Ludzkość przez cały swój rozwój wykorzystuje prawa chemii i fizyki w swoich działaniach, aby rozwiązywać różne problemy i zaspokajać wiele potrzeb.

W starożytności proces ten przebiegał na dwa różne sposoby: świadomie, w oparciu o nagromadzone doświadczenie lub przypadkowo. Żywe przykłady świadomego stosowania praw chemii obejmują: kwaśne mleko i jego późniejsze wykorzystanie do przygotowania produktów serowych, śmietany i innych rzeczy; fermentacja niektórych nasion, na przykład chmielu, a następnie produkcja produktów piwowarskich; fermentacja soków z różnych owoców (głównie winogron, które zawierają dużą ilość cukru), w efekcie dała produkty winiarskie, ocet.

Odkrycie ognia było rewolucją w życiu ludzkości. Ludzie zaczęli używać ognia do gotowania, obróbki cieplnej wyrobów glinianych, obróbki różnych metali, produkcji węgla drzewnego i wielu innych.

Z biegiem czasu ludzie potrzebują bardziej funkcjonalnych materiałów i opartych na nich produktów. Ich wiedza z zakresu chemii miała ogromny wpływ na rozwiązanie tego problemu. Chemia odegrała szczególnie ważną rolę w produkcji substancji czystych i ultraczystych. Jeśli w produkcji nowych materiałów pierwsze miejsce zajmują procesy fizyczne i oparte na nich technologie, to syntezę ultraczystych substancji z reguły łatwiej przeprowadza się za pomocą reakcji chemicznych [

Wykorzystując metody fizykochemiczne badają zjawiska fizyczne zachodzące w trakcie reakcji chemicznych. Na przykład w metodzie kolorymetrycznej intensywność barwy mierzy się w zależności od stężenia substancji, w metodzie konduktometrycznej mierzy się zmianę przewodności elektrycznej roztworów, a metody optyczne wykorzystują zależność między właściwościami optycznymi system i jego skład.

Do kompleksowego badania materiałów budowlanych wykorzystywane są również fizykochemiczne metody badawcze. Zastosowanie takich metod pozwala dogłębnie zbadać skład, strukturę i właściwości materiałów i produktów budowlanych. Diagnostyka składu, struktury i właściwości materiału na różnych etapach jego wytwarzania i eksploatacji umożliwia opracowywanie postępowych technologii oszczędzających zasoby i energię [

W artykule przedstawiono ogólną klasyfikację fizycznych i chemicznych metod badania materiałów budowlanych (termografia, dyfrakcja rentgenowska, mikroskopia optyczna, mikroskopia elektronowa, atomowa spektroskopia emisyjna, molekularna spektroskopia absorpcyjna, kolorymetria, potencjometria) oraz bardziej szczegółowo omówiono takie metody, jak: termiczna. i rentgenowskiej analizy fazowej, a także metod badania struktury porowatej [ Podręcznik budowniczego [Zasoby elektroniczne] // Ministerstwo Budownictwa Miejskiego i Wiejskiego Białoruskiej SRR. URL: www.bibliotekar.ru/spravochnick-104-stroymaterialy.html].

1. Klasyfikacja fizycznych i chemicznych metod badawczych

Fizyczne i chemiczne metody badawcze opierają się na ścisłym związku między właściwościami fizycznymi materiału (na przykład zdolnością do pochłaniania światła, przewodnością elektryczną i innymi) a strukturą organizacyjną materiału z punktu widzenia chemii. Zdarza się, że spośród metod fizykochemicznych wyodrębnia się jako odrębną grupę czysto fizyczne metody badawcze, pokazując tym samym, że w metodach fizykochemicznych rozważana jest pewna reakcja chemiczna, w przeciwieństwie do czysto fizycznych. Te metody badawcze są często nazywane instrumentalnymi, ponieważ wiążą się z wykorzystaniem różnych urządzeń pomiarowych. Instrumentalne metody badawcze z reguły mają własną bazę teoretyczną, podstawa ta odbiega od teoretycznej podstawy badań chemicznych (miareczkowych i grawimetrycznych). Opierał się na interakcji materii z różnymi energiami.

W trakcie badań fizykochemicznych, w celu uzyskania niezbędnych danych dotyczących składu i organizacji strukturalnej substancji, próbkę doświadczalną poddaje się działaniu pewnego rodzaju energii. W zależności od rodzaju energii w substancjach zmieniają się stany energetyczne jej składowych cząstek (cząsteczek, jonów, atomów). Wyraża się to zmianą pewnego zestawu cech (na przykład koloru, właściwości magnetycznych i innych). W wyniku rejestracji zmian właściwości substancji uzyskuje się dane o składzie jakościowym i ilościowym badanej próbki lub dane o jej strukturze.

W zależności od różnorodności oddziałujących energii i badanych cech, fizykochemiczne metody badawcze dzielą się w następujący sposób.

Tabela 1. Klasyfikacja metod fizycznych i chemicznych

Oprócz wymienionych w tej tabeli istnieje wiele prywatnych metod fizykochemicznych, które nie pasują do tej klasyfikacji. W rzeczywistości metody optyczne, chromatograficzne i potencjometryczne są najaktywniej wykorzystywane do badania właściwości, składu i struktury próbki [ Galuzo, G.S. Metody badania materiałów budowlanych: pomoc dydaktyczna / G.S. Galuzo, Wirginia Bogdan, O.G. Galuzo, V.I. Kovazhnkov. - Mińsk: BNTU, 2008. - 227 s.].

2. Metody analizy termicznej

Analiza termiczna jest aktywnie wykorzystywana do badania różnych materiałów budowlanych - mineralnych i organicznych, naturalnych i syntetycznych. Jej zastosowanie pozwala na wykrycie obecności określonej fazy w materiale, określenie reakcji oddziaływań, rozkładu, a w wyjątkowych przypadkach uzyskanie informacji o składzie ilościowym fazy krystalicznej. Jedną z głównych zalet tej techniki jest możliwość uzyskania informacji o składzie fazowym silnie zdyspergowanych i kryptokrystalicznych mieszanin polimineralnych bez podziału na frakcje polimineralne. Metody badań termicznych opierają się na zasadach stałości składu chemicznego i właściwości fizycznych substancji w określonych warunkach oraz m.in. na prawach zgodności i właściwości.

Prawo korespondencji mówi, że każdej zmianie fazy w próbce można przypisać określony efekt termiczny.

A prawo charakterystyki mówi, że efekty termiczne są indywidualne dla każdej substancji chemicznej.

Główną ideą analizy termicznej jest badanie przemian zachodzących w warunkach wzrostu wskaźników temperatury w układach substancji lub określonych związków w różnych procesach fizycznych i chemicznych, zgodnie z towarzyszącymi im efektami termicznymi.

Procesy fizyczne z reguły opierają się na przekształceniu struktury strukturalnej, czyli stanie agregacji układu o stałym składzie chemicznym.

Procesy chemiczne prowadzą do przekształcenia składu chemicznego układu. Należą do nich bezpośrednio odwodnienie, dysocjacja, utlenianie, reakcje wymiany i inne.

Początkowo krzywe termiczne dla skał wapiennych i gliniastych uzyskał francuski chemik Henri Louis Le Chatelier w latach 1886-1887. W Rosji jednym z pierwszych, którzy zbadali metodę badań termicznych, był akademik N.S. Kurnakow (w 1904). Zaktualizowane modyfikacje pirometru Kurnakowa (urządzenia do automatycznego rejestrowania krzywych ogrzewania i chłodzenia) są nadal używane w większości laboratoriów badawczych do dnia dzisiejszego. Ze względu na badane charakterystyki w wyniku nagrzewania lub chłodzenia wyróżnia się następujące metody analizy termicznej: różnicowa analiza termiczna (DTA) – określa się zmianę energii badanej próbki; termograwimetria - zmiany masy; dylatometria - zmiana objętości; wolumetria gazowa - skład zmian fazy gazowej; przewodnictwo elektryczne - zmiany rezystancji elektrycznej.

W trakcie badań termicznych można stosować jednocześnie kilka metod badań, z których każda rejestruje zmiany energii, masy, objętości i innych cech. Kompleksowe badanie charakterystyki systemu podczas procesu nagrzewania pozwala na bardziej szczegółowe i dokładniejsze zbadanie podstaw zachodzących w nim procesów.

Jedną z najważniejszych i szeroko stosowanych metod jest różnicowa analiza termiczna.

Wahania charakterystyki temperatury substancji można wykryć podczas jej sekwencyjnego ogrzewania. Tak więc tygiel jest wypełniony materiałem doświadczalnym (próbką), umieszczonym w ogrzewanym piecu elektrycznym, i zaczynają mierzyć wskaźniki temperatury badanego układu za pomocą prostej termopary podłączonej do galwanometru.

Rejestracja zmiany entalpii substancji następuje za pomocą zwykłej termopary. Ale ze względu na to, że modne odchylenia na krzywej temperatury nie są bardzo duże, lepiej jest użyć termopary różnicowej. Początkowo zastosowanie tej termopary zaproponował N.S. Kurnakow. Schematyczne przedstawienie samorejestrującego się pirometru pokazano na rysunku 1.

Ten schematyczny obraz przedstawia parę zwykłych termopar, które są połączone ze sobą tymi samymi końcami, tworząc tak zwane zimne złącze. Pozostałe dwa końce są połączone z aparatem, co pozwala ustalić transformację w obwodzie siły elektromotorycznej (EMF), wynikającą ze wzrostu temperatury gorących złącz termopary. Jedno gorące złącze znajduje się w badanej próbce, a drugie w substancji odniesienia.

Rysunek 1. Schematyczne przedstawienie termopary różnicowej i prostej: 1 - piec elektryczny; 2 - blok; 3 – badana próba eksperymentalna; 4 - substancja referencyjna (norma); 5 – gorące złącze termopary; 6 – zimne złącze termopary; 7 - galwanometr do ustalania krzywej DTA; 8 - galwanometr do ustalania krzywej temperatury.

Jeżeli dla badanego układu często występują przemiany związane z pochłanianiem lub uwalnianiem energii cieplnej, to jego wskaźnik temperaturowy w tej chwili może być znacznie wyższy lub niższy niż w przypadku substancji odniesienia. Ta różnica temperatur prowadzi do różnicy wartości pola elektromagnetycznego i w rezultacie do odchylenia krzywej DTA w górę lub w dół od zera lub od linii bazowej. Linia zerowa to linia równoległa do osi x i poprowadzona przez początek krzywej DTA, co można zobaczyć na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat krzywych prostych i różnicowych (DTA) temperatur.

W rzeczywistości dość często po zakończeniu jakiejś transformacji termicznej krzywa DTA nie wraca do linii zerowej, ale nadal biegnie równolegle do niej lub pod pewnym kątem. Ta linia nazywa się linią bazową. Tę rozbieżność między linią podstawową i zerową tłumaczy się odmienną charakterystyką termofizyczną badanego układu substancji i substancji odniesienia porównania [].

3. Metody rentgenowskiej analizy fazowej

Metody rentgenowskie do badania materiałów budowlanych opierają się na eksperymentach, w których wykorzystuje się promieniowanie rentgenowskie. Ta klasa opracowań jest aktywnie wykorzystywana do badania składu mineralogicznego surowców i produktów końcowych, przemian fazowych w substancji na różnych etapach ich przetwarzania w produkty gotowe do użycia oraz w trakcie eksploatacji oraz m.in. do identyfikacji charakter struktury strukturalnej sieci krystalicznej.

Technika badań rentgenowskich stosowana do określenia parametrów komórki elementarnej substancji nazywana jest techniką dyfrakcji rentgenowskiej. Technika, którą stosuje się w trakcie badania przemian fazowych i składu mineralogicznego substancji, nazywa się rentgenowską analizą fazową. W badaniach mineralnych materiałów budowlanych duże znaczenie mają metody rentgenowskiej analizy fazowej (XRF). Na podstawie wyników rentgenowskich badań fazowych uzyskuje się informacje o obecności faz krystalicznych i ich ilości w próbce. Wynika z tego, że istnieją ilościowe i jakościowe metody analizy.

Celem jakościowej rentgenowskiej analizy fazowej jest uzyskanie informacji o charakterze fazy krystalicznej badanej substancji. Metody opierają się na fakcie, że każdy konkretny materiał krystaliczny ma określony wzór rentgenowski z własnym zestawem pików dyfrakcyjnych. W naszych czasach istnieją wiarygodne dane rentgenowskie dotyczące większości znanych człowiekowi substancji krystalicznych.

Zadaniem składu ilościowego jest uzyskanie informacji o liczbie określonych faz w polifazowych substancjach polikrystalicznych, opiera się na zależności intensywności maksimów dyfrakcyjnych od procentu badanej fazy. Wraz ze wzrostem ilości dowolnej fazy jej intensywność odbić staje się większa. Ale dla substancji wielofazowych związek między intensywnością a ilością tej fazy jest niejednoznaczny, ponieważ wielkość intensywności odbicia tej fazy zależy nie tylko od jej procentu, ale także od wartości μ, która charakteryzuje, jak bardzo X- wiązka promieni ulega osłabieniu w wyniku przechodzenia przez badany materiał. Ta wartość tłumienia badanego materiału zależy od wartości tłumienia i ilości innych faz, które również wchodzą w jego skład. Z tego wynika, że ​​każda metoda analizy ilościowej musi w jakiś sposób uwzględniać wpływ wskaźnika tłumienia, w wyniku zmiany składu próbek, co narusza bezpośrednią proporcjonalność między ilością tej fazy a stopniem intensywności jego odbicia dyfrakcyjnego [ Makarowa, I.A. Fizykochemiczne metody badania materiałów budowlanych: przewodnik po studiach / I.A. Makarova, N.A. Łochow. - Brack: Od BrGU, 2011 r. - 139 pkt. ].

Możliwości uzyskania radiogramów dzielą się, w oparciu o metodę rejestracji promieniowania, na fotograficzne i dyfraktometryczne. Zastosowanie metod pierwszego typu polega na fotorejestracji promieni rentgenowskich, pod wpływem których obserwuje się ciemnienie emulsji fotograficznej. Zaimplementowane w dyfraktometrach metody dyfraktometryczne uzyskiwania obrazów rentgenowskich różnią się od metod fotograficznych tym, że obraz dyfrakcji uzyskuje się sekwencyjnie w czasie [ Pindyuk, T.F. Metody badania materiałów budowlanych: wytyczne do prac laboratoryjnych / T.F. Pindyuk, I.L. Czulkow. - Omsk: SibADI, 2011. - 60 pkt. ].

4. Metody badania struktury porowatej

Materiały budowlane mają niejednorodną i dość złożoną strukturę. Pomimo różnorodności i pochodzenia materiałów (beton, materiały silikatowe, ceramika), w ich strukturze zawsze występują różne pory.

Termin „porowatość” łączy dwie najważniejsze właściwości materiału – geometrię i strukturę. Cechą geometryczną jest całkowita objętość porów, wielkość porów i ich całkowita powierzchnia właściwa, które określają porowatość struktury (materiał o dużych porach lub materiał o drobnych porach). Cechą strukturalną jest rodzaj porów i ich rozkład wielkości. Właściwości te zmieniają się w zależności od struktury fazy stałej (ziarnistej, komórkowej, włóknistej itp.) oraz struktury samych porów (otwarte, zamknięte, komunikujące się).

Główny wpływ na wielkość i strukturę formacji porowatych mają właściwości wsadu, skład mieszanki oraz proces technologiczny produkcji. Najważniejsze cechy to rozkład wielkości cząstek, objętość spoiwa, procent wilgoci w surowcu, metody kształtowania produktu końcowego, warunki formowania struktury końcowej (spiekanie, stapianie, hydratacja i inne). Specjalistyczne dodatki, tzw. modyfikatory, mają silny wpływ na strukturę formacji porowatych. Należą do nich np. dodatki do paliw i dodatki wypalające, które wprowadza się do składu wsadu podczas produkcji wyrobów ceramicznych, a poza tym surfaktanty znajdują zastosowanie zarówno w ceramice, jak i w materiałach na bazie cementu. Pory różnią się nie tylko wielkością, ale także kształtem, a tworzone przez nie kanały kapilarne mają zmienny przekrój na całej swojej długości. Wszystkie formacje porów są klasyfikowane jako zamknięte i otwarte, a także kanałotwórcze i ślepe.

Struktura porowatych materiałów budowlanych charakteryzuje się kombinacją wszystkich rodzajów porów. Porowate formacje mogą być losowo umieszczone wewnątrz substancji lub mogą mieć określoną kolejność.

Kanały porów mają bardzo złożoną strukturę. Zamknięte pory są odcięte od otwartych porów i nie są w żaden sposób połączone ze sobą oraz ze środowiskiem zewnętrznym. Ta klasa porów jest nieprzepuszczalna dla substancji gazowych i płynów, dzięki czemu nie należy do niebezpiecznych. Otwarte formacje tworzące kanały i ślepe zaułki porowate mogą być łatwo wypełnione przez środowisko wodne. Ich wypełnianie przebiega według różnych schematów i zależy głównie od pola przekroju i długości kanałów porów. W wyniku zwykłego nasycenia nie wszystkie porowate kanały mogą być wypełnione wodą, na przykład najmniejsze pory o wielkości poniżej 0,12 mikrona nie są wypełnione z powodu obecności w nich powietrza. Duże porowate formacje wypełniają się bardzo szybko, ale w powietrzu, na skutek małej wartości sił kapilarnych, słabo zatrzymywana jest w nich woda.

Objętość wody wchłoniętej przez substancję zależy od wielkości porowatych formacji i właściwości adsorpcyjnych samego materiału.

Do określenia zależności między strukturą porowatą a właściwościami fizykochemicznymi materiału nie wystarczy znać tylko ogólną wartość objętości utworów porowatych. Ogólna porowatość nie determinuje struktury substancji, ważną rolę odgrywa tu zasada rozkładu wielkości porów oraz występowanie formacji porowatych o określonej wielkości.

Geometryczne i strukturalne wskaźniki porowatości materiałów budowlanych różnią się zarówno na poziomie mikro, jak i makro. ŻOŁNIERZ AMERYKAŃSKI. Gorczakow i E.G. Muradov opracował technikę eksperymentalno-obliczeniową do identyfikacji całkowitej i grupowej porowatości materiałów betonowych. Podstawa techniki polega na tym, że podczas eksperymentu poziom uwodnienia cementu w betonie określa się za pomocą ilościowego badania rentgenowskiego lub w przybliżeniu objętością wody związanej spoiwem cementowym ω, która nie wyparowała podczas wysychania w temperaturze 150 ºС: α = ω/ ω maks .

Objętość związanej wody przy całkowitym uwodnieniu cementu mieści się w zakresie 0,25 – 0,30 (do masy niekalcynowanego cementu).

Następnie korzystając ze wzorów z tabeli 1 oblicza się porowatość betonu w zależności od stopnia uwodnienia cementu, jego zużycia w betonie oraz ilości wody [ Makarowa, I.A. Fizykochemiczne metody badania materiałów budowlanych: przewodnik po studiach / I.A. Makarova, N.A. Łochow. - Brack: Od BrGU, 2011 r. - 139 pkt. ].

Właściwości fizykochemiczne budowlanych materiałów kompozytowych w dużej mierze zależą od ich składu i struktury porów. Dlatego, aby otrzymać materiały o pożądanych właściwościach, konieczne jest posiadanie dokładnych danych na temat procesów tworzenia struktury i tworzenia nowych związków chemicznych badanych na poziomie mikro- i molekularno-jonowym.

• ? petrograficzny;
• ? mikroskopia elektronowa;
• ? spektroskopia w podczerwieni;
• ? analiza rentgenowska (dyfrakcja rentgenowska);
• ? różnicowa analiza termiczna;
• ? metody kolorymetryczne;
• ? analiza luminescencyjna;
• ? metody magnetospektroskopowe;
• ? metody sorpcyjne.

metoda petrograficzna. Metoda ta jest stosowana głównie do badania materiałów nieorganicznych 1: różne skały, minerały, cement, kamień cementowy, beton, szkło, żużel, ceramika.

Badania prowadzone są przy użyciu mikroskopów o różnej konstrukcji: od zwykłych mikroskopów świetlnych, które pozwalają badać struktury z odległością między elementami do 0,25 μm, po elektroniczne – rzędu 0,01…0,10 nm (1 nm = 1СГ 9 m).

Mikroskopia elektronowa. Ta metoda służy do badania drobnych struktur. Nowoczesne mikroskopy elektronowe mają użyteczne powiększenie do 106 razy. Tak głęboka penetracja w świat małych cząstek stała się możliwa dzięki zastosowaniu w mikroskopii wiązek elektronów, których długość fali jest wielokrotnie mniejsza niż światła widzialnego.

Mikroskop elektronowy umożliwia badanie wielkości i kształtu poszczególnych kryształów, procesów dyfuzji, przemian fazowych podczas obróbki cieplnej i chłodzenia materiałów, mechanizmów deformacji i niszczenia struktur submikroskopowych materiałów.

Obecnie stosowane są mikroskopy skaningowe (skanujące) i elektronowe z transmisją magnetyczną (TEM) (rys. 4.1). Takie urządzenia opierają się na telewizyjnej zasadzie skanowania (wdrożenia), tj. sekwencyjny ruch od punktu do punktu cienkiej wiązki elektronów wzdłuż powierzchni badanego obiektu. W tym przypadku wiązka elektronów wchodząc w interakcję z substancją powoduje szereg zjawisk fizycznych, które są rejestrowane przez czujniki promieniowania, a ich sygnały zamieniane są na wypukły obraz powierzchni próbki na ekranie wyświetlacza (z możliwością fotografowania; Rys. 4.2).

Petrografia, czyli petrologia (z greckiego petros – kamień i grapho – piszę), to nauka o skałach, ich składzie mineralogicznym i chemicznym, strukturze i teksturze, warunkach występowania, schematach rozmieszczenia, pochodzeniu i zmianach w skorupie ziemskiej i dalej. powierzchnia Ziemi.

Skanowany obszar przez skupioną wiązkę elektronów

Ekran fluorescencyjny umieszczony wewnątrz TEM

finał

obraz

Soczewka kondensora

Obszar oświetlany przez wiązkę elektronów

Soczewki pośrednie i projekcyjne

Podstawowy

elektrony

Próbka -*-

Elektrony przeszły przez próbkę

Ostateczny

skraplacz

Scyntylator

Wzmacniacze i jednostki przetwarzania sygnału

Lampa elektronopromieniowa umieszczona na zewnątrz kolumny katodowo-optycznej

Ryż. 4.1. Schematyczne diagramy półprzezroczyste (a) i rastrowe (b) mikroskop elektronowy

Ryż. 4.2.

x300 wzrost

PEM o wysokiej rozdzielczości (2 ... 3 A) jest z reguły uniwersalnym urządzeniem wielofunkcyjnym (ryc. 4.3). Za pomocą dodatkowych urządzeń i przystawek możliwe jest pochylenie obiektu w różnych płaszczyznach pod dużymi kątami do osi optycznej, podgrzanie, schłodzenie, odkształcenie, przeprowadzenie rentgenowskiej analizy strukturalnej, grafiki elektronowej i innych badań.

Ryż. 4.3.

1 - działo elektronowe; 2 - soczewki kondensora; 3 - obiektyw; 4 - soczewki projekcyjne; 5 - mikroskop świetlny, dodatkowo powiększający obraz obserwowany na ekranie; 6 - tuba z okienkami widokowymi; 7 - kabel wysokiego napięcia; 8 - system próżniowy; 9 - Pilot; 10 - stoisko; 11 - zasilanie wysokonapięciowe; 12 - zasilacz obiektywu

Metoda spektroskopii w podczerwieni. Metoda polega na pozyskiwaniu i badaniu widm w obszarze promieniowania IR. Badają widma oscylacyjne i rotacyjne cząsteczek i określają skład chemiczny i strukturę substancji z nich, na przykład badają zmiany strukturalne w bitumie i ich emulsjach.

Promieniowanie podczerwone- promieniowanie elektromagnetyczne, którego długości fal mieszczą się w zakresie od 0,74 mikrona do 1 ... 2 mm.

Technologia podczerwieni umożliwia pomiar temperatury nagrzanych ciał na odległość, co może być wykorzystane jako czujniki temperatury w procesach technologicznych pozyskiwania materiałów budowlanych i kontrolowania ich jakości.

Promieniowanie IR jest wykorzystywane w defektoskopii w podczerwieni - metodzie monitorowania produktów, które nagrzewają się podczas pracy lub przy odbiorze (np. jakość cegieł ceramicznych).

Spektroskopia w podczerwieni jest główną metodą badania składu i struktury substancji w nauce o materiałach budowlanych. Ważnymi zaletami tej metody są przejrzystość wyników i szybkość badania przy niewielkiej ilości substancji.

Esencja metody następująco. Kiedy cząsteczka substancji wchodzi w interakcję z promieniowaniem podczerwonym, energia jest przenoszona na cząsteczkę badanej substancji. W rezultacie cząsteczka przechodzi z jednego stanu kwantowego (niewzbudzony) do drugiego (wzbudzony). Kiedy cząsteczka powraca do swojego pierwotnego stanu, emituje kwant energii.

Gdy badana substancja jest napromieniowana światłem podczerwonym, pewne części widma promieniowania są pochłaniane przez cząsteczki substancji, w wyniku czego wiązka przechodząca przez substancję w obszarze absorpcji zostanie osłabiona. Rejestrując natężenie promieniowania podczerwonego przechodzącego przez substancję, w zależności od długości fal (lub liczby fal), uzyskuje się krzywą, na której widoczne są pasma absorpcji (rys. 4.4). Ona dzwoniła widmo absorpcji w podczerwieni, który jest „paszportem” substancji. Nazywane są urządzenia do automatycznego rejestrowania widm IR spektrometry (spektrofotometry).

Nowoczesne laboratoria wyposażone są w specjalne skomputeryzowane zaplecze umożliwiające wieloczynnikową, złożoną analizę prawie wszystkich materiałów.

Rozszyfrowanie widm tak złożonych systemów, jak bitum, jest dość trudnym zadaniem. Piki w widmie (częstotliwość, cm" ) odpowiadają pewnym grupom chemicznym: 1600 - aromatyczne, 1700 - karboksylowe i estrowe, 2800 - metylenowe, 3100...3600 - hydroksylowe.

Liczba fal, cm

Ryż. 4.4. Widma absorpcyjne IR kamienia cementowego bez dodatku (a) i z dodatkiem (b)

Analiza rentgenowska (dyfrakcja rentgenowska). to

metoda badania struktury i składu substancji poprzez eksperymentalne badanie dyfrakcji 1 promieni rentgenowskich w tej substancji.

Promienie rentgenowskie to te same oscylacje elektromagnetyczne, co światło widzialne, ale o krótszych długościach fali (długość fali od 105 do 102 nm). Uzyskuje się je w lampie rentgenowskiej w wyniku zderzenia elektronów katodowych z anodą przy dużej różnicy potencjałów.

Istotą wykorzystania promieni rentgenowskich do badania substancji krystalicznych (na przykład klinkieru cementowego) jest to, że długość fali tego promieniowania jest porównywalna z odległościami międzyatomowymi w sieci krystalicznej substancji, która jest naturalną siatką dyfrakcyjną dla Promienie rentgenowskie.

Metoda opiera się na badaniu obrazu dyfrakcyjnego uzyskanego przez odbicie promieni rentgenowskich przez płaszczyzny atomowe w strukturze kryształów. Przykładowo, jeśli konieczne jest określenie składu klinkieru cementowego, to w celu rozszyfrowania radiogramów (czyli ilościowego oznaczania związków chemicznych w klinkierze) usuwa się wstępnie mieszaniny odniesienia o różnej zawartości materiałów klinkierowych i konstruuje wykresy kalibracyjne ich podstawę, według której określa się zawartość (%) minerałów klinkieru w badanej próbce.

Tak więc każda substancja krystaliczna charakteryzuje się własnym zestawem pewnych linii na zdjęciu rentgenowskim. Metoda jest stosunkowo prosta: uzyskany dyfraktogram proszkowy próbki polimineralnej porównuje się z dyfraktogramami rentgenowskimi minerałów składowych (wzorcowych) lub z danymi tabelarycznymi. Rentgenowska analiza fazowa służy do kontroli surowców i wyrobów gotowych, do monitorowania procesów technologicznych, a także do wykrywania wad.

W przypadku metody rejestracji jonizacyjnej (rys. 4.5) w analizie dyfrakcyjnej promieniowania rentgenowskiego stosuje się specjalne liczniki, co zwiększa czułość i skraca czas trwania analizy.

Ryż. 4.5.

• 1 - stabilizator; 2 - generator; 3 - lampa rentgenowska; 4 - próbka; 5 - goniometr; 6 - licznik kwantowy; 7 - wzmacniacz; 8 - prostownik; 9 - obwód integrujący; 10 - woltomierz lampowy; 11 - potencjometr do samodzielnego pisania; 12 - licznik elektromechaniczny;
• 13 - schemat konwersji

Promienie rentgenowskie odbite od próbki trafiają do licznika, a z niego impulsy elektryczne są przekazywane przez wzmacniacz i system skalujący do urządzenia samorejestrującego. Na ryc. 4.6 przedstawia dyfraktogramy rentgenowskie niektórych materiałów.

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48

Kąt dyfrakcji 20, deg

Ryż. 4.6. Rentgenowskie materiały krzemianowe:

a - kwarc; b- moskiewski

Różnicowa analiza termiczna. Różnicowa analiza termiczna (DTA) służy do określania składu mineralno-fazowego materiałów budowlanych. Podstawą metody jest to, że przemiany fazowe, zachodzące w materiale można ocenić na podstawie efektów termicznych towarzyszących tym przemianom. Podczas fizycznych i chemicznych procesów transformacji materii energia w postaci ciepła może być absorbowana lub uwalniana. Z absorpcją ciepła, na przykład odwodnienie, dysocjacja, topnienie są procesy endotermiczne.

Uwolnieniu ciepła towarzyszy utlenianie, tworzenie nowych związków, przejście ze stanu amorficznego do stanu krystalicznego - to jest procesy egzotermiczne.

Urządzenie do prowadzenia DTA nazywa się derywatograf. Podczas analizy rejestrowane są cztery krzywe: prosta i różnicowa krzywe grzania oraz odpowiednio krzywe ubytku masy. Istota metody DTA w tym zachowanie materiału porównuje się ze wzorcem - substancją, która nie podlega żadnym przemianom termicznym w danym zakresie temperatur. Na termogramach doliny odpowiadają procesom endotermicznym, a szczyty procesom egzotermicznym (ryc. 4.7).

Temperatura, °C

Ryż. 4.7. Termogramy cementu:

1 - nieuwodniony; 2 - nawodniony przez 7 dni

metody kolorymetryczne. Metody te opierają się na zmianie absorpcji światła roztworów barwnych związków.

Absorpcję światła w cieczy testowej porównuje się z absorpcją w cieczy odniesienia (o znanej zawartości składnika), po czym oblicza się stężenie z dokładnością 10~3…10”8 mol/l (w zależności na rodzaj analitu).

Kolor roztworów określany jest za pomocą specjalnych urządzeń - fotoelektrokolorymetry.

Metody kolorymetryczne służą do oznaczania różnych pierwiastków chemicznych w glebach, aktywności adsorpcyjnej (adhezyjnej) powierzchni kruszywa lub wypełniacza. Na przykład podczas badania aktywności adhezyjnej piasku kwarcowego w układzie „piasek – bitum” zastosowano barwnik – błękit metylenowy. Piasek został pobrany z i bez warstwy autygenicznej (tj. z warstwą autygenicznych minerałów 1). Siłę wiązania adhezyjnego w układzie „piasek-bitum” można określić mierząc gęstość optyczną na spektrofotometrze SF (absorpcja światła w obszarze ultrafioletowym). Im wyższa absorpcja światła, tym wyższa gęstość optyczna roztworu, co oznacza, że ​​im więcej spoiwa przechodzi do roztworu i mniejsza jest przyczepność asfaltu do piasku (rys. 4.8). Ilość spoiwa przeniesionego do roztworu z próbek piasku bez warstw autigenicznych jest wyższa niż w przypadku piasku z takimi filmami.

Ryż. 4.8.

• 1 - piasek bez autigenicznego filmu, potraktowany bitumem;
• 2 - piasek z autigenicznym filmem impregnowanym bitumem

Analiza luminescencyjna. Luminescencja- blask niektórych substancji, wyższy niż ich promieniowanie cieplne w danej temperaturze i wzbudzony przez jakieś źródło energii (występuje pod działaniem światła, promieniowania radioaktywnego i rentgenowskiego, pola elektrycznego, reakcji chemicznych i wpływów mechanicznych).

W zależności od czasu trwania blasku rozróżnia się substancje fluorescencja(krótkoterminowy) i fosforescencja(długotrwała luminescencja).

Defektoskopia kapilarna oparta jest na luminescencji - wnikaniu w makrodefekty powierzchni Substancje-

Minerały utogenne (z gr. asyłepez - pochodzenia lokalnego) - minerały skał osadowych powstałych w procesie sedymentacji i litogenezy.

luminofory, a także jakościową i ilościową analizę luminescencyjną (zgodnie z postacią widma natężenia linii).

Za pomocą luminescencji można wykryć nowe związki w asfalcie, ustalić rozkład ich składu grupowego w folii bitumicznej, określić odporność żużli na gnicie itp.

Metody magnetospektroskopowe. Metody te obejmują magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) i elektronowy rezonans paramagnetyczny (EPR).

Zasady NMR i EPR są takie same. Metoda NMR wykorzystuje właściwość jąder atomowych do orientowania się w polu magnetycznym jak małe magnesy. Orientacja związana jest z różnymi poziomami energii kwantowej, które są rejestrowane w postaci widm. Na przykład widmo NMR wzorca (alkohol etylowy CH3-CH2-OH) pokazuje różne pozycje trzech typów jąder wodoru (protonów) w jednej cząsteczce, ale w różnych grupach (ryc. 4.9): trzy protony metylu grupa (-CH3), dwa - metylen (-CH2-) i jeden - hydroksyl (-OH). W widmie zarejestrowano trzy sygnały. Intensywność sygnałów rezonansowych (pole pod krzywymi) jest proporcjonalna do liczby atomów wodoru w grupie (stosunek powierzchni 3:2:1).

Ryż. 4.9.

Podczas analizy porównuje się sygnały ze znanej (referencyjnej) substancji i substancji badanej. Metoda pozwala na badanie procesu hydratacji spoiw nieorganicznych, minerałów klinkieru, gipsu itp. i wyjaśnić naturę połączenia cząsteczek wody ze strukturą minerałów podczas tego procesu.

Metoda EPR jest związana z rezonansem magnetycznym niesparowanych elektronów. Znajduje zastosowanie w badaniu mechanizmu procesów obejmujących wolne rodniki 1 z niesparowanym elektronem, w szczególności do oznaczania wolnych rodników w bitumie podczas utleniania smoły. Przykładowo, wykorzystując widmo EPR utlenionej smoły, określa się stężenie wolnych rodników w układzie „bitum – granulowany żużel wielkopiecowy”. Ustalono, że ich stężenie wzrasta w temperaturze 130 °C, kiedy w układzie zachodzi intensywna interakcja.

metody sorpcyjne. Metody opierają się na zjawiskach adsorpcji - spontanicznym wzroście stężenia substancji na granicy faz, któremu towarzyszy spadek energii międzyfazowej.

Metody sorpcyjne umożliwiają:

• ? określić porowatość materiałów;
• ? przeprowadzić rozdział mieszanin wieloskładnikowych (metoda chromatograficzna).

Na przykład bitum naftowy jest rozdzielany na składniki metodą chromatograficzną w kolumnie adsorpcyjnej wypełnionej adsorbentem.

Substancja jest filtrowana przez kolumnę. Ponieważ składniki bitumiczne mają różną aktywność kapilarną w stosunku do adsorbentu, są one adsorbowane w porządku malejącym aktywności adsorpcyjnej. W ten sposób najbardziej kapilarna substancja czynna jest skoncentrowana w górnej części, a najmniej aktywna substancja jest skoncentrowana w dolnej części. Podczas mycia kolumny rozpuszczalnikiem substancje przesuwają się w dół z określoną prędkością, tworząc oddzielne strefy, z których każda zawiera tylko jeden składnik mieszaniny.

Chromatografia adsorpcyjna umożliwia określenie składu grupowego asfaltów i rozdzielenie olejów na wąskie frakcje. W tym przypadku jako rozpuszczalniki stosuje się eter naftowy, rektyfikowany etanol, a jako adsorbent - Żel krzemionkowy 1 i tlenek glinu. Otrzymane frakcje są identyfikowane przez współczynnik załamania (współczynnik załamania) określony na refraktometr- przyrząd optyczny do pomiaru współczynnika załamania światła w gazach, ciałach stałych i cieczach.

• numer fali do związane z długością fali X nałóg do=2l /X. k \u003d 2 pkt.
• numer fali do związane z długością fali X nałóg do=2l /X. W spektroskopii liczba falowa jest odwrotnością długości fali, tj. k \u003d 2 pkt. Dyfrakcja (od łac. bshtas ^ dvz - broken) - zaokrąglanie przeszkód przez fale (światło, dźwięk itp.).
• Fosfory (z łac. lumen – światło i greckie phoros – nośnik) to substancje organiczne i nieorganiczne, które mogą świecić (luminescencja) pod wpływem czynników zewnętrznych. Wolne rodniki to kinetycznie niezależne cząstki (atomy lub grupy atomowe) posiadające niesparowane elektrony, na przykład H, CH3, C6H5. Są bardzo reaktywne. Żel krzemionkowy jest mikroporowatym ciałem otrzymywanym przez kalcynację żelu polikwasu krzemowego; SKŁADA SIĘ Z 8102-

Saratowski Państwowy Uniwersytet Techniczny

Budownictwo - Architektura - Instytut Drogowy

Dział: „Produkcja wyrobów i konstrukcji budowlanych”

Praca kontrolna w dyscyplinie:

„Metody badania materiałów budowlanych”

Saratów 2012

1. Bezpośrednie i pośrednie metody zmian. Metoda krzywej kalibracyjnej, własności molowe i dodatki. Ograniczenia stosowalności metod. 3
2. Potencjometria: podstawy teoretyczne, elementy urządzenia do miareczkowania potencjometrycznego (elektroda wodorowa, elektroda chlorosrebrowa - zasada działania). dziesięć

Bibliografia. 16

1. Bezpośrednie i pośrednie metody pomiarów. Metoda krzywej kalibracyjnej, własności molowe i dodatki. Ograniczenia stosowalności metod.

Fizyczne i chemiczne metody analizy - są to metody, w których analizowane substancje poddawane są przemianom chemicznym, a analizowany sygnał jest wielkością fizyczną zależną od stężenia danego składnika. Przemiany chemiczne przyczyniają się do wyizolowania, związania analizowanego składnika lub jego przekształcenia w łatwo identyfikowalną formę. W ten sposób podczas samej analizy powstaje wykrywalne medium.

W prawie wszystkich fizykochemicznych metodach analizy stosowane są dwie główne techniki metodologiczne: metoda pomiaru bezpośredniego i metoda miareczkowania (metoda pomiarów pośrednich).

Metody bezpośrednie

W pomiarach bezpośrednich wykorzystuje się zależność sygnału analitycznego od charakteru analitu i jego stężenia. Na przykład w spektroskopii długość fali linii widmowej określa właściwość natury substancji, a charakterystyką ilościową jest intensywność linii widmowej.

Dlatego podczas przeprowadzania analizy jakościowej sygnał jest stały, a podczas przeprowadzania analizy ilościowej mierzona jest intensywność sygnału.

Zawsze istnieje zależność między intensywnością sygnału a stężeniem substancji, którą można przedstawić za pomocą wyrażenia:

ja \u003d K C,

gdzie: I – intensywność sygnału analitycznego;

K jest stałą;

C to stężenie substancji.

W praktyce analitycznej najczęściej stosowane są następujące metody bezpośredniego oznaczania ilościowego:

1) metoda krzywej kalibracyjnej;

2) metoda własności molowych;

3) sposób dodawania.

Wszystkie opierają się na wykorzystaniu standardowych próbek lub standardowych roztworów.

Metoda krzywej kalibracyjnej.

Zgodnie z prawem Bouguera - Lamberta - Beera, wykres gęstości optycznej w funkcji stężenia musi być liniowy i przechodzić przez początek.

Przygotuj serię roztworów wzorcowych o różnych stężeniach i zmierz gęstość optyczną w tych samych warunkach. Aby poprawić dokładność oznaczenia, liczba punktów na wykresie powinna wynosić co najmniej trzy do czterech. Następnie wyznacza się gęstość optyczną roztworu badanego A x i odpowiada wartości stężenia C x z wykresu (rys. 1.).

Przedział stężeń roztworów wzorcowych dobiera się tak, aby stężenie roztworu badanego odpowiadało w przybliżeniu połowie tego przedziału.

Metoda jest najczęstsza w fotometrii. Główne ograniczenia metody związane są z pracochłonnym procesem przygotowania roztworów wzorcowych oraz koniecznością uwzględnienia wpływu obcych składników na roztwór testowy. Najczęściej metoda wykorzystywana jest do analiz seryjnych.

Rys.1. Wykres kalibracyjny absorbancji w funkcji stężenia.

W metodzie tej intensywność sygnału analitycznego I mierzy się dla kilku próbek wzorcowych i konstruuje się krzywą kalibracyjną, zwykle we współrzędnych I = f(c), gdzie c jest stężeniem analitu w próbce wzorcowej. Następnie w tych samych warunkach mierzy się intensywność sygnału analizowanej próbki i z krzywej kalibracyjnej wyznacza stężenie analizowanej substancji.

Jeżeli wykres kalibracyjny opisany jest równaniem y = b C, to można go zbudować przy użyciu jednego wzorca, a linia prosta wyjdzie z początku. W tym przypadku sygnały analityczne mierzone są dla jednej próbki wzorcowej i próbki. Następnie obliczane są błędy i budowany jest wykres korekcyjny.

Jeżeli krzywa kalibracyjna jest budowana zgodnie z równaniem y = a + b C, to muszą być użyte co najmniej dwa wzorce. W rzeczywistości w celu zmniejszenia błędu stosuje się od dwóch do pięciu standardów.

Przedział stężeń na krzywej kalibracyjnej powinien pokrywać oczekiwany zakres analizowanych stężeń, a skład wzorca lub roztworu powinien być zbliżony do składu analizowanego. W praktyce warunek ten jest rzadko osiągany, dlatego pożądane jest posiadanie szerokiej gamy standardowych próbek o różnych składach.

W równaniu linii prostej y = a + b C, wartość b charakteryzuje nachylenie linii prostej i jest nazywana instrumentalnym współczynnikiem wrażliwości. Im większe b, tym większe nachylenie wykresu i mniejszy błąd w określeniu stężenia.

Można również zastosować bardziej złożoną zależność, dodatkowo przełożenie funkcji na współrzędne logarytmiczne pozwala na osłabienie wpływu procesów ubocznych i zapobieżenie wystąpieniu błędu.

Krzywa kalibracyjna powinna być budowana bezpośrednio przed pomiarami, jednak w laboratoriach analitycznych przy wykonywaniu analiz seryjnych stosuje się stały, wcześniej uzyskany wykres. W takim przypadku konieczne jest okresowe sprawdzanie poprawności wyników analiz w czasie. Częstotliwość kontroli zależy od wielkości serii próbek. Tak więc dla serii 100 próbek przeprowadza się jedną analizę kontrolną na każde 15 próbek.

Metoda własności molowych.

Mierzy również intensywność sygnału analitycznego (I = Ac) dla kilku standardowych próbek i oblicza właściwość molową A, tj. intensywność sygnału analitycznego proporcjonalna do 1 mola substancji: A = I/c st. .

Lub średnią właściwość molową oblicza się za pomocą wyrażenia:

Ā=1/n i ∑I/С, (1.7.4)

gdzie: Ā – średnia własność molowa;

n i to liczba pomiarów i-tej próbki wzorcowej;

ja to intensywność sygnału;

C - stężenie

Następnie w tych samych warunkach mierzy się intensywność sygnału analizowanej próbki i oblicza się stężenie analizowanego składnika ze stosunku x = I/A.

Metoda zakłada zgodność ze stosunkiem I = Ac.

metoda addytywna.

Gdy skład próbki jest nieznany lub dostępne są niewystarczające dane, a odpowiednie materiały odniesienia nie są dostępne, stosuje się metodę dodawania. Pozwala to w znacznym stopniu wyeliminować błędy systematyczne w przypadku rozbieżności między składem wzorców a próbkami.

Metoda dodawania polega na wprowadzeniu do serii próbek analizowanego roztworu (A x) o tej samej masie i objętości dokładnie znanej ilości oznaczanego składnika (a) o znanym stężeniu (C a) . W tym przypadku intensywność sygnału analitycznego próbki mierzy się przed wprowadzeniem (I x) i po wprowadzeniu dodatkowego składnika (I x + a).

Metoda ta służy do analizy złożonych rozwiązań, ponieważ pozwala na automatyczne uwzględnienie wpływu obcych składników analizowanej próbki. Najpierw mierzy się gęstość optyczną roztworu testowego o nieznanym stężeniu.

A x \u003d C x,

Następnie do analizowanego roztworu dodaje się znaną ilość roztworu wzorcowego oznaczanego składnika (Cst) i mierzy się gęstość optyczną A. x+st :

A x + st \u003d (C x + C st),

gdzie

C x \u003d C st ·.

Aby poprawić dokładność, roztwór wzorcowy oznaczanego składnika dodaje się dwukrotnie, a wynik uśrednia się.

Stężenie analitu w metodzie dodawania można określić graficznie (rys. 2.).

Rys.2. Krzywa kalibracyjna do oznaczania stężenia substancji metodą dodawania.

Ostatnie równanie pokazuje, że jeśli zbudujesz wykres A x + st w funkcji C st, otrzymasz linię prostą, której ekstrapolacja na przecięcie z osią x daje odcinek równy - C x. Rzeczywiście, gdy A x + st \u003d 0, z tego samego równania wynika, że ​​- C st \u003d C x.

Dlatego w tej metodzie najpierw mierzy się natężenie sygnału analitycznego próbki I x, a następnie do próbki wprowadza się znaną objętość roztworu wzorcowego do stężenia ze st . i ponownie mierzy się natężenie sygnału Ix+st. , W konsekwencji

I x \u003d Ac x, I x + ul. = A(c x + c st.)

z x \u003d ze sztuką.

Metoda zakłada również zgodność ze stosunkiem I = Ac.

Liczba próbek z dodatkami o zmiennych ilościach analitu może wahać się w szerokich granicach.

Metoda pomiarów pośrednich

Pomiary pośrednie są wykorzystywane do miareczkowania analizowanej próbki metodami konduktometrycznymi, potencjometrycznymi i niektórymi innymi.

W tych metodach podczas miareczkowania mierzy się natężenie sygnału analitycznego - I i wykreśla krzywą miareczkowania we współrzędnych I - V, gdzie V jest objętością dodawanego titranta w ml.

Zgodnie z krzywą miareczkowania znajduje się punkt równoważności i przeprowadza się obliczenia zgodnie z odpowiednimi wyrażeniami analitycznymi:

Q in-va \u003d T g / ml Vml (równ.)

Rodzaje krzywych miareczkowania są bardzo zróżnicowane, zależą od metody miareczkowania (konduktometryczna, potencjometryczna, fotometryczna itp.), a także od natężenia sygnału analitycznego, które zależy od poszczególnych czynników wpływających.

1. Potencjometria: podstawy teoretyczne, elementy urządzenia do miareczkowania potencjometrycznego (elektroda wodorowa, elektroda chlorosrebrowa - zasada działania).

Metody analizy elektrochemicznej to zestaw metod analizy jakościowej i ilościowej opartych na zjawiskach elektrochemicznych zachodzących w badanym ośrodku lub na granicy faz i związanych ze zmianą struktury, składu chemicznego lub stężenia analitu. Obejmuje następujące główne grupy: konduktometria, potencjometria, woltamperometria, kulometria.

Potencjometria

Potencjometryczna metoda analizy opiera się na pomiarze potencjałów elektrod i sił elektromotorycznych w roztworach elektrolitów.

Istnieje potencjometria bezpośrednia i miareczkowanie potencjometryczne.

Potencjometria bezpośrednia służy do bezpośredniego określenia aktywności (a) jonów w roztworze, pod warunkiem, że proces elektrodowy (tj. zachodzący na powierzchni elektrody) jest odwracalny. Jeżeli znane są indywidualne współczynniki aktywności składników (f), to stężenie (c) składnika można wyznaczyć bezpośrednio: . Metoda potencjometrii bezpośredniej jest wiarygodna ze względu na brak w roztworze potencjału dyfuzyjnego, który zaburza wyniki analizy (potencjał dyfuzyjny związany jest z różnicą stężeń analitu na powierzchni elektrody i objętości rozwiązanie).

Krótki opis

Fizykochemiczne metody analizy to metody, w których analizowane substancje poddawane są przemianom chemicznym, a analizowany sygnał jest wielkością fizyczną zależną od stężenia danego składnika. Przemiany chemiczne przyczyniają się do wyizolowania, związania analizowanego składnika lub jego przekształcenia w łatwo identyfikowalną formę. W ten sposób podczas samej analizy powstaje wykrywalne medium.

W prawie wszystkich fizykochemicznych metodach analizy stosowane są dwie główne techniki metodologiczne: metoda pomiaru bezpośredniego i metoda miareczkowania (metoda pomiarów pośrednich).

Bibliografia.

Ministerstwo Edukacji Republiki Kirgiskiej

Ministerstwo Edukacji Federacji Rosyjskiej

Kirgisko-Rosyjski Uniwersytet Słowiański

Wydział Architektury Projektowania i Budownictwa

abstrakcyjny

Na temat :

„Rola metod badań fizykochemicznych w materiałach budowlanych”

Wypełnił: Podyachev Michaił gr. PGS 2-07

Sprawdził: Dzhekisheva S.D.

Plan

1. Wstęp……………………………………………………………………….……s. 3

2 . Fizykochemiczne metody analizy i ich klasyfikacja ………………….s. 3-8

4. Charakterystyka procesów korozyjnych w materiałach budowlanych…. s. 9-13

5. Fizykochemiczne metody badania korozji w materiałach budowlanych………………s. 13-15

6. Metody zabezpieczania materiałów budowlanych przed korozją…………………………str. piętnaście

7. Wyniki badań korozji metodami fizykochemicznymi………s. 16-18

8. Innowacyjne metody badania korozji………………………………s. 18-20

9. Wniosek………………………………………………………………………………s. 20

10. Referencje…………………………………………………………………str.21

Wstęp.

Cywilizacja ludzka przez cały swój rozwój, przynajmniej w sferze materialnej, nieustannie posługuje się prawami chemicznymi, biologicznymi i fizycznymi, które działają na naszej planecie, aby zaspokoić swoje potrzeby.

W starożytności działo się to na dwa sposoby: świadomie lub spontanicznie. Oczywiście interesuje nas pierwszy sposób. Przykładem świadomego wykorzystania zjawisk chemicznych może być:

Zakwaszanie mleka używanego do produkcji sera, śmietany i innych produktów mlecznych;

Fermentacja niektórych nasion, takich jak chmiel w obecności drożdży, w celu wytworzenia piwa;

Sublimacja pyłku niektórych kwiatów (mak, konopie) i pozyskiwanie leków;

Fermentacja soku z niektórych owoców (głównie winogron), zawierająca dużo cukru, w wyniku czego powstaje wino, ocet.

Rewolucyjne przemiany w życiu człowieka wprowadził ogień. Człowiek zaczął używać ognia do gotowania, w garncarstwie, do obróbki i wytopu metali, przerabiania drewna na węgiel, odparowywania i suszenia żywności na zimę.

Z biegiem czasu ludzie potrzebują coraz to nowych materiałów. Chemia zapewniła nieocenioną pomoc w ich tworzeniu. Rola chemii jest szczególnie duża w tworzeniu materiałów czystych i ultraczystych (dalej w skrócie SCM). Jeśli, moim zdaniem, wiodącą pozycję w tworzeniu nowych materiałów nadal zajmują procesy fizyczne i technologie, to produkcja SCM jest często bardziej wydajna i produktywna za pomocą reakcji chemicznych. A także pojawiła się potrzeba ochrony materiałów przed korozją, to jest właściwie główna rola metod fizycznych i chemicznych w materiałach budowlanych. Za pomocą metod fizykochemicznych badane są zjawiska fizyczne zachodzące podczas reakcji chemicznych. Na przykład w metodzie kolorymetrycznej mierzy się intensywność koloru w zależności od stężenia substancji, w analizie konduktometrycznej mierzy się zmianę przewodności elektrycznej roztworów itp.

W niniejszym streszczeniu przedstawiono niektóre rodzaje procesów korozyjnych, a także sposoby radzenia sobie z nimi, co jest głównym praktycznym zadaniem metod fizykochemicznych stosowanych w materiałach budowlanych.

Fizyczne i chemiczne metody analizy i ich klasyfikacja.

Fizykochemiczne metody analizy (PCMA) opierają się na wykorzystaniu zależności właściwości fizycznych substancji (na przykład absorpcji światła, przewodności elektrycznej itp.) od ich składu chemicznego. Czasami w literaturze fizyczne metody analizy są oddzielane od PCMA, co podkreśla, że ​​PCMA wykorzystuje reakcję chemiczną, podczas gdy metody fizyczne nie. Fizyczne metody analizy i FHMA, głównie w literaturze zachodniej, nazywane są instrumentalnymi, ponieważ zwykle wymagają użycia przyrządów, przyrządów pomiarowych. Instrumentalne metody analizy mają w zasadzie swoją własną teorię, odmienną od teorii metod analizy chemicznej (klasycznej) (miareczkowania i grawimetrii). Podstawą tej teorii jest oddziaływanie materii z przepływem energii.

Używając PCMA do uzyskania informacji o składzie chemicznym substancji, badana próbka jest poddawana działaniu pewnej formy energii. W zależności od rodzaju energii w substancji następuje zmiana stanu energetycznego jej cząstek składowych (cząsteczek, jonów, atomów), która wyraża się zmianą jednej lub drugiej właściwości (na przykład koloru, właściwości magnetycznych, itp.). Rejestrując zmianę tej właściwości jako sygnał analityczny, uzyskuje się informację o składzie jakościowym i ilościowym badanego obiektu lub o jego strukturze.

W zależności od rodzaju energii zaburzeń i mierzonej właściwości (sygnał analityczny), FHMA można sklasyfikować w następujący sposób (tabela 2.1.1).

Oprócz wymienionych w tabeli istnieje wiele innych prywatnych FHMA, które nie podlegają tej klasyfikacji.

Największe zastosowanie praktyczne mają optyczne, chromatograficzne i potencjometryczne metody analizy.

Tabela 2.1.1.

W porównaniu z klasycznymi metodami chemicznymi, FHMA charakteryzują się niższą granicą wykrywalności, czasem i pracochłonnością. FHMA umożliwia analizę na odległość, automatyzację procesu analizy i wykonanie go bez niszczenia próbki (analiza nieniszcząca).

Zgodnie z metodami wyznaczania rozróżnia się FHMA bezpośrednią i pośrednią. W metodach bezpośrednich ilość substancji znajduje się poprzez bezpośrednie przekształcenie zmierzonego sygnału analitycznego na ilość substancji (masa, stężenie) za pomocą równania relacyjnego. W metodach pośrednich sygnał analityczny służy do ustalenia końca reakcji chemicznej (jako rodzaj wskaźnika), a ilość analitu, który wszedł w reakcję, określa się za pomocą prawa równoważników, tj. równaniem niezwiązanym bezpośrednio z nazwą metody.

Zgodnie z metodą oznaczeń ilościowych brak jest referencyjnych i referencyjnych instrumentalnych metod analizy.

Bez metod referencyjnych opierają się na ścisłych prawidłowościach, których wyrażenie formuły pozwala przeliczyć intensywność mierzonego sygnału analitycznego bezpośrednio na ilość analitu przy użyciu tylko wartości tabelarycznych. Na przykład prawo Faradaya może służyć jako taka prawidłowość, która umożliwia obliczenie ilości analitu w roztworze podczas miareczkowania kulometrycznego na podstawie prądu i czasu elektrolizy. Metod niestandardowych jest bardzo niewiele, ponieważ każde oznaczenie analityczne jest układem złożonych procesów, w którym teoretycznie niemożliwe jest uwzględnienie wpływu każdego z licznych czynników działających na wynik analizy. W związku z tym w analizie stosuje się pewne metody, które pozwalają eksperymentalnie uwzględnić te wpływy. Najpopularniejszą techniką jest stosowanie standardów, tj. próbki substancji lub materiałów o dokładnie znanej zawartości pierwiastka (lub kilku pierwiastków) do oznaczenia. W trakcie analizy mierzony jest analit badanej próbki i odniesienia, uzyskane dane są porównywane, a zawartość tego pierwiastka w analizowanej próbce obliczana jest ze znanej zawartości pierwiastka w wzorcu. Wzorce mogą być produkowane przemysłowo (próbki standardowe, zwykłe stale) lub przygotowywane w laboratorium bezpośrednio przed analizą (próbki porównawcze). Jeżeli jako próbki standardowe stosuje się chemicznie czyste substancje (zanieczyszczenia mniejsze niż 0,05%), nazywa się je substancjami standardowymi.

W praktyce oznaczenia ilościowe metodami instrumentalnymi przeprowadza się według jednej z trzech metod: funkcji kalibracji (seria wzorców), wzorców (porównanie) lub dodatków wzorców.

Pracując zgodnie z metodą funkcji kalibracyjnej z użyciem substancji wzorcowych lub próbek wzorcowych, otrzymuje się szereg próbek (lub roztworów) zawierających różne, ale dokładnie znane ilości składnika, który ma być oznaczony. Czasami ta seria nazywana jest serią standardową. Następnie ta seria wzorców jest analizowana i z uzyskanych danych obliczana jest wartość czułości K (w przypadku liniowej funkcji kalibracji). Następnie mierzy się intensywność sygnału analitycznego A w badanym obiekcie i ilość (masę, stężenie) pożądanego składnika oblicza się z równania zależności lub znajduje z wykresu kalibracyjnego (patrz rys. 2.1.1).

Metoda porównania (standardy) ma zastosowanie tylko do liniowej funkcji kalibracji. Oznaczanie tego składnika przeprowadza się w standardowej próbce (substancja wzorcowa) i otrzymujemy

Następnie są określane w analizowanym obiekcie

Dzielenie pierwszego równania przez drugie eliminuje czułość

i oblicz wynik analizy

Metoda dodawania wzorców ma również zastosowanie tylko do funkcji kalibracji liniowej. W metodzie tej najpierw analizuje się i uzyskuje próbkę badanego obiektu, następnie do próbki dodaje się znaną ilość (masę, objętość roztworu) oznaczanego składnika, a po analizie,

Dzieląc pierwsze równanie przez drugie, K jest wykluczone i otrzymuje się wzór na obliczenie wyników analizy:

Widmo substancji uzyskuje się poprzez oddziaływanie na nie temperaturą, przepływem elektronów, strumieniem światła (energią elektromagnetyczną) o określonej długości fali (częstotliwością promieniowania) i innymi metodami. Przy określonej wartości energii uderzenia substancja może przejść w stan wzbudzony. W tym przypadku zachodzą procesy, które prowadzą do pojawienia się w widmie promieniowania o określonej długości fali (tab. 2.2.1).

Emisję, absorpcję, rozpraszanie lub załamanie promieniowania elektromagnetycznego można uznać za sygnał analityczny niosący informacje o składzie jakościowym i ilościowym substancji lub jej strukturze. Częstotliwość (długość fali) promieniowania zależy od składu badanej substancji, a intensywność promieniowania jest proporcjonalna do liczby cząstek, które spowodowały jej pojawienie się, tj. ilość substancji lub składnika mieszaniny.

Każda z metod analitycznych zwykle nie wykorzystuje pełnego spektrum materii, obejmującego zakres długości fal od promieni rentgenowskich do fal radiowych, a jedynie pewną jego część. Metody spektralne wyróżnia się zwykle zakresem długości fal widma, które pracuje dla tej metody: ultrafiolet (UV), promieniowanie rentgenowskie, podczerwień (IR), mikrofala itp.

Metody działające w zakresie UV, widzialnym i IR nazywane są optycznymi. Są one najczęściej stosowane w metodach spektralnych ze względu na względną prostotę sprzętu do pozyskiwania i rejestracji widma.

Analiza emisji atomowej (AEA) opiera się na jakościowym i ilościowym określeniu składu atomowego substancji poprzez uzyskanie i badanie widm emisyjnych atomów tworzących substancję.

Pi AEA, analizowana próbka substancji jest wprowadzana do źródła wzbudzenia urządzenia spektralnego. W źródle wzbudzenia próbka ta przechodzi złożone procesy, polegające na topieniu się, parowaniu, dysocjacji cząsteczek, jonizacji atomów, wzbudzaniu atomów i jonów.

Wzbudzone atomy i jony po bardzo krótkim czasie (~10-7-108s) samoistnie powracają ze stanu niestabilnego wzbudzenia do stanu normalnego lub pośredniego. Powoduje to emisję światła z częstotliwością? i pojawienie się linii widmowej.

Ogólny schemat emisji atomowej można przedstawić w następujący sposób:

A+E? ALE* ? A+h?

Stopień i intensywność tych procesów zależy od energii źródła wzbudzenia (EI).

Najczęstsze IW to: płomień gazowy, wyładowania łukowe i iskrowe, plazma sprzężona indukcyjnie (ICP). Ich charakterystykę energetyczną można uznać za temperaturę.

Ilościowa AEA opiera się na zależności między stężeniem pierwiastka a intensywnością jego linii spektralnych, którą określa wzór Lomakina:

gdzie I jest intensywnością linii widmowej elementu, który jest określany; c - koncentracja; a i b są stałymi.

Wartości a i b zależą od właściwości linii analitycznej, IV, stosunku stężeń pierwiastków w próbce, więc zależność jest zwykle ustalana empirycznie dla każdego pierwiastka i każdej próbki. W praktyce najczęściej stosuje się metodę porównania ze standardem.

W oznaczeniach ilościowych stosuje się głównie fotograficzną metodę rejestracji widma. Intensywność linii spektralnej uzyskanej na kliszy fotograficznej charakteryzuje się jej wyczernieniem:

gdzie S jest stopniem zaczernienia kliszy fotograficznej; I0 to natężenie światła przechodzącego przez niezaczernioną część płytki, a I - przez zaczernioną, tj. linia widmowa. Pomiar zaczernienia linii widmowej przeprowadza się w porównaniu z zaczernieniem tła lub w odniesieniu do intensywności linii odniesienia. Wynikowa różnica zaczernienia (AS) jest wprost proporcjonalna do logarytmu stężenia (s):

Metodą trzech wzorców na jednej płycie fotograficznej fotografuje się widma trzech wzorców o znanej zawartości pierwiastków oraz widmo badanej próbki. Mierzone jest zaczernienie wybranych linii. Budowany jest wykres kalibracyjny, według którego znajduje się zawartość badanych pierwiastków.

W przypadku analizy obiektów tego samego typu stosuje się metodę grafu stałego, która zbudowana jest na dużej liczbie standardów. Następnie, w ściśle identycznych warunkach, pobiera się widmo próbki i jeden z wzorców. Zgodnie z widmem normy sprawdza się, czy wykres się przesunął. Jeśli nie ma przesunięcia, to nieznane stężenie znajduje się zgodnie ze stałym wykresem, a jeśli jest, to wartość przesunięcia jest brana pod uwagę przy użyciu standardowego widma.

W przypadku ilościowego AEA błąd w określeniu zawartości zasady wynosi 1-5%, a zanieczyszczeń - do 20%. Wizualna metoda rejestracji widma jest szybsza, ale mniej dokładna niż fotograficzna.

Według oprzyrządowania można wyróżnić AEA z rejestracją wizualną, fotograficzną i fotoelektryczną oraz pomiarem natężenia linii widmowych.

Metody wizualne (rejestracja okiem) mogą być wykorzystywane wyłącznie do badania widm o długościach fal w zakresie 400 - 700 nm. Średnia czułość spektralna oka jest maksymalna dla żółto-zielonego światła o długości fali? 550 nm. Wizualnie można z wystarczającą dokładnością ustalić równość natężeń linii z najbliższymi długościami fal lub określić najjaśniejszą linię. Metody wizualne dzielą się na staloskopię i stylometrię.

Analiza staloskopowa polega na wizualnym porównaniu natężeń linii widmowych analizowanego pierwiastka (zanieczyszczenia) oraz pobliskich linii widma głównego pierwiastka próbki. Na przykład podczas analizy stali zwykle porównuje się natężenia linii widmowych zanieczyszczenia i żelaza. W tym przypadku wykorzystuje się znane już cechy staloskopowe, w których równość natężenia linii pewnej pary analitycznej odpowiada pewnemu stężeniu analizowanego pierwiastka.

Steeloskopy służą do ekspresowej analizy, która nie wymaga dużej dokładności, 6-7 elementów określa się w ciągu 2-3 minut. Czułość analizy wynosi 0,01-0,1%. Do analizy wykorzystywane są zarówno staloskopy stacjonarne SL-3 ... SL-12, jak i przenośne SLP-1 ... SLP-4.

Analiza stylometryczna różni się od analizy styloskopowej tym, że jaśniejsza linia pary analitycznej jest osłabiana za pomocą specjalnego urządzenia (fotometru) do momentu wyrównania się natężeń obu linii. Dodatkowo styliometry pozwalają na zbliżenie linii analitycznej i linii porównawczej w polu widzenia, co znacznie zwiększa dokładność pomiarów. Do analizy służą stylometry ST-1...ST-7.

Błąd względny pomiarów wizualnych wynosi 1 - 3%. Ich wady to ograniczony widoczny obszar widma, żmudność i brak obiektywnej dokumentacji analizy.

Metody fotograficzne opierają się na fotograficznej rejestracji widma za pomocą specjalnych przyrządów spektrograficznych. Obszar roboczy spektrografów ograniczony jest do długości fali 1000 nm, tj. mogą być używane w obszarze widzialnym i UV. Intensywność linii widmowych mierzy się stopniem zaczernienia ich obrazu na kliszy fotograficznej lub kliszy.

Charakterystyka procesów korozyjnych w materiałach budowlanych.

Korozja metali to niszczenie metali z powodu fizycznych i chemicznych skutków środowiska zewnętrznego, podczas gdy metal przechodzi w stan utleniony (jonowy) i traci swoje nieodłączne właściwości.
Zgodnie z mechanizmem procesu korozji rozróżnia się dwa główne rodzaje korozji: chemiczną i elektrochemiczną.

Z wyglądu wyróżnia się korozję: plamy, wrzody, kropki, wewnątrzkrystaliczne, podpowierzchniowe. W zależności od charakteru środowiska korozyjnego wyróżnia się następujące główne rodzaje korozji: gazową, atmosferyczną, płynną i glebową.

Korozja gazowa występuje przy braku kondensacji wilgoci na powierzchni. W praktyce ten rodzaj korozji występuje podczas pracy metali w podwyższonych temperaturach.

Korozja atmosferyczna odnosi się do najczęstszego rodzaju korozji elektrochemicznej, ponieważ większość konstrukcji metalowych pracuje w warunkach atmosferycznych. Korozja występująca w każdym mokrym gazie może być również nazywana korozją atmosferyczną.

Korozja płynna, w zależności od ciekłego medium, jest kwaśna, zasadowa, zasolona, ​​morska i rzeczna. W zależności od warunków ekspozycji cieczy na powierzchnię metalu, te rodzaje korozji otrzymują dodatkowe cechy: z pełnym i zmiennym zanurzeniem, kroplówką, strumieniem. Ponadto, w zależności od charakteru zniszczenia, wyróżnia się równomierną i nierówną korozję.

Beton i żelbet znajdują szerokie zastosowanie jako materiał konstrukcyjny w budowie budynków i konstrukcji przemysłu chemicznego. Nie mają jednak wystarczającej odporności chemicznej na działanie środowisk kwaśnych. Właściwości betonu i jego trwałość zależą przede wszystkim od składu chemicznego cementu, z którego jest wykonany. Betony na bazie cementu portlandzkiego są najszerzej stosowane w konstrukcjach i urządzeniach. Przyczyną obniżonej odporności chemicznej betonu na działanie kwasów mineralnych i organicznych jest obecność wolnego wodorotlenku wapnia (do 20%), glinianu trójwapniowego (3CaO × Al 2 O 3) oraz innych uwodnionych związków wapnia.

Przy bezpośrednim działaniu kwaśnych środowisk na beton, zasady neutralizują się tworząc sole łatwo rozpuszczalne w wodzie, a następnie kwaśne roztwory oddziałują z wolnym wodorotlenkiem wapnia, tworząc w betonie sole o różnej rozpuszczalności w wodzie. Korozja betonu jest tym bardziej intensywna, im większe jest stężenie wodnych roztworów kwasów. W podwyższonych temperaturach agresywnego środowiska korozja betonu przyspiesza. Beton wykonany na cemencie glinowym ma nieco wyższą odporność na kwasy ze względu na niższą zawartość tlenku wapnia. Kwasoodporność betonów na bazie cementów o wysokiej zawartości tlenku wapnia zależy w pewnym stopniu od gęstości betonu. Przy większej gęstości betonu kwasy mają na niego nieco mniejszy wpływ ze względu na trudność wniknięcia agresywnego środowiska do materiału.

Korozja chemiczna oznacza oddziaływanie powierzchni metalu z otoczeniem, któremu nie towarzyszy zachodzenie procesów elektrochemicznych (elektrodowych) na granicy faz.
Mechanizm korozji chemicznej sprowadza się do reaktywnej dyfuzji atomów lub jonów metali poprzez stopniowo gęstniejącą warstwę produktów korozji (np. zgorzeliny) i przeciwdziałania dyfuzji atomów lub jonów tlenu. Według współczesnych poglądów proces ten ma mechanizm jonowo-elektroniczny podobny do procesów przewodnictwa elektrycznego w kryształach jonowych. Przykładem korozji chemicznej jest oddziaływanie metalu z ciekłymi nieelektrolitami lub suchymi gazami w warunkach, w których wilgoć nie kondensuje na powierzchni metalu, a także wpływ topienia się ciekłego metalu na metal. W praktyce najważniejszym rodzajem korozji chemicznej jest oddziaływanie metalu w wysokich temperaturach z tlenem i innymi gazowymi mediami aktywnymi (HS, SO, halogeny, para wodna, CO itp.). Podobne procesy korozji chemicznej metali w podwyższonych temperaturach nazywane są również korozją gazową. Wiele krytycznych części konstrukcji inżynierskich jest poważnie niszczonych przez korozję gazową (łopatki turbin gazowych, dysze silników rakietowych, elementy grzałek elektrycznych, ruszty, okucia pieców itp.). Duże straty z korozji gazowej (odpady metalowe) ponosi przemysł metalurgiczny. Odporność na korozję gazową wzrasta wraz z wprowadzeniem do składu stopu różnych dodatków (chromu, aluminium, krzemu itp.). Dodatki aluminium, berylu i magnezu do miedzi zwiększają jej odporność na korozję gazową w środowiskach utleniających. Aby chronić produkty żelazne i stalowe przed korozją gazową, powierzchnia produktu pokryta jest aluminium (aluminiowanie).
Przez korozję elektrochemiczną rozumie się procesy oddziaływania metali z elektrolitami (w postaci roztworów wodnych, rzadziej z elektrolitami niewodnymi, na przykład z niektórymi organicznymi związkami przewodzącymi prąd elektryczny lub bezwodnymi stopionymi solami w podwyższonych temperaturach).
Procesy korozji elektrochemicznej przebiegają zgodnie z prawami kinetyki elektrochemicznej, gdzie całą reakcję oddziaływania można podzielić na następujące, w dużej mierze niezależne procesy elektrodowe:
a) Proces anodowy – przejście metalu w roztwór w postaci jonów (w roztworach wodnych, zwykle uwodnionych) pozostawiając równoważną liczbę elektronów w metalu;
b) Proces katodowy to asymilacja nadmiaru elektronów, które pojawiły się w metalu przez depolaryzatory.
Rozróżnij korozję wodorem, tlenem lub depolaryzacją oksydacyjną.

Rodzaje uszkodzeń korozyjnych.
Przy równomiernym rozkładzie uszkodzeń korozyjnych na całej powierzchni metalu korozja nazywana jest równomierną.
Jeśli znaczna część powierzchni metalu jest wolna od korozji, a ta ostatnia jest skoncentrowana w oddzielnych obszarach, nazywa się to lokalną. Korozja wrzodziejąca, wżerowa, szczelinowa, stykowa, międzykrystaliczna to w praktyce najczęstsze rodzaje korozji miejscowej. Pękanie korozyjne występuje, gdy metal jest narażony na agresywne środowisko i jednocześnie naprężenia mechaniczne. W metalu pojawiają się pęknięcia transkrystaliczne, które często prowadzą do całkowitego zniszczenia produktów. Ostatnie 2 rodzaje uszkodzeń korozyjnych są najbardziej niebezpieczne dla konstrukcji przenoszących obciążenia mechaniczne (mosty, kable, sprężyny, osie, autoklawy, kotły parowe itp.)

Korozja elektrochemiczna w różnych środowiskach.
Wyróżnia się następujące rodzaje korozji elektrochemicznej, które mają największe znaczenie praktyczne:
1. Korozja w elektrolitach. Ten typ obejmuje korozję w wodach naturalnych (morskich i słodkich), a także różne rodzaje korozji w mediach ciekłych. W zależności od charakteru środowiska wyróżnia się:
a) kwas;
b) alkaliczne;
c) sól fizjologiczna;
d) korozja morska.
Zgodnie z warunkami oddziaływania ośrodka ciekłego na metal, ten rodzaj korozji charakteryzuje się również jako korozja przy pełnym zanurzeniu, przy częściowym zanurzeniu, ze zmiennym zanurzeniu, które mają swoje charakterystyczne cechy.
2. Korozja gruntowa (gruntowa, podziemna) – wpływ na metal gruntu, który pod względem korozji należy uznać za rodzaj elektrolitu. Cechą charakterystyczną podziemnej korozji elektrochemicznej jest duża różnica w szybkości dostarczania tlenu (głównego depolaryzatora) na powierzchnię struktur podziemnych w różnych glebach (kilkadziesiąt tysięcy razy). Istotną rolę w korozji w gruncie odgrywa powstawanie i funkcjonowanie par makrokorozyjnych na skutek nierównomiernego napowietrzania poszczególnych odcinków konstrukcji, a także występowania w gruncie prądów błądzących. W niektórych przypadkach na szybkość korozji elektrochemicznej w warunkach podziemnych istotny wpływ ma również rozwój procesów biologicznych w glebie.
3. Korozja atmosferyczna - korozja metali w atmosferze, a także wszelkich wilgotnych gazów; obserwowane pod widocznymi warstwami kondensacji wilgoci na powierzchni metalu (mokra korozja atmosferyczna) lub pod najcieńszymi niewidocznymi warstwami adsorpcji wilgoci (mokra korozja atmosferyczna). Cechą korozji atmosferycznej jest silna zależność jej szybkości i mechanizmu od grubości warstwy wilgoci na powierzchni metalu lub stopnia zawilgocenia powstałych produktów korozji.
4. Korozja pod wpływem mechanicznym. Tego typu zniszczeniom poddawane są liczne konstrukcje inżynierskie pracujące zarówno w ciekłych elektrolitach, jak iw warunkach atmosferycznych i podziemnych. Najbardziej typowe rodzaje takiego zniszczenia to:
a) pękanie korozyjne; w tym przypadku charakterystyczne jest powstawanie pęknięć, które mogą rozprzestrzeniać się nie tylko międzykrystalicznie, ale także transkrystalicznie. Przykładem takiego zniszczenia jest kruchość alkaliczna kotłów, sezonowe pękanie mosiądzu oraz pękanie niektórych strukturalnych stopów o wysokiej wytrzymałości.
b) Zmęczenie korozyjne spowodowane ekspozycją na środowisko korozyjne oraz przemienne lub pulsujące naprężenia mechaniczne. Ten rodzaj zniszczenia jest również charakterystyczny
powstawanie pęknięć między- i transkrystalicznych. Zniszczenie metali ze zmęczenia korozyjnego następuje podczas eksploatacji różnych konstrukcji inżynierskich (wały śrubowe, resory samochodowe, liny, tłoczyska pomp głębinowych, chłodzone walce walcowni itp.).
c) Kawitacja korozyjna, która jest zwykle wynikiem energetycznego mechanicznego działania ośrodka korozyjnego na powierzchnię metalu. Taki efekt korozyjno-mechaniczny może prowadzić do bardzo silnego lokalnego zniszczenia konstrukcji metalowych (np. w przypadku śrub okrętowych). Mechanizm zniszczenia w wyniku kawitacji korozyjnej jest bliski mechanizmowi zmęczenia korozyjnego powierzchni.
d) Erozja korozyjna spowodowana mechanicznym działaniem ściernym innego ciała stałego w obecności ośrodka korozyjnego lub bezpośrednim działaniem ściernym samego ośrodka korozyjnego. Zjawisko to jest czasami nazywane korozją cierną lub korozją cierną.

Fizykochemiczne metody badania korozji w materiałach budowlanych.

Powszechne stosowanie nowych materiałów wysokiej jakości oraz zwiększanie trwałości konstrukcji poprzez ochronę antykorozyjną jest jednym z ważnych zadań gospodarki państwa. Praktyka pokazuje, że tylko bezpośrednie, nieodwracalne straty metalu z korozji stanowią 10 ... 12% całej produkowanej stali. Najintensywniejszą korozję obserwuje się w budynkach i konstrukcjach przemysłu chemicznego, co tłumaczy się działaniem różnych gazów, cieczy i drobnych cząstek bezpośrednio na konstrukcje budowlane, urządzenia i konstrukcje, a także wnikaniem tych środków do gleb i ich wpływem na fundamentach. Głównym zadaniem stojącym przed sprzętem antykorozyjnym jest zwiększenie niezawodności zabezpieczanego sprzętu, konstrukcji i konstrukcji budowlanych. Powinno się to odbywać poprzez powszechne stosowanie wysokiej jakości materiałów, a przede wszystkim żywic epoksydowych, włókna szklanego, polimerowych materiałów podkładowych i nowych uszczelniaczy.

O odporności betonu na alkalia decyduje przede wszystkim skład chemiczny spoiw, na których są wykonane, a także odporność na alkalia małych i dużych kruszyw.

Wydłużenie żywotności konstrukcji i urządzeń budowlanych osiąga się poprzez dobór odpowiedniego materiału, uwzględniającego jego odporność na agresywne środowiska działające w warunkach produkcyjnych. Ponadto należy podjąć środki zapobiegawcze. Takie środki obejmują uszczelnienie urządzeń produkcyjnych i rurociągów, dobrą wentylację pomieszczeń, wychwytywanie produktów gazowych i pylistych uwalnianych podczas procesu produkcyjnego; prawidłowe działanie różnych urządzeń odwadniających, z wykluczeniem możliwości wnikania agresywnych substancji do gleby; stosowanie urządzeń hydroizolacyjnych itp.

Bezpośrednia ochrona metali przed korozją realizowana jest poprzez nakładanie na ich powierzchnię powłok niemetalicznych i metalicznych lub poprzez zmianę składu chemicznego metali w warstwach powierzchniowych: utlenianie, azotowanie, fosforanowanie.

Najczęstszym sposobem zabezpieczenia konstrukcji budowlanych, obiektów i urządzeń przed korozją jest stosowanie niemetalicznych materiałów chemoodpornych: ceramiki kwasoodpornej, płynnych mieszanek gumowych, materiałów polimerowych blaszanych i foliowych (viniplast, polichlorek winylu, polietylen, guma), farb i lakiery, żywice syntetyczne itp. Dla Prawidłowe stosowanie niemetalicznych materiałów chemoodpornych wymaga znajomości nie tylko ich odporności chemicznej, ale także właściwości fizykochemicznych, które zapewniają warunki do łącznego działania powłoki i powierzchnia, która ma być chroniona. W przypadku stosowania łączonych powłok ochronnych składających się z podwarstwy organicznej i powłoki wykładziny ważne jest, aby temperatura na podwarstwie nie przekraczała wartości maksymalnej dla tego typu podwarstwy.

W przypadku materiałów polimerowych w postaci arkuszy i folii konieczna jest znajomość wartości ich przyczepności do zabezpieczanej powierzchni. Szereg niemetalicznych materiałów chemoodpornych szeroko stosowanych w technologii antykorozyjnej zawiera związki agresywne, które w bezpośrednim kontakcie z powierzchnią metalu lub betonu mogą powodować powstawanie produktów ubocznych korozji, co z kolei zmniejszy ich przyczepność do chronionej powierzchni. Te cechy należy wziąć pod uwagę przy użyciu konkretnego materiału, aby stworzyć niezawodną powłokę antykorozyjną.

Materiały stosowane do ochrony przed korozją

Powłoki ze względu na opłacalność, wygodę i łatwość aplikacji, dobrą odporność na agresywne gazy przemysłowe są szeroko stosowane do ochrony konstrukcji metalowych i żelbetowych przed korozją. Właściwości ochronne powłoki lakierniczej w dużej mierze zależą od właściwości mechanicznych i chemicznych, przyczepności folii do zabezpieczanej powierzchni.

Materiały lakiernicze perchlorowinylowe i kopolimerowe są szeroko stosowane w inżynierii antykorozyjnej.

Farby i lakiery w zależności od przeznaczenia i warunków eksploatacji dzielą się na osiem grup: A - powłoki odporne na warunki zewnętrzne; AN - to samo, pod baldachimem; P - to samo, w pomieszczeniu; X - odporny chemicznie; T - żaroodporny; M - olejoodporny; B - wodoodporny; XK - kwasoodporny; KhSch - odporny na alkalia; B - odporny na benzynę.

Do zabezpieczenia antykorozyjnego stosowane są chemoodporne materiały perchlorowinylowe: lakier XC-724, emalie XC i podkłady kopolimerowe XC-010, XC-068, a także powłoki na bazie lakieru XC-724 i smoły węglowej, lakiery XC-724 z szpachlówką epoksydową EP -0010 . Powłoki ochronne uzyskuje się poprzez sekwencyjne nakładanie podkładu, emalii i lakieru na powierzchnię. Liczba warstw zależy od warunków pracy powłoki, ale musi wynosić co najmniej 6. Grubość jednej warstwy powłoki przy nakładaniu pistoletem natryskowym wynosi 15 ... 20 mikronów. Suszenie pośrednie trwa 2...3 godziny w temperaturze 18...20°C. Ostateczne schnięcie trwa 5 dni na otwartych powierzchniach i do 15 dni w pomieszczeniach.

Malowanie kompleksem chemoodpornym (podkład XC-059, emalia 759, lakier XC-724) ma na celu ochronę zewnętrznych powierzchni metalowych urządzeń narażonych na agresywne środowiska alkaliczne i kwaśne przed korozją. Kompleks ten charakteryzuje się zwiększoną adhezją dzięki dodatkowi żywicy epoksydowej. Odporna chemicznie powłoka oparta na kompozycji szpachli epoksydowej i lakieru XC-724 łączy w sobie wysoką przyczepność charakterystyczną dla materiałów epoksydowych oraz dobrą odporność chemiczną charakterystyczną dla perchlorowinyli. Do nakładania kompozycji z szpachli epoksydowej i lakieru XC-724 zaleca się przygotowanie dwóch następujących kompozycji:

Skład warstwy podkładowej, 4 wagowo

Szpachlówka epoksydowa EP-0010 100

Utwardzacz nr 1 8,5

Rozpuszczalnik R-4 35…45

Skład warstwy przejściowej, 4 wagowo

Szpachlówka epoksydowa EP-0010 15

Lakier XC-724 100

Utwardzacz nr 1 1,3

Rozpuszczalnik R-4 do lepkości roboczej

Jako warstwę nawierzchniową stosuje się lakier XC-724.

Skład złożonej pięciowarstwowej powłoki, g / m 2

Szpachlówka epoksydowa 300

Lakier XC-724 450

Utwardzacz nr 1 60

Rozpuszczalnik R-4 260

W celu mechanicznego wzmocnienia powłoki jest polerowana włóknem szklanym. Orientacyjne zużycie materiałów przy nałożeniu na powierzchnię metalową wynosi 550...600 g/m 2 , na betonie - 600...650 g/m 2 .

Odporne na pękanie powłoki odporne na chemikalia stosowany na bazie chlorosulfonowanego polietylenu HSPE. Do ochrony antykorozyjnej żelbetowych konstrukcji nośnych i ogrodzeniowych o szerokości rozwarcia rys do 0,3 mm stosuje się emalię KhP-799 na bazie chlorosulfonowanego polietylenu. Powłoki ochronne nakłada się na powierzchnię betonu po zakończeniu w nim głównych procesów skurczu. Jednocześnie konstrukcje nie powinny być narażone na działanie cieczy (wody) pod ciśnieniem po stronie przeciwnej do powłoki, lub temu efektowi należy zapobiegać poprzez zastosowanie specjalnej hydroizolacji.

Materiały na bazie chlorosulfonowanego polietylenu nadają się do pracy w temperaturze od -60 do +130°C (powyżej 100°C - do pracy krótkotrwałej, w zależności od odporności cieplnej pigmentów zawartych w powłoce).

Powłoki na bazie ChSPE odporne na działanie ozonu, środowiska gazowo-parowego zawierające kwaśne gazy Cl 2 , HCl, SO 2 , SO 3 , NO 2 oraz roztwory kwaśne mogą być nakładane za pomocą urządzenia natryskowego, pędzla, urządzenia do aplikacji airless.

Farby i lakiery należy rozcieńczyć do lepkości roboczej ksylenem lub toluenem, a przy aplikacji maszyną do natrysku bezpowietrznego mieszaniną ksylenu (30%) i rozpuszczalnika (70%).

Metalizacja i powłoki malarskie są szeroko stosowane do ochrony antykorozyjnej konstrukcji metalowych eksploatowanych w warunkach atmosferycznych i środowiskach agresywnych. Takie połączone powłoki są najtrwalsze (20 lat lub więcej).

Metody ochrony materiałów budowlanych przed korozją.

W celu zwiększenia trwałości konstrukcji budowlanych, budynków, konstrukcji prowadzone są prace mające na celu poprawę ochrony antykorozyjnej.
Szeroko stosowane są następujące główne metody ochrony konstrukcji metalowych przed korozją:
1. Powłoki ochronne;
2. Obróbka środowiska korozyjnego w celu zmniejszenia korozyjności. Przykładami takiej obróbki są: neutralizacja lub odtlenienie środowisk korozyjnych, a także stosowanie różnego rodzaju inhibitorów korozji;
3. Elektrochemiczna ochrona metali;
4. Opracowanie i produkcja nowych metalowych materiałów konstrukcyjnych o podwyższonej odporności na korozję poprzez usuwanie z metalu lub stopu zanieczyszczeń przyspieszających proces korozji (eliminacja żelaza ze stopów magnezu lub aluminium, siarki ze stopów żelaza itp.) lub wprowadzanie do stop, znacznie zwiększający odporność na korozję (np. chrom w żelazie, mangan w stopach magnezu, nikiel w stopach żelaza, miedź w stopach niklu itp.);
5. Przejście w szeregu konstrukcji z materiałów metalowych na chemoodporne (tworzywa sztuczne wysokopolimerowe, szkło, ceramika itp.);
6. Racjonalne projektowanie i eksploatacja konstrukcji i części metalowych (eliminacja niekorzystnych styków metalowych lub ich izolacja, eliminacja pęknięć i szczelin w konstrukcji, eliminacja stref zastoju wilgoci, uderzenia strumieni i nagłych zmian prędkości przepływu w konstrukcji, itp.).

Wyniki badań korozji metodami fizykochemicznymi.

Zagadnieniom projektowania zabezpieczeń antykorozyjnych konstrukcji budowlanych poświęca się dużą uwagę zarówno w kraju, jak i za granicą. Wybierając rozwiązania projektowe, firmy zachodnie dokładnie badają charakter agresywnych wpływów, warunki pracy konstrukcji, życie moralne budynków, konstrukcji i wyposażenia. Jednocześnie szeroko stosowane są rekomendacje firm produkujących materiały do ​​ochrony antykorozyjnej oraz posiadających laboratoria do badań i obróbki systemów ochronnych z ich materiałów.
W Rosji zgromadzono pewne doświadczenia w badaniach terenowych konstrukcji budowlanych budynków przemysłowych w celu określenia szybkości procesów korozyjnych i metod ochrony. Wzmocnione prace w zakresie zwiększania trwałości i poprawy ochrony antykorozyjnej budynków i konstrukcji budowlanych. Prace prowadzone są kompleksowo, obejmując badania terenowe, badania eksperymentalne i produkcyjne oraz opracowania teoretyczne. Podczas badań w pełnej skali ujawnia się warunki pracy konstrukcji, biorąc pod uwagę specyfikę wpływu obciążeń, temperatury, wilgotności i wpływów klimatycznych oraz agresywnych środowisk na nie.
Trafność rozwiązania problemu ochrony antykorozyjnej podyktowana jest koniecznością zachowania zasobów naturalnych i ochrony środowiska. Ten problem znajduje szerokie odzwierciedlenie w prasie. Wydawane są prace naukowe, broszury, katalogi, organizowane są wystawy międzynarodowe w celu wymiany doświadczeń między rozwiniętymi krajami świata.
Dlatego jednym z najważniejszych problemów jest konieczność badania procesów korozyjnych.

Szybkość korozji
Szybkość korozji metali i powłok metalowych w warunkach atmosferycznych jest zdeterminowana złożonym wpływem szeregu czynników: obecności na powierzchni warstw fazowych i adsorpcyjnych wilgoci, zanieczyszczenia powietrza substancjami korozyjnymi, zmian temperatury powietrza i metalu, powstawanie produktów korozji itp.
Ocena i obliczenie szybkości korozji powinno opierać się na uwzględnieniu czasu trwania i korozyjnego działania materiału najbardziej agresywnych czynników na metal.
W zależności od czynników wpływających na szybkość korozji, zaleca się podzielenie warunków pracy metali narażonych na korozję atmosferyczną w następujący sposób:
1. Pomieszczenia zamknięte z wewnętrznymi źródłami ciepła i wilgoci (pomieszczenia ogrzewane);
2. Pomieszczenia zamknięte bez wewnętrznych źródeł ciepła i wilgoci (pomieszczenia nieogrzewane);
3. Otwarta atmosfera.

Klasyfikacja mediów agresywnych
W zależności od stopnia oddziaływania na metale wskazane jest podzielenie mediów korozyjnych na nieagresywne, lekko agresywne, średnioagresywne i bardzo agresywne.
Aby określić stopień agresywności środowiska w korozji atmosferycznej, konieczne jest uwzględnienie warunków pracy konstrukcji metalowych budynków i budowli. Stopień agresywności środowiska w stosunku do konstrukcji wewnątrz budynków ogrzewanych i nieogrzewanych, budynków bez ścian oraz budynków trwale przewietrzanych determinowany jest możliwością kondensacji wilgoci, a także warunkami temperaturowo-wilgotnościowymi oraz koncentracją gazów i pyłów wewnątrz budynku. budynek. Stopień agresywności środowiska w stosunku do konstrukcji zewnętrznych niechronionych przed opadami bezpośrednimi determinowany jest strefą klimatyczną oraz stężeniem gazów i pyłów w powietrzu. Biorąc pod uwagę wpływ czynników meteorologicznych oraz agresywność gazów opracowano klasyfikację stopnia agresywności mediów w odniesieniu do konstrukcji metalowych budynków, które przedstawiono w tabeli 1.
Tak więc ochrona konstrukcji metalowych przed korozją zależy od agresywności ich warunków pracy. Najbardziej niezawodnymi systemami ochronnymi konstrukcji metalowych są powłoki aluminiowe i cynkowe.
Najszerzej stosowane w przemyśle są metody zabezpieczania konstrukcji metalowych za pomocą powłok malarskich i lakierniczych oraz folii polimerowych. W budownictwie metalowym szeroko stosowana jest stal niskostopowa, która nie wymaga dodatkowych metod ochrony.

Część rozliczeniowa
W ogrzewanych pomieszczeniach głównymi czynnikami determinującymi szybkość korozji są wilgotność względna i zanieczyszczenie powietrza, a w przypadku przegród budowlanych i sztucznie chłodzonych urządzeń głównym czynnikiem jest również różnica temperatur między metalem a powietrzem.
Wartość korozji K, g/m, w pomieszczeniach o wilgotności względnej powietrza powyżej krytycznej, umownie przyjętej przez nas równej 70%, oraz zanieczyszczenia dwutlenkiem siarki lub chlorem oblicza się ze wzoru:

К= (algC+b)xx ?, gdzie

C oznacza stężenie SO lub Cl, mg/m;
? - wilgotność względna powietrza w pobliżu konstrukcji, z uwzględnieniem różnicy temperatur pomiędzy metalem a powietrzem w pomieszczeniu;
a, b, - stałe (dla każdego metalu i rodzaju zanieczyszczenia mają indywidualną wartość);
? - współczynnik regresji;
- czas pracy, godziny
W nieogrzewanych pomieszczeniach głównymi czynnikami determinującymi szybkość korozji są wilgotność względna i zanieczyszczenie powietrza. W zależności od uszczelnienia i izolacji termicznej otaczających konstrukcji, względna wilgotność powietrza i temperatura w pomieszczeniach zmieniają się albo identycznie ze zmianą wilgotności w otwartej atmosferze, albo z pewnym wygładzeniem opóźnień i amplitud. Największa korozja będzie miała miejsce w pierwszym przypadku. Przy obliczaniu należy wziąć pod uwagę rzeczywisty czas korozji, tj. obecność metalu przy zawartości wilgoci powyżej krytycznej. Wartość korozji oblicza się według wzoru:

K=(algC+b)? e x?, gdzie

Czas trwania gradacji wilgotności powietrza (65-74, 75-84, 85-94, 95-100).
Oceniając wielkość korozji metali w różnych regionach, pożądane jest określenie czasu działania głównych czynników na metale zgodnie z danymi zarejestrowanymi na stacjach meteorologicznych. Stacje pogodowe są dość równomiernie rozmieszczone na powierzchni globu. Zgromadzili wiele danych, które umożliwiają oszacowanie szybkości korozji metali w dowolnym miejscu na Ziemi bez prowadzenia długoterminowych badań eksperymentalnych korozji metali w warunkach naturalnych.
Na podstawie komputerowych danych o wilgotności względnej powietrza obliczono rzeczywisty czas korozji metali pod warstewkami adsorpcji wilgoci za jeden uśredniony rok oraz czas trwania powyższych gradacji wilgotności. Ustalono, że rzeczywisty czas korozji metali pod warstewkami adsorpcji wilgoci wynosi od 2500 do 8500 godzin rocznie.
W otwartej atmosferze korozja metali jest determinowana głównie przez czas przebywania warstw wilgoci fazowej na powierzchni metalu, które wahają się od 750 do 3500 h, filmy adsorpcyjne wilgoci, zanieczyszczenie powietrza i produkty korozji. Czas ekspozycji na warstwy wilgoci fazowej to suma czasu trwania deszczu, mgły, rosy, szronu, odwilży (dla konstrukcji z zalegającą pokrywą śnieżną) oraz czasu schnięcia wilgoci po każdym zdarzeniu. W ogólnym przypadku wartość korozji metali oblicza się według wzoru:

K=?(-)K + K? , gdzie

Rzeczywisty czas korozji;
K to szybkość korozji pod warstwą adsorpcji wilgoci;
- czas przebywania błon fazowych wilgoci;
K to szybkość korozji pod warstwami wilgoci fazowej;
- współczynnik uwzględniający wpływ zanieczyszczenia powietrza i powstałych produktów korozji.
Biorąc pod uwagę fakt, że czas przebywania warstw wilgoci fazowej jest głównie proporcjonalny do rzeczywistego czasu korozji, a K jest znacznie większe od K, do praktycznych obliczeń można zastosować następujący wzór:

K \u003d K ”, gdzie

K jest szybkością korozji pod fazą i adsorpcyjną warstwą wilgoci, obliczoną na podstawie danych z badań terenowych, gdy wartość korozji odnosi się do czasu przebywania fazowych warstw wilgoci.

Innowacyjne metody badania korozji.

Zastosowanie stali odpornych na korozję w metalowych konstrukcjach budowlanych
Odporność na korozję stali zależy od jej składu chemicznego. Od dawna wiadomo, że stal zawierająca miedź jest bardziej odporna na korozję w warunkach atmosferycznych niż stal bez miedzi.
Niewielki dodatek miedzi, fosforu i chromu do stali dodatkowo zwiększa jej odporność na korozję w warunkach atmosferycznych. Wzrost odporności korozyjnej takich gatunków stali w warunkach atmosferycznych związany jest z charakterem warstewek produktów korozji powstałych w pierwszym okresie na powierzchni metalu. Plakat nr 1 przedstawia dane dotyczące korozji stali węglowej, miedzi i stali z niewielkimi dodatkami fosforu, miedzi, chromu i niklu.
Z podanych danych wynika, że ​​stal z fosforem intensywnie koroduje dopiero w pierwszych 1,5-2 latach, a następnie powstające na powierzchni stali produkty korozji prawie całkowicie hamują dalszy rozwój procesu korozji. Taka stal może być stosowana w warunkach atmosferycznych bez powłok ochronnych. Stale niskostopowe są już szeroko stosowane za granicą – w USA, Japonii, Niemczech.

Nakładanie antykorozyjnych powłok ochronnych
W celu ochrony urządzeń i konstrukcji budowlanych przed korozją w krajowej i zagranicznej technologii antykorozyjnej stosuje się szeroką gamę różnych materiałów odpornych chemicznie - materiały polimerowe z blachy i folii, biplastiki, włókno szklane, grafit węglowy, ceramikę i inne niemetaliczne materiały odporne chemicznie .
Obecnie zwiększa się zastosowanie materiałów polimerowych ze względu na ich cenne właściwości fizyczne i chemiczne, niższy ciężar właściwy itp.
Dużym zainteresowaniem do zastosowania w technologii antykorozyjnej jest nowy materiał odporny chemicznie - żużel-ceramika.
Znaczne zapasy i taniość surowca - żużli hutniczych - decydują o opłacalności produkcji i użytkowania ceramiki żużlowej.
Żużel-ceramika pod względem właściwości fizykomechanicznych i odporności chemicznej nie ustępuje głównym materiałom kwasoodpornym (ceramika, odlewy kamienne), szeroko stosowanym w technologii antykorozyjnej.
Wśród licznych materiałów polimerowych stosowanych za granicą w technologii antykorozyjnej znaczące miejsce zajmują tworzywa konstrukcyjne, a także włókno szklane, otrzymywane na bazie różnych żywic syntetycznych i wypełniaczy z włókna szklanego.
Obecnie przemysł chemiczny produkuje znaczną gamę materiałów, które są wysoce odporne na różne agresywne media. Wśród tych materiałów szczególne miejsce zajmuje polietylen. Jest obojętny na wiele kwasów, zasad i rozpuszczalników, odporny na temperaturę do + 70 C itp.
Jednak główną wadą tego materiału, która utrudnia jego szerokie zastosowanie w technologii antykorozyjnej, jest niepolarny charakter powierzchni polietylenu.
Inne obszary zastosowania polietylenu jako materiału odpornego chemicznie to malowanie proszkowe i powielanie polietylenu z włóknem szklanym.
Powszechne stosowanie powłok polietylenowych tłumaczy się tym, że jako jedne z najtańszych tworzą powłoki o dobrych właściwościach ochronnych. Powłoki można łatwo nanosić na powierzchnię różnymi metodami, w tym natryskiem pneumatycznym i elektrostatycznym.
Wykorzystując właściwość termoplastyczności błonotwórcy, powłoki uzyskuje się przez stapianie cząstek bez użycia rozpuszczalników. Powszechne stosowanie farb proszkowych jest spowodowane szeregiem uwarunkowań technicznych i ekonomicznych: dostępnością surowców, łatwością aplikacji, wysokiej jakości powłokami, bezpieczeństwem przeciwpożarowym i przeciwwybuchowym w produkcji robót.
Również w technologii antykorozyjnej na szczególną uwagę zasługują monolityczne posadzki na bazie żywic syntetycznych. Wysoka wytrzymałość mechaniczna, odporność chemiczna, dekoracyjny wygląd - wszystkie te pozytywne cechy sprawiają, że posadzki monolityczne są niezwykle obiecujące.
Produkty przemysłu farbiarsko-lakierniczego znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu i budownictwie jako powłoki chemoodporne.
Powłoka lakierniczo-farbowa, składająca się z warstw podkładu, emalii i lakieru kolejno nakładanych na powierzchnię, służy do zabezpieczenia antykorozyjnego konstrukcji i konstrukcji budowlanych (kratownice, poprzeczki, belki, słupy, panele ścienne), a także zewnętrznych i wewnętrznych powierzchnie pojemnościowych urządzeń technologicznych, rurociągów, kanałów gazowych, kanałów powietrznych instalacji wentylacyjnych, które podczas eksploatacji nie są narażone na mechaniczne oddziaływanie cząstek ściernych (stałych) będących częścią otoczenia. Aby zwiększyć wytrzymałość mechaniczną lakieru, stosuje się tkaniny wzmacniające (chlor lub szkło) w różnych gatunkach.
Jednym z nowych kierunków jest rozwój i zastosowanie farb i lakierów niezawierających rozpuszczalników organicznych; opracowanie i zastosowanie materiałów do malowania proszkowego; farby wodorozcieńczalne; farby i lakiery kombinowane bogate w cynk i inne. Do aplikacji farb i lakierów stosuje się głównie malowanie produktów w polu elektrostatycznym oraz malowanie metodą natrysku bezpowietrznego. Możliwe jest również połączenie tych dwóch metod, tj. malowanie metodą natrysku bezpowietrznego w polu elektrostatycznym.
Te metody malowania znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle ze względu na wiele ich zalet - zmniejszenie strat materiałów, zwiększenie grubości powłoki nakładanej w jednej warstwie, zmniejszenie zużycia rozpuszczalników, poprawę warunków prac malarskich itp.
Ostatnio wiele uwagi poświęca się produkcji i nakładaniu powłok kombinowanych, ponieważ w niektórych przypadkach stosowanie tradycyjnych metod ochrony jest nieopłacalne. Jako powłokę kombinowaną z reguły stosuje się powłokę cynkową, a następnie malowanie. W tym przypadku powłoka cynkowa działa jak podkład.
Obiecujące jest stosowanie kauczuków na bazie kauczuku butylowego, które różnią się od kauczuków na innych podłożach zwiększoną odpornością chemiczną na kwasy i zasady, w tym stężony kwas azotowy i siarkowy. Wysoka odporność chemiczna kauczuków na bazie kauczuku butylowego pozwala na ich szersze zastosowanie w ochronie urządzeń chemicznych np. w hutnictwie metali nieżelaznych przy produkcji cynku i miedzi, takich urządzeń jak zagęszczacze, zbiorniki kwasu siarkowego, odczynniki zbiorniki, zbiorniki uzdatnionego elektrolitu i inny sprzęt.

Wniosek.
W wyniku analizy aktualnego stanu krajowej i zagranicznej praktyki prac antykorozyjnych możemy wyciągnąć wnioski o potrzebie poprawy głównych kierunków wprowadzania nowych materiałów i technologii oszczędzających zasoby.
Produkcja stopów odpornych na korozję (na przykład stali wysokostopowej chromowej i chromowo-niklowej) jest sama w sobie sposobem na walkę z korozją i to najlepiej. Stal nierdzewna i żeliwo oraz odporne na korozję stopy metali nieżelaznych są bardzo cennym materiałem konstrukcyjnym, jednak zastosowanie takich stopów nie zawsze jest możliwe ze względu na ich wysoki koszt lub względy techniczne.
Można zauważyć zastosowanie materiałów polimerowych, które zajmują coraz większe miejsce w technologii antykorozyjnej. Spośród nich przede wszystkim konieczne jest wprowadzenie do produkcji strukturalnego włókna szklanego i biplastików.
Obiecujące jest urządzenie monolitycznych posadzek na bazie syntetycznych żywic chemoodpornych - epoksydowych, poliestrowych itp. W celu powszechnego wprowadzenia chemoodpornych monolitycznych podłóg zamiast kawałkowych materiałów kwasoodpornych, konieczne jest zorganizowanie przemysłowej produkcji odpornych chemicznie żywic epoksydowych, poliestrowych i poliuretanowych, a także opracowanie technologii ich stosowania.
W celu zmniejszenia ubytków farby, zwiększenia grubości powłoki jednowarstwowej, zmniejszenia zużycia rozpuszczalników oraz poprawy warunków malowania, wskazane jest stosowanie na dużą skalę progresywnych metod malowania - bezpowietrznego oraz w polu elektrostatycznym.
W celu zwiększenia wydajności pracy konieczne jest opracowanie i zorganizowanie przemysłowej produkcji mechanizmów, urządzeń i zestawów narzędzi do wykonywania różnego rodzaju prac ochrony chemicznej.

Literatura.
1. Krótka encyklopedia chemiczna, wyd. liczyć I.A.Knuyants i inni T.2. M., „Sowiecka Encyklopedia”, 1963
2. Centralne Biuro Informacji Naukowo-Technicznej „Doświadczenie krajowe i zagraniczne w produkcji prac antykorozyjnych” (przegląd), M., 1972
3. TsNIIproektstealkonstruktsiya „Ochrona antykorozyjna konstrukcji metalowych”, M., 1975
4. Chernyaev V.P., Nemirovskii B.A. „Prace malarskie i gumowanie”, Stroyizdat, M., 1973
5. Vitkin A.I., Teindl I.I. „Powłoki metalowe z blachy i taśmy stalowej”, Metalurgia, M., 1971
6. Zaikin B.B., Moskaleychik F.K. „Korozja metali eksploatowanych w wilgotnym powietrzu zanieczyszczonym dwutlenkiem siarki lub chlorem”, Zbiór MDNTP „Badania naturalne i przyspieszone”, M., 1972
7. Mulyakaev LM, Dubinin GN, Dalisov V.B. i wsp. „Odporność korozyjna stali chromowanej dyfuzyjnie w niektórych środowiskach”, Ochrona metali, T.1X, nr 1, 1973
8. Nikiforow W.M. „Technologia metali i materiałów konstrukcyjnych” wyd. VI, M., Szkoła Wyższa, 1980

9. Materiały na stronie http://revolution.allbest.ru

10. materiały na stronie http://5ballov.ru