Диссертация (1141458), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Как указывалось выше, определеннаястепень пересыщения требует и определенного расстояния между зернами,а значит – величины внешнего усилия, позволяющего удерживать зерна нанеобходимом расстоянии. Эти усилия – результат внешнего поджима засчет прессования, или – давления, которое может развиваться при ростекристаллов, уже внутри оформившейся структуры композита [40, 43].Если в системе сформированы условия для увеличения размеракристалла, а не для образования новых зародышей, то, как следствие, могутвозникать большие напряжения в структуре, которые отразятся и наеепрочности. Такие условия характерны для низкого пересыщения и невысокойскорости протекания процессов, при условии постоянства прочих.Когда же созданы условия для увеличения числа новообразований, тонапряжения в структуре будут меньше.
Подобные условия формируются приподдержании высоких пересыщений и скорости насыщения раствореннымвеществом.Но и высокая дисперсность может негативным образом отражаться насвойствах структуры дигидрата. Так, мелкокристаллическая структура болеесклонна к деформациям ползучести [51], как установлено исследователямишколы А. В. Волженского.Таким образом, оптимальные условия структурообразования системдвуводного гипса конденсационного твердения предполагают обеспечениетребуемойскоростирастворенияипоследующейкристаллизации.Необходимо, чтобы за счет регулирования пересыщения структура могла137упрочняться и уплотняться.
А для этого, при формировании фазовыхконтактов в активных центрах кристаллизации на поверхности зерендигидрата, при наличии тончайших пленочных слоев раствора, требуетсяучастие давления прессования. Концентрация раствора в тонких пленкахбудет зависеть от размера частиц. Если гранулометрия обеспечиваетвысокое пересыщение, то и скорость твердения будет высокой, амежзерновыерасстояния в активных центрах кристаллизации в этомслучае не так важны, они могут быть и достаточно большими. Поэтому идавление может быть низким.Еслипересыщение будет невелико, а давлениеполусухогопрессования будет составлять порядка 30 МПа, то должна формироватьсякрупнокристаллическая структура.В случае конденсационного твердения такие условия способствуютувеличению поверхности контакта с последующим его преобразованием вединый монолит путём сращивания крупного и мелкого зерна, а не ростакрупного лишь за счет полного растворения мелкого зерна. На основаниивышесказанного,безобжиговогоможносделатькомпозитавывод,чтоконденсационноговысокаятверденияпрочностьтребуетформирования достаточно большого числа фазовых контактов и обеспечениябольшой площади таких контактов.
Для этого необходимо поддерживатьпересыщение порядка 1,15 ,как на стадии механического поджима, когдаидет образование фазовых контактов, так и на стадии их развития, в течениедлительного времени после прессования. Как уже отмечалось выше,оптимальные условиянавсех стадиях структурообразования, могутобеспечивать высокую прочность кристаллизационных контактов и всейсистемы в целом[57].Необходимо учитывать, что пластическиедеформации, которые являются следствием возникающих напряжений приросте кристаллизационного давления, как это происходит при сварке, засчет пластических деформаций металлов, обеспечивают силу сцепления138сравнимую по величине с прочностью фазовых контактов, поэтомуструктура дигидрата всегда имеет запасы по прочности.Подытоживаявсевышесказанное,необходимоакцентироватьвнимание на том, что многостадийный процесс структурообразованиясистем дигидрата можно дефрагментировать на два условных 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 конденсациярастворенноговеществавактивныхцентрах,отвечающихтермодинамическим условиям [45, 59, 104]. В условиях молекулярногоотбора молекула будет стремиться расположиться в адсорбционном слоекрупного зерна дигидрата именно в том месте, где их атомы будут иметьнаибольшее число связей [59]. Таким образом возникает активный центркристаллизации, именно в этом месте позднее будут закрепляться ипоследующие молекулы, формируя фазовый контакт.Конденсациявещества возможна только в условиях пересыщения, которое в данномслучае обеспечивается перекрытием приповерхностных слоев раствора.Первыечасыструктурообразованияужеобеспечиваютначалоформирования первичной пространственной структуры безобжиговогокомпозита согласно данным таблицы 3.3, а также рисунку 3.12.
Уже вначальныймоментструктураимеетпрочность,чтообусловленоформированием основного числа активных центров и зародышейконтактов в них. При этом средняя прочность индивидуального контактадигидрата,рассчитаннаяЕ.А.Амелинойдлясистемыдигидрата, 2.составляет 1,4 10 6 Н для площади контакта, равной 103 Однако она сравнительно невелика, что объясняется малойплощадью поверхности контакта.
Исследованиями установлено (таблица3.3), что в среднем прочность сырца достигает примерно 30 40 % от139предела прочности композита в двадцативосьмисуточном возрастетвердения в условиях влажности (Wподтверждаютучастиеусилия≥95%). Полученные данныепрессованиявформированиикристаллизационной структуры, поскольку согласно данным источника[27], когда система характеризуется наличием только коагуляционныхконтактов, с исключением кристаллизационных, то материал не имеетводостойкости – образцы разрушаются сразу после взаимодействии их сводой.Проведенныеисследованияводостойкостиструктурыконденсационного твердения показали (таблица 3.3), что безобжиговыйкамень не только не разрушается в воде, но характеризуется достаточнымкоэффициентом размягчения в возрасте 2 часов – 0,4, что свидетельствуетоб образовании кристаллизационной структуры и водостойких связей.Таблица 3.3 – Изменение во времени прочности прессованных изделий наоснове двуводного гипсаУпорядочение первичной структуры конденсационного твердения сразвитиемфазовыхконтактовиихпреобразованиемвкристаллизационные происходит в течение всего условного второго этапаструктурообразования.
В этот же период, как описывалось выше, можетпроисходитьилисрастаниекристалловвсилуповышения140кристаллизационного давления, как показано в литературных данных [57,57, 71, 99, 125, 141],или их частичное разрушение из-за увеличениявнутренних напряжений.Вслучаеформированияструктурыдвуводногогипсаконденсационного твердения подобного разрушения структуры с потерейпрочности не происходит, что объясняется пластичностью гипса, а такжеподдержанием в системе невысокого уровня пересыщения, согласноисследованиям, приведенным выше.Полученная система не толькосохраняет, но и увеличивает прочность согласно экспериментальнымданным (рисунок 3.17).1823121219Пористость,%16144312171015813611497250010203040506070Время твердения, сут.Рисунок 3.17 – Изменение физико-механических и структурныххарактеристик безобжигового композита во времени: 1 – прочность,твердение, влажные условия; 2 – прочность, твердение, сухие условия; 3 –общая пористость, твердение, влажные условия; 4 – общая пористостьобразцов, твердение, сухие условияПредел прочности при сжатии, МПа25141Исследованияпоказали,чторостпрочностиструктурыконденсационного твердения отмечается в течение длительного временивследствие обеспечения благоприятных условий для ее развития.Кинетика роста предела прочностипри сжатии композитовпоказала, что в интервале изменения времени от 2 часов до7среднем прочность увеличивается на 7 % в сутки.
В интервалесуток в7 28предел прочности в среднем увеличивается на 2...2,5 %, а послесут28–на 0,2 %.Согласно принятой концепции структурообразования двуводногогипса на втором этапе упрочнение структуры предопределяется внешнимифизико-химическими условиями, которые обеспечивают дальнейшуюэволюцию системы конденсационного твердения.
Изменение свойстввнешней среды может отражаться и на «маршруте» развития структуры.Кристаллизация, протекающая на 2-ом этапе, способствует структурномуупорядочению, оформляются крупные кристаллы гипса с совершеннойструктурой, уменьшается поверхностная энергия.3.6Влияниесостава и условий внешней среды на кинетикуструктурообразованияПосколькуформированиевсоответствииструктурыспредлагаемымбезобжиговогогипсовогомеханизмомкомпозитаопределяется процессами растворения дигидрата, образования фазовыхконтактов, а также их развития и преобразования в кристаллизационные,то гидроксид кальция может повлиять на условия и характер измененияэтих процессов.
Поэтому в исследованиях рассматривалось влияниегидроксида на кинетику структурообразования дисперсных системконденсационного твердения двуводного гипса.142Изучением дисперсных систем двуводного гипса установлено, чтогидроксид кальциявлияет на кинетику формирования безобжиговойструктуры (рисунок 3.18). Добавление его в состав сырьевых смесей наоснове полугидрата и дигидрата, как показано в исследованныхлитературных источниках, меняет растворимость гипса [18, 23], оказываетвоздействие и на примесные включения, снижая негативный характер ихучастия в процессах твердения [14, 15, 17, 18, 52].
В итоге формируютсястабильные фторсиликаты, фториды и фосфаты кальция.18Предел прочности при сжатии, МПа416214121103864071421Продолжительность твердения, сут.Рисунок 3.18 – Кинетика твердения безобжигового гипсового композита:1 – дигидрат + вода (среда), твердение, сухие условия; 2 – дигидрат +Са(ОН)2 (среда), твердение, сухие условия; 3 – дигидрат + вода (среда),твердение, влажные условия; 4 – дигидрат + Са(ОН)2 (среда), твердение,влажные условия28143Известно влияние гидроксида кальция на упрочнении гипсовыхпродуктов.Наповерхностигипсовыхкристаллитовметастабильные соединения с изменениемформируютсяводородного показателя рН[101].Для прессованного гипса с добавлением гидроксида кальцияхарактерен определенный дефект морфологии образовавшихся кристалловдигидрата [24].В исследованиях использовались: дигидрат сульфата кальция в видепорошков из отходов керамического производства и – в качестве добавки– гидроксид кальция в виде насыщенного раствора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
