Электронное строение атома. Расположение структурных элементов в таблице Менделеева

• Название: Электронное строение атома. Расположение структурных элементов в таблице Менделеева
• Анкор: Stroitelnye_materialy_Otvety_1-97.docx
• Дата: 05.05.2017
• Размер: 0.65 Mb.
• Имя файла: Stroitelnye_materialy_Otvety_1-97.docx
• Тип: Документы; #7107
• страница: 3 из 15

Прочность-способность материала сопротивляться внутренним напряжениям в материале, возникшим под действием внешних сил (при сжатии, при изгибе, при скалывании). Она часто характеризуется маркой. Марка совпадает по величине с пределом прочности при сжатии. Марка-гарантированная прочность.

Твердость-способность материала сопротивляться внедрению в него более твердого тела.

Вязкость-способность материала сопротивляться действию механических нагрузок

Упругость-свойство материала восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузок. Упругая деформация полностью исчезает после прекращения действия внешней силы, поэтому ее принято называть обратимой.

Пластичность-способность материала изменять свои размеры и форму под действием внешних сил не разрушаясь. Пластическую или остаточную деформацию, не исчезающую после снятия нагрузки, называют необратимой.

Хрупкость-свойство разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций.

Механические свойства материала характеризуются диаграммой деформации, построенной на основании результатов испытания в координатах «напряжение - относительная деформация». Относительная деформация = отношению абсолютной деформации ∆lк первоначальному линейному размеру lтела.

3. 
   Гидротехнические. По отношению к воде (растворимость, смачиваемость(гидрофильные(бетон, стекло, керамика), гидрофобные(битум, дегти, синтетические полимерные смолы)), капиллярное всасывание, сорбция(адсорбция, десорбция и хемосорбция), гигроскопичность).
   
4. 
   Теплотехнические. По отношению к действию высоких температур(термостойкость, огнеупорность, жаростойкость, огнестойкость, теплопроводность)
   
5. 
   Химические. Все материалы по составу: металлические и неметаллические(органические(древесина, пластмасса; масла, смолы, синтетические и природные полимеры) и неорганические(бетоны, стекла и т.д.; силикаты, оксида, гидроксиды, карбонаты, сульфаты, алюминаты, алюминоселикаты)
   
6. 
   Изоляционные.
   

- теплопроводность,

- прочность на сжатие - прочность материала под действием нагрузки,

- эластичность, упругость - способность материала сгибаться, не ломаясь, и восстанавливать первоначальную форму при установке в конструкцию,

- условия монтажа - рекомендуемые производителем способы установки данного материала.

7. 
   Обеспечивающие долговечность.
   

13. Средняя и истинная плотности материалов. Способы их определения.

Средняя плотность-масса единицы объема материала в естественном состоянии с пустотами и порами (ƿ₀=).

Определение средней плотности производят по образцам правильной и неправильной геометрической формы. Образцы правильной геометрической формы после просушивания взвешивают, а их объем определяют путем замера линейных размеров образца. Образцы неправильной формы после их просушивания взвешивают, а объем определяют по объему жидкости, вытесненной образцом, или потерей в массе материала при погружении его в воду (гидростатическое взвешивание).

Истинная плотность-масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, лишенном пустот и пор (ƿ_и=). Для вычисления истинной плотности материал измельчают в порошок с размером зерна мельче самой тонкой поры.

Определение истинной плотности проводят с помощью стандартного объемомера или прибора Ле-Шателье (рис. 3.1)

В объемомер наливают воду до нижней риски (до расширения на колбе). Подготовленную пробу материала массой 70 г (тг) осторожно пересыпают в объемомер до тех пор, пока уровень воды не поднимется до верхней риски (после расширения на колбе).

Важно обеспечить стандартную температуру воды 20°С (равную температуре градуирования прибора) и контролировать отсутствие вовлеченного воздуха внутри колбы.

Объем засыпанного порошка равен объему расширенной части объемомера между рисками (20 см3). Масса порошка, засыпанного в объемомер (m=m1-m2), определяется после взвешивания оставшейся части порошка (m2). Масса навесок определяется с точностью до 0,1г.

Используя формулу определяют истинную плотность исследуемого порошкообразного материала.

14. Структурная пористость материалов: виды пор, способы определения, влияние на свойства материалов.

Пористость-степень заполнения материала порами. Обычно ее расчитывают из средней и истиной плотности.

П_и=(1-)·100%.

Поры бывают: замкнутые, тупиковые, открытые, каппилярные, тупиковые сложной конфигурации. Открытая пористость П₀равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой, к объему материала V_е:

П₀=· ;m1 и m2-масса образца в сухом и насыщенном водой состоянии.

Степень заполнения открытых пор водой зависит от условий проведения эксперимента и выражается еще двумя видами пористости – водопоглощением и водонасыщением.

Водопоглощение вычисляется по разнице масс образца в сухом состоянии и после 48 часов выдерживания в воде при атмосферном давлении. Иными словами водопоглощение – объем воды, поглощаемой материалом при нормальном давлении. При этом часть открытых тупиковых пор для воды недоступны.
(по массе)

(по объему)
Wпогл – водопоглощение %

m0 – масса сухого образца г

m1 – масса образца после 48 часов нахождения в воде, г

V – объем образца

Открытые поры могут сообщаться между собой и с окружающей средой посредством капилляров, поэтому они заполняются водой при обычных условиях насыщения, например при погружении образцов материала в ванну с водой.

Закрытая пористость равна:

П₃=П-П₀

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры--сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность. Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Для точных измерений объема пор используют сжиженный гелий, при этом учитывают его сверхтекучесть и способность проникать в тонкие поры. Зная объем материала в естественном состоянии V_еи определив объем заключающихся в нем пор, находят объем, занимаемый веществом :V_a=V_e-V_п.

Действительный объем открытых пор определяется водонасыщением при кипячении образца материала в воде или при вакуумировании в установке.

При одинаковом объеме пор наилучшими техническими свойствами обладают мелкозернистые материалы с замкнутыми равномерно распределенными порами. Материалы с открытыми порами способны заполняться водой. Капиллярно-пористая структура является причиной капиллярного подсоса и гигроскопичности, т.е. такие материалы подсасывают воду из грунта и поглощают ее из воздуха.
15. Растворимость веществ: ее значение на формирование строительных материалов и их долговечность.

Растворимость - свойство растворяться в воде и др. растворителях (бензине, керосине, скипидаре, спирте), т.е. способность веществ образовывать молекулярные и ионные дисперсии в соответствующих средах. Характеризуется количеством растворенного вещества (г) в литре растворителя. Растворимость существенным образом зависит от температуры, увеличиваясь с ее возрастанием.

Растворимость веществ влияет на долговечность материалов, снижая ее (примеры: коррозия цементного камня и бетона); неводостойкость строительных растворов на глине и извести; пониженная водостойкость силикатного кирпича.

В тоже время растворимость участвует в процессе формирования новых материалов. С растворимости начинается формирование камней на основе минеральных вяжущих веществ.

16. Гидрофильность и гидрофобность веществ. Их влияние на область применения материалов и их долговечность. Олеофильность и олеофобность веществ.

Смачиваемость поверхности зерен определяет возможность их использования в условиях контакта с соответсвующими жидкостями. Чаще всего приходится иметь дело с водной средой. В этом случае применимы термины: гидрофильность - способность смачиваться водой (вода в виде тонкой пленки распределяется по поверхности зерен вещества) и гидрофобность - явление, когда вода не растекается по поверхности зерен, а концентрируется на ней в виде капель. Аналогично этому применительно к маслам используют термины - олеофильность, олеофобность.

Многие вещества по-разному наделены этими свойствами. Одни - только гидрофильны, другие - только олеофобны, некоторые занимают промежуточное положение - они и гидрофильны и олеофобны. Например, в бетонах вещества цементной связки - гидрофильны, а вещество заполнителя скорее олеофобно, чем гидрофильно. И если под действием воды связка между заполнителем и цементным камнем не нарушается, то под действием масла такое явление может иметь место. Если через бетон начинается фильтрование масла (так иногда бывает в металлообрабатывающих цехах), то масла вытесняют воду, вследствие чего связь между заполнителем и цементным камнем нарушается - бетон теряет значительную часть своей прочности.

17. Адсорбционная способность веществ : сущность, влияние на долговечность материалов. Гигроскопичность.

Сорбция - (от лат. sorbeo - поглощаю), поглощение твердым телом или жидкостью различных веществ (жидкостей либо газов) из окружающей среды.

Различают:

• адсорбцию - повышение концентрации вещества вблизи поверхности раздела фаз, т.е сорбция на поверхности (рис 3.8);

• абсорбцию - процесс, когда поглощение, начавшееся на поверхности, распространяется в глубь поглотителя;

• хемосорбцию – поглощение сопровождается химическим взаимодействием поглощаемого вещества с веществом поглотителем.

Для строительного материаловедения интересна адсорбция тонкой пленки воды на поверхности металлов или частиц раствора каменными материалами.

Адсорбция обусловлена наличием адсорбционных сил, имеющих различную природу. Принято различать межмолекулярные (Ван-дер-Ваальсовые) и химические (ионные, ковалентные) силы у атомов и молекул, находящихся на поверхности.

Вещество, способное поглощать (адсорбировать) другое вещество на своей поверхности, называется адсорбентом. Адсорбирующие вещество называется адсорбтивом.Многие вещества обладают адсорбционной способностью к воде, что часто приводит к снижению механической прочности, к их набуханию и усушке, к пластическим деформациям твердых тел и т.д. С адсорбцией связаны: гигроскопичность - способность веществ изменять свою влажность в зависимости от влажной среды; размягченность - потери прочности при увлажнении; набухание и усушка.

Гигроскопичность – это свойство материала поглощать влагу из парогазовой смеси (из влажного воздуха). Гигроскопическая влага по состоянию ее в материале может быть разделена на адсорбционно-связанную, удерживаемую на поверхности частиц материала сорбционными силами, и капиллярную, находящуюся в микропорах материала.

Количественно гигроскопичность материала можно охарактеризовать отношением массы влаги, поглощенной образцом из воздуха к массе сухого образца.

Сорбционная влажность в сочетании с эталонной, капиллярной пористостью и гидрофильностью материалов вызывает явление капиллярного всасывания.

18. Изменение веществ при нагревании, влияние на свойства материалов.

При нагревании межионные расстояния увеличиваются, силы ионов ослабевают, свойства вещества изменяются и оно переходит из твердого в жидкое состояние.

Коэффициент термического расширения (КГР) при нагревании вещество увеличивается в объеме. У каждого вещества свой коэффициент термического расширения. При значительной температуре разности его для веществ, составляющих материал, возникают значительные внутренние напряжения, ослабляющие связь между зернами. Это иногда приводик к разрушению материала.Пример: крупнозернистый финский красный гранит, разрущающийся при переменном действии температур, за что прозван "рапакиви" (гнилой камень). А мелко зернистые граниты отличаются долговечностью. Силикатный кирпич нельзя применять при высокой температуре из-за несовместимости КТР, составляющих вещесво.

Отношение материала к действию высоких температур.

В некоторых специальных конструкциях материалы подвергаются действию высоких температур, иногда резко меняющихся по величине во времени. В результате материал растрескивается или размягчается и прочность его снижается. Причины потери прочности в этом случае: разница в коэффициентах термического расширения входящих в материал веществ, плавление на некоторых компонентов (легкоплавкие эвтектики) полиморфные превращения.В этих случаях к материалам предъявляются требования, обозначаемые как термостойкость, огнеупорность, деформация под нагрузкой при высоких температурах

19. Объемные и линейные температурные деформации. Термостойкость.

Термостойкость-способность материала выдержать резкие температуры (смены) не разрушаясь. Характеризуется количеством теплосмен до критической потери массы и прочности.ТЕРМОСТОЙКОСТЬ – способность материала выдерживать резкие смены температур, не разрушаясь. Характеризуется количеством теплосмен, т.е. циклов попеременного нагревания образцов до 800 град С (1000° С) и охлаждении их в воде или на воздухе. О термостойкости образцов в этом случае судят по состоянию образцов и потери их в массе. Пример, термостойких материалов: кремнеземистое стекло, жаростойкие бетоны. Огнеупорная керамика.
20. Огнеупорность и огнестойкость материалов. Пути их повышения.

Огнеупорность-свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры (от 1580°С и выше), не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей. Определяется с помощью конусов Зегера.

По огнеупорности делятся на : высокоогнеупорные (деформируются при температуре 1800°) ; огнеупорные (1580°-1800°) ; тугоплавкие (1350°-1580°) ; легкоплавкие(˃1350°)

Огнестойкость-свойство материала сопротивляться действию огня при пожаре в течение определенного времени. Она зависит от сгораемости материала, т.е. от его способности воспламеняться и гореть.

По огнестойкости: трудносгораемые(композиты, некоторые полимеры) ; несгораемые( керамика, бетон, металлы) ; сгораемые (древесина).

Однако необходимо учитывать, что некоторые несгораемые материалы при пожаре растрескиваются (гранит) или сильно деформируются (металлы) при температуре, начиная с 600°С. Поэтому конструкции из подобных материалов нередко приходится защищать более огнестойкими материалами.

Сгораемые органические материалы, которые горят открытым пламенем, необходимо защищать от возгорания. Широко используют конструктивные меры, исключающие непосредственное воздействие огня на материал в условиях пожара. Применяют защитные вещества-антипирены.

Антипирены — химические препараты, предохраняющие древесину и материалы на ее основе от воздействия огня.

Существуют следующие общедоступные методы повышения огнестойкости строительных конструкций и материалов:

1.Пропитка материалов и конструкций антипиренами.

2.Покрытие поверхности специальными огнезащитными красками (толщина слоя защитного покрытия до 200 мкм).

3.Обмазка огнезащитными пастами (огнестойкой мастикой и герметиками) и огнезащитной штукатуркой слоем, толщиной до 2-х см.

4.Облицовка огнестойкими обоями

5.Защита строительных конструкций жесткими экранами: огнестойкими плитами, панелями, щитами и др

Очень популярны метод повышения огнеупорности – обработка конструкций и материалов специальными веществами, которые называются антипирены. Антипирены должны иметь дующие свойства:

1.Препятствовать горению и тлению защищаемого материала;

2.Не вызывать коррозию металлических конструкций;

3.Не влиять (не повышать) на гигроскопичные свойства деревянных конструкций;

4.Не являться ядовитыми для людей и животных;

5.Не влиять на финишные покрытия, нанесенные на обработанный ими (антипиренами) материал;

6.Обеспечивать биостойкость пропитанного ими материала (самостоятельно или в комплексе с растворами антисептиков);

7.Не затруднять механическую обработку материала;

8.Не влиять на другие свойства пропитываемого материала;

9.Сохранять защитные свойства в течение длительного срока.