Роль химии в строительстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по химии

на тему: Роль химии в строительстве



Термодинамика

Термодинамическая система - это некая система, состоящая из большого количества частиц, способная обмениваться с окружающей средой энергией и веществом. В реакции при этом указывается тепловой эффект и агрегатное состояние каждого вещества.

Термодинамические системы делятся:

1) Гомогенные (однородные)

2) Гетерогенные (неоднородные)

Для термодинамических систем справедливы законы термодинамики.

Термодинамика - это наука, изучающая переходы энергии из одной формы в другую, а также направление и пределы самопроизвольного протекания процесса.

Химическая термодинамика изучает энергетику химических процессов. Объектом изучения является система, состоящая из множества молекул, обособленных от окружающей среды.

В химических процессах используются следующие термодинамические функции состояния системы:

Энтальпия.

Энтальпия, также тепловая функция и теплосодержание -- термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.

Q = H2 ? H1= ДH - изменение энтальпии.

По величине энтальпии мы определяем тепловой эффект реакции:

Если процесс экзотермический ДH<0 (выделение тепла).

Если процесс эндотермический ДH>0 (поглощение тепла).

Тепловые эффекты определяются как экспериментально, так и с помощью термохимических расчетов. В них используются не абсолютные значения величин, а их изменения Д.

Закон Гесса:

?H_{хим. реакции} = H°_{конечн. продуктов} - H°_{начальн. продуктов}

ДH образ. - тепловой эффект образования 1 моля вещества из простых веществ в стандартных условиях (Т=298к.) Энтропия. Температура равновесия в системе.

Энтропия (от греч. ?нфспрЯб -- поворот, превращение) -- характеризует беспорядок в системе.

Критерием самопроизвольного смешения газов является стремление системы перейти в более разупорядоченное состояние.

Беспорядочная система - термодинамически более вероятное состояние системы.

Энтропия зависит от всех видов движения частиц, составляющих систему, их количества, числа степеней свободы, и возрастает с увеличением температуры.

В процессах, вызываемых увеличением движения частиц (нагревание, испарение, плавление), энтропия возрастает. Упрочнение связей, охлаждение, конденсация, кристаллизация - процессы, связанные с упорядоченностью системы, сопровождающиеся с уменьшением энтропии.

Единицей измерения энтропии является ?S = []

Энтропия так же является функцией состояния системы и подчиняется закону Гесса (тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания).



?S_{хим. реакции} = S°_{конечн. продуктов} - S°_{исходн. продуктов}

Заметим так же, что энтропия совершенного кристалла равно 0, по положению третьего закона термодинамики (теореме Нернста) (Приращение энтропии при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того, в каком равновесном состоянии находится система).

Если при решении задач:

а) ?S < 0, то процесс сопровождается уменьшением беспорядка в системе

б) ?S > 0, то процесс сопровождается увеличением беспорядка в системе

В любой системе действуют две конкурирующие тенденции:

1) Стремление системы перейти в состояние с наименьшей энергией (?Н < 0)

2) Стремление системы перейти в состояние наибольшего беспорядка (?S > 0)

Отметим, что если ?S = 0, то и ?Н = 0.

Если в системе происходит одновременное изменение S и Н, то направление самопроизвольного процесса определяется суммарной движущей силой реакции (?G) Энергия Гиббса.

Если в системе происходит и энтальпия и энтропия, то направление самопроизвольного протекания процесса определяется суммарной движущей силой реакции называемой закон Гиббса

?G = ?Н - Т · ?S ,

где: Т - абсолютная температура = [K], ?G = []

Если ?G < 0, то процесс возможен в стандартных условиях.

Если ?G > 0, то процесс невозможен (при этом ?Н > 0 и ?S < 0)

Если ?G = 0, то наступает термодинамическое равновесие. T_равн. =

Энергия Гиббса зависит лишь от начального и конечного состояния системы, она является функцией состояния системы.

?G_{хим. реакции} = G°_{конечн. продуктов} - G°_{начальн. продуктов}

а) ?Н < 0, ?S < 0 - процесс возможен при низких температурах; >

б) ?Н > 0, ?S < 0 - процесс невозможен, ?G > 0;

в) ?Н > 0, ?S > 0 - процесс возможен, при высоких температурах; <

г) ?Н < 0, ?S > 0 - процесс возможен в стандартных условиях, ?G < 0.

Для проведения различных термодинамических расчетов вводится стандартная энергия Гиббса образования вещества. )

Стандартная энергия Гиббса образования простых веществ = 0

Задача 1.1

а)

Энтропия зависит от всех видов движения частиц.

С увеличением температуры энтропия возрастает (нагревание, испарение, плавление).

= 70,08

= 188,7

?S = ?S_{х. р.} = S°_{конечн. п.} - S°_{исходн. п.} = - = 188,7 - 70,08 = 118,62 > 0

?S > 0



При испарении происходит эндотермический процесс (поглощение тепла).

= -285,84

= -241,82

?H = ?H_{х. р.} = H°_{конечн. п.} - H°_{исходн. п.} = - = -241,82 - (-285,84) = 42,02 > 0

?H > 0

б)

При уменьшении температуры происходит процесс упорядоченности системы (охлаждение, конденсация, кристаллизация).

?S < 0

Процесс кристаллизации сопровождается выделением тепла (процесс экзотермический).

?H < 0

Задача 1.2

Рассчитать энергию Гиббса для реакции:

= -740,3 кДж/моль

() = -1582 кДж/моль

= (9+4) - (8+3) = (0+4(-1582))-(0+(-740,3))= -8548,9 кДж

Ответ: = -8548,9 кДж, > процесс возможен в стандартных условиях. 2) Кинетика. Влияние концентрации на скорость реакции.

Кинетика химических реакций.

Задача химической кинетики является изучение закономерностей протекания реакции во времени, её скорости и механизма.

С помощью законов кинетики можно сознательно управлять промышленными процессами и решать вопросы модернизации технических процессов. Важнейшей количественной характеристикой протекания химической реакции во времени является скорость реакции, которая определяется изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени единице объема.

На практике для определенной скорости реакции строят экспериментальные кривые изменения концентрации веществ, которые называются кинетическими кривыми.

Скорость химической реакции зависит от концентрации, температуры, давления, объёма, влияния катализаторов, природы реагирующих веществ.

Влияние концентрации реагирующих веществ на скорость химической реакции. Закон кинетики.

Скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна произведению концентрации реагирующих веществ, возведенных в степень их стехиометрических коэффициентов.

Тогда скорость химической реакции:



K - константа скорости реакции, физический смысл которой заключается в том, что при концентрации реагентов она будет ровна скорости реакции. Константа скорости не меняется при изменении давления, концентрации и т.д.

Задача 2

Дано:

Концентрации участвующих веществ:

= 0,8 моль/л

= 1,5 моль/л

= 0,1 моль/л

Вычислить концентрацию , при:

= 0,5 моль/л Решение:

Когда прореагировало азота = 0,5 моль/л, водорода было затрачено = 1,5 моль/л

(так как отношение 1:3), а аммиака образовалось 2 моль. Получается, что концентрации станут:

= - 3 = 1,5 - 1,5 = 0 = + 2 = 0,1 + 1 = 1,1 моль/л Ответ: = 0 =1,1 моль/л

3) Растворы. Концентрация вещества в растворе.



Концентрация растворов

Концентрация -- величина, характеризующая количественный состав раствора.

Концентрацией растворённого вещества называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л), то есть это соотношение неоднородных величин.

Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора) правильно называть долями. Однако на практике для обоих видов выражения состава применяют термин концентрация и говорят о концентрации растворов.

Раствор -- представляет собой однородную гомогенную систему, состоящую из двух и более веществ, одно из которых является растворителем, а другое - растворенным веществом. Раствор может быть насыщенным, т.е. содержать предельное количество растворенного вещества и находиться в состоянии подвижного равновесия.

Массовые доли - отношение массы растворенного вещества к массе раствора (если в процентах, то • 100%).

щ = • 100%

Молярная концентрация - С_М - число молей растворенного вещества в 1 литре раствора.

С_М = = ,

где V - объем (если в задаче не указан объем, то имеется в виду, что он равен 1 литру), М - молярная масса.

Нормальность (нормальная концентрация) - С_н - число эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 литре раствора.

С_н = , где 1экв. - эквивалент вещества (m_э)

Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атома водорода или замещает такое его количество в химических реакциях; определенное количество граммов какого-либо вещества, численно равное его эквиваленту.

Эквивалентная масса = масса одного эквивалента.

Эквивалент вычисляется:

а) эквивалент кислоты равен её молярной массе, деленной на основность (число ионов водорода) кислоты.

б) эквивалент основания равен его молярной массе, деленной на кислотность (число гидроксильных групп) основания.

в) эквивалент соли равен её молярной массе, деленной на сумму зарядов образующих её катионов или анионов.

Закон эквивалента: все вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах.

= для веществ;

С_м1 • V₁ = C_n2 • V₂ для растворов;

Титр - масса вещества в 1 литре раствора.

Титр = = []

Вспомним так же формулу:

m_{раствора} = с • V, где с - плотность вещества.



Задача 3

Дано:

с(р-ра)=1,33г/мл

() =49%, или 0,49

Найти: C() Решение:

1. Чтобы перейти от массовой доли к молярной концентрации, надо рассчитать какую массу имеют 1000 мл раствора:

2. Вычислим массу в этом растворе:

3. Найдём сколько моль содержится в 651,7г:

4. Найдём молярную концентрацию ортофосфорной кислоты в растворе:



5. Найдем эквивалентную концентрацию ортофосфорной кислоты в растворе:

По формуле:

? 20 моль/л Ответ: () = 6,65 моль/л

() ? 20моль/л 4) Коллоидные растворы.

Коллоидные растворы - это высокодисперсные системы, где твердые частицы дисперсной фазы равномерно распределены в жидкой дисперсионной среде.

Строение коллоидных частиц (на примере AgI) - оно объясняет тот факт, что нерастворимое вещество, т.е. осадок, равномерно распределяется во всем объеме.

^{избыток}

Обязательным условием получения коллоидного раствора является избыток одного из реагирующих веществ.

избыток

- ядро коллоидной частицы - ядром мицеллы всегда является нерастворимое соединение.

- потенциалопределяющие ионы - адсорбируются на поверхности ядра (ионы того вещества, которые находятся в избытке).

(Ag⁺ + NO₃^-) - адсорбционный слой - это изменение концентрации вещества на границе раздела фаз.

NO₃^- - противо-ионы - заполняют противоионный и диффузный (подвижный) слои.

Мицелла электронейтральна, а твердая фаза всегда заряжена (ее заряд определяется по заряду потенциалопределяющих ионов).

Золи (нем. sole от лат. solutio -- раствор) -- это ультрамикрогетерогенные дисперсные системы, размер частиц которых лежит в пределе от 1 до 100 нм (10^?9--10^?7м).

В зависимости от дисперсионной среды золи бывают твердыми, аэрозолями (газообразная дисперсионная среда) и лиозолями (жидкая дисперсионная среда). В зависимости от природы среды лиозоли называют гидрозолями (вода), органозолями (органическая среда) или, более конкретно, алкозолями (спирты), этерозолями жиры и др. 3оли занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (суспензиями, эмульсиями). Золи диффундируют медленнее, чем неорганические соли, обладают эффектом светорассеяния (Эффект Тиндаля).

Задача 4

^{избыток}

Ni(OH - ядро коллоидной частицы

- потенциалопределяющие ионы

( + ) - адсорбционный слой

- противо-ионы

Ni(OH + + - твердая фаза

- диффузный слой 5) Реферат. Химия в строительстве.



Роль химии в жизни человека

Химическая промышленность производит десятки тысяч наименований продуктов, многие из которых по технологическим и экономическим характеристикам успешно конкурируют с традиционными материалами, а часть -- являются уникальными по своим параметрам. Химия дает материалы с заранее заданными свойствами, в том числе и такими, которые не встречаются в природе. Подобные материалы позволяют проводить технологические процессы с большими скоростями, температурами, давлениями, в условиях агрессивных сред. Для промышленности химия поставляет такие продукты, как кислоты и щелочи, краски, синтетические волокна и т. п. Для сельского хозяйства химическая промышленность выпускает минеральные удобрения, средства защиты от вредителей, химические добавки и консерванты к кормам для животных. Для домашнего хозяйства и быта химия поставляет моющие средства, краски, аэрозоли и другие продукты.

Химия характерна не только тем, что обеспечивает производство многих необходимых продуктов, материалов, лекарств. Во многих отраслях промышленности и сельскохозяйственного производства широко используются также химические методы обработки: беление, крашение, печатание в текстильной промышленности; обезжиривание, травление, цианирование в машиностроении; кислородное дутье в металлургии; консервация, синтезирование витаминов и аминокислот -- в пищевой и фармацевтической промышленности и т. д. Внедрение химических методов ведет к интенсификации технологических процессов, увеличению выхода полезного вещества, снижению отходов, повышению качества продукции.

Таким образом, химизация, как процесс внедрения химических методов в общественное производство и быт, позволила человеку решить многие технические, экономические и социальные проблемы. Однако масштабность, а нередко и неуправляемость этого процесса обернулась «второй стороной медали». Химия прямо или опосредованно затронула практически все компоненты окружающей среды -- сушу, атмосферу, воду Мирового океана, внедрилась в природные круговороты веществ. В результате этого нарушилось сложившееся в течение миллионов лет равновесие природных процессов на планете, химизация стала заметно отражаться на здоровье самого человека. Получилась ситуация, которую ученые обоснованно именуют химической войной против населения 3емли. За последние 30-40 лет в этой войне пострадали сотни миллионов жителей планеты. Возникла самостоятельная ветвь экологической науки -- химическая экология.

Основными источниками, загрязняющими окружающую среду, кроме собственно химической промышленности, являются металлургия, автомобильный транспорт, тепловые электростанции. Они дают большой объем газообразных отходов, загрязняют водоемы рек и озер сточными водами, используемыми в технологических целях. Газообразные отходы содержат оксиды углерода, серы, азота, соединения свинца, ртути, бензопирен, сероводород и другие вредные вещества. В связи со сжиганием топлива в больших объемах возникла проблема снижения концентрации кислорода и озона в атмосфере, получившая название «кислородного голодания».

К твердым отходам относятся отходы горнодобывающей промышленности, строительный и бытовой мусор. Сточные воды содержат многие неорганические соединения -- ионы ртути, цинка, кадмия, меди, никеля и т. д. Пятая часть вод Мирового океана загрязнена нефтью и нефтепродуктами. Значительный ущерб водоемам вследствие вымывания удобрений из почвы наносят загрязнения, связанные с сельскохозяйственным производством. Вредные вещества из воздуха и воды попадают в почву, в которой накапливаются тяжелые металлы, радиоактивные элементы.

В организм человека вредные вещества попадают через воздух, воду и пищу. Таким образом, человечество, пройдя ряд этапов развития -- от огня костра до термоядерной бомбы, -- в начале XXI века оказалось в условиях, когда в очередной раз встал вопрос о его выживании. Угроза экологической катастрофы требует решительного пересмотра отношений современной «химической» цивилизации и природы в сторону оптимизации этих отношений. Задача заключается в том, чтобы через новые технологии гармонизировать отношения «общество -- природа» таким образом, чтобы компенсаторных возможностей окружающей среды было достаточно для нейтрализации антропогенных воздействий на нее.

Новые технологии по своим параметрам должны приближаться к природным процессам, отличаться от промышленных своей безотходностью или малоотходностью. В безотходном производстве технологический цикл «сырье -- производство -- использование готовое продукта -- вторичное сырье» вписывается в окружающую среду, не нарушая экономического развития. В настоящее время наметились следующие пути решения сложных экологических проблем: комплексная переработка сырья; пересмотр традиционных процессов и схем получения известных продуктов; внедрение бессточных и замкнутых схем водопотребления; очистка выбрасываемых газов; использование промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных и энергетических потоков.

Роль химии в строительном деле

Химия и строительство, две обширные и древние области деятельности человека, в течение многих веков развиваются в тесном контакте, взаимопроникая друг в друга. Можно с уверенностью сказать, что характерная особенность строительства - это быстрое освоение и продуктивное использование всего нового, что появлялось в химической науке. Современное развитие строительства трудно представить себе без использования продукции химической промышленности: применения и внедрения новых конструкционных полимерных материалов, пластических масс, синтетических волокон, каучуков, вяжущих и отделочных веществ и многих других полезных продуктов большой и малой химии. Техника строительства реконструируется по направлению не только интенсификации и модернизации самих процессов строительного производства, но и повышения значимости роли химических и физико-химических процессов. Внедрение таких процессов, как склеивание, сварка, формование, - это результат химизации строительства. Использование быстротвердеющих бетонов и растворов стало возможным после тщательного и продуктивного исследования химических реакций их компонентов. Применение вяжущих веществ совершенствуется в ходе изучения процессов, реализующихся при их твердении. строительство химия полимерный сера

Рассмотрим некоторые важные разделы применения химии в строительстве более подробно.

Химическая термодинамика

Теоретическое обоснование химических проблем, с которыми встречается строитель в практической деятельности, должно основываться на фундаменте физической химии, среди ее методов наиболее важным является химическая термодинамика. Так, химическую термодинамику привлекают для анализа теоретической прочности твердых тел, изучения поверхностных явлений, выполняющих важную роль при решении проблем склеивания, пленкообразования, фазовых и энергетических переходов. Термодинамический анализ позволяет обосновать направление, по которому протекают процессы гидратации минеральных вяжущих, устойчивость гидратных образований, определяющих прочность бетонов. Знание максимального тепловыделения, равно как и его скорости, необходимо при выборе цемента для гидротехнических и иных видов строительства. Без термодинамического анализа трудно оценить процессы коррозии строительных материалов и их защиты. Термодинамика играет важную роль в подведении теоретического фундамента под многочисленными химическими и физико-химическими процессами в строительном производстве.

Термодинамика в применении к химии помогает определить возможность осуществления химических реакций и предел их протекания, выход целевых продуктов того или иного взаимодействия, то есть предельно возможную степень превращения реагентов в продукты реакций и сопровождающие их тепловые эффекты (последние, как правило, относят к стандартным условиям: температуре 298 К и давлению в 101 кПа). Пользуясь первым законом термодинамики, проводят расчеты энергетических балансов химических процессов, а с помощью второго и третьего рассчитывают химические равновесия, используя такие важные термодинамические функции, как свободная энергия, энтальпия и энтропия.

С помощью термохимических расчетов удается определить значения энергии связей между различными атомами. Знание этих величин представляет не только научный, но и практический интерес, поскольку позволяет определить количество энергии, необходимой на разрушение (разрыв) и образование тех или иных химических связей в реакции. Применительно к веществам, которые входят в составы строительных материалов, вслед за известными физикохимиками В.И. Бабушкиным и О.П. Мчедловым-Петросяном, длительное время занимавшихся исследованиями в этой области, можно охарактеризовать средние энергии образующих их связей.

Применение серы в строительстве

Показано, что в области стройиндустрии наиболее перспективно применение серы в качестве вяжущего, добавки к асфальтобетону и пропиточной композиции. Приведены перспективные направления по совершенствованию существующих и созданию новых решений долговечных, химически стойких конструкций из бесцементных серных композиций.

Серные композиты (бетон)

Искусственный композиционный материал, представляющий отформованную затвердевшую смесь, состоящую из серного вяжущего (20-35%) и заполнителей (65-80%). Приготовление смеси и формовку изделий производят при температуре 140-1500 С.

Серные композиции в зависимости от сочетания инертных заполнителей по размерам фракции могут быть изготовлены в виде бетонов, растворов или мастик. По виду заполнителя серные бетоны подразделяют на легкие, тяжелые и особо тяжелые. По структуре серные бетоны могут быть плотные, поризованные, ячеистые и крупнопористые. По цветовой гамме серные бетоны в зависимости от колера красителя могут обладать широким диапазоном цветовых фактур. Подвижность смеси серных бетонов в зависимости от расхода серного вяжущего могут быть литыми, подвижными, малоподвижными, жесткими и особо жесткими.

Способ уплотнения смеси определяется ее подвижностью и может производиться без внешнего воздействия, вибрацией, прессованием, комбинированным воздействием, набрызгом и др. Приготовление и укладку (формовку) смеси серного бетона осуществляют на стандартном и специальном технологическом оборудовании, скомпонованном в технологическую линию. Наиболее близкими по технологическим параметрам и виду технологического оборудования являются асфальтобетонные заводы (АБЗ), которые рекомендуется принимать в качестве базовых. Жизнеспособность смеси серного бетона зависит только от температуры, и при поддержании ее в интервале 130-1500С практически не ограничена. Затвердевшая смесь при повторном нагреве восстанавливает первоначальную подвижность. Изготовлять конструкции и изделия из серного бетона можно в сборном, монолитном или сборно-монолитном вариантах. Твердение смеси серного бетона происходит в процессе остывания горячей смеси, что сопровождается кристаллизацией серного вяжущего на поверхности заполнителей и переходом смеси в твердую структуру. Серные бетоны могут быть использованы при бетонировании зимой (до -400С) и под водой (в пресных и засоленных водоемах).

Наиболее рациональными областями применения серного бетона являются:

§ элементы дорог (основания и покрытия дорог, тротуарная плитка, торцевая шашка, бортовой камень, дорожные плиты и др.);

§ коррозиносостойкие элементы промышленных и сельскохозяйственных зданий (плиты пола, кирпич, футеровочные блоки, сливные лотки, коллекторные кольца, емкости);

§ трубы (канализационные, дренажные, пригрузы трубопроводов);

§ элементы нулевого цикла (фундаментные блоки, балки, сваи);

§ стеновые материалы (кирпич, блоки, плитки, утеплитель);

§ кровельные материалы (черепица, теплоизоляционные плиты, легкие навесы);

§ декоративно-отделочные материалы (отделочные плиты, художественное литье, малые архитектурные формы);

§ конструкции специального назначения (контейнеры для захоронения радиоактивных и химических отходов, экранирующие элементы)

§ составы для выполнения ремонтных и реставрационных работ.

Применение поликарбоната в строительстве

Сегодня поликарбонат в строительстве используется как достойная замена стеклу.

Поликарбонат представляет собой полимер, свойства и стабильность которого позволяют отнести его к пластическим материалам конструктивного класса. Его физико-механические качества остаются неизменными в гораздо более широком, чем у акрила, диапазоне температур (от -45°С до +120°С), а ударная стойкость поликарбоната больше чем у стекла в сотни раз, и больше чем у акрила почти в десять раз. Поликарбонат в строительстве применяется в двух видах - в виде монолитных или структурированных листов различной толщины.

Заводы-изготовители поликарбонатных плит получают готовый исходный материал в виде прозрачных и инертных гранул. В настоящий момент поликарбонатное сырье производится рядом крупных химических корпораций (BAYER, DOW CHEMICAL, GENERAL ELECTRIC и др.), а сам поликарбонат нашел очень широкое применение в самых различных областях человеческой жизнедеятельности - в оптике, электронике, медицине, авиации, связи, строительстве и т.д. В повседневной жизни мы также сталкиваемся с этим материалом - достаточно лишь взять в руки сотовый телефон или современный фотоаппарат, корпуса которых выполнены именно из поликарбоната.

Монолитный поликарбонат в строительстве нашел широкое применение, как в горизонтальных перекрытиях, так и в перекрытиях криволинейной формы, которые получают путем горячего формования. Это различные купола с круглым, квадратным или прямоугольным основанием, протяженные модульные световые фонари с неограниченной длиной и отдельные секции огромных куполов, достигающие 8-10 м в диаметре (легко транспортируемые и собираемые).

Технология горячего формования основана на постепенном повышении температуры в специальной печи с циркуляцией воздуха, где находятся листы монолитного поликарбоната. Затем горячий лист переносится на штамп. Такая технология обеспечивает постоянную толщину получающегося элемента криволинейной формы. Подобные элементы имеют чрезвычайно высокую ударную прочность. В процессе формования эти элементы приобретают ребра жесткости, что делает их пригодными для самонесущих перекрытий и снимает необходимость в применении металлического каркаса (отсутствие мостиков холода и конденсата).

Структурированные же листы (порой именуемые сотовые или ячеистые) - это наиболее распространенный вид применения поликарбоната в строительной индустрии сегодня, в основном используемый именно в горизонтальных либо арочных перекрытиях - крышах, навесах, зенитных фонарях и т.д.

Структурированные поликарбонатные листы производят методом экструзии, при этом происходит плавление гранул и выдавливание полученной массы через особое устройство, форма которого определяет строение и конструкцию листа.

К основным достоинствам таких листов относятся:

§ малый удельный вес (от 1,5 до 3,5 кг/м2);

§ высокие теплоизоляционные свойства (0,36-0,57 м2С/Вт);

§ высокая ударная прочность;

§ высокая несущая способность;

§ прозрачность, гибкость, высокая химическая стойкость и др.

У поликарбоната, как и у каждого материала, есть и некоторые недостатки, на которые необходимо обращать внимание при его использовании. Поликарбонат, как и любой пластический материал, подвержен температурному расширению в большей степени, чем материалы основных, в том числе несущих конструкций. Это свойство требует особого технического решения при проектировании, особенно в плоских покрытиях больших размеров. Возможны также механические повреждения поверхности листов, как и у стекла. Для решения этой проблемы поверхность листов можно обрабатывать специальным покрытием, либо сохранять защитное полиэтиленовое покрытие до окончания монтажа.

Несколько слов следует сказать об еще одной области применения структурированного поликарбоната - это аграрный сектор. Сочетание высокой прозрачности вкупе с достаточно высоким светорассеиванием (исключающим ожоги растений прямыми солнечными лучами), отличной теплоизоляцией и долговечностью делает поликарбонатные панели незаменимым материалом для изготовления крупных промышленных теплиц и парников. Хотя поликарбонат менее чем стекло пропускает ультрафиолетовое излучение, доля проникающего сквозь него ультрафиолета достаточна для нормального развития растений. Оптимальными для такого использования следует признать панели толщиной 8 мм вследствие удачного сочетания цены, пропускающей способности и прочностных качеств. Особо следует отметить, что ряд ведущих фирм-изготовителей предлагает панели со специальным покрытием, которое предотвращает образование капель воды на внутренней стороне панели. А отсутствие конденсата способно заметно повысить общий уровень освещенности внутри теплицы.

Поликарбонатные панели, очевидно, не являются универсальными заменителями стекла или стеклопакетов в любых конструкциях, но, будучи грамотно примененными, безусловно, способны помочь архитекторам в разработке долговечных, комфортабельных, пластически разнообразных зданий и сооружений.

Полимеры в строительстве

Синтетические полимерные материалы стали применять в строительстве сравнительно недавно, не более 50-60 лет, однако они по праву заняли достойное место в этой области из-за своей используемости в конструкционных прочных материалах, применения в качестве связующих, в дорожных покрытиях, тепло- и гидроизоляторов. Важными свойствами синтетических пластмасс являются их химическая стойкость, водонепроницаемость и стойкость к микроорганизмам. Широкое применение в строительных конструкциях получили стекло- и древесные пластики, полимербетоны, пено- и сотопласты как отделочный материал. Несмотря на различные области использования строительных пластмасс, можно сформулировать некоторые основные требования, относящиеся ко всем перечисленным материалам. Прежде всего это высокая долговечность и достаточная механическая прочность. Внимание к этим характеристикам обусловлено тем, что молекулярная решетка принадлежит к самым непрочным, а энергия разрыва связей между атомами в органических соединениях значительно меньше, чем в молекулах большинства неорганических соединений, применяемых в качестве строительных материалов. Этим обусловлена невысокая температура, при которой возможны эксплуатация пластмасс, а также их подверженность процессам окислительной деструкции, приводящим к изменению как физико-химических, так и технических показателей полимерных материалов. Под этим подразумеваются так называемые процессы старения полимерных материалов.

Широкое применение в дорожных покрытиях получили полимерцементные бетоны - затвердевшие смеси цемента и полимера с наполнителями или без них. Как показано выше, составляющие цемента, вступая в химическое взаимодействие с водой, образуют цементный камень, соединяющий частицы наполнителя в монолит. Полимер, будучи равномерно распределен в бетоне, улучшает сцепление цементного камня с наполнителем и отдельных цементных зерен между собой.

На основе бутадиенового и хлоропренового синтетических каучуков были разработаны составы латексцементных бетонов (полимерцементные бетоны, содержащие полимер в виде латекса). Бетоны, содержащие синтетические латексы и эмульсии регенерированного каучука, применяют для изготовления дорожных и аэродромных покрытий. К основным полимерным связующим относят также поливинилацетатные эмульсии, дивинилстирольные, дивинилнитрильные и карбоксилатные латексы и латекс сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом. В качестве стабилизаторов смесей водных дисперсий полимеров с цементом часто используют казеин, кальцинированную соду, поташ, метилцеллюлозу. Роль наполнителей в бетонах могут выполнять кварцевая мука и песок, искусственные пески, крошка известняка и скальных пород.

В последнее время особую популярность приобрели лакокрасочные материалы, а также различные полимерные материалы в качестве разнообразных защитных и декоративных покрытий. Полимерное связующее должно обеспечивать достаточную твердость, необходимую эластичность, повышенную износостойкость и гидравлическую устойчивость. Поэтому направление исследований в этой области связано зачастую с исследованиями кинетики отверждения термопластичных, в частности полиуретанов и феноксисмол, продуктов очистки эпоксидных полимеров, используемых для покрытий.



Заключение

Краткое рассмотрение некоторых вопросов химизации строительства заставляет задуматься о перспективах ее развития: будут ли в дальнейшем интенсивно развиваться процессы внедрения новейших достижений химии в строительное дело, получат ли развитие физико-химические методы контроля качества строительных материалов, как может осуществляться подобное развитие? Оценивая накопленный опыт можно полагать, что достойное место среди конструкционных материалов займут стеклопластики, теплоизоляционные и отделочные полимерные материалы, которые могут значительно изменить как технологию строительства, так и облик сооружений. Введение в строительные материалы и композиции новых типов металл- и элементоорганических низко- и высокомолекулярных соединений может придать свойства негорючести и микробостойкости, сочетания прочности и эластичности. Активнее следует применять изделия из небьющегося стекла, прозрачные материалы и новые клеящие и лакокрасочные композиции с высокой адгезией к бетону и металлу. По-прежнему высок спрос на металлоконструкции, использование прочных и легких сплавов. Сочетание различных неорганических и органических материалов должно привести к созданию новых видов стеклопластиков, бетонов, армированных материалов.

Размещено на Allbest.ru