Аппаратурные средства изучения строительных материалов реферат

Обновлено: 05.07.2024

С древних времен человек строит себе жилье для защиты от непогоды, стараясь создать для себя максимальный комфорт и уют. Выбор материалов для конструкций стен, окон, крыш и других элементов во многом определяется климатом той местности, где возводится дом.

Содержание

Глава 1. Новые строительные технологии
1.1. Теплоотражающие стекла
1.2. Прозрачная теплоизоляция
1.3. Материалы с изменяющейся прозрачностью
1.4. Светоуправляющие оптические элементы
Глава 2. Новые отделочные материалы
2.1. Внутренняя отделка
2.2. Наружная отделка
Список использованных источников

Глава 1. Новые строительные технологии

На протяжении всей истории строительства – вплоть до последнего десятилетия – самой уязвимой частью зданий с точки зрения теплоизоляции были окна, или, говоря техническим языком, светопрозрачные ограждающие конструкции. Их особенностью является то, что они выполняют две противоположные функции: с одной стороны, они должны пропускать в помещения как можно больше света, а с другой стороны, они должны защищать от холода, ветра, дождя…

Удорожание энергоносителей и, как следствие этого, стремление к их экономии стало побудительным мотивом многочисленных исследований в сфере строительных технологий. Усилия лучших научных центров Европы и Америки были направлены в последние десятилетия на решение этой проблемы, в научные разработки было инвестировано огромное количество средств. Причем основной акцент исследований был сделан именно на светопрозрачных конструкциях, как на наиболее теплотехнически слабых элементах зданий. И если говорить о прогрессе в области строительных технологий, то самые впечатляющие открытия сделаны именно в этом направлении.

На сегодняшний день развитие технологий достигло такого уровня, что через окна и стеклянные фасады можно больше получать энергии и тепла от солнца, чем терять.

Какими же будут технологии ХХI века? О некоторых из них рассказ в нашей статье.

1.1. Теплоотражающие стекла

Конструкция стеклопакета в его первоначальном виде – два простых оконных стекла с осушенным воздухом между ними – в настоящее время не соответствует европейским нормативам по теплоизоляции и является вчерашним днем. В России в ряде регионов тоже приняты уже более жесткие нормативы, практически соответствующие европейским, общероссийские находятся в стадии согласования и утверждения Гостроем.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

В современном европейском строительстве применяются для стеклопакетов стекла с теплоотражающими покрытиями.

Физические основы процесса сбережения тепла в эффективных стеклопакетах таковы.

Тепловой поток через стеклопакеты состоит из трех частей:

Лучистый теплообмен между стеклами (инфракрасное излучение);
Теплопроводность газа между стеклами (теплопередача);
Конвекция газа между стеклами (движение и перемешивание газа).

На лучистую составляющую теплового потока приходится 2/3 переносимого тепла, и только 1/3 – на два других фактора! Этой особенностью и воспользовались ученые. С помощью нанесения на стекла тончайших металлических покрытий они научились направлять лучистую составляющую теплового потока обратно, внутрь помещения.

Поверхность стекла с селективным покрытием должна быть в стеклопакете третьей по счету со стороны улицы – только при таком расположении оно имеет реальный смысл. Теплоотражающее покрытие имеет малую прочность на истирание, но стекло, установленное покрытием внутрь пакета, не надо подвергать очистке, так как благодаря герметичности стеклопакета стекло не загрязняется со стороны межстекольного пространства.

Потеря прозрачности (светопропускания) стеклопакета с теплоотражающим стеклом по сравнению с обычным составляют всего 5-7%, в то время как при использовании двухкамерных стеклопакетов (с тремя стеклами) их прозрачность уменьшается на 21,5%!

Однако только лишь селективное покрытие теплотехнические качества стеклопакета улучшает незначительно, так как возрастает разница температур между внутренним и наружным стеклом, что увеличивает конвекцию воздуха внутри стеклопакета, и, соответственно, потери тепла. Но если стеклопакет с теплоотражающим стеклом наполнен инертным газом, например, аргоном, то такой стеклопакет держит тепло уже лучше, чем стены в наших типовых панельных домах!

Нужна помощь в написании реферата?

Теплоотражающие стекла получают в результате нанесения на поверхность стекла тонких пленок из металлов и оксидов металлов распылением, химическим осаждением, электрохимической обработкой или термическим разложением. В Европе, где стекла с селективным напылением стали стандартом, в промышленности выпускаются стекла с теплоотражающими покрытиями из золота, серебра, никеля, меди, алюминия, хрома, титана и их оксидов. Наилучшими теплоотражающими свойствами обладают стекла с покрытием из золота, но из-за их высокой стоимости они не получили широкого применения. Очень эффективно использование теплоотражающих стекол с окисно-металлическими покрытиями.

В России производство таких стекол начато в Москве и С.-Петербурге.

1.2. Прозрачная теплоизоляция

Во всяком ином доме это было бы наоборот. Но у Вильгельма Шталя в г.Фрайбурге наружные стены дома теплые, а внутренние – прохладные. Ученый–физик живет в доме, который отапливается только солнцем, светом и воздухом. Это происходит без капли нефти, газа или электрического тока. Одной из волшебных формул этого дома является TWD (transperente Waermedaemmung), или прозрачная теплоизоляция (ПТИ).

Понятие ПТИ включает в себя обширную группу светопрозрачных материалов, например, акриловую пену, капиллярное стекло, сотовый поликарбонат. Кроме прозрачности, общими свойствами этих материалов являются: пористая или трубчатая структура – они примерно на 95% состоят из воздуха, благодаря чему они обладают великолепной теплоизоляцией; очень мелкий размер пор, из-за чего в них практически отсутствует конвекция воздуха; и эти материалы непрозрачны для теплового излучения. Слой такого материала толщиной 20мм в 3 раза лучше сохраняет тепло, чем толстая кирпичная стена толщиной 510мм традиционного российского дома!

Наилучшими свойствами обладают материалы, называемые аэрогелями, в частности, силикагель – материал на основе кремниевой кислоты. Этот материал был изобретен немецким ученым Кистлером в 1931 году, однако практическое применение он получил лишь в последние годы. Размер микропор в силикагеле намного меньше длины волны видимого света, и вследствии малого рассеивания образцы толщиной 12мм на 10% прозрачнее, чем двухслойное остекление! На просвет силикагель имеет чуть желтоватый оттенок.

Исходя из технологии производства и ради избежания загрязнений ПТИ заключают между двумя стеклами в рамах из различных материалов, то есть, по сути дела, в стеклопакет. Используется в строительстве ПТИ двояким образом.

Нужна помощь в написании реферата?

Еще одним из экспериментальных объектов, на которых была проверена ПТИ была Паул–Робертсон–школа в Лейпциге. Проведенные измерения показали, что после реконструкции школы с ее утеплением, прозрачной теплоизоляцией расходы на отопление снизились от 225кВТчас/м2 до 58кВТчас/м2, что означает уменьшение потерь энергии на 70%.

Второй вариант использования ПТИ – наружные стены, сочетающие в себе обычные окна и ПТИ, что значительно увеличивает их светопропускание. Многих наших туристов на Западе вводят в заблуждение кристаллы зданий, когда все наружные стены кажутся состоящими из стекла. На самом деле, как правило, это – навесные стеклянные фасады, за которыми скрываются массивные стены с окнами обычного размера. И лишь ПТИ дает реальную возможность без ущерба для сохранения тепла и теплового комфорта людей делать стены практически полностью прозрачными, открывая архитекторам новые, неизвестные ранее возможности.

1.3. Материалы с изменяющейся прозрачностью

Для защиты помещений от яркого солнечного света и от перегрева можно использовать материалы с изменяющейся светопрозрачностью. Такие материалы изменяют свои свойства под воздействием света (фотохромные), тепла (термохромные) или электрического поля (электрохромные).

Одним из новейших материалов этого рода является гель TALD, разработанный в институте строительной физики в Штутгарте. TALD является термохромным материалом и основан на органических метериалах.

Тонкий слой (0,3мм) TALD размещается между двумя стеклами. В зависимости от температуры нагрева стекла под воздействием солнечных лучей материал переходит из прозрачного состояния в непрозрачное: чем выше температура, тем больше в материале выстраивается молекулярных цепочек, размер которых больше длины световой волны и которые не пропускают свет. При уменьшении температуры материал возвращается снова в прозрачное состояние. В прозрачном состоянии TALD пропускает 80% солнечной радиации, в непрозрачном эта величина снижается до 10-40%.

При использовании таких материалов отпадает необходимость использования в зданиях затеняющих устройств. Большое преимущество имеют материалы с изменяющейся прозрачностью по сравнению с тонированными солнцезащитными стеклами, которые значительно уменьшают светопропускание и не обладают способностью к саморегуляции.

1.4. Светоуправляющие оптические элементы

Окна неравномерно распределяют свет в помещениях. Чем дальше от окна находится рабочее место, тем меньше света оно получает. При пасмурной погоде в глубине комнат недостаточно света, а при солнце возникает слепящая игра света и тени.

Решением этой проблемы занялись ученые из Института Света и Строительной техники (ILB) в Кельне.

Нужна помощь в написании реферата?

Они разработали систему, которая способна успешно решить проблему. Неравномерность освещения в значительной мере может быть устранена с помощью светоуправляющих оптических элементов. Они представляют собой определенным образом изогнутые тонкие полоски из акрилового или гидрокарбонатного стекла, которые располагаются внутри стеклопакетов в верхней части окна. Эти элементы перенаправляют рассеянный и солнечный цвет из зенита в глубину помещения и на потолок. В подвесном потолке монтируются отражательные элементы, которые имеют специальную рассеивающую структуру из микро-пирамидок. Ослепления солнечным светом при этой системе никогда не наступает, так как отражение лучей отводит их от уровня глаз и рассеивает благодаря отражающим устройствам на на потолке.

Верхняя светоуправляющая часть окна никогда не затеняется солнцезащитными устройствами, в то время как нижние части окон оборудуется затенением, которым, при необходимости, можно воспользоваться.

Уже осуществленные на практике дома со светоуправляющими голлограммами в Кельне показали полную правильность теоретических выкладок исследователей. Качество и продолжительность естественного освещения стали значительно лучше, помещения глубиной более 7м не требовали искусственного освещения. Ощущение комфорта и работоспособность сотрудников офиса ощутимо улучшились. Замеренный в условиях Германии расход электроэнергии на освещение уменьшился по сравнению с обычными окнами на 80%!

В настоящее время ученые ведут разработку интегрированных систем естественного и искусственного освещения, когда светоуправляющие голлограммы будут автоматически дополняться искусственным светом при уменьшении естественной освещенности в помещениях.

Все чаще и чаще в Европе, когда речь идет о современных строительных технологиях, используется новый термин: интеллегентные строительные системы. Под этими словами ученые и инженеры понимают энергоэффективные, саморегулирующиеся, автоматические системы.

Сегодня в Европе нет сомнений в том, что будущее в строительстве принадлежит именно интеллегентным системам.

Хотелось бы только, чтобы это будущее как можно скорее пришло и к нам, в Россию.

Глава 2. Новые отделочные материалы

2.1. Внутренняя отделка

Нужна помощь в написании реферата?

Мы же, как и обещали вам раньше, шагнем немного вперед и подробно рассмотрим отделочный материал следующего поколения — стекломагнезитовый лист (СМЛ).

СМЛ — продукт, который за короткое время практически вытеснил гипсокартон в США и с азиатских рынков. В Японии, Китае, Южной Корее, США 70 % всех отделочных работ выполнено с применением СМЛ, и только 30 — с применением традиционного гипсокартона. СМЛ огнеупорен, обладает низкой теплопроводностью, морозостоек и водонепроницаем, не боится ударов и выдерживает значительные нагрузки. Все компоненты СМЛ экологически безвредны и не выделяют токсичных веществ. Листы не подвергаются поражению плесневого грибка и гниению. Не воспринимают воздействие кислот и щелочей.

Обе стороны СМЛ рабочие, причем одна из сторон гладкая, другая же по структуре напоминает очень мелкую рогожку.

Технические характеристики СМЛ:

Звукоизоляция — даже 6мм СМЛ гасит наружный звук в 2 раза. Коэффициент звукоизоляции 44 Дб (у ГКЛ 35 Дб);
Влагонепроницаемость — не теряет своих свойств после 100 дней полного погружения в воду;
СМЛ на 40% легче ГКЛ;
Огнеупорность 1200°C. Класс горючести А (ГОСТ 30244);
Теплоизоляция. Коэффициент теплопроводности в 6 раз ниже, чем у ГКЛ ( 0,21 против 1,45 у ГКЛ);
Прочность и гибкость. Прочность на изгиб в сухом состоянии 16 Мра, во влажном 22 Мра (у ГКЛ — 2 в сухом и 0,1 во влажном). Прочность и гибкость превосходит все стеновые материалы;
Лист не меняет геометрических размеров при изменении наружной температуры. СМЛ можно монтировать при любой температуре;
Легкость и удобство в работе — нет аналогов. Легко сверлится, режится ножом, прибивается пневмопистолетом;
СМЛ можно применять как для внутренних, так и для наружних работ.

Почему мы применяем СМЛ и рекомендуем это вам? Потому что СМЛ:

2.2. Наружная отделка

О доме судят, как и о человеке — по одежде. С первого взгляда, конечно. С течением времени, когда мы узнаем людей или дома, мы понимаем, что внутри, но это будет потом. А пока мы поговорим о фасаде дома.

Нужна помощь в написании реферата?

Так, как любая стеновая конструкция (кроме кирпичной) должна закончиться теплоизоляционным материалом, в нашем случае пенополистиролом, безусловно, напрашивается самый распространенный и достаточно не дорогой способ облицовки фасада — штукатурка. Мы все видим ее с детства на множестве различных зданий, но с приходом новых строительных технологий на смену старым, штукатурка стала иметь несколько другую внутреннюю структуру, нежели ранее. Хотя внешний вид ее от этого не изменился.

Существует несколько методов оштукатуривания фасадов с пенополистирольным покрытием. Самый распространенный из них — штукатурка по пластиковой сетке. Суть ее в том, что на пенополистиольную поверхность посредством клеевой массы фиксируется капроновая мелкоячеистая сетка, специально изготовленная для этих целей, затем поверх производится непосредственно оштукатуривание и декоративная покраска. Технология достаточно простая, к тому же очень хорошо отработана мировым лидером в данном направлении — компанией КНАУФ.

Несущая стена (строительное основание)
Клеевой слой (КНАУФ — Севенер)
Цокольный опорный профиль
Дюбель для крепления цокольного профиля
Утеплитель
Защитный слой (КНАУФ — Севенер) армированный стеклосеткой
Дюбель для крепления плит утеплителя
Грунтовка КНАУФ — Изогрунд
Декоративный – защитный слой (КНАУФ — Диамант)

Для получении полной информации вы можете перейти на сайт КНАУФ здесь.

Стоимость такой штукатурки колеблется от 600 до 1000 руб., в зависимости от качества используемых материалов и уровня специалистов, выполняющих работы. Что, безусловно, вполне естественно. После окончания фасадных работ мы получаем дом с подобным внешним видом:

Отделка фасада СМЛ

ФЦП — совершенное решение фасадов зданий любого назначения. Он относится к категории навесных фасадов, как например, американский виниловый сайдинг, с таким бумом используемый с 1995 года, навесные керамогранитные или металлопластиковые панели, пришедшие на российский рынок несколько лет спустя. Но, безусловно, ФЦП — революционное решение фасадов настоящего и будущего, так как технические характеристики этих панелей позволяют получить фасад с совершенно новыми характеристиками. Итак, что же такое — ФЦП?

Нужна помощь в написании реферата?

ФЦП — это размерная панель, изготовленная из цемента на волокнистой основе, имеющая снаружи более 1000 вариантов текстурных и цветовых решений, дающих Вам возможность создать совершенно оригинальный фасад не уступающий по художественной ценности фасаду из дорогих природных материалов.

Плиты ФЦП закаляются в специальных автоклавах. Такую же обработку проходит многослойное декоративное покрытие. В результате поверхность плит приобретает очень высокую стойкость к выцветанию. Гарантия неизменности цвета для большинства панелей достигает 25 лет.

Поверхность ФЦП обладает очень высокой стойкостью к воздействию фазовых переходов воды. Пониженная чувствительность покрытия объясняется наличием в его составе пластичных микрогранул, которые пассируют давление льда в микротрещинах. И тем самым препятствуют разрушению декоративной поверхности плиты.

Одним из достижений разработчиков покрытия ФЦП является свойство отторжения поверхностного загрязнения. Практически любая грязь (пыль, сажа) смывается с декоративной поверхности ФЦП обычным дождем. Некоторые виды плит обладают фотокерамическим эффектом, который отторгает с поверхности даже мазут.

Наличие дополнительных элементов, улучшающих качество монтажа и внешний вид фасада (угловые элементы, скобы, герметик, корректировочная краска, разделительные, стартовые и завершающие планки, декоративные элементы) позволят вам реализовать на вашем фасаде любые ваши замыслы с высочайшим качеством работ.

Список использованных источников

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Институт физики и химии

Кафедра физической химии

Реферат по дисциплине Химия строительных материалов,

Выполнил студент 4-го курса,

специальности ХФиММ: Кутюшев Д. Р.

Проверил преподаватель: Арасланкин С. В.

Человечество в течение всего своего развития, использует в своей деятельности законы химии и физики, для решения разнообразных задач и удовлетворения множества потребностей.

В древние времена этот процесс шел двумя различными путями: осознанно, исходя из накопленного опыта или случайно. К ярким примерам осознанного применения законов химии относятся: скисание молока, и его последующие применение для приготовления сырных продуктов, сметаны и прочего; брожение некоторых семян, к примеру, хмеля и последующие изготовление пивоваренных продуктов; брожение соков различных плодов (главным образом, винограда, который содержит большое количество сахара), в итоге давало винные продукты, уксус.

Революцией в жизни человечества стало открытие огня. Люди стали применять огонь для приготовления еды, для термической обработки глиняных изделий, для работы с различными металлами, для получения древесного угля и много другого.

Используя физико-химические методы, изучают физические явления, которые возникают при протекании химических реакциях. К примеру, в колориметрическом методе измеряют интенсивность окраски в зависимости от концентрации вещества, в кондуктометрическом методе измеряют изменение электрической проводимости растворов, оптические методы используют связь между оптическими свойствами системы и ее составом.

Физико-химические методы исследование применяют и для комплексного изучения строительных материалов. Использование таких методов позволяет углубленно изучать состав, структуру и свойства строительных материалов и изделий. Диагностика же состава, структуры и свойств материала на разных этапах его изготовления и эксплуатации позволяет разрабатывать прогрессивные ресурсосберегающие и энергосберегающие технологии [ Галузо, Г.С. Методы исследования строительных материалов: учебно-методическое пособие / Г.С. Галузо, В.А. Богдан, О.Г. Галузо, В.И. Коважнкова. – Минск: БНТУ, 2008. – 227 с. ].

1. Классификация физико-химических методов исследования

Физико-химические методы исследования опираются на тесную связь физических характеристик материала (к примеру, способности поглощать свет, электропроводимости и прочих) и структурной организации материала с точки зрения химии. Бывает так, что из физико-химических методов, как отдельную группу выделяют чисто физические методики исследования, показывая таким образом, что в физико-химических методиках рассматривается некая химическая реакция, в отличие от чисто физических. Данные методы исследования, довольно часто называют инструментальными, потому что они предполагают использование различных измерительных аппаратов. Инструментальные методики исследований, как правило, обладают своей собственной теоретической базой, эта база расходится с теоретической базой химических исследований (титриметрических и гравиметрических). Основанием ей послужило взаимодействие вещества с разнообразными энергиями.

В ходе физико-химических исследований, чтобы получить необходимые данные о составе, структурной организации вещества, экспериментальную пробу подвергают влиянию какой-нибудь энергии. В зависимости от разновидности энергии в веществах изменяются энергетические состояния составляющих его частиц (молекул, ионов, атомов). Это выражается в изменении некоторого определенного набора характеристик (к примеру, цвета, магнитных свойств и прочих). В результате регистрации перемены характеристик вещества, получают данные о качественном и количественном составе исследуемой пробы, либо данные о ее структуре.

По разновидности воздействующих энергий и исследуемых характеристик, физико-химические методы исследования разделяют ниже приведенным способом.

Таблица 1. Классификация физико-химических методов

Кроме приведенных в данной таблице, имеется довольно много частных физико-химических методик, которые не подходят под такую классификацию. На деле наиболее активно используются оптические, хроматографические и потенциометрические методики исследования характеристик, состав и структуры пробы [ Галузо, Г.С. Методы исследования строительных материалов: учебно-методическое пособие / Г.С. Галузо, В.А. Богдан, О.Г. Галузо, В.И. Коважнкова. – Минск: БНТУ, 2008. – 227 с. ].

2. Методы термического анализа

Термический анализ активно используется для изучения различных стройматериалов – минеральных и органических, натуральных и синтетических. Его использование помогает выявить присутствие в материале той или иной фазы, определить реакции взаимодействия, разложения и, в исключительных случаях, получить сведения о количественном составе кристаллической фазы. Возможность получения информации о фазовом составе высокодисперсных и скрытокристаллических полиминеральных смесей без деления на полиминеральные фракции является одним из главных достоинств методики. Термические методы исследования основываются на правилах постоянства химического состава и физических характеристиках вещества, в конкретных условиях, а кроме прочего на законах соответствия и характеристичности.

Закон соответствия говорит о том, что к любому фазовому изменению пробы можно соотнести конкретный термический эффект.

А закон характеристичности гласит о том, что термические эффекты индивидуальны для каждого химического вещества.

Основная идея термического анализа состоит в исследовании преобразований, которые протекают в условиях повышения температурных показателей в системах веществ или конкретных соединениях при разнообразных физических и химических процессах, по сопутствующим им термическим эффектам.

Физические процессы, как правило, основаны на преобразовании структурного строения, либо агрегатного состояния системы при ее постоянном химическом составе.

Химические процессы ведут к преобразованию химического состава системы. К таким принадлежит непосредственно дегидратация, диссоциация, окисление, реакция обмена и прочие.

Изначально термические кривые для известняковых и глинистых пород были получены французским ученым химиком Анри Луи Ле Шателье в 1886 – 1887 годах. В России одним из первых методику термических исследований стал изучать академик Н.С. Курнаков (в 1904 году). Обновленные модификации пирометра Курнакова (аппарат для автоматической записи кривых нагревания и охлаждения) и по сей день применяются в большинстве исследовательских лабораторий. Относительно исследуемых характеристик в результате нагревания или охлаждения выделяют такие методы термического анализа: дифференциально-термический анализ (ДТА) – определяется изменение энергии исследуемого образца; термогравиметрия – изменяется масса; дилатометрия – изменяется объемы; газоволюметрия – изменяется состав газовой фазы; электропроводность – изменяется электрическое сопротивление.

В ходе термических исследований можно параллельно применять сразу несколько способов изучения, каждый из которых фиксирует перемены энергии, массы, объема и прочих характеристик. Всеобъемлющее исследование характеристик системы в процессе нагрева, помогает более подробно и более тщательно изучить основы происходящих в ней процессов.

Одним из самых главных и широко применяемых методов является дифференциально-термический анализ.

Колебания температурных характеристик вещества можно выявить при его последовательном нагреве. Так, тигель заполняют экспериментальным материалом (пробой), помещают его в электрическую печь, которая нагревается, и начинают снимать температурные показатели исследуемой системы при помощи простейшей термопары, соединенной с гальванометром.

На данном схематичном изображении показана пара обыкновенных термопар, которые соединены друг с другом одноименными концами, образующими, так называемый холодный спай. Остальные два конца присоединяются к аппарату, который позволяет зафиксировать преобразования в цепи электродвижущей силы (ЭДС), появляющиеся в результате повышения температуры горячих спаев термопары. Один горячий спай располагается в изучаемом образце, а второй – в эталонном веществе сравнения.

Рисунок 1. Схематичное изображение дифференциальной и простой термопары: 1 – электрическая печь; 2 – блок; 3 – изучаемый экспериментальный образец; 4 – вещество сравнения (эталон); 5 – горячий спай термопары; 6 – холодный спай термопары; 7 – гальванометр для фиксации кривой ДТА; 8 – гальванометр для фиксации температурной кривой.

Если же для изучаемой системы частыми являются какие-нибудь преобразования, которые связаны с поглощением или выделением тепловой энергии, то его показатель температуры в данный момент может быть намного больше или меньше, по сравнению с эталонным веществом сравнения. Данная температурная разница ведет к возникновению различию по значению ЭДС и, как следствие, к отклонению кривой ДТА вверх или вниз от нуля, либо базисной черты. Нулевой называется линия, параллельная оси абсцисс и проведенная через начало хода кривой ДТА, это можно видеть на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема простой и дифференциальной (ДТА) температурных кривых.

На самом деле нередко после завершения какого-нибудь термического преобразования кривая ДТА не возвращается к нулевой линии, а продолжает идти параллельно ей или под неким углом. Данная линия имеет название – базисная линия. Это расхождение базисной и нулевой линии объясняется разными теплофизическими характеристиками изучаемой системы веществ и эталонного вещества сравнения [ Макарова, И.А. Физико-химические методы исследования строительных материалов: учебное пособие / И.А. Макарова, Н.А. Лохова. – Братск: Из-во БрГУ, 2011. – 139 с. ].

3. Методы рентгенофазового анализа

Рентгенографические методы исследования стройматериалов основаны на экспериментах, в которых применяется рентгеновское излучение. Данный класс исследований активно используют для изучения минералогического состава сырья и конечных продуктов, фазовых преобразований в веществе на различных этапах их переработки в готовую к использованию продукцию и в ходе эксплуатации, а кроме прочего для выявления характера структурного строения кристаллической решетки.

Методику рентгенографических исследований, применяемую для определения параметров элементарной ячейки вещества, называют рентгеноструктурной методикой. Методика же, которой придерживаются в ходе изучения фазовых превращений и минералогического состава веществ, носит название рентгенофазового анализа. Методы рентгенофазового анализа (РФА) имеют большое значение при изучении минеральных стройматериалов. По итогам рентгенофазовых исследований получают информацию, о наличие кристаллических фаз, и их количества в образце. Из этого следует, что существует количественный и качественный методы анализа.

Предназначение качественного рентгенофазового анализа, это получение информации о природе кристаллической фазы, изучаемого вещества. Методы базируются на том, что каждый конкретный кристаллический материал имеет определенную рентгенограмму со своим собственным набором дифракционных максимумов. В наше время существуют достоверные рентгенографические данные о большинстве известных человеку кристаллических веществ.

Задачей количественного состава, является получение информации о количестве конкретных фаз в полифазных поликристаллических веществах, он основывается на зависимости интенсивности дифракционных максимумов от процентного содержания исследуемой фазы. При повышении количества какой-либо фазы ее интенсивность отражений становится больше. Но для полифазных веществ зависимость между интенсивностью и количеством этой фазы неоднозначна, так как величина интенсивности отражения данной фазы зависит не только от ее процентного содержания, а также от значения μ, которое характеризует то, на сколько, ослабляется рентгеновский пучок в результате прохождении сквозь исследуемый материал. Это значение ослабления изучаемого материала зависит от значений ослабления и количества прочих фаз, которые также входят в его состав. Из этого следует что, каждая методика количественного анализа должна как то учитывать воздействие показателя ослабления, в результате изменения состава образцов, который нарушает прямую пропорциональность между количеством этой фазы и степени интенсивности ее дифракционного отражения [ Макарова, И.А. Физико-химические методы исследования строительных материалов: учебное пособие / И.А. Макарова, Н.А. Лохова. – Братск: Из-во БрГУ, 2011. – 139 с. ].

Варианты получения рентгенограмм разделяют, исходя из метода регистрации излучения на фотографические и дифрактометрические. Использование методов первого вида подразумевает фоторегистрацию рентгеновского излучения, под влиянием которого наблюдают потемнение фотоэмульсии. Дифрактометрические методы получения рентгенограмм, которые реализуются в дифрактометрах, отличаются с фотографическими методами тем, что дифракционная картина получается последовательно с течением времени [ Пиндюк, Т.Ф. Методы исследования строительных материалов: методические указания к лабораторным работам / Т.Ф. Пиндюк, И.Л. Чулкова. – Омск: СибАДИ, 2011. – 60 с. ].

4. Методы изучения пористой структуры

Стройматериалы обладают разнородным и довольно сложным строением. Несмотря на разновидность и происхождение материалов (бетоны, силикатные материалы, керамика) в их структуре постоянно имеются разнообразные поры.

Основное воздействие на размеры и структуру пористых образований оказывают свойства исходного сырья, состав смеси, технологический процесс производства. Самыми главными характеристиками являются гранулометрический состав, объем связки, процент влажности в исходном сырье, методы формования конечной продукции, условия образования итоговой структуры (спекание, сплавление, гидратация и прочие). Сильное влияние на структуру пористых образований оказывают специализированные добавки, так называемые модификаторы. К ним принадлежат, к примеру, топливные и выгорающие добавки, которые вводят в состав шихты в процессе производства керамических продуктов, а кроме этого ПАВ, их применяют как в керамике, так и в материалах на основе цемента. Поры различаются не только одними размерами, но еще и формой, а создаваемые ими капиллярные каналы обладают переменным сечением по всей своей длине. Все поровые образования классифицируются на закрытые и открытые, а также каналообразующие и тупиковые.

Структура пористых стройматериалов характеризуется совокупностью всех разновидностей пор. Пористые образования могут быть хаотично расположены внутри вещества, а могут иметь некий порядок.

Поровые каналы обладают очень сложным строением. Замкнутые поры отрезаны от открытых пор и никак не связаны друг с другом и с внешней средой. Этот класс пор, является непроницаемым для газообразных веществ и жидкостей и в результате этого не принадлежит к опасным. Открытые же каналообразующие и тупиковые пористые образования водная среда может без труда заполнить. Их заполнение протекает по различным схемам и зависит главным образом, от площади поперечного сечения и длины поровых каналов. В результате обыкновенного насыщения не все пористые каналы могут заполниться водой, к примеру, самые маленькие поры размером меньше 0,12 мкм так и не заполняются из-за присутствия в них воздушной среды. Большие пористые образования очень быстро заполняются, но зато в воздушной среде, в результате невысокого значения капиллярных сил, вода в них плохо удерживается.

Поглощенный веществом объем воды, зависит от размеров пористых образований и от адсорбционных характеристик непосредственно самого материала.

Для определения связи между пористой структурой и физико-химическими характеристиками материала мало знать лишь общее значение объема пористых образований. Общая пористость не обусловливает структуру вещества, здесь важную роль играет принцип распределения пор по размерам и наличие пористых образований конкретного размера.

Геометрические и структурные показатели пористости стройматериалов отличаются как на микроуровне, так и на макроуровне. Г.И. Горчаковым и Э.Г. Мурадовым была разработана экспериментально-расчетная методика для выявления общей и групповой пористости бетонных материалов. Основа методики заключается в том, что в ходе эксперимента определяют уровень гидратации цемента в бетоне при помощи количественного рентгеновского исследования или приблизительно по объему связанной цементным вяжущем воды ω, не испарившейся при сушке под температурой 150 ºС: α = ω/ ω _max .

Объем связанной воды при полной гидратации цемента располагается в интервале 0,25 – 0,30 (к массе не прокаленного цемента).

Потом при помощи формул из таблицы 1 высчитывают пористость бетона в зависимости от уровня гидратации цемента, его расхода в бетоне и количества воды [ Макарова, И.А. Физико-химические методы исследования строительных материалов: учебное пособие / И.А. Макарова, Н.А. Лохова. – Братск: Из-во БрГУ, 2011. – 139 с. ].

Таблица 1. Формулы для определения пористости бетона (пористость в долях от объема бетона) [ Макарова, И.А. Физико-химические методы исследования строительных материалов: учебное пособие / И.А. Макарова, Н.А. Лохова. – Братск: Из-во БрГУ, 2011. – 139 с. ].

Особенность применения акустического метода для оценки однородности материала конструкций. Анализ ультразвуковых и звуковых частотных диапазонов. Проведение дефектоскопии эхо-импульсным способом. Суть радиационной методики неразрушающего контроля.

Подобные документы

Анализ структуры строительных конструкций как открытых сложных динамичных систем. Выделение структурных параметров по степени их влияния на безопасную работу материала конструкций в условиях воздействия среды. Целевое назначение отдельных элементов.

статья, добавлен 24.01.2020

Выбор строительного материала для изготовления конструкции и отделки помещения. Необходимость экологической оценки и классификации строительных материалов. Проявление негативных воздействий от насыщения жилища электробытовыми приборами и оборудованием.

статья, добавлен 24.05.2018

Научные принципы проектирования составов искусственных конгломератов. Основные механические свойства дорожно-строительных материалов. Определение зернового состава песка. Механические методы неразрушающего контроля при изучении прочности бетона.

контрольная работа, добавлен 15.02.2014

Обзор программных комплексов для расчетов строительных сооружений. Сущность метода конечных элементов, позволяющего оценить напряженно-деформированное состояние конструкций и спрогнозировать ее поведение. Технические возможности оценки их огнестойкости.

статья, добавлен 09.03.2021

Свойства и виды полимерных композиционные материалы, их главные достоинства и сферы применения. Характеристика и причины возникнования дефектов стеклопластиковой арматуры. Преимущества ультразвуковых методов контроля прочности строительных конструкций.

статья, добавлен 21.12.2019

Изложение последовательности определения допусков размера строительных материалов (образцы цилиндрической формы), изделий конструкций с помощью инструментальных методов (непосредственной оценки; сравнения с мерой; противопоставления; дифференциальный).

лабораторная работа, добавлен 21.02.2014

Экспериментальная оценка взаимосвязи интенсивности гигромеханических процессов со структурными характеристиками материала. Анализ влияния параметров порового пространства строительных материалов на интенсивность взаимодействия с водяным паром и водой.

статья, добавлен 15.02.2020

Изучение технологии органических и неорганических (минеральных) теплоизоляционных и акустических материалов. Их использование для изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов. Изделия из минеральной ваты и стекловолокна.

реферат, добавлен 20.06.2014

Разработка методики оптимального проектирования строительных конструкций с точки зрения обеспечения заданной вероятности их функционирования. Использование стохастических моделей загружения строительных конструкций при внешнем сейсмическом воздействии.

статья, добавлен 30.04.2018

Метод определения огнезащитной эффективности для древесины и материалов на ее основе. Соответствие фактических пределов огнестойкости основных строительных конструкций здания противопожарным требованиям. Определение фактической степени огнестойкости.

Физико-химические методы анализа - это методы, в которых анализируемые вещества подвергают химическим превращениям, а анализируемый сигнал является физической величиной, зависящей от концентрации определённого компонента. Химические превращения способствуют выделению, связыванию анализируемого компонента или переводу его в форму, легко поддающуюся идентификации. Таким образом, детектируемая среда образуется в ходе самого анализа.

Почти во всех физико-химических методах анализа применяются два основных методических приёма: метод прямых измерений и метод титрования (метод косвенных измерений).

Содержание

Прямые и косвенные методы проведения изменений. Метод градуировочного графика, молярного свойства и добавок. Ограничения применимости методов. 3
Потенциометрия: теоретические основы, узлы прибора для потенциометрического титрования (водородный электрод, хлорсеребряный электрод – принцип действия). 10

Вложенные файлы: 1 файл

Вариант 10.docx

Саратовский Государственный Технический Университет

Строительно - Архитектурно - Дорожный Институт

Контрольная работа по дисциплине:

Саратов 2012

Прямые и косвенные методы проведения изменений. Метод градуировочного графика, молярного свойства и добавок. Ограничения применимости методов. 3
Потенциометрия: теоретические основы, узлы прибора для потенциометрического титрования (водородный электрод, хлорсеребряный электрод – принцип действия). 10

Список литературы. 16

Прямые и косвенные методы проведения измерений. Метод градуировочного графика, молярного свойства и добавок. Ограничения применимости методов.

Физико-химические методы анализа - это методы, в которых анализируемые вещества подвергают химическим превращениям, а анализируемый сигнал является физической величиной, зависящей от концентрации определённого компонента. Химические превращения способствуют выделению, связыванию анализируемого компонента или переводу его в форму, легко поддающуюся идентификации. Таким образом, детектируемая среда образуется в ходе самого анализа.

Прямые методы

При прямых измерениях используется зависимость аналитического сигнала от природы анализируемого вещества и его концентрации. В спектроскопии, например, длина волны спектральной линии, определяет свойство природы вещества, а количественной характеристикой является интенсивность спектральной линии.

Поэтому, при проведении качественного анализа фиксируют сигнал, а при проведении количественного анализа - измеряют интенсивность сигнала.

Между интенсивностью сигнала и концентрацией вещества всегда существует зависимость, которая может быть представлена выражением:

где: I — интенсивность аналитического сигнала;

С — концентрация вещества.

В аналитической практике наибольшее распространение получили следующие методы прямого количественного определения:

1) метод градуировочного графика;

2) метод молярного свойства;

3) метод добавок.

Все они основаны на использовании стандартных образцов или стандартных растворов.

Метод градуировочного графика.

В соответствии с законом Бугера - Ламберта - Бера график зависимости оптической плотности от концентрации должен быть линейным и проходить через начало координат.

Готовят серию стандартных растворов различной концентрации и измеряют оптическую плотность в одинаковых условиях. Для повышения точности определения число точек на графике должно быть не меньше трех - четырех. Затем определяют оптическую плотность исследуемого раствора А_х и по графику находят соответствующее ей значение концентрации С_х (рис.1.).

Интервал концентраций стандартных растворов подбирают таким образом, чтобы концентрация исследуемого раствора соответствовала примерно середине этого интервала.

Метод является наиболее распространенным в фотометрии. Основные ограничения метода связаны с трудоемким процессом приготовления эталонных растворов и необходимостью учитывать влияние посторонних компонентов в исследуемом растворе. Чаще всего метод применяется для проведения серийных анализов.

Рис.1. Градуировочный график зависимости оптической плотности от концентрации.

В этом методе измеряется интенсивность аналитического сигнала I у нескольких стандартных образцов и строится градуировочный график обычно в координатах I = f(с), где с – концентрация определяемого компонента в стандартном образце. Затем в этих же условиях измеряется интенсивность сигнала у анализируемой пробы и по градуировочному графику находится концентрация анализируемого вещества.

Если градуировочный график описывается уравнением y = b•C, то он может быть построен по одному эталону, а прямая будет выходить из начала координат. В этом случае измеряются аналитические сигналы для одного стандартного образца и пробы. Далее рассчитываются погрешности, и строится корректирующий график.

Если градуировочный график строится по уравнению y = a + b•C, то необходимо использовать как минимум два эталона. Реально для уменьшения погрешности используются от двух до пяти эталонов.

Интервал концентраций на градуировочном графике должен охватывать предполагаемую область анализируемых концентраций, а состав стандартного образца или раствора должен быть близок к составу анализируемого. На практике это условие редко достигается, поэтому желательно иметь широкий набор стандартных образцов разнообразного состава.

В уравнении прямой y = a + b•C величина b характеризует наклон прямой и называется коэффициентом инструментальной чувствительности. Чем больше b , тем больше наклон графика и тем меньше погрешность определения концентрации.

Может применяться и более сложная зависимость, кроме того, перевод функций в логарифмические координаты позволяет ослабить влияние побочных процессов и предотвращает появление ошибки.

Градуировочный график должен строиться непосредственно перед измерениями, однако в аналитических лабораториях при выполнении серийных анализов используют постоянный, заранее полученный график. В этом случае необходимо проводить периодические проверки правильности результатов анализов во времени. Частота контроля зависит от величины серии проб. Так, для серии из 100 проб выполняют один контрольный анализ на каждые 15 проб.

Метод молярного свойства.

Здесь также измеряется интенсивность аналитического сигнала (I = Ac) у нескольких стандартных образцов и рассчитывается молярное свойство А, т.е. интенсивность аналитического сигнала, пропорциональная 1 моль вещества: А = I/c_ст..

Или рассчитывается среднее молярное свойство по выражению:

где: Ā – среднее молярное свойство;

n_i – количество измерений i-х стандартных образцов;

I – интенсивность сигнала;

Затем в тех же условиях измеряется интенсивность сигнала у анализируемой пробы и по соотношению с_х = I/A рассчитывается концентрация анализируемого компонента.

Метод предполагает соблюдение соотношения I = Ac.

Метод добавок.

Когда состав пробы неизвестен или о нём имеется недостаточно данных, а также когда отсутствуют адекватные стандартные образцы, применяется метод добавок. Он позволяет в значительной степени устранить систематические погрешности, когда существует несоответствие между составом эталонов и проб.

Метод добавок основан на введении в серию одинаковых по массе и объёму проб анализируемого раствора (А_х) точно известного количества определяемого компонента (а) с известной концентрацией (С_а). При этом измеряется интенсивность аналитического сигнала пробы до введения ( I_x ) и после введения дополнительного компонента (I_х+а).

Этот метод применяют для анализа сложных растворов, т. к. он позволяет автоматически учитывать влияние посторонних компонентов анализируемого образца. Сначала измеряют оптическую плотность исследуемого раствора с неизвестной концентрацией

Затем в анализируемый раствор добавляют известное количество стандартного раствора определяемого компонента (С_ст) и измеряют оптическую плотность А _х+ст :

Для повышения точности добавку стандартного раствора определяемого компонента делают дважды и полученный результат усредняют.

Концентрацию анализируемого вещества в методе добавок можно найти графическим путем (рис.2.).

Рис.2. Градуировочный график для определения концентрации вещества по методу добавок.

Последнее уравнение показывает, что если строить график А_х+ст как функции С_ст, то получится прямая, экстраполяция которой до пересечения с осью абсцисс дает отрезок, равный - С_х. Действительно, при А_х+ст= 0 из этого же уравнения следует, что - С_ст = С_х.

Следовательно, в этом методе сначала измеряют интенсивность аналитического сигнала пробы I_x, затем в пробу вводится известный объем стандартного раствора до концентрации с_ст _. и снова измеряется интенсивность сигнала I_x+ст., следовательно

Метод также предполагает соблюдение соотношения I = Ac.

Число проб с добавками переменных количеств определяемого компонента может варьироваться в широких пределах.

Метод косвенных измерений

Косвенные измерения применяются при титровании анализируемой пробы кондуктометрическим, потенциометрическим и некоторыми другими методами.

В этих методах в процессе титрования измеряется интенсивность аналитического сигнала - I и строится кривая титрования в координатах I - V, где V - объем добавляемого титранта в мл.

По кривой титрования находится точка эквивалентности и проводится расчет, по соответствующим аналитическим выражениям:

Q в-ва = Т г/мл · Vмл(экв)

Виды кривых титрования весьма многообразны, они зависят от метода титрования (кондуктометрическое, потенциометрическое, фотометрическое и т.д.), а также от интенсивности аналитического сигнала, зависящего от отдельных влияющих факторов.

Потенциометрия: теоретические основы, узлы прибора для потенциометрического титрования (водородный электрод, хлорсеребряный электрод – принцип действия).

Электрохимические методы анализа - это совокупность методов качественного и количественного анализа, основанных на электрохимических явлениях, происходящих в исследуемой среде или на границе раздела фаз и связанных с изменением структуры, химического состава или концентрации анализируемого вещества. Включают следующие основные группы: кондуктометрию, потенциометрию, вольтамперометрию, кулонометрию.

Потенциометрия

Потенциометрический метод анализа основан на измерении электродных потенциалов и электродвижущих сил в растворах электролитов.

Различают прямую потенциометрию и потенциометрическое титрование.

Прямая потенциометрия используется для непосредственного определения активности (a) ионов в растворе при условии обратимости электродного процесса (т.е. протекающего на поверхности электрода). Если известны индивидуальные коэффициенты активности компонентов (f), то можно определить непосредственно концентрацию (с) компонента: . Метод прямой потенциометрии надёжен благодаря отсутствию диффузионного потенциала в растворе, искажающего результаты анализа (диффузионный потенциал связан с разностью концентраций определяемого компонента на поверхности электрода и в объёме раствора).

Читайте также: