рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

ПРЕДМЕТ І ЗАДАЧІ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ Навколишній світ та дисперсні системи

ПРЕДМЕТ І ЗАДАЧІ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ Навколишній світ та дисперсні системи - раздел Химия, Розділ 1 ...

РОЗДІЛ 1

ПРЕДМЕТ І ЗАДАЧІ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ

Навколишній світ та дисперсні системи

Фізико-хімічна механіка як наукова дисципліна, її задачі

Дисперсні системи. Класифікація дисперсних систем з позиції фізико-хімічної механіки композиційних матеріалів

Особливості властивостей колоїдних систем

Короткий історичний огляд

Навколишній світ та дисперсні системи

Спільним є те, що усі ці тіла, матеріали та предмети, які є частиною навколишнього світу, являють собою дисперсні системи. Дисперсними називають системи, що складаються з багатьох дрібних часток,… Дисперсний – означає «подрібнений, розсіяний». У статистиці дисперсія означає ступінь розсіювання результатів або…

Фізико-хімічна механіка як наукова дисципліна, її задачі

Фізико-хімічна механіка (ФХМ) – наукова дисципліна, що сформувалася на стику молекулярної фізики (фізика твердого тіла), механіки матеріалів і фізичної хімії (фізико-хімія поверхневих явищ і дисперсних систем).

Фізико-хімічна механіка композиційних будівельних матеріалів (КБМ) – це галузь знання, яка вивчає фізико-хімічні фактори, що визначають механічні властивості КБМ і їх структуру, і розроблює шляхи і методи використання цих факторів для керування механічними властивостями КБМ, а також процесами одержання КБМ із заданою структурою і необхідними властивостями.

Розв’язання цієї задачі повинно привести до підвищення міцності і стійкості матеріалів у різноманітних умовах їх служби, а також до полегшення, прискорення і поліпшення процесів механічної обробки різних твердих тіл тиском, різанням і здрібнюванням за допомогою спільного використання як фізичних (температури), хімічних, так і механічних факторів. Для розв’язання основної задачі ФХМ необхідна розробка двох проблем:

- вивчення фізико-хімічних закономірностей і механізму деформаційних процесів руйнування твердого тіла залежно від його складу і структури, впливу температури і зовнішнього середовища;

- вивчення процесів структуроутворення, а саме: розвиток просторових структур, що утворюють тверде тіло з заданими механічними властивостями; вивчення кінетики цих закономірностей.

Перша проблема пов'язана з розвитком теорії різного роду процесів обробки твердих тіл – тиском, різанням, а також подрібненням і тонким помелом.

Друга проблема зв'язана з теорією утворення нових дисперсних фаз з первісного рідкого середовища – переохолодженого розплаву, пересиченого розчину або шляхом спресовування і спікання спочатку не зв'язаних між собою твердих частинок порошку.

Фізико-хімічна механіка вивчає двох- або багатофазові системи, у яких хоча б одна з фаз знаходиться у високодисперсному стані. Властивості таких систем визначаються великою питомою поверхнею, молекулярними силами, що нескомпенсовані в поверхневих міжфазних шарах, а також характеристиками і будівлею цих шарів.

Загальна властивість дисперсних систем, особливо високодисперсних і висококонцентрованих, полягає в тому, що одні тільки механічні впливи самі по собі звичайно недостатньо ефективні для оптимального проведення процесів формування й обробки дисперсних систем і матеріалів, для надання їм потрібної структури і забезпечення необхідних механічних властивостей. Найважливішу роль грають у цих процесах поверхневі фізико-хімічні явища, від яких залежить взаємодія часток дисперсних фаз між собою і з навколишнім середовищем, і в остаточному підсумку – зчеплення часток. Це і визначає головну ідею ФХМ про керування структурою і механічними властивостями дисперсних систем і матеріалів шляхом оптимального сполучення механічних впливів (особливо періодичних вібраційних та імпульсних) і фізико-хімічних процесів на поверхні розподілу фаз (адсорбція, адгезія, змочування, електрохімічні процеси). Регулювання поверхневих явищ і процесів за допомогою методів колоїдної хімії, і, у першу чергу, за допомогою ПАР, дозволяє широко варіювати (послабляти або посилювати) зчеплення між частками дисперсних фаз і регулювати тим самим у бажаному напрямку механічні властивості дисперсних систем і матеріалів.

Таким чином, основна мета ФХМ – установлення закономірностей одержання (синтезу) різних твердих тіл із заданими механічними властивостями; інтенсифікація фізико-хімічних процесів у дисперсних системах; ефективне керування процесами їх утворення і руйнування.

ФХМ вивчає залежність структури і механічних властивостей дисперсних систем, твердих тіл і матеріалів від фізико-хімічних процесів, що діються як в об’ємі, так і особливо на поверхні розподілу фаз.

Широта об'єктів і задач фізико-хімічної механіки обумовлена тим, що переважна більшість тіл у природі і техніці являють собою саме дисперсні системи, тобто є мікронеоднорідними (мікрогетерогенними) тілами і складаються з часток, що більш-менш міцно зв'язані.

Дисперсні системи. Класифікація дисперсних систем з позицій фізико-хімічної механіки композиційних матеріалів

Коли розміри часточок настільки малі, що їх можна порівняти з найбільшою товщиною граничного шару (з робіт Б.В. Дерягіна – 1·10-7м) система стає… Дисперсність виражається питомою поверхнею дисперсної фази і визначається… м-1 (см-1), або м2/кг (см2/г) (1.1)

Періодичні колоїдні системи.

Періодичні колоїдні системи (ПКС) – це системи, що складаються з мікрооб'єктів, які взаємодіють на великій (у порівнянні з атомом) відстані. ПКС – мають пружно-пластично-в’язкі властивості. Більшість з них здатні до тиксотропних перетворень. ПКС широко поширені в природі – (глини, ґрунти), їх використовують у промисловості – керамічні маси, цементні пасти, консистентні змазки.

Залежно від величини прикладеного навантаження і часу його дії ПКС здатні поводитися, як пружні тверді тіла чи як легкоплинні рідини. Після зняття навантаження міцність їх мимовільно відновлюється.

Характерна риса ПКС – визначений ступінь упорядкування розташування її структурних елементів. Просторова сітка багатьох ПКС являє собою правильну квазікристалічну решітку, у якій, як і в ґратках реальних кристалів, є перекручування – вакантні місця, впровадження в міжвузля та інше.

Особливості властивостей колоїдних систем

1.4.2. Дифузія частинок в колоїдних системах протікає поволі. 1.4.3. Колоїдні системи мають дуже малий осмотичний тиск, який часто навіть… Колоїдним системам притаманні – сповільнена дифузія і малий осмотичний тиск. Це указує на те, що дисперсні системи…

Короткий історичний огляд

У 1934 р. П.О. Ребіндер і Б.В. Дерягін провели дослідження з фізико-хімії поверхневих явищ і властивостей тонких полімолекулярних шарів рідких… Починаючи з 1930 р., М.П. Воларович і його співробітники виконали дослідження… У 1936 – 1937 рр. П.О. Ребіндер розвинув нові уявлення про стійкість дисперсних систем під впливом адсорбційних шарів.…

РОЗДІЛ 2

ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА В ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМАХ

Поверхнева енергія і її природа

Змочування і набухання

Самовільні процеси на межі розділу фаз

Поверхнева енергія і її природа

  Повітря Рідина Рис.2.1. Схема утворення поверхневих сил:…   Через великі відстані між молекулами, наприклад, води і повітря взаємодія між ними практично не спостерігається. У…

Змочування і набухання

   

Спонтанні процеси на межі розділу фаз

  F = Fmin (2.21)  

РОЗДІЛ 3

АДСОРБЦІЯ. ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ АДСОРБЦІЇ

Адсорбція. Основні закономірності адсорбції

Теорія мономолекулярної адсорбції

Полімолекулярна адсорбція

Рівняння Гіббса. Двомірний тиск

Правило Дюкло - Траубе

Адсорбція на межі тверде тіло – розчин

Адсорбція. Основні закономірності адсорбції

Адсорбцією (Г) називається згущення (концентрування) газоподібної чи розчиненої речовини на поверхні розподілу фаз – на поверхні твердого тіла або рідини. Газ або розчинену речовину прийнято називати адсорбтивом або адсорбатом, а речовину, що адсорбує їх, – адсорбентом.

Розрізняють фізичну (адсорбційні сили – міжмолекулярні сили Ван-дер-Ваальса) і хімічну адсорбцію – хемосорбцію. Фізична адсорбція завжди оборотна, хімічна як правило необоротна.

Фізична адсорбція протікає самовільно. Адсорбтив прагне цілком зайняти всю поверхню адсорбенту. Цьому перешкоджає десорбція, викликана прагненням до рівномірного розподілу речовини внаслідок теплового руху. Для кожної концентрації адсорбтиву в навколишньому середовищі існує стан адсорбційної рівноваги, аналогічний рівновазі між конденсацією і випаром Г → f (Cm, Т, p).

Кількість адсорбованої речовини в даний момент часу характеризується відношенням надлишку його в поверхневому шарі до площі поверхні чи до маси адсорбенту Г, моль/см2, моль×см-2; Г, моль/г, моль×г-1. Адсорбцію можна характеризувати по-різному.

Для цього визначають:

– залежність кількості адсорбованої речовини від температури Г = f (Т) при рівноважному тиску p або концентраціях C = const.

Графіки Г = f (Т) при p = const називають ізобарами, а при С = const – ізопікнами адсорбції:

– залежність рівноважного тиску (концентрації) від температури при постійних кількостях адсорбційної речовини; графіки p = f (Т) і С = f (Т) при Г – const – називають ізостерами;

– залежність кількості адсорбованої речовини від рівноважного тиску або концентрації при постійній температурі. Графіки Г = f(p) при Т = const або Г = f (С) при Т = const називають ізотермами адсорбції (рис. 3.1).

Як видно з рис. 3.1, ізотерми мають три ділянки, дві з яких прямолінійні й одна криволінійна.

 

 
 
ІІІ


Ррс)
Г
ІІ
І

    Рис.3.1. Загальний вид ізотерм адсорбції при різних температурах: 1 – Т1; 2 – Т22 > Т1)  

 

І ділянка – адсорбція при невеликих тисках чи концентраціях пропорційна або тиску або концентрації; це відповідає в значній мірі ще вільній поверхні адсорбенту.

ІІ ділянка – перехідна ділянка.

ІІІ ділянка – відповідає поверхні адсорбенту, повній насиченості адсорбтивом.

Якщо на поверхні виник мономолекулярний шар адсорбтиву, кількість адсорбованої речовини перестає практично залежати від тиску чи концентрації.

Ізотерма адсорбції за своїм виглядом нагадує параболу. Тому Бедекер, а потім Фрейндліх для її аналітичного визначення запропонували рівняння (3.1):

(3.1)

 

де: х – кількість молів адсорбованої речовини; m – маса адсорбенту;

К і – константи; p – рівноважний тиск газу навколо адсорбенту.

Для адсорбції з розчинів рівняння Бедекера – Фрейндліха записують так:

(3.2)

 

де β-константа, що відповідає константі К рівняння 3.1; С – рівноважна концентрація, моль·л-1. Фізичний зміст β при С=1 – величина адсорбції при рівноважній концентрації адсорбтива, що відповідає 1 моль·л-1. Показник, що пред’являє собою правильний дріб, характеризує ступінь наближення ізотерми до прямої. З підвищенням температури β – зменшується, а– зростає.

Рівняння (3.1; 3.2) придатні для інтервалу середніх тисків і концентрацій.

Константи рівняння Фрейндліха знаходять графічно при логарифмуванні рівняння (рис. 3.2):

(3.3)

 
 

 

    Рис.3.2. Логарифмічна ізотерма адсорбції де: ; Г´ = моль × г-1; Ср = моль × л-1  

Теорія мономолекулярної адсорбції Ленгмюра

Передбачається: тверда поверхня однорідна, тобто активні центри поверхні мають залишкові валентності і здатні зв'язати кожний по одній молекулі,… Якщо число активних місць поверхні приймають за одиницю, а частку таких… (3.4)

Полімолекулярна адсорбція

            Рис.3.4. Загальний вигляд ізотерми… У 1915 році Поляні запропонував теорію полімолекулярної адсорбції, що ґрунтується на наступних положеннях.

Рівняння Гіббса. Двомірний тиск

  (3.9)  

Правило Дюкло-Траубе

Адсорбція та орієнтація молекул поверхнево-активних речовин на поверхні розділу фаз – це самовільні процеси, що приводять до мінімуму вільної… Тому процес переходу таких молекул у поверхневий шар при зануренні полярних…  

Адсорбція на межі тверде тіло – розчин

  (3.16)  

Правило зрівнювання полярності П.О. Ребіндера.

Інакше кажучи, адсорбція буде йти, якщо полярність речовини С, яку характеризує, наприклад, діелектрична проникність ε, буде лежати між…   εА > εс > εу або εА < εс < εу

РОЗДІЛ 4

ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНІ РЕЧОВИНИ

Склад і фізико-хімічна природа ПАР

Класифікація ПАР за хімічною будовою

Аніоноактивні ПАР

Катіоноактивні ПАР

Класифікація ПАР за механізмом дії

Термодинамічні, поверхневі та об'ємні властивості розчинів ПАР в зв'язку зі стійкістю дисперсних систем

Використання ПАР в техніці

Склад і фізико-хімічна природа ПАР

Утворення найтоншого насиченого адсорбційного шару ПАР товщиною в одну молекулу (мономолекулярного шару) може викликати різкі зміни інтенсивності… ПАР– органічні сполуки, у молекули яких входять одночасно полярна група (наприклад ОН, СООН, NН2) і неполярний…

Класифікація ПАР за хімічною будовою

Молекули неіоногенних ПАР містять кінцеві групи, що неіонізовані, з високою спорідненістю до дисперсійного середовища. До складу їх звичайно входять… До групи неіногенних ПАР відносяться продукти оксиетилювання довголанцюгових… Іоногенні речовини поділяються на два основних класи. Якщо довгий ланцюжок (вуглеводнева частина) молекули з низькою…

Аніоноактивні ПАР

А. Мила карбонових кислот

2. Карбоксильна група пов’язана з гідрофобним радикалом через проміжну групу, а саме: а) амідна; б) складноефірна;

Д. Інші типи аніонних гідрофільних груп

1. Фосфати і фосфінові кислоти.

2. Персульфати, тіосульфати і ін.

3. Сульфаміди.

4. Сульфамідові кислоти.

Катіоноактивні ПАР

Солі амінів (первинні, вторинні і третинні), наприклад: R – N (R1, R2, R3) + + X-. Під X- – розуміють аніони (сульфат, хлорид, бромід, ацетат або ОН – іони)

Класифікація ПАР за механізмом дії

4.5.1. До першої групи відносяться речовини, поверхнево-активні на границі рідина – газ, і насамперед, на межі вода – повітря, але такі що не… 4.5.2. До другої групи відносяться речовини, що є ПАР на межі двох рідин, що…  

Термодинамічні, поверхневі й об'ємні властивості розчинів ПАР у зв'язку зі стійкістю дисперсних систем

  (4.1)  

Використання ПАР в техніці

Яскравим прикладом ефективної дії ПАР є мийні засоби. Як відомо, тверді чи рідкі забруднення видаляються з поверхні волокон тканин чистою водою на… – За присутністю у воді ПАР знижується поверхневий натяг розчину, тим самим… – Молекули мила, які адсорбуються на поверхні волокна і частках твердих чи рідких забруднень, створюють добре…

РОЗДІЛ 5

СТІЙКІСТЬ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Будова колоїдних міцел

Стійкість і коагуляція дисперсних систем

Седиментаційна (кінетична) стійкість

Процеси стабілізації дисперсних систем і їхня роль у техніці

Будова колоїдних міцел

На рис. 5.1. у загальному вигляді зображений подвійний електричний шар, що виникає на кристалах йодиду срібла, що знаходиться в слабкому розчині… Виникнення подвійного електричного шару за рахунок іонізації можна… H2SiО3 ↔ + 2H+ (5.1)

Стійкість і коагуляція дисперсних систем

Кінець кінцем це може привести до повного поділу системи на два шари, один із яких рідина (дисперсійне середовище), інший щільний осад (дисперсна… Кінетична (седиментаційна) нестійкість – результат того, що частки дисперсної… Запобігання агрегації первинних дисперсних часток можливо в результаті дії трьох факторів стійкості дисперсних систем:…

Молекулярно-адсорбційна стабілізація дисперсних систем

Стабілізація дисперсних систем значно більш ефективна при додаванні до них ПАР і високомолекулярних сполук, що адсорбуються на границі розподілу… Г.А. Мартинов уявляє собі дію адсорбційних полішарів поверхнево-активних… V1 ≈ K1-1 / H2 (5.7)

Седиментаційна (кінетична) стійкість

Здатність дисперсної системи зберігати рівномірний розподіл часток по всьому об’єму прийнято називати седиментаційною чи кінетичною стійкістю системи.

Швидкість седиментації часток у дисперсійному середовищі колоїдної системи (V). визначається за рівнянням (5.10):

 

V (5.10)

 

де: r – радіус частки; η – в'язкість дисперсійного середовища; ρ і ρ0 – щільність дисперсної фази і дисперсійного середовища відповідно.

Рівняння справедливе для суспензій з частками розміром (0,1-100)×10-6 м (0,1-100 мкм). Частки з діаметром δ > 100 мкм осідають прискорено, а для часток з δ < 0,1мкм інтенсивність броунівського руху превалює над швидкістю седиментації під дією сил гравітації.

Як ілюстрацію впливу розміру часток на швидкість осідання нижче наведені швидкості седиментації сферичних часток кварцу у воді залежно від їхнього радіуса (щільність кварцу ρ = 2750 кг/м3) (табл. 5.1).

Таблиця 5.1

Радіус часток, см 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7
Швидкість седиментації, см/с 3,2∙10-2 3,2∙10-4 3,2·10-6 3,2 ∙ 10-8 3,2 ∙ 10-10
Час, необхідний для осідання часток на відстань у 1см 31 с 51,7 хв 86,2 год 359 днів 100 років

На рівноважний розподіл часток у системі впливають незначні поштовхи і струси, а також неоднакова температура в різних ділянках золю, що приводить до утворення в системі конвекційних потоків. Розрахунки показують, що досить, наприклад, коливань температури на 0,001°С в 1 годину, щоб седиментація у високодисперсному золі золота була цілком виключена.

У монодисперсній системі швидкість осідання однакових за розміром часток однакова, відстоювання буде відбуватися рівномірно. Швидкість седиментації монодисперсної суспензії можна визначити, спостерігаючи за осіданням якої-небудь однієї з її часток у мікроскоп. Таким чином, у монодисперсній системі висота освітлюваної рідини пропорційна часу відстоювання. При цьому межа розподілу концентрованої суспензії і прозорого середовища буде зміщуватися на деяку відстань. Тоді швидкість осідання відповідає рівнянню (5.11):

V = H / t (5.11)

а радіус частинок описується – рівнянням (5.12):

r = К (5.12)

де: (5.13)

Із рівняння (5.13) легко обчислити радіус частинок суспензії за результатами вивчення її осідання візуально.

При відстоюванні полідисперсної суспензії на відміну від монодисперсної границя осідаючого шару виявляється розмитою, тому що частки, що мають різні радіуси, проходять за однаковий час різні шляхи. Тому седиментаційний аналіз полідисперсної системи зводиться до визначення швидкості накопичення осаду.

Способи встановлення залежності між масою осадку, що випав, і часом осідання, що графічно зображують у вигляді седиментаційних кривих, розглянуто в практикуму по курсу “Фізична хімія і хімія силікатів”. Седиментаційна крива характеризує вміст часток різного розміру в полідисперсній системі. За результатами обробки седиментаційної кривої, звичайно зображують діаграму (рис. 5.9, пунктир) , а по ній креслять криву розподілу (жирна лінія).

Згідно з цією діаграмою масовий вміст кожної фракції (ІІ…V) відповідає площі прямокутника .

 

 

Рис. 5.9. Крива розподілу частинок дисперсної фази полідисперсної системи

 

Процеси стабілізації дисперсних систем і їхня роль у техніці

Типові колоїдні системи чуттєві до дії електролітів. Однак при введенні в них незначних концентрацій високомолекулярних речовин і утворенні на… Наприклад, у присутності високомолекулярних захисних колоїдів золі, що взагалі… Стабілізувальна дія цього шару обумовлена тим, що він заважає часточкам наближатися на відстані, менші від відстаней,…

РОЗДІЛ 6

СТРУКТУРНО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТІЛ ТА ЇХ ЗНАЧЕННЯ

Поняття про структурно-механічні властивості

Загальні відомості про структуроутворення в дисперсних системах

Поняття про структурно-механічні властивості

Саме через тісний зв'язок зі структурою тіл деякі механічні властивості часто називають структурно-механічними. Структура твердого тіла залежить не… У поняття будови твердого тіла варто включити розподіл у ньому різних… Під терміном “структура” часто розуміють просторову сітку, характерну для різних твердих тіл, утворену молекулярним…

Загальні відомості про структуроутворення в дисперсних системах

Коагуляційні структури утворюються при коагуляції, коли частинки цілком втрачають фактор стійкості (подвійний електричний шар, сольватну оболонку),… На гелеутворення впливає концентрація часток дисперсної фази, форма часток.… Для коагуляційних структур присутнє явище синерезису – самовільне зменшення розміру гелю з одночасним виділенням…

РОЗДІЛ 7

РЕОЛОГІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Деформації і течії

Методи реологічного моделювання

Криві течії і в'язкості

Методика побудови реологічних кривих

Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем

Про реологічні криві течії і в'язкості структурованих рідин на прикладі цементобетонної суміші

Деформації і течії

Реологія – це наука про поведінку матеріалів (систем, тіл) з врахуванням взаємозв'язку часових режимів навантаження та механічних властивостей.… Деформація характеризує відносне переміщення точок системи внаслідок дії… Точкою системи називається такий матеріальний об’єм середовища, усі компоненти якого мають постійну швидкість.…

Методи реологічного моделювання

Найбільш відома модель, що складається з поршня та пружини. Така система має назву моделі Максвелла (рис.7.4). Якщо прикласти до неї силу, то в… ε = εп + εв (7.4)  

Криві течії і в'язкості

Найбільш очевидним явищем залежності характеру течії від структурних особливостей рідини є аномалія в'язкості.Аномалія в'язкості - це відхилення… Для ідеальної ньютонівської рідини існує прямо пропорційний зв'язок між τ… Для аномальної рідини, наприклад, для бітуму типу золь, закон течії буде іншим (крива 2), а для бітуму типу гель він…

Методика побудови реологічних кривих

Рис. 7.11. Схема пластовіскозиметру ПВР-2: 1 - малий електродвигун; 2 - великий електродвигун; 3 - коробка передач; 4 -… Нехай швидкість деформування = const = C, тоді деформація ε = Ct + A1.… Звідси випливає рівноважність умов W – const і = const. При =const залежності τ (t) і τ (ε)…

Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем

   

Про реологічні криві течії і в'язкості структурованих рідин на прикладі цементобетонних сумішей

В основному впливають на ці властивості кількість і якість цементного тіста, тому що саме цементне тісто, будучи дисперсною системою, має… У процесі гідратації цементу (до моменту затвердіння) з'являється усе більша… Цементне тісто відносять до так званих структурованих систем, що характеризуються деякою початковою міцністю…

ІІ ЧАСТИНА

 
 


ПРИКЛАДНІ АСПЕКТИ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ

 


РОЗДІЛ 8

СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ В ДИСПЕРСНИХ МІНЕРАЛЬНИХ В'ЯЖУЧИХ РЕЧОВИНАХ

Термодинамічні аспекти процесів гідратаційного твердіння в'яжучих речовин

Розчинення в'яжучих речовин

Основні закономірності кінетики кристалізації нової фази з пересичених розчинів і фазовий склад цементного каменю

Формування структури цементного каменю

Термодинамічні аспекти процесів гідратаційного твердіння в'яжучих речовин

У таблиці 8.1 наведені значення середньої енергії зв'язку в деяких безводних оксидах, що досить широко використовуються у будівництві: оксидах… Таблиця 8.1 Середня енергія зв'язку (кДж / зв'язок) у деяких мінеральних в'яжучих речовинах і їх гідратних новотворах (за В.І.…

Розчинення в'яжучих речовин

Технологічний процес виробництва портладцементного клінкеру при високій температурі забезпечує одержання термодинамічно хитливих, тобто… Метастабільність в'яжучих речовин вносить істотні особливості в кінетику їх… Δ Z = RT ℓg C + φ (p, T) (8.1)

Основні закономірності кінетики кристалізації нової фази з пересичених розчинів і фазовий склад цементного каменю

Теорія виникнення зародків кристалізації дана в працях Гіббса, Фольнера, Френкеля та ін. учених. У її основі лежить положення про те, що до… (8.2) де: С ∞ – розчинність нескінченно великого кристала речовини; Cr – розчинність зародка критичних розмірів (Cr…

Формування структури цементного каменю

Приблизно через годину настає друга стадія гідратації для якої характерне утворення дуже дрібних гідросилікатів кальцію. Унаслідок того, що в… Протягом індукційного періоду цементне тісто являє собою щільну суспензію,… Протягом індукційного періоду відбувається поступове поглинання поверхневими оболонками цементних зерен води, товщина…

РОЗДІЛ 9

ВІБРОРЕОЛОГІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Фізичні основи ущільнення й формозміни бетонних сумішей

Основні параметри вібраційного ущільнення бетонної суміші

Вібродиспергування тіл та віброперемішування сумішей

Основи технології виробництва дорожніх бетонів на основі органічних в'яжучих

Фізичні основи ущільнення і формозміни бетонних сумішей

Високорухомі і литі бетонні суміші, що характеризуються низьким граничним опором зсуву, легко деформуються й заповнюють форму під дією сили ваги.… Малорухомі й жорсткі бетонні суміші (Ж > 5с) мають високий граничний опір… Бетонна суміш є складною структурованою багатофазною системою, що складається із твердих часток в'яжучого, органічних…

Основні параметри вібраційного ущільнення бетонної суміші

Вібрування тим більше впливає на рухливість бетонної суміші, чим ширше діапазон розмірів зерен заповнювача, залучених у коливальний рух, тому що… W = 2 π f (9.2) Похідними параметрами, що відбивають інтенсивність коливального руху часток, є:

Вібродиспергування та виброперемішування суміші

  (9.12) де: S – поверхня; V – об'єм тіла, що руйнується.

Основи технології виробництва дорожніх бетонів на основі органічних в'яжучих

Принциповий зміст процесу перемішування сумішей

Принцип та метод визначення температури перемішування сумішей

Температурні параметри приготування сумішей

Змочування кам'яних матеріалів в'яжучим як фактор якості перемішування

Зміст процесу ущільнення сумішей

Шляхи інтенсифікації ущільнення сумішей

Технологія виробництва асфальтових та дьогтевих бетонних сумішей і бетонів складається з двох основних стадій: перемішування суміші кам'яних… 9.4.2. Принцип та метод визначення температури перемішування сумішей Обов'язковим елементом технології перемішування асфальтобетонних сумішей є переведення термопластичного в'яжучого до…

Змочування кам'яних матеріалів в'яжучим як фактор якості перемішування

Фізичною сутністю процесу перемішування асфальтобетонної суміші є змочування поверхні кам'яних матеріалів органічним в'яжучим. Змочування тієї чи… Ілюструванням цього можуть служити дані по змочуванню водою поверхонь: кварцу… Значення крайового кута змочування для кожної конкретної пари можуть служити підставою для прогнозування якості…

Зміст процесу ущільнення асфальтобетону.

Метою процесу ущільнення є максимально повне зближення зерен мінерального остову поміж собою.Після перемішування асфальтобетонна суміш являє собою пухку масу. Після укладання до шару покриття (до ущільнення) вона має середню щільність близьку 1800 кг/м3. В ущільненому стані середня щільність асфальтобетону досягає 2350 кг/м3. Якщо припустити, що істинна щільність асфальтобетону наближається до 2480 кг/м3, можна розрахувати приріст щільності (зменшення пористості) асфальтобетонної суміші.

(9.15)

 

(9.16)

Ущільнення зменшує пористість асфальтобетону (VДу - VПу - різниця пористостей до та після ущільнення) дорівнює 22,3 %.

Таким чином, ущільнення є надзвичайно важливою стадією при формуванні структури та властивостей асфальтобетону. Недоущільнення є причиною утворення колій та напливів улітку, інтенсивного руйнування (лущення та викришування) під дією води та перемінного заморожування і відтавання у перехідні періоди.

Для досягнення запроектованої щільності асфальтобетону необхідно розташувати його мінеральні зерна таким чином, щоб відстань між ними наближалась до товщини шару структурованого бітуму. Це вимагає просторового переміщення зерен, чого можна домогтися у тому випадку, якщо ущільнювальні засоби створюють у шарі нормальні й дотичні напруження. Просторовому зміщенню зерен одне відносно одного перешкоджає зачеплення зерен одне за одне, та опір плівок бітуму видавлюванню з зон контакту. Можна припустити, що ущільнення буде ефективним, коли

 

σущ > σз + σб (9.17)

 

де: σущ - ущільнювальне напруження;

σ3 - опір зерен переміщенню;

σб- опір бітуму видавлюванню.

 

Опір зерен переміщенню певною мірою відповідає формулі, подібній до закону Кулона:

σз = p tg φ + c (9.18)

 

де: кут φ - тертя у асфальтобетонній суміші;

с - зчеплення (когезія) структурованого бітуму;

р - вертикальний тиск.

 

Опір шарів бітуму видавлюванню описують формулою, подібною до закону Ньютона:

 

σб = η (9.19)

 

де: η - в'язкість бітуму;

- швидкість видавлювання бітуму з зазору між мінеральними зернами.

 

Тоді умова ущільнення асфальтобетонної суміші має вигляд:

 

σущ > η∙+ p tg φ + c (9.20)

 

9.4.6. Шляхи інтенсифікації ущільнення сумішей

 

Головним фактором ущільнення є ущільнювальне навантаження.
Таке навантаження створюють жорстко-барабанні котки. Ефект цього
ущільнення є обмеженим, оскільки після деякої границі має місце подрібнення мінеральних зерен, що приводить до надзвичайно швидкого
руйнування покриття. Значно більший ефект може бути досягнутий при використанні пневмокатків, які при мінімальному вертикальному тиску
викликають у шарі (за рахунок зчеплення шару з пневматиком) дотичне
напруження. Це приводить до зниження опору, який викликає внутрішнє
тертя у суміші.

Поліпшенню ущільненостіасфальтобетонної суміші будуть сприяти такі фактори: зменшення швидкості укочування, яке знижує опір бітуму видавлюванню з міжзернового простору, але суттєво знижує швидкість ущільнення; зниження внутрішнього тертя за рахунок зменшення вмісту щебеню у суміші, збільшення вмісту піску та мінерального порошку, що може привести до зниження зсувостійкості асфальтобетону; зниження внутрішнього тертя та зчеплення за рахунок більшого вмісту бітуму у суміші, що також може супроводжуватись пониженням міцності асфальтобетону.

Таким чином, перелічені фактори сприяють поліпшенню ущільнення асфальтобетонних сумішей, але спричиняють відповідні негативні наслідки. Важливо так керувати ущільненістю, щоб забезпечувати добре та швидке ущільнення без негативних наслідків для якості асфальтобетонного
покриття.

Одним з таких факторів є температура ущільнення. Вважають, що
процес ущільнення асфальтобетонної суміші може бути ефективним, якщо в'язкість бітуму у процесі ущільнення наближається до 10 Па∙с (у західних країнах, в зв'язку з застосуванням сучасних засобів ущільнення в'язкість
бітуму приймають близько 20 Па∙с). Для визначення температури, яка відповідає цій в'язкості (10 Па∙с), потрібно на рис. 9.5 з точки, яка відповідає
цій в'язкості, провести лінію, паралельну осі температур. Точка перетину
цієї лінії з кривою температурної залежності в'язкості буде відповідати
температурі ущільнення асфальтобетонної суміші на конкретному
бітумі. Очевидно, що температури ущільнення (Ту) для кожного бітуму
істотно нижче температур перемішування і що температури ущільнення
знижуються з переходом від бітумів з малою глибиною проникнення
стандартної голки до бітумів з великою глибиною проникності голки,
а також від в'язких до рідких бітумів. Крім того, покращенню ущільнення сприяє використання ПАР: після введення в бітум оптимальної
кількості ПАР водонасичення асфальтобетону зменшується в середньому
на 1,5-2,0 %.

Визначені таким способом температури ущільнення нормуються стандартами та будівельними нормами і правилами (табл. 9.4)

 

Таблиця 9.4

Пропоновані температури ущільнення

асфальтобетонних сумішей (витяг з ДСТУ Б В.2. 7

"Суміші асфальтобетонні дорожні і асфальтобетон")

 

Вид суміші Марка та клас бітуму Температура на початку ущільнення асфальтобетонів, °С
з вмістом щебеню більш 45 % за масою з вмістом щебеню менш 45 % за масою
Гаряча БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 150-155 145-150 135-145 120-135 130-140 115-130 105-115 90-105
Холодна СГ 130/200 МГ 130/200 МГО 130/200 СГ 70/130 МГ 70/130 МГО 70/130 не нижче 5

 

Використання температурного фактору для регулювання ущільнення, як і інших, розглянутих вище, має обмежений характер. Високі (понад пропонуємі) початкові температури не бажані через технологічне старіння бітуму та через можливість утворення мікротріщин у шарі асфальтобетону безпосередньо під котком, які у подальшому стають осередком масового руйнування дорожніх покриттів.

Прогресивні технології ущільнення органомінеральних сумішей зараз тісно пов'язані з розробкою та застосуванням нових ущільнювальних засобів: пневмокатків з регулюваним тиском у шинах, віброкотків, комбінованих вібропневмокатків. Такі котки забезпечують високоефективне ущільнення, що дозволяє підвищити темп ущільнення, виключити подрібнення зерен кам'яних матеріалів під час ущільнення асфальтобетонної суміші, створити шорстку поверхню покриття.

 

 


РОЗДІЛ 10

ОСНОВИ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ ОРГАНІЧНИХ В'ЯЖУЧИХ РЕЧОВИН

Склад, структура і властивості кам'яновугільних дорожніх дьогтів

Склад, структура і властивості нафтових дорожніх бітумів

Бітумні емульсії

Бітумополімерні в’яжучі і асфальтобетони на їх основі

Органічні в'яжучі (бітуми і дьогті) широко застосовуються для будівництва дорожніх покриттів, тротуарів, підлог, виробництва рулонних, мастичних і… Сировиною для виробництва органічних в'яжучих є продукти органічного…  

Склад, структура і властивості кам'яновугільних дорожніх дьогтів

Дорожні дьогті одержують у смолоперегонних цехах коксохімічних заводів змішуванням рідкого середньотемпературного пеку чи препарованої смоли з… У процесі коксування при температурі 900 - 1100°С (чи напівкоксуванні при 500… У коксовій камері вугільна сировина, що являє собою складну суміш ароматичних конденсованих органічних речовин з…

Склад, структура і властивості нафтових дорожніх бітумів

Бітуми представляють складну суміш низько- та високомолекулярних вуглеводнів нафти і їхніх гетеропохідних, що містять кисень, сірку, азот і метали… За селективною розчинністю з бітумів виділяють наступні групи вуглеводнів:… Орієнтовний груповий склад бітуму (мас. %): масла – 40 - 60, смоли – 20 - 40, асфальтени – 10 - 25, карбени і…

Бітумні емульсії

Визначення. Склад. Класифікація.

Бітумні емульсії – мікрогеторогенні дисперсні системи.

Технологія виробництва.

Фізико-механічні властивості та технологічні вимоги.

Галузь застосування.

– Дорожні бітумні емульсії являють собою дисперсні системи з двох не розчинних одна в одній рідин. Перша дисперсна фаза – бітум, що рівномірно… – Дорожні бітумні емульсії – в’яжучий і плівкоутвірний матеріал, що являє… – За структурою дорожні бітумні емульсії розділяють на два типи: прямі і зворотні. У прямих емульсіях бітум…

Бітумні емульсії – мікрогеторогенні дисперсні системи

П.О. Ребіндером показано, що агрегативно стійкі емульсії можуть бути отримані двома способами: утворюванням на поверхні крапель диспергованого… В розріджених емульсіях можливість коалесценції виражена слабо через малу… В загальному випадку іоногенні ПАР орієнтуються на межі розділу “бітум-вода” таким чином, що неполярною частиною вони…

Технологія виробництва

Розмір крапель емульсії залежить від властивостей змішуваних рідин (в’язкості, поверхневого натягу і ін.), а також від їх кількісного… Для забезпечення найбільш сприятливих умов у процесі диспергування необхідно,… Рис.10.26. Однодисковий гомогенізатор ДБ-1 При механічному емульгуванні використовують…

Технічна характеристика диспергатора ДБ – 1

Середня продуктивність, м3/с (т/ч)……………….1,4×10-4 (0,5)

Ширина зазору, мм ……………………………....0,15 – 0,1

Частота обертання, хв-1 ……………………….….3000

Потужність двигуна, кВт …………………………28

 

Триступеневий диспергатор (рис 10.27) має всередині вал з одним
рифленим і з двома гладкими дисками. На внутрішній поверхні
корпуса закріплені три нерухомих кільця, одне рифлене і два гладких. Рифлені і гладкі поверхні кілець і дисків, що створюють робочі зазори, регулюються.

При емульгуванні вихідні матеріали поступають у першу камеру під дією лопаток проходять через зазор між рифленими поверхнями і попадають у третю і четверту камери. Таким чином, рідини послідовно проходять три ступені обробки.

 

Технічна характеристика триступеневого диспергатора

Продуктивність, м3/с (т/ч) …………………………16,7×10-4 (5) Ширина робочих зазорів, мм ……………..……….0,5 – 4 Частота обертання вала, хв-1 ………………..……..1440

Приготування аніонної і катіонної емульсій.

Прогрівають диспергатор, крани і трубопроводи. Потім включають двигун і подають водний розчин емульгатора. Після того як розчин заповнить емульсійну… Враховуючи неточність об’ємного дозування компонентів при безперервному… х = а ∙ (m / n – 1) (10.11)

Фізико-механічні властивості та технологічні вимоги.

Емульсії повинні бути стійкими при транспортуванні, тобто не повинно ставатися розділення емульсії на бітум і воду. Глибина проникності, температура розм’якшеності і розтяжність бітуму, який… Для виконання ролі в’яжучої речовини в дорожніх матеріалах або захисних покриттях бітумні емульсії повинні бути…

Галузі застосування.

   

Бітумополімерні в’яжучі і асфальтобетони на їх основі

 

Особливості структури бітумів, що модифіковані полімерами

Вплив в'язкості вихідних бітумів на механічні властивості бітумополімерних в’яжучих

Залежність механічних властивостей бітумополімерних в’яжучих від вмісту в них полімерів

Взаємозв'язок пенетрації, когезії і температури розм'якшеності

Стабільність бітумополімерних в’яжучих при зберіганні і технологічні температури підготовки

Зсувостійкість і тріщиностійкість асфальтополімербетонів

Водостійкість асфальтополімербетонів

Існує дві технологічні схеми виробництва БМП. Розповсюдженою технологією виробництва БМП у Росії є одержання їх об’єднанням в’язкого бітуму з… На основі досліджень, виконаних у СоюздорНДІ Л.М.Гохманом, сформувалося досить… Об'єктивні відомості про процеси формування структури і властивостей БМП можуть бути отримані на основі розгляду…

РОЗДІЛ 11

ОСНОВИ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ АСФАЛЬТО-І ДЬОГТЕБЕТОНІВ

Роль матриці асфальто- і дьогтебетону у формуванні властивостей бетонів

Дьогтебетон

Асфальтобетон

Дьогтебетони з комплексно-модифікованою мікроструктурою

Роль матриці асфальто- і дьогтебетону у формуванні властивостей бетонів

Комплекс факторів, що характеризують структуру бетону на органічному в’яжучому, значною мірою визначає його властивості. У дьогтебетоні і у… Макроструктура визначається кількісним співвідношенням, взаємним… У кожній із структурних складових асфальто- і дьогтебетону (підструктурах) є основні структуротвірні елементи: у…

Дьогтебетон

Відповідно до ГОСТ 25877 дьогтебетони і дьогтебетонні суміші можуть бути різних типів і марок, що визначається особливостями їхнього складу і якістю… Залежно від крупності зерен щебеню дьогтебетони підрозділяються на… Для дьогтебетонів прийнятий комплекс показників, що характеризує механічні (міцність на стиск при 20 і 50°С) і фізичні…

Асфальтобетон

За температурою укладання і маркою бітуму, що застосовується асфальтобетонні суміші підрозділяють на класи: – гарячі з в’язкими нафтовими дорожніми бітумами (не мають індексу); – холодні з рідкими нафтовими дорожніми бітумами (індекс “х”).

Утомленісна довговічність асфальтобетонів і роль агресивних середовищ

Задача технолога – створити такі органобетони, які б забезпечували максимальну довговічність при визначених умовах експлуатації. Але для свідомого… Природно розпочати з найбільш простих умов, до яких належать чисто механічні… На початку доцільно розглянути закономірності поведінки матеріалів при циклічному навантаженні. Цей вид навантаження…

Дьогтебетони і асфальтобетони з комплексно-модифікованою мікроструктурою

Так, при якісних компонентах і оптимальній структурі дьогтебетону найбільш доцільним способом керування структуроутворенням дьогтебетону є… При механоактивації карбонатних гірських порід у середовищі реакційноздатних… (11.20)

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА ДО ВИВЧЕННЯ ТЕОРЕТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ

2. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1969. – 319 с. 3. Братчун В.И., Золотарёв В.А. Модифицированные дёгти и дёгтебетоны… 4. Брон Я.А. Переработка каменноугольной смолы. – М.: Металлургиздат, 1963.–272с.

– Конец работы –

Используемые теги: Предмет, задачі, ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ, механіки, Навколишній, Світ, дисперсні, системи0.166

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: ПРЕДМЕТ І ЗАДАЧІ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ Навколишній світ та дисперсні системи

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Предмет, понятие, метод, система. Понятие, предмет. Система
Тема... Предмет понятие метод система...

Предмет теоретичної механіки Теоретична механіка – це одна з дисциплін науки Механіка
Теоретична механіка це одна з дисциплін науки Механіка Саме слово механіка грецького походження і в прямому перекладі означає хитрість Цей... Механіка це наука про найпростішу форму руху матерії механічний... Механічним рухом називається переміщення одного матеріального об єкта або його частини відносно іншого іншої його...

Лекция 1. Тема: Операционная система. Определение. Уровни операционной системы. Функции операционных систем. 1. Понятие операционной системы
Понятие операционной системы... Причиной появления операционных систем была необходимость создания удобных в... Операционная система ОС это программное обеспечение которое реализует связь между прикладными программами и...

Микропроцессорные системы: система ДЦ-МПК, система "Юг"
Использован практический опыт внедрения линейных пунктов управления (ЛПУ) на 60 станциях в увязке с ЭЦ-4, ЭЦ-9, МРЦ-12, МРЦ-13. Выполнен переход на… В состав аппаратуры центрального пункта управления (ПУ) входят IBM-совместные… Круглосуточный режим работы аппаратных средств ПУ обеспечивается источниками бесперебойного питания, а также системой…

Предмет и метод, система Трудового Права Предмет ТП
Предмет ТП... Трудовое право самостоятельная отрасль российского права регулирующая... Основным документом регулирующим трудовые отношения является Федеральный Закон Трудовой Кодекс принят в г...

Непротиворечивая система аксиом называется независимой, если никакая из аксиом этой системы не является следствием других аксиом этой системы
При аксиоматическом построении теории по существу все утверж дения выводятся путем доказательства из аксиом Поэтому к системе аксиом предъявляются... Система аксиом называется непротиворечивой если из нее нельзя логически... Если система аксиом не обладает этим свойством она не может быть пригодной для обоснования научной теории...

Національна економіка як наука. Предмет і задачі курсу Стадії розвитку національної господарської системи України
Національна економіка як наука Предмет і задачі курсу... Моделі національних економік... Стадії розвитку національної господарської системи України...

Вопрос 1. Предмет и значение курса. Классификация римского права. Предмет РП – это совокупность нескольких правовых подсистем, действующих параллельно, одновременно. Классификация РП
Римское право это система рабовладельческого права древнего Рима включающая в себя частное право и публичное право Римское право возникло в... Предмет РП это совокупность нескольких правовых подсистем действующих... Классификация РП...

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. СИГНАЛЫ И КАНАЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ. СИСТЕМЫ СВЯЗИ С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Лабораторные работы часа... Практические занятия часа... Всего аудиторных занятий часов...

0.071
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам