается), снова превращаясь в дигидрат.
При кладке кирпичных стен и для штукатурных работ строители используют известковый раствор – взвесь порошка гашёной извести (гидроксида кальция) и кварцевого песка (оксида кремния) в воде.
При высыхании из раствора выделяются кристаллы гидроксида кальция, которые срастаются друг с другом. Чтобы поверхность стены получалась ровной, а также для лучшего сцепления штукатурки с кладкой её затирают специальными тёрками. Со временем гидроксид кальция постепенно реагирует с углекислым газом, в небольшом количестве содержащимся в воздухе. Образующийся при этом порошок карбоната кальция представляют собой рыхлую массу, которая заполняет все пустоты, способствуя ещё более прочному сращиванию отдельных зёрен кварцевого песка.
Известь, необходимую для штукатурных работ, получают обжигом известняка в специальных печах. Для приготовления извести годятся только известняки, не содержащие примесей, а также мрамор и раковины.
Внутренние поверхности зданий после штукатурки шпатлюют – покрывают тонким белым слоем, состоящим мела или гипса. Поверхность него клеят обои или наносят краску. Традиционно используемые масляные краски содержат пигмент, льняное масло, которое при высыхании образует прозрачную плёнку.
При кладке стен, помимо известкового раствора, используют цемент. Римляне получали его из извести и вулканического пепла. Римский учёный Плиний Старший писал о цементе, что это порошок «может служить оплотом против волн морских и, будучи погружён в воду, превращается в твёрдый камень, для волн неодолимый, и становится ежедневно твёрже». Вулканический пепел для получения цемента продолжали использовать вплоть до XIX в., когда ему на смену пришёл цемент, изготовляемый из извести и глины.
При затвердевании цемент даёт усадку – уменьшается в объёме. Для уменьшения усадки и увеличения прочности в него добавляют песок, щебень, мраморную крошку и иные наполнители. Полученный материал называют бетоном.
Под действием влаги воздуха, углекислого газа и перепадов температур цемент и бетон постепенно разрушаются – они теряют прочность гораздо быстрее, чем природный камень. Попадая в поры, вода растворяет и разлагает соединения кальция, которые придают материалу прочность. Т.к. все старинные театры были построены из природного камня, их части сохранились и по сей день.
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.