Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Олимпиада - 2008 (олимпиады 2007, 2009, 2010)

Всероссийская Интернет-олимпиада школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий

03. Основной тур, ответы: Ц5. Дорогу осилит идущий (конструкционные материалы)

Перечислите основные клинкерные минералы, составляющие портландцемент (2 балла). Какой минерал отвечает за набор прочности в цементном камне в первые трое суток, как изменение степени дисперсности этой фазы может сказаться на механических характеристиках (2 балла)? Избыточное содержание какого клинкерного минерала в наибольшей степени снижает прочность цементного камня?(2 балла)

Основные минералы портландцемента:

  1. Алит, 3CaO·SiO2 – трехкальциевый силикат
  2. Белит, 2CaO·SiO2– двухкальциевый силикат
  3. Трехкальциевый алюминат, 3CaO·Al2O3
  4. Четырехкальциевый алюмоферрит, 4CaO·Al2O3·Fe2O3
  5. Алюмоферрит кальция, 2CaO (Al2O3, Fe2O3)
  6. Свободная известь, CaO
  7. Периклаз, MgO
  8. Щелочесодержащий алюминат, (K,Na)2O·8CaO·3Al2O3
  9. Сульфат щелочного металла, (K,Na)2SO4
  10. Сульфат кальция, CaSO4·2H2O

В клинкере могут быть и другие компоненты, например окись магния МgО, окислы щелочных металлов К2О и Nа2О, ангидрид серной кислоты SО3, двуокись титана ТiO2, фосфорный ангидрид Р2О5, окись марганца Мn2Оз. Эти окислы в той или иной степени влияют на качество цемента.

В первые трое суток за набор прочности отвечает алит. Совместное влияние тонкости помола цемента, содержания в клинкере алита и его реакционной способности на ускорение на ускорение гидратации цемента, а следовательно, и на начальную прочность цементного камня ограничивается предельной степенью перенасыщения жидкой фазы цементно-водной суспензии и способностью поддерживать это высокое перенасыщение на весь период гидратации цемента. Следовательно прочность цементного камня в первые сроки твердения аддитивно определяется всеми перечисленными факторами, т.е. начальная прочность может быть получена преимущественно за счет одного из них. Различные фракции цементного порошка по-разному влияют на прочность цементного камня, и на скорость его твердения. Многочисленные исследования, проводившиеся как в нашей стране, так и за рубежом, позволили установить зависимость между количеством зерен определенного размера прочностью и скоростью твердения цемента. Равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующих зерновых составах: зерен мельче 5 мкм – не более 20 %, зерен размерами 5-20 мкм – около 40-45 %, зерен размерами 20-40 мкм – 20-25 %, а зерен крупнее 40 мкм – 15-20 %. Правильно сформированный гранулометрический состав, позволяет получать высокоактивный быстротвердеющий цемент при абсолютно рядовых показателях его удельной поверхности. Необходимо изменять дисперсность цементного порошка таким образом, чтобы интенсивность взаимодействия воды с цементным зерном была максимальной (частицы осколочной формы с острыми углами и сильно развитой конфигурацией поверхности). Увеличение удельной поверхности алита приводит к повышению прочностных характеристик цементного камня.

Избыточное содержание трехкальциевого алюмината приводит к потере прочности цементного камня. Трехкальциевый гидроалюминат при взаимодействии с гипсом образует комплексное соединение гидросульфоалюминат кальция (эттрингит). Кристаллы эттрингита, обволакивая зерна цемента, замедляют процессы взаимодействия с водой. Излишнее содержание эттрингита приводит к значительной потере прочности цементного камня.

2. Приведите формальную схему гидратации основных клинкерных минералов (1 балл). Предположите, по какому механизму может протекать процесс гидратации; почему замена атома водорода в воде на дейтерий приводит к снижению прочности цементного камня (3 балла)?

Формальная схема гидратации основных клинкерных минералов:

1) Гидратация алита:

2(3CaO·SiO2) + 6H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2

2) Гидратация белита:

2(2CaO·SiO2) + 4H2O → 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2

3) Гидратация трехкальциевого алюмината:

3CaO·Al2O3 + 3CaSO4 + 32H2O → Ca6(AlO3)2(SO4)3·32H2O

Ca6(AlO3)2(SO4)3·32H2O + Ca3(AlO3)2 + 4H2O → 3Ca4(AlO3)2(SO4)·12H2O

4) Гидратация четырехкальциевого алюмоферрита:

4CaO·Al2O3·Fe2O3 + CaSO4 + 16H2O → Ca4(AlO3)2(SO4)·12H2O + Ca(OH)2 + 2Fe(OH)3

Изучение кинетики химических реакций, протекающих при гидратации силикатных материалов с водой, осложняется многими факторами. Так, в процессе химических реакций состав и строение взаимодействующих фаз изменяется. Водный раствор в процессе взаимодействия с минералами постоянно меняет ионный состав, поэтому активность ионов в дисперсионной среде влияет на качественный и количественный состав гидратных новообразований дисперсной фазы. Как правило, на начальной стадии гидратации на границе раздела фаз образуется гелеобразная пленка толщиной в несколько ангстрем, химический состав и строение которой зависит от физико-химических свойств воды. Существенно, что в процессе гидратации маршрут и дальнейшее течение химических реакций зависит от начальной стадии разрыва химических связей взаимодействующих компонентов. Важным фактором, влияющим на морфологический состав силикатов, является разрыв химических связей в молекуле воды и последующий перенос протона или гидроксила из жидкости на твердую фазу. В принципе процесс гидратации может происходить по ионному, молекулярному или радикальному маршрутам.

Можно перечислить факторы, оказывающие влияние на механизм и скорость взаимодействия воды с минералами:

  1. искажение правильного строения элементарных ячеек решеток кристаллов минералов;
  2. их деформация;
  3. увеличение концентрации дефектов в кристаллических решетках;
  4. изменение концентрации в кристаллических решетках вакансий, чужеродных ионов, дислокаций и дефектов.

Смещение частотных составляющих валентных колебаний дейтона в тяжелой воде обуславливает ее низкую активность и меньшую кинетическую подвижность в процессах гидратации, что приводит к значительной потере прочности цементного камня. Более того, возможно нарушение оптимальных соотношений коллоидных и кристаллических составляющих цементного камня, что приводит к дополнительному снижению прочностных характеристик.

 



Исходное задание

Сама важность
Сама важность

VIII Всероссийская конференция по наноматериалам.
21-24 ноября 2023 г. состоится VIII Всероссийская конференция по наноматериалам в Москве (ИМЕТ РАН). Направления работы: фундаментальные основы синтеза нанопорошков; Наноструктурные пленки и покрытия; объемные наноматериалы; инновационные применения нанотехнологий (энергетика, машиностроение, медицина и др.) и развитие методов аттестации наноматериалов. Регистрация и подача тезисов докладов проводится до 15 сентября 2023 г. только через регистрационную форму сайта.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Всегда ли смачивание уменьшает трение? Стабилизируя поры. Уроки Природы. Пингвины подсказали ученым идею создания прочного противообледенительного покрытия. Если снежинка не растает, или о температуре мыльных пузырей. XII Международная конференция “Фазовые превращения и прочность кристаллов”
памяти академика Г.В. Курдюмова (ФППК-2022)

SCAMT Workshop Week (3-в-1) - практикум по нанотехнологиям в области хим/био/IT. Санкт-Петебург, 12-19 марта
SCAMT открывает прием заявок на 10-ую юбилейную научную школу SCAMT Workshop Week, которая пройдет с 12 по 19 марта 2023 года!
SCAMT Workshop Week — первый формат научной школы по формуле: 1 неделя - 1 проект, где на одной площадке собираются участники из разных областей естественных наук.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2022 году
коллектив авторов
24 - 27 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Пятилетка Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!": что было и что может быть в будущем
Е.А.Гудилин , А.А.Семенова
Уже более 15 лет живет и развивается Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". За всю историю Олимпиады было предложено много инновационных решений, охват олимпиадой составил более 50 000 участников по всей Российской Федерации и странам ближнего зарубежья. В статье приводятся статистические данные по Олимпиаде и возможные пути ее дальнейшего развития.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.