Диссертация (1141458), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Они не принимают участия в формировании основногокаркаса, который обеспечивает прочность образующейся структуре, но233они кольматируют поры в гипсовом камне, выкристаллизовываясь притвердении. Пористостьструктуры двуводного гипса, таким образом,понижается (рисунки 6.8,6.9,6.10 ).Рисунок 6.8 − Микроструктура конденсационного твердения двуводногогипса с добавкой гидроксида натрия (х5000)Вцеляхвыявлениянаиболееэффективногомодификатора в работе изучалась зависимостьщелочногопрочности структурыконденсационного твердения двуводного гипса от давления прессования ипроцентного содержания добавки гидроксида калия, как проявившего себяв качестве активного структурообразующего компонента в исследованияхв более ранние сроки твердения – в возрасте 7 суток.234Рисунок 6.9 − Микроструктура конденсационного твердения двуводногогипса с добавкой гидроксида натрия (х15000)Рисунок 6.10 − Микроструктура конденсационного твердения двуводногогипса с добавкой гидроксида натрия (х20000)235Ввидутого,величинапрессующегодавленияявляетсяструктурообразующим фактором конденсационного твердения, которыйобеспечивает образование контактов в системе двуводного гипса, тоисследование совместного влияниядобавки и внешнего давления напрочность гипсового камня техногенного происхожденияпроводилсядвухфакторный эксперимент.В качестве параметров, которые варьировались в эксперименте,были выбраны рН и величина внешнего давления (таблица 6.3).ЗначениерН среды изменялось в пределах 8...12путемрегулирования процентного содержания вводимой добавки гидроксидакалия.Таблица 6.3 − Прочность гипсовых композитов с добавкой гидроксида калия(матрица планированного эксперимента)Пределы варьирования№п/пПредел прочности1Давлениепрессования,МПа02708113012104701227501030770102873083783012459301031рНпри сжатии, МПа812Исследования зависимости прочности структуры от содержаниянатриевой щелочной добавки и внешнего давленияиспользованиемобразцов в виде цилиндров с размерамипроводились с50 х 50 (мм)236(высота х диаметр).Испытания материала проводились в возрасте28 суток.Уравнение регрессии имело вид:Y1(Rсж) = ƒ(X1,X2) = 41,35+2,04X1+3,7X2–17,59X12+3,91X22–7,27X1X2, МПа,где Y1–предел прочности при сжатии структуры двуводного гипса ввозрасте 7 суток.Анализпроведенныхиспытанийпоказал,чтозависимостьпрочности от рН сохраняет неизменным свой характер для давлений 5 …15 МПа (рисунок6.12 ).
С увеличениемдавления до30 МПапрочностные характеристики гипсового камня на 20 % понижаются приповышении рНдо 12 . Придавлении 60 МПапредел прочностиструктуры конденсационного твердения двуводного гипса увеличиваетсяна 10 %.При использовании в качестве щелочного компонента в сырьевойсмеси добавки гидроксида калия прочность материала повышает при рН8...12 .Однако влияние рН на прочность гипсовой структуры с добавкойгидроксида калия меняетсясвыше 10.приувеличении водородного показателяТак, в случае применения гидроксида калия, прочностьструктуры падает, хотя и не так значительно –повышениепрочностиобусловленона 17 %. Очевиднокаталитическимдействиемгидроксида калия на процесс структурообразования.Полученные данные согласуются с результатами П.П.
Будникова. Вего работе [48] показано, что гидроксид калиянаиболее эффективный ускорительхарактеризуется какпроцесса схватывания в системахполугидрата сульфата кальция.Известно, что свойства формируемой системы будут зависеть отскоростей зарождения контактов и роста зародышей. Гидроксид кальцияявляется тем веществом, которое влияет на процесс схватывания.237Поскольку структура конденсационного твердения формируется принизком пересыщении, то скорость роста будет выше, чем скоростьзарождения новых контактов. Ускоряя процесс кристаллизации гидроксидкалия будет повышать прочность структуры конденсационного твердениявмоментсближения частиц в условиях полусухого прессования.Находясь в растворе гидроксид калия будет адсорбироваться наповерхности фазообразующего вещества– поверхности дигидрата.Таким образом, в условиях физической адсорбции молекул гидроксидакалия будет формироваться дефектнаягипсовая структура. В поздниесроки структурообразования на рентгенограмме отмечается присутствиефаз ангидрита и полугидрата.
Это возможно вызвано дегидратациейфазообразующего веществав присутствии гидроксида калия (рисунок6.11 )Рисунок 6.11 – Рентгенограмма гипсовой структуры с добавкой гидроксидакалия238Рисунок 6.12 − Зависимость прочности гипсового безобжигового композитас КOH от давления прессования и рН средыФазыангидрита,полугидрата на рентгенограммах гипсовойструктуры дигидрата с добавками гидроксида кальция и натрия (рисунки6.17,6.18 ) не обнаружены.Между фазообразующим веществом и адсорбатом (гидроксидомкалия) образуются коагуляционные контакты.
Их можно наблюдать наснимкахмикроструктуры(рисунки6.5,6.6,6.7 ).Коагуляционныеструктуры двуводного гипса не могут обладать высокой прочностью. Ихсвойства будут определятьсяв первую очередь межчастичнымвзаимодействием (характером связей), а не свойствами самих кристаллов.Процесс образования структуры конденсационного будет зависеть отоптимизации определяющих условий – сочетания степени пересыщения свеличиной прессующего давления.оптимальных условий путемЕсли регулировать образованиеуправления щелочностью среды, товозможно обеспечить активную кристаллизацию.239Наибольшуюпрочность( 74МПа)показываютструктурыдвуводного гипса, которые были получены на основе гидроксида кальция,как щелочного компонента системы. Высокая прочность объясняетсявлиянием щелочи на полярность молекул H 2 O .Этообеспечиваетупрочнениесвязейвслояхструктурыконденсационного твердения двуводного гипса, а значит и упрочнениефазовых контактов между кристаллами двуводного гипса при твердении.Данныевыводыподтверждаютсяанализоммикроструктурыматериала – уплотнённой структурой гипсового камня (рисунок 6.13 ), атакже ее фазовым составом (рисунок 6.17 ).Гипсовый камень, полученный с использованиемкальциявкачествеструктурообразующейгидроксидомдобавки,имеетмелкокристаллическую структуру с достаточно высоким объемнымнаполнением.Таблица 6.4 − Влияние рН и вида щелочи на прочность гипсовых структур(твердение 28 суток, давления прессования 30 МПа)Прочность прессованных композитов, МПарНсредыCa(OH)2КОНNaOH850,041541073,05244,81274,044,954Структура гипсового камня в случае же использования в качестведобавок щелочей натрия и калия представлена крупными зернами ибольшим меж поровымхарактернаядляпространством.
Сообщающаяся пористость,таких рыхловатых микроструктур, способствуетснижению не только физико-механических, но и эксплуатационныххарактеристик безобжигового материала.240Рисунок 6.13 − Внутренняя микроструктура дигидрата сульфата кальциятехногенного генезиса с Са(OH)2 (х5000)Рисунок 6.14 − Внутренняя микроструктура дигидрата сульфата кальциятехногенного генезиса с Са(OH)2 (х20000)241Эффектповышенияпрочностныххарактеристикструктурыконденсационного твердения объясняется активностью электролита,которая определяется ионной силой раствора. Анализ показывает, чтонаибольшей ионной силой, применительно к трём исследуемым щелочам,обладает комплексная кальциевая добавка.
Ввиду вышесказанного,наибольшейэффективностьюбудетобладатьщелочнаядобавкагидроксида кальция.Таким образом, путём регулирования щёлочности среды, возможноповыситьактивностьпроцессаструктурообразованияисвойстваструктуры конденсационного твердения двуводного гипса, а, значит,обеспечить высокие эксплуатационные характеристики безобжиговымвысокопрочным материалам.Ввиду того, что формирование фазовых контактов в системедвуводного гипса и всей первичной структуры конденсационноготвердения происходит в момент сближения частиц, то процесс еёобразования необходимо рассмотреть в совокупности с процессомуплотнениядисперснойсистемы,оптимизированногогранулометрического состава при полусухом прессовании.В момент прессования изменения сопротивления уплотнениюсвязаныссвойствамифазообразованием.пресс-порошковконденсационноготверденияПоэтому,можнодвуводногоуправляяформовочнымиоптимизироватьгипса.Дляструктуруэтогобыливыполнены исследования влияния щелочности среды и водотвердогоотношения на деформативные характеристики системы двуводного гипса.Для этого был выполнен двухфакторный планированный эксперимент пометодике, изложенной в п.2.Оценку влияния рН и В/Т на структуру конденсационного твердениядвуводногогипсадисперсной системы.проводилипокритериюупругогорасширения242Совместимыенекоррелированныефакторы,использованныевкачестве переменных в данном исследовании, приведены в таблице 6.5, гдеприняты: х1 – щелочность дисперсионной среды, x2 – В/Т.Таблица 6.5 − Упругое расширение структуры двуводного гипса (матрицапланированного эксперимента)Х1Х2рНВ/ТУпругоерасширение,см2/г1––80,070,00772–+120,070,0113–0100,070,00774+–80,240,015++120,240,0077+0100,240,0270–80,150,0180+120,150,01900100,150,017№п/пФакторыПределы варьированияФактор водотвердого отношения изменялся в диапазоне 0,06 0,24 , арНсреды–8 12.Результатыисследованиядеформативныххарактеристик структуры конденсационного твердения приведены нарисунке 6.15.Уравнение регрессии, полученное по результатам статистическойобработки проведенных экспериментов по исследованию зависимостиупругого расширения от рН и влажности пресс-порошков техногенногодвуводного гипса,получено уравнение,вышеописанных параметров:которое описывает влияние243Y1(Ер)=ƒ(X1,X2)=0,02+0,004X1–0,0002X2–0,002X12–0,0003X22–0,007X1X2,см2/г.Показано, водородный показатель среды влияет на деформативныесвойства системы «двуводный гипс – раствор» (рис.
6.15 ).Наибольшую величинуупругогорасширения показываютструктуры двуводного гипса со щелочностью среды равнойВодотвердое отношение также оказывает влияние (рис. 6.5 ).10 .Приводотвердом отношении равном 0,24 достигается максимум упругого– 0,0175 см2/г.расширенияВ пределах изменения водотвердогоотношения 0,06 0,12 происходит снижение упругого расширения до0,0180,0160,0140,0120,010,080,0080,160,0060,0040,004-0,00680,006-0,0089рН100,008-0,01110,01-0,0120,24Водотвердое отношениеУпругое расширение, м2/кг·10-1значения 0,0157 см2/г.120,012-0,0140,014-0,0160,016-0,018Рисунок 6.15 – Влияние величины водородного показателя на упругоерасширение пресс-порошков244С целью исследованияи дальнейшей оптимизации процессаобразования структуры двуводного гипсабыла изучена кинетикатвердения систем с разной щелочностью среды.Вкачествеструктурообразующихдобавок(поитогампредшествующих исследований) для изучения кинетики твердения былииспользованы среды гидроксидов калия и кальция.В работе сравнительные эксперименты были проведены во влажныхусловиях – хранение в эксикаторе при влажности воздуха 95 %, а также ввоздушно-сухих условиях, при нормальной температуре.Покзано, что условия структурообразования определяют скорость ихарактер протекания процессов.
И в случае применениядобавкигидроксида калия, и случае применения гидроксида кальция.Зависимости прочности для систем, твердевших при повышеннойвлажности, представлены на рисунке 6.16, расположены выше, чемзависимости для систем, твердевших в сухих условиях. Необходимо так жеотметить, что прочностные показатели систем, твердевших во влажныхусловиях,непрерывноувеличиваютсянапротяжениивсегоисследованного периода. Что касается структуры, твердевшей в сухихусловиях, то рост прочности прекращается на 14 сутки твердения. Причем,прочность структуры с добавкой гидроксида калия после 14 суток дажеуменьшается.Наиболеевысокойпрочностьюобладаетструктураконденсационного твердения двуводного гипса со щелочной добавкойгидроксида кальция, твердевшая во влажных условиях.Посколькущелочнаядобавкагидроксидакальцияпроявиланаибольшую эффективность во все исследованные сроки твердениявсреде двуводного гипса конденсационного твердения, то дальнейшиеисследованияпроведенысиспользованиемструктурообразующего компонента – гидроксида кальция.щелочного24580Предел прочности при сжатии, МПа70605040302010007142128Продолжительность твердения, сутКОН, воздушно-сухие условияСа(ОН)2,воздушно-сухие условияКОН,влажные условияСа(ОН)2,влажные условияРисунок 6.16 – Влияние вида щелочи, времени и условий твердения напрочность гипсовых структурРисунок 6.17 – Рентгенограмма гипсовой структуры с добавкой гидроксидакальция246Рисунок 6.18 – Рентгенограмма гипсовой структуры с добавкой гидроксиданатрияДляоптимизациипрессованногокомпозитатехнологическихвысокогорежимовкачестванаформованияосновесистемыдвуводного гипса нормированного гранулометрического состава в работеизучалось влияние прессующего давления на прочность гипсового камня.Исследованиями установлено, что при увеличении давления вдиапазоне 30...125 МПа прочность материала увеличивается в среднем на45 50 % (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
