Бос энергия өзгеруінің кристалдану ұрығының радиусынан тәуелділігі

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 23 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны.

Аннотация ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4
Нормативті сілтемелер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 5
Анықтаулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... .5'
Белгілеулер мен қысқартулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5"
1. Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
2. Цемент тасы фазаларының кристалдану кинетикасының
негізгі заңдылықтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .8
2.1. Тұтқырлатқыш заттардың қатаю құрылысы ... ... ... ... ... ... ..16
2.2. Тұтқырлатқыш заттардың гидротациялық қатаю
кинетикасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..21
3. Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 28
4. Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29

Нормативті сілтемелер.
ГОСТ 24211-91 – Добавки для бетонов. Общие технические требования. М.,
1992г.
ГОСТ 24211-80 – Добавки для бетонов.
ГОСТ 30459-96 – Добавки для бетонов. Методы определение эффективности. М.,
изд.станд., 1998г.
Анықтаулар.
Темірбетон – бетон мен болат арматура біріктірілген құрылыс материалы,
арматура конструкцияның созылып жатқан аймағында орналасқан әрі созылмалы
кернеуді қабылдайды, қысым кернеуі бетонға беріледі.
Бетон – дегеніміз тиімді мөлшерде өлшеніп алынған тас, құм, тұтқыр зат
және суды мұқият араласпаның нәтижесінде алынған бетон араласпасының физика
– химиялық процестердің арқасында қатуынан пайда болған жасанды тас
материалды айтады.
Нағыз тығыздық – абсалюттік тығыз жағдайдағы бірлік көлемінің салмағы.
Орташа тығыздық – табиғи жағдайдағы бірлік көлемінің салмағы.
Кеуектілік – материалдың көлемінде бос қуыстардың мөлшерін көрсететін
өлшем.
Су сіңіргіштік – материалдың өз бойына су сіңіру, ұстау қасиеті.
Суға төзімділік – материалдың өз қасиеттерін суда сақтау.
Беріктік – материалдың сыртқы күштердің әсерінен күйрету немесе
қарсыласу қасиеті.
Қалыпты қоюлық – Цементпен жұмыс істеуге икемді қамыр алу үшін қажет
су мөлшері.
Белгілеулер мен қысқартулар.
мкм – микрометр; сек – секунд;
К – кельвин;
мм – милиметр; Н – ньютон;
мин – минут.
кг – киллограмм; кгм3 – тығыздық мөлшері;
1. Кіріспе.
Соңғы жылдардағы химиядағы және химиялық технологиядағы үлкен
прогресс, халық шаруашылығының көптеген салаларында терең із қалдырады.
Химиялық өнімдердің түрінің, санының және сапасының өзгеруіне ең бірінші
боп құрылыс пен құрылыс индустриясы назар аударды, себебі олар – ең ірі
және түрлі материалдардың көп тонналы тұтынушысы. Құрылыстың бір ерекшелігі
– бар жаңалыққа жылдам реакция жасау.
Қазіргі құрылыс индустриясы бұрыңғыға қарағанда көп өзгерістерге
душар болды: біріншіден, көптеген полимерлік материалдардың үлесімді
салмағы кенет өсті; екіншіден, химиялық ғылымның жетістіктері тәжірибеде
кеңінен қолдануда, ғылым процестерге белсенді қатысып, құрылысшылардың
кәсіби деңгейінің жоғары, сай болуын талап етеді, жаңа материалдарды жасау
технологиясын меңгеруде және оларды пайдалануда өндіріс мәдениетін талап
етеді.
Сөйтіп, құрылыс техникасы құрылыс өндірісінің механизация процестері
бағытында ғана емес, оның химиялану жолы бойынша да жетіліп келеді, яғни
құрылыста химиялық және химия – физикалық процестерінің рөлі күшейді.
Құрылыстың химиялану нәтижесінде дәнекерлеу, желімдеу, қалыптау
сияқты процестер кеңінен пайдаланатын болды. Тұтқырлатқыш заттарды қолдану,
олардың қатыру процесі негізінде жетіледі. Жылдам қататын бетондар мен
ерітінділер жасалып жатыр, қатаюды жылдамдату химиялық әдістері мен
химиялық реакцияларының жылдамдығын белсендіретін әдістер қолдануда. Жаңа
синтетикалық материалдар – пластмасса және басқа органикалық қосындылар –
конструкциялар мен құрылыс әдістерін жетілдіруге себептер: құрылыстарды
жеңілдету, детальдарды құю мүмкіндігі, зауыттың дайындама негізінде
дәнекерлеу, құрылыс процесін жаңа негізде ұйымдастыруға мүмкіндік береді.
Құрылыстың химиялануы үлкен дәрежеде әрлеу жұмыстарына ықпал етті.
Көптеген әрлеу материалдары – бояулар, сылақтар, линолиум, линкруста,
шыныпластик, т.б. Кеуек пластиктер – ғимараттар сырт көрінісін түбегей
ауыстырып, керемет нәтижелер береді.
Тұтқырлатқыш заттардың қатаю кезінде болатын процестерді терең
түсіну, құрылыс материалдардың химиялық негіздерін білу, құрылыста физика –
химиялық және химиялық процестердің қолданылатын мәнін түсіну қазіргі
замандағы инженер – құрылысшыға міндетті.

Аннотация.
Құрылыс өндірісі – химиялық технологияның өзгеше және өте маңызды
саласы бола тұра, бейорганикалық, органикалық және каллоидтық химияның
түрлі тарауларын қолдана отырып, қолданбалы химияның ерекше бағытына айнала
отырып, алайда оның не өзіндік химиялық заңдары жоқ, не өзгеше тәуелді пән
болуды растайды. Оның белгілі химиялық спецификасы жоқ.
Сондықтан, құрылысшы өзінің тәжірибелік қызметінде кездестіретін
химиялық мәселелердің теориялық негізделуін физикалық – химиядан алу керек,
ал ол болса үш әдіспен әрекеттенеді. Біріншісі және ең ортақ болатыны –
термодинамика (қалған екеуі – статистикалық механика, ол денелердің
молекулярлық жаратылысына негізделген және атомдар мен молекулалардың
құрылысы туралы ғылым, осы курстық жұмыста қысқаша түсіндірілген).
Сондықтан, термодинамика туралы мәліметтер курстық жұмыста
түсіндірілген.
Сонымен, термодинамика көптеген құрылыс өндірісінде кездесетін
химиялық және физика – химиялық процестердің теориялық іргетасын қойғанда
маңызды рөл атқарады.
Курстық жұмыстың көлемі – 29;
Кестенің саны – 1;
Суреттің саны – 8.

2. Цемент тасы фазаларының кристалдану кинетикасының негізгі заңдылықтары.
Ешқандай қатты бөлшектері жоқ қаныққан ерітінділерден тұратын жаңа
жасалымдардың кристалдану процесін талдайық. Мұндай ерекше жағдай
кристалдану процесін дұрыс түсінуге және осы процесс пен тұтқырлатқыш
заттардың қатаю деректі жағдайында кристалданудың арасына байланыстыратын
көпір тастайды.
Мұндай ерекше жағдайда кристалдану процесі жаңа сатылардың
(фазалардың) ұрықтарының пайда болу қарапайым сәттерінің бірте – бірте
өтуінен және олардың өсуінен құралады. Зат тығыздығының күлтүлдеу
нәтижесінде өтетін, қаныққан ерітінділерден шығатын жаңа фазалардың пайда
болу кезеңін қарастырайық. Бұл көлемнің екі түрлі жағында да күлтүлдеу
арқасында өте ұсақ реттелген жасалымдар пайда болады, олар өздігінен
тіршілік етуге және өсуге қабілетті – бұларды кристалдану ұрықтары дейді.
Кейінірек, жаңа фазалардың пайда болуына әкеліп соғатын күлтүлдеудің болуы
неге байланысты екенін көрсететін теңдеулерді шығарамыз. Қазірше, күлкүлдеу
процестері ∆V көлемнің тек кейбір учаскелерінде әрекеттенеді және де ∆V аз
болған сайын, күлкүлдеулік болу мүмкіндігі жоғары.
Кристалдану ұрықтарының пайда болу теориясы Гиббс, Фольмер, Френкель
және т.б. ғалымдардың еңбегінде берілген.
Оның негізінде кристалданған заттың қайсы бір мөлшерге оны шекті деп
атайды. Жетуіне дейін ол ұрық термодинамикалы тұрақты емес, себебі, артық
бос үстірттік энергиясы жоқ, сондықтан қайтадан иондар мен молекула
құрастырушыларға бөлініп кетеді деген ұғым жатыр. Ұрықтың шекті радиусы υ*.
Томсон – Кельвин формуласы бойынша шығаруға болады:
(1)
Мұндағы, С∞ - заттың шексіз үлкен кристалының ерігіштігі; Сr – шекті
мөлшердегі ұрықтың ерігіштігі (Сr › С∞); σ – үлесімді фаза – аралық
энергия; М – молекулярлы масса; ρ – тығыздық (- заттың молекулалық
көлемі); R – тұрақты газ; Т – абсолюттік температура.
Яғни, шекті мөлшердегі ұрықтарды жасау бос энергияның азаюымен емес
керісінше ұлғаюымен бірге жүреді, ал ол энергия сфералық форманың
бөлшектері үшін:
(2)
Мұнда, S* - r* радиусы бар қатты бөлшектердің үстірті, яғни:
(2а)
Берілген жағдайда бос үстірттік энергияның көбеюі алғашқы гомоген
ерітіндісінде жаңа үстірттер жасау қажеттілігімен байланысты. Онда жаңа
фазаның сфералық ұрығы пайда болу кезінде ∆Z бос энергияның жалпы өзгеруі
екі бөлімнен жасалады: біріншісі - өзінің фазалық айналымдарымен
айқындалатын, екіншісі – фазалар бөлінуінің жаңа үстірттерінің пайда
болуымен шыққан:
(3)
Мұндағы, Z1 және Z2 – сұйық және қатты фазалардың молярлы және бос
энергиялы. Бұл формула, термодинамиканың ортақ заңдарынан шығарылған,
сондықтан бұл формула гидраттың жаңа жасалымдардың кристалдану жағдайы үшін
ғана емес, басқа да маңызды процестерге, мысалы мұзды еріту немесе қайта
мұздатылған ерітінділерінен алынған органикалық заттарынан белгіленген.
Егер теңдеудің оң жақтағы бірінші мүшесі (3) оң болса (бұл Z2 › Z1 шарты
орындалса байқалады), онда ∆Z жүйесінің бос энергиясы да оң болады да,
кристалдану бола алмайды. Егер Z2 ‹ Z1 болса, қайсы бір ұрықтың шекті
радиусында r* бос энергияның мәні барыншаға жетеді (∆Zмакс), 1 – суретте
көрсетілгендей ұрықтың шекті радиусын r* үлкейту жүйенің бос энергиясын
азайтуға әкеліп соғады. Осындан кристалдану термодинамикалық қолайлы
процесс болып шығады.
1 сурет. Бос энергия өзгеруінің кристалдану ұрығының радиусынан
тәуелділігі.

Сонымен, тұрақты ұрықтың пайда болуына оның мөлшері r* радиусының
шекті ұрығының мөлшеріне тең болу керек немесе бір молекулалы қабатқа
жоғары болуы тиіс, себебі осы кезде ғана оның сақталып қалуы, яғни кейінгі
өсуі ажырап кету мүмкіндігінен жоғары болады. Ұрықтың мұндай мөлшеріне
∆Zмакс энергиясы, яғни мүмкінді энергетикалық кедергіге тең энергиясы
сәйкес (1 – суретке қара). Бұл кедергіден кристалдардың өздігінен өсуін
қамтамасыз ету үшін өту керек. Ол жаңа фазалар ұрығының пайда болуында
үлкен рөл атқарады. Бұл мінездеме ұрық пайда болу жұмысы деп аталады.
Теория келесі ∆Zмакс байланысқа әкеледі: қаныққан ерітінділерден
кристалдану ұрықтарының пайда болу мүмкіндігі мен кристалдану ұрығының
пайда болу жылдамдығының оған пропорционалды болып, көлем бірлігінде уақыт
бірлігі үшін:
(4)
Осы есепке ∆Zмакс мәнін (2) теңдеуден алып қойып, қаныққан ерітінділердің
кристалдануы үшін:
(5)
Мұндағы, А – экспоненциал алды көбейткіш; В – тұрақты сандық коэффициент.
Сонымен, көлемнің қайсы бір бөлшегіндегі тығыздықтың күлтүлдеуінің
мүмкіндігі шекті мөлшердегі жаңа фазалардың ұрықтарының пайда болуын әкеліп
соғады, соған сәйкес осындай ұрықтардың пайда болу жылдамдығы Vк –
молекулалық көлемнің және жаңа жасалымдардың үлесімді үстірттік энергиясы
аз болған сайын, ал қанығу дәрежесі мен температурасы үлкен болған
сайын жоғары болады. Гипс сияқты диссоциациялайтын тұздар үшін мәнін
Т.И. Розенберг көрсеткендей, ПП иондар ерітіндісінде болатын қосындылардың
көбейтіндісінен ауыстырып, ПР жаңа жасалымдардың ерігіштігінің
көбейтіндісіне бөлу керек, сонда:
;
Және де, жаңа фазаның ұрықтарының пайда болу жылдамдығы көбейткіш А* - ға
пропорционалды.
2 – суретте гипс пен қаныққан ерітінділерден тұратын кальций
гидросиликатының кристалдану кинетикалық қисықтары көрсетілген. Ол
қисықтарда кристалдану ұрықтары пайда болуға мүмкін бастапқы учаскесін
белгілеуге болады.
Кристалдану ұрықтары пайда болатын процесі әдетте кинетикалық облыста
өтеді де, жоғарыда айтылған негізгі заңдылықтарға жүгінеді. Тәжірибелер
нәтижесінде алынған мәліметтерден гипс пен кальций гидросиликаттың бос
үстірттік энергиясының орташа мәнін кристал – ерітінді шекарасында
анықтауға мүмкіндік береді. (σгипс≈12х10-3 Нм, σкальций
гидросиликат≈24х10-3 Нм).

2 сурет. Қаныққан ерітіндіден кристалдану кинетикасы: а – гипс, бірге тең
кальций иондарының сульфат – иондарына қатынасы; б – кремний қышқылының
тұрақты қосындысының және кальций иондарының силикатты иондарына ауыспалы
қатынасында монокальцилі гидросиликаты.

Кристалдану ұрықтарының пайда болуы фазаларды бөлу шекаралары болса,
көпке жеңілдетіледі. Осы жағдайда өтуге келетін мүмкіндік энергетикалық
кедергі кішіреді, ал бұл мұндай шекаралар көп болып, өзінің кристалхимиялық
мінездемелеріне қарай жақын болады. Осылай цементтің қатуын жылдамдататын
және құрылым жасайтын құмды алуға болады, әсіресе ұсақ немесе ұсақталғанын,
үстеме ретінде жаңа жасалыммен изоморфты болатын материалды қолданғанда үш
көлемді ұрықтын жасалуы мүлдем жойылады. 2 – суретте гипс пен кальций
гидросиликатының кристалдану қисықтарының төменгі бұтағы, кристалдардың өсу
кезеңіне жауап береді. Ал ұрықтардың жасалуы осы қисықтардың абцисса өсіне
параллель болып, бастапқы учаскесінде аяқталған. Екі мөлшерлі ұрықтарды үш
мөлшерлі ұрықтарға қосу арқылы кристаллдардың өсу кинетикасын суреттей
алатын теңдеулерді шығаруды үш мөлшерлерге арналған есептеулер мен
пікірлеуге қолайлы. Жеке айтсақ, олар үшін екі мөлшерлік ұрықтың шекті
ұзындық бар, одан азы – оның иондар мен молеклаларға бөлінуі. Кристалдың
қырының өсу сызықты жылдамдығы екімөлшерлі ұрықтың қосылуымен (5)
формуласын ұқсас формуласымен суреттеледі:
(6)
Мұндағы В1 – сандық коэфицент.
(6) формуланың ерекшелігі (5) – тегі формулаға қарағанда барлық
өзгерістері бір бірлікке кем дәрежеде. Алайда келтірілген кристалдардың өсу
заңдылықтары тек кемшіліксіз құрылыстың жағдайында ғана айғақ және қатаң.
Ал шын мәнінде деректі қатты денелердің әртүрлі кемшіліктері бар, олар:
тесіктер, бос орындар және дислокациялар. Мысалы, винттік дислокацияны
қарастырсақ, кристалдардың өсуі осы дислокацияның шығу орыны бойынша
энергетикаға қолайлы, себебі бұл кезде процесс екі мөлшерлі ұрықтардын кіші
жасалымдарының қосындысы жолымен өтеді (3 сурет).
Дислокация санының есептеуі, оның санының өте көптігін көрсетеді (бірнеше
дислокациялары 1мкм2-қа тең металдар үшін), сондықтан жоғарыда көрсетілген
винттік дислокациясының шығу орны бойынша кристалдану механизмі ең мүмкінді
механизм. Тағы бір ескерілетін нәрсе, дислокациялар өте қозғалғыш,
сондықтан кейде қозғалу барысында материалдан шығып кетуі мүмкін. Бұл
жағдайда жоғарыда айтылған механизмнің мәні өте үлкен. Міне, жалпылай
келгенде кристалдардың, соның ішінде гидраттық жаңа жасалымдардың –
цементтік тастың, құрастырушылардың өсу механизмі осындай. Бұл процесті
зерттеу қиындықтары олардың микроәлемде өтуі ғана емес, кристалдардың өсуі
диффузя жолымен заттарды жақындатуда болу процесті білдіреді.

3 – сурет. Винттік дслокациясы жасалу нәтижесінде пайда болатын жойылмайтын
текшенің орны б-ша кристалдардың өсуі.

Осы жағдайда кристалдардың өсу кинетикасын суреттеу үшін, қатты
денелердің еру кинетикасын суреттеу үшін, төмендегі сияқты теңдеулер
қолайлы:
(7)
Теңдеудің айырмашылығы оған енгізілген жаңа фазаның ергіштігі,
мұнда › және де S үстірті бар өсетін кристалдардың дисперстігі он
есе бастапқы тұтқырлатқыш заттардың үстіртіне қарағанда жоғары,
∆=- айырмас қанығу деп аталады; ол жоғары болса, процесте
тез жүреді. 2 – суреттегі қисықтардың нүктелері гипс пен кальций
гидросиликатының, кристалдарының өсу кезеңіне жауап береді. Зерттеулер
көрсеткендей қисықтар бұрылғаннан кейін диффузиялық кинетикасының негізгі
заңдылықтарына тәуелді болады. Қаныққан ерітінділерінен шыққан жаңа
фазалардың кристалдану кезінде пайда болатын цементтік тастың құрамына
кальций гидросилликаты кіреді. Олар – оның бекемдігі мен ұзақ ғұмырлығымен,
негізгі тасушылары: талшықты тоберморит тәріздес фазалар; жалпы құрамының –
негізгітөмен және негізгіжоғарғы қосылымдар.
5СаО * 6SiO2*5H2O; CaO*SiO2* H2O; 3CaO* 2SiO2*3H2O; және де СаО:
SiO2=1,7-2 қатынасты гидросилликаттар 100ºС жуық температурада жасалады
және оларды өсу тек бір бағытта – ұзындығы бойынша жүреді, ал талшықтадың
орта жуандығы өзгеріссіз сақталып, 10-2м аспайды.
Алиттің гидротациясында кальций гидроксидінің жасалуы мына кесте бойынша
болады.
2(3СаО* SiO2)+6H2O 3CaO* 2SiO2*3 H2O+3CaO(OH)2 мұнда кальций
гидрооксиді алиттің еру кезінде үлкен қанығуды қамтамасыз етеді. 100ºС жуық
температурада гипстің цемент клинкерінің алюминий және темір құрағыш
фазаларымен реакция нәтижесінде алғашында кальцийдің
гидросульфоалюминатының жоғарғы сульфаттың түрі жасалады:
3CaO*Al2O3+3CaSO4+3OH2O3CaO* Al2O3*3CaSO4*3OH2O
Бұл қызықты гидраттың кристалдары – ұзынша, түрлі оптикалық
микроскоппен жақсы көрінеді; бұл ине тәріздес кристалдар жиі бір-бірімен
айқасып жатады. Кальцийдің гидросульфалюминатының жоғарғы сульфаты формасы
жоғары температурада тез, ал гипстың жеткіліксіз кезінде және қалыпты
температурада баяулау төменсульфатты түріне ауысуы мүмкін:
3CaO*Al2O3*3CaSO4*3OH2O+2(3CaO*Al2O 3)+ +6H2O=3(3CaO*Al2O3*3CaSO4*12H2O)
Барлық аталған процестер сәйкес иондар мен қаныққан ерітінділерден
тұратын кристалдану нәтижесінде өтеді. Тура осылай кальцийдің
гидроалюминаттарында жасалады. Кальций гидроксиді қатысуымен үшкальцийлі
алюминат цементің гидротациясында мына кесте бойынша байланысады:
Са3(AlO3)2+Ca(OH)2+12H2O=Ca3(AlO3)2 *Ca(OH)2*12H2O
немесе басқаша – 4СаО*Al2O3*13H2O.
Тағы да цементтік таста кальций гидроалюминаттың басқа да түрлері
болуы мүмкін: пластина, куб, октаэдрлер түрінде және кальцийдің жоғары
дисперстік гидрофериттер. Мысалы Са(FeO2)2 * nH2O.

2.1. Тұтқырлатқыш заттардың қатаю құрылысы.
Егер жаңа жасалымдардың құрамы жалпы белгілі болса, бетондағы
цементтің тастың ұзақғұмырлы және бекем құрылымды қамтамасыз ететін шарттар
әлі аз зерттелген, қатаю құрылысының жаңа жасалымдарының арасындағы
байланысты П.А Ребиндер берген мінездемесі бойынша коагуляциялық, шартты-
коагуляциялық (немесе атомдық) және кристалдау-конденсаторлық (оларды
”фазалық” деп те атайды) үш топқа бөлуге болады.
Біріншісіне, молекулалар арасындағы тартылыс энергиясы есебінен
жасалған құрылымдар жатады. Бұл күштердің жаратылысын қарастырып қойғанбыз,
қазіргі назар аударатынымыз: цемент қоспасы мен сол сияқты басқа да
материалдарға тән коагуляциялық құрылыстардың ерекшеліктері. Коагуляциялық
құрылыстарына тән белгілері болып, оларды кристалданатындардан
ерекшелейтін: біріншіден, коагуляциялық құрылымдарға қайта оралу тән –
бұзылудан кейін біраз уақытынан соң олар өздігінен қайта орнығады, кейде
қайта орнығу бірнеше рет қайталанады. Бұл құбылыс тиксотропия деп аталады;
Екіншіден, коагуляция құрылымдарға жоғарғы созылмалыққа тән – егер
олар беорганикалық материалдардан жасалған болса . Аталған коагуляциялық
құрылымдардың кристалдандырудан айырмашылықтары құрылым элементтері
арасындағы байланыс ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.