9.Наиболее перспективным промышленным способом устранения жесткости является
1)термический;
2)метод ионного обмена;
3)фосфатный;
4)содовый.
10.Аммиачная буферная смесь предназначена для создания
1)щелочной среды;
2)кислой среды;
3)нейтральной среды;
4)нерастворимого осадка.
11.Суть всех методов устранения жесткости заключается в том, чтобы связать ионы кальция и магния в
1)труднорастворимые соединения;
2)комплексные соли;
3)летучие соединения;
4)гель.
12.Жесткость общая – это
1)разность временной и постоянной жесткости;
2)сумма карбонатной и некарбонатной жесткости;
3)произведение временной и устранимой жесткости;
4)среднее арифметическое временной и постоянной жесткости.
13.В городе Омске природная вода
1)мягкая;
2)средней жесткости;
3)жесткая;
4)очень жесткая.
14.Щелочная среда имеет значение рН
1)> 7;
2)< 7;
3)= 7;
4)= 14.
70
15.Приопределениивременнойиобщейжесткостититрованиепроводят
1)один раз;
2)два раза;
3)до получения трех совпадающих результатов;
4)пока не совпадут значения временной и постоянной жесткости.
Ответы на тест:
Номер |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
вопроса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант |
1,3 |
2 |
2 |
2 |
1 |
1 |
3 |
2 |
3 |
3 |
3 |
ответа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
вопроса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант |
1 |
1,2 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
ответа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ХИМИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ
(Время на самостоятельную работу 10 часов)
При изучении темы «Химия неорганических вяжущих веществ» необходимо усвоить следующие термины и понятия: вяжущие материалы, отличие неорганических вяжущих от органических; классификация неорганических вяжущих материалов; физико-химические свойства неорганических вяжущих материалов; твердение вяжущих. Требуется выучить названия и химические формулы сырьевых материалов для производства неорганических вяжущих: известняк, доломит, магнезит, природный гипсовый камень, мергели, каолинит, аморфный кремнезем, пуццолановая добавка, а также формулы и названия минералов, составляющих основу вяжущих материалов: негашеная и гашеная известь, каустический магнезит, строительный гипс, ангидритовый цемент, эстрихгипс, алит, белит, трёхкальциевый алюминат, целит, глиноземистый цемент. Необходимо запомнить основные температурные режимы получения неорганических вяжущих материалов.
В строительстве широко применяют как неорганические (минеральные), так и органические вяжущие материалы. Неорганические (минеральные) вяжущие – это тонкодисперсные материалы, способные при смешивании с водой или водными растворами солей, кислот или щелочей образовывать пластичную вязкую массу, которая со временем затвердевает, превращаясь в прочное камневидное тело.
71
Неорганические вяжущие гидрофильны, в пластичное состояние переводятся при смешивании с водой. Органические вяжущие (битумы, дегти, смолы) гидрофобны (то есть с водой не смешиваются), в пластичное состояние переводятся при нагревании или смешивании с органическими растворителями.
Неорганические вяжущие бывают воздушными и гидравлическими. Воздушные вяжущие после смешивания с водой способны набирать прочность только на воздухе, продукты их твердения неустойчивы в воде. К воздушным вяжущим относятся воздушная известь, магнезиальное и гипсовые вяжущие. Гидравлические вяжущие после смешивания с водой и начального твердения на воздухе способны твердеть в воде. Продукты их твердения сохраняют свою прочность в воде. К гидравлическим вяжущим относятся гидравлическая известь, портландцемент, глиноземистый цемент, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, шлакопортландцемент и другие виды цементов.
Физико-химические свойства неорганических вяжущих
Неорганические вяжущие должны обладать высокой степенью дисперсности (быть хорошо измельчены). Чем выше степень дисперсности вяжущего, тем больше общая площадь поверхности частиц. Поверхностные молекулы, обладая повышенной энергией, активно взаимодействуют с водой, поэтому материал быстрее набирает прочность. Для того чтобы облегчить процесс измельчения вяжущего, используют специальные поверхностно-активные добавки – диспергаторы.
Неорганические вяжущие должны быть пластичными, то есть способны изменять свою форму под действием усилия без разрушения и сохранять её после снятия нагрузки. Чем выше пластичность вяжущего, тем более плотным, а значит, прочным, водо-, коррозионно- и морозостойким будет затвердевший материал. Для повышения пластичности используют специальные пластифицирующие добавки: воздухововлекающие, гидрофилизирующие и гидрофобизирующие.
Твердение неорганических вяжущих
Процесс твердения неорганических вяжущих состоит из двух стадий: схватывания и собственно твердения. При смешивании вяжущего с водой начинается растворение его частиц, сопровождающееся процессами гидролиза и гидратации. Так как все вяжущие ма-
72
териалы плохо растворимы в воде, раствор быстро становится насыщенным. В процессе гидратации образуются кристаллогидраты. Кристаллогидраты растворимы в воде еще меньше, чем безводные вещества, поэтому образуется пересыщенный раствор. Размеры частиц твердой фазы сначала не превышают 10־5 см, поэтому образуется не осадок, а коллоидный раствор. Концентрация кристаллогидратов увеличивается (так как процесс гидратации идет, пока в системе присутствует вода), происходит коагуляция, образуется гель. Момент образования геля является началом схватывания. Вяжущее тесто теряет свою пластичность и подвижность. Образовавшийся гель стареет (идет процесс синерезиса), теряет воду (частично вода испаряется, частично затрачивается на образование кристаллогидратов), но при этом сохраняет свою форму. Процесс схватывания завершается, когда в материале не остается воды. Образуется твердое тело, не имеющее ещё достаточной прочности. Далее происходит собственно твердение. Идёт процесс перекристаллизации, кристаллогидраты из менее устойчивых форм переходят в более устойчивые, связи между кристаллами упрочняются. Заканчивается процесс твердения тогда, когда материал набирает необходимую прочность. Например, для строительного гипса это 2 часа, а для портландцемента – 28 суток.
Воздушная известь
Воздушная известь является медленнотвердеющим вяжущим. Прочность затвердевшего известкового раствора даже через месяц не превышает 0,5 – 1 МПа. Сырьем для получения воздушной извести являются известняк СаСО3, доломит с большим содержанием карбоната кальция СаСО3∙MgCO3, ракушечник, мел, мраморная крошка. Содержание глинистых примесей в сырье должно быть не более 6 %, иначе получится гидравлическая известь. Температура обжига зависит от вида сырья, его плотности, наличия примесей и обычно составляет 850 – 1200 оС. При этом происходит реакция декарбонизации:
CaCO3 → CaO + CO2↑ (обжиг известняка); CaCO3∙MgCO3 → CaO + MgO + 2CO2↑ (обжиг доломита).
Доломит обжигают при более низкой температуре (до 900 оС), так как иначе будет образовываться малоактивный минерал периклаз, который плохо взаимодействует с водой. При обжиге известняка температуру нельзя повышать более 1200 оС, так как в этом случае происходит пережег извести, она получается в оплавленном малоактив-
73
ном виде. Оксид кальция, полученный после обжига, называют негашеной известью. Негашеная известь является легким пористым материалом. Теоретически её можно использовать в качестве вяжущего, но при смешивании с водой будет происходить процесс гашения, выделяться большое количество тепла, твердение будет происходить неравномерно, что приводит к образованию трещин в твердеющем материале. Кроме того, использовать негашеную известь в качестве вяжущего опасно из-за вероятности её разбрызгивания при энергичном взаимодействии с водой. Поэтому негашеную известь предварительно гасят в специальных ёмкостях, получают гашеную известь, которую и используют в качестве вяжущего материала.
При гашении извести протекает следующая реакция: CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q.
Реакция гашения сопровождается выделением большого (65 кДж/моль) количества тепла. Вода, попадая во множественные поры, за счет выделяющегося тепла превращается в пар, который измельчает куски извести до тонкодисперсного состояния. По этой причине гашеную известь называют ещё известь-пушонка. При смешивании гашеной извести с водой можно получить известковое тесто или известковое молоко.
Твердение гашеной извести происходит при взаимодействии с углекислым газом в присутствии некоторого количества воды:
Ca(OH)2 + CO2 + nH2O → CaCO3 + (n+1)H2O.
Наиболее интенсивно карбонизация идет при влажности известкового раствора от 5 до 8 %. Большой избыток воды препятствует карбонизации, так как по принципу Ле Шателье увеличение концентрации одного из продуктов реакции смещает равновесие в сторону обратной реакции. Карбонизация известковых растворов протекает очень медленно, преимущественно в поверхностном слое. Образующаяся плотная пленка карбоната кальция препятствует дальнейшему проникновению углекислоты к внутренним слоям раствора. Добавление к известковому раствору песка способствует облегчению процессов диффузии углекислого газа в глубину раствора и ускоряет процесс карбонизации. Кроме того, продукт взаимодействия извести с песком обладает повышенной прочностью и водостойкостью. Но известь с песком реагирует очень медленно:
Ca(OH)2 + 2SiO2 → Ca(HSiO3)2.
74