Диссертация (1141458), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Причем изменять ихможно в большом диапазоне – 10 8 10 6 Н. По расчетам, выполненнымпо методике Е.А. Амелиной и др. [57], исходя из прочности единичногоконтакта кристаллов дигидрата, необходимое усилие – 4,17 10 5 Н. Этоусилие, отнесенное на 1 контакт, в пересчетеудельное давление порядкана соответствующее30 МПа, позволяет обеспечить сближениезерен на расстояния сил «близкого действия».Проведенные исследования эффективности прессования и влияниявеличиныпрессующегодавлениянапрочностныеидругиеэксплуатационные характеристики безобжиговых структур показали, чтогранулометрия является фактором, который определяет и эффективностьпрессования дисперсных гипсовых систем конденсационного твердения.Так, если полидисперсные пресс-порошки дигидрата, характеризующиесянепрерывной гранулометрией, достигают прочность лишь порядка9-10 МПа, при оптимальном давлении прессования, то бинарные смеси,129полученные смешением порошков, характеризуются прочностьюболее55 МПа (рисунок 3.12).Видно, что с увеличением величины давления от 30 МПа до 200 МПапрочность материала возрастает, достигая максимального значения –58,2 МПа, что объясняется переходом коагуляционных контактов вконденсационно-кристаллизационные и ростом плотности материала за70,00,760,00,650,00,540,00,430,00,320,00,210,00,10,002575125175225275Давление прессования, МПаПредел прочности на сжатие влажных образцов, МПаПредел прочности на сжатие сухих образцов, МПаКоэффициент размягченияРисунок 3.12 – Влияние давления прессования на свойства безобжиговогогипсового композита (природный гипс, 7 сут)При увеличении давления свыше 200 МПа наблюдается снижениепрочности получаемого материала, поскольку после снятия нагрузкипроисходит упругое расширение материала с разрушением частиформирующихся конденсационно-кристаллизационных контактов.
Отсюда325Коэффициент размягченияПредел прочности при сжатии, МПасчет приложенного внешнего давления.130следует, что оптимальным с точки зрения прочности является давление вдиапазоне 30… 200 МПа. Использование более высоких давленийнеэффективно вследствие разуплотнения получаемых изделий.Исследованиями установлено, что в случае прессования сухихсмесей порошков (рисунки 3.13), прессующее усилие в большей степенирасходуется на переориентацию зерен (рисунок 3.14 а), их уплотнение(рисунки 3.13; 3.14 а) и частичное разрушение (рисунки 3.14 б; 3.15).При сжатии увлажненных гипсовых пресс-порошков (рисунок 3.16)уместно говорить об упругих и пластических деформациях применительнок образующимся в смеси агрегатам, к отдельным кристаллам, поверхностькоторых пластифицирована прослойками дисперсионной среды.
В случаеагрегатов – пластическая деформация возникает вследствие скольжениячастиц по водным пленкам. При этом агрегаты меняют свою форму иуплотняются.Рисунок 3.13 – Микроструктура безобжигового гипсового композита,полученного при прессовании сухого полидисперсного порошка, давлениепрессования – 16 МПа131а)б)Рисунок 3.14 – Микроструктура прессованного сухого полидисперсногопорошка, давление прессования – 100 МПаРисунок 3.15 – Микроструктура прессованного сухого полидисперсногопорошка на границе с крупной частицей, извлеченной после прессования,давление прессования – 100 МПаУпругие же деформации обусловлены наличием в системе крупныхчастиц, имеющих более высокую прочность.
Под давлением в системе132увлажненного двуводного гипса (при использовании сырьевых смесейнормированного зернового состава) сначала происходит уплотнение,затем, при дальнейшем повышении величиныпрессующего давления,происходит разрушение крупных агрегатов и отдельных крупныхослабленных зерен гипса, срезывание имеющихся на них выступов сувеличением числа мелких зерен, характеризующихся более плотнойструктурой.Поддавлениемонипереупаковываются,скользяпопрослойкам среды с формированием более плотной структуры системыдигидрата.Рисунок 3.16 – Микроструктура безобжигового композита, полученногопри прессовании пресс-порошка гипса при: В/Т = 0,09, давлениепрессования – 16 МПаТаким образом, в системах конденсационного твердения двуводногогипса нормированного зернового состава высокая прочность получаемогоматериалапринизкойстепенипересыщенияобеспечиваетсяформированием прочных фазовых контактов между кристаллами гипсаразного размера в момент достаточно кратковременного приложения133внешнегодавлениязасчетиспользованиягиперпрессования.Использование прессования в качестве физико-химического фактора впроцессе структурообразования систем конденсационного твердения наоснове природного и техногенного двуводного гипса, дает возможностьрегулировать свойства, как получаемых безобжиговых изделий, так ихарактеристик технологического процесса их производства.Использование больших величин требует и больших энергозатрат,из этого следует, что необходимо веское обоснование для выборадавлений, превышающих 30 МПа, т.к.
приращение, например, длябезобжиговых систем по прочности не превысило 2 5 %.На основании вышесказанного, для исследований было выбранодавление равное по величине 30 МПа.структурообразующего фактора,Исследование давления, какизложено в п. 6 применительно коптимизированным бинарным дисперсным системам дигидрата.3.5Исследованиекинетикиструктурообразованиясистемконденсационного тверденияПроцесс тверденияв дисперсных системах определен какмногостадийный, в результате которого происходит формированиекоагуляционных (когда при коагуляции происходит слипание зерен),конденсационных (когда между зернами возникают химические связи), атакже –кристаллизационных (когда происходит срастание отдельныхкристаллов) структур в результате взаимодействия зерен вещества.Известно, что процесс эволюции вещества идет непрерывно,скорость отдельных стадий может быть достаточно высокой или наоборот– растянута во времени, что, безусловно,формирующейся структуре композита.веществаизменяютсядискретно–может сказываться наИзвестно, что свойства зеренскачкообразно,таккаждое134перемещение атома из среды на поверхность [59] означает изменение егосвойств, а значит – и изменение свойств всей системы.В системе двуводного гипса при конденсационном твердениипреобразование структуры также идет непрерывно.
Поэтому необходиморассмотреть процесс формирования структуры гипсовых безобжиговыхкомпозитов во времени, для того, чтобы определить наиболее значимыефакторы, которые дадут возможность управления им.Еслирассматриватьпроцессгидратационноготверденияполугидрата, а также если сочетаются в процессе структурообразованиягидратационное и «конденсационного» твердение [45], то «эволюционныйпроцесс» [59] как отдельные стадии, охватывает процесс физическогорастворения, процесс гидратации, с возникновением кластеров дигидрата,переходом их в зародыши, преобразованием в кристаллы. Образуютсякоагуляционная, затем кристаллизационная структура.Процесс эволюции вещества в случае гидратационного тверденияпри кристаллизации новообразованийвключает следующие этапы:образования структурного каркаса, а затем его развитие.На первой стадииобразуются группы молекул – кластерыновообразований, которые эволюционируют в зародыши, преобразуемыев кристаллы [59, 95].
На следующей стадии идет развитие структуры, нообразования новых контактов не происходит.Еслиодновременноосуществляютсяпроцессыструктурообразования систем дигидрата и полугидрата, то процесспреобразованияструктурыгипсовогокамнявданномслучаехарактеризуется протеканием процессов растворения, гидратации, а такжекристаллизации. Вторая стадия – упрочнение первичного каркасадигидрата, образовавшегося на первой стадии.
Эта стадия растянута вовремени, поскольку изотермическая перегонка происходит в системе,имеющей широкий диапазон размеров зерен. Следовательно, перегонка135дигидрата [27, 97, 113], не участвовавшего в структурообразовании напервом этапе и не связанного в каркас, будет длительно протекать приналичии жидкой фазы. Наличие в такой системе полугидрата обеспечиваетвысокое пересыщение, а также высокую скорость растворения, что,несомненно, отражается на свойствах первичного каркаса, в том числе наформе кристаллов, количестве контактов, их площади и т.д., что былоописано выше.В случае твердения двуводного гипса по схеме конденсационноготвердения меняются набор стадий и скорость их протекания.
Так, впроцессетверденияформированиярастворимостьнеструктурыдигидратаприсутствуетгидратация,коагуляционногоменьшерастворимостинеттипа.стадииПосколькуполугидрата,тоизменяется и характер протекания стадии растворения. Процессыконденсации дигидрата, формирование каркаса и его совершенствованиетакже имеют свои особенности, связанные, прежде всего с обеспечениемнизкого пересыщения и длительностью перечисленных стадий. Поэтомунеобходимодетально рассмотреть весь процесс конденсационноготвердения двуводного гипса для условий полусухого прессования.Физико-механическиехарактеристикибезобжиговыхструктурдигидрата определяются образованием контактов кристаллизации [24].Возникновение подобных контактов связано с наличием пересыщения всистеме, которое обеспечивается в продолжение длительного периода,причем величина пересыщения играет при этом большую роль, т.к.
онавлияет на размер «зародыша», а затем и кристалла.Но необходимо также иметь в виду, что свойства безобжиговых илисмешанных структурна основе двуводного гипса будут зависеть отусловий кристаллизации [57, 97, 98]. Если кристаллизация протекаетбыстро, то формируется дефектная структура из растворов с высокимпересыщением. В этом случае фазовые контакты между зернами будут136характеризоваться избыточной энергией по отношению с кристаллами,имеющими правильное, бездефектное строение.Анализ кинетики структурообразования двуводного гипса можетпозволить определить необходимые условия конденсационного тверденияи их оптимальные параметры.Процесс кристаллизации рассматривает в совокупности условия:пересыщение и сближение зерен.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
