Medžiagotyra detaliai

1 Medžiagotyros objektas. Medžiagų parinkimo reikšmė 1.1 Medžiagotyros esmė ir apibrėžimai Materija, laikas ir erdvė - materialaus pasaulio sandaros pagrindiniai elementai. Gamtoje egzistuoja daug fizikinių kūnų. Materija - tai visa tai kas egzistuoja gamtoje ir gali būti nustatyta pojūčiais ir prietaisais.Svarbi materijos savybė - jos judėjimas erdvėje ir laike. Judėjimas tai pats svarbiausias materijos atributas. Nėra nejudamos ir nekintančios materijos, kaip nėra judėjimo be materijos. 1.2 Medžiaga materijos rūšis ir form Remiantis šiuolaikinio mokslo duomenimis yra 3 pagrindinės materijų judėjimo formų grupės: 1)neorganinės gamtos (mineralinės) 2)organinės gamtos 3)visuomenės. Kiekvienoje grupėje yra daugybė materijos judėjimo formų. Pagal struktūrinius požymius dabar žinoma dvejopa materija: 1)Medžiaga 2)Fizikiniai laukai. Imties masę turinčios mikro dalelės, makroskopiniai kūnai ir kosminės sistemos yra medžiaginės materijos. Medžiaga - tai materijos rūšis, tam tikromis sąlygomis turinti fizikinių savybių. Turi korpuskulinių ir banginių savybių. Ne medžiaginės materijos - tai įvairūs fizikiniai laukai, gravitacijos. Reliatyvumo teorija įrodė visoms medžiagoms tinkantį reliatyvinės masės ir pilnutinės energijos sąryšio dėsnį E=mc2. Masė ir energija viena be kitos neegzistuoja ir yra visada proporcingos viena kitai. Reliatyvinė masė gali būti išreikšta ir kita išraiška: m=m0/1-v2/c2šaknis. Materija turi atskaitos masę priklausančia nuo atskaitos sistemos. m pokytis pastebimas kai v būna ypač didelis 1.3 Medžiagos pagrindinė savybė Medžiagos pagrindinė savybė yra masė. Medžiagotyros tiriamos materijos judėjimo formos būdingos visoms sudėtingesnėms materijos judėjimo formoms , pasireiškia materijos judėjimu. Medžiagotyra tiria paprastesnius , bet ir kartu bendruosius materijos judėjimo formas. Gamtos reiškiniai gali būti tiriami įvairiais būdais. Seniausias būdas - stebėjimas. Ypač tiriami visatos reiškiniai. Kitas tyrimo būdas - eksperimentai - tai tam tikra gamtos reiškinio gavimo laboratorijoje. Eksperimentą reikia atlikti tai , kad būtų galima atsižvelgti į visus esminius tiriamai sistemai poveikius. Pagrindinis eksperimento kokybės kriterijus, jo atkartojimas kitoje laboratorijoje. Remiantis stebėjimais ir eksperimentų faktais, dėsningumais, daromos jungiančios prielaidos. Hipotezės teiginiai yra spėjimo pobūdžio. Teorija - tai principinis požiūris į nagrinėjamus reiškinius. Ji ne tik apibendrina dėsningumus, bet ir numato naujus dar nenumatytus faktus - tai kelrodis eksperimentams. 1.4 Medžiagotyros ir technologijų vienovė ir išskirtinumas Medžiagotyros reikšmė. Analizuojant medžiagų sandarą, tiriamos atomų, molekulių savybės ir jų ryšiai. Medžiagą galima apibūdinti pagal būseną: 1)dujinė 2)skysta 3)kieta 4)plazminė. Perdirbamas ir eksploatuojamas medžiagas veikia įvairūs faktoriai, todėl gali keistis medžiagų būsena ir forma. Struktūra - tai medžiagos dalelių išsidėstymas tam tikrame tūryje ir jų tarpusavio ryšiai. Nuo medžiagos struktūros priklauso jos savybės. Tiriama medžiagų:1) submikrostruktūra, 2)mikrostruktūra 3)mezostruktūra 4)makrostruktūra 5)megastruktūra. Šios struktūros reikalingos kad galėtume įvertinti medžiagos technologijų vienovę ir išskirtinumą.Technologijose stengiamasi ištirti ir suformuoti ryšiu tarp medžiagų dalelių, kristalų, molekulių. Medžiagų perdirbimo būdus pasirenkame įvertindami konkrečios medžiagos savybes. Medžiagoms tobulinti ir sąnaudoms mažinti yra daug rezervų, tai atliekama įvertinant tam tikrus dėsningumus. Gaminant reikia parinkti tuos gamybos procesus ir pagrįsti fizikos, chemijos dėsniais, suvartojant minimalų energijos kiekį, mažinant komponentų kiekius ir didinant technologinio proceso kitimo ribas. Technologijoms reikia sukurti tokia medžiagą, kurios dalelių ryšys būtų optimalus: 1)norint pagaminti geresnės kokybės medžiagą, reikia nurodyti geresnius komponentus ir priedus suvartojant kuo mažiau energijos. 2) didinant gaminamos medžiagos patikimumą ir stiprį reikia mažinti komponentų savybių rodiklių ir technologinio proceso kitimo ribas, tą galima gauti turint gerą operatyvinę informaciją. 3)gaminti galima racionaliau kai medžiagos sudėtis ir gamybos procesas yra pagrįstas atitinkamais fizikos ir chemijos dėsniais. Šiems tikslams įgyvendinti reikia sumanumo ir sąžiningo darbo. Daugelio medžiagų gamybai naudojami vietiniai dažnai kintamų charakteristikų komponentai, todėl tenka adaptuoti procesą arba pritaikyti įrangą. Žinoma kad šių medžiagų savybes prognozuoti ypač aktualu. Tai turi didelę ekonominę ir mokslinę prasmę , nes medžiagų savybių technologinis optimizavimas yra mokslinio tyrimo objektas, duodantis nemažą ekonominį efektą. (sudaro sąlygas taupyti žaliavas, energiją ir mažinti darbo sąnaudas). Valdyti gamybos procesus ir prognozuoti gaminių kokybę galima tik tuomet, kai kiekybiniai rodikliai atspindi gaminamo produkto savybių kitimo dėsningumus. Todėl medžiagotyros tikslas yra naudojantis fizikos, chemijos dėsniais matematiškai suformuluoti ir aprašyti medžiagų struktūrą ir jų savybes, bei prognozuoti norimo produkto rodiklius. 2 Medžiagų klasifikavimas pagal būsenas, sandarą, kilmę, praktinį panaudojimą 2.1 Homogeninės ir heterogeninės medžiagos Homogeninės- vienalytės (jų nedaug). Heterogeninės - nevienalytės medžiagos. Statybinių heterogeninių medžiagų grupei priskiriami visi gamtiniai sukepinti su neorganinėmis rišamosiomis ir organinėmis medžiagomis pagaminti konglomeratai (iš vienos medžiagos pagamintas dirbinys). Kompozitas - iš kelių medžiagų pagamintas. Heterogeninių medžiagų sandara yra polistruktūrinė. Visų kietų medžiagų savybės priklauso nuo sudedamųjų dalių paruošimo, technologinio sukietinimo ir tinkamumo naudoti konstrukcijose.. Gaminių formavimas prasideda parenkant medžiagas ir jas dozuojant. Vėlesni gamybos procesai yra taipogi svarbūs, nes jie sudaro sąlygas suprojektuoti reikiamų savybių gaminį. Heterogenines medžiagas sudaro struktūriniai elementai, susidarantys iš skirtingų struktūros ir savybių komponentų, sujungtų fiziniais ir cheminiais ryšiais. Analizuojant medžiagų struktūrą pastebima, kad į kiekvieną aukštesnį struktūrinį elementą įeina ir žemesni struktūriniai elementai. Keičiantis skirtingų lygmenų struktūrinių elementų tūrių santykiui, gaunamos skirtingų modifikacijų medžiagos. Skirtingo lygmens struktūriniai elementai gali turėti ir skirtingas savybes. Pagal skirtingų lygmenų struktūrinių elementų tūrinius santykius galima reguliuoti heterogeninių medžiagų fizines ir mechanines savybes. Medžiagų struktūros savybių ar technologinių procesų reguliavimą palengvina analogų taikymo metodas, pagrįstas tuo kad skirtingos prigimties reiškiniams aprašyti galima taikyti vienodos išraiškos diferencines ie algebrines lygtis. 2.2 Metalai ir nemetalai, savybės, panaudojimas. Pagrindinės statybinės medžiagos yra: 1)Uolienos 2)Augalinės žaliavos 3)Anglys, nafta ir dujos Uolienos skirstomos į 3 grupes:1)lydytos, degtos, sukeptos 2)užpildai 3)natūralaus akmens medžiaga. Savo ruoštu lydytos medžiagos dar yra skirstomos, iš kurių didžiausia dalį užima metalai. Jie gaunami iš uolienų kurių sudėtyje yra aliuminio, geležies, alavo, vario ir kitų . Pagrindinis metalas yra geležis, po to aliuminis, varis. Mokslas nagrinėjantis uolienų perdirbimą, jų gavimą ir lydinių perdirbimą vadinamas metalurgija. Seniausia jos sritis yra pirometalurgija - metalų išgavimas ir gryninimas aukštoje temperatūroje. Šiuo būdu gaunami beveik visi tamsieji metalai. Plienas tai pagrindinė konstrukcinė medžiaga, gaunama iš geležies ir anglies lydinio. Pliene anglies yra 2%, o jei yra daugiau nei 2 tai šie metalai yra ketus arba špižius. Uolienos kuriose yra metalų vadinamos metalų rūdomis, o kurios neturi metalų - bergždžioji uoliena arba nerūdinės. Metalas iš rūdų yra perdirbamas sodrinant ir lydant uolieną. Sodrinimas - atskiriama nerūdinės uolienos ir rūdys Geležis ir kiti metai yra lydomi aukštakrosnėse, jos dirba ilgą laiką nepertraukiamai.. Per viršų supilama rūda.Pro vieną šoną išbėga šlakas pro kitą metalas. Per parą išlydo 4-12 tonų. Ketui gaminti naudojami konverteriai .Tai kriaušės formos indas, kurį galima pasukti tam tikru kampu. Pro vamzdelį pučiamas deguonis degina anglį. Ji degdama išskiria daug šilm ir ketus suskystėja Pagrinde plienas yra perdirbamas jį valcuojant (perdirbimas spaudimu). Tai atlieka prietaisas Valcas (du į priešingas kryptis besisukantys volai). Metalai yra kristalinės struktūros ir nuo kristalų išsidėstymo priklauso ir jo stipris tempiant, elektrinis laidumas.Taisyklingas kristalų išsidėstymas metale yra kristalinė gardelė. Suardyta kristalinė gardelė vadinama kristalitais. Kristalai susijungia į kristalinius vėrinius vadinami grūdeliais.Pasikeitus sąlygoms kristalinė gardelė keičiasi, ir tokie metalai yra vadinami alotropiniais. Kaitinant, atleidžiant tam tikrais greičiais, galima pasiekti tam tikras metalų savybes. Procesas vadinamas rekristalizacija arba atskirais procesais: atkaitinimas, normalizavimas, įgrūdinimas, užgrūdinimas, atleidimas. Pagrindinės metalų savybės: 1)stipris tempiant 2)plastinis deformavimas 3)tankis 4)alotropinės savybės 5)laidumas šilumai, elektrai 6)atsparumas korozijai. Metalų lydiniai kurie yra atsparūs korozijai yra vadinami legiruotais (priedai kurie padidina atsparumą korozijai: chromas, nikelis, varis) Nemetalai - tai cheminiai junginiai neturintys metalų savybių, nelaidūs elektros srovei ir šilumai Metalų panaudojimas Pagrindiniai vartotojai yra statybų pramonė ir mašinų pramonė. Statybose naudojama lakštinis plienas, įvairūs profiliai, armatūros, viela, armatūriniai lynai. 2.3 Teoriniai neorganinių medžiagų sandaros pagrindai. Pagal struktūros analizės metodus yra sudaryta sistemų teorija. Medžiaga sudaryta iš struktūrinių elementų yra susijusi tarpusavio ryšiais. Iš sistemos galima išskirti atskirą struktūros elementą ir jį laikyti nedalomu. Toks elementas turi jam būdingas kiekybines ir kokybines charakteristikas. Tokio struktūrinio elemento kokybinė charakteristika - forma, kiekybinė - tūris, matmuo. Pagal sistemų teoriją charakteristikos yra skirstomos į 2 grupes: kintamosios ir nekintamosios. Kintamos charakteristikos aprašomos matematinėmis išraiškomis. Nekintamos vadinamos parametrinėmis ir ilgainiui nesikeičia. Polistruktūrinių heterogeninių medžiagų sandara analizuojama kaip hierarchinė sistema nes joje galima atskirti struktūros lygius. Pvz.:betonas turi submikrostruktūrą, mikro,makro ir megastruktūrą. Submikro lygmenyje vyksta cemento kietėjimo metu fiziniai procesai, formuojasi naujadarų struktūra. Mikro lygmenyje yra cemento akmens struktūra. Makro - betone esančio skiedinio dalelės lygmuo. Mega - stambių užpildų lygmuo. Kiekviename lygmenyje galime skirti tam tikrus struktūrinius elementus, kurie vadinami sistemos posistemiais. Jei heterogeninę medžiagą suskaidysime į smulkesnius elementus ir nustatysime jų parametrus bei kintamąsias charakteristikas, tai pagal sistemų teoriją galime apibūdinti kaip materialiąją iš dalies susiorganizavusią, determinuotą ar tikimybinę sistemą, kuri gali turėti posistemiu, daleles, elementus ir jų ryšius. Heterogeninių medžiagų sisteminis tyrimas paremtas sisteminiais principais yra mokslo metodologinis pagrindas. 2.4 Medžiagų būviai. Dujinis, skysčiai ir kietieji komponentai. Medžiagos susideda iš atomų, molekulių ir jonų. Dalelės vadinamos kūno struktūrinėmis ir cheminėmis dalelėmis.Gamtoje medžiagų būna 4 agregatinių būvių: 1)kietos, 2)skystos, 3)dujinės, 4)plazma. Kietą ir skystą būseną vadiname kondensuotąja. Kondensuotoje būsenoje esančios struktūrinės dalelės erdvėje pasiskirsčiusios tam tikra tvarka, tačiau reikia skirti tolimąją ir artimąją tvarką. Dujinio būvio medžiagos pripildo vienodo tankio jai duotą erdvę. Normaliomis sąlygomis atstumai tarp dalelių didesni už jų skersmenį ir traukos jėgos tarp jų yra palyginti silpnos. Skystis yra skystosios agregatinės būsenos medžiaga. Daugeliu fizikinių savybių skysčiai yra tarpininkai tarp kietųjų medžiagų ir dujų. Arti kieto kūno lydymosi temperatūros, skysčio savybės artimos tos medžiagos kietosios būsenos savybėms. Skystis kaip ir kieta medžiaga turi savitąjį (laisvą) paviršių, pasižymi tūriniu tamprumu ir mažu spūdumu.Daugelio skysčių tankis tik apie 10% mažesnis nei kietos medžiagos.Dar pažeminus temperatūrą skystis virsta kietu kristaliniu kūnu, keliant temperatūrą skysčio savybės vis labiau skiriasi nuo kieto kūno savybių. Gan aukštoje temperatūroje skysčio molekulės yra chaotiškai išsidėsčiusios. Ir primena dujų molekulių chaosą. Kritinė temperatūra yra aukščiausia temperatūra, kurioje medžiaga gali būti skysta. Atsižvelgiant į fizikines skysčiai skirstomi į: 1)paprastuosius, 2)skystuosius kristalus, 3)kvantinius. Paprastieji vadinami- tokie skysčiai, kurie mikroskopiniu požiūriu yra vienalyčiai ir neveikiant išorinėms poveikiams yra izotropiški. Jų struktūra artima amorfinių kūnų struktūrai. Jiems būdinga artimoji tvarka. Kai kurios organinės medžiagos pasižymi ir skysčiams būdingu takumu ir kristalams būdinga kristalų išsidėstymo tvarka, ir tam tikru savybių izotropiškumu. Tokia medžiaga vadinama skystaisiais kristalais. Šių medžiagų molekulės yra pailgos, o jų ašys apibrėžtoje skysčio srityje vadinami domenais, savaime orientuojasi lygiagrečiai viena kitai ir sudaro savotiškai taisyklingą struktūrą. Domenai vienas kito atžvilgiu orientuojasi chaotiškai ir primena polikristalų orientavimasis. Skysčiai, kurių savybes lemia kvantiniai efektai, vadinami kvantiniais skysčiais. Pagal klasikinę fiziką visos medžiagos prie absoliutaus 00 turėtų būti kietos būsenos, tačiau kaip rodo bandymai, helio izotopai normaliame slėgyje prie 00 yra skysti. Pagal kvantinę fiziką skystį ir kietą kūną sudarančios dalelės virpa net absoliutaus nulio temperatūroje. Tokie virpesiai vadinami nuliniais, jų amplitudė tuo didesnė, kuo mažesnė dalelių masė ir tarpusavio sąveikos energija. Kai ši amplitudė yra tos pačios eilės kaip ir nuotolis tarp dalelių, tuomet medžiaga ir absoliutaus 0 temperatūroje yra skysta. Šia sąlygą tenkina tik skystasis helis, t.y. normaliame slėgyje jis visuomet yra tik skystas. Visų skysčių bendrosios savybes yra:1)takumas, 2)paviršiaus įtempimas. Kadangi skysčio molekulės yra šalia viena kitos , tai tarp jų veikia didelės molekulinės jėgos. Skysčio paviršiuje veikia jam lygiagrečiuos jėgos, kurios stengiasi sumažinti paviršiaus plotą ir paviršinę jėgą. Šios jėgos vadinamos paviršiaus įtempimo jėgomis. Daugelis mineralų (keramika, ledas, stiklas, sniegas) ir dar kai kurios medžiagos yra kristalinės medžiagos. Atskiras kristalas turintis vieną kristalinę gardelę vadinamas monokristalu. Jo išorinis pavidalas priklauso nuo vidinės struktūros ir kristalizacijos sąlygų. Pusiausvyros sąlygomis užaugintas kristalas yra taisyklingos daugiasienio pavidalo. Tačiau daugybė kietųjų kūnų susideda iš daugybės netvarkingai orientuotų kristalėlių, vadinamų kristalitais.Kiekvienai kristaliniai medžiagai būdinga tam tikra lydymosi temperatūra. Yra ir tokių patvarios formos kūnų, kurie neturi kietosios struktūros, tokia medžiaga vadinama - plazma. Plazmoje svarbų vaidmenį vaidina Kulono dėsnis. Plazma pasižymi dideliu elektros laidumu, turi tampriųjų savybių. Pagal kilmę kieti komponentai yra gamtiniai ir dirbtiniai. Gamtiniai: įvairios uolienos, mediena… Dirbtinės: polimerai, metalurginiai šlakai, keraminės medžiagos Pagal dalelių formą: grudelių pavidalu, pluošto, strypelių. Pagal dalelių stambumą: smulkiagrūdžiai, stambiagrūdžiai… Pagal dalelių tankumą: į didelio tankio ( 3,2 g/cm) ir mažo tankio.Pagal cheminę sudėtį: organiniai ir neorganiniai. Pagal paskirtį: atsparūs ugniai, dilumui, radioaktyviems spinduliams ir t.t. 3 Medžiagų sąnaudos, savybių ryšys ir sąveika. Jų įvertinimo ir išraiškos formos 3.1 Heterogeninės sistemos struktūros analizė. Heterogeninė sistema sudaryta iš grūdėtos, kietosios, skystosios ir dujinės fazių. Sistema gali būti padalinta į struktūrinius elementus. Tikslas gaminant heterogeninį mišinį, gaminti optimalios struktūros mišinį, o vėliau ir gaminį. Optimali struktūra yra sąlyginė esant skirtingai technologiniai įrangai, gaminant skirtingus gaminius, reikia optimalumo tokiomis sąlygomis. Kalbant apie struktūrą jas galima pavadinti atitinkamomis heterogeninėmis sistemomis ir jas apibūdinti struktūrinių elementų parametrais, sąlygiškai galima skirstyti į 2 grupes pagal struktūrą: kontaktinė ir nekontaktinė. Kontaktinė struktūra - tai kietosios fazės dalelės, liečiasi tarpusavyje. Kiekviename mišinyje yra stambiųjų ir smulkiųjų dalelių , ta ir kontaktinė struktūra gali būti skirtinga. Kontaktas yra tik stambių dalelių, tik smulkių dalelių, lygių dalelių arba tik tam tikro stambumo dalelių, galimi ir tarpiniai struktūros deriniai. Kontaktinės struktūros mišiniuose paprastai mažiau būna matricos, todėl ji stambesnė. Juos sutaikyti reikalingas išorinis poveikis pvz.: presavimas. Iš stambių mišinių suformuotų gaminių stiprumą, deformaciją nulemia kietosios fazės grupė, kuri sudaro karkasinę struktūrą. Nekontaktinė struktūra - tai kietosios fazės dalelės nesiliečia, pakankamas kiekis skystosios medžiagos tarp dalelių yra vandens. Mišiniams būdingas plastiškumas, semintacija. Kietėjant nekontaktiniuose mišiniuose galimi ir nepageidaujami procesai, tai gaminių susitraukimas, supluškėjimas, išakėjimas. Sukietėjusių gaminių , kuriuose porfyrinė struktūra dėl didelio fazės kiekio išryškėja pvz.: cemento ar kitos medžiagos savybės. Heterogeninėje sistemoje nėra aiškios ribos tarp kontaktinės ir plaukiojančios. Skirstymas yra sąlyginis. Junginiuose pagal funkcinę paskirtį yra stambių ir smulkių dalelių. Konglomeratų sudėtis dirbtinai projektuojamų absoliutinių tūrių visuma. Komponentai apskaičiuojami pagal turimą masę. Neatsižvelgiama į kietosios fazės dalelių geometriją. 3.2 Medžiagos struktūros ir savybių ryšys. Gaminio pagaminto iš heterogeninės medžiagos sandara analizuojama iš struktūrinių elementų. Iš gaminio išskirti struktūrinį elementą, jį laikyti nedalomu stebėjimo elementu. Turi kokybines ir kiekybines charakteristikas. Kokybė - forma, kiekybė - tūris. Charakteristikos pasirenkamos pagal tyrimų metodą. Pagal sistemų teoriją, charakteristikos skirstomos : nekintamosios ir kintamosios. Nekintamosios charakteristikos - parametrai. Kintamosios - kurios ilgainiui pasikeičia. Kintamosios vadinamos tikslo ir gali būti aprašomos tam tikromis matematinėmis išraiškomis. Polistruktūrinių heterogeninių medžiagų struktūra analizuojama hierarchine struktūra, galima skirti atskirus lygmenis. Pvz.: betonas turi substruktūrą, mikro, makro, mega. Submikro lygmenyje vyksta cemento kietėjimo metu fiziniai procesai, formuojasi naujadarų struktūra. Mikro lygmenyje yra cemento akmens struktūra. Makro - betone esančio skiedinio dalelės lygmuo. Mega - stambių užpildų lygmuo. Kiekviename lygmenyje galime skirti tam tikrus struktūrinius elementus, kurie vadinami sistemos posistemiais. Jei heterogeninę medžiagą suskaidysime į smulkesnius elementus ir nustatysime jų parametrus bei kintamąsias charakteristikas, tai pagal sistemų teoriją galime apibūdinti kaip materialiąją iš dalies susiorganizavusią, determinuotą ar tikimybinę sistemą, kuri gali turėti posistemiu, daleles, elementus ir jų ryšius. Taikant šį metodą galime remtis izoformizmo principais t.y. įvairios prigimtie struktūrinės medžiagos (pvz.: betonas) į atitinkamo standumo, skaidyti į formas, struktūrinius elementus, tyrinėti pagal tą pačią metodiką, ieškoti bendrų dėsningumų, abstraktuoti tarp medžiagos struktūros ir jų savybių. Heterogeninę medžiagą sudarytą iš skirtingos sandaros, cheminės struktūros komponentų, galime analizuoti kaip sąveikaujančių dedamųjų sumas. Kiekvieną dedamąją galime laikyti analizuojama dalimi, sumas su šiais dedamai būdingomis savybėmis. Pagal masės ir tvermės dėsnį, kiekviename komponente savo savybes perduoda visumai. Jeigu mechaninės pusiausvyros nėra tai mišinys gali sluoksniuotis. Huko komponentas turi savąją energiją iki sumaišius su kitais komponentais pusiausvyroje ir gali būti pažeista. Jei tarp energetinių komponentų susidaro energetinės pusiausvyros, tokiu atveju komponentas sąveikauja ir gali pasikeisti. Energetinė sąveika pranyks medžiagos sudėtyje ir susidarys energetinė pusiausvyra. Keičiantis aplinkos sąveikai heterogeninė medžiaga gali sąveikauti su aplinka. 4 Cheminių ir fizikinių, geocheminių ir technologinių procesų ir jų parametrų įtaka medžiagų sandarai ir savybėms 4.1 Vandens savybės ir vaidmuo heterogeninėse ir homogeninėse sistemose Įgeriamumas - savybė sugerti skystį ir jį sulaikyti. Jis nusakomas įgerto vandens kiekiu medžiagos tūryje ar masėje. Dargi yra nustatomas prisotinimas vandeniui koeficientas.Kp=Wt/A , kur A-medž. Akytumas, Wt - įgeriamas tūris. Jei Kp 0,8, Tokios medžiagos tinka konstrukcijoms kurias veikia drėgna aplinka. Laidumas vandeniui - savybė praleisti vandenį, esant tam tikram slėgių skirtumui. Jis nusakomas kiekiu vandens kuris prasisunkia per 1m2 medžiagos per 1 val. Esant tam tikram hidrostatiniui slėgiui. Kai kurių konstrukcijų laidumas vandeniui gali būti apibūdinamas laiku, per kurį į priešingą bandinio pusę prasisunkia vanduo. 4.2 Bendri heterogeninių reakcijų dėsningumai, jų vyksmo kinetika Heterogeninėse reakcijose reaguoja ne vienodos agregatinės būsenos medžiagos, todėl procesas yra lokalizuotas fazių sąlyčio paviršiuje. Tokio tipo reakcijos yra gana dažnos: kieto ar skysto kuro degimas, metalinių dirbinių oksidavimasis, metalų tirpimas šarmuose. Prie heterogeninių reakcijų priskiriami: garavimo, kondensacijos, kristalizacijos, tirpimo bei kiti fizikiniai, cheminiai procesai, kurie susiėję su naujos fazės atsiradimu. Heterogenines reakcijas kuriose reaguoja ir kieto medžiagos galima suskaidyti į 2 tipus: 1) reakcijos, kuriose mažėja kietos medžiagos paviršius 2) kietos medžiagos reakcija su dujomis ir skysčiais, kurios metu kietos medžiagos paviršiuje susidaro nauja kieta fazė (sulfidai, oksidai, chloridai). Į pokyčius būtina atsižvelgti skaičiuojant fazių sąlyčio plotą`, nes nuo jo dydžio priklauso heterogeninės reakcijos greitis.Šių reakcijų greitis išreiškiamas reagentų molių skaičiaus pokyčiu fazių plote per laiko vienetą. Kai kietos fazės paviršių sunku nustatyti, jų greitis gali būti reiškiamas kietos fazės masės arba tūrio vieneto pokyčiu.Reakcijų greičiui didelę įtaką turi reaguojančių dalelių pobūdis. Pagal šį pobūdį cheminės reakcijos yra: molekulinės, joninės, radikalinės ar atominės. Molekulinės reakcijos vadinamos paprastomis, nes reakcijose dalyvauja mažai aktyvi ir stabili molekulė, todėl tokio tipo reakcijų greitis nėra didelis. Joninės reakcijos . Dalyvaujančio junginio sujungto su viena elektrono pora skilimas priklauso nuo cheminės jungties poliškumo ir reakcijos sąlygų. Nauji reaguojančių medžiagų kiekiai galės sąveikauti tada kai jie pasieks sąlyčio paviršių, o tam labai yra svarbu difuzija Dažnai difuzija yra lėtesnė už pačia cheminę reakciją, todėl difuzijos greitis lemia viso proceso greitį. Jei difuzija pakankamai greita ir netrukdo cheminei reakcijai, o heterogeninės reakcijos metu kietos fazės paviršius nekinta, tai reakcijos greitis proporcingas tik vienos medžiagos koncentracijai. Taipogi įtaka šiai reakcijai daro ir temperatūra, tačiau jos poveikį nustatyti yra gan sudėtinga, nes ji turi įtakos netik cheminiai reakcijai bet ir difuzijos greičiui - keliant temp. Reakcijos greitis didėja. 4.3 Rišamosios mineralinės medžiagos, rišamųjų savybių atsiradimo priežastys Mineralinės rišamosios medžiagos - tai tokios medžiagos , kurios sumaišytos su vandeniu, sudaro plastišką, savaime kietėjančia tešlą, ilgainiui virstančia kietu akmeniniu kūnu. Dažniausiai jos būna miltelių pavidalo.Pagal kietėjimo sąlygas jos skirstomos į orines (kietėja tik ore) ir hidraulines (pradėjusios kietėti ore toliau gali kietėti ir vandenyje).Iš rišamųjų medžiagų ruošiama:tešla, skiedinys ar betonas. Tešla gaunama sumaišius rišamąją medžiagą su vandeniu, bet ji naudojama gan retai nes suauštant supleišėja. Skiedinys nuo tešlos skiriasi to kad jame dar yra įmaišyta smėlio. Betono mišinį sudaro 4 komponentai: rišamoji medžiaga, vanduo, smulkus užpildas ir stambus užpildas (skalda, žvyras).Sukietėjęs betono mišinys yra vadinamas betonu. Portlandcementis nedžiūsta , o kietėja. Jis kietėja esant hidratacijos ir hidrolizės reakcijoms.Jis gaunamas smulkiai sumalus klinkerį su tam tikru kiekiu gipso. Klinkeris gaunamas kalcio karbonatinių uolienų ir molio. Greičiausiai kietėja trikalcio aliuminatas. 2CaO+Al2O3+H2O=3CaAl2O3 . 6H2O Kietėja nuo +5 šilumos. Kitas mineralas kuris greitai rišasi: trikalcio silikatas CaO. SiO2 4.4 Rišamųjų medžiagų hidratacija ir kietėjimas Cemento kietėjimas yra iš 3 stadijų: I)sumaišius cemento miltelius su vandeniu susidaro plastiška cemento tešla, I periode vyksta tirpimo procesai, hidratacijos (vandens prijungimo) ir hidrolizės (skilimo vandenyje).Greičiausiai hidratuojasi trikalcio aliuminatas , lėčiausiai dikalcio silikatas. Iš pradžių reakcijos vyksta cemento dalelių paviršiuje, vėliau šis intensyvumas mažėja. I etape susidarę hidrataciniai junginiai būdami mažai tirpūs, greitai prisotina tirpalą. II etape susidarius prisotintam tirpalui vanduo ima jungtis su kietomis elemento dalelėmis. Reakcijos produktai negalėdami tirpti prisotintame tirpale išsiskiria koloidinių dalelių pavidale. Koloidines medžiagas sudaro aplink cemento daleles sluoksnį klijų, kuris padidina cemento tešlos plastiškumą. Gelis turi klijavimo ypatybių, kai jis ypač mažai atskiestas vandeniu. Toliau hidratuodamasis gelis įgyja vis geresnes savybes klijuoti, tešla ima tirštėti, darosi nebeplastiška ir ima rištis. Kuo storesnis gelio sluoksnis, tuo sunkiau vanduo patenka į grūdelių vidų ir tuo sunkiau pastarieji dalyvauja cheminėse reakcijose. Šis periodas dažnai vadinamas II arba koloidacijos periodu. III kristalizacijos periode gelis sutankėja ir kristalizuojasi. Susidarę nepastovūs kalcio hidroksido geliai palaipsniui pereina į smulkesnį būvį. Mikrokristalai didėdami suauga vienas su kita ir sutankina likusia koloidinę masę. Vykstant kristalizacijos procesui padidėja akmens stiprumas.Nuo koloidinių dalelių santykio kiekvienu momentu priklauso cemento akmens savybės. Vykstant visiems procesams cemento akmuo palaipsniui stiprėja ir įgauna didesnį stiprį. Portlandcementis kietėja tuo greičiau kuo daugiau yra trikalcio silikato ir trikalcio aliuminato. Geriausios betono savybės pasireiškia tik po 28 parų, tada ir nustatinėjamos betonų klasės (stiprumas) Pvz.: CEM 42.5 - jo stiprumas gniuždant yra 42.5 MPa. 4.5 Technologiniai procesai ir jų parametrai:lydymas, kaitinimas, degimas, deformacija. Smulkinimas; malimas; klasifikavimas; transportavimas. Mechaniniai technologiniai procesai yra: smulkinimas, malimas rūšiavimas, klasifikavimas, transportavimas. Technologiniai mechaniniai procesai yra laikomi tie kurie vyksta pagal kietų kūnų fizikos dėsnius. Smulkinimo procesas - tai procesas kai stambūs gabalai veikiami išorinėms jėgoms smulkėja. Smulkinimas skirstomas į: 1) stambų trupinimą (skersmuo 0.2-1.5m) 2)vidutinį trupinimą (25-2 cm) 3)smulkus trupinimas. Svarbiausi smulkinimo rodikliai yra smulkinimo laipsnis, energijos sąnaudos ir našumas. Smulkinimo laipsnis - tai medžiagos gabalų skersmuo D prieš smulkinimą ir po jo - d. Smulkinimo būdai: gniuždymas, trynimas daužymas, slėgimas, lenkimas.(pridedami paveikslėliai). Smulkinimo įrengimai: 1)trupintuvai (dar skirstomi į žiauninius; kūginius; valcinius; statgirnės, plaktukinius trupintuvus) kūginis valcinis statgirnis plaktukinis 2)malūnai (dar skirstomi į rutulinius, pneumatinius, vibracinius, žiedinius) - (rutuliniai) čia vamzdyje kuris sukasi apie savo išilginę ašį yra sudėti rutuliai kurie ir trupina medžiagą. - (pneumatinis) jį sudaro vamzdis iš nevienodų skersmenų, montuojamas vertikaliai. Medžiagų dalelės kildamos veikiamos suslėgto oro daužosi viena į kitą ir taip sumalamos - (vibro) yra velenas su išcentrikais ir rutuliai kurie trina medžiagą. Sumaltą medžiagą reikia surūšiuoti - klasifikavimas, sijojimas. Klasifikavimas yra: mechaninis, hidraulinis, orinis, magnetinis. Plačiausiai naudojamas sijojimas, jis vyksta per sietus, kurie yra skirstomi į 5 grupes, jos yra skirstomos pagal sieto skylės skersmenį. Dažniausiai naudojami vibraciniai sijotuvai. vibratoriuje yra 2 velenai su išcentrikais , kurie besisukdami vibruoja arba į vieną arba į kitą pusę. Sijojimo našumas nuo kelių šimtų iki kelių tonų. Našumas priklauso nuo sieto pločio, vibratoriaus, akučių skersmens, medži storio ant siet Būgniniai sijotuvai sukasi apie savo ašį ir kiekvienoje ar tik keliose sienose būna įtaisyti sietai. Šie sijotuvai plačiai taikomi medžiagų plovimui. Sijotuvais klasifikuojamos medžiagos , kurių skersmuo yra 70-0.16mm, smulkesnės nei 0.16mm sijojimui yra naudojama orinė separacija. Ji vykdoma nejudamais separatoriais: Į viršutinę separatoriaus dalį įpučiamas oras su pačia medžiaga, tada smulkios dalelės susidarius sūkuriams sueina į viduryje matomą ertmę, kur vėliau pro vamzdį iškrenta, o stambios dalelės nusėda ant įrenginio dugno ir taip pat iškrenta pro apačioje esančią ertmę Medžiagų transportavimas. Cechiniai transportavimai yra periodinio ir nuolatinio veikimo įrengimai, plačiau naudojami nuolatinio veikimo, nes juos lengviau automatizuoti. Transportavimo įrengimai parenkami pagal transportavimo kryptį (aukštyn, horizontaliai, ar kampu), pagal medžiagos savybes (tankį, dalelių stambumą, byrėjimą, klampą). Plačiausiai naudojami juostiniai transporteriai naudojami horiz ir kampu. sudarytas iš 2 būgnų kur vienas yra sukamas variklio, jie sujungti gumine ar metaline juosta. Maksimalus kampas kuriuo galima transportuti medžiagas yr 18-220 . Gumos plotis - 450-1200mm Guminė juosta vartojama tik prie 15-600C temperatūros, o vėliau naudojamos metalinės. Vertikalia kryptimi medžiagos transportuojamos kaušiniais elevatoriais. Kaušų talpa reikia būtinai žinoti ,o jų talpa yra 2-60 litrų. Elevatoriaus greitis 1-2.5 m/s. Sraigtiniai transporteriai (cementui labai birioms medžiagoms, dulkan Pniaumatinis transporteris. Juo medžiagos yra nešamos oro srauto. Taip transportuojamos sausos, smulkios medžiagos . Atstumas iki 2km, aukštis - 100m. Lydymą sudaro: 1)lydalo susidarymas 2)skaidrinimas 3) homogenizavimas 4)vėsinimas. Kaitinimo procesas vyksta iki 1000C, medžiaga pradeda tirpti ir lydosi. Tai priklauso nuo stiklo komponentų, šildymo greičio. Lydalo susidarymo stadijoje (800-9000C) tirpsta įkrovą sudarančios medžiagos. Lydalo klampumas mažėja, skaidrėja,mažėja įtempimai, tačiau čia yra dar neišsilydžiusių dalelių,oro burbulėlių - toks lydalas yra chemiškai nevienalytis. Keliant temperatūrą lydalas skaidrėja, sumažėjus klampai kyla į viršų oro burbuliukai. Prasideda II periodas - skaidrinimo procesas, kai pašalinamos oro pūslelės, pilnai išsilydo kvarco grūdeliai, sulfatai, karbonatai. Homogenizacija - tai vienalytės cheminės sudėties stiklo suvienodėjimas stiklo lydale. Kartais dedama priedų, kurie pagerina homogenizaciją. Ją pagreitina ir maišymas, tačiau svarbiausia yra lydalo klampa. Suvienodinus stiklo masę ji yra aušinama, jis turi vykti lėtai, kad nebūtų pažeistas lydalu vienalytiškumas ir nepasikeistų dujinės terpės sudėtis ir slėgis. Pažeidus gali susidaryti antrinių pūslelių, susidaro lydalo ertmės pertvaros, kurios sukelia vidinius įtempimus. Šiems įtempimams suvienodinti atliekama papildoma operacija - ataušinto lydalo atkaitinimas (deformatyvumo sumažinimas). Degimas - tai sausų komponentų įkaitinimas, kur vyksta atskirų komponentų tarpusavio reakcijos.Degant medžiagoms procesą galime suskirstyti į šias stadijas: 1)džiovinimas 2)šildymas 3)kalcinavimas (skilimas) 4)sukepimas 5)aušinimas. Šildymo , kalcinavimo stadijoje vyksta žaliavų įkaitinimas ir skilimas. Susidaro naujos medžiagos vadinamos mineralais. Pagrindinis mineralas - Ca3S - trikalcio silikatas. Susidarius pagrindiniams mineralams, išdegta masė staigiai ataušinama. Ataušinimo tikslas sudaryti amorfinės struktūros medžiagas. 5 Medžiagos sandaros ir tyrimo metodai 5.1 Medžiagų tyrimų metodų klasifikavimas Neorganinių medžiagų tyrimo metodai: 1)Mechaniniai 2)Fizikiniai-cheminiai 3)Fizikiniai 4)Cheminiai. 5.2 Mechaniniai tyrimo metodai Prie mechaninių savybių priskiriama medžiagų deformavimasis ir irimas: Mechaninės savybės: stipris; deformatyvumas; kietumas; dilumas; plastiškumas; trapumas; smūginis atsparumas. Stipris - medžiagos savybė priešintis išorinių apkrovų ardančiajam poveikiui. Stiprumo riba - tai maksimalus apkrovos dydis (F/A). Stiprumui nustatyti naudojami kubelio ir cilindro bandiniai juos gniuždant. Taipogi stiprio nustatymai gali būti nesuardant medžiagos (palyginamieji bandymai) taipogi plačiai naudojama ir ultragarsas. Deformacija - geometrinės formos ar matmenų pakeitimas. Jis deformuojasi veikiamas temperatūros, apkrovos, drėgmės. Deformuojamo kūno dalelės reliatyviai keičia savo vietą. Jei ryšiai tarp atomų nenutrūksta, tai deformacija yra tamprioji, o jei nutrūksta tai plastinė. Jei yra įtempimų tai persiskirsto visos medžiagos dalelės. Jų pasiskirstymo greitis priklauso nuo medžiagos dalelių ryšių ir stiprumo. Statybinių medžiagų tamprioms deformacijos būdingas histeriškumas (t.y. vėlavimas deformuotis). Medžiagų deformacijos apibūdinamos santykiniu ištysumu. Kietumas - medžiagos savybė priešintis kietesnės medžiagos skverbimuisi į ją. Metalų kietumas nustatomas įspaudžiant rutuliuką, deimantinį kūgį į tiriamą medžiagą (jis išreiškiamas dydžiu H=F/A). Mineralų kietumas nustatomas pagal Moso skalę. Ji sudaryta iš 10 mineralų rūšių. Dilumas - tai medžiagos masės ir tūrio sumažėjimas veikiant trinties jėgoms. D=(m1-m2)/V Nusidėvėjimas - medžiagos nusidėvėjimas veikiant smūginėms ir trinties apkrovoms kartu. 5.3 Fizikiniai tyrimo metodai: 1)šilumos laidumas 2)šilumos talpis 3)temp. Deformacijos 4)laidumas garsui. Šilumos laidumas - tai labiau įšilusio kūno dalies šilumos atidavimas šaltesniam. Šilumos laidumo koeficientas - tai fizikinis parametras, jis rodo kokį šilumos kiekį medžiaga praleidžia per laiko vienetą, ploto vienetui, kai temperat. skirtumas yra lygus 1. Temperatūrinės deformacijos - tai medžiagos matmenų pakitimas kaitinant. Kylant temperatūrai medžiaga plečiasi 5.4 Fizikiniai - Cheminiai tyrimo metodai Jie apsprendžia medžiagos sudėtį ir būseną. Jie skirstomi į : 1)diferencinė terminė analizė 2)optiniai mikroskopiniai tyrimai 3)rentgeno analizė 4)elektroninė mikroskopija 5)spektroskopiniai tyrimai. Diferencinė terminė analizė. Dauguma cheminių - fizikinių procesų vyksta su šilumos išsiskyrimu. Terminės analizės esmė yra analizė virsmų vykstančių sistemoje ar individualiuose junginiuose pagal juos lydinčius šiluminių virsmų efektus. Tiriamas bandinys palaipsniui šildomas ir jo temperatūra nuolat registruojama. Gautos temperatūrinės kreivės parodo šiluminių efektų charakterį, intensyvumą ir temperatūras prie kurių šie šiluminiai efektai pasireiškia. 5.5 Optinė mikroskopija. Šis tyrimo metodas dažniausiai taikomas kristalų formos ir dydžio tyrimams, kristalų augumą ir jų defektų tyrimams, tiriant difuzijos procesus. Dabar vartojami optiniai mikroskopai. Mikroskopų svarbiausieji parametrai yra: didinimas ir skiriamoji geba. Skiriamoji geba - tai minimalus atstumas tarp 2 taškų kuriuos dar galima ištirti. Optinio mikroskopo skiriamąją gebą riboja šviesos difrakcija į daleles. Šių dalelių dydžiai sulyginami su bangos ilgiu, todėl šviesa tokias daleles apeina. Optinių mikroskopų didinimo skaičius nėra didelis. 5.6 Rentgeno analizė. Jai priklauso daugybė metodų. Rentgeno analizės pagalba atliekame tiek kokybinę tiek kiekybinę fizinę analizę, struktūriškai skirtingų medžiagų.Rentgeno spindulių panaudojimas pagrįstas tuo, kad jų bangos ilgių kristalas yra trimatė difrakcinė gardelė. Rentgeno metodų esmė - difrakcinių vaizdų gautų atspindėjus nuo kristalų plokštumų analizė.Trimatę kristalo gardelę galime įsivaizduoti kaip visumą lygiagrečių vienodais atstumais nutolusių atominių plokštumų, kuriose yra atomų. Visos plokštumos orientuotos erdvėje sudaro plokštumų šeimą, kuria charakterizuojama kristalografiniai Miulerio indeksai. Kiekviena šeima charakterizuojama tarpplokštuminiu atstumu. Tarpplokštuminiai atstumai - svarbiausia kristalo struktūros charakteristika. Rentgenografinio tyrimo pagrindas yra Vulfo-Brego sąryšis, siejantis bangos ilgį λ, atspindžio kampą θ ir kristalų tarplokštuminį atstumą d. nλ=2d sinθ. Rentgeno analizė leidžia atlikti kiekybinę ir kokybinę mineralo sudėtį, leidžia tirti kristalo simetriją, kristalinių medžiagų formą, tipą, dydį, kristalų defektus, dispersinių dalelių dydį ir orientaciją. Rentgenografinės analizės įrengimai susideda iš 2 pagrindinių dalių: rentgeno spindulių šaltinio ir atspindėtų rentgeno spindulių registravimo įrenginio. 5.7 Elektroninė mikroskopija. Elektroninis mikroskopas didina iki 300000 kartų. Pagal skiriamąją gebą elektroniniai mikroskopai skirstomi į 3 klases: 1)1.4-15 Ǻ 2)20-30 Ǻ 3)50-150 Ǻ. Elektroniniais mikroskopais galime tirti atskirų submikro kristalų dydžius ir formas, kristalų augimo ir irimo procesus, procesus vykstančius grūdelių ribose, difuzijos procesus reakcijos metu, fizinius virsmus termiškai apdorojant ir auštant objektams, deformacijos ir irimo procesus. Kristalų dydžius ir formą galima tirti tiesiogiai skaidriose medžiagose. Analizuojant kitus reiškinius naudojami netiesioginiai tyrimo metodai, specialūs preparatai, šlifai. Statybinių medžiagų tyrimui užtenka didinti 5000-15000 kartų.Tai vienintelis prietaisas (šiuo metu) leidžiantis stebėti ir tirti smulkias daleles. 5.8 Spektroskopiniai tyrimo metodai. Tiriant molekulių sandarą ir savybes yra naudojama spektrografija. Šis metodas pagrįstas elektromagnetinio lauko sąveika su tiriamąja medžiaga. Elektromagnetinis laukas yra pradedant radijo bangomis ir baigiant gama spinduliais. Pereinant iš vienos būsenos į kitą molekulės sugeria ar išspinduliuoja kvantą. Pagal sugerto ar išspinduliuoto kvanto energiją skirstoma į UV (ultravioletinę) ir IR (infraraudonają) spektroskopiją. UV spektroskopija yra nematomoji, o IR yra matomoji ir ji turi privalumą kad yra galimybė stebėti amorfines ir blogai identifikuojamas medžiagas. Šis metodas yra paprastas, reikia mažai medžiagos. Gaminama visa eilė prietaisų vadinamų spektrometrais . 6 Gamtinių medžiagų parinkimas ir praktinis panaudojimas 6.1 Mineralinės gamtinės medžiagos , jų klasifikavimas Tai yra mineralai ir natūralios gamtinės uolienos. Mineralai - yra tam tikros sudėties ir struktūros gamtiniai kūnai. Uolienos yra sudarytos iš vieno mineralo (monomineralinės) ir iš daugelio (polimineralinės). Gamtoje mineralų yra daug. Mineralai yra skirstomi į 8 klases pagal sudėtį, bet statyboje reikalingi daugiausia 5 klasės: 1)Plačiausia yra kvarco klasė 2) Lauko špatų 3)geležies, magnio silikatai 4)sulfatai (gipsas) 5) karbonatų. Kvarcas - bespalvis , kristalinės struktūros, normaliomis sąlygomis reaguoja su bazėmis ir rūgštimis, termiškai atsparus iki 5500C . Kvarcas - žaliava kokybiškam stiklui gaminti. Silikatai - jų yra apie 800. Karbonatai. Daugiausia yra CaCO3 ir MgCO3. CaCO3 dar vadinamos klintys aukštoje temperatūroje 700 skyla į kalcio oksidą ir anglies dvideginį. Iš jo sudarytos žaliavos iš kurių gaminamas portlandcementis ir kalkės. Kalcio karbonatas veikiamas rūgšties HCl lengvai atpažįstamas (suyra). Uolienas skirstome pagal genetinę klasifikaciją: 1)magminės, 2)nuosėdinės, 3)metamorfinės. Magminės uolienos skirstomos į masyvias ir smulkias. Jos susidaro auštant magmai, aušimo periode susidaro kristalinės struktūros (granitai, galras). Metamorfinės uolienos yra pačiame giliausiame sluoksnyje. (porfyrai, bazaltas, diabazas, andezitas, trachitas). Nuosėdinės uolienos susidaro iš magminių uolienų kurias veikia vėjas, šaltis ir kiti aplinkos veiksniai. Nuosėdinės uolienos pagal susidarymo sąlygas yra skirstomos į: 1)Mechanines (molis, dulkės, smėlis, žvirgždas) 2)Cheminės - jos susidarė iš ištirpusių vandenyje cheminių medžiagų 3)Organinės - susidarė vandens telkiniuose iš numirusių gyvūnų (klintys, kreida). 6.2 Žaliavos rišamosioms medžiagoms, keramikai, stiklui, betonui ir statybiniams mišiniams. Pagrindinė rišamoji medžiaga - portlandcementis. Žaliavos: klintys ir molis. Kita rišamoji medžiaga - kalkės. Pagrindinė žaliava: klintys. Kita rišamoji medžiaga yra gipsas. Žaliava: gipso uolienos Keraminiams dirbiniams pagrindinė žaliava yra kaolinitinis molis. Žaliava stiklui gaminti - švarus kvarcinis smėlis. Betonams gaminti pagrindinė žaliava - švarus kvarcinis smėlis, žvirgždas ar skalda. Žvirgždas - mineralinių grūdelių mišinys nuo 5-70mm, forma apvalaina. Skalda gaunama trupinant natūralias uolienas, grūdelių dydis nuo 5-40 mm, grūdelių paviršius šiurkštus ir neapvalus. 7 Dirbtiniai medžiagų gamybos optimizavimo principai galutinio produkto tiksliam panaudojimui 7.1 Technologijų ir žaliavų parinkimas Parenkant naują gaminį ir nustatant jį gaminti sudaromas verslo planas, kurio yra 2 skyriai: 1)naujai gaminamo produkto technologinis pagrindimas. Tai pačio objekto aprašymas: žaliavos gamybai ir jų pagrindinės charakteristikos, normatyviniai dokumentai. Sudaromas technologijų trumpas aprašymas ir įvertinimas; pateikiamas pagrindinių įrengimų charakteristikos ir kt.duomenys. 2)finansiniai skaičiavimai. Čia pateikiama gaminamo produkto sąmata, t.y.kintamos, pastovios išlaidos, ir išlaidos valdymui, t.y.aprašoma kiek tas produktas kainuos. Nagrinėjama naujo produkto rinka, už kiek jį bus galima parduoti. Sudarius verslo planą, sudaromi pagrindiniai technologinių įrengimų pasiūlymai. Paprastai sudaroma 2 variantai, įskaitant energetines sąnaudas (elektra, šiluma), žaliavų išteklius. Atlikus šiuos skaičiavimus, sudaromas technologinis, technikinis ir darbo projektai. Pastarieji 2 sudaromi, kai yra gautas ar užtikrinamas finansavimas. Vykdant technologinius projektus, skaičiuojama gamybinis pajėgumas ir sudaroma detalės technologinė schema. Tokie projektai sudaryti iš energetinių žaliavų, vandentiekio ir kanalizacijos, generalinio plano. Visi šie darbai atliekami vadovaujantis statybos įstatymu, LR saugomų teritorijų įstatymas. Pagrindinis reglamentas- organizacinis tvarkomasis statybos techninis reglamentas. Žaliavų parinkimas. Nauji gaminiai daromi ten, kur yra pagrindiniai žaliavų telkiniai (pvz: Dvarčionių keramika veža molį iš Ukmergės). Žaliavų telkiniai yra stebimi LR geologijos tarnybos, yra sudaromi planai, t.y. spec.žemėlapis. Su vyriausybe yra sudaroma nuomos sutartis su žaliavų telkinio vieta. Tyrinėjant žaliavas sudaromas žaliavų kokybės įvertinimas. Pvz: smėliui nustatoma minerologinė, cheminė, priemaišų, užterštumo medžiagos. Nustačius žaliavų kokybės rodiklius, sudaromas žaliavų eksploatacijos, gamybos planai. 7.2 Kompozicinės medžiagos Tai medžiagos, kurios yra sudarytos iš kelių atskirų medžiagų, sujungiamų mechaniniais ar kt.ryšiais (klijuojant). Tai dažnai yra sienų atskiri elementai, kurie gaminami spec.gamyklose. 8 Klimato bei eksploatacijos veiksnių poveikis medžiagų senėjimui, korozijai, destrukcijai 8.1 Vandens, vandens garų , temperatūrų pokyčių poveikis medžiagoms Masių kaita dažnai susijusi su vandens kaita pačioje medžiagoje, bei tarp medžiagos ir aplinkos. Vanduo keičia medžiagos savybes ir jos fizikinę būseną. Vanduo medžiagoje yra trejopo pavidalo: laisvas, fiziškai surištas, chemiškai surištas. Medžiagos atvirose porose esantis vanduo vadinamas laisvuoju. Jis lengvai patenka į medžiagą ir lengvai pašalinamas. Fiziškai surištas vanduo yra įsitvirtinęs kapiliarų sienelėse, kristalų susijungimo zonose ir yra veikiamas paviršių energijos, todėl jis yra sunkiai šalinamas iš medžiagos. Fiziškai surištas vanduo keičia medžiagos fizinę būseną : medžiaga brinksta arba traukiasi. Chemiškai surištas vanduo būna medžiagos kristaluose ir hidratuose. Jį sieja kovalentiniai ryšiai. Šis vanduo sunkiai pašalinamas (apie 400-500°C temp.). Laisvas vanduo, veikiant medžiagą temperatūra, virsta ledu, didina tūrį ir ardo medžiagą. 8.2 Cheminių medžiagų poveikis svarbiausioms medžiagų grupėms ir metalams Medžiagų destrukcija. Senėjimas vertinamas atsparumu šalčiui, korozijai. Cemento- betono korozija. Korozija – sukietėjusio cemento irimas dėl fizikinių ir cheminių veiksnių. Ją sukelia įvairios cheminės medžiagos, tokia korozija vadinama chemine. Tai yra pati pavojingiausia korozija. Jų yra 3 tipai: I- kai išplaunamos tirpios medžiagos; II- rūgštinė; III- sulfatinė. I-o tipo korozijos priežastis, kad vandenyje tirpsta kalcio hidroksidas, kuris cemente susidaro dėl kalcio silikatų hidrolizės. Tada vandeny padidėja cemento akytumas. Cemento hidrolizė vyksta toliau, išsiskiria naujos kalcio hidroksido porcijos, kurios vėl tirpsta ir taip didėja cemento akytumas, mažėja stipris, atsiranda terpė vandeniui susirinkti ir cemento akmuo toliau yra. II-o tipo korozija vyksta dėl rūgščių reakcijos su kalcio hidroksidu ir kt.komponentais. Korozijos intensyvumas priklauso nuo vandenilio jonų koncentracijos. Cemente susidaro tirpios druskos ir amorfinės masės, kurios neturi mechaninio stiprumo. Per tokį cementinį akmenį filtruojant vandenį, tos masės yra išnešamos vandenio. Dėl to didėja akytumas ir mažėja stipris. III-o tipo koroziją sukelia vandeny ištirpę sieros jonai. Jei jonų koncentracija didelė, tai cemento akmens porose trikalcio hidrosulfato aliuminatas, kurio tūris yra 2,5 karto didesnis už reakcijoje dalyvavusį produktų tūrį. Cementiniame akmenyje susidaro vidiniai tempimo įtempimai, kurie ardo medžiagą. Tada cementinis akmuo tampa mažiau stiprus. Sieros jonai atsiranda iš magnio ir kalcio sulfatų, kurie dažnai yra ištirpę. Metalų korozija. Ji vyksta dėl cheminių medžiagų poveikio metalams, ir susidarančių elektrolitinių porų, kurių sąveikoje metalas suyra. Metalų korozija skirstoma: cheminę ir elektrocheminę. Cheminė korozija- kai metalas tiesiogiai sąveikauja su aplinka ir neelektrolitais. Būdingiausia cheminei korozijai- metalų oksidavimasis aukštoje temperatūroje. Jis veikiamas aplinkos deguonies, apsitraukia standžia arba puria plėvele. Standžios plėvelės nepraleidžia deguonies, todėl metalas toliau neoksiduoja. Pro purias plėveles deguonis prasiskverbia iki gilesnių sluoksnių ir juos oksiduoja, kol metalas suyra. Ant kai kurių metalų (aliuminis, švinas) paviršiaus susidaro apsauginės oksidų plėvelės. O kai kurių metalų paviršiuje plėvelė sukuriama dirbtinai ir vadinama oksidavimu. Ant paprasto plieno standžios oksidų plėvelės nesusidaro, dėl to šis greit oksiduojasi (rūdija). Praktikoje dažnai susiduriama su elektrochemine korozija. Ji vyksta dėl to, kad yra nevienodi skirtingų metalų elektrodų potencialai. Sąlyčio su elektrolitu vietoje susidaro mikrogalvaninės poros, kurios sukuria mikrosroves. Mikrosrovės sudaro kryptingą elektronų srautą. Vyksta 2 procesai: anodinis ir katodinis. Anodinio proceso metu teigiami jonai tirpsta elektrolite. Katodinio proceso metu metalai atsistato. Vykstant pirmajam procesui metalas yra. Anodas yra tas, kurio potencialas yra neigiamesnis. Kuo didesnis potencialas, tuo metalas atsparesnis korozijai. Susidarius oksidų plėvelei, elektrodų potencialų reikšmė gali pasikeisti. Kovai su korozija yra daug būdų: metalų padengimas kitais atspariais korozijai metalais; sudaromos galvaninės dangos: chromuojant, nikeliuojant. Atsparumą korozijai galima padidinti įsotinant metalą- įchrominant, įsilicinant. 9 Projektavimo, konsultavimo ir projektų įgyvendinimo kokybės įtaka optimaliam funkciniam medžiagų panaudojimui 9.1 Pagrindinių statybinių medžiagų grupių daugiavarijacinio funkcinio parinkimo principai Statybinės medžiagos skirstomos į 15-17 grupių. Projektuojant statybines medžiagas yra vadovaujamasi statinių projektų sąlygų derinimo ir tvirtinimo tvarka. Ta tvarka nustato statybinių pramonės įmonių ir rekonstruojamų, remontuojamų projektavimo sąlygas ir įgyvendinimo tvarką. LTV dažnai įmonės yra rekonstruojamos ir įdiegiama vakarų technologija. Dabar pramonės įmonės statomos konkrečių medžiagų gamybai, tačiau nurodomos ir kt.dalys gamybos technologijų pakeitimui. Projektavimui ir konstravimui yra standartai. Be jų yra projektavimo programos. 10 Medžiagų ilgaamžiškumo prognozavimo teorija ir praktika. 10.1 Medžiagų atsparumo šalčiui teorija ir praktika Nėra labai tiksliai nustatyta ilgaamžiškumo sąvoka. Ilgaamžiškumui svarbu a)vandens poveikis medžiagoms ir tuo yra surištas medžiagos atsparumas šalčiui; b)temperatūrų pokyčiai; c)vėjo įtaka (ypač tai aktualu Klaipėdai) Medžiagų atsparumas šalčiui. V.Beleliukoskio metodika naudojama visame pasaulyje (dar vadinama standartiniu metodu). Kodėl medžiagos yra veikiant šalčiui? Medžiaga yra tik tada, kai yra prisotinta vandens. Yra nustatyta, jei medžiagos prisotinimo koeficientas > už 0.8, tai tokios medžiagos laikomos atspariomis šalčiui. Tankios medžiagos yra atsparios šalčiui, o statybinės medžiagos yra akytos (atviros ir uždaros akutės). Jei akutė pripildyta vandens 85%, tai užšalęs vanduo padidina tūrį 10%. Jei vandens yra daugiau, tai atsiranda tempimo įtempimai. Kaip praktiškai patikrinamas medžiagos atsparumas šalčiui. Yra 3 metodai: 1)tūrinio šaldymo metodas (standartinis); 2)paviršinio šaldymo; 3)medžiagą mirkant druskų tirpale (plačiai nenaud). 1) nustatant atsparumą šalčiui bandiniai skirstomi į 2 grupes: a) juos užšaldžius ir atšildžius; b)kontroliniai bandiniai. Medžiagų atsparumas šalčiui- tai įmirkytos vandeny medžiagos savybė atlaikyti daugkartinį įšilimą, atšalimą, nežymiai sumažėjant stiprumui ir masei. Bandinių skaičius parenkamas įvertinant standarto reikalavimus. Ciklas –įmirkytos vandeny medžiagos atšaldymas iki -17°C, išlaikymas tam tikrą laiką ir atšildymas iki normalios temperatūros +20°C. Ciklų skaičius kartojamas nuo 15 ik 500 kartų. Atsparumo šalčiu markė žymima F15, F500 (reiškia, kad ta medžiaga atlaikė 15, 500 užšaldymo, atšildymo ciklų). Stiprio sumažėjimas gali būti iki R→25%, o masės m→5%. Atlikus tam tikrą ciklų skaičių, nurodomas stiprio ir masės pokyčiai. Jei stipris ir masė neviršija nurodytos ribos, tai bandinys atlaikė medžiagos atsparumą šalčiui. 1 Medžiagotyros objektas. Medžiagų parinkimo reikšmė 1.1 Medžiagotyros esmė ir apibrėžimai 1.2 Medžiaga materijos rūšis ir form 1.3 Medžiagos pagrindinė savybė 1.4 Medžiagotyros ir technollgijų vienovė ir išskirtinum Medžiagot reikšmė. 2 Medžiagų klasifikavimas pagal būsenas, sandarą, kilmę, praktinį panaudojimą 2.1 Homogeninės ir heterogeninės medžiagos 2.2 Metalai ir nemetalai, savybės, panaudojimas. 2.3 Teoriniai neorganinių medžiagų sandaros pagrindai. 2.4 Medžiagų būviai. Dujinis, skysčiai ir kietieji komponentai. 3 Medžiagų sąnaudos, savybių ryšys ir sąveika. Jų įvertinimo ir išraiškos formos 3.1 Heterogeninės sistemos struktūros analizė. 3.2 Medžiagos struktūros ir savybių ryšys. 4 Cheminių ir fizikinių, geocheminių ir technologinių procesų ir jų parametrų įtaka medžiagų sandarai ir savybėms 4.1 Vandens savybės ir vaidmuo heterogeninėse ir homogeninėse sistemose 4.2 Bendri heterogeninių reakcijų dėsningumai, jų vyksmo kinetika 4.3 Rišamosios mineralinės medžiagos, rišamųjų savybių atsiradimo priežastys 4.4 Rišamųjų medžiagų hidratacija ir kietėjimas 4.5 Technologiniai procesai ir jų parametrai:lydymas, kaitinimas, degimas, deformacija. Smulkinimas; malimas; klasifikavimas; transportavimas. 5 Medžiagos sandaros ir tyrimo metodai 5.1 Medžiagų tyrimų metodų klasifikavimas 5.2 Mechaniniai tyrimo metodai 5.3 Fizikiniai tyrimo metodai: 5.4 Fizikiniai - Cheminiai tyrimo metodai 5.5 Optinė mikroskopija. 5.6 Rentgeno analizė. 5.7 Elektroninė mikroskopija. 5.8 Spektroskopiniai tyrimo metodai. 6 Gamtinių medžiagų parinkimas ir praktinis panaudojimas 6.1 Mineralinės gamtinės medžiagos , jų klasifikavimas 6.2 Žaliavos rišamosioms medžiagoms, keramikai, stiklui, betonui ir statybiniams mišiniams. 7 Dirbtiniai medžiagų gamybos optimizavimo principai galutinio produkto tiksliam panaudojimui 7.1 Technologijų ir žaliavų parinkimas 7.2 Kompozicinės medžiagos 8 Klimato bei eksploatacijos veiksnių poveikis medžiagų senėjimui, korozijai, destrukcijai 8.1 Vandens, vandens garų , temperatūrų pokyčių poveikis medžiagoms 8.2 Cheminių medžiagų poveikis svarbiausioms medžiagų grupėms ir metalams 9 Projektavimo, konsultavimo ir projektų įgyvendinimo kokybės įtaka optimaliam funkciniam medžiagų panaudojimui 9.1 Pagrindinių statybinių medžiagų grupių daugiavarijacinio funkcinio parinkimo principai 10 Medžiagų ilgaamžiškumo prognozavimo teorija ir praktika. 10.1 Medžiagų atsparumo šalčiui teorija ir praktika

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!