МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное учреждение высшего

Южный федеральный университет

Химический факультет

УТВЕРЖДАЮ

_______________________

"_____"__________________2010 г.

Рабочая программа дисциплины

ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ И ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

Направление подготовки

Профиль подготовки

_____________________

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

Форма обучения

г. Ростов - на - Дону

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Химическая стойкость материалов и защита от коррозии» являются:

создать теоретическую базу по коррозионному поведению неметаллических

материалов в различных агрессивных средах и способам их защиты от разрушения;

создать теоретическую базу по коррозии и методам защиты от неё, являющуюся основой химического сопротивления металлических материалов; создать предпосылки для квалифицированной оценки типа и механизма процессов с последующим регулированием его скорости; обучить принятию технических решений при разработке рациональных способов защиты от коррозии; обучить навыкам коррозионно-электрохимического эксперимента, методикам расчета и анализа результатов, создать научно-практическую основу для выполнения квалификационных работ

2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Химическая стойкость материалов и защита их от разрушения представляет собой существенную часть современной химии как составной части естествознания. Поэтому основные положения дисциплины используются для решения самого широкого круга современных научных и технических проблем. Этот спецкурс базируется на общей, неорганической, органической и физической химии, но главным образом на электрохимии металлов и сплавов, а также использует математическую и физическую подготовку. Он закладывает основу для выполнения квалификационных работ и последующей практической деятельности бакалавра.

3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Химическая стойкость материалов и защита от коррозии».

В процессе освоения дисциплины будут частично сформированы компетенции ОК-6, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-9, ПК-11.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

основы современной теории коррозии и защиты металлов и сплавов, а также способы её применения для решения научных и практических задач, направленных на оценку и повышение коррозионной стойкости. специфику процессов, протекающих в силикатных, полимерных, керамических, природных каменных материалах, бетоне и др. в контакте с различными агрессивными средами.

самостоятельно ставить задачи коррозионно-электрохимического исследования металлов и сплавов, выбирать оптимальные пути и методы решения экспериментальных задач, демонстрировать способность и готовность проводить коррозионные расчеты с помощью известных формул и уравнений, в том числе с помощью компьютерных программ, проводить необходимые измерения на металлах, пользоваться . Осуществлять правильный выбор различных материалов для эксплуатации в средах с указанными свойствами.

основами химической стойкости и защиты материалов от коррозии, навыками химического и электрохимического эксперимента и работы на аппаратуре, методами регистрации и обработки результатов экспериментов.

4. Структура и содержание дисциплины «Химическая стойкость материалов и защита от коррозии»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 7 зачетных единиц 252 часа, из них 90 часов аудиторные (30- лекции, 60- лабораторные) и 66 часов - самостоятельная работа.

Введение

Применение неметаллических материалов в промышленности. Понятие о коррозионном разрушении неметаллов. Причины коррозии. Физически и химически активные агрессивные среды. Общая классификация применяемых неметаллических материалов.

Минеральные материалы

Общие свойства минеральных материалов. Бетон и его при­менение. Виды вяжущих. Водоцементное отношение и его влияние на свойства бетона. Процессы твердения бетона, на гидравлическом и воздушном вяжущем. Состав затвер­девшего бетона. Особенности коррозии пористых материа­лов. Классификация неплотностей и пустот и их количест­венное распределение в бетоне. Проницаемость бетона. Виды коррозии бетона. Растворимость составных частей бе­тона и ее зависимость от состава агрессивной среды. Влияние скорости Фильтрации на коррозию первого вида. Процесс карбонизации и его роль в развитии коррозии первого вида. Меры борьбы с коррозией первого вида.

Отличие коррозии первого и второго вица. Углекислотная коррозия. Действие минеральных и органичес­ких кислот на бетон. Кислотоупорные марки бетонов.

Магнезиальная коррозия бетона. Действие растворов щелочей на бетон. Коррозия при наличии испаряющей по­верхности. Меры борьбы с коррозией второго вида.

Признаки коррозии третьего вида. Сульфатная или гипсовая коррозия. Сульфоалюминатная коррозия бетона. Меры борьбы с коррозией третьего вица. Деление сред на слабо-, средне - и сильноагрессивные. Защита бетонов в этих средах.

Классификация процессов коррозии по Бабушкину. Вли­яние температуры на коррозию бетона. Циклические знако­переменные колебания температуры и их влияние на стой­кость бетона. Морозостойкость бетона и способы ее повышения. Способы зимнего бетонирования.

Биологическая коррозия бетона и способы ее подавле­ния.

Особенности коррозии природных каменных, плавленых силикатных и керамических материалов.

Полимерные материалы и механо-химические явления в полимерах

Основные физико-химические свойства полимерных материа­лов. Агрегатные состояния полимеров. Аморфные, кристал­лические и кристаллизующиеся полимеры. Полярность полимеров и ее влияние на химическое сопротивление. Качественный способ оценки химической стойкости полимеров.

Окислительная, радиационная, механическая и биоло­гическая полимеров.

Термическая деструкция. Теплостойкость и термостабильность полимеров. Термомеханические кривые.

Химическая деструкция полимеров. Особенность хими­ческого взаимодействия полимерных макромолекул. "Доступность" химических связей к превращениям.

Основные типы распада полимерных молекул. Механизм превращения основных нестойких связей в полимерах.

Сорбционное и адсорбционное накопление среды поли­мером. Мера взаимодействия полимера и среды. Гидрофильные и гидрофобные полимеры. Диффузия в полимерах. Активированная и неактивированная . Особенности диф­фузии электролитов в полимерах. Диффузия электролитов в гидрофильных и гидрофобных полимерах. Количественная оценка проникающей способности электролитов. Физическая картина разрушения в зависимости от соотношения скорости диффузии и скорости деструкции.

Зависимость механо-химических изменений от интенсивности механического воздействия. Диаграммы растяжения. Виды деформаций, раз­вивающихся в полимере. Зависимость вица диаграмм растяжения от температуры и скорости наложения нагрузки. Релак­сация напряжений в полимерах. Дефектные и молекулярно-кинетические теории прочности материала.

Ползучесть и коррозионное. растрескивание полимеров. Циклические деформации и их влияние на прочность полимеров. Кинетические кривые растрескивания. Критическая деформация и ее зависимость от внешних факторов.

Способы повышения химического сопротивления полимерных материалов.

Композиционные материалы

Отличие композиционных материалов от гомогенных. Назначение матрицы и наполнителя в композите. Способы получения композиционных материалов. Требования при подборе компонентов композиционного материала. Особенности химического сопротивления пленочных композиционных материалов.

Битумные и древесные материалы

Колебания высоких температур; - понижение температуры.

Какие изменения вызывает движение воды в порах минерального материала?

Не вызывает изменений; - растворение компонентов бетона;

Снижение его пористости; - увеличение объема бетонной массы.

При какой скорости порока влияние ионной силы наибольшее?

При малой; - при средней; - при большой; - не зависит от скорости потока.

От чего зависит устойчивость компонентов бетонной смеси при движении воды в порах бетона?

От растворимости компонентов; - от количества вымытого гидроксида кальция; - от пористости бетона; - от температуры.

Что образуется в результате углекислотной коррозии бетона?

Карбонат кальция; - сульфат кальция;

Хлорид кальция; - углекислый газ;

Коррозия бетона второго вида связана с:

Образованием нерастворимых кристаллических продуктов;

Образованием легкорастворимых или аморфных продуктов;

С выделением газа; - упрочнением бетона.

Какие кислоты практически не разрушают цементные бетоны?

Соляная; - серная - борная - плавиковая

Что не входит в состав кислотоупорного бетона?

Силикат натрия; - цемент;

Отверждающийся полимер; - фуриловый спирт.

Какой компонент бетона не устойчив к действию концентрированных щелочей?

Гидроксид кальция; - гидросиликат кальция;

Оксид кремния; - гидроферрит кальция.

Как влияет наличие испаряющей поверхности на скорость коррозии бетона?

Ускоряет; - тормозит; - не влияет;

Зависимость проходит через максимум.

С чем связано протекание коррозии бетона третьего вида?

С растворением компонентов бетона;

С кристаллизацией труднорастворимых солей в порах бетона;

С образованием легкорастворимых продуктов;

Не зависит от природы агрессивной среды.

Что образуется в результате сульфатной коррозии бетона?

Карбонат кальция; - сульфат ;

Сульфат натрия; гипс.

Химические способы борьбы с коррозией первого вида связаны:

С ускорением вымывания гидроксида кальция;

С образованием на поверхности пленки более труднорастворимых солей;

С повышением содержания кальция в бетоне;

С нанесением гидрофобного покрытия.

Физические способы борьбы с коррозией бетона первого вида заключаются в:

Получение труднорастворимых осадков на поверхности конструкции;

В повышении твердости поверхностных слоев бетона;

С нанесением гидрофобных покрытий на поверхность;

С повышением содержания ионов кальция в бетоне.

С чем связан процесс карбонизации бетона?

С образованием углекислого газа;

С разложением гидросиликатов;

С взаимодействием с грунтовыми водами, содержащими углекислоту;

С взаимодействием с углекислотой воздуха.

Процесс карбонизации бетона вызывает:

Снижение скорости вымывания гидроксида кальция;

Ускорение растворения гидросиликатов кальция;

Рост Рh среды;

Снижение содержания кальция в бетоне.

Какое количество воды нужно взять для изготовления бетонной массы?

Произвольное; - как можно больше;

Оптимальное; - минимальное.

Какое количество воды считается оптимальным при получении бетонной смеси?

Цемент-вода один к одному;

На 10 частей цемента 4-6 частей воды;

На 10 частей цемента 2 частей воды;

На 10 частей цемента 1 частей воды;

С чем связан процесс твердения бетона на жидкостекольном вяжущем?

С гидролизом силиката натрия;

С растворением гидроксида кальция;

С образованием карбоната кальция;

С разрушением оксида кремния.

С чем связано твердение бетонной массы на цементном вяжущем?

С удалением гидроферрита кальция;

С образованием гидросиликата кальция;

С образованием кристаллических сростков из коллоидной массы компонентов;

С образованием труднорастворимых гидроалюминатов кальция.

Какое качество бетона зависит от количества воды, взятой для изготовления массы?

Внешний вид; - растворимость в воде;

Термостойкость; - пористость.

Как влияет пористость бетона на его химическое сопротивление агрессивному воздействию?

Не влияет;

Снижает химическое сопротивление;

Увеличивает стойкость к воздействию;

Зависимость химической стойкости от пористости имеет экстремальный вид.

На сколько групп делят все неплотности и пустоты в бетоне по их размерам и происхождению?

На две группы; - на пять групп;

Не делят совсем; - на семь групп.

К чему приводит гидрофобизация бетонной массы?

К созданию непроницаемой пленки на поверхности;

К приданию водоотталкивающих свойств;

К снижению растворимости компонентов;

К улучшению механических свойств.

Какие добавки обладают гидрофобизирующими свойствами?

Раствор хлорида натрия;

Раствор полиорганосилоксана;

Ксилол или толуол;

Какой из перечисленных процессов не является специфическим для коррозии пористых тел?

Расклинивающее действие воды;

Растворение компонентов массы;

Капиллярное давление в порах;

Разрушение в результате замораживания воды.

Какие факторы не влияют на разрушение пористых тел?

Рост поверхности контакта с агрессивной средой;

Увеличение объема воды при замерзании;

Увеличение влажности воздуха;

Какие агрессивные среды при прочих равных условиях вызывают наиболее сильное разрушение бетона?

Растворы солей; - растворы слабых солей;

Растворы слабых щелочей; - нейтральные растворы.

Почему железобетон надо защищать надежнее, чем бетон?

Из-за увеличения массы сооружения;

Из-за наличия стальной арматуры;

Из-за уменьшения пористости железобетона;

Из-за большей гетерогенности системы.

Образование каких солей приводит к развитию сульфоалюминатной коррозии бетона?

Эттрингита; - алюмината кальция;

Гипса; - гидроалюмоферрита кальция.

Из каких соединений возможно образование сульфоалюмината кальция?

Из монокальциевого гидроалюмината;

Из 2-х кальциевого гидроалюмината;

Из 3-х кальциевого гидроалюмината;

Из гидроалюмоферрита кальция.

В чем особенность взаимодействия плавленых силикатных материалов с агрессивной средой?

В действии среды только на поверхностный слой;

В высокой пористости материала;

В термостойкости материала;

В сложности химического состава материала.

Керамические материалы обладают:

Высоким водопоглощением; - низкой пористостью;

Высоким химическим сопротивлением; - высокой твердостью.

Какой из перечисленных полимеров не относится к карбоцепным?

Политетрафторэтилен; - полиэтилен;

Поливинилхлорид; - полисилоксан.

Какое количество воды способны поглотить гидрофильные полимеры?

Менее 1% от массы полимера; - от 1% до 5% от массы полимера;

До сотых долей процента от массы; - вообще не поглощают воды.

Какой процесс называется сорбцией среды полимером?

Поглощение среды поверхностью материала;

Поглощение среды объемом полимера;

Процесс растворения полимера в агрессивной среде;

Процесс химического взаимодействия со средой.

Распад макромолекулы полимера по «закону случая» происходит:

При случайных колебаниях температуры;

При случайном облучении солнцем;

При наличии одинаковых структурных единиц в макромолекуле;

При случайном механическом воздействии.

Распад макромолекулы полимера по закону «концевых групп» происходит:

При большой длине макромолекул;

При повышенной реакционной способности концевых групп:

При малой длине макромолекул;

При одинаковой реакционной способности всех групп в макромолекуле.

Распад макромолекулы полимера по закону «слабых связей» происходит:

В слабокислой среде;

В месте расположения гетероатома или двойной связи;

В месте расположения связи С-С;

В слабощелочной среде.

Аномалия деструкции твердых полимеров состоит в том, что:

Не подвергаются деструкции вообще;

Даже при одинаковой реакционной способности всех структурных единиц не разрушаются по закону «случая»;

При деструкции не уменьшается молярная масса;

При деструкции возрастает температура.

Что является движущей силой процесса диффузии?

Наличие градиента температуры; - наличие градиента концентрации;

Градиент электрического поля; - градиент давления.

В каком виде диффундируют электролиты в гидрофобных полимерах?

В диссоциированном; - в гидратированом;

В недиссоциированном и негидратированном;

В недиссоциированном.

В каком виде диффундируют электролиты в гидрофильных полимерах?

В виде негидратированых ионов; - в нерастворенном виде;

В виде гидратированных ионов; - в виде молекул.

В каких полимерах - гидрофобных или гидрофильных скорость диффузии выше?

В гидрофобных; - соизмеримые скорости;

В гидрофильных; - в гидрофильных скорость имеет максимум.

Какие изменения в полимерах вызывают физически активные среды?

Только необратимые; - чаще всего обратимые;

Приводят к образованию новых химических связей;

Вызывают деструкцию.

Какие изменения в полимерах вызывают химически активные среды?

Ускорение физических процессов;

Изменение химической структуры;

Торможение физических процессов;

Не влияет на строение полимеров.

Деление сред на физически и химически активные:

Абсолютное, т. е. все среды окончательно делят на физически и химически активные;

Относительное, т. е. деление надо производить по отношению к каждому материалу;

Условное, не зависящее от природы материала;

Усредненное, ориентировочное.

Каких изменений не могут вызвать физически активные среды?

Сорбции среды материалом; - набухание материала;

Образование химических связей; - снижение твердости материала.

Где используется 3-х бальная шкала оценки стойкости полимеров?

В монографиях; - в справочниках;

За рубежом; - в научных статьях.

Какой характер носит 4-х бальная шкала оценки стойкости полимеров?

Описательный; - описательно-качественный;

Утвердительный; - качественный.

Какая система ориентировочной оценки стойкости полимеров распространена за рубежом?

2-х бальная; - 4-х бальная; - 5-и бальная;

Не менее 10 ступеней стойкости.

С какой точностью можно определить стойкость полимера в данной среде с помощью системы баллов?

Абсолютно точно; - ориентировочно;

С малой вероятностью; - практически безошибочно.

Как можно повысить химическую стойкость линейных аморфных полимеров?

Вулканизацией; - термообработкой;

Понижением степени полимеризации;

Увеличением уровня внутренних напряжений.

Как снизить склонность полимеров к коррозионному растрескиванию?

Увеличить растягивающее усилие;

Создать сжимающее усилие в поверхностном слое;

Способов не существует;

Увеличить внешнюю нагрузку.

Под действием чего в полимере развивается окислительная деструкция?

Углекислого газа воздуха; - кислорода;

Влажности и температуры; - водяных паров.

Под действием чего в полимере развивается радиационная деструкция?

Под действием теплового потока; - под действием озона;

Под действием потока электронов, нейронов;

Под действием механических нагрузок.

Что не относится к специфическим особенностям древесных материалов?

Высокая пористость; - низкая термостойкость; - высокая твердость;

Повреждение насекомыми и микроорганизмами.

Основной способ защиты древесных материалов.

Нанесение металлических покрытий;

Пропитка водными растворами ингибитора;

Обертка листовыми полимерными пленками;

Нанесение лакокрасочных покрытий.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Химическая стойкость материалов и защита от коррозии»

а) основная литература:

Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты [Текст]: монография / и [др].- М.: Стройиздат,- 1980. - 315 с.

Воробьева, стойкость полимерных материалов [Текст]: монография / .- М.: Химия, 1981. - 294 с.

Зуев, полимеров под действием агрессивных сред [Текст]: монография / . - М.: Химия, 1982. - 287 с.

Моисеев, стойкость полимеров в агрессивных средах [Текст]: монография / , . - М.: Химия, 1979. - 282 с.

Липатов, химия наполненных полимеров [Текст]: монография / . - М.: Химия, 1977. - 280 с.

Композиционные материалы на основе полиуретанов [Текст]: монография / под ред. Дж. Бьюиста.- М.: Мир, 1982. - 159 с.

Чехов, А. П., Глущенко материалы [Текст]: монография / . . – Киев: Высшая школа, 1981. - 205 с.

Семенова, и защита от коррозии [Текст]: учеб. для вузов / , . – М.: Физматлит = М, 2006. – 376 с.

Экилик, коррозии и защиты металлов [Текст]: учеб. пособие / .- Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2004.- 67 с.

б) дополнительная литература:

Антропов, коррозии металлов [Текст]: монография / , . - Киев: Технiка – Киев, 1981. - 183 с. Григорьев, структура и защитное действие ингибиторов коррозии [Текст]: монография / , . - Ростов-на Дону: Изд. РГУ - 1978. - 184 с. Рейбман, лакокрасочные покрытия [Текст]: монография / . - Л.: Химия, 1982. - 320 с. Решетников, кислотной коррозии металлов [Текст]: монография / . – Л.: Химия, 1986. – 144 с. Розенфельд, И. Л. Ингибиторы коррозии [Текст]: монография / . - Л.: Химия, 1977. - 350 с. Фокин, покрытия в [Текст]: монография / , . - М.: Химия - 1981. - 300 с.

в) и Интернет-ресурсы

На сайте Южного Федерального университета http://sfedu. ru в разделах Цифровой кампус и, а также могут использовать ресурсы научной электронной библиотеки e-LIBRARY. RU: http://elibrary. ru .

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)

Лекционная аудитория, оснащенная мульмедийным оборудованием лабораторный практикум по электрохимии; лабораторию для выполнения экспериментальной курсовой работы.

Имеющаяся материальная база обеспечивает:

проведение лекций - аппаратурой для демонстрации иллюстративного материала; выполнение – необходимыми химическими реактивами, стандартной лабораторной посудой и учебно-научным оборудованием (коррозиметры, установки для поляризационных измерений, потенцостаты, мост переменного тока в комплекте, электроизмерительные приборы, термостаты, электрохимические и специальные стеклянные ячейки, кулонометры, электроды сравнения, весы технические и аналитические, шкафы сушильные);

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки Химия.

Рецензент (ы)

Программа одобрена на заседании УМК химического факультета от ___________ года, протокол № ________.

1. Химическая стойкость материалов неорганического происхождения

Химическая стойкость материалов неорганического происхождения зависит от большого числа факторов. К этим факторам относятся: химический и минералогический состав, пористость (открытые и закрытые поры), тип структуры (аморфная, мелкокристаллическая, крупнокристаллическая), характер агрессивной среды и ее концентрация, температура, давление, перемешивание среды и др. Большинство перечисленных факторов действует в различных сочетаниях совместно, что значительно осложняет подбор соответствующего материала или покрытия.

По химическому составу материала в основном можно судить о вероятном поведении его в различных агрессивных средах. К кислотостойким материалам следует отнести те, в которых преобладают нерастворимые или труднорастворимые кислотные окислы - кремнезем, низкоосновные силикаты и алюмосиликаты. Так, например, сложные алюмосиликаты обладают повышенной кислотостойкостью вследствие высокого содержания в них кремнезема, нерастворимого во всех кислотах, за исключением плавиковой. В то же время гидратированные алюмосиликаты типа каолина не обладают кислотостойкостью, так как кислотные окислы входят в них в виде гидратов. Чем выше содержание кремнезема в материалах неорганического происхождения, как в природных, так и в искусственных, тем выше их кислотостойкость. Так, например, почти абсолютной кислотостойкостью обладают кварциты, изделия из плавленого кварца, содержащие почти 100% SiO2 . Материалы, содержащие основные окислы, не являются кислотостойкими и разрушаются при действии минеральных кислот, но обладают стойкостью в щелочах, как, например, известняки или магнезиты и обычные строительные цементы. 4

Не меньшее значение имеет и минералогический состав материала неорганического происхождения, количество отдельных его составляющих и их свойства. Так, например, природные горные породы, являющиеся во многих случаях полиминералами, вследствие различия коэффициентов термического расширения их отдельных составляющих склонны к растрескиванию при резких перепадах температуры; в частности, содержание значительных количеств слюды в гранитах может вызвать их расслаивание. Следует также учитывать, какими веществами сцементированы материалы неорганического происхождения. Так, например, некоторые песчаники, содержащие большие количества кварца и сцементированные аморфным кремнеземом, обладают большей кислотостойкостью, чем песчаники, сцементированные известью или другими карбонатными минералами.

Разрушение материалов неорганического происхождения иногда имеет место вследствие пористости материала. Разрушение пористых материалов вызывается в основном возникновением в материале напряжений вследствие кристаллизации в порах солей, отложения в них продуктов коррозии или вследствие замерзания в порах воды. При полном заполнении объема пор и вследствие отсутствия возможности расширения механическое разрушение материала неизбежно. Кристаллизация солей в открытых порах строительных материалов (бетонов, цементов и т.д.) чаще всего наблюдается в сухом и жарком климате, при соприкосновении деталей сооружений с засоленными грунтами. Содержащаяся в последних влага интенсивно испаряется. Соли, которые осаждаются на строительных материалах, постепенно заполняют поры. Развивающееся в этих условиях кристаллизационное давление может достигнуть 0,44 Мн/м2. Химическая стойкость материала зависит также от его структуры. При кристаллической структуре материала его стойкость выше, чем при аморфной.

К неорганическим конструкционным материалам относятся:

· природные кислотостойкие силикатные материалы

1. Граниты (состоят из 70-75% SiO2, 13-15% Al2O3, 7-10% оксидов магния, кальция, натрия; термостойкость до 250С).

Помимо использования его в строительстве, из него изготавливают корпуса электрофильтров, поглотительные башни в производстве азотной и соляной кислот, аппараты бромного и йодного производства.

2. Бештауниты (состоят из 60-70% SiO2; они тверды, тугоплавки, термостойкость до 800С). Бештауниты используют как футеровочный материал для аппаратов, применяемых при получении минеральных кислот.

3. Андезиты (состоят из 59-62% SiO2; хорошо поддаются механической обработке, но не прочны). Применяется как наполнитель в кислотостойких цементах и бетонах.

4. Асбест (3MgOЧ2SiO2*2H2O; огнестоек). Используется как вспомогательный материал в виде нитей, фильтрующей ткани, наполнителя, для изоляции корпусов аппаратов.

· Искусственные силикатные материалы

1. Каменное литье (представляет собой плавленые материалы, имеющие кристаллическое строение; получаю путем плавления горных пород с добавками при 1400 -1450С и последующей термической обработке отлитых изделий). Каменное литье характеризуется высокой химической стойкостью, механической прочностью, большим сопротивлением истиранию, применяется при температурах не выше 150С.

2. Силикатное стекло (в основе SiO2 (65-75%), в качестве добавок оксиды щелочных и щелочноземельных металлов). Обладает высокой прозрачностью, хорошей механической прочностью, низкой теплопроводностью, стойкостью к воздействию химических реагентов. Широко применяется в качестве конструкционного и футеровочного материала. Из него изготовляют холодильники со змеевиками, ректификационные колонны, отдельные элементы аппаратуры.

3. Термостойкое стекло (63,3% SiO2; 5,5% Al2O3; 13,0% СаО; 4,0% MgO; 2,0% NaO; 2,0% F). Имеет термоустойчивость до 1000 - 1100С, выдерживает давление до 4,5 - 5,0 МПа, прочность на изгиб 600 - 800кг/см2.

4. Алюмомагнезиальное стекло (71% SiO2;3% Al2O3; 3,5% СаО; 2,5% MgO; 1,5% К2О; 13-15% Na2O). Используется для изготовления стойких фильтрующих тканей. На алюмомагнезиальное стекло при 80 - 100С слабое воздействие оказывает соляная кислота, более сильное - серная.

5. Кварцевое стекло получают путем плавления наиболее чистых природных разновидностей кристаллического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или кварцевого песка с содержанием 98 -99% SiO2. Кварцевое стекло устойчиво по отношению ко всем кислотам любых концентраций при высоких температурах (исключение - плавиковая кислота при комнатной температуре и фосфорная при температуре выше 250С), пропускает УФ и ИК лучи, газонепроницаемо до 1300С. Изделия из него выдерживают длительное время при температуре 1100 - 1200С.

6. Ситаллы - стеклокристаллические материалы, полученные при определенных условиях кристаллизации стекол. Они в 5 раз прочнее обычного стекла, термостойки до 1000С, хорошо сопротивляются абразивному износу.

· Керамические материалы

1. Кислотоупорная эмаль представляет собой стеклообразную массу, получаемую сплавлением горных пород (кварцевый песок, глина, мел) с плавнями (бура, сода, поташ) при высоких температурах. Кроме того в состав эмалей входят оксиды NiO, CaO, TiO2, ZrO2, SnO2, Cr2O3 и др. Эмаль очень устойчива в кислотах, изделия с эмалевыми покрытиями работают в жидких средах до 200С, в газообразных до 600 - 700С.

2. Фарфор - тонкокристаллический материал, непроницаемый для воды и газов. Фарфор кислотостоек, тверд, износостоек, выдерживает резкие перепады температур, имеет низкую пористость.

· Вяжущие материалы

1. Цемент содержит в своем составе тонкоизмельченный кислото- или щелочностойкий наполнитель.

2. Бетон - твердое камневидное тело. Его получают из бетонной смеси - цемент, вода и наполнитнль (гравий, щебень, кварцевый песок и т.д.) Имеют невысокую прочность при растяжении и изгибе, для устранения этого недостатка бетон армируют стальной арматурой. Такой материал - железобетон.

Влияние косметических средств на организм человека

История косметики охватывает, по крайней мере, 6000 лет человеческой истории, и почти каждый социум на земле. Само слово "косметика" (от греч. "kosmetike" - "искусство украшать") происходит от греческого слова "космос", что означает "красота", "гармония"...

Коррозионные свойства титана и его сплавов

Все присутствующие в титане легирующие элементы по коррозионной стойкости можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся легко пассивирующиеся элементы...

Коррозия металлов

Коррозия является химической, если после разрыва металлической связи атомы металла непосредственно соединяются химической связью с теми атомами или группами атомов, которые входят в состав окислителей...

Коррозия неметаллов

Химическая стойкость материалов на органической основе как и другие их свойства, зависит от химического состава, молекулярного веса, от величины и характера межмолекулярных сил, строения и структурных факторов...

Масс-спектрометрический метод анализа

500 Нет Термическое разложение Ограничено, если не используется ГХ/МС Очень ограничено Пикомоль Комментарии Более мягкий подход к ионизации по сравнению с EI...

Методы получения наночастиц

Химические методы получения наночастиц и ультрадисперсных систем известны достаточно давно. Коллоидный раствор золя золота (красного) с размером частиц 20 нм был получен в 1857г. М.Фарадеем...

Определение железа в растворах хлорида железа (III)

В гравиметрическом анализе используют ту же стеклянную посуду, что и в качественном анализе, но больших размеров. Химическая посуда и оборудование представлены на рисунках: Стаканы...

Основные понятия о науке химии

Химическая связь - это взаимодействие двух атомов, осуществляемое путем обмена электронами. При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую восьмиэлектронную (октет) или двухэлектронную (дублет) оболочки...

Основы электрохимии

Химическая коррозия - это окисление металла в результате непосредственного химического взаимодействия с окружающей средой (которая называется агрессивной) без возникновения в системе электрического тока: Газовая - окисление металла...

ТАЛЛИЙ - (лат. - Thallium, символ Tl) - элемент 13-й (IIIa) группы периодической системы, атомный номер 81, относительная атомная масса 204,38. Природный таллий состоит из двух стабильных изотопов: 203Tl (29,524 ат.%) и 205Tl (70,476 ат.%)...

Химическая связь и строение вещества

Химические элементы встречаются в природе главным образом не в виде отдельных атомов, а в виде сложных или простых веществ. Лишь благородные газы - гелий, неон, аргон, криптон и ксеон - находятся в природе в атомном состоянии...

Химия как отрасль естествознания

Одним из центральных понятий химии служит понятие «химическая связь». Очень немногие элементы встречаются в природе в виде отдельных, свободных атомов одного сорта...

Морозостойкость. Способность материала противостоять разрушению при циклическом замораживании.

Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Основная причина разрушения материала под действием низких температур - расширение воды, заполняющей поры материала, при замерзании. Морозостойкость зависит главным образом от структуры материала: чем выше относительный объём пор, доступных для проникновения воды, тем ниже морозостойкость.

Морозостойкость - один из важнейших показателей качества бетона, кирпича и других строительных материалов, обеспечение которых особенно важно для России в связи с ее географическим положением и климатическими условиями. Сотни тысяч конструкций из различных строительных материалов находятся на открытом воздухе, увлажняются при действии природных факторов, подвергаются многократному замораживанию и оттаиванию. Конструкции из неморозостойкого материала со временем теряют несущую способность, подвергаются поверхностному износу и получают различного рода повреждения.

Почему повсеместно встречаются морозные повреждения деталей строений, почему крошатся и рассыпаются на второй или третий год бордюры и асфальт на дорогах, бетонные ступени, балконные плиты, брусчатка тротуаров, кирпич и другие конструкции и материалы? Причиной преждевременного разрушения изделий является их низкая морозостойкость или, говоря техническим языком, несоответствие марки по морозостойкости требованиям нормативных документов. Маркой по морозостойкости является количество циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенных водой образцов без нарушений целостности и изменения прочности. Кирпич и бетон по-хорошему должны без видимых разрушений служить не менее 100 лет.

Изделия с недостаточной морозостойкостью появляются при нарушении изготовителем регламента и технологии изготовления и отсутствии текущего контроля морозостойкости.

Например, для бетона обеспеченной морозостойкости решающими факторами кроме расхода цемента являются: водоцементное отношение, вид цемента, условия твердения бетона, наличие воздухововлекающих добавок и др.

В жестких условиях находится тот материал, который увлажняется при резких температурных перепадах. Вода, поглощенная материалом, особенно порами в поверхностном слое, замерзает при переходе через нулевую температуру с расширением на 8,5%. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть микро- и макротрещины со снижением прочности, с возможным разрушением структуры. Способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств называется морозостойкостью. Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности или уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания. Некоторые материалы, например бетоны, маркируются по морозостойкости в зависимости от количества циклов испытания, которые они выдерживают без видимых признаков разрушения. Обычно замораживание образцов, насыщенных водой, производится в специальных морозильных камерах, а оттаивание организуется в воде, имеющей комнатную температуру. Продолжительность одного цикла составляет одни сутки. Многие материалы выдерживают 200 ... 300 циклов и более. Могут применяться и ускоренные методы испытания на морозостойкость, или сохранность в солевых растворах при чередующейся кристаллизации соли в порах материала. В отношении некоторых материалов, например природного камня, о морозостойкости судят по величине коэффициента размягчения.

12. Теплопроводность и теплоёмкость строительных материалов.

Теплопроводность

Теплопроводность – способность материала проводить тепловой поток через свою толщину при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Показателем теплопроводности является коэффициент теплопроводности λ. Иногда теплопроводность выражают величиной, обратной λ,- термическим сопротивлением (R = 1 / λ).

Коэффициент теплопроводности зависит от природы материала, его строения, пористости и влажности. Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен по сравнению с материалом аморфного строения. Коэффициент теплопроводности слоистых (слоистые пластики) и волокнистых (древесина) материалов существенно зависит от направления теплового потока по отношению к слоям или волокнам. Так, у древесины вдоль волокон он примерно вдвое больше, чем поперек.

Величина λ тем больше, чем крупнее поры в материалах. Коэффициент снижается с уменьшением средней плотности однородных материалов, причем наименьшую теплопроводность имеют материалы с развитой пористостью и небольшой влажностью. При увлажнений материала теплопроводность его увеличивается, так как коэффициент теплопроводности воды примерно в 25 раз больше, чем воздуха. Ниже приводятся коэффициенты теплопроводности различных материалов, Вт / (м · °С); для сравнения даются значения λ воды и воздуха:

медь……………………. 403,00

сталь……………………. 58,00

гранит……………………. 2,92

бетон тяжелый…………. 1,28-1,55

кирпич глиняный………. 0,70-0,85

туф……………………….. 0,35-0,45

вдоль волокон 0,30

поперек волокон 0,17

минеральная вата 0,06-0,09

бетон теплоизоляционный. .0,03-0,08

вода… … 0,599

воздух 0,023

Теплопроводность имеет практическое значение при выборе материалов для наружных стен, перекрытий и покрытий зданий, изоляции теплосетей, холодильников, котлов и т. п.

Теплоемкость

Теплоемкость – свойство материала поглощать тепло при нагревании и отдавать при охлаждении. Отношение теплоемкости к единице количества материала (по массе или объему) называется удельной теплоемкостью, которая численно равна количеству тепла (в Дж), необходимому для нагревания I кг материала на I °С. Удельная теплоемкость, кДж / (кг -°С), приведенных ниже материалов составляет:

сталь 0,46-0,48

алюминиевые сплавы 0,90

природные каменные материалы 0,75-0,93

бетон тяжелый 0,80-0,92

кирпич 0,74

сосна. . 2,51

Теплоемкость учитывают при определении теплоустойчивости наружных ограждений отапливаемых зданий (требуются материалы с наиболее высокой удельной теплоемкостью), при расчете подогрева составляющих бетона и раствора, также мастик для работ в зимнее время и т. п.

Термическая стойкость материалов.

Термической стойкостью огнеупоров называют способность их не разрушаться, т. е. сохранять первоначальную форму без отколов, трещин и посечек при резком изменении температуры.

Указанные разрушения огнеупорных изделий могут пройти в связи с возникновением в них внутренних напряжений, обусловленных появлением градиента температуры по сечению изделий. Следовательно, внутренние напряжения (сдвиг или растяжение) в огнеупорном материале при прочих равных условиях зависят от его температурного коэффициента линейного расширения: они увеличиваются с увеличением последнего. Когда значение этих напряжений становится больше прочности материала на сдвиг или растяжение, происходит разрушение изделия сухая градирня.

Силы сцепления, противодействующие разрушению изделий, характеризуются наличием упругого состояния материала-.модулем упругости при сдвиге или растяжений. Сопротивление материала возникающим в нем термическим напряжениям уменьшается с увеличением значения модуля упругости. Модуль упругости материала прямо пропорционален его пределу прочности при.сжатии, следовательно, термическая стойкость материала находится в обратной зависимости от его предела прочности при сжатии.

Разрушение (деформация) огнеупорных материалов от термических напряжений происходит в две стадии: в первой происходит зарождение трещин, во второй - их распространение и развитие.

Термическая стойкость огнеупорных материалов в общем виде, т. е. если не учитывать их размеры, структурные особенности и условия испытания, может быть охарактеризована коэффициентом термостойкости Kт.

где λ - теплопроводность материала; σ - предел,прочности при растяжении; с-теплоемкость; ρ - объемная масса; а - температурный коэффициент линейного расширения; E - модуль упругости.

Термическую стойкость плотных огнеупорных материалов определяют в соответствии со стандартной методикой (по ГОСТ 7875-56) числом теплосмен (нагревов и резких охлаждений), которые может выдержать материал до определенной степени разрушения: Для испытания берут Целые изделия или выпиливают из них образцы размерам 230×113×65 мм. Образцы перед испытанием высушивают и взвешивают с точностью до 5 г. Нагревают их в специальной электрической печи с карборундовыми нагревателями. Образцы вводят в разогретую до 1300°С печь торцом (наименьшей гранью) на глубину 50 мм (по длине образца) и выдерживают в течение 10 мин при этой температуре. После нагревания образцы вынимают из печи и опускают нагретым концом в бак с проточной водой температурой 5-259С на глубину 50 мм на 5 мин. Затем образцы,выдерживают 5-10 мин на воздухе. Нагрев и резкое охлаждение повторяют до тех пор, пока образец не потеряет 20% массы. Один нагрев с последующим охлаждением составляет теплосмену. Результаты испытаний выражают числом целых теплосмен, которые выдержал образец до потери 20% своей первоначальной массы. Теплосмену, в которой потеря /массы образца превысила 20%, не засчитывают гари определении термостойкости образца.

Для определения термической стойкости огнеупорных легковесов (теплоизоляционных огнеупорных изделий) стандартной методики в настоящее время нет.

Известны и применяются следующие методы определения термической стойкости любых пористых материалов.

1.Материал нагревают до различных температур на керамических или металлических плитах, затем охлаждают на воздухе. Эти процессы проверяют и фиксируют число циклов нагревание- охлаждение до появления трещин или разрушения испытуемых образцов.

2.Метод тот же, но охлаждают материал струей сжатого воздуха или,в холодной воде.

3.Определяют потери прочности материала при сжатии после одного или нескольких циклов нагревания - охлаждения на воздухе (воздушные теплосмены).

4.В процессе нагревания или охлаждения испытуемого образца определяют максимальный температурный перепад в его стенке до появления трещин, т. е. допустимую скорость нагревания и охлаждения

Термическая стойкость.

Термич. напряжения возникают вследствие градиента темп-ры. Они наблюдаются при неравномерном распределении темп-ры, при неоднородности фазового состава (и обусловленного им термич. расширения), а также при анизотропии термич. расширения. Степень влияния термич. напряжений в разных изделиях зависит от величины этих напряжений, их распределения по объему, а также от структуры и св-в материала.

Термическая стойкость, термостойкость - способность хрупких материалов выдерживать без разрушения термич. напряжения при одно- и многократных изменениях темп-ры. Обычно критерием Т.е. является критич. тепловое состояние, соответствующее появлению видимой термич. трещины. Часто Т.е. характеризуют темп-рой, нагрев до к-рой и последующее быстрое охлаждение резко снижают механич. прочность материала вследствие появления в нем повреждений, обусловл. действием термич. напряжений. Т.е. определяют также по изменению прочности образцов до и после резкого темп-рного скачка (теплосмена), напр. путем резкого охлаждения на воздухе или в воде нагретого в печи образца.

В большинстве случаев количеств, мерой сопротивления термич. напряжениям считают макс, разность темп-р между изотермич. поверхностями, при к-рой происходит разрушение тела в определ. условиях теплопередачи. При разрушении величина термич. напряжений равна пределу прочности материала; в общем виде макс, разность темп-р при этом определяется произведением двух показателей - сопротивления материала термич. напряжению R и фактора формы S: А tmax ** RS. Критерий R зависит от условий нагрева и осн. св-в материала. Фактор 5 учитывает зависимость термич. напряжений от формы и размеров изделий.

Роль термич. напряжений существенна только для поведения хрупких материалов; при наличии пластичности или в обл. пластичности при высоких темп-рах хрупких материалов эти напряжения ре-лаксируют. Их роль увеличивается при скоростях изменения темп-ры больше скорости пластич. деформирования.

В большинстве случаев Т. оценивают экспериментально по качеств, показателям; методика испытаний при этом должна приближаться к условиям службы изделий. Методики заключаются в определении состояния опытных образцов до и после воздействия темп-рного градиента. Их можно разделить на испытания с одним термич. циклом, повторные или циклические нагревания и охлаждения и в пост. темп-рном режиме. Чаще определяют кол-во теплосмен, к-рое может выдержать изделие. Т. характеризуют кол-вом теплосмен до появления трещин и до потери 20% массы. В исследоват. практике применяют и др. методики: меняют вид теплосмен (напр., нагревают до 800 °С или охлаждают на воздухе), определяют потерю прочности после одной теплосмены или неск., разрушающий темп-рный перепад и т.д.

Сравнение материалов по Т. проводят часто по измерению комплекса их св-в, комбинируя св-ва в разл. критерии, к-рые показывают способность материала сопротивляться возникновению и распространению трещин. Разность темп-р, вызывающая разрушение (или появление трещины), при полном ограничении темп-рной деформации R- Соь(1 -ft)/Ea, где С - const; оь - предел прочности; /и - коэф. Пуассона; Е - модуль упругости; а - коэф. линейного термич. расширения. При мгновенном изменении темп-ры поверхности константа С равна 1, при малых скоростях теплопередачи она равна коэф. теплопроводности и при изменении темп-ры с пост, скоростью - коэф. температуропроводности. Иногда разрушением считается не появление трещины, а распространение ее через тело, поскольку зародышевые трещины существуют в структуре материала. Тогда критерием термостойкости может служить величина, по смыслу обратно пропорциональная разрушающей упругой деформации, накопленной в ед. объема R - Е/оь, или сопротивление материала распространению трещины R - Eu/ст ъ (и - уд. эффективная поверхностная энергия).