A humanidade, ao longo de seu desenvolvimento, utiliza as leis da química e da física em suas atividades para resolver diversos problemas e satisfazer muitas necessidades.

Nos tempos antigos, esse processo acontecia de duas maneiras diferentes: conscientemente, com base na experiência acumulada, ou acidentalmente. Exemplos vívidos da aplicação consciente das leis da química incluem: leite azedo e seu uso subsequente para a preparação de produtos de queijo, creme azedo e outras coisas; fermentação de algumas sementes, por exemplo, lúpulo e posterior produção de produtos cervejeiros; fermentação dos sucos de várias frutas (principalmente uvas, que contêm uma grande quantidade de açúcar), como resultado, deu produtos vitivinícolas, vinagre.

A descoberta do fogo foi uma revolução na vida da humanidade. As pessoas começaram a usar o fogo para cozinhar, para o tratamento térmico de produtos de barro, para trabalhar com vários metais, para produzir carvão e muito mais.

Com o tempo, as pessoas têm necessidade de materiais e produtos mais funcionais baseados neles. O seu conhecimento na área da química teve um enorme impacto na solução deste problema. A química desempenhou um papel particularmente importante na produção de substâncias puras e ultrapuras. Se na fabricação de novos materiais, o primeiro lugar pertence a processos físicos e tecnologias baseadas neles, então a síntese de substâncias ultrapuras, via de regra, é mais facilmente realizada usando reações químicas [

Usando métodos físico-químicos, eles estudam os fenômenos físicos que ocorrem durante o curso de reações químicas. Por exemplo, no método colorimétrico, a intensidade da cor é medida dependendo da concentração de uma substância, no método condutométrico, a mudança na condutividade elétrica das soluções é medida, e os métodos ópticos usam a relação entre as propriedades ópticas do sistema e sua composição.

Métodos de pesquisa físico-química também são usados ​​para um estudo abrangente de materiais de construção. O uso de tais métodos permite estudar em profundidade a composição, estrutura e propriedades dos materiais e produtos de construção. O diagnóstico da composição, estrutura e propriedades do material em diferentes estágios de sua fabricação e operação permite desenvolver tecnologias progressivas de economia de recursos e economia de energia [

Este artigo mostra uma classificação geral de métodos físicos e químicos para estudar materiais de construção (termografia, difração de raios X, microscopia óptica, microscopia eletrônica, espectroscopia de emissão atômica, espectroscopia de absorção molecular, colorimetria, potenciometria) e considera com mais detalhes métodos como e análise de fase de raios-X, e também métodos para estudar a estrutura porosa [ Manual do Construtor [recurso eletrônico] // Ministério da Construção Urbana e Rural da RSS da Bielorrússia. URL: www.bibliotekar.ru/spravochnick-104-stroymaterialy.html].

1. Classificação dos métodos de pesquisa física e química

Os métodos de pesquisa física e química baseiam-se na estreita relação entre as características físicas do material (por exemplo, capacidade de absorção de luz, condutividade elétrica, entre outras) e a organização estrutural do material do ponto de vista da química. Ocorre que dos métodos físico-químicos, os métodos de pesquisa puramente físicos se distinguem como um grupo separado, mostrando assim que determinada reação química é considerada nos métodos físico-químicos, em contraste com os puramente físicos. Esses métodos de pesquisa são frequentemente chamados de instrumentais, pois envolvem o uso de vários dispositivos de medição. Os métodos instrumentais de pesquisa, via de regra, possuem uma base teórica própria, essa base diverge da base teórica dos estudos químicos (titrimétricos e gravimétricos). Foi baseado na interação da matéria com várias energias.

No curso de estudos físicos e químicos, para obter os dados necessários sobre a composição e organização estrutural de uma substância, uma amostra experimental é submetida à influência de algum tipo de energia. Dependendo do tipo de energia nas substâncias, os estados de energia de suas partículas constituintes (moléculas, íons, átomos) mudam. Isso é expresso em uma mudança em um determinado conjunto de características (por exemplo, cor, propriedades magnéticas e outras). Como resultado do registro de mudanças nas características de uma substância, são obtidos dados sobre a composição qualitativa e quantitativa da amostra de teste, ou dados sobre sua estrutura.

De acordo com a variedade de energias de influência e as características em estudo, os métodos de pesquisa físico-química são divididos da seguinte maneira.

Tabela 1. Classificação dos métodos físicos e químicos

Além dos listados nesta tabela, existem alguns métodos físico-químicos privados que não se enquadram nessa classificação. De fato, métodos ópticos, cromatográficos e potenciométricos são mais ativamente usados ​​para estudar as características, composição e estrutura da amostra. Galuzo, G. S. Métodos para o estudo de materiais de construção: auxílio didático / G.S. Galuzo, V. A. Bogdan, O. G. Galuzo, V. I. Kovazhnkov. - Minsk: BNTU, 2008. - 227 p.].

2. Métodos de análise térmica

A análise térmica é usada ativamente para estudar vários materiais de construção - minerais e orgânicos, naturais e sintéticos. Seu uso ajuda a revelar a presença de uma determinada fase no material, determinar as reações de interação, decomposição e, em casos excepcionais, obter informações sobre a composição quantitativa da fase cristalina. A possibilidade de obter informações sobre a composição de fases de misturas poliminerais altamente dispersas e criptocristalinas sem divisão em frações poliminerais é uma das principais vantagens da técnica. Os métodos de pesquisa térmica são baseados nas regras de constância da composição química e nas características físicas da substância, sob condições específicas e, entre outras coisas, nas leis de correspondência e característica.

A lei da correspondência diz que um efeito térmico específico pode ser atribuído a qualquer mudança de fase na amostra.

E a lei da característica diz que os efeitos térmicos são individuais para cada substância química.

A ideia principal da análise térmica é estudar as transformações que ocorrem sob condições de indicadores de temperatura crescentes em sistemas de substâncias ou compostos específicos em vários processos físicos e químicos, de acordo com os efeitos térmicos que os acompanham.

Os processos físicos, via de regra, baseiam-se na transformação da estrutura estrutural, ou seja, no estado de agregação do sistema com sua composição química constante.

Os processos químicos levam à transformação da composição química do sistema. Estes incluem diretamente desidratação, dissociação, oxidação, reações de troca e outros.

Inicialmente, curvas térmicas para rochas calcárias e argilosas foram obtidas pelo químico francês Henri Louis Le Chatelier em 1886-1887. Na Rússia, um dos primeiros a estudar o método de pesquisa térmica foi o acadêmico N.S. Kurnakov (em 1904). Modificações atualizadas do pirômetro Kurnakov (um aparelho para registrar automaticamente as curvas de aquecimento e resfriamento) ainda são usadas na maioria dos laboratórios de pesquisa até hoje. Em relação às características em estudo como resultado de aquecimento ou resfriamento, destacam-se os seguintes métodos de análise térmica: análise térmica diferencial (DTA) - determina-se a mudança na energia da amostra em estudo; termogravimetria - mudanças de massa; dilatometria - variação de volumes; volumetria de gás - a composição das mudanças de fase gasosa; condutividade elétrica - mudanças de resistência elétrica.

No curso da pesquisa térmica, vários métodos de estudo podem ser aplicados simultaneamente, cada um dos quais captura mudanças de energia, massa, volume e outras características. Um estudo abrangente das características do sistema durante o processo de aquecimento ajuda a estudar com mais detalhes e aprofundamento os fundamentos dos processos que ocorrem nele.

Um dos métodos mais importantes e amplamente utilizados é a análise térmica diferencial.

Flutuações nas características de temperatura de uma substância podem ser detectadas durante seu aquecimento sequencial. Assim, o cadinho é preenchido com material experimental (amostra), colocado em um forno elétrico, que é aquecido, e passam a medir os indicadores de temperatura do sistema em estudo por meio de um simples termopar conectado a um galvanômetro.

O registro da mudança na entalpia de uma substância ocorre com a ajuda de um termopar comum. Mas devido ao fato de que os desvios que estão na moda para ver na curva de temperatura não são muito grandes, é melhor usar um termopar diferencial. Inicialmente, o uso deste termopar foi proposto por N.S. Kurnakov. Uma representação esquemática de um pirômetro de auto-registro é mostrada na Figura 1.

Esta imagem esquemática mostra um par de termopares comuns, que são conectados entre si pelas mesmas extremidades, formando a chamada junção fria. As duas extremidades restantes são conectadas ao aparelho, o que permite fixar a transformação no circuito da força eletromotriz (EMF), resultante do aumento da temperatura das junções quentes do termopar. Uma junção quente está localizada na amostra estudada e a segunda está localizada na substância de referência.

Figura 1. Representação esquemática de um termopar diferencial e simples: 1 - forno elétrico; 2 - bloco; 3 – amostra experimental em estudo; 4 - substância de referência (padrão); 5 – junção quente do termopar; 6 – junção fria do termopar; 7 - galvanômetro para fixação da curva DTA; 8 - galvanômetro para fixação da curva de temperatura.

Se, para o sistema em estudo, são frequentes algumas transformações associadas à absorção ou liberação de energia térmica, então seu índice de temperatura no momento pode ser muito superior ou inferior ao da substância de referência de referência. Essa diferença de temperatura leva a uma diferença no valor da EMF e, como resultado, ao desvio da curva DTA para cima ou para baixo de zero, ou da linha de base. A linha zero é a linha paralela ao eixo x e traçada pelo início da curva DTA, isso pode ser visto na Figura 2.

Figura 2. Esquema de curvas de temperatura simples e diferencial (DTA).

De fato, muitas vezes após a conclusão de alguma transformação térmica, a curva DTA não retorna à linha zero, mas continua a correr paralela a ela ou em um determinado ângulo. Essa linha é chamada de linha de base. Essa discrepância entre as linhas de base e zero é explicada pelas diferentes características termofísicas do sistema de substâncias estudado e da substância de referência de comparação [].

3. Métodos de análise de fase de raios-X

Os métodos de raios-X para estudar materiais de construção são baseados em experimentos nos quais a radiação de raios-X é usada. Esta classe de estudos é utilizada ativamente para estudar a composição mineralógica de matérias-primas e produtos finais, transformações de fase na substância em várias etapas de seu processamento em produtos prontos para uso e durante a operação e, entre outras coisas, identificar as natureza da estrutura estrutural da rede cristalina.

A técnica de estudos de raios X usada para determinar os parâmetros da célula elementar de uma substância é chamada de técnica de difração de raios X. A técnica, que é seguida durante o estudo das transformações de fase e da composição mineralógica das substâncias, é chamada de análise de fase por raios X. Os métodos de análise de fase por raios X (XRF) são de grande importância no estudo de materiais minerais de construção. Com base nos resultados dos estudos de fase de raios-X, são obtidas informações sobre a presença de fases cristalinas e sua quantidade na amostra. Segue-se daí que existem métodos quantitativos e qualitativos de análise.

O objetivo da análise qualitativa de fase de raios X é obter informações sobre a natureza da fase cristalina da substância em estudo. Os métodos são baseados no fato de que cada material cristalino específico possui um padrão de raios X específico com seu próprio conjunto de picos de difração. Em nosso tempo, existem dados confiáveis ​​de raios X sobre a maioria das substâncias cristalinas conhecidas pelo homem.

A tarefa da composição quantitativa é obter informações sobre o número de fases específicas em substâncias policristalinas polifásicas, baseia-se na dependência da intensidade dos máximos de difração da porcentagem da fase em estudo. Com o aumento da quantidade de qualquer fase, sua intensidade de reflexões se torna maior. Mas para substâncias polifásicas, a relação entre a intensidade e a quantidade dessa fase é ambígua, pois a magnitude da intensidade de reflexão dessa fase depende não apenas de sua porcentagem, mas também do valor de μ, que caracteriza o quanto o X- feixe de raios é atenuado como resultado da passagem pelo material em estudo. Esse valor de atenuação do material em estudo depende dos valores de atenuação e da quantidade de outras fases que também estão incluídas em sua composição. Disso segue-se que cada método de análise quantitativa deve, de alguma forma, levar em conta o efeito do índice de atenuação, como resultado de uma mudança na composição das amostras, o que viola a proporcionalidade direta entre a quantidade desta fase e o grau de intensidade de sua reflexão de difração [ Makarova, I.A. Métodos físico-químicos para o estudo de materiais de construção: guia de estudos / I.A. Makarova, N.A. Lokhov. - Bratsk: De BrGU, 2011. - 139 p. ].

As opções para obtenção de radiografias são divididas, com base no método de registro da radiação, em fotográfica e difratométrica. O uso de métodos do primeiro tipo implica o registro fotográfico de raios X, sob a influência de que se observa o escurecimento da emulsão fotográfica. Os métodos difratométricos para obtenção de padrões de raios X, que são implementados em difratômetros, diferem dos métodos fotográficos, pois o padrão de difração é obtido sequencialmente ao longo do tempo [ Pindyuk, T. F. Métodos para o estudo de materiais de construção: diretrizes para trabalho de laboratório / T.F. Pindyuk, I. L. Chulkov. - Omsk: SibADI, 2011. - 60 p. ].

4. Métodos para estudar a estrutura porosa

Os materiais de construção têm uma estrutura heterogênea e bastante complexa. Apesar da variedade e origem dos materiais (concreto, materiais de silicato, cerâmica), existem sempre vários poros em sua estrutura.

O termo "porosidade" liga as duas propriedades mais importantes de um material - geometria e estrutura. A característica geométrica é o volume total dos poros, o tamanho dos poros e sua superfície específica total, que determinam a porosidade da estrutura (material de poros grandes ou material de poros finos). A característica estrutural é o tipo de poros e sua distribuição de tamanho. Essas propriedades mudam dependendo da estrutura da fase sólida (granular, celular, fibrosa, etc.) e da estrutura dos próprios poros (abertos, fechados, comunicantes).

A principal influência no tamanho e na estrutura das formações porosas é exercida pelas propriedades da matéria-prima, pela composição da mistura e pelo processo tecnológico de produção. As características mais importantes são a distribuição do tamanho das partículas, volume do ligante, porcentagem de umidade na matéria-prima, métodos de conformação do produto final, condições para a formação da estrutura final (sinterização, fusão, hidratação e outras). Aditivos especializados, os chamados modificadores, têm forte influência na estrutura das formações porosas. Estes incluem, por exemplo, aditivos de combustível e aditivos de queima, que são introduzidos na composição da carga durante a produção de produtos cerâmicos e, além disso, surfactantes são usados ​​tanto em cerâmicas quanto em materiais à base de cimento. Os poros diferem não apenas em tamanho, mas também em forma, e os canais capilares que eles criam têm uma seção transversal variável ao longo de todo o seu comprimento. Todas as formações de poros são classificadas em fechadas e abertas, bem como formadoras de canais e becos sem saída.

A estrutura dos materiais de construção porosos é caracterizada por uma combinação de todos os tipos de poros. As formações porosas podem ser localizadas aleatoriamente dentro da substância ou podem ter uma certa ordem.

Os canais de poros têm uma estrutura muito complexa. Os poros fechados são cortados dos poros abertos e não estão de forma alguma conectados entre si e com o ambiente externo. Esta classe de poros é impermeável a substâncias gasosas e líquidas e, portanto, não pertence a substâncias perigosas. As formações porosas formadoras de canais abertos e sem saída podem ser facilmente preenchidas pelo ambiente aquático. Seu preenchimento ocorre de acordo com vários esquemas e depende principalmente da área da seção transversal e do comprimento dos canais dos poros. Como resultado da saturação comum, nem todos os canais porosos podem ser preenchidos com água, por exemplo, os menores poros com tamanho inferior a 0,12 mícrons não são preenchidos devido à presença de ar neles. Grandes formações porosas se enchem muito rapidamente, mas no ar, como resultado do baixo valor das forças capilares, a água é mal retida nelas.

O volume de água absorvido pela substância depende do tamanho das formações porosas e das características de adsorção do próprio material.

Para determinar a relação entre a estrutura porosa e as características físico-químicas do material, não basta conhecer apenas o valor geral do volume das formações porosas. A porosidade geral não determina a estrutura da substância; o princípio da distribuição do tamanho dos poros e a presença de formações porosas de um tamanho específico desempenham um papel importante aqui.

Os indicadores geométricos e estruturais da porosidade dos materiais de construção diferem tanto no nível micro quanto no nível macro. G.I. Gorchakov e E. G. Muradov desenvolveu uma técnica experimental-computacional para identificar a porosidade total e de grupo de materiais de concreto. A base da técnica reside no fato de que durante o experimento o nível de hidratação do cimento no concreto é determinado usando um estudo quantitativo de raios X ou aproximadamente pelo volume de água ligado pelo ligante de cimento ω, que não evaporou durante a secagem a uma temperatura de 150 ºС: α = ω/ ω máximo .

O volume de água ligada com hidratação completa do cimento está na faixa de 0,25 - 0,30 (para a massa de cimento não calcinado).

Então, usando as fórmulas da tabela 1, a porosidade do concreto é calculada em função do nível de hidratação do cimento, seu consumo no concreto e a quantidade de água [ Makarova, I.A. Métodos físico-químicos para o estudo de materiais de construção: guia de estudos / I.A. Makarova, N.A. Lokhov. - Bratsk: De BrGU, 2011. - 139 p. ].

As propriedades físico-químicas dos materiais compósitos de construção são amplamente determinadas por sua composição e estrutura de poros. Portanto, para obter materiais com propriedades desejadas, é necessário ter dados precisos sobre os processos de formação da estrutura e a formação de novos compostos químicos estudados nos níveis micro e molecular-iônico.

• ? petrográfico;
• ? microscópio eletrônico;
• ? espectroscopia de infravermelho;
• ? Análise de raios X (difração de raios X);
• ? análise térmica diferencial;
• ? métodos colorimétricos;
• ? análise luminescente;
• ? métodos magnetoespectroscópicos;
• ? métodos de sorção.

método petrográfico. Este método é usado principalmente para o estudo de materiais inorgânicos 1: várias rochas, minerais, cimento, pedra de cimento, concreto, vidro, escória, cerâmica.

A pesquisa é realizada usando microscópios de vários designs: desde microscópios de luz comuns, que permitem examinar estruturas com distância entre elementos de até 0,25 μm, até os eletrônicos - da ordem de 0,01 ... 0,10 nm (1 nm = 1º 9 m).

Microscópio eletrônico. Este método é usado para estudar estruturas finas. Os microscópios eletrônicos modernos têm uma ampliação útil de até 106 vezes. Uma penetração tão profunda no mundo das pequenas partículas tornou-se possível devido ao uso de feixes de elétrons na microscopia, cujo comprimento de onda é muitas vezes menor que o da luz visível.

Um microscópio eletrônico permite estudar o tamanho e a forma de cristais individuais, processos de difusão, transformações de fase durante o tratamento térmico e resfriamento de materiais, os mecanismos de deformação e destruição de estruturas submicroscópicas de materiais.

Atualmente, são usados ​​microscópios de varredura (varredura) e de transmissão magnética eletrônica (TEM) (Fig. 4.1). Tais dispositivos são baseados no princípio da televisão de varredura (implantação), ou seja, movimento sequencial de ponto a ponto de um fino feixe de elétrons ao longo da superfície do objeto em estudo. Neste caso, o feixe de elétrons, interagindo com a substância, provoca uma série de fenômenos físicos que são registrados por sensores de radiação, e seus sinais são convertidos em uma imagem em relevo da superfície da amostra na tela do display (com possibilidade de fotografar; Fig. 4.2).

Petrografia, ou petrologia (do grego petros - pedra e grapho - escrevo), é a ciência das rochas, sua composição mineralógica e química, estrutura e textura, condições de ocorrência, padrões de distribuição, origem e mudança na crosta terrestre e a superfície da Terra.

Área escaneada por um feixe de elétrons focado

Tela fluorescente localizada dentro do TEM

final

imagem

Lentes de condensação

Área iluminada pelo feixe de elétrons

Lentes intermediárias e de projeção

Primário

elétrons

Amostra -*-

Os elétrons passaram pela amostra

final

condensador

Cintilador

Amplificadores e Unidades de Processamento de Sinal

Tubo de raios catódicos localizado fora da coluna catódico-óptica

Arroz. 4.1. Diagramas esquemáticos de translúcido (a) e raster (b) microscópio eletrônico

Arroz. 4.2.

aumento de x300

O PEM com alta resolução (2 ... 3 A) é, via de regra, um dispositivo universal multiuso (Fig. 4.3). Com a ajuda de dispositivos e acessórios adicionais, é possível inclinar um objeto em diferentes planos em grandes ângulos em relação ao eixo óptico, aquecer, resfriar, deformá-lo, realizar análises estruturais de raios-X, gráficos de elétrons e outros estudos.

Arroz. 4.3.

1 - Canhão de elétrons; 2 - lentes condensadoras; 3 - lentes objetivas; 4 - lentes de projeção; 5 - um microscópio de luz, ampliando adicionalmente a imagem observada na tela; 6 - um tubo com janelas de visualização; 7 - cabo de alta tensão; 8 - sistema de vácuo; 9 - Controle remoto; 10 - ficar; 11 - fonte de alimentação de alta tensão; 12 - fonte de alimentação da lente

Método de espectroscopia de infravermelho. O método consiste em obter e estudar espectros na região IR da radiação. Eles estudam os espectros vibracionais e rotacionais das moléculas e determinam a composição química e a estrutura das substâncias a partir delas, por exemplo, estudam as mudanças estruturais no betume e suas emulsões.

Radiação infra-vermelha- radiação eletromagnética, cujos comprimentos de onda estão na faixa de 0,74 mícrons a 1 ... 2 mm.

A tecnologia infravermelha permite medir à distância a temperatura de corpos aquecidos, que podem ser usados ​​como sensores de temperatura em processos tecnológicos de obtenção de materiais de construção e controle de sua qualidade.

A radiação IR é usada na detecção de falhas por infravermelho - um método para monitorar produtos que aquecem durante sua operação ou no recebimento (por exemplo, a qualidade de tijolos cerâmicos).

A espectroscopia IR é o principal método para estudar a composição e estrutura de uma substância na ciência dos materiais de construção. Vantagens importantes deste método são a clareza dos resultados e a rapidez do estudo com uma pequena quantidade de substância.

Essência do Métodoé o seguinte. Quando uma molécula de uma substância interage com a radiação infravermelha, a energia é transferida para a molécula da substância em estudo. Como resultado, a molécula passa de um estado quântico (não excitado) para outro (excitado). Quando uma molécula retorna ao seu estado original, ela emite um quantum de energia.

Quando a substância de ensaio é irradiada com luz infravermelha, certas partes do espectro de radiação são absorvidas pelas moléculas da substância, pelo que o feixe que passa pela substância na região de absorção será atenuado. Ao registrar a intensidade da radiação infravermelha que passa pela substância, dependendo dos comprimentos de onda (ou números de onda), obtém-se uma curva na qual as bandas de absorção são visíveis (Fig. 4.4). Ela se chama espectro de absorção infravermelho, que é o "passaporte" da substância. Dispositivos para gravação automática de espectros IR são chamados espectrômetros (espectrofotômetros).

Os laboratórios modernos estão equipados com instalações computadorizadas especiais que permitem análises complexas multifatoriais de quase todos os materiais.

Decifrar os espectros de sistemas complexos como o betume é uma tarefa bastante difícil. Os picos do espectro (frequência, cm“ ) correspondem a certos grupos químicos: 1600 - aromático, 1700 - carboxil e éster, 2800 - metileno, 3100...3600 - hidroxil.

Número de onda, cm

Arroz. 4.4. Espectro de absorção IR de pedra de cimento sem aditivo (a) e com aditivo (b)

Análise de raios X (difração de raios X). isto

um método para estudar a estrutura e composição de uma substância estudando experimentalmente a difração de 1 raios-X nesta substância.

Os raios X são as mesmas oscilações eletromagnéticas da luz visível, mas com comprimentos de onda mais curtos (comprimento de onda de 10 5 a 10 2 nm). Eles são obtidos em um tubo de raios X como resultado de uma colisão de elétrons do cátodo com um ânodo em uma grande diferença de potencial.

A essência do uso de raios X para o estudo de substâncias cristalinas (por exemplo, clínquer de cimento) é que o comprimento de onda dessa radiação é comparável às distâncias interatômicas na rede cristalina de uma substância, que é uma rede de difração natural para Raios X.

O método baseia-se no estudo do padrão de difração obtido quando os raios X são refletidos por planos atômicos na estrutura cristalina. Por exemplo, se for necessário determinar a composição do clínquer de cimento, para decifrar radiografias (ou seja, determinação quantitativa de compostos químicos no clínquer), misturas de referência com diferentes conteúdos de materiais de clínquer são removidas preliminarmente e gráficos de calibração são construídos sua base, segundo a qual é determinado o teor (%) de minerais de clínquer na amostra estudada.

Assim, cada substância cristalina é caracterizada por seu próprio conjunto de certas linhas no raio-x. O método é relativamente simples: o padrão de difração de raios X do pó de uma amostra polimineral é comparado com os padrões de difração de raios X dos minerais constituintes (referência) ou com dados tabulares. A análise de fase por raios X é usada para controlar matérias-primas e produtos acabados, para monitorar processos tecnológicos, bem como na detecção de falhas.

Para o método de registro de ionização (Fig. 4.5), são usados ​​contadores especiais na análise de difração de raios X, o que aumenta a sensibilidade e reduz a duração da análise.

Arroz. 4.5.

• 1 - estabilizador; 2 - gerador; 3 - tubo de raios-x; 4 - amostra; 5 - goniômetro; 6 - contador quântico; 7 - amplificador; 8 - retificador; 9 - circuito integrador; 10 - lâmpada voltímetro; 11 - potenciômetro de escrita automática; 12 - contador eletromecânico;
• 13 - esquema de conversão

Os raios X refletidos da amostra entram no contador, e dele os impulsos elétricos são transmitidos através de um amplificador e um sistema de escala para um dispositivo de auto-gravação. Na fig. 4.6 mostra os padrões de difração de raios X de alguns materiais.

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

Ângulo de difração 20, graus

Arroz. 4.6. Padrões de raios-X de materiais de silicato:

uma - quartzo; b- moscovita

Análise térmica diferencial. A análise térmica diferencial (DTA) é usada para determinar a composição da fase mineral dos materiais de construção. A base do método é que transformações de fase, que ocorrem no material podem ser julgados pelos efeitos térmicos que acompanham essas transformações. Durante os processos físicos e químicos de transformação da matéria, a energia na forma de calor pode ser absorvida ou liberada. Com a absorção de calor, por exemplo, desidratação, dissociação, fusão são processos endotérmicos.

A liberação de calor é acompanhada pela oxidação, a formação de novos compostos, a transição de um estado amorfo para um estado cristalino - isso processos exotérmicos.

O dispositivo para conduzir DTA é chamado derivatógrafo. Durante a análise, quatro curvas são registradas: curvas de aquecimento simples e diferencial e, consequentemente, curvas de perda de massa. A essência do método DTA em que o comportamento do material é comparado com o padrão - uma substância que não sofre nenhuma transformação térmica em uma determinada faixa de temperatura. Nos termogramas, os vales correspondem a processos endotérmicos e os picos correspondem a processos exotérmicos (Fig. 4.7).

Temperatura, °С

Arroz. 4.7. Termogramas de cimento:

1 - não hidratado; 2 - hidratado por 7 dias

métodos colorimétricos. Esses métodos são baseados na alteração da absorção de luz de soluções de compostos coloridos.

A absorção de luz no líquido de teste é comparada com a absorção no líquido de referência (com um teor conhecido do componente), após o que a concentração é calculada com uma precisão de 10 ~ 3 ... 10 "8 mol / l (dependendo no tipo de analito).

A cor das soluções é determinada usando dispositivos especiais - fotoeletrocolorímetros.

Métodos colorimétricos são usados ​​para determinar vários elementos químicos em solos, atividade de adsorção (adesão) da superfície do agregado ou carga. Por exemplo, ao estudar a atividade adesiva da areia de quartzo no sistema "areia - betume", foi utilizado um corante - azul de metileno. A areia foi retirada com e sem filme autigênico (ou seja, com filme de minerais autigênicos 1). A força da ligação adesiva no sistema "areia-betume" pode ser determinada medindo a densidade óptica em um espectrofotômetro SF (absorção de luz na região ultravioleta). Quanto maior a absorção de luz, maior a densidade óptica da solução, o que significa que quanto mais aglutinante passa para a solução e menor a adesão do betume à areia (Fig. 4.8). A quantidade de aglutinante transferida para a solução de amostras de areia sem filmes autigênicos é maior do que para areia com tais filmes.

Arroz. 4.8.

• 1 - areia sem filme autigênico, tratada com betume;
• 2 - areia com filme autigênico tratado com betume

Análise luminescente. Luminescência- o brilho de algumas substâncias, superior à sua radiação térmica a uma determinada temperatura e excitado por alguma fonte de energia (ocorre sob a ação da luz, radiação radioativa e de raios X, campo elétrico, reações químicas e influências mecânicas).

Dependendo da duração do brilho, as substâncias são distinguidas fluorescência(curto prazo) e fosforescência(luminescência de longa duração).

A detecção de falhas capilares é baseada na luminescência - penetração em macrodefeitos de superfície substâncias-

^utigênicos (do grego. asyI^epez - origem local) minerais - minerais de rochas sedimentares formadas no processo de sedimentação e litogênese.

fósforos, assim como a análise luminescente qualitativa e quantitativa (de acordo com a forma do espectro de intensidade da linha).

Com a ajuda da luminescência, pode-se detectar novos compostos no betume, estabelecer a distribuição de sua composição de grupos em um filme de betume, determinar a resistência das escórias ao decaimento, etc.

Métodos magnetoespectroscópicos. Esses métodos incluem ressonância magnética nuclear (RMN) e ressonância paramagnética eletrônica (EPR).

Os princípios de RMN e EPR são os mesmos. O método NMR usa a propriedade dos núcleos atômicos para se orientar em um campo magnético como pequenos ímãs. A orientação está associada a diferentes níveis de energia quântica, que são registrados na forma de espectros. Por exemplo, o espectro de RMN do padrão (álcool etílico CH3-CH2-OH) mostra as diferentes posições de três tipos de núcleos de hidrogênio (prótons) em uma molécula, mas em grupos diferentes (Fig. 4.9): três prótons do metil grupo (-CH3), dois - metileno (-CH2-) e um - hidroxila (-OH). Três sinais foram registrados no espectro. A intensidade dos sinais ressonantes (a área sob as curvas) é proporcional ao número de átomos de hidrogênio no grupo (a razão de área é 3:2:1).

Arroz. 4.9.

Durante a análise, os sinais da substância conhecida (referência) e da substância de teste são comparados. O método permite estudar o processo de hidratação de ligantes inorgânicos, minerais de clínquer, gesso, etc. e explicar a natureza da conexão das moléculas de água com a estrutura dos minerais durante este processo.

O método EPR está associado à ressonância magnética de elétrons desemparelhados. É usado no estudo do mecanismo de processos envolvendo radicais livres 1 com um elétron desemparelhado, em particular, para a determinação de radicais livres no betume durante a oxidação de alcatrões. Por exemplo, usando o espectro EPR de alcatrão oxidado, a concentração de radicais livres no sistema "betume - escória granulada de alto-forno" é determinada. Foi estabelecido que sua concentração aumenta a uma temperatura de 130°C, quando há uma interação intensa no sistema.

métodos de sorção. Os métodos são baseados em fenômenos de adsorção - um aumento espontâneo na concentração de uma substância na interface de fase, acompanhado por uma diminuição na energia interfacial.

Os métodos de sorção permitem:

• ? determinar a porosidade dos materiais;
• ? realizar a separação de misturas multicomponentes (método cromatográfico).

Por exemplo, betume de petróleo é separado em componentes por um método cromatográfico em uma coluna de adsorção preenchida com um adsorvente.

A substância é filtrada através da coluna. Como os componentes do betume têm atividade capilar diferente em relação ao adsorvente, eles são adsorvidos em ordem decrescente de atividade de adsorção. Assim, a substância ativa mais capilar é concentrada na parte superior e a substância menos ativa é concentrada na parte inferior. Ao lavar a coluna com um solvente, as substâncias descem a uma certa velocidade, formando zonas separadas, cada uma das quais contém apenas um componente da mistura.

A cromatografia de adsorção permite determinar a composição do grupo de betumes e separar os óleos em frações estreitas. Neste caso, éter de petróleo, etanol retificado são usados ​​como solventes e como adsorvente - gel de sílica 1 e alumina. As frações resultantes são identificadas pelo índice de refração (índice de refração) determinado em refratômetro- um instrumento óptico para medir o índice de refração da luz em gases, sólidos e líquidos.

• número de onda para relacionado ao comprimento de onda X vício para=2l /X. k \u003d 2p.
• número de onda para relacionado ao comprimento de onda X vício para=2l /X. Na espectroscopia, o número de onda é o recíproco do comprimento de onda, ou seja, k \u003d 2p. Difração (de lat. bshtas ^ dvz - quebrado) - arredondamento de obstáculos por ondas (luz, som, etc.).
• Os fósforos (do latim lumen - luz e grego phoros - transportador) são substâncias orgânicas e inorgânicas que podem brilhar (luminescência) sob a influência de fatores externos. Os radicais livres são partículas cineticamente independentes (átomos ou grupos atômicos) que possuem elétrons desemparelhados, como H, CH3, C6H5. Eles são muito reativos. O gel de sílica é um corpo microporoso obtido pela calcinação de um gel de ácido polissilícico; CONSISTE EM 8102-

Universidade Técnica do Estado de Saratov

Construção - Arquitetura - Instituto Rodoviário

Departamento: "Produção de produtos e estruturas de construção"

Trabalho de controle na disciplina:

"Métodos para o estudo de materiais de construção"

Saratov 2012

1. Métodos diretos e indiretos de mudança. Método da curva de calibração, propriedade molar e aditivos. Limitações de aplicabilidade dos métodos. 3
2. Potenciometria: fundamentos teóricos, componentes do dispositivo para titulação potenciométrica (eletrodo de hidrogênio, eletrodo de cloreto de prata - o princípio de funcionamento). dez

Bibliografia. 16

1. Métodos diretos e indiretos de medição. Método da curva de calibração, propriedade molar e aditivos. Limitações de aplicabilidade dos métodos.

Métodos físicos e químicos de análise - são métodos em que as substâncias analisadas são submetidas a transformações químicas, e o sinal analisado é uma grandeza física que depende da concentração de um determinado componente. As transformações químicas contribuem para o isolamento, ligação do componente analisado ou sua conversão em uma forma facilmente identificável. Assim, o meio detectável é formado durante a própria análise.

Em quase todos os métodos físico-químicos de análise, são utilizadas duas técnicas metodológicas principais: o método de medição direta e o método de titulação (o método de medições indiretas).

Métodos diretos

Em medições diretas, é utilizada a dependência do sinal analítico da natureza do analito e sua concentração. Na espectroscopia, por exemplo, o comprimento de onda da linha espectral determina a propriedade da natureza da substância, e a característica quantitativa é a intensidade da linha espectral.

Portanto, ao realizar uma análise qualitativa, o sinal é fixo e, ao realizar uma análise quantitativa, a intensidade do sinal é medida.

Há sempre uma relação entre a intensidade do sinal e a concentração da substância, que pode ser representada pela expressão:

I \u003d K C,

onde: I - intensidade do sinal analítico;

K é uma constante;

C é a concentração da substância.

Na prática analítica, os seguintes métodos de determinação quantitativa direta são mais amplamente utilizados:

1) método da curva de calibração;

2) método das propriedades molares;

3) método de adições.

Todos eles são baseados no uso de amostras padrão ou soluções padrão.

Método da curva de calibração.

De acordo com a lei Bouguer - Lambert - Beer, o gráfico da densidade óptica versus concentração deve ser linear e passar pela origem.

Prepare uma série de soluções padrão de várias concentrações e meça a densidade óptica nas mesmas condições. Para melhorar a precisão da determinação, o número de pontos no gráfico deve ser de pelo menos três a quatro. Em seguida, a densidade óptica da solução de teste A x é determinada e o valor de concentração correspondente C x é encontrado no gráfico (Fig. 1.).

O intervalo de concentração das soluções padrão é selecionado de modo que a concentração da solução de teste corresponda aproximadamente ao meio desse intervalo.

O método é o mais comum em fotometria. As principais limitações do método estão associadas ao laborioso processo de preparação de soluções padrão e à necessidade de levar em consideração a influência de componentes estranhos na solução de teste. Na maioria das vezes, o método é usado para análises seriadas.

Figura 1. Gráfico de calibração de absorbância versus concentração.

Neste método, a intensidade do sinal analítico I é medida para várias amostras padrão e uma curva de calibração é construída, geralmente nas coordenadas I = f(c), onde c é a concentração do analito na amostra padrão. Em seguida, nas mesmas condições, a intensidade do sinal da amostra analisada é medida e a concentração da substância analisada é encontrada a partir da curva de calibração.

Se o gráfico de calibração é descrito pela equação y = b C, então ele pode ser construído usando um padrão, e a linha reta sairá da origem. Neste caso, os sinais analíticos são medidos para uma amostra padrão e uma amostra. Além disso, os erros são calculados e um gráfico corretivo é construído.

Se a curva de calibração for construída de acordo com a equação y = a + b C, então pelo menos dois padrões devem ser usados. Na realidade, dois a cinco padrões são usados ​​para reduzir o erro.

O intervalo de concentração na curva de calibração deve abranger a faixa esperada de concentrações analisadas, e a composição da amostra ou solução padrão deve estar próxima da composição da analisada. Na prática, esta condição raramente é alcançada, por isso é desejável ter uma ampla gama de amostras padrão de várias composições.

Na equação da reta y = a + b C, o valor b caracteriza a inclinação da reta e é chamado de coeficiente de sensibilidade instrumental. Quanto maior b, maior a inclinação do gráfico e menor o erro na determinação da concentração.

Uma dependência mais complexa também pode ser usada, além disso, traduzir funções em coordenadas logarítmicas permite enfraquecer a influência de processos laterais e evitar a ocorrência de um erro.

A curva de calibração deve ser construída imediatamente antes das medições, porém, em laboratórios analíticos, ao realizar análises seriadas, utiliza-se um gráfico constante e pré-obtido. Nesse caso, é necessário verificar periodicamente a exatidão dos resultados das análises ao longo do tempo. A frequência de controle depende do tamanho da série de amostras. Assim, para uma série de 100 amostras, é realizada uma análise de controle para cada 15 amostras.

Método de propriedade molar.

Ele também mede a intensidade do sinal analítico (I = Ac) para várias amostras padrão e calcula a propriedade molar A, ou seja, intensidade do sinal analítico proporcional a 1 mol de substância: A = I/c st. .

Ou a propriedade molar média é calculada pela expressão:

Â=1/n i ∑I/С, (1.7.4)

onde: Â – propriedade molar média;

n i é o número de medições das i-ésimas amostras padrão;

I é a intensidade do sinal;

C - concentração

Em seguida, nas mesmas condições, mede-se a intensidade do sinal da amostra analisada e calcula-se a concentração do componente analisado a partir da razão com x = I/A.

O método pressupõe o cumprimento da razão I = Ac.

método aditivo.

Quando a composição de uma amostra é desconhecida ou dados insuficientes estão disponíveis, e quando materiais de referência adequados não estão disponíveis, o método de adição é usado. Permite eliminar amplamente os erros sistemáticos quando há uma discrepância entre a composição dos padrões e das amostras.

O método de adição é baseado na introdução em uma série de amostras da solução analisada (A x) da mesma massa e volume de amostras de uma quantidade exatamente conhecida do componente a ser determinado (a) com uma concentração conhecida (C uma). Neste caso, a intensidade do sinal analítico da amostra é medida antes da introdução (I x) e após a introdução de um componente adicional (I x + a).

Este método é usado para a análise de soluções complexas, pois permite levar em consideração automaticamente a influência de componentes estranhos da amostra analisada. Primeiro, a densidade óptica da solução de teste com uma concentração desconhecida é medida.

A x \u003d C x,

Em seguida, uma quantidade conhecida de uma solução padrão do componente a ser determinado (Cst) é adicionada à solução analisada e a densidade óptica A é medida. x+st :

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

Onde

C x \u003d C st ·.

Para melhorar a precisão, a solução padrão do componente a ser determinado é adicionada duas vezes e o resultado é calculado.

A concentração do analito no método de adição pode ser encontrada graficamente (Fig. 2.).

Figura 2. Curva de calibração para determinar a concentração de uma substância pelo método de adições.

A última equação mostra que se você construir um gráfico de A x + st como uma função de C st, você obtém uma linha reta, cuja extrapolação para a interseção com o eixo x resulta em um segmento igual a - C x. De fato, quando A x + st \u003d 0, segue da mesma equação que - C st \u003d C x.

Portanto, neste método, a intensidade do sinal analítico da amostra I x é medida primeiro, então um volume conhecido da solução padrão é introduzido na amostra a uma concentração com st . e novamente a intensidade do sinal I x+st é medida. , Consequentemente

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

com x \u003d com arte.

O método também pressupõe o cumprimento da razão I = Ac.

O número de amostras com aditivos de quantidades variáveis ​​do analito pode variar dentro de amplos limites.

Método de medições indiretas

Medidas indiretas são utilizadas na titulação da amostra analisada por métodos condutométricos, potenciométricos e alguns outros.

Nesses métodos, durante a titulação, a intensidade do sinal analítico - I é medida e a curva de titulação é plotada nas coordenadas I - V, onde V é o volume do titulante adicionado em ml.

De acordo com a curva de titulação, o ponto de equivalência é encontrado e o cálculo é realizado, de acordo com as expressões analíticas correspondentes:

Q in-va \u003d T g / ml Vml (equiv)

Os tipos de curvas de titulação são muito diversos, dependem do método de titulação (conductométrico, potenciométrico, fotométrico, etc.), bem como da intensidade do sinal analítico, que depende de fatores de influência individuais.

1. Potenciometria: fundamentos teóricos, componentes do dispositivo para titulação potenciométrica (eletrodo de hidrogênio, eletrodo de cloreto de prata - o princípio de funcionamento).

Os métodos de análise eletroquímica são um conjunto de métodos de análise qualitativa e quantitativa baseados em fenômenos eletroquímicos que ocorrem no meio em estudo ou no limite de fase e estão associados a uma mudança na estrutura, composição química ou concentração do analito. Inclui os seguintes grupos principais: condutometria, potenciometria, voltametria, coulometria.

Potenciometria

O método potenciométrico de análise é baseado na medição de potenciais de eletrodos e forças eletromotrizes em soluções eletrolíticas.

Existem potenciometria direta e titulação potenciométrica.

Potenciometria direta usado para determinar diretamente a atividade (a) de íons em solução, desde que o processo de eletrodo (isto é, ocorrendo na superfície do eletrodo) seja reversível. Se os coeficientes de atividade individuais dos componentes (f) são conhecidos, então a concentração (c) do componente pode ser determinada diretamente: . O método de potenciometria direta é confiável devido à ausência de um potencial de difusão na solução, o que distorce os resultados da análise (o potencial de difusão está associado à diferença nas concentrações do analito na superfície do eletrodo e no volume do solução).

Pequena descrição

Os métodos físico-químicos de análise são métodos nos quais as substâncias analisadas são submetidas a transformações químicas, e o sinal analisado é uma grandeza física que depende da concentração de um determinado componente. As transformações químicas contribuem para o isolamento, ligação do componente analisado ou sua conversão em uma forma facilmente identificável. Assim, o meio detectável é formado durante a própria análise.

Em quase todos os métodos físico-químicos de análise, são utilizadas duas técnicas metodológicas principais: o método de medição direta e o método de titulação (o método de medições indiretas).

Bibliografia.

Ministério da Educação da República do Quirguistão

Ministério da Educação da Federação Russa

Universidade Eslava Quirguistão-Russa

Faculdade de Arquitetura Projeto e Construção

abstrato

Sobre o tema :

"O papel dos métodos de pesquisa física e química em materiais de construção"

Completado por: Podyachev Mikhail gr. PGS 2-07

Verificado por: Dzhekisheva S.D.

Plano

1. Introdução……………………………………………………………………….……p. 3

2 . Métodos físico-químicos de análise e sua classificação ………………….p. 3-8

4. Características dos processos de corrosão em materiais de construção…. págs. 9-13

5. Métodos físico-químicos para estudar a corrosão em materiais de construção………………p. 13-15

6. Métodos para proteger os materiais de construção da corrosão…………………p. quinze

7. Resultados do estudo de corrosão baseado em métodos físicos e químicos………p. 16-18

8. Métodos inovadores para estudar a corrosão………………………p. 18-20

9. Conclusão……………………………………………………………………p. vinte

10. Referências……………………………………………………………p.21

Introdução.

A civilização humana ao longo de seu desenvolvimento, pelo menos na esfera material, utiliza constantemente as leis químicas, biológicas e físicas que operam em nosso planeta para satisfazer uma ou outra de suas necessidades.

Nos tempos antigos, isso acontecia de duas maneiras: conscientemente ou espontaneamente. Naturalmente, estamos interessados ​​na primeira maneira. Um exemplo do uso consciente de fenômenos químicos pode ser:

Azedamento do leite usado para produzir queijo, creme de leite e outros produtos lácteos;

Fermentação de algumas sementes como o lúpulo na presença de levedura para formar cerveja;

Sublimação do pólen de algumas flores (papoila, cânhamo) e obtenção de drogas;

Fermentação do suco de algumas frutas (principalmente uvas), contendo muito açúcar, resultando em vinho, vinagre.

As transformações revolucionárias na vida humana foram introduzidas pelo fogo. O homem começou a usar o fogo para cozinhar, na cerâmica, para processar e fundir metais, transformar madeira em carvão, evaporar e secar alimentos para o inverno.

Com o tempo, as pessoas precisam de mais e mais novos materiais. A química forneceu uma ajuda inestimável em sua criação. O papel da química é especialmente grande na criação de materiais puros e ultrapuros (doravante abreviados como SCM). Se, na minha opinião, a posição de liderança na criação de novos materiais ainda é ocupada por processos e tecnologias físicas, a produção de SCM geralmente é mais eficiente e produtiva com a ajuda de reações químicas. E também havia a necessidade de proteger os materiais da corrosão, este é realmente o principal papel dos métodos físico-químicos nos materiais de construção. Com a ajuda de métodos físico-químicos, os fenômenos físicos que ocorrem durante as reações químicas são estudados. Por exemplo, no método colorimétrico, a intensidade da cor é medida dependendo da concentração de uma substância, na análise condutométrica, a mudança na condutividade elétrica das soluções é medida, etc.

Este resumo descreve alguns tipos de processos de corrosão, bem como formas de lidar com eles, que é a principal tarefa prática dos métodos físicos e químicos em materiais de construção.

Métodos físicos e químicos de análise e sua classificação.

Os métodos físico-químicos de análise (PCMA) baseiam-se no uso da dependência das propriedades físicas das substâncias (por exemplo, absorção de luz, condutividade elétrica, etc.) em sua composição química. Algumas vezes na literatura, os métodos físicos de análise são separados do PCMA, enfatizando assim que uma reação química é usada no PCMA, mas não nas físicas. Os métodos físicos de análise e FHMA, principalmente na literatura ocidental, são chamados de instrumentais, pois geralmente requerem o uso de instrumentos, instrumentos de medida. Os métodos instrumentais de análise têm basicamente uma teoria própria, diferente da teoria dos métodos de análise química (clássica) (titrimetria e gravimetria). A base desta teoria é a interação da matéria com o fluxo de energia.

Ao usar o PCMA para obter informações sobre a composição química de uma substância, a amostra de teste é exposta a alguma forma de energia. Dependendo do tipo de energia em uma substância, há uma mudança no estado de energia de suas partículas constituintes (moléculas, íons, átomos), que se expressa em uma mudança em uma ou outra propriedade (por exemplo, cor, propriedades magnéticas, etc.). Ao registrar uma mudança nessa propriedade como sinal analítico, obtém-se informações sobre a composição qualitativa e quantitativa do objeto em estudo ou sobre sua estrutura.

De acordo com o tipo de energia de perturbação e a propriedade medida (sinal analítico), a FHMA pode ser classificada da seguinte forma (Tabela 2.1.1).

Além dos listados na tabela, existem muitos outros FHMAs privados que não se enquadram nessa classificação.

Os métodos de análise ópticos, cromatográficos e potenciométricos têm a maior aplicação prática.

Tabela 2.1.1.

Comparado aos métodos químicos clássicos, os FHMA são caracterizados por um menor limite de detecção, tempo e intensidade de trabalho. Os FHMA permitem análises à distância, automatizam o processo de análise e o realizam sem destruir a amostra (análise não destrutiva).

De acordo com os métodos de determinação, os FHMA diretos e indiretos são distinguidos. Nos métodos diretos, a quantidade de uma substância é encontrada convertendo diretamente o sinal analítico medido na quantidade de uma substância (massa, concentração) usando a equação de relação. Nos métodos indiretos, um sinal analítico é usado para estabelecer o fim de uma reação química (como uma espécie de indicador), e a quantidade do analito que entrou na reação é encontrada usando a lei dos equivalentes, ou seja, por uma equação não diretamente relacionada ao nome do método.

De acordo com o método de determinações quantitativas, não existem métodos instrumentais de análise de referência e de referência.

Os métodos sem referência são baseados em regularidades estritas, cuja expressão de fórmula permite recalcular a intensidade do sinal analítico medido diretamente na quantidade do analito usando apenas valores tabulares. Por exemplo, a lei de Faraday pode servir como tal regularidade, o que torna possível calcular a quantidade de um analito em uma solução durante a titulação coulométrica usando a corrente e o tempo de eletrólise. Existem pouquíssimos métodos sem padronização, pois cada determinação analítica é um sistema de processos complexos em que é impossível, teoricamente, levar em conta a influência de cada um dos inúmeros fatores atuantes no resultado da análise. Nesse sentido, alguns métodos são usados ​​na análise, que permitem levar em conta experimentalmente essas influências. A técnica mais comum é o uso de padrões, ou seja, amostras de substâncias ou materiais com teor precisamente conhecido do elemento (ou vários elementos) a ser determinado. Durante a análise, o analito da amostra de teste e a referência são medidos, os dados obtidos são comparados e o conteúdo deste elemento na amostra analisada é calculado a partir do conteúdo conhecido do elemento na referência. Os padrões podem ser fabricados industrialmente (amostras padrão, aços normais) ou preparados em laboratório imediatamente antes da análise (amostras de comparação). Se substâncias quimicamente puras (impurezas inferiores a 0,05%) forem usadas como amostras padrão, elas serão chamadas de substâncias padrão.

Na prática, as determinações quantitativas por métodos instrumentais são realizadas de acordo com um dos três métodos: função de calibração (série padrão), padrões (comparação) ou adições de padrões.

Ao trabalhar de acordo com o método da função de calibração usando substâncias padrão ou amostras padrão, são obtidas várias amostras (ou soluções) contendo várias, mas quantidades precisamente conhecidas do componente a ser determinado. Às vezes, essa série é chamada de série padrão. Em seguida, essa série padrão é analisada e o valor de sensibilidade K é calculado a partir dos dados obtidos (no caso de uma função de calibração linear). Depois disso, a intensidade do sinal analítico A é medida no objeto em estudo e a quantidade (massa, concentração) do componente desejado é calculada usando a equação de relação ou encontrada a partir do gráfico de calibração (ver Fig. 2.1.1).

O método de comparação (padrões) é aplicável apenas para uma função de calibração linear. A determinação deste componente é realizada em uma amostra padrão (substância padrão) e obtém-se

Então eles são determinados no objeto analisado

Dividir a primeira equação pela segunda elimina a sensibilidade

e calcule o resultado da análise

O método de adições padrão também é aplicável apenas a uma função de calibração linear. Neste método, primeiro, uma amostra do objeto em estudo é analisada e obtida, em seguida, uma quantidade conhecida (massa, volume de solução) do componente a ser determinado é adicionada à amostra, e após a análise,

Ao dividir a primeira equação pela segunda, K é excluído e uma fórmula é obtida para calcular os resultados da análise:

O espectro de uma substância é obtido afetando-a com temperatura, fluxo de elétrons, fluxo de luz (energia eletromagnética) com um determinado comprimento de onda (frequência de radiação) e outros métodos. A um certo valor da energia de impacto, a substância é capaz de entrar em um estado excitado. Nesse caso, ocorrem processos que levam ao aparecimento de radiação com um determinado comprimento de onda no espectro (Tabela 2.2.1).

A emissão, absorção, espalhamento ou refração da radiação eletromagnética pode ser considerada como um sinal analítico que carrega informações sobre a composição qualitativa e quantitativa de uma substância ou sua estrutura. A frequência (comprimento de onda) da radiação é determinada pela composição da substância em estudo, e a intensidade da radiação é proporcional ao número de partículas que causaram seu aparecimento, ou seja, a quantidade de uma substância ou componente de uma mistura.

Cada um dos métodos analíticos geralmente não usa todo o espectro da matéria, cobrindo a faixa de comprimento de onda dos raios X às ondas de rádio, mas apenas uma certa parte dela. Os métodos espectrais são geralmente distinguidos pela faixa de comprimentos de onda do espectro que está funcionando para este método: ultravioleta (UV), raios X, infravermelho (IR), micro-ondas, etc.

Os métodos que operam na faixa UV, visível e IR são chamados de ópticos. São mais utilizados em métodos espectrais devido à relativa simplicidade do equipamento para obtenção e registro do espectro.

A análise de emissão atômica (AEA) baseia-se na determinação qualitativa e quantitativa da composição atômica de uma substância através da obtenção e estudo dos espectros de emissão dos átomos que compõem a substância.

Pi AEA, a amostra analisada da substância é introduzida na fonte de excitação do instrumento espectral. Na fonte de excitação, esta amostra passa por processos complexos que consistem em fusão, evaporação, dissociação de moléculas, ionização de átomos, excitação de átomos e íons.

Átomos e íons excitados após um tempo muito curto (~10-7-108s) retornam espontaneamente de um estado excitado instável para um estado normal ou intermediário. Isso resulta na emissão de luz com uma frequência? e o aparecimento de uma linha espectral.

O esquema geral de emissão atômica pode ser representado da seguinte forma:

A+E? MAS* ? A + h?

O grau e a intensidade desses processos dependem da energia da fonte de excitação (EI).

Os IWs mais comuns são: chama de gás, descargas de arco e faísca, plasma acoplado indutivamente (ICP). Sua característica energética pode ser considerada a temperatura.

A AEA quantitativa é baseada na relação entre a concentração de um elemento e a intensidade de suas linhas espectrais, que é determinada pela fórmula de Lomakin:

onde I é a intensidade da linha espectral do elemento a ser determinado; c - concentração; a e b são constantes.

Os valores de a e b dependem das propriedades da linha analítica, IV, da razão das concentrações dos elementos na amostra, de modo que a dependência geralmente é estabelecida empiricamente para cada elemento e cada amostra. Na prática, geralmente é utilizado o método de comparação com o padrão.

Nas determinações quantitativas, utiliza-se principalmente o método fotográfico de registro do espectro. A intensidade da linha espectral obtida em uma chapa fotográfica é caracterizada pelo seu escurecimento:

onde S é o grau de escurecimento da chapa fotográfica; I0 é a intensidade da luz que passa pela parte não enegrecida da placa e I - pela enegrecida, ou seja. linha espectral. A medição do escurecimento da linha espectral é realizada em comparação com o escurecimento do fundo ou em relação à intensidade da linha de referência. A diferença de escurecimento resultante (?S) é diretamente proporcional ao logaritmo da(s) concentração(ões):

Com o método de três padrões, os espectros de três padrões com um conteúdo conhecido de elementos e o espectro da amostra analisada são fotografados em uma chapa fotográfica. O escurecimento das linhas selecionadas é medido. É construído um gráfico de calibração, segundo o qual se encontra o conteúdo dos elementos estudados.

No caso da análise de objetos do mesmo tipo, é usado o método do gráfico constante, construído em um grande número de padrões. Então, sob condições estritamente idênticas, o espectro da amostra e um dos padrões são obtidos. De acordo com o espectro do padrão, verifica-se se o gráfico se deslocou. Se não houver deslocamento, a concentração desconhecida é encontrada de acordo com um gráfico constante e, se houver, o valor do deslocamento é levado em consideração usando o espectro padrão.

Com AEA quantitativo, o erro na determinação do conteúdo da base é de 1-5% e impurezas - até 20%. O método visual de registro do espectro é mais rápido, mas menos preciso que o fotográfico.

De acordo com a instrumentação, pode-se distinguir AEA com registro visual, fotográfico e fotoelétrico e medição da intensidade das linhas espectrais.

Os métodos visuais (registro com o olho) só podem ser usados ​​para estudar espectros com comprimentos de onda na região de 400 - 700 nm. A sensibilidade espectral média do olho é máxima para luz verde-amarela com comprimento de onda? 550nm. Visualmente, é possível estabelecer com precisão suficiente a igualdade das intensidades das linhas com os comprimentos de onda mais próximos ou determinar a linha mais brilhante. Os métodos visuais são divididos em steeloscopia e estilometria.

A análise metaloscópica baseia-se na comparação visual das intensidades das linhas espectrais do elemento analisado (impureza) e das linhas próximas do espectro do elemento principal da amostra. Por exemplo, ao analisar aços, geralmente se comparam as intensidades das linhas espectrais de uma impureza e ferro. Neste caso, são utilizadas feições açoscópicas pré-conhecidas, nas quais a igualdade da intensidade das linhas de um determinado par analítico corresponde a uma determinada concentração do elemento analisado.

Steeloscópios são usados ​​para análise expressa, que não requer alta precisão. 6-7 elementos são determinados em 2-3 minutos. A sensibilidade da análise é de 0,01-0,1%. Para análise, são usados ​​os açoscópios estacionários SL-3 ... SL-12 e portáteis SLP-1 ... SLP-4.

A análise estilométrica difere da análise estiloscópica, pois a linha mais brilhante do par analítico é enfraquecida usando um dispositivo especial (fotômetro) até que as intensidades de ambas as linhas sejam iguais. Além disso, os estilômetros permitem aproximar a linha analítica e a linha de comparação no campo de visão, o que aumenta significativamente a precisão das medições. Os estilômetros ST-1 ... ST-7 são usados ​​para análise.

O erro relativo das medições visuais é de 1 a 3%. Suas desvantagens são a limitada região visível do espectro, o tédio e a falta de documentação objetiva sobre a análise.

Os métodos fotográficos são baseados no registro fotográfico do espectro usando instrumentos especiais de espectrógrafo. A área de trabalho dos espectrógrafos é limitada a um comprimento de onda de 1000 nm, ou seja, eles podem ser usados ​​na região do visível e UV. A intensidade das linhas espectrais é medida pelo grau de escurecimento de sua imagem em uma chapa ou filme fotográfico.

Características dos processos de corrosão em materiais de construção.

A corrosão de metais é a destruição de metais devido aos efeitos físicos e químicos do ambiente externo, enquanto o metal passa para um estado oxidado (iônico) e perde suas propriedades inerentes.
De acordo com o mecanismo do processo de corrosão, distinguem-se dois tipos principais de corrosão: química e eletroquímica.

Na aparência, a corrosão é distinguida: manchas, úlceras, pontos, intracristalino, subsuperfície. De acordo com a natureza do ambiente corrosivo, distinguem-se os seguintes tipos principais de corrosão: gasosa, atmosférica, líquida e do solo.

A corrosão do gás ocorre na ausência de condensação de umidade na superfície. Na prática, esse tipo de corrosão ocorre durante a operação de metais em temperaturas elevadas.

A corrosão atmosférica refere-se ao tipo mais comum de corrosão eletroquímica, uma vez que a maioria das estruturas metálicas são operadas em condições atmosféricas. A corrosão que ocorre em qualquer gás úmido também pode ser chamada de corrosão atmosférica.

A corrosão líquida, dependendo do meio líquido, é ácida, alcalina, salina, marítima e fluvial. De acordo com as condições de exposição do líquido à superfície do metal, esses tipos de corrosão recebem características adicionais: com imersão total e variável, gotejamento, jato. Além disso, de acordo com a natureza da destruição, a corrosão uniforme e irregular é distinguida.

O concreto e o concreto armado são amplamente utilizados como material estrutural na construção de edifícios e estruturas de indústrias químicas. Mas não possuem resistência química suficiente contra a ação de ambientes ácidos. As propriedades do concreto e sua durabilidade dependem principalmente da composição química do cimento do qual é feito. Os concretos à base de cimento Portland são os mais utilizados em estruturas e equipamentos. A razão para a redução da resistência química do concreto à ação de ácidos minerais e orgânicos é a presença de hidróxido de cálcio livre (até 20%), aluminato tricálcico (3CaO×Al 2 O 3) e outros compostos de cálcio hidratados.

Com a ação direta de ambientes ácidos sobre o concreto, os álcalis são neutralizados com a formação de sais que são facilmente solúveis em água, e então as soluções ácidas interagem com o hidróxido de cálcio livre para formar sais no concreto que possuem solubilidades diferentes em água. A corrosão do concreto é tanto mais intensa quanto maior a concentração de soluções aquosas de ácidos. Em temperaturas elevadas de um ambiente agressivo, a corrosão do concreto se acelera. O concreto feito sobre cimento aluminoso tem uma resistência a ácidos ligeiramente maior devido ao menor teor de óxido de cálcio. A resistência ácida dos concretos à base de cimentos com alto teor de óxido de cálcio depende, em certa medida, da densidade do concreto. Com uma densidade maior de concreto, os ácidos têm um efeito um pouco menor sobre ele devido à dificuldade de penetrar em um ambiente agressivo no material.

Corrosão química significa a interação de uma superfície metálica com o meio ambiente, que não é acompanhada pela ocorrência de processos eletroquímicos (eletrodos) no limite de fase.
O mecanismo de corrosão química é reduzido à difusão reativa de átomos ou íons metálicos através de uma película gradualmente espessa de produtos de corrosão (por exemplo, incrustação) e contradifusão de átomos ou íons de oxigênio. De acordo com as visões modernas, esse processo possui um mecanismo íon-eletrônico semelhante aos processos de condutividade elétrica em cristais iônicos. Um exemplo de corrosão química é a interação do metal com não eletrólitos líquidos ou gases secos sob condições em que a umidade não condensa na superfície do metal, bem como o efeito do metal líquido derrete no metal. Na prática, o tipo mais importante de corrosão química é a interação do metal em altas temperaturas com oxigênio e outros meios ativos gasosos (HS, SO, halogênios, vapor de água, CO, etc.). Processos semelhantes de corrosão química de metais a temperaturas elevadas também são chamados de corrosão gasosa. Muitas partes críticas das estruturas de engenharia são severamente destruídas pela corrosão do gás (lâminas de turbinas a gás, bicos de motores de foguete, elementos de aquecedores elétricos, grelhas, acessórios de fornos, etc.). Grandes perdas por corrosão gasosa (resíduos metálicos) são suportadas pela indústria metalúrgica. A resistência à corrosão por gás aumenta com a introdução de vários aditivos (cromo, alumínio, silício, etc.) na composição da liga. Aditivos de alumínio, berílio e magnésio ao cobre aumentam sua resistência à corrosão gasosa em ambientes oxidantes. Para proteger os produtos de ferro e aço da corrosão por gás, a superfície do produto é revestida com alumínio (aluminizante).
Por corrosão eletroquímica entende-se os processos de interação de metais com eletrólitos (na forma de soluções aquosas, menos frequentemente com eletrólitos não aquosos, por exemplo, com alguns compostos orgânicos eletricamente condutores ou sais fundidos anidros a temperaturas elevadas).
Os processos de corrosão eletroquímica procedem de acordo com as leis da cinética eletroquímica, quando a reação geral de interação pode ser dividida nos seguintes processos de eletrodos amplamente independentes:
a) Processo anódico - a transição de um metal para uma solução na forma de íons (em soluções aquosas, geralmente hidratadas) deixando um número equivalente de elétrons no metal;
b) O processo catódico é a assimilação do excesso de elétrons que apareceram no metal por despolarizadores.
Distinga corrosão com hidrogênio, oxigênio ou despolarização oxidativa.

Tipos de danos por corrosão.
Com uma distribuição uniforme dos danos causados ​​pela corrosão em toda a superfície do metal, a corrosão é chamada de uniforme.
Se uma parte significativa da superfície do metal estiver livre de corrosão e esta estiver concentrada em áreas separadas, então é chamada de local. Ulcerativa, pitting, fenda, contato, corrosão intercristalina são os tipos mais comuns de corrosão local na prática. A fissuração por corrosão ocorre quando o metal é exposto a um ambiente agressivo e a tensões mecânicas ao mesmo tempo. Rachaduras transcristalinas aparecem no metal, o que muitas vezes leva à destruição completa dos produtos. Os 2 últimos tipos de danos por corrosão são os mais perigosos para estruturas que suportam cargas mecânicas (pontes, cabos, molas, eixos, autoclaves, caldeiras a vapor, etc.)

Corrosão eletroquímica em vários ambientes.
Existem os seguintes tipos de corrosão eletroquímica, que são da importância prática mais importante:
1. Corrosão em eletrólitos. Este tipo inclui corrosão em águas naturais (marinhas e doces), bem como vários tipos de corrosão em meios líquidos. Dependendo da natureza do ambiente, existem:
a) ácido;
b) alcalino;
c) solução salina;
d) corrosão marinha.
De acordo com as condições de impacto de um meio líquido sobre um metal, esse tipo de corrosão também se caracteriza como corrosão com imersão total, com imersão parcial, com imersão variável, que possuem características próprias.
2. Corrosão do solo (solo, subterrâneo) - o impacto no metal do solo, que em termos de corrosão deve ser considerado como um tipo de eletrólito. Uma característica da corrosão eletroquímica subterrânea é uma grande diferença na taxa de entrega de oxigênio (o principal despolarizador) para a superfície de estruturas subterrâneas em diferentes solos (dezenas de milhares de vezes). Um papel significativo na corrosão no solo é desempenhado pela formação e funcionamento de pares macrocorrosivos devido à aeração irregular de seções individuais da estrutura, bem como à presença de correntes parasitas no solo. Em alguns casos, a taxa de corrosão eletroquímica sob condições subterrâneas também é significativamente afetada pelo desenvolvimento de processos biológicos no solo.
3. Corrosão atmosférica - corrosão de metais na atmosfera, bem como de qualquer gás úmido; observado sob camadas visíveis de condensação de umidade na superfície do metal (corrosão atmosférica úmida) ou sob as camadas mais finas de adsorção invisível de umidade (corrosão atmosférica úmida). Uma característica da corrosão atmosférica é a forte dependência de sua taxa e mecanismo da espessura da camada de umidade na superfície do metal ou do grau de umidade dos produtos de corrosão formados.
4. Corrosão por impacto mecânico. Inúmeras estruturas de engenharia que operam tanto em eletrólitos líquidos quanto em condições atmosféricas e subterrâneas estão sujeitas a esse tipo de destruição. Os tipos mais típicos de tal destruição são:
a) fissuração por corrosão; neste caso, é característica a formação de trincas, que podem se propagar não apenas intercristalinas, mas também transcristalinas. Um exemplo de tal destruição é a fragilidade alcalina das caldeiras, o craqueamento sazonal do latão, bem como o craqueamento de algumas ligas estruturais de alta resistência.
b) Fadiga por corrosão causada pela exposição a um ambiente corrosivo e tensões mecânicas alternadas ou pulsantes. Este tipo de destruição também é característico
formação de fissuras inter e transcristalinas. A destruição de metais por fadiga de corrosão ocorre durante a operação de várias estruturas de engenharia (eixos de hélice, molas de carros, cordas, hastes de bombas de poços profundos, cilindros resfriados de laminadores, etc.).
c) Cavitação corrosiva, que geralmente é o resultado de uma ação mecânica energética de um meio corrosivo sobre a superfície do metal. Tal efeito mecânico de corrosão pode levar a uma destruição local muito forte de estruturas metálicas (por exemplo, para hélices marítimas). O mecanismo de falha por cavitação por corrosão é próximo ao da fadiga por corrosão superficial.
d) Erosão corrosiva causada pela ação abrasiva mecânica de outro sólido na presença de um meio corrosivo ou pela ação abrasiva direta do próprio meio corrosivo. Esse fenômeno às vezes também é chamado de corrosão por escoriação ou corrosão por atrito.

Métodos físico-químicos para estudar a corrosão em materiais de construção.

O uso generalizado de novos materiais de alta qualidade e o aumento da durabilidade das estruturas através da proteção anticorrosiva é uma das importantes tarefas econômicas nacionais. A prática mostra que apenas as perdas irrecuperáveis ​​diretas de metal por corrosão representam 10 ... 12% de todo o aço produzido. A corrosão mais intensa é observada em edificações e estruturas de indústrias químicas, o que se explica pela ação de diversos gases, líquidos e partículas finas diretamente nas estruturas prediais, equipamentos e estruturas, bem como a penetração desses agentes nos solos e seu efeito em fundações. A principal tarefa dos equipamentos anticorrosivos é aumentar a confiabilidade dos equipamentos protegidos, estruturas e instalações do edifício. Isso deve ser feito através do uso generalizado de materiais de alta qualidade, principalmente resinas epóxi, fibra de vidro, materiais poliméricos de subcamada e novos selantes.

A resistência alcalina do concreto é determinada principalmente pela composição química dos ligantes sobre os quais são feitos, bem como pela resistência alcalina de agregados pequenos e grandes.

Um aumento na vida útil das estruturas e equipamentos do edifício é alcançado pela escolha do material certo, levando em consideração sua resistência a ambientes agressivos operando em condições de produção. Além disso, medidas preventivas devem ser tomadas. Tais medidas incluem a vedação de equipamentos e tubulações de produção, boa ventilação das instalações, aprisionamento de produtos gasosos e empoeirados liberados durante o processo de produção; funcionamento adequado de vários dispositivos de drenagem, excluindo a possibilidade de penetração de substâncias agressivas no solo; o uso de dispositivos de impermeabilização, etc.

A proteção direta dos metais contra a corrosão é realizada aplicando revestimentos não metálicos e metálicos em sua superfície ou alterando a composição química dos metais nas camadas superficiais: oxidação, nitretação, fosfatização.

A maneira mais comum de proteger estruturas, instalações e equipamentos de edifícios contra a corrosão é usar materiais não metálicos quimicamente resistentes: cerâmicas resistentes a ácidos, compostos líquidos de borracha, materiais poliméricos de folha e filme (viniplast, policloreto de vinila, polietileno, borracha), tintas e vernizes, resinas sintéticas, etc. Para a correta utilização de materiais não metálicos quimicamente resistentes, é necessário conhecer não só sua resistência química, mas também as propriedades físico-químicas que proporcionam as condições para o funcionamento conjunto do revestimento e da superfície a ser protegida. Ao usar revestimentos de proteção combinados compostos por uma subcamada orgânica e um revestimento de revestimento, é importante garantir que a temperatura na subcamada não exceda o máximo para esse tipo de subcamada.

Para materiais poliméricos em folha e filme, é necessário conhecer o valor de sua adesão à superfície protegida. Diversos materiais não metálicos quimicamente resistentes amplamente utilizados na tecnologia anticorrosiva contêm compostos agressivos que, em contato direto com a superfície de metal ou concreto, podem causar a formação de subprodutos de corrosão, que, por sua vez, reduzirão sua aderência à superfície protegida. Esses recursos devem ser levados em consideração ao usar um material específico para criar um revestimento anticorrosivo confiável.

Materiais usados ​​para proteção contra corrosão

Revestimentos devido ao custo-benefício, conveniência e facilidade de aplicação, boa resistência a gases agressivos industriais, são amplamente utilizados para proteger estruturas metálicas e de concreto armado da corrosão. As propriedades protetoras do revestimento de tinta são amplamente determinadas pelas propriedades mecânicas e químicas, adesão do filme à superfície a ser protegida.

Materiais de pintura de perclorovinil e copolímero são amplamente utilizados na engenharia anticorrosiva.

Tintas e vernizes, dependendo da finalidade e das condições de operação, são divididos em oito grupos: A - revestimentos resistentes ao exterior; AN - o mesmo, sob um dossel; P - o mesmo, dentro de casa; X - quimicamente resistente; T - resistente ao calor; M - resistente a óleo; B - impermeável; XK - resistente a ácidos; KhSch - resistente a álcalis; B - resistente à gasolina.

Materiais perclorovinílicos quimicamente resistentes são usados ​​para proteção anticorrosiva: laca XC-724, esmaltes XC e primers de copolímero XC-010, XC-068, além de revestimentos à base de verniz XC-724 e alcatrão de hulha, vernizes XC-724 com massa epóxi EP -0010. Os revestimentos de proteção são obtidos pela aplicação sequencial de primer, esmalte e verniz na superfície. O número de camadas depende das condições de operação do revestimento, mas deve ser de pelo menos 6. A espessura de uma camada de revestimento quando aplicada com uma pistola é de 15 ... 20 mícrons. A secagem intermediária é de 2...3 horas a uma temperatura de 18...20°C. A secagem final dura 5 dias para superfícies abertas e até 15 dias em ambientes fechados.

A pintura com complexo quimicamente resistente (primer XC-059, esmalte 759, verniz XC-724) destina-se a proteger da corrosão as superfícies metálicas externas dos equipamentos expostos a ambientes agressivos alcalinos e ácidos. Este complexo é caracterizado pelo aumento da adesão devido à adição de resina epóxi. Um revestimento quimicamente resistente baseado em uma composição de massa epóxi e laca XC-724 combina altas propriedades adesivas características de materiais epóxi e boa resistência química característica de perclorovinilas. Para aplicar composições de massa epóxi e verniz XC-724, recomenda-se preparar as duas composições a seguir:

A composição da camada de primer, 4 em peso

Massa epóxi EP-0010 100

Endurecedor nº 1 8,5

Solvente R-4 35…45

Composição da camada de transição, 4 em peso

Massa epóxi EP-0010 15

Laca XC-724 100

Endurecedor nº 1 1,3

R-4 solvente até a viscosidade de trabalho

Para o acabamento, é usado o verniz XC-724.

A composição do revestimento complexo de cinco camadas, g / m 2

massa epóxi 300

Laca XC-724 450

Endurecedor nº 1 60

Solvente R-4 260

Para reforço mecânico do revestimento, é polido com fibra de vidro. O consumo aproximado de materiais quando aplicado em superfície metálica é de 550...600 g/m 2 , em concreto - 600...650 g/m 2 .

Revestimentos resistentes a produtos químicos resistentes a rachaduras usado à base de polietileno clorossulfonado HSPE. Para a proteção anticorrosiva de estruturas de concreto armado de suporte e de fechamento de edifícios com abertura de fissuras de até 0,3 mm, é usado o esmalte KhP-799 à base de polietileno clorossulfonado. Revestimentos protetores são aplicados na superfície do concreto após o término dos principais processos de retração nele. Ao mesmo tempo, as estruturas não devem ser expostas ao líquido (água) sob pressão no lado oposto ao revestimento, ou esse efeito deve ser evitado por impermeabilização especial.

Materiais à base de polietileno clorossulfonado são adequados para operação a uma temperatura de -60 a +130°C (acima de 100°C - para operação de curto prazo, dependendo da resistência ao calor dos pigmentos incluídos no revestimento).

Revestimentos à base de ChSPE resistentes ao ozônio, ambiente gás-vapor contendo gases ácidos Cl 2 , HCl, SO 2 , SO 3 , NO 2 e soluções ácidas podem ser aplicados com um pulverizador de tinta, pincel, unidade de aplicação airless.

Ao trabalhar com spray de tinta e pincel, tintas e vernizes devem ser diluídos até a viscosidade de trabalho com xileno ou tolueno, e quando aplicados com máquina de pulverização sem ar, com mistura de xileno (30%) e solvente (70%).

Metalização e revestimentos de pintura são amplamente utilizados para proteção contra corrosão de estruturas metálicas operadas em condições atmosféricas e ambientes agressivos. Esses revestimentos combinados são os mais duráveis ​​(20 anos ou mais).

Métodos para proteger materiais de construção da corrosão.

A fim de aumentar a durabilidade das estruturas dos edifícios, edifícios, estruturas, o trabalho está sendo realizado para melhorar a proteção anticorrosiva.
Os seguintes métodos principais de proteção de estruturas metálicas da corrosão são amplamente utilizados:
1. Revestimentos de proteção;
2. Tratamento de um ambiente corrosivo para reduzir a corrosividade. Exemplos desse tratamento são: neutralização ou desoxigenação de meios corrosivos, bem como o uso de vários tipos de inibidores de corrosão;
3. Proteção eletroquímica de metais;
4. Desenvolvimento e produção de novos materiais estruturais metálicos de maior resistência à corrosão, removendo impurezas do metal ou liga que aceleram o processo de corrosão (eliminando ferro de ligas de magnésio ou alumínio, enxofre de ligas de ferro, etc.), ou introduzindo novos componentes em a liga, aumentando muito a resistência à corrosão (por exemplo, cromo em ferro, manganês em ligas de magnésio, níquel em ligas de ferro, cobre em ligas de níquel, etc.);
5. Transição em vários designs de metal para materiais quimicamente resistentes (materiais plásticos de alto polímero, vidro, cerâmica, etc.);
6. Projeto e operação racional de estruturas e peças metálicas (eliminação de contatos metálicos desfavoráveis ​​ou seu isolamento, eliminação de rachaduras e lacunas na estrutura, eliminação de zonas de estagnação de umidade, impacto de jatos e mudanças bruscas de vazão na estrutura, etc.).

Resultados do estudo de corrosão baseado em métodos físico-químicos.

As questões de projeto de proteção anticorrosiva de estruturas de edifícios recebem atenção séria tanto em nosso país quanto no exterior. Ao escolher soluções de design, as empresas ocidentais estudam cuidadosamente a natureza das influências agressivas, as condições operacionais das estruturas, a vida moral dos edifícios, estruturas e equipamentos. Ao mesmo tempo, as recomendações de empresas que produzem materiais para proteção anticorrosiva e possuem laboratórios para pesquisa e processamento de sistemas de proteção a partir de seus materiais são amplamente utilizadas.
Na Rússia, certa experiência foi acumulada na realização de pesquisas de campo de estruturas de edifícios de edifícios industriais para determinar a taxa de processos de corrosão e métodos de proteção. Trabalho reforçado no domínio do aumento da durabilidade e da melhoria da proteção anticorrosiva dos edifícios e estruturas dos edifícios. O trabalho é realizado de forma abrangente, incluindo levantamentos em grande escala, pesquisas experimentais e de produção e desenvolvimentos teóricos. Durante os levantamentos em escala real, as condições operacionais das estruturas são reveladas, levando em consideração as peculiaridades da influência de cargas, temperatura-umidade e influências climáticas e ambientes agressivos sobre elas.
A relevância de resolver o problema da proteção anticorrosiva é ditada pela necessidade de preservar os recursos naturais e proteger o meio ambiente. Este problema é amplamente refletido na imprensa. Publicam-se artigos científicos, brochuras, catálogos, organizam-se exposições internacionais para trocar experiências entre os países desenvolvidos do mundo.
Assim, a necessidade de estudar os processos de corrosão é um dos problemas mais importantes.

Taxa de corrosão
A taxa de corrosão de metais e revestimentos metálicos em condições atmosféricas é determinada pelo efeito complexo de vários fatores: a presença de filmes de umidade de fase e adsorção na superfície, poluição do ar com substâncias corrosivas, mudanças na temperatura do ar e do metal, a formação de produtos de corrosão, etc.
A avaliação e o cálculo da taxa de corrosão devem ser baseados na duração e no efeito corrosivo do material dos fatores mais agressivos ao metal.
Dependendo dos fatores que afetam a taxa de corrosão, é aconselhável subdividir as condições de operação dos metais sujeitos à corrosão atmosférica da seguinte forma:
1. Instalações fechadas com fontes internas de calor e umidade (instalações aquecidas);
2. Instalações fechadas sem fontes internas de calor e umidade (instalações não aquecidas);
3. Ambiente aberto.

Classificação de meios agressivos
De acordo com o grau de impacto nos metais, é aconselhável dividir os meios corrosivos em não agressivos, levemente agressivos, médio-agressivos e altamente agressivos.
Para determinar o grau de agressividade do ambiente na corrosão atmosférica, é necessário levar em consideração as condições de funcionamento das estruturas metálicas de edifícios e estruturas. O grau de agressividade do ambiente em relação às estruturas no interior de prédios aquecidos e não aquecidos, prédios sem paredes e prédios permanentemente aerados é determinado pela possibilidade de condensação de umidade, bem como pelas condições de temperatura e umidade e pela concentração de gases e poeiras no interior do ambiente. prédio. O grau de agressividade do ambiente em relação às estruturas externas que não são protegidas da precipitação direta é determinado pela zona climática e pela concentração de gases e poeira no ar. Levando em consideração a influência dos fatores meteorológicos e a agressividade dos gases, foi desenvolvida uma classificação do grau de agressividade dos meios em relação às estruturas metálicas do edifício, que são apresentadas na Tabela 1.
Assim, a proteção das estruturas metálicas contra a corrosão é determinada pela agressividade de suas condições de operação. Os sistemas de proteção mais confiáveis ​​para estruturas metálicas são os revestimentos de alumínio e zinco.
Os mais utilizados na indústria são os métodos de proteção de estruturas metálicas com a ajuda de revestimentos de tintas e vernizes e filmes poliméricos. Na construção metálica, o aço de baixa liga é amplamente utilizado, o que não requer métodos de proteção adicionais.

Parte do acordo
Em salas aquecidas, os principais fatores que determinam a taxa de corrosão são a umidade relativa e a poluição do ar, e para envelopes de edifícios e equipamentos refrigerados artificialmente, a diferença de temperatura entre o metal e o ar também é o principal fator.
O valor de corrosão K, g/m, em ambientes com umidade relativa do ar acima do crítico, convencionalmente assumido por nós igual a 70%, e contaminação com dióxido de enxofre ou cloro é calculado pela fórmula:

К= (algC+b)xe x ?, onde

C é a concentração de SO ou Cl, mg/m;
? - umidade relativa do ar próximo às estruturas, levando em consideração a diferença de temperatura entre o metal e o ar ambiente;
a, b, - constantes (para cada metal e tipo de contaminação têm um valor individual);
? - Coeficiente de regressão;
- tempo de funcionamento, horas
Em salas sem aquecimento, os principais fatores que determinam a taxa de corrosão são a umidade relativa e a poluição do ar. Dependendo da vedação e do isolamento térmico das estruturas envolventes, a humidade relativa do ar e a temperatura nas instalações alteram-se de forma idêntica à variação da humidade em ambiente aberto, ou com algum desfasamento e suavização da amplitude. A maior corrosão será no primeiro caso. Ao calcular, o tempo real de corrosão deve ser levado em consideração, ou seja, a presença do metal em um teor de umidade acima do crítico. O valor da corrosão é calculado pela fórmula:

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

Duração das gradações de umidade do ar (65-74, 75-84, 85-94, 95-100).
Ao avaliar a magnitude da corrosão de metais em várias regiões, é desejável determinar a duração da ação dos principais fatores sobre os metais de acordo com os dados registrados nas estações meteorológicas. As estações meteorológicas estão distribuídas de forma bastante uniforme na superfície do globo. Eles acumularam muitos dados que permitem estimar a taxa de corrosão de metais em qualquer ponto da Terra sem realizar estudos experimentais de longo prazo de corrosão de metais em condições naturais.
De acordo com os dados de umidade relativa do ar em um computador, o tempo real de corrosão de metais sob filmes de adsorção de umidade para um ano médio e a duração das gradações de umidade acima foram calculados. Foi estabelecido que o tempo real de corrosão de metais sob adsorção de filmes de umidade varia de 2.500 a 8.500 horas por ano.
Em atmosfera aberta, a corrosão de metais é determinada principalmente pelo tempo de residência dos filmes de umidade de fase na superfície do metal, que variam de 750 a 3500 h, filmes de adsorção de umidade, poluição do ar e produtos de corrosão. O tempo de exposição aos filmes de umidade de fase é a soma da duração da chuva, neblina, orvalho, geada, degelo (para estruturas com cobertura de neve retida) e o tempo de secagem da umidade após cada evento. No caso geral, o valor da corrosão dos metais é calculado pela fórmula:

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

Tempo real de corrosão;
K é a taxa de corrosão sob o filme de adsorção de umidade;
- tempo de residência dos filmes de fase de umidade;
K é a taxa de corrosão sob filmes de umidade de fase;
- coeficiente tendo em conta a influência da poluição atmosférica e os produtos de corrosão resultantes.
Levando em consideração o fato de que o tempo de residência dos filmes de umidade de fase é principalmente proporcional ao tempo real de corrosão, e K é muito maior que K, a seguinte fórmula pode ser usada para cálculos práticos:

K \u003d K ", onde

K é a taxa de corrosão sob a fase e filme de adsorção de umidade, calculada com base em dados de estudos de campo, quando o valor de corrosão se refere ao tempo de residência dos filmes de umidade de fase.

Métodos inovadores para estudar a corrosão.

Aplicação de aços resistentes à corrosão na construção de estruturas metálicas
A resistência à corrosão do aço depende de sua composição química. Há muito se sabe que o aço contendo cobre resiste melhor à corrosão em condições atmosféricas do que o aço sem cobre.
Uma pequena adição de cobre, fósforo e cromo ao aço aumenta ainda mais sua resistência à corrosão em condições atmosféricas. O aumento da resistência à corrosão desses tipos de aço em condições atmosféricas está associado à natureza dos filmes de produtos de corrosão formados no primeiro período na superfície do metal. O pôster nº 1 mostra dados de corrosão para aço carbono, aço cobre e aço com pequenas adições de fósforo, cobre, cromo e níquel.
Decorre dos dados fornecidos que o aço com fósforo corrói intensamente apenas nos primeiros 1,5-2 anos e, em seguida, os produtos de corrosão formados na superfície do aço inibem quase completamente o desenvolvimento do processo de corrosão. Esse aço pode ser usado em condições atmosféricas sem revestimentos protetores. Os aços de baixa liga já são amplamente utilizados no exterior - nos EUA, Japão, Alemanha.

Aplicação de revestimentos protetores anticorrosivos
Para proteger equipamentos e estruturas de edifícios da corrosão em tecnologia anticorrosiva doméstica e estrangeira, é usada uma ampla gama de vários materiais quimicamente resistentes - materiais poliméricos de folha e filme, biplásticos, fibra de vidro, grafite de carbono, cerâmica e outros materiais não metálicos quimicamente resistentes .
Atualmente, o uso de materiais poliméricos está se expandindo devido às suas valiosas propriedades físicas e químicas, menor gravidade específica, etc.
De grande interesse para uso em tecnologia anticorrosiva é um novo material quimicamente resistente - escória-cerâmica.
Reservas significativas e barateamento da matéria-prima - escórias metalúrgicas - determinam a eficiência econômica da produção e uso de escórias cerâmicas.
A escória-cerâmica em termos de propriedades físicas e mecânicas e resistência química não é inferior aos principais materiais resistentes a ácidos (cerâmica, fundição de pedra), amplamente utilizados na tecnologia anticorrosiva.
Dentre os inúmeros materiais poliméricos utilizados no exterior na tecnologia anticorrosiva, um lugar significativo é ocupado pelos plásticos estruturais, além da fibra de vidro, obtida a partir de diversas resinas sintéticas e cargas de fibra de vidro.
Atualmente, a indústria química produz uma gama significativa de materiais altamente resistentes a diversos meios agressivos. O polietileno ocupa um lugar especial entre esses materiais. É inerte em muitos ácidos, álcalis e solventes, resistente ao calor até + 70 C, etc.
No entanto, uma grande desvantagem desse material, que dificulta seu amplo uso na tecnologia anticorrosiva, é a natureza apolar da superfície do polietileno.
Outras áreas de uso do polietileno como material quimicamente resistente são revestimento em pó e duplicação de polietileno com fibra de vidro.
A ampla utilização dos revestimentos de polietileno é explicada pelo fato de que, sendo um dos mais baratos, formam revestimentos com boas propriedades protetoras. Os revestimentos são facilmente aplicados à superfície por vários métodos, incluindo pulverização pneumática e eletrostática.
Utilizando a propriedade de termoplasticidade do formador de filme, os revestimentos são obtidos por fusão de partículas sem o uso de solventes. O uso generalizado de revestimentos em pó é causado por uma série de considerações técnicas e econômicas: disponibilidade de matérias-primas, facilidade de aplicação, revestimentos de alta qualidade, segurança contra incêndio e explosão na produção de obras.
Também na tecnologia anticorrosiva, os pisos monolíticos à base de resinas sintéticas merecem atenção especial. Alta resistência mecânica, resistência química, aparência decorativa - todas essas qualidades positivas tornam os pisos monolíticos extremamente promissores.
Produtos da indústria de tintas e vernizes são utilizados em diversas indústrias e construção como revestimentos quimicamente resistentes.
A película de tinta e verniz, composta por camadas de primer, esmalte e verniz aplicados sucessivamente na superfície, é utilizada para proteção anticorrosiva de estruturas e estruturas de edificações (treliças, travessas, vigas, colunas, painéis de parede), bem como superfícies de equipamentos de processo capacitivo, tubulações, dutos de gás, dutos de ar de sistemas de ventilação, que durante a operação não sejam submetidos a efeitos mecânicos de partículas abrasivas (sólidas) que fazem parte do ambiente. Para aumentar a resistência mecânica da pintura, são utilizados tecidos de reforço (cloro ou vidro) de vários graus.
Uma das novas direções é o desenvolvimento e aplicação de tintas e vernizes que não contenham solventes orgânicos; desenvolvimento e aplicação de materiais de revestimento em pó; tintas à base de água; tintas e vernizes combinados ricos em zinco e outros. Para a aplicação de tintas e vernizes são utilizados principalmente produtos de pintura em campo eletrostático e pintura por airless spray. Uma combinação desses dois métodos também é possível, ou seja, pintura por pulverização sem ar em um campo eletrostático.
Esses métodos de pintura são amplamente utilizados na indústria devido a muitas de suas vantagens - redução da perda de materiais, aumento da espessura do revestimento aplicado em uma camada, redução do consumo de solventes, melhoria das condições de trabalho de pintura, etc.
Recentemente, muita atenção tem sido dada à produção e aplicação de revestimentos combinados, pois em alguns casos o uso de métodos tradicionais de proteção é antieconômico. Como revestimento combinado, como regra, é usado o revestimento de zinco, seguido pela pintura. Neste caso, o revestimento de zinco atua como primer.
É promissor o uso de borrachas à base de borracha butílica, que diferem das borrachas de outras bases pelo aumento da resistência química em ácidos e álcalis, incluindo ácidos nítrico e sulfúrico concentrados. A alta resistência química das borrachas à base de borracha butílica permite que sejam mais amplamente utilizadas na proteção de equipamentos químicos, por exemplo, em metalurgia não ferrosa na produção de zinco e cobre, tais como espessantes, tanques de ácido sulfúrico, reagentes tanques, tanques de eletrólitos tratados e outros equipamentos.

Conclusão.
Como resultado da análise do estado atual da prática nacional e estrangeira do trabalho anticorrosivo, podemos tirar conclusões sobre a necessidade de melhorar as principais direções para a introdução de novos materiais e tecnologias de economia de recursos.
A produção de ligas resistentes à corrosão (por exemplo, cromo de alta liga e aço cromo-níquel) é por si só uma forma de combater a corrosão, e o melhor. O aço inoxidável e o ferro fundido, bem como as ligas de metais não ferrosos resistentes à corrosão, são materiais estruturais muito valiosos, mas o uso de tais ligas nem sempre é possível devido ao seu alto custo ou considerações técnicas.
Pode-se notar o uso de materiais poliméricos, que ocupam um lugar cada vez maior na tecnologia anticorrosiva. Destes, em primeiro lugar, é necessário introduzir fibra de vidro estrutural e biplásticos na produção.
O dispositivo de pisos monolíticos à base de resinas sintéticas quimicamente resistentes - epóxi, poliéster, etc. é promissor. Para a introdução generalizada de pisos monolíticos quimicamente resistentes em vez de materiais resistentes a ácidos, é necessário organizar a produção industrial de pisos quimicamente resistentes resinas epóxi, poliéster e poliuretano, bem como elaborar a tecnologia de sua aplicação.
Para reduzir a perda de tinta, aumentar a espessura de um revestimento de camada única, reduzir o consumo de solventes e melhorar as condições de pintura, é aconselhável aplicar métodos de pintura progressiva em grande escala - airless e em campo eletrostático.
Para aumentar a produtividade do trabalho, é necessário desenvolver e organizar a produção industrial de mecanismos, dispositivos e conjuntos de ferramentas para a realização de diversos tipos de trabalhos de proteção química.

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8. Nikiforov V.M. "Tecnologia de metais e materiais estruturais" 6ª ed., M., Escola superior, 1980

9. Materiais do site http://revolution.allbest.ru

10. materiais do site http://5ballov.ru