Автореферат диссертации (1141457), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Вследствие этого образующаясякристаллическая структура композита имеет множество дефектов, аформирующиеся из сильно пересыщенной среды контакты срастания могутобладать избыточной свободной энергией в сравнении с бездефектнымикристаллами. Поэтому фазовый контакт будет характеризоваться меньшейпрочностью, что может привести к потере прочности всей структурыкомпозита. Тогда как обеспечение низкого пересыщения в системеконденсационного твердения дигидрата способствует формированиюкристаллов достаточно большого размера, с меньшей растворимостью,обеспечивающих повышенную водостойкость.14Установлено, что водостойкость структуры дигидрата, обусловленнаяприсутствием фазовых контактов,и характеризуемая коэффициентомразмягчения, достигает значения 0,4 для составов, полученных смешиваниемотдельных фракций.
Тем самым экспериментально подтверждается вероятностьформирования контактов срастания в местах сближения частиц разногодиаметра при наличии области пересыщенного раствора.С увеличением степени пересыщения в реакционной зоне происходитповышение скорости кристаллизации. Вследствие этого образующаясякристаллическая структура композита имеет множество дефектов, аформирующиеся из сильно пересыщенной среды контакты срастания могутобладать избыточной свободной энергией в сравнении с бездефектнымикристаллами. Поэтому фазовый контакт будет характеризоваться меньшейпрочностью, что может привести к потере прочности всей структурыкомпозита. Тогда как обеспечение низкого пересыщения в системеконденсационного твердения дигидрата способствует формированиюкристаллов достаточно большого размера, с меньшей растворимостью,обеспечивающих повышенную водостойкость.Установлено, что водостойкость структуры дигидрата, обусловленнаяприсутствием фазовых контактов,и характеризуемая коэффициентомразмягчения, достигает значения 0,4 для составов, полученных смешиваниемотдельных фракций.
Тем самым экспериментально подтверждается вероятностьформирования контактов срастания в местах сближения частиц разногодиаметра при наличии области пересыщенного раствора.Посколькуизменениерастворимостидисперсныхсистемпропорционально изменению их электропроводности, то по изменениювеличины электропроводности равновесных растворов отдельных фракций, ихбинарных смесей, а также полидисперсных порошков дигидрата сульфатакальция (рисунок 5) можно судить о росте растворимости во времени.Изменение состава бинарной смеси полидисперсных порошков дигидратасульфата кальция отражается на электропроводности растворов, а,следовательно, и изменении их растворимости (рисунок 6).Растворимость, г/л1,21,151,11,0517500800085009000950010000Удельная поверхность, см2/гРисунок 5 – Изменение растворимости дигидрата в зависимостиот дисперсности порошков15Электропроводность, мкСм/см2450235022502150205019500100%40%190%30%234Время, мин80%20%70%10%5660%0%50%Рисунок 6 – Изменение электропроводности растворов бинарных смесейдвуводного гипса в течение насыщения251823162114Пористость,%191217101581361149275Предел прочности при сжатии, МПаМногостадийный процесс структурообразования систем дигидрата можноусловно дефрагментировать на два этапа.Первый этап протекает в интервале осуществления полусухогопрессования, когда обеспечивается искусственный поджим друг к другуразноразмерных зерен на расстояния близкодействующих сил в целяхустановления фазового контакта.
В этот момент происходит конденсациярастворенного вещества в активных центрах, отвечающих термодинамическимусловиям кристаллизации. Конденсация вещества возможна только в условияхпересыщения, которое в данном случае обеспечивается перекрытиемприповерхностных слоев раствора. Первые часы структурообразования ужеобеспечивают начало формирования первичной пространственной структурыбезобжигового композита.
Уже в начальный момент структура имеет прочность(рисунок 7), что обусловлено формированием основного числа активныхцентров и зародышей контактов в них.0010203040506070Время твердения, сут.Рисунок 7 – Кинетика процесса структурообразования безобжигового композита:1 –изменение прочности камня в случае твердения во влажных условиях; 2 – изменениепрочности камня в случае твердения в сухих условиях условиях; 3 –изменение пористостикамня в случае твердения во влажных условиях; 4 – изменение пористости камня в случаетвердения в сухих условиях16Установлена взаимосвязь свойств гипсового композита с величинойдавления прессования, гранулометрическим составом пресс-порошков ихарактеристиками дисперсионной среды.Следует отметить, что в случае использования в качестве сырьевой смесипорошка ненормированного зернового состава максимальный приростпрочности (более 300 %) происходит при изменении давления прессования от15 до 40 МПа (кривая 1, рисунок 8).12Рисунок 8 – Влияние давления прессования на свойства безобжигового композита,полученного на основе полидисперсной сырьевой смеси дигидрата сульфата кальция:1 – предел прочности при сжатии; 2 – средняя плотностьПлотность образцов безобжигового композита повышается на 16 %(кривая 2, рисунок 8).
В случае применения более высоких значений давленияпрессования, прирост прочности при весомых энергозатратах достигает лишь2 – 5 %.Гранулометрический состав определяет эффективность прессованиядисперсных гипсовых систем конденсационного твердения.Так, еслиполидисперсные пресс-порошки дигидрата, характеризующиеся непрерывнойгранулометрией,достигаютпрочность лишь порядка 9-10 МПа, приоптимальном давлении прессования, то бинарные смеси характеризуютсяпрочностью более 55 МПа (рисунок 9).Видно, что с увеличением величины давления от 30 МПа до 200 МПапрочность материала возрастает, достигая максимального значения – 58,2МПа, что объясняется формированием конденсационно-кристаллизационныхконтактов и ростом плотности материала за счет приложения внешнегодавления.При увеличении давления свыше 200 МПа наблюдается снижениепрочности получаемого материала, поскольку после снятия нагрузки17происходит упругое расширение материала с разрушениемформирующихся конденсационно-кристаллизационных контактов.частиРисунок 9 – Влияние давления прессования на свойства безобжиговогомодифицированного гипсового композита, полученного на основе бидисперсной сырьевойсмеси нормированного составаОтсюда следует, что оптимальным с точки зрения прочности являетсядавление в диапазоне 30… 200 МПа.
Использование более высоких давленийне эффективно вследствие разуплотнения получаемых изделий.Исследованиями установлено, что в случае прессования сухих смесейпорошков (рисунки 10, 11), прессующее усилие в большей степени расходуетсяна переориентацию зерен (рисунок 11а), их уплотнение (рисунки 10; 11а) ичастичное разрушение (рисунок 11б). При сжатии увлажненных гипсовыхпресс-порошков (рисунок 12) уместно говорить об упругих и пластическихдеформациях.Рисунок 10 - Микроструктура безобжигового композита, полученная при прессованиисухого полидисперсного порошка, давление прессования – 16 МПа18а)б)Рисунок 11 – Микроструктура прессованного сухого полидисперсного порошка,давление прессования – 100 МПаРисунок 12 – Микроструктура композита, полученного при прессовании пресс-порошкагипса, при В/Т=0,09, давление прессования – 16 МПаВсистемахконденсационноготвердениядвуводногогипсанормированного зернового состава высокая прочность получаемого материалапри низкой степени пересыщения обеспечивается формированием прочныхфазовых контактов между кристаллами гипса разного размера в моментдостаточно кратковременного приложения внешнего давления за счетиспользования гиперпрессования.
Оптимальным с точки зрения прочностиявляется давление в диапазоне 30… 200 МПа. Поскольку усилие, отнесенное на1 контакт, в пересчете соответствующее удельному давлению порядка 30МПа, позволяет обеспечить сближение зерен на расстояния сил «близкогодействия». Поэтому использование более высоких давлений в дальнейшихисследованиях не предусматривалось.Исследованиями установлено, что условия твердения влияют наэффективность протекания процесса кристаллизации (рисунок 7), По мереразвития контактов срастания происходит повышение прочности структурыкомпозита.
Малое пересыщение ( 1,15 ) и характерная для гипсовых структурпластичность способствуют росту прочности, предохраняя их от деструкции в19случае нарастания внутренних напряжений, вызванных развитием контактов.Поскольку в структуре могут присутствовать зерна, не участвующие вобразовании фазовых контактов в момент прессования, они могутобуславливать повышение прочности структуры дигидрата в отдаленные сроки.В зависимости от сформированных условий структурообразованияпротяженность стадии упрочнения по времени может составлять месяцы илигоды. Развитие структуры подтверждено исследованиями микроструктурыкомпозитов.Если в период 28 суток твердения (рисунок 13 а) формируются единичныеудлиненные вторичные кристаллы, соединяющие исходные зерна дигидрата,то через год образуется плотная и однородная структура композита (рисунок13 б).Исследованиями влияния физико-химической неоднородностинасвойства безобжигового композита установлено, что при использованиикварцевого песка в качестве структурообразующей добавки отсутствуютфазовые связи между дигидратом и диоксидом кремния, поскольку коэффициент размягчения принимает значение 0,1.а)б)Рисунок 13 – Микроструктура безобжигового гипсового композита конденсационноготвердения: а) в возрасте 28 суток (х1000); б) в возрасте одного года (х1000)Замена добавки кварцевого песка известняком позволила получитьдостаточно прочный материал с водостойкостью, характерной для гипсовыхвяжущих гидратационного твердения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
