СРС 4. Основы химии минеральных вяжущих веществ. Высокомолекулярные соединения основы химии минеральных вяжущих веществ
 Скачать 348.36 Kb.
|
|
СРС 4. ОСНОВЫ ХИМИИ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Основы химии минеральных вяжущих веществ Содержание темы: Общая характеристика, классификация строительных вяжущих веществ. Теории химических процессов твердения минеральных вяжущих веществ. Воздушные вяжущие вещества. Воздушная известь. Сырье, реакция обжига его. Виды воздушной извести. Процессы твердения воздушной извести. Магнезиальное вяжущее вещество. Производство магнезиального цемента, процессы его твердения. Гипсовые вяжущие вещества, их виды. Процессы производства и твердения гипсовых вяжущих веществ. Гидравлические вяжущие вещества. Портландцемент. Сырье. Минералы клинкера и их характеристика. Минералы цементного камня. Крррозия_бетона. Классификация процессов коррозии бетона. Углекислотная, магнезиальная, сульфатная коррозия бетона. Методы борьбы с коррозией бетона. Необходимые умения:выражать химический состав сырьевых материалов, минеральных вяжущих веществ формулами. Выражать химизм процессов производства и твердения минеральных вяжущих веществ, процессов коррозии бетона языком химических уравнений. Вяжущие — вещества, способные затвердевать в результате физико-химических процессов. Переходя из тестообразного в камневидное состояние, вяжущее вещество скрепляет между собой камни либо зёрна песка, гравия, щебня. Это свойство вяжущих используется для изготовления: бетонов, силикатного кирпича, асбоцементных и других необожжённых искусственных материалов; строительных растворов — кладочных, штукатурных и специальных. Вяжущие вещества по составу делятся на: 1. Неорганические (известь, цемент, строительный гипс, магнезиальный цемент, жидкое стекло и др.), которые затворяют водой (реже водными растворами солей). Включают: вяжущие воздушные, вяжущие гидравлические, вяжущие автоклавного твердения. 2. Органические (битумы, дёгти, животный клей, полимеры), которые переводят в рабочее состояние нагреванием, расплавлением или растворением в органических жидкостях. Вяжущие материалы — это минеральные и органические вещества, применяемые для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления (омоноличивания) отдельных элементов строительных конструкций, гидроизоляции (создания водонепроницаемых покрытий). К минеральным вяжущим материалам относятся порошкообразные вещества, образующие при смешивании (затворении) с водой пластичную массу, которая постепенно затвердевает, образуя прочное камневидное тело. Различают гидравлические вяжущие — материалы, которые после смешивания с водой и предварительного затвердевания на воздухе сохраняют свою твердость и продолжают упрочняться («набирать» прочность) в воде — это разновидности цементов, гидравлическая известь. Воздушные вяжущие — это вещества, которые способны твердеть и сохранять прочность только на воздухе (гипс, воздушная известь, жидкое стекло). Классификация минеральных вяжущих веществ
Высокомолекулярные соединения Содержание темы: Высокомолекулярные соединения (ВМС). Особенности внутреннего строения ВМС, полимеров. Способы получения полимеров. Реакции полимеризации. Реакции поликонденсации. Полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиметилакрилат, фенолформальдегидные и карбамидоформальдегидные смолы. Необходимые имения:составлять уравнения реакций полимеризации, сополимеризации и поликонденсации. Полимеры - высокомолекулярные соединения, которые характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до многих миллионов. Молекулы полимеров, называемые также макромолекулами, состоят из большего числа повторяющихся звеньев. Вследствие большой молекулярной массы макромолекул полимеры приобретают некоторые специфические свойства. Поэтому они выделены в особую группу химических соединений. Отдельную группу также составляют олигомеры, которые по значению молекулярной массы занимают промежуточное положение между низкомолекулярными и высокомолекулярными соединениями. Различают неорганические, органические и элементоорганические полимеры. Органические полимеры подразделяют на природные и синтетические. Макромолекулы полимеров могут быть линейными, разветвленными и сетчатыми. Линейные полимеры образуются при полимеризации мономеров или линейной поликонденсации. Разветвленные полимеры могут образовываться как при полимеризации, так и при поликонденсации. Разветвление полимеров при полимеризации может быть вызвано передачей цепи на макромолекулу, росте боковых цепей за счет сополимеризации и другими причинами. Линейные и разветвленные макромолекулы из-за способности атомов и групп вращаться вокруг ординарных связей постоянно изменяют свою пространственную форму, имеют много конформационных структур. Это свойство обеспечивает гибкость макромолекул, которые могут изгибаться, скручиваться, распрямляться. Поэтому для линейных и разветвленных полимеров характерно высокоэластическое состояние, т.е. способность к обратимой деформации под действием относительно небольших внешних сил. При разветвлении полимеров эластические и термопластические свойства становятся менее выраженными. При образовании сетчатой структуры термопластичность теряется. По мере уменьшения длины цепей в ячейках сеток утрачивается и эластичность полимеров, например, при переходе от каучука к эбониту. Линейные макромолекулы могут быть регулярную и нерегулярную структуру. В полимерах регулярной структуры отдельные звенья цепи повторяются в пространстве в определенной порядке. Полимеры регулярной структуры получили название стереорегулярных. Большинство полимеров обычно находится в аморфном состоянии. Некоторые полимеры в определенных условиях могут быть иметь кристаллическую структуру. Аморфные полимеры могут находиться в стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем состояниях. Химические свойства зависят от состава, молекулярной массы и структуры полимеров. Им свойственны реакции соединения макромолекул поперечными связями, взаимодействия функциональных групп друг с другом и низкомолекулярными веществами и деструкции. Наличие у макромолекул двойных связей и функциональных групп обуславливает повышение реакционной способности полимеров. Механические свойства определяются элементным составом, молекулярной массой, структурой и физическим состоянием макромолекул. Все вещества подразделяются на диэлектрики, полупроводники и проводники. Композиционные материалы (композиты) - состоят из основы (органической, полимерной, углеродной, металлической, керамической), армированным наполнителем, в виде высокопрочных волокон и нитевидных кристаллов. В качестве основы используются синтетические смолы и полимеры. Композиты на основе полимеров используются как конструкционные, электро- и теплоизоляционные, коррозийностойкие в электротехнической, авиационной, радиотехнической промышленности, космической технике и т.д. Реакция полимеризации и поликонденсации Полимеризация – реакция соединения молекул мономера т, не сопровождающаяся выделением побочных продуктов. Поэтому элементарный состав мономеров и получаемого полимера одинаков. Полимеризация может осуществляться путем раскрытия двойных и тройных связей ненасыщенных соединений, а также за счет размыкания различных гетероциклов. В зависимости от характера активных центров, инициирующих цепной процесс различают радикальную и ионную полимеризацию. Процесс идет по цепному механизму.  Поликонденсация – реакция образования высокомолекулярных соединений, протекающая по механизму замещения и сопровождающаяся обычно, выделением низкомолекулярных продуктов, вследствие чего элементарный состав полимера отличается от элементарного состава исходных продуктов.  В реакцию поликонденсации могут вступать мономерсодержащие двух или более функциональные группы. При взаимодействии этих групп происходит разложение молекулы низкомолекулярного соединения, с образованием новой группы, которая связывает остатки реагирующих молекул. Поликонденсация - ступенчатая реакция, рост цепи происходит в результате взаимодействия молекул мономера друг с другом, а также промежуточными продуктами: олигомерными или полимерными молекулами или при взаимодействии олигомерных и полимерных молекул между собой. В результате образуются соединения с функциональностью исходного вещества. Фазовые, агрегатные и физические свойства полимеров, их характеристика Из-за большой длины макромолекул и большого суммарного межмолекулярного взаимодействия перевести полимер в газообразное состояние невозможно. При приложении большого количества тепловой энергии полимер деструктурируется. Для полимера известно два фазовых состояния: кристаллическое и аморфное. В аморфном состоянии макромолекулы расположены беспорядочно, в кристаллическом - существует определенная надмолекулярная структура. Для полимеров введено понятие о трех фазовых состояниях: Твердые аморфные полимеры называются стеклообразными (СОС), Жидкое агрегатное состояние называется вязкотекучим (ВТС). Между СОС и ВТС находится высокоэластическое состояние (ВЭС), для которого характерны обратимые деформации. Полимеры, находящиеся в различных состояниях, обладают различными свойствами. Под действием внешних факторов при изменении температуры полимеры переходят из одного состояния в другое. Задания СРС Вариант 1 1. Определение "Строительные вяжущие вещества". Виды строительных вяжущих веществ. Основные стадии производства и их характеристика. 2. Гипсовые вяжущие вещества: алебастр, высокопрочный гипс. Различие их свойств и причины различий. Химические реакции производства и твердения данных вяжущих веществ, условия протекания. 3. Портландцемент (ПЦ) - компоненты его. Минералы клинкера, их химический состав. 4. Минералы клинкера ПЦ, которые при затворении водой а) одновременно гидратируются и частично гидролизуются б) только гидратируются. Уравнения соответствующих реакций 5. Механизм процессов схватывания и твердения воздушной извести по теории А.А. Байкова. 6. Особенности строения макромолекулы: элементарное звено, сегмент, глобула. Влияние строения макромолекулы на свойства полимеров. 7. Составьте уравнение реакции поликонденсации мочевины с формальдегидом. Вариант 2 1. Химический состав следующих минералов и горных пород: каолинит, кальцит, кварцевый песок, двуводный гипс, магнезит, доломит, ангидрит, глина, мергель. 2. Химические реакции процессов твердения а) строительного гипса; б) высокообжигового гипса. 3. Основные фазы клинкера портландцемента, их минералогический состав. 4. Сущность и химические реакции процесса магнезиальной коррозии цементного камня. 5. Основные положения теории гидратационного твердения минеральных вяжущих веществ Ле Шателье (на примере магнезиального вяжущего вещества). 6. Жиры. 7. Составьте уравнение реакции полимеризации бутадиена СН2 = СН – СН = СН2 и поясните стадии ее протекания. Вариант З 1. Формы выпуска воздушной извести промышленностью. Понятия "известковое тесто", "известковое молоко", "известковая вода". 2. Высокообжиговый гипс: химические реакции производства и условия их протекания. Химизм процессов твердения. 3. Состав минералов клинкера портландцемента (ПЦ) в оксидной и солевой формах. Названия и характеристика солей клинкера ПЦ. 4. Роль природного гипса, добавляемого в клинкер ПЦ при помоле, в процессах твердения цементного теста. Минерал эттрингит, стадия твердения цементного теста, при которой происходит образование его. Уравнение реакции. 5. Структуры, характерные для цементного теста в стадии насыщения (1-ая стадия по А.А.Байкову). Характеристика структур и свойства теста, обусловленные ими. Тиксотропность цементного теста. 6. Углеводы. 7. Составьте уравнение реакции поликонденсации аминокапроновой кислоты. Вариант 4 1. Классификация минеральных вяжущих веществ по составу и свойствам. 2. Кристаллические фазы клинкера портландцемента (ПЦ): минералогический состав. Химические формулы минералов в оксидной и солевой формах, характеристика гидравлических свойств минералов. 3. Структурообразование в цементном тесте в стадии схватывания, характеристика структур. 4. Сущность процессов сульфатной коррозии цементного камня. 5. Механизм процесса твердения строительного гипса по теории Байкова. 6. Карбоновые кислоты. 7. Составьте уравнение реакции полимеризации акриловой кислоты СН2 = СН - СООН и поясните стадии ее протекания. Вариант 5 1. Механизм стадии коллоидации процесса твердения минерального вяжущего вещества, виды образующихся при этом структур и их свойства. 2. Гипсовые вяжущие вещества: ангидритовый цемент, высокообжиговый гипс. Химические реакции производства и твердения гипсовых вяжущих веществ, условия их протекания. 3. Фаза клинкера портландцемента - "промежуточное вещество". Химический состав данной фазы - формулы компонентов фазы в оксидной и солевой формах. Химическая активность минералов промежуточного вещества. 4. Сульфатно-магнезиальная коррозия цементного камня. 5. Основные положения гидратационной теории твердения А.А.Байкова на примере магнезиального вяжущего вещества. 6. Альдегиды. Кетоны. 7. Составьте уравнение реакции поликонденсации анилина с формальдегидом. Вариант 6 1. Названия кхимический состав сырьевых материалов для производства а) воздушной извести, б) портландцемента. Способы подготовки сырьевой смеси портландцемента. 2. Каустический магнезит: химические реакции производства и условия их протекания. Химизм процессов твердения. 3. Химические реакции процессов твердения портландцемента. Химический состав цементного камня. 4. Процессы структурообразования, происходящие в цементном тесте с момента затворения водой до образования цементного камня. 5. физическая коррозия цементного камня: сущность и факторы, влияющие на процесс. 6. Спирты (одноатомные, многоатомные). 7. Составьте уравнение реакции полимеризации метакриловой кислоты СН2 = С(CH3) - СООН и поясните стадии ее протекания. Вариант7 1. Условия получения качественного продукта в производстве воздушной извести (подготовка сырья, режим обжига). Примеси "недожога", "пережога". 2. Процессы структурообразования при твердении теста вяжущего вещества на примере каустического магнезита. 3. Химизм процессов твердения трехкальциевого алюмината и 4-х кальциевого алюмоферрита. Свойства продуктов твердения. 4. Вещество называемое "цементная бацилла". Роль его в процессе твердения цементного теста и в процессах коррозии цементного камня. 5. Основные стадии процесса твердения минерального вяжущего вещества по теории Байкова на примере высокообжигового гипса. 6. Углеводороды (предельные, непредельные, ароматические). 7. Составьте уравнение реакции поликонденсации фенолята натрия с уксусным альдегидом. Вариант 8 1. Характеристика основных стадий производства минеральных вяжущих веществ. 2. Воздушная известь: сырье, химические реакции производства и формы выпуска промышленностью воздушной извести. 3. Химический состав силикатов клинкера портландцемента (ПЦ): (формулы компонетов в оксидной и солевой формах). Химическая активность минералов, уравнения реакций твердения. Характеристика продуктов твердения силикатов ПЦ-та. 4. Сущность стадии коллоидации в процессе твердения минерального вяжущего вещества (по Михаэлису). Структуры, определяющие свойства теста в стадии коллоидации. 5. Магнезиальная коррозия цементного камня: сущность процесса, химические реакции процесса. 6. Релаксационный характер процессов в полимерах. 7. Составьте уравнение реакции полимеризации изопрена СН2 = СН – С(СН3) = СН2 и поясните стадии ее протекания. Вариант 9 1. Классификация процессов коррозии цементного камня. 2. Химические реакции процесса твердения воздушной извести. 3. Типы структур твердения по П.А. Ребиндеру и их характеристика. 4. Представление состава портландцемента в виде солей неорганических кислот и гидроксида кальция. Характеристика свойств этих соединений. 5. Химические реакции процесса магнезиальной коррозии цементного камня. 6. Три физических состояния полимеров и их характеристика: стеклообразное, высокоэластичное, вязкотекучее. 7. Составьте уравнение реакции поликонденсации аминоуксусной кислоты. Вариант 10 1. Названия и химический состав сырьевых материалов для производства а) воздушной извести, б) портландцемента. Способы подготовки сырьевой смеси портландцемента. 2. Структуры, характерные для цементного теста в стадии насыщения (1-ая стадия по А.А.Байкову). Характеристика структур и свойства теста, обусловленные ими. Тиксотропность цементного теста. 3. Гипсовые вяжущие вешества: алебастр, высокообжиговый гипс. Различие их свойств и причины различий. Химические реакции производства и твердения данных вяжущих веществ, условия протекания. 4. Минералы клинкера ПЦ, которые при затворении водой: а) одновременно гидратирутотся и частично гидролизуются; б) только гидратирутотся. Напишите уравнения соответствующих реакций. 5. Магнезиально-сульфатная коррозия цементного камня. 6. Линейные, разветвленные, сетчатые полимеры, особенности их физических свойств. 7. Составьте уравнение реакции полимеризации тетрафторэтилена СF2 = СF2 и поясните стадии ее протекания. Вариант 11 1. Определение "Строительные вяжущие вещества". Виды строительных вяжущих веществ. Основные стадии производства и их характеристика. 2. Процессы структурообразования при твердении теста вяжущего вещества на примере каустического магнезита. 3. Формы выпуска воздушной извести промышленностью. Понятия "известковое тесто", "известковое молоко", "известковая вода". 4. Состав минералов клинкера портландцемента (ПЦ) в оксидной и солевой формах. Названия и характеристика солей клинкера ПЦ. 5. Физическая коррозия цементного камня: сущность и факторы, влияющие на процесс. 6. Особенности строения макромолекулы: элементарное звено, сегмент, глобула. Влияние строения макромолекулы на свойства полимеров. 7. Составьте уравнение реакции поликонденсации фенола с уксусным альдегидом. Вариант 12 1. Классификация минеральных вяжущих веществ по составу и свойствам. 2. Кристаллизационная теория твердения вяжущих веществ Ле Шателье. 3. Магнезиальное вяжущее вещество: сырье, процессы производства. Химизм процесса твердения магензиального вяжущего вещества. 4. Основные стадии (периоды) гидратации минералов клинкера портландцемента. 5. Виды коррозии бетона, сущность процессов. 6. Что такое высокомолекулярные вещества. Природные, искусственные и синтетические высокомолекулярные вещества. Приведите примеры. 7. Составьте уравнение реакции полимеризации акрилонитрила СН2 = СН - СN и поясните стадии ее протекания. |