ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОГО

Учреждение образования
«Белорусский государственный технологический университет»
Утверждаю
Ректор БГТУ, профессор
_____________ Жарский И.М.
«___» _____________ 2012 г.
Регистрационный № УД/баз.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОГО
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
Учебная программа для специальности:
1-48 80 02 Технология силикатных и тугоплавких неметаллических
материалов
Минск
2012 г.
Составитель:
М.И. Кузьменков – профессор кафедры химической технологии
вяжущих
материалов
учреждения
образования
«Белорусский
государственный технологический университет», доктор технических
наук, профессор
Рецензенты:
В.В. Бабицкий – профессор кафедры «Технология бетона и
строительные материалы» Белорусского национального технического
университета, доктор технических наук, профессор.
И.В. Пищ – профессор кафедры технологии стекла и керамики
учреждения образования «Белорусский государственный технологический
университет», доктор технических наук, профессор.
Рекомендована к утверждению:
Кафедрой химической технологии вяжущих материалов учреждения
образования
«Белорусский
государственный
технологический
университет» (протокол №1 от 05.09.2012 г.).
Учебно-методическим
советом
учреждения
образования
«Белорусский государственный технологический университет» (протокол
№1
от 07.09.2012 г.).
Ответственный за выпуск М.И. Кузьменков
2
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Изучение дисциплины «Физико-химические основы строительного
материаловедения» является актуальным, поскольку это обеспечивает
углубленное освоение теоретических основ создания строительных
материалов, отвечающих современным требованиям, предъявляемым к
ним, а именно обладать малой энергоемкостью, высокими
эксплуатационными
свойствами,
долговечностью,
безупречными
санитарно-гигиеническими свойствами и др.
Данная дисциплина является связующим звеном между
фундаментальными общеобразовательными дисциплинами – химией,
физикой с одной стороны и промышленными технологиями производства
современных строительных материалов со второй стороны.
Дисциплина
«Физико-химические
основы
строительного
материаловедения» относится к блоку специальных дисциплин
специальности
1 – 48 80 02 «Технология силикатных и тугоплавких
неметаллических материалов».
Цель дисциплины «Физико-химические основы строительного
материаловедения»:
– освоить методологию создания высокоэффективных строительных
материалов;
– дать углубленные представления о термодинамических свойствах
исходных веществ, предназначенных для получения строительных
материалов;
– изучить кинетику фазообразования при термообработке исходных
сырьевых смесей;
– дать представление об эксергетическом подходе при выборе вида
исходных веществ для получения строительных материалов;
– привить навыки использования фазовых диаграмм состояния для
проектирования минералогического состава композиционного материалов;
– дать знания о свойствах специальных видов неорганических,
органических и органоминеральных вяжущих и возможностях их
применения в составе композитов;
– дать представление о наноматериалах, нанотехнологиях в
строительном материаловедении;
– изучить основные наиболее перспективные направления
энергосбережения при производстве строительных материалов.
Задача дисциплины «Физико-химические основы строительного
материаловедения» состоит в том, чтобы дать современное представление
о физико-химических процессах, лежащих в основе производства
важнейших видов минеральных вяжущих и композиционных материалов
строительного назначения.
Дисциплина
«Физико-химические
основы
строительного
материаловедения» обеспечивает умение:
– выбрать на основании физико-химических основ процесса
3
оптимальные
температурно-временные
параметры
производства,
обеспечивающие сочетание достижения высоких эксплуатационных
свойств и минимизацию энергозатрат;
– управлять структурой и свойствами композиционных материалов
строительного назначения.
Дисциплина
«Физико-химические
основы
строительного
материаловедения» обеспечивает знание характера влияния основных
технологических параметров (температуры, времени, концентрации) на
физико-механические,
термические
и
химические
свойства
композиционных материалов.
Освоение образовательной программы магистратуры обеспечивает
формирование следующих групп компетенций:
академических
компетенций
–
углубленных
научно–
теоретических, методологических знаний и исследовательских умений,
обеспечивающих разработку научно–исследовательских проектов или
решение задач научного исследования, инновационной деятельности,
непрерывного самообразования;
социально–личностных компетенций – личностных качеств и
умений следовать социально–культурным и нравственным ценностям;
способностей к социальному, межкультурному взаимодействию,
критическому мышлению; социальной ответственности, позволяющих
решать социально–профессиональные, организационно–управленческие,
воспитательные задачи;
профессиональных компетенций – углубленных знаний по
специальным
дисциплинам
и
способностей
решать
сложные
профессиональные задачи, задачи научно–исследовательской и научно–
педагогической деятельности, разрабатывать и внедрять инновационные
проекты,
осуществлять
непрерывное
профессиональное
самосовершенствование.
Требования к академическим компетенциям магистра
Магистр должен:
АК–1. Самостоятельно осуществлять научно–исследовательскую
деятельность
(анализировать,
сопоставлять,
систематизировать,
абстрагировать, моделировать, проверять достоверность данных,
принимать решения и др.), генерировать и использовать новые идеи.
АК–2. Владеть методологическими знаниями и исследовательскими
навыками, обеспечивающими решение задач научно–исследовательской,
производственно-технологической, научно-педагогической и проектной
деятельности.
АК–3. Быть способным к постоянному самообразованию.
АК–4. Самостоятельно приобретать новые знания и умения, в том
числе в областях знаний, непосредственно не связанных со сферой
деятельности.
АК–5. Использовать базы данных, пакеты прикладных программ и
средства компьютерной графики.
4
Требования к социально–личностным компетенциям магистра
Магистр должен:
СЛК–1. Уметь учитывать социальные и нравственно–этические
нормы в социально–профессиональной деятельности.
СЛК–2. Быть способным к сотрудничеству и работе в команде.
СЛК–3. Владеть коммуникативными способностями для работы в
междисциплинарной и международной среде.
СЛК–4. Совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и
общекультурный уровень, добиваться нравственного и физического
совершенствования своей личности.
СЛК–5. Формировать и аргументировать собственные суждения и
профессиональную позицию.
СЛК–6. Анализировать социальные, этические, научные и
технические проблемы, возникающие в профессиональной деятельности, и
принимать соответствующие решения.
Требования к профессиональным компетенциям магистра
Магистр должен обладать следующими профессиональными
компетенциями (ПК):
Научно–исследовательская деятельность
ПК–1. Участвовать в разработке планов и программ проведения
научных исследований и технических разработок.
ПК–2. Обрабатывать, анализировать и систематизировать научно–
техническую информацию по теме исследования, осуществлять выбор
методик и средств решения задач.
ПК–3. Использовать
современные
приборы
и
методики,
организовывать проведение экспериментов и испытаний, проводить их
обработку и анализировать их результаты.
Производственно–технологическая деятельность
ПК–4. Решать профессиональные производственные задачи –
контроль
технологического
процесса,
выбор
оборудования
и
технологической оснастки.
ПК–5. Совершенствовать технологический процесс – разрабатывать
мероприятия по комплексному использованию сырья, по замене
дефицитных материалов и изысканию способов утилизации отходов
производства, исследовать причины брака в производстве и разрабатывать
предложения по его предупреждению и устранению.
ПК–6. Оценивать экономическую эффективность технологических
процессов и инновационно-технологические риски при внедрении новых
технологий.
ПК–7. Оценивать эффективность новых технологий и внедрять их в
производство.
Научно-педагогическая деятельность
ПК–8. Проводить учебные занятия в учреждениях среднего
специального и высшего образования.
5
ПК–9. Разрабатывать учебно-методическую документацию для
проведения учебного процесса.
ПК-10. Создавать новые экспериментальные установки для
проведения лабораторных практикумов.
ПК-11. Осваивать и внедрять в учебный процесс инновационные
образовательные технологии.
ПК-12. Руководить
научно-исследовательской
работой
обучающихся.
ПК-13. Планировать и организовывать воспитательную работу с
обучающимися.
ПК-14. Осуществлять мониторинг образовательного процесса,
диагностику результатов учебной и воспитательной деятельности.
Проектная деятельность
ПК–15. Строить и использовать модели для описания и
прогнозирования различных явлений, осуществлять их качественный и
количественный анализ.
ПК–16. Проводить
патентные
исследования,
обеспечивать
патентную чистоту новых проектных решений и патентоспособность
показателей технического уровня проекта.
ПК–17. Проводить технические и технологические расчеты по
проектам, технико-экономический анализ эффективности проектов.
ПК–18. Использовать пакеты прикладных программ при выполнении
проектных работ.
ПК–19. Разрабатывать методические и нормативные документы,
техническую документацию, а также предложения и мероприятия по
реализации разработанных проектов и программ.
Учебный план предусматривает для изучения дисциплины 140
часов, из них 52 аудиторных. Примерное распределение этих часов по
видам занятий: лекций 30 часов, лабораторных 22, для самостоятельной
подготовки 88.
Дисциплина
«Физико-химические
основы
строительного
материаловедения» базируется на общеобразовательных дисциплинах,
включенных в учебный план специальности 1 – 48 01 01 01 «Химическая
технология неорганических веществ, материалов и изделий»,
специализации
1 – 48 01 01 14 «Химическая технология
вяжущих материалов»,
1 – 48 01 01 07 «Технология
строительных материалов на основе вяжущих веществ», 1 – 48 01 01 08
«Технология неорганических полимерных связующих и композиционных
материалов».
Изучение дисциплины «Физико-химические основы строительного
материаловедения» базируется на дисциплинах «Физическая химия
силикатных и тугоплавких соединений», «Химическая технология
вяжущих веществ», «Технология автоклавных материалах и изделий»,
«Технология специальных цементах и композиционных материалов
6
технического назначения», «Гидролиз и твердение минеральных вяжущих
веществ» на знаниях фундаментальных основ физической, коллоидной
химии и физики и химии твердого тела.
Для самостоятельной работы студентов рекомендуется проработать
литературные источники, касающиеся путей энергосбережения в
производстве строительных материалов.
2. ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
п/п
1
2
3
Название раздела, темы
Структурно-управляемый
синтез вяжущих веществ и
композитов на их основе
Пути
интенсификации
технологических
процессов
производства
строительных
материалов
Пути энергосбережения, в т.ч.
за счет альтернативных видов
топлива
ИТОГО:
Количество аудиторных часов
лекции
лабораторные работы
10
8
10
8
10
6
30
22
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Структурно-управляемый синтез вяжущих
веществ и композитов на их основе
Методология постановки лабораторного исследования процесса
получения минеральных вяжущих с заданными свойствами. Научнообоснованный выбор вида минерального вяжущего для разработки состава
композиционного материала строительного и технического назначения.
Способы формирования заданной структуры конечного материала.
Регулирование важнейших структурных параметров – пористости,
плотности, дисперсности структурных кластеров.
Наноматериалы и способы их получения. Способы их получения и
применения в составе композиционных материалов технического и
строительного назначения.
Национальные и международные стандарты на важнейшие
строительные материалы.
3.2. Пути интенсификации технологических процессов
производства строительных материалов
7
Использование химических добавок для ускорения процесса
декарбонизации в технологии строительной извести и портландцемента, а
также магнезиальных вяжущих, получаемых из доломита. Применение
минерализаторов, обеспечивающих ускорение процессов твердофазового
взаимодействия в силикатных системах.
3.3. Пути энергосбережения,
в т.ч. за счет альтернативных видов топлива
Характеристика и способы применения новых видов топлива –
нефтяного кокса, древесных отходов, торфа, горючих сланцев.
Применение высокоэффективных теплоизоляционных материалов для
снижения потерь тепловой энергии в высокотемпературных силикатных
технологиях.
4. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1 Лабораторные занятия
Цель выполнения лабораторных работ состоит в приобретении
навыков обработки информации о процессах фазовых и других физикохимических превращений, полученных с помощью различных методов
исследования.
Основная тематика лабораторных занятий
№ п/п
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Название темы лабораторных занятий
2
Термогравиометрическое исследование процессов дегидратации
дигидрата сульфата кальция.
Термогравиометрическое исследование процессов дегидратации гидратов природных алюмосиликатов.
Термогравиометрическое исследование процесса декарбонизации природных карбонатов.
Рентгенофазовый анализ цементного клинкера.
Рентгенофазовый анализ автоклавных материалов.
Рентгенофазовый анализ композиционных материалов технического
назначения.
Оптическая микроскопия цементных клинкеров.
Электрономикроскопическое исследование структуры композиционных
материалов.
Исследование кинетики силикатообразования в системе СаО – SiO2.
8
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Кузьменков, М.И. Химическая технология вяжущих веществ /
М.И. Кузьменков, О.Е. Хотянович. – Минск: БГТУ, 2008. – 275 с.
2. Кузьменков, М. И. Вяжущие вещества и технология производства
изделий на их основе / М. И. Кузьменков, Т. С. Куницкая. – Минск: БГТУ,
2003. – 212 с.
3. Рыбьев, Н.А. Основы строительного материаловедения / Н.А.
Рыбьев – М.: Высшая школа, 2006. – 700с.
4. Наназашвили, И.Х. и др. Строительные материалы и изделия /
И.Х. Наназашвили. – М.: Адекант, 2005. – 435 с.
5. Термодинамический
и
электронный
аспекты
свойств
композиционных материалов для строительства и экозащиты. / Под ред. д.т.
н. Сватовской Л.Б. С-Пб:. изд-во Строиздат, 2004.
6. Кузнецова, Т.В. Физическая химия вяжущих материалов / Т.В.
Кузнецова, И.В. Кудряшов, В.В. Тимашев. – М.: Высшая школа, 1989. – 384
с.
7. Сулименко, Л.М. Технология минеральных вяжущих материалов и
изделий на их основе: учебник для вузов / Л.М. Сулименко. – М.: Высшая
школа, 2000. – 303 с.
Дополнительная
1. Теория цемента / Под ред. А.А. Пащенко. – К.: Буддвельшк, 1991, –
168 с.
2. W. Kurdowski. Chemia cementu. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1991–480 s.
3. Кузнецова, Т.В. Специальные цементы / Т.В. Кузнецова,
М.М.Сычев, А.П. Осокин, В.И. Корнеев, Л.Г. Судакас. С-Пб:. Строиздат
СПб, 1997. – 315 с.
4. Штарк Иохан, Вихт Бернд. Долговечность бетона / Штарк Иохан,
Вихт Бернд. – Киев: Оранта, 2004. – 301 с.
5. Козлова, В.К. Состав алюминатно-алюмоферритных фаз и их
продукты гидратации в различных цементах и смешанных вяжущих / В.К
Козлова, Ю.В. Карпова, А.М Маноха. – Барнаул: изд-во АЛТ ГТУ, 2008, –
300 с.
9
РЕЦЕНЗИЯ
на учебную программу по дисциплине «Физико-химические основы
строительного материаловедения» для магистров по специальности
1 – 48 80 02 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических
материалов» (2 ступень высшего образования).
Принимая во внимание, что обучение в магистратуре должно
преследовать цель не только подготовить диссертацию, но и углубить и
пополнить знание важнейших разделов физической химии, теоретических
основ химической технологии.
Рецензируемая базовая учебная программа для магистрантов как раз и
посвящена
этому.
В
ней
запланировано
детальное
изучение
термодинамических и кинетических аспектов реакций дегидратации
кристаллогидратов
солей,
гидратов
алюмосиликатов,
реакций
декарбонизации, т.е. исходных веществ, используемых для получения
важнейших минеральных вяжущих веществ.
Уделено, достаточное внимание вопросам, связанным с изучением
механизма твердофазового взаимодействия в процессе термообработки
сырьевых смесей.
Заслуживает одобрения тот факт, что программой предусмотрено
углубленное
изучение
возможностей,
т.е.
их
информативности,
физических и физико-химических методов исследования, включая
представления о наноматериалах и их применения.
Для
закрепления
теоретического
материала
предусмотрено
выполнение ряда лабораторных работ.
Замечаний принципиального характера по базовой программе нет и
поэтому ее можно рекомендовать к утверждению.
Профессор кафедры
«Технология стекла и керамики»
БГТУ, д.т.н.
И.В. Пищ
10
РЕЦЕНЗИЯ
на учебную программу по дисциплине «Физико-химические основы
строительного материаловедения» для магистров по специальности
1 – 48 80 02 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических
материалов» (2 ступень высшего образования).
Учебная программа составлена профессором кафедры химической технологии вяжущих материалов, д.т.н. Кузьменковым М.И. Она включает все необходимые разделы.
В пояснительной записке сформулирована актуальность изучения данной
специальной дисциплины, указано ее место среди других дисциплин, изучаемых в магистратуре.
Подробна, изложена цель, которая преследуется при изучении дисциплины.
Конкретно отражено то, чем должен овладеть магистрант, изучив дисциплину «Физико-химические основы строительного материаловедения».
Основным разделом в учебной программе является примерный тематический план, в котором изложены три основные разделы дисциплины.
В первом планируется детально изучить физико-химические основы получения важнейших видов минеральных вяжущих (гипсовых, известковых,
портландцемента). Во втором – суть структурноуправлямого синтеза вяжущих
веществ и строительных материалов с заданной структурой и свойствами. В
третьем разделе будут даны сведения о возможностях современных методов
исследования для изучения структуры создаваемых материалов.
Изучение дисциплины «Физико-химические основы строительного материаловедения» будет закрепляться лабораторным практикумом, который предусматривает изучение важнейших стадий синтеза минеральных вяжущих веществ и композиционных материалов строительного назначения с помощью
физических и физико-химических методов.
В программе дается список новейшей рекомендуемой литературы.
Считаю, что программа составлена весьма профессионально и может быть
рекомендована к утверждению.
Профессор кафедры
«Технология бетона
и строительные материалы»
БНТУ, д.т.н.
В.В. Бабицкий
11