Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу! Архитектура Биология География Искусство История Информатика Маркетинг Математика Медицина Менеджмент Охрана труда Политика Правоотношение Разное Социология Строительство Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника Основные методы исследования композиционных материалов Физическая химия в дорожном материаловедении программа, методические указания и контрольные задания   для студентов специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» заочной формы обучения     Тюмень, 2009

УДК 541.1:625.731.2:625.885.5 ББК 24.5 П – 32   Пимнева Л.А. Физическая химия в дорожном материаловедении: методические указания и контрольные задания для студентов специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» заочной формы обучения. – 2-е изд., перераб. и доп. – Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2009. – 10 с.   Программа, методические указания и контрольные задания разработаны на основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Физическая химия в дорожном материаловедении» для студентов специальности: 2070205 «Автомобильные дороги и аэродромы» заочной формы обучения.     Рецензент: доцент, к.х.н. Турнаева Е.А.   Тираж 200 экз.     © ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет» © Пимнева Л.А.   Редакционно-издательский центр ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»

Общие Методические указания

Изучение дисциплины «Физическая химия в дорожном материаловедении» преследует цель ознакомить студентов с составом, структурой и свойствами грунтов; рассмотреть типы вяжущих материалов, используемых для закрепления грунтов; явления и процессы, происходящие при закреплении грунтов и получении новых материалов; механизму процессов, происходящих на границе раздела фаз дисперсных систем: твердое тело – газ, твердое тело – жидкость, жидкость – жидкость.

Познание химических процессов в смесях твердых веществ необходимо для развития промышленности строительных материалов: получение заполнителей, составленных вяжущих и композиционных материалов.

Учения о реакциях в смесях кристаллических дисперсных материалов в значительной степени базируется на достижениях теоретической и экспериментальной физики, физической химии и других наук. При этом химическая сторона вопроса, как и физическая, имеет важное значение. Так, при взаимодействии кристаллических веществ химическому взаимодействию неизбежно предшествуют различные физические или физико-химические процессы, без понимания сущности и закономерностей которых невозможно понимание взаимодействия твердых тел и управление этим взаимодействием.

Содержание дисциплины

Происхождение, состав и свойства материалов

Состав материалов. Однородные и неоднородные по составу материалы. Физические и физико-химические связи в твердых материалах: ковалентная, ионная, металлическая, водородная связи; межмолекулярные взаимодействия – электростатического, ориентационного и дисперсионного происхождения. Химические связи в силикатах.

Микроструктура материалов: атомная, ионная, молекулярная, металлическая, кристаллическая. Макроструктура материалов. Классификация макроструктур: по агрегатному состоянию дисперсных систем; по межмолекулярному взаимодействию частиц.

Состав и свойства грунтов

Общие понятия о грунтах. Минералогический состав грунтов: твердая фаза – основные группы минералов; химический состав минералов, их строение и свойства; влияние дисперсных минералов на свойства грунтов; жидкая фаза – вода; классификация воды в грунтах; факторы, влияющие на количество связанной воды; газообразная фаза – растворенные газообразные вещества в грунтах.

Физико-химические явления в грунтах

Грунт – дисперсная система. Поверхностные явления. Химическое строение грунтов. Физико-химические свойства грунтов: адсорбция, коагуляция, пептизация, ионный обмен. Факторы, влияющие на величину сорбции: концентрация ионов, природа катиона и аниона в замещающем комплексе; природа дисперсного материала; температура. Поглощение анионов.

Поверхностно-активные вещества. Структура, свойства и применение.

Формирование структур различных типов: коагуляционной, конденсационной и кристаллической.

Вяжущие материалы

Определение, классификация, общие требования к вяжущим. Неорганические вяжущие материалы воздушного твердения: известь, магнезиальные, гипсовые вяжущие, растворимое стекло. Получение, свойства, механизм твердения.

Неорганические вяжущие водного твердения. Общие представления. Гидравлическая известь. Портландцемент. Химический состав портландцемента. Механизм гидратации цементного вяжущего. Механизм твердения цемента.

Химические добавки и их роль в механизме процесса твердения цементного камня.

Органические вяжущие материалы

Общие сведения. Классификация органических вяжущих. Вяжущие, получаемые переработкой нефти: нефтеполимерные смолы, нефтяной гудрон. Вязкие нефтяные битумы: состав и свойства. Жидкие нефтяные битумы: состав и свойства смол, дегтей и пеков.

Вяжущие, получаемые из торфа: смолы, состав и свойства, применение.

Вяжущие, получаемые из древесины: смолы, древесный и талловый пек. Состав и свойства.

Вяжущие, получаемые из горючих сланцев: сланцевые смолы, дегти, битумы, Фусы. Состав, свойства, применение.

Вяжущие, получаемые из каменного угля: каменноугольные смолы, пек, дегти. Состав, свойства, применение.

Составные и улучшенные вяжущие. Вяжущие на основе сланцевых и синтетических смол промышленного производства. Состав, свойства, применение.

Вяжущие на основе сланцевых фусов и мономеров мочевино-фурфурольной смолы. Свойства, состав, применение. Вяжущие в виде эмульсий.

Твердение вяжущих материалов. Условия твердения вяжущих (неорганических и органических). Отвердители синтетических смол. Механизм замедления твердения органических вяжущих. Способы улучшения свойств вяжущих материалов. Полимерные добавки. Влияние полимерных добавок на свойства нефтяных битумов. Модификация вяжущих: пластификация.

Поверхностно-активные вещества. Структура, свойства и применение.

Укрепление грунтов неорганическими и органическими вяжущими: химические и физико-химические процессы, протекающие в системе грунт – вяжущее. Взаимодействие грунтов с неорганическими вяжущими: реакции ионного обмена, карбонизация и кристаллизация.

Взаимодействие грунтов с органическими вяжущими. Хемосорбционные процессы.

Долговечность, виды разрушения материалов

Общие сведения о долговечности. Классификация коррозии материалов: химическая коррозия.

Разрушение каменных материалов. Коррозия цементного бетона. Разрушение стальной арматуры, влияние газообразных веществ. Разрушение асфальтобетона. Старение битумов.

Основные методы исследования композиционных материалов

Общие сведения, классификация методов. Сущность методов: метод инфракрасной спектроскопии, рентгенографический метод, термографический, калориметрические и магнитоскопические методы.

Сущность и цели применения следующих методов: ядерно-физических, микроскопических и электронномикроскопических, сорбционных методов; методы определения смачиваемости.

ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА КУРСА

Неорганическая химия. Химический элемент. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Классификация элементов: металлы, неметаллы. Типы химической связи: ионная, ковалентная, металлическая. Ионы. Полярные и неполярные молекулы. Классификация химических соединений: оксиды, кислоты, основания и соли, их свойства.

Органическая химия. Углерод. Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова. Изомерия. Природа химических связей в молекулах органических соединений. Гомологический ряд предельных (алканов) и непредельных (алкенов, алкинов, ароматических) углеводородов. Карбоновые кислоты. Сложные эфиры. Амины. Аминокислоты. Высокомолекулярные соединения (полимеры). Получение реакциями полимеризации и поликонденсации.

Грунты. Общие понятия о грунтах как дисперсных многофазных системах. Физические свойства грунтов: физико-химическая природа, гидрофильность, пластичность, набухание и усадка, размокание и липкость. Прочностные и деформационные свойства грунтов.

Литература

1. Безрук В.М. Укрепление грунтов. – М.: Транспорт, 1965.

2. Безрук В.М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве. – М.: Транспорт, 1971.

3.Белик В.В., Киенская К.И. Физическая и коллоидная химия. – Издательский центр «Академия», 2005.

4.Зонтаг Г., Штренге К. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем. – Л.: Стройиздат, 1973.

5.Князев Д.А., Смарыгин С.Н. Неорганическая химия, – М.: Высшая школа, 1990.

6.Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов. – М.: Высшая школа, 1989.

7.Общая химия в формулах, определениях, схемах: Учеб. пособие под ред. В.Ф. Тикановый. – Минск: 1996.

8.Платонов А.П., Першин М.Н. Композиционные материалы на основе грунтов. – М.: Химия, 1987.

9.Платонов А.П. Основы материаловедения в дорожном и аэродромном строительстве. – Л.: ЛИСИ, 1991.

10.Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. – М.: Стройиздат, 1973.

Контрольные задания

В процессе изучения курса студент должен выполнить контрольную работу. Контрольная работа является формой методической помощи студентам при изучении курса.

Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена; для замечаний рецензента надо оставить широкие поля, писать четко и ясно. В конце работы следует дать список использованной литературы с указанием года издания.

Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рекомендуется и не зачисляется как сданная.

Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера студенческого билет (шифра). Например, номер студенческого билета 928031, две последние цифры 31, им и соответствует вариант контрольного задания 31.

Таблица вариантов контрольных заданий

Контрольное задание 1

Состав материалов

1. Состав материалов. Однородные и неоднородные материалы. Чем определяются свойства материалов.

2. Какие типы химических связей характерны для однородных материалов?

3. Какие типы химических связей характерны для неоднородных материалов?

4. Какую химическую связь называют ковалентной? Чем объясняется направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей объясняет строение молекул?

5. Какую ковалентную связь называют полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи?

6. Какую химическую связь называют водородной? Между молекулами каких веществ она образуется?

7. Какую химическую связь называют ионной? Каков механизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличаются ее от ковалентной? Приведите примеры типичных ионных соединений. Напишите уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.

8. Какие силы молекулярного взаимодействия называют ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают эти силы и какова их природа?

9. Что понимается под структурой материала? Дайте определение микроструктуры. Типы микроструктур.

10. Макроструктура материала. Какие различают типы дисперсных систем? Приведите примеры типов дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и среды.

11. Какие типы макроструктур образуются при контакте частиц твердых фаз по П.А. Ребиндеру?

Контрольное задание 2

Состав и свойства грунтов

12. Общие представления о грунтах. Классификация грунтовых частиц в зависимости от их размера. Классификация глинистых грунтов по показателю пластичности.

13. Минералогический и химический состав твердой фазы грунта. Строение и свойства минералов грунта.

14. Жидкая фаза грунта. Классификация связанной воды по П.А. Ребиндеру. Какие факторы влияют на количество связанной воды.

15. Газообразная фаза грунтов. Какие газообразные вещества содержатся в грунтах? Чем объясняется различное содержание газообразных веществ в грунтах?

16. Грунт – дисперсная система. Рассмотреть химическое строение грунтов с точки зрения коллоидных систем.

17. Поверхностные явления. Адсорбция. Явления адсорбции на поверхности раздела твердое вещество – газ. Уравнение Фрейндлиха.

18. Явления адсорбции на поверхности раздела твердое вещество – раствор. Уравнение Ленгмюра.

19. Явление адсорбции на поверхности раздела жидкость – газ. Поверхностное натяжение. Уравнение Гиббса.

20. Поверхностно-активные вещества. Классификация их по величине молекулярного веса, возможности диссоциации.

21. Каков механизм диссоциации поверхностно-активных веществ.

22. Строение, свойства, применение для изменения физико-химических свойств грунтов.

23. Понятие коллоидных систем. Строение коллоидных частиц грунта.

24. Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных систем.

25. Гидрофильность и гидрофобность коллоидных систем.

26. Коагуляция коллоидных систем. Порог коагуляции. Взаимная коагуляция.

27. Пептизация.

28. Обменные реакции грунтов. Ионный обмен. Поглощение катионов.

29. Обменные реакции грунтов. Поглощение анионов. Хемосорбционные процессы.

30. Факторы, влияющие на величину адсорбции: концентрация ионов, природа катиона и аниона в замещающем комплексе, природа дисперсного материала, температура.

31. Адгезия, когезия и аутогезия.

Контрольное задание 3

Вяжущие материалы

32. Что называется вяжущими материалами? Классификация вяжущих материалов по природе и по физическому состоянию.

33. Вяжущие материалы. Классификация вяжущих материалов по типу структуры и по характеру процессов твердения.

34. Воздушная известь. Получение, свойства и применение. Механизм твердения.

35. Что такое магнезиальные вяжущие? Получение и применение. Механизм твердения.

36. Гипсовые вяжущие. Получение, свойства и применение. Механизм твердения.

37. Растворимое (или жидкое) стекло. Получение, свойства и применение. Механизм твердения.

38. Портландцемент. Химический и минералогический состав портландцемента. Взаимодействие минералов с водой. Чем определяется активность минералов по отношению к воде?

39. Портландцемент. Взаимодействие минералов с водой. Механизм твердения.

40. Органические вяжущие материалы. Общие сведения. Классификация органических вяжущих материалов.

41. Вяжущие, получаемые переработкой нефти: смолы, гудрон. Состав, свойства, применение.

42. Нефтяные битумы. Состав, свойства, применение.

43. Вяжущие, получаемые из горючих сланцев: сланцевые смолы, дегти, битумы, фусы. Состав, свойства, применение.

44. Вяжущие, получаемые из каменного угля: каменноугольные смолы, пек, дегти. Состав, свойства и применение.

45. Вяжущие, получаемые из древесины: древесные смолы, пек. Состав, свойства и применение.

46. Синтетические вяжущие материалы. Способы получения. Сущность процессов полимеризации и поликонденсации.

47. Карбамидные (или мочевино-формальдегидные) смолы. Состав и свойства.

48. Фенолальдегидные смолы. Состав и свойства.

49. Составленные и улучшенные вяжущие. Состав и свойства.

50. Твердение вяжущих материалов. Условия твердения неорганических и органических вяжущих.

51. Условия твердения органических вяжущих. Отвердители синтетических смол.

52. Механизм замедления твердения органических вяжущих.

53. Химические и физико-химические процессы, протекающие при закреплении грунта известь.

54. Химические и физико-химические процессы, протекающие при закреплении грунта портландцементом.

55. Химические и физико-химические процессы, протекающие при закреплении грунта органическими вяжущими.

Контрольное задание 4