Физико-химични методи за изследване на материалите. Акустични методи за изследване на строителни материали

Методи за анализ на вещества

Рентгенов дифракционен анализ

Рентгеновият дифракционен анализ е метод за изследване на структурата на телата с помощта на явлението рентгенова дифракция, метод за изследване на структурата на вещество чрез разпределение в пространството и интензитета на рентгеновото лъчение, разпръснато върху анализирания обект. Дифракционната картина зависи от дължината на вълната на използваните рентгенови лъчи и структурата на обекта. За изследване на структурата на атома се използва лъчение с дължина на вълната от порядъка на размера на атома.

Чрез рентгенов дифракционен анализ се изследват метали, сплави, минерали, неорганични и органични съединения, полимери, аморфни материали, течности и газове, белтъчни молекули, нуклеинови киселини и др. Рентгеновият дифракционен анализ е основният метод за определяне на структурата на кристалите.

При изследване на кристали дава най-много информация. Това се дължи на факта, че кристалите имат строга периодичност в структурата си и представляват дифракционна решетка за рентгенови лъчи, създадени от самата природа. Но също така предоставя ценна информация при изследване на тела с по-малко подредена структура, като течности, аморфни тела, течни кристали, полимери и други. Въз основа на многобройни вече дешифрирани атомни структури може да се реши и обратната задача: кристалният състав на това вещество може да се установи от рентгеновата картина на поликристално вещество, например легирана стомана, сплав, руда, лунна почва , т.е. извършва се фазов анализ.

Рентгеновият дифракционен анализ позволява обективно да се установи структурата на кристални вещества, включително такива сложни като витамини, антибиотици, координационни съединения и др. Пълното структурно изследване на кристал често прави възможно решаването на чисто химически проблеми, например установяване или прецизиране на химичната формула, вида на връзката, молекулното тегло при известна плътност или плътност при известно молекулно тегло, симетрия и конфигурация на молекулите и молекулни йони.

Рентгеновият дифракционен анализ се използва успешно за изследване на кристалното състояние на полимерите. Ценна информация дава и рентгеновият дифракционен анализ при изследване на аморфни и течни тела. Рентгеновите дифракционни модели на такива тела съдържат няколко замъглени дифракционни пръстена, чийто интензитет бързо намалява с увеличаване на увеличението. Въз основа на ширината, формата и интензитета на тези пръстени могат да се направят заключения за характеристиките на късия ред в определена течна или аморфна структура.

Рентгенови дифрактометри "ДРОН"

Рентгенов флуоресцентен анализ (XRF)

Един от съвременните спектроскопски методи за изследване на вещество с цел получаване на неговия елементен състав, т.е. неговият елементен анализ. XRF методът се основава на събирането и последващия анализ на спектъра, получен чрез излагане на изследвания материал на рентгенови лъчи. При облъчване атомът преминава във възбудено състояние, придружено от преход на електрони към по-високи квантови нива. Атомът остава във възбудено състояние за изключително кратко време, от порядъка на една микросекунда, след което се връща в тихо положение (основно състояние). В този случай електроните от външните обвивки или запълват образуваните празни места, а излишната енергия се излъчва под формата на фотон, или енергията се прехвърля на друг електрон от външните обвивки (Оже електрон). В този случай всеки атом излъчва фотоелектрон с енергия със строго определена стойност, например желязото, когато се облъчва с рентгенови лъчи, излъчва фотони K? = 6,4 keV. По-нататък, съответно, според енергията и броя на квантите се съди за структурата на веществото.

В рентгеновата флуоресцентна спектрометрия е възможно да се извърши подробно сравнение на проби не само по отношение на характерните спектри на елементите, но и по отношение на интензитета на фоновото (тормозно) лъчение и формата на лентите на разсейване на Compton . Това е от особено значение, когато химическият състав на две проби е еднакъв според резултатите от количествения анализ, но пробите се различават по други свойства, като размер на зърното, размер на кристалите, грапавост на повърхността, порьозност, влажност, наличие на вода кристализация, качество на полиране, дебелина на отлагането и др. Идентификацията се извършва на базата на подробно сравнение на спектрите. Не е необходимо да знаете химичния състав на пробата. Всяка разлика между сравнените спектри неопровержимо показва разликата между тестовата проба и стандарта.

Този вид анализ се извършва, когато е необходимо да се идентифицират съставът и някои физични свойства на две проби, едната от които е еталонна. Този тип анализ е важен, когато се търсят разлики в състава на две проби. Обхват: определяне на тежки метали в почви, валежи, вода, аерозоли, качествен и количествен анализ на почви, минерали, скали, контрол на качеството на суровини, производствен процес и готови продукти, анализ на оловни бои, измерване на концентрации на ценни метали, определяне на замърсяване с нефт и гориво, определяне на токсични метали в хранителни съставки, анализ на микроелементи в почви и селскостопански продукти, елементен анализ, датиране на археологически находки, изследване на картини, скулптури, за анализ и експертиза.

Обикновено подготовката на пробата за всички видове рентгенови флуоресцентни анализи не е трудна. За извършване на високо надежден количествен анализ пробата трябва да бъде хомогенна и представителна, да има маса и размер не по-малки от изискваните от процедурата за анализ. Металите се полират, праховете се раздробяват до частици с определен размер и се пресоват в таблетки. Скалите са слети до стъкловидно състояние (това надеждно елиминира грешките, свързани с нехомогенността на пробата). Течностите и твърдите вещества просто се поставят в специални чаши.

Спектрален анализ

Спектрален анализ- физичен метод за качествено и количествено определяне на атомния и молекулния състав на веществото, основаващ се на изследването на неговите спектри. Физическа основа S. и. - спектроскопия на атоми и молекули, тя се класифицира според целта на анализа и видовете спектри (виж Оптични спектри). Atomic S. a. (ACA) определя елементния състав на пробата чрез атомни (йонни) емисионни и абсорбционни спектри, молекулярни S. a. (ISA) - молекулярният състав на веществата според молекулярните спектри на абсорбция, луминесценция и раманово разсейване на светлината. Emission S. a.произведени според емисионните спектри на атоми, йони и молекули, възбудени от различни източници на електромагнитно излъчване в диапазона от β-лъчение до микровълнова. Абсорбция S. a. извършва се според спектрите на поглъщане на електромагнитно излъчване от анализираните обекти (атоми, молекули, йони на вещество в различни агрегатни състояния). Атомен спектрален анализ (ASA) Емисионен ASAсе състои от следните основни процеси:

1. избор на представителна проба, която отразява средния състав на анализирания материал или локалното разпределение на елементите, които се определят в материала;
2. въвеждане на проба в източник на радиация, при което се извършва изпаряване на твърди и течни проби, дисоциация на съединения и възбуждане на атоми и йони;
3. преобразуване на светенето им в спектър и неговото регистриране (или визуално наблюдение) с помощта на спектрално устройство;
4. интерпретация на получените спектри с помощта на таблици и атласи на спектралните линии на елементите.

Този етап завършва качественКАТО. Най-ефективно е използването на чувствителни (т.нар. "последни") линии, които остават в спектъра при минимална концентрация на определяния елемент. Спектрограмите се разглеждат на измервателни микроскопи, компаратори и спектропрожектори. За качествен анализ е достатъчно да се установи наличието или липсата на аналитични линии на определяните елементи. По яркостта на линиите по време на визуално гледане може да се даде груба оценка на съдържанието на определени елементи в пробата.

Количествен ACAизвършва се чрез сравняване на интензитетите на две спектрални линии в спектъра на пробата, едната от които принадлежи на определяния елемент, а другата (сравнителна линия) - на основния елемент на пробата, чиято концентрация е известна, или към елемента, специално въведен в известна концентрация ("вътрешен стандарт").

Атомна абсорбция S. a.(AAA) и атомна флуоресцентна S. a. (AFA). При тези методи пробата се превръща в пара в пулверизатор (пламък, графитна тръба, плазма със стабилизиран RF или микровълнов разряд). В AAA светлината от източник на дискретно излъчване, преминаваща през тази пара, се отслабва и степента на отслабване на интензитетите на линиите на определяния елемент се използва за преценка на неговата концентрация в пробата. ААА се извършва на специални спектрофотометри. Техниката AAA е много по-проста от другите методи, характеризира се с висока точност при определяне не само на малки, но и на високи концентрации на елементи в пробите. ААА успешно замества трудоемките и отнемащи време химични методи за анализ, като не им отстъпва по точност.

При AFA атомните пари на пробата се облъчват със светлина от източник на резонансно излъчване и се записва флуоресценцията на определяния елемент. За някои елементи (Zn, Cd, Hg и др.) Относителните граници на тяхното откриване по този метод са много малки (10–5–10–6%).

ASA позволява измервания на изотопния състав. Някои елементи имат спектрални линии с добре разрешена структура (например H, He, U). Изотопният състав на тези елементи може да бъде измерен на конвенционални спектрални инструменти, използващи източници на светлина, които произвеждат тънки спектрални линии (кухи катоди, безелектродни RF и микровълнови лампи). За изотопен спектрален анализ на повечето елементи са необходими инструменти с висока разделителна способност (например еталон на Фабри-Перо). Изотопният спектрален анализ може да се извърши и с помощта на електронно-вибрационни спектри на молекули, чрез измерване на изотопните отмествания на лентите, които в някои случаи достигат значителна стойност.

ASA играе важна роля в ядрените технологии, производството на чисти полупроводникови материали, свръхпроводници и др. Повече от 3/4 от всички анализи в металургията се извършват с ASA методи. С помощта на квантометри се извършва оперативен (в рамките на 2-3 минути) контрол по време на топенето в открити и конверторни производства. В геологията и геоложките проучвания се извършват около 8 милиона анализа годишно за оценка на находищата. ASA се използва за опазване на околната среда и анализ на почвата, криминалистика и медицина, геология на морското дъно и изследване на състава на горната атмосфера, при разделяне на изотопи и определяне на възрастта и състава на геоложки и археологически обекти и др.

инфрачервена спектроскопия

IR методът включва получаване, изследване и прилагане на спектри на излъчване, абсорбция и отражение в инфрачервената област на спектъра (0,76-1000 микрона). ICS се занимава главно с изследване на молекулни спектри, тъй като в IR областта се намират повечето от вибрационните и ротационните спектри на молекулите. Най-широко използваното е изследването на инфрачервените абсорбционни спектри, произтичащи от преминаването на инфрачервено лъчение през вещество. В този случай енергията се абсорбира избирателно при тези честоти, които съвпадат с честотите на въртене на молекулата като цяло, а в случай на кристално съединение - с вибрационните честоти на кристалната решетка.

IR абсорбционният спектър вероятно е уникално физическо свойство по рода си. Няма две съединения, с изключение на оптичните изомери, с различни структури, но еднакви IR спектри. В някои случаи, като полимери с подобни молекулни тегла, разликите може да не са забележими, но те винаги съществуват. В повечето случаи IR спектърът е "пръстовият отпечатък" на молекулата, който лесно се различава от спектрите на други молекули.

В допълнение към факта, че абсорбцията е характерна за отделни групи атоми, нейната интензивност е право пропорционална на тяхната концентрация. Че. измерването на интензитета на абсорбция дава, след прости изчисления, количеството на даден компонент в пробата.

IR спектроскопията намира приложение при изследване на структурата на полупроводникови материали, полимери, биологични обекти и директно живи клетки. В млечната промишленост инфрачервената спектроскопия се използва за определяне на масовата част на мазнини, протеини, лактоза, твърди вещества, точка на замръзване и др.

Течното вещество най-често се отстранява като тънък филм между капачки от NaCl или KBr соли. Твърдото вещество най-често се отстранява като паста в течен парафин. Разтворите се отстраняват в сгъваеми кювети.

спектрален диапазон от 185 до 900 nm, двулъчев, запис, точност на дължината на вълната 0,03 nm при 54000 cm-1, 0,25 при 11000 cm-1, възпроизводимост на дължината на вълната съответно 0,02 nm и 0,1 nm	Апаратът е предназначен за вземане на IR - спектри на твърди и течни проби. Спектрален диапазон – 4000…200 cm-1; фотометрична точност ± 0,2%.

Абсорбционен анализ на видимата и близката ултравиолетова област

На абсорбционния метод за анализ или свойството на разтворите да поглъщат видимата светлина и електромагнитното лъчение в ултравиолетовия диапазон, близък до него, се основава принципът на действие на най-разпространените фотометрични инструменти за медицински лабораторни изследвания - спектрофотометри и фотоколориметри (видима светлина). .

Всяко вещество абсорбира само такава радиация, чиято енергия е в състояние да причини определени промени в молекулата на това вещество. С други думи, веществото абсорбира радиация само с определена дължина на вълната, докато светлината с различна дължина на вълната преминава през разтвора. Следователно във видимата област на светлината цветът на разтвора, възприет от човешкото око, се определя от дължината на вълната на радиацията, която не е абсорбирана от този разтвор. Тоест цветът, наблюдаван от изследователя, е комплементарен към цвета на абсорбираните лъчи.

Методът за анализ на абсорбцията се основава на обобщения закон на Бугер-Ламберт-Беер, който често се нарича просто закон на Беер. Тя се основава на два закона:

1. Относителното количество енергия на светлинния поток, погълната от средата, не зависи от интензитета на излъчването. Всеки поглъщащ слой с еднаква дебелина поглъща еднаква част от монохроматичния светлинен поток, преминаващ през тези слоеве.
2. Поглъщането на монохроматичен поток от светлинна енергия е право пропорционално на броя на молекулите на абсорбиращото вещество.

Термичен анализ

Метод на изследване физ.-хим. и хим. процеси, основани на регистриране на топлинни ефекти, съпътстващи трансформацията на веществата при условия на температурно програмиране. Тъй като промяната в енталпията?H възниква в резултат на повечето физически. процеси и хим. реакции, теоретично методът е приложим за много голям брой системи.

В Т. а. можете да поправите т.нар. криви на нагряване (или охлаждане) на изпитваната проба, т.е. промяна на температурата във времето. В случая на к.-л. фазова трансформация в вещество (или смес от вещества), на кривата се появява платформа или прекъсвания Методът на диференциалния термичен анализ (DTA) има по-висока чувствителност, при който промяната в температурната разлика DT между изпитваната проба и референтната проба (най-често Al2O3), която не претърпява никакви трансформации в температурния диапазон.

В Т. а. можете да поправите т.нар. криви на нагряване (или охлаждане) на изпитваната проба, т.е. промяна на температурата във времето. В случая на к.-л. фазова трансформация в вещество (или смес от вещества), платформа или извивки се появяват на кривата.

Диференциален термичен анализ(DTA) е по-чувствителен. Той регистрира във времето изменението на температурната разлика DT между изпитвания и еталонния образец (най-често Al2O3), който не претърпява трансформации в този температурен диапазон. Минимумите на DTA кривата (вижте например фиг.) съответстват на ендотермични процеси, докато максимумите съответстват на екзотермични. Ефекти, регистрирани в DTA, м. б. поради топене, промяна в кристалната структура, разрушаване на кристалната решетка, изпаряване, кипене, сублимация, както и химически. процеси (дисоциация, разлагане, дехидратация, окислително-редукционни и др.). Повечето трансформации са придружени от ендотермични ефекти; само някои процеси на окисление-редукция и структурна трансформация са екзотермични.

В Т. а. можете да поправите т.нар. криви на нагряване (или охлаждане) на изпитваната проба, т.е. промяна на температурата във времето. В случая на к.-л. фазова трансформация в вещество (или смес от вещества), платформа или извивки се появяват на кривата.

Мат. връзката между площта на пика на DTA кривата и параметрите на устройството и пробата позволяват да се определи топлината на трансформация, енергията на активиране на фазовия преход, някои кинетични константи и да се извърши полуколичествен анализ на смеси (ако са известни DH на съответните реакции). С помощта на DTA се изследва разлагането на метални карбоксилати, различни органометални съединения, оксидни високотемпературни свръхпроводници. Този метод беше използван за определяне на температурния диапазон на преобразуване на CO в CO2 (по време на допълнително изгаряне на автомобилни отработени газове, емисии от тръби за CHP и др.). DTA се използва за конструиране на фазови диаграми на състоянието на системи с различен брой компоненти (физико-химичен анализ), за квал. примерни оценки, напр. при сравняване на различни партиди суровини.

Дериватография- комплексен метод за изследване на хим. и физ.-хим. процеси, протичащи в дадено вещество при условия на програмирана промяна на температурата.

Въз основа на комбинацията от диференциален термичен анализ (DTA) с един или повече физически. или физ.-хим. методи като термогравиметрия, термомеханичен анализ (дилатометрия), масспектрометрия и еманационен термичен анализ. Във всички случаи, заедно с трансформациите в веществото, които се случват с термичен ефект, се записва промяна в масата на пробата (течна или твърда). Това дава възможност незабавно да се определи недвусмислено естеството на процесите в дадено вещество, което не може да се направи само с помощта на данни от DTA или други термични методи. По-специално, топлинният ефект, който не е придружен от промяна в масата на пробата, служи като индикатор за фазовата трансформация. Устройство, което регистрира едновременно термични и термогравиметрични промени, се нарича дериватограф. В дериватографа, който се основава на комбинацията от DTA с термогравиметрия, държачът с тестваното вещество се поставя върху термодвойка, свободно окачена на везната. Този дизайн ви позволява да записвате 4 зависимости наведнъж (вижте например фиг.): температурната разлика между тестовата проба и стандарта, който не претърпява трансформации във времето t (DTA крива), промяната на масата Dm при температура (термогравиметрична крива), скоростта на промяна на масите, т.е. производна на dm/dt, температура (диференциална термогравиметрична крива) и температура спрямо време. В този случай е възможно да се установи последователността на трансформациите на дадено вещество и да се определи броят и съставът на междинните продукти.

Химични методи за анализ

Гравиметричен анализвъз основа на определянето на масата на веществото.
В хода на гравиметричния анализ аналитът или се дестилира под формата на някакво летливо съединение (дестилационен метод), или се утаява от разтвора под формата на слабо разтворимо съединение (метод на утаяване). Методът на дестилация определя например съдържанието на кристализационна вода в кристалните хидрати.
Гравиметричният анализ е един от най-универсалните методи. Използва се за дефиниране на почти всеки елемент. Повечето гравиметрични техники използват директно определяне, когато представляващ интерес компонент се изолира от анализираната смес, която се претегля като отделно съединение. Някои елементи на периодичната система (например съединения на алкални метали и някои други) често се анализират чрез индиректни методи.В този случай два специфични компонента първо се изолират, преобразуват в гравиметрична форма и се претеглят. След това едно от съединенията или и двете се прехвърлят в друга гравиметрична форма и се претеглят отново. Съдържанието на всеки компонент се определя чрез прости изчисления.

Най-същественото предимство на гравиметричния метод е високата точност на анализа. Обичайната грешка на гравиметричното определяне е 0,1-0,2%. При анализ на проба със сложен състав грешката нараства до няколко процента поради несъвършенството на методите за разделяне и изолиране на анализирания компонент. Сред предимствата на гравиметричния метод е и липсата на стандартизация или калибриране по стандартни проби, които са необходими при почти всеки друг аналитичен метод. За изчисляване на резултатите от гравиметричния анализ са необходими само познания за моларните маси и стехиометричните съотношения.

Титриметричният или обемен метод на анализ е един от методите за количествен анализ. Титруването е постепенно добавяне на титруван разтвор на реагент (титрант) към анализирания разтвор за определяне на точката на еквивалентност. Титриметричният метод за анализ се основава на измерване на обема на реагент с точно известна концентрация, изразходван за реакцията на взаимодействие с аналита. Този метод се основава на прецизно измерване на обемите на разтворите на две вещества, които реагират едно с друго. Количественото определяне с помощта на титриметричния метод за анализ е доста бързо, което ви позволява да извършите няколко паралелни определяния и да получите по-точна средна аритметична стойност. Всички изчисления на титриметричния метод за анализ се основават на закона за еквивалентите. Според характера на химичната реакция, която е в основата на определянето на веществото, методите за титриметричен анализ се разделят на следните групи: метод на неутрализация или киселинно-алкално титруване; окислително-редукционен метод; метод на утаяване и метод на комплексообразуване.

Въз основа на анализа на оптичните спектри на атомите и молекулите са разработени спектрални оптични методи за определяне на химичния състав на веществата. Тези методи са разделени на две: изследване на емисионните спектри на изследваните вещества (емисионен спектрален анализ); изследване на техните абсорбционни спектри (абсорбционен спектрален анализ или фотометрия).

При определяне на химичния състав на веществото чрез метода на емисионния спектрален анализ се анализира спектърът, излъчван от атоми и молекули във възбудено състояние. Атомите и молекулите преминават във възбудено състояние под въздействието на високи температури, постигнати в пламъка на горелка, в електрическа дъга или в искров промеждутък. Така полученото лъчение се разлага на спектър чрез дифракционна решетка или призма на спектрално устройство и се записва от фотоелектрическо устройство.

Има три вида емисионни спектри: линейни, ивични и непрекъснати. Линейните спектри се излъчват от възбудени атоми и йони. Ивичестите спектри възникват, когато светлината се излъчва от горещи двойки молекули. Непрекъснати спектри се излъчват от горещи течни и твърди тела.

Извършва се качествен и количествен анализ на състава на изследвания материал по характерните линии в емисионните спектри. За дешифриране на спектрите се използват таблици със спектрални линии и атласи с най-характерните линии на елементите на периодичната система на Менделеев. Ако е необходимо да се установи само наличието на определени примеси, тогава спектърът на изследваното вещество се сравнява със спектъра на референтно вещество, което не съдържа примеси. Абсолютната чувствителност на спектралните методи е 10 -6 10 -8 g.

Пример за прилагане на емисионен спектрален анализ е качественият и количественият анализ на армировъчна стомана: определяне на примеси от силиций, въглерод, манган и хром в пробата. Интензитетите на спектралните линии в пробата се сравняват със спектралните линии на желязото, чийто интензитет се приема за стандарт.

Оптичните спектрални методи за изследване на вещества включват също така наречената пламъчна спектроскопия, която се основава на измерване на излъчването на разтвор, въведен в пламъка. Този метод определя, като правило, съдържанието на алкални и алкалоземни метали в строителните материали. Същността на метода се състои в това, че разтворът на тестваното вещество се впръсква в зоната на пламъка на газова горелка, където преминава в газообразно състояние. Атомите в това състояние абсорбират светлина от стандартен източник, давайки линейни или ивични абсорбционни спектри, или самите те излъчват радиация, която се открива чрез измервателно фотоелектронно оборудване.

Методът на молекулярната абсорбционна спектроскопия позволява получаване на информация за взаимното разположение на атомите и молекулите, вътремолекулните разстояния, ъглите на връзката, разпределението на електронната плътност и др. При този метод, когато е видимо, ултравиолетовото (UV) или инфрачервеното (IR) лъчение преминава през кондензирано вещество, частично или пълно поглъщане на радиационна енергия с определени дължини на вълните (честоти). Основната задача на оптичната абсорбционна спектроскопия е да изследва зависимостта на интензитета на поглъщане на светлина от веществото от дължината на вълната или честотата на трептене. Полученият абсорбционен спектър е индивидуална характеристика на веществото и на негова основа се извършват качествени анализи на разтвори или например строителни и цветни стъкла.

Въведение

Секция номер 1. Строителни материали и тяхното поведение при пожар.

Тема 1. Основни свойства на строителните материали, методи за изследване и оценка на поведението на строителните материали при пожар.

Тема 2. Каменни материали и тяхното поведение при пожар.

Тема 3. Метали, поведението им при пожар и начини за повишаване на устойчивостта на въздействието му.

Тема 4. Дървесината, нейната пожарна опасност, методи за противопожарна защита и оценка на тяхната ефективност.

Тема 5. Пластмаси, тяхната пожарна опасност, методи за нейното изследване и оценка.

Тема 6. Нормиране на огнеупорната употреба на материали в строителството.

Раздел 2. "Строителни конструкции, сгради, конструкции и тяхното поведение при пожар."

Тема 7. Първоначална информация за пространствено планиране и дизайнерски решения за сгради и конструкции.

Тема 8. Първоначална информация за пожарната опасност на сгради и строителни конструкции.

Тема 9. Теоретични основи за разработване на методи за изчисляване на огнеустойчивостта на строителни конструкции.

Тема 10. Огнеустойчивост на метални конструкции.

Тема 11. Огнеустойчивост на дървени конструкции.

Тема 12. Огнеустойчивост на стоманобетонни конструкции.

Тема 13. Поведение на сгради, конструкции при пожар.

Тема 14. Перспективи за подобряване на подхода за определяне и стандартизиране на изискванията за огнеустойчивост на строителни конструкции.

Въведение

Структурата на дисциплината, нейното значение в процеса на професионално обучение на възпитаника на института. Съвременни тенденции в проектирането, строителството, експлоатацията, сградите и конструкциите.

Националното икономическо значение на дейностите на пожарникарите за наблюдение на огнеупорната употреба на строителни материали и използването на огнеупорни строителни конструкции при проектирането, строителството, реконструкцията на сгради и конструкции.

Раздел 1. Строителни материали и тяхното поведение при пожар.

Тема 1. Основни свойства на строителните материали, методи за изследване и оценка на поведението на строителните материали при пожар.

Видове, свойства, особености на производството и използването на основните строителни материали и тяхната класификация. Фактори, влияещи върху поведението на строителните материали при пожар. Класификация на основните свойства на строителните материали.

Физични свойства и показатели, които ги характеризират: порьозност, хигроскопичност, водопоглъщаемост, водо-газо- и паропропускливост на строителните материали.

Основните форми на комуникация на влага с материала.

Топлофизични свойства и показатели, които ги характеризират.

Основните негативни процеси, които определят поведението на неорганичните строителни материали при пожар. Методи за експериментална оценка на промените в механичните характеристики на строителните материали във връзка с условията на пожар.

Процеси, протичащи в органични материали в условия на пожар. Пожаротехнически характеристики на строителни материали, методи за тяхното изследване и оценка.

Упражнение 1.Определяне на основните свойства на някои строителни материали и прогнозиране на поведението на тези материали при пожар.

Страница 1

Въведение.

Човешката цивилизация през цялото си развитие, поне в материалната сфера, постоянно използва химическите, биологичните и физичните закони, които действат на нашата планета, за да задоволи едни или други свои нужди. http://voronezh.pinskdrev.ru/ трапезни маси във воронеж.

В древността това се е случвало по два начина: съзнателно или спонтанно. Естествено, ние се интересуваме от първия начин. Пример за съзнателно използване на химически явления може да бъде:

Вкисване на мляко, използвано за производство на сирене, заквасена сметана и други млечни продукти;

Ферментация на някои семена като хмел в присъствието на дрожди за образуване на бира;

Сублимация на прашец от някои цветя (мак, коноп) и получаване на лекарства;

Ферментация на сок от някои плодове (предимно грозде), съдържащи много захар, което води до вино, оцет.

Революционните промени в човешкия живот бяха въведени от огъня. Човекът започва да използва огъня за готвене, в грънчарството, за обработка и топене на метали, преработка на дървесина във въглища, изпаряване и сушене на храна за зимата.

С течение на времето хората имат нужда от все повече и повече нови материали. Химията оказа безценна помощ при създаването им. Ролята на химията е особено голяма при създаването на чисти и свръхчисти материали (наричани по-нататък съкратено SCM). Ако според мен водещата позиция в създаването на нови материали все още е заета от физически процеси и технологии, тогава производството на SCM често е по-ефективно и продуктивно с помощта на химични реакции. Освен това имаше нужда от защита на материалите от корозия, това всъщност е основната роля на физичните и химичните методи в строителните материали. С помощта на физико-химични методи се изучават физични явления, възникващи по време на химични реакции. Например при колориметричния метод интензитетът на цвета се измерва в зависимост от концентрацията на веществото, при кондуктометричния анализ се измерва промяната в електропроводимостта на разтворите и т.н.

Това резюме очертава някои видове корозионни процеси, както и начините за справяне с тях, което е основната практическа задача на физичните и химичните методи в строителните материали.

Физични и химични методи за анализ и тяхната класификация.

Физикохимичните методи за анализ (PCMA) се основават на използването на зависимостта на физичните свойства на веществата (например абсорбция на светлина, електрическа проводимост и др.) От техния химичен състав. Понякога в литературата физичните методи за анализ се отделят от PCMA, като по този начин се подчертава, че PCMA използва химическа реакция, докато физичните методи не го правят. Физическите методи за анализ и FHMA, главно в западната литература, се наричат ​​инструментални, тъй като обикновено изискват използването на инструменти, измервателни инструменти. Инструменталните методи за анализ основно имат своя собствена теория, различна от теорията на методите за химичен (класически) анализ (титриметрия и гравиметрия). Основата на тази теория е взаимодействието на материята с потока енергия.

Когато използвате PCMA за получаване на информация за химичния състав на дадено вещество, тестовата проба е изложена на някаква форма на енергия. В зависимост от вида на енергията в дадено вещество има промяна в енергийното състояние на съставните му частици (молекули, йони, атоми), което се изразява в промяна на едно или друго свойство (например цвят, магнитни свойства, и т.н.). Чрез регистриране на изменение на това свойство като аналитичен сигнал се получава информация за качествения и количествен състав на изследвания обект или за неговата структура.

Според вида на енергията на смущението и измереното свойство (аналитичен сигнал), FHMA може да се класифицира, както следва (Таблица 2.1.1).

В допълнение към тези, изброени в таблицата, има много други частни FHMA, които не попадат в тази класификация.

Най-голямо практическо приложение имат оптичните, хроматографските и потенциометричните методи за анализ.

Таблица 2.1.1.

Акустичните методи се основават на записване на параметрите на еластични вибрации, възбудени в контролирана структура. Трептенията обикновено се възбуждат в ултразвуковия диапазон (което намалява смущенията) с помощта на пиезометричен или електромагнитен преобразувател, въздействие върху конструкцията, а също и когато структурата на самата конструкция се променя поради прилагането на натоварване.

Акустични методи се използват за контрол на непрекъснатост (откриване на включвания, кухини, пукнатини и др.), Дебелина, структура, физични и механични свойства (якост, плътност, модул на еластичност, модул на срязване, коефициент на Поасон), изследване на кинетиката на счупване.

Според честотния диапазон акустичните методи се разделят на ултразвукови и звукови, според метода на възбуждане на еластични вибрации - на пиезоелектрични, механични, електромагнитно-акустични, самовъзбуждащи се при деформации. При безразрушителен контрол чрез акустични методи се записват честота, амплитуда, време, механичен импеданс (затихване) и спектрален състав на трептенията. Приложете надлъжни, срязващи, напречни, повърхностни и нормални акустични вълни. Режимът на излъчване на вибрации може да бъде непрекъснат или импулсен.

Групата на акустичните методи включва сенчести, резонансни, ехо-импулсни, акустична емисия (емисия), велосиметрични, импедансни, свободни вибрации.

Методът на сянка се използва за дефектоскопия и се основава на установяване на акустична сянка, образувана зад дефект поради отражение и разсейване на акустичен лъч. Резонансният метод се използва за дефектоскопия и измерване на дебелината. С този метод се определят честоти, които предизвикват резонанс на трептенията по дебелината на изследваната структура.

Импулсният метод (ехо) се използва за дефектоскопия и измерване на дебелина. Настройва се акустичният импулс, отразен от дефекти или повърхност. Методът на излъчване (метод на акустичната емисия) се основава на излъчването на еластични вибрационни вълни от дефекти, както и участъци от конструкцията под натоварване. Определят се наличието и местоположението на дефектите, нивото на напреженията. радиация за откриване на дефекти на акустичен материал

Велосиметричният метод се основава на фиксиране на скоростите на вибрациите, влиянието на дефектите върху скоростта на разпространение на вълната и дължината на пътя на вълната в материала. Импедансният метод се основава на анализа на промените в затихването на вълната в зоната на дефекта. Методът на свободните вибрации анализира честотния спектър на естествените вибрации на конструкцията след удара.

При прилагането на ултразвуковия метод излъчвателите и приемниците (или търсачите) служат за възбуждане и приемане на ултразвукови вибрации. Те са еднотипни и представляват пиезоелектрична плоча 1, поставена в демпфер 2, който служи за гасене на свободни вибрации и защита на пиезоелектричната плоча (фиг. 1).

Ориз. един. Проекти на "търсачи и схеми за тяхното инсталиране:

a - диаграма на нормален търсач (излъчвател или приемник на вибрации); b - схемата на търсача за въвеждане на ултразвукови вълни под ъгъл спрямо повърхността; c - схема на двуелементен търсач; g - коаксиално положение на излъчватели и приемници със сондиране от край до край; d - същото, диагонал; e - повърхностно сондиране; g - комбинирано озвучаване; 1 - пиезоелектричен елемент; 2 -- амортисьор; 3 -- протектор; 4 - грес върху контакта; 5 - тестова проба; 6 - тяло; 7 - заключения; 8 - призма за въвеждане на вълни под ъгъл; 9 -- разделителен екран; 10 -- излъчватели и приемници;

Ултразвуковите вълни се отразяват, пречупват и дифрактират според законите на оптиката. Тези свойства се използват за улавяне на вибрации в много методи за безразрушителен тест. В този случай се използва тясно насочен лъч от вълни за изследване на материала в дадена посока. Позицията на излъчвателя и приемника на трептенията, в зависимост от целта на изследването, може да бъде различна по отношение на изследваната структура (фиг. 1, d-g).

Разработени са множество устройства, в които се използват изброените по-горе методи на ултразвукови вибрации. В практиката на строителните изследвания се използват устройства GSP UK14P, Beton-12, UF-10 P, UZD-MVTU, GSP UK-YUP и др.. Устройствата "Бетон" и UK са направени на транзистори и се отличават с малкия си размер тегло и размери. Инструменти UK фиксират скоростта или времето на разпространение на вълната.

Ултразвуковите вибрации в твърди тела са разделени на надлъжни, напречни и повърхностни (фиг. 2, а).

Ориз. 2.

а - ултразвукови надлъжни, напречни и повърхностни вълни; b, c - метод на сянка (дефект извън зоната и в зоната на звучене); 1 -- посока на вибрациите; 2 - вълни; 3 - генератор; 4 - излъчвател; 5 -- приемник; 6 - усилвател; 7 - индикатор; 8 тестова проба) 9 - дефект

Има зависимости между параметрите на трептенията

По този начин физичните и механичните свойства на материала са свързани с параметрите на вибрациите. При методите за безразрушителен контрол се използва тази връзка. Нека разгледаме прости и широко използвани методи за ултразвуково изследване: методи на сянка и ехо.

Определянето на дефекта по метода на сенките се извършва по следния начин (виж фиг. 2, b): генераторът 3 непрекъснато излъчва вибрации през излъчвателя 4 в изследвания материал 8 и през него в приемника на вибрации 5. При липса на дефект 9, вибрациите се възприемат от приемника 5 почти без затихване и се записват чрез индикатора 7 на усилвателя 6 (осцилоскоп, волтметър). Дефект 9 отразява част от енергията на вибрациите, като по този начин засенчва приемника 5. Полученият сигнал намалява, което показва наличието на дефект. Сенчестият метод не позволява определяне на дълбочината на дефекта и изисква двустранен достъп, което ограничава възможностите му.

Откриването на дефекти и измерването на дебелината чрез ехо-импулсен метод се извършва по следния начин (фиг. 3): генератор 1 изпраща къси импулси към проба 4 през емитер 2, а чакащото сканиране на екрана на осцилоскопа ви позволява да видите изпратения импулс 5 След изпращането на импулса излъчвателят превключва към приемане на отразени вълни. Долният сигнал 6, отразен от противоположната страна на конструкцията, се наблюдава на екрана. Ако има дефект в пътя на вълните, тогава отразеният от него сигнал пристига в приемника по-рано от долния сигнал. След това на екрана на осцилоскопа се вижда друг сигнал 8, който показва дефект в дизайна. Разстоянието между сигналите и скоростта на разпространение на ултразвука се използват за преценка на дълбочината на дефекта.

Ориз. 3.

а - ехо метод без дефект; 6 - същото, с дефект; при определяне на дълбочината на пукнатината; g - определяне на дебелината; 1 - генератор; 2 - излъчвател; 3 - отразени сигнали; 4 - проба; 5 - изпратен импулс 6 - долен импулс; 7 дефект; 8 -- среден импулс; 9 - пукнатина; 10 - полувълна

При определяне на дълбочината на пукнатината в бетона излъчвателят и приемникът са разположени в точки А и В симетрично спрямо пукнатината (фиг. 3, в). Колебанията от точка А до точка Б идват по най-късия път DIA \u003d V 4n + a2;

където V е скоростта; 1H е времето, определено в експеримента.

При откриване на дефекти на бетон чрез ултразвуков импулсен метод се използва сондиране и надлъжно профилиране. И двата метода позволяват да се открие дефект чрез промяна на стойността на скоростта на ултразвуковите надлъжни вълни при преминаване през дефектната зона.

Методът на сондиране може да се използва и при наличие на армировка в бетона, ако е възможно да се избегне директното пресичане на пътя на сондиране на самия прът. Секциите на конструкцията се озвучават последователно и точките се маркират върху координатната мрежа, а след това линии с еднакви скорости - изоскорости или линии с равно време - изохори, като се има предвид, че е възможно да се разграничи участък от конструкцията, върху който има дефект. бетон (зона на намалени скорости).

Методът на надлъжно профилиране позволява да се извърши откриване на дефекти, когато излъчвателят и приемникът са разположени на една и съща повърхност (дефектоскопия на пътни и летищни покрития, фундаментни плочи, монолитни подови плочи и др.). Този метод може също така да определи дълбочината (от повърхността) на увреждане на бетона от корозия.

Дебелината на структура с едностранен достъп може да се определи чрез резонансния метод, като се използват налични в търговската мрежа ултразвукови дебеломери. Надлъжните ултразвукови вибрации се излъчват непрекъснато в конструкцията от едната страна (фиг. 2.4, d). Вълната 10, отразена от противоположната повърхност, отива в обратната посока. Ако дебелината H и дължината на полувълната са равни (или ако тези величини се умножат), правата и отразената вълна съвпадат, което води до резонанс. Дебелината се определя по формулата

където V е скоростта на разпространение на вълната; / -- резонансна честота.

Якостта на бетона може да се определи с помощта на измервател на амплитудата на IAP (фиг. 2.5, а), работещ по резонансния метод. Структурните вибрации се възбуждат от мощен високоговорител, разположен на разстояние 10–15 mm от конструкцията. Приемникът преобразува вибрациите на конструкцията в електрически вибрации, които се показват на екрана на осцилоскопа. Честотата на принудителните трептения се променя плавно, докато съвпадне с честотата на собствените трептения и се получи резонанс. Резонансната честота се записва на скалата на генератора. За бетона на изпитваната конструкция предварително се изгражда калибровъчна крива, по която се определя якостта на бетона.

Фиг.4.

а - общ изглед на измервателя на амплитудното затихване; b - схема за определяне на честотата на естествените надлъжни вибрации на гредата; c - схема за определяне на честотата на естествените огъващи вибрации на гредата; g - схема за изпитване по ударния метод; 1 - проба; 2, 3 -- излъчвател (възбудител) и приемник на вибрации; 4 - генератор; 5 - усилвател; 6 -- блокова регистрация на честотата на собствените трептения; 7 - стартова система с генератор на импулси за броене и микрохронометър; 8 -- ударна вълна

При определяне на честотите на огъване, надлъжни и усукващи вибрации, образец 1, възбудител 2 и приемник на вибрации 3 се монтират в съответствие с диаграмите на фигура 4, b, f -15 пъти повече от собствената честота на изпитвания елемент.

Якостта на бетона може да се определи чрез ударния метод (фиг. 4, d). Методът се използва с достатъчно голяма дължина на конструкцията, тъй като ниската честота на трептене не позволява получаване на по-голяма точност на измерване. На конструкцията са монтирани два виброприемника с достатъчно голямо разстояние между тях (основа). Приемниците са свързани чрез усилватели към стартова система, брояч и микрохронометър. След удара в края на конструкцията ударната вълна достига до първия приемник 2, който включва времеброяча 7 чрез усилвателя 5. Когато вълната достигне втория приемник 3, отброяването на времето спира. Скоростта V се изчислява по формулата

V \u003d - където a е основата; Аз-- основно транзитно време.