Роль химии в строительном деле

Химия и строительство, две обширные и древние области деятельности человека, в течение многих веков развиваются в тесном контакте, взаимопроникая друг в друга. Можно с уверенностью сказать, что характерная особенность строительства - это быстрое освоение и продуктивное использование всего нового, что появлялось в химической науке. Современное развитие строительства трудно представить себе без использования продукции химической промышленности: применения и внедрения новых конструкционных полимерных материалов, пластических масс, синтетических волокон, каучуков, вяжущих и отделочных веществ и многих других полезных продуктов большой и малой химии. Техника строительства реконструируется по направлению не только интенсификации и модернизации самих процессов строительного производства, но и повышения значимости роли химических и физико-химических процессов. Внедрение таких процессов, как склеивание, сварка, формование, - это результат химизации строительства. Использование быстротвердеющих бетонов и растворов стало возможным после тщательного и продуктивного исследования химических реакций их компонентов. Применение вяжущих веществ совершенствуется в ходе изучения процессов, реализующихся при их твердении. строительство химия полимерный сера

Рассмотрим некоторые важные разделы применения химии в строительстве более подробно.

Химическая термодинамика

Теоретическое обоснование химических проблем, с которыми встречается строитель в практической деятельности, должно основываться на фундаменте физической химии, среди ее методов наиболее важным является химическая термодинамика. Так, химическую термодинамику привлекают для анализа теоретической прочности твердых тел, изучения поверхностных явлений, выполняющих важную роль при решении проблем склеивания, пленкообразования, фазовых и энергетических переходов. Термодинамический анализ позволяет обосновать направление, по которому протекают процессы гидратации минеральных вяжущих, устойчивость гидратных образований, определяющих прочность бетонов. Знание максимального тепловыделения, равно как и его скорости, необходимо при выборе цемента для гидротехнических и иных видов строительства. Без термодинамического анализа трудно оценить процессы коррозии строительных материалов и их защиты. Термодинамика играет важную роль в подведении теоретического фундамента под многочисленными химическими и физико-химическими процессами в строительном производстве.

Термодинамика в применении к химии помогает определить возможность осуществления химических реакций и предел их протекания, выход целевых продуктов того или иного взаимодействия, то есть предельно возможную степень превращения реагентов в продукты реакций и сопровождающие их тепловые эффекты (последние, как правило, относят к стандартным условиям: температуре 298 К и давлению в 101 кПа). Пользуясь первым законом термодинамики, проводят расчеты энергетических балансов химических процессов, а с помощью второго и третьего рассчитывают химические равновесия, используя такие важные термодинамические функции, как свободная энергия, энтальпия и энтропия.

С помощью термохимических расчетов удается определить значения энергии связей между различными атомами. Знание этих величин представляет не только научный, но и практический интерес, поскольку позволяет определить количество энергии, необходимой на разрушение (разрыв) и образование тех или иных химических связей в реакции. Применительно к веществам, которые входят в составы строительных материалов, вслед за известными физикохимиками В.И. Бабушкиным и О.П. Мчедловым-Петросяном, длительное время занимавшихся исследованиями в этой области, можно охарактеризовать средние энергии образующих их связей.

Применение серы в строительстве

Показано, что в области стройиндустрии наиболее перспективно применение серы в качестве вяжущего, добавки к асфальтобетону и пропиточной композиции. Приведены перспективные направления по совершенствованию существующих и созданию новых решений долговечных, химически стойких конструкций из бесцементных серных композиций.

Серные композиты (бетон)

Искусственный композиционный материал, представляющий отформованную затвердевшую смесь, состоящую из серного вяжущего (20-35%) и заполнителей (65-80%). Приготовление смеси и формовку изделий производят при температуре 140-1500 С.

Серные композиции в зависимости от сочетания инертных заполнителей по размерам фракции могут быть изготовлены в виде бетонов, растворов или мастик. По виду заполнителя серные бетоны подразделяют на легкие, тяжелые и особо тяжелые. По структуре серные бетоны могут быть плотные, поризованные, ячеистые и крупнопористые. По цветовой гамме серные бетоны в зависимости от колера красителя могут обладать широким диапазоном цветовых фактур. Подвижность смеси серных бетонов в зависимости от расхода серного вяжущего могут быть литыми, подвижными, малоподвижными, жесткими и особо жесткими.

Способ уплотнения смеси определяется ее подвижностью и может производиться без внешнего воздействия, вибрацией, прессованием, комбинированным воздействием, набрызгом и др. Приготовление и укладку (формовку) смеси серного бетона осуществляют на стандартном и специальном технологическом оборудовании, скомпонованном в технологическую линию. Наиболее близкими по технологическим параметрам и виду технологического оборудования являются асфальтобетонные заводы (АБЗ), которые рекомендуется принимать в качестве базовых. Жизнеспособность смеси серного бетона зависит только от температуры, и при поддержании ее в интервале 130-1500С практически не ограничена. Затвердевшая смесь при повторном нагреве восстанавливает первоначальную подвижность. Изготовлять конструкции и изделия из серного бетона можно в сборном, монолитном или сборно-монолитном вариантах. Твердение смеси серного бетона происходит в процессе остывания горячей смеси, что сопровождается кристаллизацией серного вяжущего на поверхности заполнителей и переходом смеси в твердую структуру. Серные бетоны могут быть использованы при бетонировании зимой (до –400С) и под водой (в пресных и засоленных водоемах).

Наиболее рациональными областями применения серного бетона являются:

• элементы дорог (основания и покрытия дорог, тротуарная плитка, торцевая шашка, бортовой камень, дорожные плиты и др.);

• коррозиносостойкие элементы промышленных и сельскохозяйственных зданий (плиты пола, кирпич, футеровочные блоки, сливные лотки, коллекторные кольца, емкости);

• трубы (канализационные, дренажные, пригрузы трубопроводов);

• элементы нулевого цикла (фундаментные блоки, балки, сваи);

• стеновые материалы (кирпич, блоки, плитки, утеплитель);

• кровельные материалы (черепица, теплоизоляционные плиты, легкие навесы);

• декоративно-отделочные материалы (отделочные плиты, художественное литье, малые архитектурные формы);

• конструкции специального назначения (контейнеры для захоронения радиоактивных и химических отходов, экранирующие элементы)

• составы для выполнения ремонтных и реставрационных работ.