Диссертация (1141458), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Они могут быть использованы в качествеминерального наполнителя, который формирует каркас на микроуровне исоздает структуру гипсового камня.Известноиприменениенаполнителей,нетребующихдополнительных, часто энергоемких видов оборудования [122].Выборнаполнителядля структуры безобжигового композитапроизводили исходя из соображений его участия не только в физическихпроцессах, но и в физико-химических, т.к. зерна наполнителя могут игратьроль в процессах механоактивации зерен в случае применения высокихдавлений прессования. Так, при использовании кварцевого песка награнице песок – гипс при полусухом прессовании могут формироватьсялокальные зоны высокого давления.
Часть механической энергиипреобразуется в теплоту, что гарантирует частичную дегидратациидигидрата. В результате происходит переход из фазы дигидрата в фазуполугидрата.Полугидратхарактеризуетсябольшейвеличинойрастворимости, поэтому в жидкой фазе системы создается пересыщение.Тогдатвердениедигидратагидратационной схеме [15, 52].сульфатакальцияначинаетсяпо153Однако известно, что в системе гипса добавка, как примесь можетслужить столь значительным фактором, что ее присутствие можетпривести к изменению «маршрута» образования фазового контакта. Этопрежде всего проявляется в системе полугидрата при его гидратации ипереходе в дигидрат [59]. Если в среде имеется, например, примесь солиевропия (сульфат европия), то зародыши будут образовываться только всреде.
Следовательно, в присутствии сульфата европия, процесс будетпротекать как перекристаллизационный, а в случаеотсутствия- кактопохимический.Вработеисследоваласьролькварцевогоструктурообразовании дигидрата сульфата кальция.пескавПри введениикварцевого песка в количестве до 10 %, как показано на рисунке 3.24,прочность падает незначительно – на 4 %, с 8,8 МПа до 8,4 МПа.12Предел прочности при сжатии, МПа21086142001020304050Содержание добавки, %Рисунок 3.24 – Предел прочности безобжигового композита с добавкой:1 – кварцевого песка с размером зерен в диапазоне (0,315 – 0,73) мм;601542 –двуводного гипса с размером зерен в диапазоне (0,315 – 0,73) ммПри повышении содержания кварцевого наполнителя от10до50%характеристики прочности композита снижаются уже довольно резко,предел прочности материала падает - на75%, от 8,4 МПа до 2,1 МПа, вто время как дигидрат сульфата кальция (кривая 2), согласно рисунку3.17,повышаетпрочностьтвердения.
Причем вгипсовойструктурыконденсационногосравнительных экспериментах применялисьидентичные фракции песка и дигидрата – (0,315 – 0,73) мм.Предел прочности безобжиговой системы монотонно увеличиваетсяв диапазоне изменения содержания фракции дигидрата (0,315 – 0,73) ммот0 до 30%, а затем, при содержании фракции дигидрата от30 до 50%,практически не меняет своих значений.По-видимому, кварцевый песок не формирует связей в дисперснойсистеме конденсационного твердения.
В целях определения участиядиоксида кремния в создании кристаллизационной структуры быливыполнены эксперименты по исследованию водостойкости безобжиговыхкомпозитов.Полученныеданныерезультатовисследованийкомпозитов доказывают, что в системе гипс ‒водостойкостидиоксид кремниякристаллизационные связи не наблюдаются, безобжиговый композит,полученныйнаосноведвуводногогипсаигидроксидакальцияхарактеризуются коэффициентом размягчения, не превышающим 0,1 .Безобжиговый композит, содержащий фракцию (0,315 – 0,73) ммдигидрата, а не диоксида кремния ‒ 0,1 .Следовательно,результатыисследованийобнаруживаютнеобходимостьподдержания соответствия по критерию «структурнаяоднородность»фазообразующего вещества и адсорбционного слояповерхности конденсации.155Введениедиоксида кремния в структуру дигидрата сводится кфизико-механическому воздействию, т.е. присутствию как агента безфизико-химического взаимодействия.
Инертный наполнитель может бытьиспользован в составе сырьевой смеси безобжигового композита вколичестве, не превышающем10%, тогда частицы диоксида кремния сбольшей твердостью будут механоактивировать систему гипса путемдеформации его частиц при полусухом гиперпрессовании.Выводы по главе 31.Предложенаконцепцияконденсационноготвердениябезобжиговых композитов, полученных путем полусухого прессованиядвуводногогипса.Структурообразованиемеханического поджимаобеспечиваетсязасчетразноразмерных зерен до перекрытияихприповерхностных слоев. Вследствие чего зерно большего диаметраоказывается в слое пересыщенного в отношении его поверхности раствора.Таким образом, инициируется процесс фазообразования, приводящий кобразованию структуры двуводного гипса.2.Разработанаформированиядисперснойконцептуальнаяфазовыхсистемысконтактовзасодержаниемфизико-химическаясчетзерен,применениямодельбинарнойобладающихразнойрастворимостью.3.
Экспериментально подтверждена возможность фазообразованиясогласно предложенной концептуальной физико-химической модели.4. Размер зерен во фракции определяет равновесную концентрациюраствора дигидрата сульфата кальция.5.Вслучаесоединениявсоставесмесифракций,характеризующихся разной дисперсностью, равновесная концентрацияраствора имеет повышенную величину в сравнении с расчетной.1566.
Наибольшей прочностью обладает структура бинарной системы«квазибазального» типа, когда соотношение средних диаметров зерен неменее 17.7. Первичная структура безобжигового композита возникает уже настадии прессования.8. Формирование кристаллизационных контактов с увеличением ихплощади, а также протекание других стадийструктурообразованияхарактеризуется длительностью.9. Введение в состав формовочной смеси гидроксида кальцияобеспечивает высокую прочность безобжиговым композитам.10.Эксплуатационныеопределяются режимамисвойстваих твердения.составом и характером процессов.безобжиговыхкомпозитовПодбор условий обусловлен157ГЛАВА 4ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ДИСПЕРСНОЙСИСТЕМЫ КОНДЕНСАЦИОННОГО ТВЕРДЕНИЯ ДВУВОДНОГОГИПСАСтруктурная топология является инструментом, позволяющимописывать состав и геометрические (топологические) свойства и уровниорганизации структур различной природы.Исследованиям упаковки, как геометрическим моделям, былипосвящены работы Гоппе, Гюнтера, Ван дер Вардена, Леенберга, Фейеша,Шютте и др.
Так, например, было рассчитано [127, 178], что еслирассматривать систему из сфер одного размера, то по поверхностицентральной сферы могут быть расположены 12 идентичных с нею сфер.Известныэкспериментальныеработы,посвященныеисследованиямплотности упаковок. Дж. Скоттом рассмотрено влияние способа упаковкишаров (свободная (рыхлая) засыпка или уплотнение «с утряской») наплотность их укладки в сферическом объеме [152].
Натурные опытыпроводились с использованием стальных и свинцовых шариков. Развитиематематического и компьютерного моделирования в настоящее время даетвозможность описывать сложнейшие структуры в целях управления ими.Элементами топологического беспорядка в случае строительныхкомпозитов могут являться частицы в глинистых породах [146], зерназаполнителя или наполнителя в бетонах, в сухих строительных смесях, вячеистых бетонах [115, 151, 175], фибра в слоистых материалах и т.д.[152].Для системы конденсационного твердения в качестве элементовструктурытопологическогобеспорядкамогутрассматриватьсяразноразмерные частицы (зерна) двуводного гипса.Дисперсная система определена упаковкой зерен двуводного гипса,какэлементовразмещением.топологическойструктуры,сихупорядоченным158Параметры, с помощью которых описываются свойства внутреннейструктуры – это плотность упаковки элементов и координационное число.Координационное число – это усреднённая характеристика, определяемаяв общем случае числом сфер (зерен), которые имеют прямой контакт сцентральной сферой, как показано на рисунке 4.1.
Оно зависит отплотности упаковки.Рисунок 4.1 – Регулярная максимально плотная укладкаВеличины этих параметров безразмерные, многие − относительные.С увеличением плотности упаковки сфер, как элементов структуры, числосфер в ближайшем окружении центральной сферы тоже будет расти. Вслучае неупорядоченной упаковки, при свободной засыпке элементов,плотностьзаполненияпредоставленногодисперсной системы, будет определятьсяобъема–их формойукладкизерени линейнымиразмерами.Как установлено И. Ньютоном, наибольшее координационное числодля системы, составленной из сфер одного размера, будет равно 12.Степень заполнения объема при этом изменяется от 0,5237 до 0,7405,наличие диапазона определяется выбором укладки элементов (рис.4.2).К.А.
Роджерсом [208] показано, что наиплотнейшая упаковка(0,7797) для сферОднакоВ.В.соответствует гексагональной упаковке (рис. 4.2).Беловымотмечаетсястатическаянеустойчивостьгексагональной упаковки [208]. С точки зрения осуществимости в159реальныхмногомодальныхсистемахпредлагаетсяиспользоватьгексагонально-призматическую или кубическую упаковки [208].Бимодальные упаковки зерен в сравнении с одномодальнымипозволяют получать системы с большей плотностью, но использованиебольшей модальности не способствует ее увеличению.а)б)Рисунок 4.2 – Регулярные укладки шаров: а – кубическая упаковка,б – гексагональная упаковкаВ бимодальных упаковках – в случае дисперсных систем, состоящихиз двух мономерных составов (большого и малого размера) − плотностьупаковки структурных элементов [152],будет расти при уменьшениимоноразмера элементов в составе с меньшим размером элементовгде−- плотность упаковки мономерного состава элементами большегоразмера с заполнением образующегося объема пустот между нимиэлементами малого размера;- ) –свободный объём структуры,заполненной элементами мономерного состава с большим размером160элементов, заполняемыймономерным составом с меньшим размеромэлементов, η1 – объемная доля элементов в системе.Исследования [155] показывают, что в случае снижения степенизаполнения объема элементами большего размера, плотность упаковкисвободного объёма элементами меньшего размера повышается.В четырехмодальной дисперсной системе минимальная пустотностьдостигает значения 0,188.
Такая упаковка соответствует системе с равнымколичеством сфер в единичном объеме с диаметрами:d, ( 2 1) d ,(( 6 / 2 ) 1) d , ((2 3 / 3) 1) d .Упаковку зерен характеризуют не только степенью заполненияобъема, но и другой характеристикой – координационным числом. Чащевсего его характеризуют [146] как среднее число контактов каждогоэлементаструктурыссоседнимиэлементами.В работе[205]утверждается, что применительно к модели П.А. Ребиндера, Е.Д. Щукинаи Л.Я. Марголиса («глобулярной модели»), предложенной для описанияструктуры пористых тел, координационное число не зависит от размерасфер и определяется исключительно ее пористостью.Расчет координационного числа можно производить по формулам В.Филда, В. Грея, Хархардина и др. Так, формула В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
