Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
«Белгородский государственный технологический университет
им. »
«УТВЕРЖДЕНО» Советом института строительного материаловедения БГТУ им. «___»_____________2010 г. протокол №____ Председатель Совета ________________ (подпись) |
ПРОГРАММА
дисциплины
«Физико-химические и технологические принципы создания новых типов наноструктурированных вяжущих с высокими эксплутационными и энергосберегающими характеристиками»
для слушателей курса переподготовки по направлению «Производство бесцементных наноструктурированных вяжущих негидратационного твердения и композиционных материалов строительного и специального назначения на их основе»
Белгород – 2010
Составитель (составители): д. т.н., проф. ()
(ученая степень и звание, подпись) (инициалы, фамилия)
к. г.-м. н., доц. ()
(ученая степень и звание, подпись) (инициалы, фамилия)
к. т.н., доц. ()
(ученая степень и звание, подпись) (инициалы, фамилия)
Рабочая программа согласована с выпускающей кафедрой ________________
Строительного материаловедения, изделий и конструкций___________________
(название кафедры)
Заведующий кафедрой ___________________
(подпись) (ФИО)
«______» ____________________2010 г.
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций «__» _________2010 г., протокол № __
Заведующий кафедрой, д. т.н., профессор____________________()
(ученая степень и звание, подпись) (инициалы, фамилия)
Заведующий секцией «Наносистемы в строительном материаловедении»,
д. т.н., проф. _____________________
Вид учебной нагрузки и контроля знаний: | Объем, час |
Трудоемкость по видам учебной работы, ч. | 26 |
Лекции | 18 |
Самостоятельная работа | 6 |
Экзамен | 2 |
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО
В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
1.1 Цель преподавания дисциплины
Дисциплина «Физико-химические и технологические принципы создания новых типов наноструктурированных вяжущих с высокими эксплутационными и энергосберегающими характеристиками» является одной из важных прикладных дисциплин при профессиональной переподготовки кадров, связанной с производством строительных материалов и изделий.
Изучение дисциплины «Физико-химические и технологические принципы создания новых типов наноструктурированных вяжущих с высокими эксплутационными и энергосберегающими характеристиками» необходимо и при изучении специальных дисциплин. Целью преподавания данной дисциплины является повышение квалификации специалистов в области строительной индустрии. Дисциплина направлена на освоение обучающимися современных научных разработок с использованием нанотехнологией в области производства вяжущих веществ и бетонов. Рассмотрение процессов, закономерностей происходящих на наноуровне в новых вяжущих веществах. Огромный опыт, накопленный при изучении ультрадисперсных систем, может быть эффективно использован для решения ряда задач при получении новых видов вяжущих, с получением материалов на их основе с высокими эксплутационными характеристиками.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Основными задачами курса «Физико-химические и технологические принципы создания новых типов наноструктурированных вяжущих с высокими эксплутационными и энергосберегающими характеристиками» являются:
- изучение основных закономерностей между составом, внутренним строением и свойствами композиционных материалов;
- дать конкретные представления явлений, протекающих в системах на молекулярном уровне, показать, как экстраполированные феноменологические законы физики и химии нанообъектов действуют в реальных дисперсных системах при создании новых видов вяжущих;
- дать представления явлений, протекающих в системах на наноуровне с точки зрения физической химии;
- рассмотрение принципов выбора технологических решений создания материалов с наноструктурными характеристиками;
- внедрения передовых научных достижений в области строительного материаловедения с рациональным расходом сырья, энергоресурсов, повышенным качеством строительных материалов, высокими сроками эксплуатации строительных объектов и развитию темпов строительной отрасли.
После изучения дисциплины слушатель должен знать:
- физико-химические процессы, протекающие на различных технологических стадиях получения новых видов минеральных вяжущих
- научные основы технологии получения композитов строительного и специального назначения на основе минеральных наноструктурированных вяжущих
- технологические процессы получения композитов с использованием наносистем.
- основные сведения о современных методах исследований и контроля качества нано - и мезоструктурных материалов для анализа их свойств, надежности и долговечности.
- о научных достижениях при создании строительных материалов в области физико-химии вяжущих веществ, коллоидной химии, физико-химии дисперсных систем, выполненных на уровне нанотехнологии.
- основы принципиально новых подходов при проектировании строительных материалов с функциональными свойствами, заданными на наноразмерной уровне их структурной организации.
После изучения дисциплины слушатель должен уметь:
- оценивать возможности и требования современной технологии при создании новых видов вяжущих;
- ориентироваться в современных научных подходах при создании новых вяжущих;
- разбираться в технологических процессах получения и обработки наноматериалов, их возможностях, ограничениях, взаимосвязях и перспективах развития;
- пользоваться физико-химическими моделями, описывающими процессы нанотехнологий и адекватно их применять.
2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ТРУДОЕМКОСТИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Вид учебной работы | Обоз наче ние | Всего часов | |
Общая трудоемкость дисциплины, час | 26 |
| |
Аудиторные занятия, в т. ч.: |
| ||
лекции | Л | 18 |
|
Самостоятельная работа слушателей | СРС | 6 |
|
Вид контроля (зачет, экзамен) | Э | 2 |
|
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Наименование тем, их содержание и объем
№ п/п | Тема лекции (краткое содержание лекции) | К-во лекционных часов | Объем на тематический раздел, час | ||
Практические и др. занятия | Лабора торные занятия | Само стоятель ная работа | |||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Введение | |||||
1 | Предмет и содержание курса. Введение в нанотехнологию. Особые свойства наноматериалов. Основные исторические этапы развития наносистемного материаловедения. Теории твердения минеральных вяжущих веществ. Наноматериалы использующиеся при производстве строительных изделий. Классификация наноструктурированных материалов. | 2 | 1 | ||
Основные термины и понятия | |||||
2 | Общие вопросы. Основные принципы формирования наносистем и наноматериалов. Физико-химические аспекты минеральных вяжущих веществ. Материалы строительного и специального назначения на основе негидратационного типа твердения. | 2 | |||
Основы физической химии наноструктурированных материалов | |||||
3 | Термодинамика поверхности, основы физической химии наносистем; уравнения и характеристики условий термодинамической стабильности межфазных границ в наносистемах; особенности поверхностных процессов в микро - и наноструктурах: размерные эффекты и фазовые переходы; формирование наноструктур; самоорганизация наноразмерных упорядоченных структур. | 2 | |||
Важнейшие классы вяжущих с различными механизмами твердения | |||||
4 | Портландцемент. Особенности его производства. Свойства, процессы твердения портландцемента. Процессы гидратации портландцемента, образование наночастиц. Области применения портландцемента. Отличительные характеристики, свойства материалов на основе портландцемента. | 2 | |||
5 | Геополимеры. Общие сведения. Основное сырье для геополимеров. Особенности твердения геополимеров. Материалы и изделия на основе геополимеров. Отличительные характеристики, свойства материалов на основе геополимеров и композиционных вяжущих на их основе. | 2 | |||
6 | Наноструктурированное вяжущее (НВ). Общие сведения. Основное сырье для НВ. Особенности твердения НВ. Материалы и изделия на основе НВ. Отличительные характеристики, свойства материалов на основе НВ. Особенности применения композитов строительного и специального назначения на основе наноструктурированных минеральных вяжущих в различных условиях их эксплуатации. Прогнозирование высоких эксплутационных характеристик материалов путем управления процессами структурообразования в присутствии нанодисперсных частиц. | 2 | |||
Особенности технологии изготовления минеральных вяжущих негидратационного твердения | |||||
7 | Технологические этапы производства геополимеров, НВ. Технологическое оборудование позволяющее производить наноструктурированные бесцементные вяжущие негидратационного типа твердения. Методы модифицирования вяжущих с применением наноматериалов. | 2 | 1 | ||
Экономико – экологические аспекты производства и применения вяжущих различного типа твердения | |||||
8 | Сравнительная характеристика вяжущих на основе портландцемента, геополимеров, наноструктурированного вяжущего. Энергозатраты при производстве новых видов вяжущих. Экологические последствия производства новых минеральных вяжущих. | 2 | |||
ВСЕГО | 16 | 2 |
3.2. Перечень контрольных вопросов
№ п/п | Наименование вопросов |
1 | Что вы понимаете под термином «наноструктурированное вяжущее»? |
2 | Что такое наноматериалы. Основные свойства наноматериалов? |
3 | Назовите основные исторические этапы развития строительного материаловедения? |
4 | Приведите примеры и опишите наиболее успешные внедрения наноразмерных материалов в строительное материалы? |
5 | Что вы понимаете под гидратационным твердением минеральных вяжущих веществ? |
6 | Назовите существующие теории негидратационного твердения вяжущих веществ? |
7 | Принципы самоорганизации наночастиц и наносистем. Примеры самоорганизующихся наносистем. |
8 | Назовите наноматериалы использующиеся при производстве строительных изделий |
9 | Классификация процессов микро - и нанотехнологии по физико-химической сущности. |
10 | Классификация процессов микро - и нанотехнологии по виду процесса. |
11 | Классификация процессов микро - и нанотехнологии по характеру протекания процессов. |
12 | Перечислите материалы строительного назначения на основе негидратационного типа твердения. |
13 | Какие существуют критерии оценки сырья для получения новых типов наноструктурированных вяжущих? |
14 | Термодинамическая характеристика дисперсных систем |
15 | Термодинамика поверхности, процессы на поверхности.. |
16 | Особенности поверхностных процессов в наноструктурированных вяжущих. |
17 | Уравнения и характеристики условий термодинамической стабильности межфазных границ в наносистемах. |
18 | Какие существуют эффекты и фазовые переходы в наноструктурах? |
19 | Особенности производства портландцемента. |
20 | Основные физическо-химические процессы твердения портландцемента. |
21 | Формирования наночастиц при гидратации портланцемента. |
22 | Области применения потрланцемента. Материалы на его основе. |
23 | Свойства материалов на основе портландцемента. |
24 | Геополимеры. Выбор и оценка сырья для производства геополимеров. |
25 | Основные стадии процессов твердения геополимеров. |
26 | Материалы на основе геополимеров, их свойства и эксплутационные характеристики. |
27 | Отличие материалов на геополимерных вяжущих по составу, свойствам и техническому назначению. |
28 | Наноструктурированное вяжущее. Выбор сырья для производства наноструктурированных вяжущих. |
29 | Особенности и механизм твердения наноструктурированных вяжущих. |
30 | Области применения наноструктурированных вяжущих и эксплутационные характеристики материалов на их основе. |
31 | Технические этапы и устройства для производства наноструктурированных вяжущих |
32 | Критерии выбора вариантов технологии производства наноструктурированных вяжущих. |
33 | Технологические этапы производства геополимеров. |
34 | Прогнозирование технико-эксплутационных характеристик материалов с применением наноструктурированных вяжущих. |
35 | Возможность управления процессами структрообразования наноструктурированных вяжущих с получением строительных материалов с заданными высокими эксплутационными характеристиками. |
36 | Сущность модифицирования вяжущих с применением наноматериалов. |
37 | Сравнительные характеристики вяжущих гидратационного и негидратационного типа твердения. |
38 | Оценка энергозатрат при при производстве новых видов вяжущих. |
39 | Возможность расширения сырьевой базы и использование техногенных отходов при производстве наноструктурированных вяжущих |
40 | Экологические последствия производства новых минеральных вяжущих. |
41 | Закономерности между составом, внутренним строением и свойствами композиционных материалов в присутствии наноструктурированных вяжущих |
3.3. Перечень форм и методов контроля знаний с указанием применения по видам заданий, требований к уровню усвоения материала, перечнем критериев, устанавливающих требования к оценке знаний на экзаменах и зачетах.
№ п/п | Форма контроля | Метод контроля | Вид занятий, по которым осуществляется контроль | Критерий |
1 | Текущая аттестация | Опрос | Лекции, самостоятельная работа | Знание пройденного материала |
2 | Зачет | Собеседование | Лекции, практические занятия, самостоятельная работа | Знание пройденного материала |
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Список учебной литературы
Основная литература
1. Пул, Ф. Оуэнс. Нанотехнологии. М.: Техносфера. 2000. – 328 с.
2. Волженский, вяжущие вещества / , . – М. : Стройиздат, 1986. – 464 с.
3. Davidovits J. Properties of geopolymer cements // in: Proc. 1st Int. Conf. on Alkaline
4. Тейлор, Х. Химия цемента / ; Пер. с англ. , М. : Изд-во Мир, 1996. – 560 с.
5. Коллоидная химия, , 1982. Москва, «Химия»
6. Пивинский вяжущие и огнеупорные материалы. Избранные труды. Т. 2. – СПб.: Стройиздат. – 2003.
Дополнительная литература
1. Череватова структурообразования композиционных материалов на основе высококонцентрированных вяжущих систем. // Известия высших учебных заведений. – 2007. – № 9. – С. 111-116.
2. Silva P. D. The Role of Al2O3, SiO2 and Na2O on the Amorphous → Crystalline Phase Transformation in Geopolymer Systems / P. D. Silva, K. Sagoe-Crenstil // Journal of the Australian Ceramic Society. – 2009. – № 1. – Pp. 63-71.
3. Cements and Concretes, vol. 1, Kiev State Technical University, Ukraine, 1994, pp. 131–149.
4. Шаповалов структуры наносистем на примере высококонцентрированной керамической вяжущей суспензии. / , , // Строительные материалы. – 2006. – № 9. – С. 91-92.
5. Калашников, активности магматических горных пород для производства геосинтетических вяжущих / , , и др // Межд. НТК «Новые энерго - и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов». Пенза. ПДЗ. – 2005. – С. 51-57.
5. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Организация учебного процесса по дисциплине «Физико-химические и технологические принципы создания новых типов наноструктурированных вяжущих с высокими эксплутационными и энергосберегающими характеристиками» проводится на основе специализированных аудиторий 103 УК и 104 УК, оснащенных компьютеризированным комплексом рабочего места преподавателя.
Данный комплекс включает в себя:
· Интерактивную доску Hitachi Starboard FX -77Duo, одновременно воспринимающую несколько точек касания, что позволяет управлять ею с помощью обеих рук (использовать жесты) или работать на одной доске сразу нескольким пользователям.
· Проектор Hitachi CP-A100, способный создавать изображение размером 152 см (60 дюймов) с расстояния всего 42 см благодаря использованию системы линз и зеркал (лектор при работе с доской не заслоняет проецируемое изображение на экране).
· Документ-камеру AverVision CP130, позволяющую демонстрировать на большом экране любые трехмерные объекты и бумажные документы с возможность 8х увеличения для демонстрации мелких деталей.
· Систему интерактивного опроса Turning Point 2006, обеспечивающую возможность проведения оперативного контроля знаний.
· Систему видеоконференцсвязи Sony PCS-1P, позволяющую осуществлять возможность свободного и динамичного обмена информацией и данными пространственно разнесенными корреспондентами. Система PCS-1P предоставляет эффективные возможности для реализации процессом коммуникации в дистанционном образовании.
