erohina_l.a._himiya_v_stroitelstve_2012

Учебное издание

Лариса Алексеевна Ерохина Наталья Сергеевна Майорова

Химия в строительстве

Учебное пособие

Редактор Л. А. Кокшарова Технический редактор Л. П. Коровкина

План 2012 г., позиция 33. Подписано в печать 31.10.2012 г. Компьютерный набор. Гарнитура Times New Roman.

Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 9,8. Уч.-изд. л. 8,8. Тираж 120 экз. Заказ №268.

Ухтинский государственный технический университет. 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, д. 13.

Типография УГТУ.

169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, д. 13.

Механические клетки (опорная ткань) – наиболее прочные и стойкие к загниванию веретёнообразные волокна. Проводящие клетки – сосуды, представляют собой тонкостенные трубочки, расположенные вдоль ствола, по которым влага передвигается от корней к кроне. У хвойных пород эту функцию выполняют трахеиды. Структура древесины с её развитой удельной поверхностью, обилием капилляров и влаги является средой обитания для жизни микроорганизмов и грибов. Питательной средой для них является глюкоза, в которую они при воздействии ферментов превращают целлюлозу:

(C6H10O5)n + nH2O → n(C6H12O6).

Гниение древесины развивается при влажности более 18-20%, хотя споры грибов сохраняются и в сухой древесине. Чтобы споры грибов не развивались, древесина должна быть сухой. Её защищают от увлажнения, пропитывают лакокрасочными составами, обеспечивают проветривание и обрабатывают антисептиками.

Антисептики – яды для грибов и насекомых. Они могут быть растворимыми в воде и масляными, неорганическими и органическими. Это фторид натрия, кремнефторид натрия, смесь хлорида цинка, хромпика и медного купороса, растворы пентахлорфенола, арсенаты металлов, дёготь и его масла. Эти вещества вводят в пропиточные, окрасочные и пастовые составы. Древесина, предназначенная для работы на земле (в бактерицидной среде), пропитывается в ванне при высокой температуре в каменноугольном масле. Из неё удаляется влага, и антисептик проникает по капиллярам. Так происходит полная стерилизация древесины.

В сухих условиях при проветривании древесина сохраняется долго. Долговечна она и в воде без доступа воздуха. Попеременное увлажнение и высыхание деревянных элементов создаёт благоприятную среду для гниения древесины. На неё влияет химический состав воды. В морской воде она сохраняется хуже, чем в речной. При повышении температуры увеличивается растворимость экстрактивных веществ. При температуре 150-175°С растворяется более 20% древесного вещества, начинают разлагаться углеводы.

Концентрированные кислоты вызывают гидролиз полисахаридов. Растворы щелочей действуют на углеводы, удаляя большую часть экстрактивных веществ. При взаимодействии целлюлозы со щелочными металлами образуется щелочная целлюлоза, которая идёт на производство вискозных волокон. Температура воспламенения древесины 250-300°С, однако, длительный нагрев древесины при более низкой температуре (120-150°С) тоже может быть опасен вследствие постепенного обугливания. Для предупреждения возгорания дере-

141

вянных конструкций удаляют от дерева источники нагревания, изолируют малотеплопроводным минеральным материалом, поверхность покрывают огнезащитными составами, используют фосфорилированную древесину (обработка целлюлозы и древесины эфирами кислот фосфора). Огнезащищённость на её основе обусловлена уменьшением выхода горючих продуктов при терморазложении (СО, СН4) и увеличением слоя кокса. Образовавшийся на поверхности древесины кокс, как шубой, укрывает поверхность и предохраняет от разрушения. Защитное действие антипиренов основано на том, что при пожаре они плавятся и покрывают древесину плёнкой, затрудняющей доступ кислорода. Другие антипирены выделяют негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода. К первым относится бура (Na2B4O7 10H2O), ко вторым – фосфорнокислые и серно-кислые соли аммония, диссоциирующие при нагревании:

(NH4)2SO4→ 2NH3 + H2SO4.

Древесина – гигроскопичный материал, увлажняясь до 30%, она теряет прочность на 70%. Увеличение влажности ведёт к загниванию. Чтобы она меньше впитывала влаги, её обрабатывают гидрофобизаторами, традиционными из которых являются кремнийорганические соединения. Для создания устойчивого эффекта гидрофобизации проводят силилирование древесины: пропитка в автоклаве методом горяче-холодных ванн длительностью не менее 7 часов. Древесина после процессов мягкого фосфорилирования-силилирования переходит в разряд трудносгораемых биостойких материалов с наличием гидрофобных свойств.

Сушка древесины не только повышает прочность, но обеспечивает длительную её сохранность. Сушка может быть естественной и искусственной. Естественная сушка – длительный процесс, она происходит на складах лесоматериалов. Получают воздушно-сухую древесину с влажностью 15-18%.

Искусственная сушка проходит быстрее, древесина высыхает до влажности 6-10%, но стоимость её становится дороже, поэтому искусственную сушку применяют для высококачественных древесных изделий.

Если сухую древесину склеивают полимерными составами при высокой температуре под прессом, то получают клееную древесину, прочность которой равна по прочности стали. Древесный шпон, склеенный полимером в несколько слоёв, называется древесно-слоистым пластиком. Его прочность при растяжении составляет 250 МПа, при изгибе – 280 МПа.

Применяют такой композиционный материал в строительных конструкциях, от которых требуется химическая стойкость, немагнитность, высокое сопротивление истиранию.

142

Библиографический список

1. Ратинов, В. Б. Химия в строительстве : учеб. для техн. вузов / В. Б. Ратинов, Ф. М. Иванов.– М. : Стройиздат, 1969. – 198 с.

2. Сидоров, В. И. Химия в строительстве : учеб. для техн. вузов / В. И. Сидоров, Э. П. Агасян, Т. П. Никифорова. – М. : АСВ, 2007. – 310 с.

3.Строительныематериалы: учеб. длятехн. вузов/ В. Г. Микульский[идр.]. –

М. : АСВ, 2002. – 530 с.

4.Киреев, В. А. Краткий курс физической химии : учеб. для техн. вузов / В. А. Киреев. – М. : Госхимиздат, 1959. – 600 с.

5.Шмитько, Е. И. Химия цемента и вяжущих веществ : учеб. пособие / Е. И. Шмитько, А. В. Крылова, В. В. Шаталова. – СПб. : Проспект науки, 2006. – 198 с.

6.Коровин, В. Н. Общая химия : учебник / Н. В. Коровин. – М. : Высшая школа, 2010. – 210 с.

7.Ерохина, Л. А. Материаловедение по строительным материалам : метод. указания. Ч. І / Л. А. Ерохина. – Ухта : УГТУ, 2010. – 50 с.

8.Ерохина, Л. А. Технология конструкционных материалов : метод. указания. Ч. ІІ / Л. А. Ерохина, Н. С. Майорова. – Ухта : УГТУ, 2010. – 53 с.

9.Ерохина, Л. А. Материаловедение по строительным материалам : метод. указания. Ч. ІІІ / Л. А. Ерохина, Н. С. Майорова. – Ухта : УГТУ, 2010. – 27 с.

167

	изготовления	потерь
	кг1700/м	технологических
	для
	3
Задача№ 3	объёмиколичествоглины плотностью	с учётом
		плотностью)штук( 1800 кг/м
		3
	Определить необходимое	керамических изделий

	20		11000								7	10	1
	19	4000									15	12	3
	18									6500	12	15	2
	17								15000		8	10	1
	16							7500			10	13	1
	15						1500				14	12	2
	14					3500					9	10	3
	13				4500						13	11	1
Варианты	12			1200							11	15	2
	11		7000								8	10	3
	10	2500									10	13	1
	9									4000	13	15	2
	8								20000		9	12	2
	7							10000			7	10	3
	6						2000				12	15	1
	5					5000					10	13	2
	4				3000						8	4	3
	3			1500							11	15	1
	2		5000								10	12	1
	1	1000									7	10	2
Показатели		1.Кирпич обыкновенный, размером250×120×65 мм, шт.	2.Облицовочная плитка, размер150×150×13 мм, шт.	3.Кирпич утолщенный, 250×120×88 мм, шт.	4.Кирпич модульный, 288×138×65 мм, шт.	5.Керамический камень, 250×120×138 мм, шт.	6.Камень керамический модульный, 250×250×138 мм, шт.	7.Облицовочная плитка, 150×200×5 мм, шт.	8.Универсальная керамическая плитка, 150×500×10 мм, шт.	9.Клинкерный кирпич, 220×110×65 мм, шт.	10.Влажность известняка, W	11.Потери при прокаливании, ППП, %	12.Брак, Б, %
											%,
											г

166

Вопросы для самостоятельной работы.

1.Сколько и какой древесины идёт на конструкции, на переработку и в отходы? Как используют отходы?

2.Какие вещества входят в состав древесины? Что является основным компонентом? Напишите формулу.

3.Какие материалы изготавливают из отходов? Как приготавливают отходы к применению?

4.Какое строение имеет древесная клетка? Из чего образуется целлюлоза? Напишите реакцию её образования.

5.Какова удельная поверхность древесины? Зависят ли свойства древесины от удельной поверхности, какие?

6.Что такое гниение? Что происходит с целлюлозой при гниении? Напишите реакцию разрушения целлюлозы.

7.Как защищают древесину от вредных насекомых, а как от гниения?

8.Какова химическая стойкость древесины? Что такое фосфорилирование

исилилирование?

9.Какими свойствами обладают антипирены? Что к ним относится? Можно ли вместо антипиренов применить фосфорилирование?

10.Что называется антисептиками? Какие вещества используют в этом качестве?

11.Какова влажность конструкций из древесины? Меняется ли она с изменением атмосферной влажности? Как при этом меняется прочность изделий? Что делают для стабилизации влажности изделий?

12.Почему древесину называют гигроскопическим материалом? Почему она не разрушается от замораживания?

13.Чтоможнопредпринятьдляуменьшениягигроскопичностидревесины?

14.Что называют силилированием древесины? Для чего его делают?

15.Как получают клееную древесину? Какими свойствами она обладает?

16.Как разделяют древесину по способу переработки? В каком виде её используют в строительстве?

17.Какие виды строительных материалов делают из древесины? Что идёт в качестве компонентов в композиционные материалы?

18.Что такое химическая переработка древесины? Какие виды продукции при этом получают? Используют ли опилки и лигнин?

19.Как древесину разделяют по плотности? Какая более стойкая и долго-

вечная?

143

20.Что такое окисление древесины? Какие меры можно предпринять против этого? Напишите реакцию окисления.

21.Чем и зачем модифицируют древесину?

22.Какповышаютбиостойкостьизделий, чтоозначаетслово«консервация»?

Занятие № 13

Тема: Органические вяжущие вещества в строительстве.

Цель работы: Изучить использование битумно-дёгтевых композиций в строительстве.

Органические вяжущие вещества делят на битумные и дёгтевые. В качестве вяжущих больше применяют битумные вещества, так как производство битума более распространено: они не имеют такого резкого запаха, как у дёгтя, поэтому у них меньше ограничений. Битумы получают при переработке нефти. Они состоят из углеводородов метанового (СnН2n+2), нафтенового (СnН2n), ароматического (СnН2n-6) рядов предельных углеводородов с примесями кислородных, серных и азотистых производных.

Природные битумы встречаются не часто. Если ведут их разработку, то используют исключительно для получения хороших атмосферостойких битумных лаков.

Искусственные битумы получают на нефтеперерабатывающих заводах из гудрона несколькими способами:

1)высокотемпературной отгонкой с отбором смол – остаточный битум (крекинговый);

2)воздушнойпродувкойпритемпературе450-600°С– окисленныйбитум;

3)осаждением смол растворителем (пропаном) – экстрактный битум;

4)нейтрализацией кислых гудронов – кислотный битум.

Получают битумы (полутвёрдые остатки), в составе которых содержатся масла – 45-65%, смолы – 15-30%, асфальтены (твёрдые углеродистые частицы) – 10-30%, а также парафины, асфальтогеновые кислоты, анионактивные вещества и др.

По своему строению битум – коллоидная система, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой являются масла и смолы. Асфальтены имеют размер 18-20 мкм, каждая частичка находится, как в капсуле, в смоле, и эти капсулы плавают в масле. Свойства битума определяются соотношением смол, масел и асфальтенов. Повышение содержания асфальтенов вле-

144

			25	5,5
			24		7,5
			23	4,0
			22		9,0
			21	0,9
			20		8,5
	задачи.
			19	2,2
			18		5,3
	В соответствии с вариантом написать реакцию получения строительного гипса или его гидратации в зависимости от условия Определить молекулярную массу продуктов
			17	5,2
			16		6,0
			15	3,5
		Варианты	14		7,3
			13	4,2
Задача № 1			12		8,0
			11	5,0
			10		3,2
			09	2,0
			08		4,5
			07	2,8
			06		5,2
			05	3,0
			04		10,0
			03	1,5
			02		7,0
			01	2,5
		Условие задачи		1. Сколько гипсового камня потребуется для получения строительного гипса, т	2. Сколько строительного гипса можно получить из гипсового камня, т

Задача № 2

165

		25	10,8	4	3
		24	9,3	6	7
		23	2	3	6
		22	12,6	5	8
Какой активности соответствует известь-кипелка, полученная из известняка, при влажности и содержании примесей в нём в соответствии с вариантом? Сколько из этого количества можно получить извести-пушонки? Напишите реакции		21	10,5	2	3,5
		20	3,5	1,8	10
		19	5,5	4,7	2
		18	6	4	9
		17	4,5	5,7	7
		16	3	3	4
		15	9,5	5	7
	Варианты	14	14	2,5	3
		13	8,5	6,8	1,5
		12	15	7	5
		11	13	3,5	2,5
		10	16	6	3,5
		9	9	5,5	6
		8	7,5	1	7,5
		7	5	1,5	8
		6	8	4,5	10
		5	12	3	3,5
		4	7	2,8	5,5
		3	5	2	7
		2	10	4	8
		1	11	5	2
				, %
				И
	Дано		1. Количество известняка, т	2. Влажность известняка, W	3. Количество примесей в известняке, %

В чём опасность пребывания бетона в воде? Влияет ли наличие солей в воде на стойкость бетона?

Защита бетона при воздействии проточной воды.

Как защищают бетон в кислой среде? К какому виду коррозии относится это воздействие?

Оседающая пыль на поверхности материала опаснее для гигроскопичных или негигроскопичных материалов, почему?

Какие добавки стимулируют развитие коррозионных процессов в металлической арматуре? Что необходимо предпринять для её защиты?

Какие строительные материалы не нуждаются в защите от внешних воздействий?

Какими способами можно уплотнить структуру и поверхность материалов?

16.Укрепление поверхности строительных материалов.

Причины и признаки разрушения строительных материалов.

Какиемерызащиты материаловотносятсякпассивным, акакиекактивным? На основе каких связующих готовят защитные покрытия для строительных материалов?

Что такое гидрофобизация? Как её осуществляют, для каких материалов? Способы создания защитных плёнок на металле.

Ккакому виду защиты относится азотирование, цементация, алитирование?

Ккакому виду защиты относится анодная и катодная защита?

Назовите органические защитные покрытия.

Чем предотвращают гниение древесины, а чем возгорание? Что является связующим в защитных пастах и красках?

Задачи по определению выхода готовых продуктов из сырья взять по таблицам.

164

чет за собой возрастание вязкости, твёрдости, температуры размягчения и хрупкости битума. Они в мицелле являются центром структурообразования, образуя мицеллярную пространственную сетку – гель.

Под влиянием кислорода асфальтены могут переходить в карбены и карбоиды, теряя способность растворяться в дисперсионной среде и образовывать мицеллы. Происходит полимеризация и окислительная модификация смол, масел с нарастанием вязкости и хрупкости – химическое старение битума.

Масло – раствор низкомолекулярных углеводородов, образующее дисперсионную среду. При увеличении в составе количества масла снижается твёрдость битума, он становится легкоплавким, текучим, подвижным.

Смолы содержат наибольшее количество кислородных, сернистых и азотистых производных углеводородов. Это легкоплавкие, высокоэластичные вещества, придающие битуму пластичность и водоустойчивость. Смолы служат стабилизаторами: они снижают силу связи между частицами, отчего появляется способность растягиваться. Парафин, растворённый в масле, увеличивает хрупкость битума при низких температурах. Анионактивные вещества – это поверх- ностно-активные вещества, обеспечивающие битуму хорошую адгезию к карбонатным породам.

Чтобы с битумом работать, его надо перевести в рабочее состояние. Есть три способа перевода битума в пластичное состояние:

1)расплавление при температуре 140-170°С, когда смолы растворяются в

маслах;

2)растворение битума в органическом растворителе (нефтяные масла, сырая нефть) без нагрева – холодные растворы;

3)эмульгирование и получение эмульсий, паст.

Для битума характерны такие свойства как: вязкость, пластичность, гидрофобность, твёрдость при нормальной температуре, растворимость в органических растворителях, размягчение, вплоть до расплавления, и проникаемость в капиллярную структуру другого пористого материала. Поверхностное натяжение битумов при нормальной температуре составляет 25-35 эрг/см2.

Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. Битумные составы хорошо сопротивляются действию щелочей и даже концентрированных кислот (кроме азотной).

Химическая стойкость в сочетании с лёгкостью нанесения покрытия

делают битум необходимым в производстве строительных работ.

145

Плотность битумов, в зависимости от состава, может быть от 0,8 до 1,3 г/см3. Температурный коэффициент объёмного расширения – 5-8 ·10-4°С-1, температура вспышки 230-240°С. Битум, как все углеводороды, может «стареть», когда под воздействием ультрафиолетовых лучей и кислорода воздуха рвутся углеводородные связи в молекуле, уменьшается количество масляных и смолистых веществ, битум становится хрупким. Его структуру модифицируют (улучшают) введением в

состав полимеров, наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов и даже антисептиков, таккакестьбактерии, разрушающиебитум.

Строители используют битум для гидроизоляции конструкций, приготов-

ления на его основе паст, мастик, пропиточных смесей и асфальтовых рас-

творов. Чтобы эффективнее использовать битум, определяют его марки по твёрдости, температуре размягчения и растяжимости [8].

Прочные связи битум образует с катионами кальция и магния, поэтому асфальтовую связку (вяжущее) приготавливают только с тонкомолотыми карбонатными породами – известняковой, доломитовой мукой, отходами цемента. Тонкий порошок карбонатов является для битума и наполнителем и стабилизатором, защищая его от атмосферных воздействий, поэтому его в составе асфальтовой связки содержится не менее 75-80%. В асфальтовом растворе битума ещё меньше, так как добавляют мелкий заполнитель; в асфальтобетоне – всего 5-7,7%; (при большем количестве битума асфальт становится пластичным).

Биостойкость битумов повышают, сплавляя с дёгтем, являющимся лучшим антисептиком. Такая смесь называется сплавом. Она биостойка, пластична и морозостойка.

Вопросы для самостоятельной работы.

1.Как получают органические вяжущие из нефтепродуктов и других горючих материалов?

2.Опишите вещественный состав битумов и дёгтей. Как влияют эти составляющие на их свойства?

3.Как определяют марку битума? Имеет ли значение температура размягчения для его использования?

4.В каком виде завод выпускает битум? Как его приводят в рабочее состояние?

5.Какова химическая стойкость битума? В качестве какой защиты его используют для пористых строительных материалов?

6.Как модифицируют битум? Какие его свойства при этом улучшаются? Где используют модифицированный битум?

146

Механизм действия ПАВ на консистенцию цементного раствора. Минеральный состав цементного камня. Его микроструктура.

Влияние добавок-электролитов на твердение и стойкость цементного камня.

9.Структура цементного камня, влияние на свойства.

Формирование прочности цементного камня. Влияние условий твердения на структуру.

Классификация порового пространства цементного камня. Состояние влаги в поровом пространстве.

Влияние пористости на прочность. Способы снижения пористости.

10.Фазовый состав воды.

Взаимодействие воды с твёрдыми частицами вяжущего. Фазовый состав воды. Аномальное состояние воды в структуре.

Влияние влажности на прочность и морозостойкость цементного камня. Технологические приёмы формования стойких и плотных бетонов.

11.Коррозия цементного камня.

Виды коррозии; причины, вызывающие коррозию. Первый вид коррозии. Способы защиты.

Углекислотная коррозия. Её зависимость от жёсткости воды. Третий вид коррозии. Способы защиты.

Связь структуры цементного камня со стойкостью в агрессивной среде.

12.Древесина.

Породы, строение древесины, физические свойства. Химические свойства древесины. Образование целлюлозы. Подготовка отходных материалов для производства изделий. Биокоррозия древесины и способы защиты.

Модификация древесины.

13.Органические вяжущие вещества

Происхождение битумов. Их вещественный состав. Способы приведения битумов в рабочее состояние. Определение марки битума. Связь с составом.

Что называют асфальтовым вяжущим? Роль компонентов.

14.Полимеры в строительстве.

Классификация, физическое состояние и свойства полимеров. Способы получения полимеров.

Виды деструкции полимеров. Защита от деструкции. Пластмассы. Роль составляющих.

Основные направления использования полимеров в строительстве.

15.Защита строительных материалов от агрессивной среды.

Наиболее опасные виды воздействия на строительные материалы.

163

2.Воздушные вяжущие вещества.

Получение извести из карбонатов. Определение активности извести.

Получение строительного и высокотемпературного гипса. Сырьё и получение магнезиального вяжущего.

3.Образование глин. Изготовление изделий из них.

Происхождение и состав глин (первичных, вторичных). Технологические добавки, их роль.

Причиныводоудерживающейспособностиглин. Чтопроисходитприобжиге? Способы формования изделий. Почему они разные?

Прочность и морозостойкость кирпича.

4.Металлы, коррозия, защита.

Группы и марки стали, применяемые в строительстве. Виды коррозии металлов и способы защиты. Механизм электрохимической коррозии металлов. Металлические защитные покрытия. Неметаллические защитные покрытия.

Изменение состава коррозионной среды.

5. Силикатные материалы.

Происхождение песков и кремнезёмов. Их химический состав. Разновидности песков, их зерновой состав.

Кристаллические и аморфные структуры кремнезёма, его применение. Природное силикатное сырьё. Искусственное силикатное сырьё. Активная минеральная добавка.

6. Стекло, ситаллы, минеральное волокно.

Физико-химические основы стеклообразного состояния силикатов. Силикатное, жидкое, пористое стекло.

Структуры ситаллов, стекла и керамики. Каменное литьё, минеральные волокна.

7.Гидравлические вяжущие вещества.

Разновидности цементов, способы их получения. Минеральный и химический состав цементов. Дисперсность цементов. Добавки в цемент при помоле. Водопотребность цементов.

8.Гидратация цемента, формирование структуры.

Понятие об удельной поверхности вяжущих и цементного камня. Коллоидные системы, гели, мицеллы, кристаллы.

162

7.Какова биостойкость битумов? Как её поднимают? Чем и зачем наполняют битумы?

8.Какие составы в строительстве делают из битумов? Как называют состав с крупным заполнителем? Из каких горных пород он должен быть?

9.Что входит в состав асфальтового вяжущего? Какова роль его компо-

нентов?

Занятие № 14.

Тема: Полимеры в строительстве.

Цель работы: Изучение структуры полимерных материалов, применения полимеров в технологии строительных материалов.

Полимеры – это общее название, данное широкому кругу веществ, обладающих высокой молекулярной массой, «комплекс свойств которых остаётся практически неизменным при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев». Молекулы полимеров называют макромолекулами. Они являются основой живой материи.

Есть природные органические полимеры, неорганические и получаемые искусственно. В основе получения искусственных лежат процессы полимеризации и поликонденсации, поэтому строение молекул также отличается. Полимеры, полученные первым способом, имеют линейное строение, полученные вторым, – пространственное. По этой причине они по-разному реагируют на изменение температуры.

Термопластичными называют полимеры, легко размягчающиеся при повышении температуры. Под воздействием температуры они многократно могут изменять свою структуру, переходя из кристаллического в аморфное состояние, из твёрдообразного в жидкое состояние. Это линейные структуры, температуростойкость их 60-120°С, при повышенной температуре они не могут быть твёрдыми. К таким полимерам относятся: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат, полиизобутилен, полистирол, поливинилхлорид, поливиниловый спирт, кумароно-инденовые полимеры и др.

Термореактивные полимеры более прочны, необратимы, способны держать силовые нагрузки даже при повышенных температурах, так как после отверждения не размягчаются, приобретают пространственную структуру и работают до температуры обугливания 200-400°С. Это феноло-формальдегидные, мочевино-формаль- дегидные, меламино-формальдегидные смолы, полиэфиры, эпоксидные полимеры, фурановые, кремнийорганические (силиконы) идр.

147

По характеру поведения при действии механических нагрузок все высокомолекулярные соединения делятся на три группы:

1)текучие полимеры, необратимо изменяющие свою форму под действием небольших механических нагрузок, что связано с взаимным перемещением макромолекул в структуре (полиизобутилен, полиуретановые каучуки);

2)высокоэластичные – эластомеры – деформируются обратимо при воздействии нагрузок, так как подвижны отдельные участки. Подвижные участки, ориентируясь в поле сил, приобретают всё более упорядоченное состояние, которое сохраняется длительное время. Высокоэластичное состояние можно рассматривать как промежуточное между текучим и стеклообразным. После снятия нагрузки макромолекулавозвращаетсявнаиболеепривычноесвёрнутоесостояние;

3)твёрдые полимеры мало изменяют свою форму даже при больших механических нагрузках. После снятия нагрузки они полностью восстанавливают свою первоначальную форму. Твёрдые полимеры могут быть кристаллическими и аморфными (стеклообразными). Аморфные полимеры обладают определённой упорядоченностью, для них характерно глобулярное строение. Глобулы – это свёрнутый клубок макромолекулы, с наименьшей энергией.

Подвижность атомов, групп и самих макромолекул связана с температурой. Полимеры аморфные линейной структуры могут находиться в любом из трёх состояний: стеклообразном, высокоэластическом, вязкотекучем. При отрицательной температуре (ниже температуры хрупкости) полимер разрушается даже при незначительных механических воздействиях, а при температуре выше температуры разложения происходит его термическая деструкция с разрывом макромолекул. При воздействии нормальной температуры возврат в исходное состояние не происходит мгновенно: требуется промежуток времени для релаксации, связанный с перестройкой внутренней структуры макромолекул.

Сувеличением жёсткости полимеры теряют способность переходить из стеклообразного в вязкотекучее состояние. Это состояние отсутствует и у полимеров пространственной трёхмерной структуры, они не обладают высокоэластичной деформацией.

В строительной практике стеклообразные полимеры используют как твёрдые пластики. Нижней предельной температурой эксплуатации изделий из них является температура хрупкости, а верхний температурный предел будет определяться приложенной нагрузкой, которую должно выдержать изделие без значительной деформации.

Под воздействием химических, физических, ионизирующих факторов в процессе эксплуатации происходит деструкция – постепенное разрушение по-

148

Древесину подвергают стерилизации путём радиоактивного облучения по определённому режиму, а также горячим воздухом, вызывающим гибель грибов и насекомых. В настоящее время разрабатываются защитные композиции, обеспечивающие не только пропитку, но и образование прочных химических связей между компонентами древесины и модификатором, что обеспечивает длительный защитный эффект. Это происходит при последовательном поверхностном модифицировании древесины растворами фосфор- и кремнийорганических соединений.

Вопросы для самостоятельной работы.

1.Какиесуществуют способыактивнойзащитыстроительных материалов?

2.Что называют эмульсией? Какие есть разновидности эмульсий? Где их используют?

3.Что такое краски? Из чего их готовят, с какой целью?

4.Из каких материалов можно сделать защитное покрытие на бетонной поверхности?

5.Чтоозначает слово «гидрофобизация»? Какиематериалы её обеспечивают?

6.Какие составы закупоривают капилляры пористых строительных материалов и делают материалы более стойкими?

7.Какие есть способы активной защиты металлических изделий при опасности коррозии?

8.Какие меры относятся к химическим способам защиты металла?

9.Какие покрытия для защиты металлов относят к неметаллическим?

10.Почему необходима гидроизоляция для деревянных конструкций? Какие существуют способы их защиты от биокоррозии?

Занятие № 17

Тема: Зачётная работа по индивидуальным заданиям.

1. Происхождение горных пород.

Породообразующие минералы горных пород по происхождению. Химический состав силикатных горных пород.

Происхождение осадочных горных пород, их химический состав. Природная цементация горных пород.

Понятие о карбонизации, гидратации, окислении, восстановлении.

161

др. Фосфатные покрытия получают из растворов ортофосфорной кислоты и ортофосфатов марганца или цинка. Их используют в качестве подложки под покраску, что повышает сцепление лакокрасочного покрытия со сталью и уменьшает коррозию в местах царапин. Защитные свойства улучшаются, если их пропитывают маслом, лаком или воском.

Древесные материалы в условиях избыточного увлажнения подвержены биокоррозии (гниению). Если плесень почти не изменяет механические свойства древесины, то дереворазрушающие грибы снижают качество древесины. Питательной средой для них является растворимый сахар (глюкоза) – продукт разлагаемой ими целлюлозы. В теле гриба глюкоза окисляется кислородом, образуя углекислый газ и воду. Следовательно, для жизнедеятельности гриба необходимы влага и кислород воздуха. Гниение развивается при влажности более 18-20% при положительной температуре. Основным средством предотвращения гниения является применение сухой древесины и гидроизоляция её, использование гидроизоляционных прокладок, окраска защитными составами (лаки, эмали, масляные краски), создание естественной вентиляции, предотвращающей накопление влаги в деревянных конструкциях. В случаях эксплуатации древесины на открытом воздухе её необходимо антисептировать. Антисептики не должны понижать прочность древесины или вызывать коррозию металлических креплений, они должны сохраняться в условиях эксплуатации. Для воздушных условий применяют антисептики, растворимые в воде. Если конструкции подвергаются действию воды (шпалы, сваи, столбы), то антисептирование осуществляют маслянистыми нерастворяющимися веществами. Водорастворимые антисептики применяют в виде водных растворов и антисептических паст. Это соли (фторид и кремнефторид натрия, смеси хлорида цинка, медный купорос и др.), органорастворимые препараты, содержащие арсенаты металлов – динитрофенолы.

Маслянистые антисептики не растворяются в воде, их используют для консервации древесины, находящейся на открытом воздухе, в воде или в земле. Антраценовое, сланцевое масло, креозотовое масло обладают токсичностью, древесина после пропитки ими приобретает тёмный цвет, имеет резкий фенольный запах, не поддаётся окраске, становится более горючей.

Кроме этого готовят антисептические пасты, состоящие из трёх частей: водорастворимого антисептика, связующего вещества, обеспечивающего сцепление пасты с поверхностью древесины, и наполнителя, например торфяного порошка. Связующим в пастах служит битум, жидкое стекло или сульфитный щёлок. Пасты применяют как обмазки при повышенной влажности, в грунтах.

160

лимеров. Даже механические напряжения могут вызывать изменения структуры и свойств, связанные с разрывом макромолекул. С целью замедления этих процессов и старения полимеров в их состав добавляют стабилизаторы, антиок-

сиданты, пассиваторы, наполнители. Антиоксиданты в составе полимера выполняют роль ингибитора – обрывают цепной процесс окисления, блокируют образующиеся радикалы. Стабилизаторы также повышают устойчивость, тормозят старение, поглощают выделяющиеся при окислении вещества. Наполнители повышают температуростойкость, твёрдость и прочность композиции.

Полимеры, имея такие особенности, в чистом виде для изготовления строительных изделий не используются. Они используются или в качестве связующего в композиционных материалах, или в качестве модифицирующего материала для улучшения свойств других материалов. В качестве связующего вещества их применяют для получения пластмасс. Это древесно-слоистые пластики, стеклопластики, полимербетоны, а также древесно-стружечные плиты, древесно-волокнистые плиты и фанера.

Древесно-слоистые пластики изготавливают прессованием пакетов древесного шпона, пропитанного фенолформальдегидным полимером. Одинаковые механические свойства в разных направлениях обеспечиваются при взаимно перпендикулярном расположении волокон шпона. Собранные в несколько слоёв шпона пакеты прессуют при температуре 140-150°С и давлении 15-16 МПа. Такие композиции превосходят по основным физико-механическим свойствам исходную древесину и используются для изготовления несущих конструкций, вспомогательных, крепёжных и монтажных элементов.

Стеклопластики формуют так, что стекловолокнистый наполнитель армирует полиэфиры, эпоксидные или феноло-формальдегидные полимеры. Такие композиции выдерживают длительные эксплуатационные нагрузки. Они могут использоваться для конструкций, подвергающихся вибрации. Их применяют в виде плоских и волнистых листов для прозрачной кровли, теплиц, трёхслойных панелей ограждений и покрытий, оболочек и куполов, оконных и дверных блоков и др.

Полимербетоны изготавливают на феноло-формальдегидных, фурановых, эпоксидных смолах с расходом наполнителя 1 : 5 – 1 : 12 по массе. Твердение полимербетонов идёт быстрее цементных при нормальной температуре, хотя термообработка ускоряет твердение. Предел прочности при сжатии – 60120 МПа, выше водо-, морозо-, износостойкость и химическая стойкость, чем у бетонов на минеральном вяжущем. Их можно усиливать металлической и неметаллической арматурой.

149

Применяют полимербетоны для возведения износостойких покрытий, ирригационных плотин и конструкций портовых сооружений, для изготовления химически стойких полов, сточных каналов, лотков и др.

Для отделочных работ больше используют полимеризационные линейные полимеры, легко размягчающиеся при повышении температуры. Из полиэтилена, поливинилхлорида, полипропилена методом вальцевания, каландрирования, экструзии или напыления делают рулонные материалы: плёнки, влагостойкие бумажные обои, плинтусы, поручни для лестниц, балконов, наличники, профили для крепления и обработки швов и др. Наиболее известны покрытия для пола и другие рулонные отделочные материалы, герметики, гидро- и теплоизоляционные изделия, а также трубы и санитарно-технические устройства. В последние годы особенно широко применяют плёночные воздухоопорные и пневматические конструкции из полимерных листовых материалов и тканей, пропитанных силиконовыми составами.

Кремнийорганические полимеры сочетают в себе эластичность органических полимеров с высокими тепло- и морозостойкими свойствами. Термостойкость этих полимеров также выше других – до 330°С. Их применяют для создания лаков, клеев, эмалей и смазок, обладающих жаростойкими и атмосферостойкими свойствами, а также при изготовлении водостойких герметиков, стеклотекстолита. Кремнийорганические полимеры используются в качестве гидрофобизаторов строительных материалов: 50% эмульсия ГКЖ-94 (этилдихлорсилан) при её введении в растворную смесь в количестве 0,05-0,1% обеспечивает не только физическую адсорбцию (гидрофобизацию), но и химическое взаимодействие с гидроксидом кальция. Образуются пузырьки водорода, выделяющиеся в объёме смеси, улучшающие её перемешивание и морозостойкость.

Кроме использования полимеров в качестве связующего, их применяют как пропиточный материал. Имея низкую температуру размягчения в горячем пластичном состоянии, полимеры проникают в капиллярную систему другого пористого материала (под давлением или в вакууме), улучшая его свойства. Таким способом изготавливают бетонополимеры, гидроизолируют теплоизоляционные материалы, кровельные листы. Пропитка древесины и склеивание фрагментов из неё дало возможность получать клееную древесину с высокими физико-механическими показателями. Добавляя полимер в составы битумных композиций, получают модифицированный битум с лучшими свойствами, особенно пластичностью при низких температурах.

150

потенциал основного металла (например цинк на стали). Основной металл становится катодом, и он не корродирует. Для получения металлических покрытий применяются различные способы: электрохимический (гальванические покрытия), погружение в расплавленный металл, металлизация, термодиффузный и химический. Из расплава получают покрытие цинком (горячее цинкование) и оловом (горячее лужение).

Металлизация – способ получения защитного покрытия на сооружениях (мосты, детали судов, большие баки и др.), когда расплавленный металл с помощью струи сжатого воздуха наносится на защищаемую поверхность. Можно получать слой любой толщины на смонтированных конструкциях и на предварительно нанесённый слой полимера.

Термодиффузный способ нанесения покрытия получают, когда изделие помещают в смесь, содержащую порошок металла покрытия. При повышенной температуре происходит диффузия порошка металла в поверхность защищаемого металла:

3CrCl2 + 2Fe → 2FeCl3 + 3Cr.

Химический способ получения металлических покрытий заключается в восстановлении соединений металла с помощью восстановителей. Например, медное покрытие получают восстановлением ионов меди формальдегидом:

Cu2+ + CH2O + 4OH → Cu + 2HCOO- + H2 + 2H2O.

Химико-термическая обработка стали: цементация (нанесение слоя 1-2 мм из атомов углерода), азотирование (слой азота), цианирование (поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом), диффузная металлизация алюминием, хромом, кремнием, бором при высокой температуре придаёт стали высокую поверхностную твёрдость и жаростойкость.

Неметаллические защитные покрытия могут быть неорганическими и органическими. Защитное действие их сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды. В качестве неорганических покрытий применяют: неорганические эмали, оксиды металлов, соединения хрома, фосфора и др. К органическим покрытиям относятся: лакокрасочные, покрытия смолами, пластмассами, полимерными плёнками, резиной.

Эмалированию подвергают чёрные и цветные металлы, предназначенные для фармацевтической, химической, пищевой отраслей и для изделий домашнего обихода.

Оксидные покрытия на металле возникают при воздействии температуры, электрохимическом оксидировании, в концентрированных растворах щелочей и

159