ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Характеристики материалов. Методы проведения исследований из "Фосфогипсовые отходы химической промышленности в производстве стеновых изделий" Современные представления о механизме твердения минеральных вяжущих веществ, начало которым положил в своих работах П. А. Ребиндер [106, 107], развивали А. Ф. Полак [92, 93, 94, 96], В. В. Бабков [13, 14,89,90,91], В. Б. Ратинов [104, 105], М. М. Сычев [123, 124, 125], А. В. Волженский [25, 26, 27, 28, 29], И. М. Ляшкевич [66, 67, 68, 69, 70] и др. Последние достижения в этой области привели к ясности в отношении наиболее принципиальных теоретических положений. [c.42] Процесс твердения минеральных вяжущих веществ, к которым относятся и гипсовые вяжущие, состоит из двух взаимно связанных основных процессов образования новой фазы (гидрат исходного вещества) и создания структуры твердеющей системы. [c.42] Полаку, процесс твердения вяжущих веществ, к которым относятся и гипсовые вяжущие типа полуводного гипса, состоит из нескольких так называемых элементарных процессов растворения вяжущего, возникновения зародышей гидрата, роста кристаллов гидрата, образования коагуляционной и кристаллизационной структуры [93]. [c.42] Растворение вяжущих веществ происходит в основном ступенчатым путем, отрывающиеся молекулы исходного вещества поступают из уступов в ребра, потом в плоскость поверхности кристал юв и оттуда в раствор. Во время такого перехода происходит гидратация отрывающихся частиц. Длительность существования этих частиц на поверхности чрезвычайно мала, продукт гидратации переходит немедленно в раствор, где происходит его диссоциация [93]. [c.42] Расчеты, проведенные А. Ф. Полаком, показали, что в основе процессов кристаллизации лежит образование зародышей-контак-тов в узком зазоре между сближенными кристалликами. Представления о сущности элементарных актов при кристаллизационном структурообразовании были развиты Е. Д. Щукиным и его сотрудниками, которые экспериментально установили закономерности формирования кристаллизационных контактов и прямыми опытами доказали определяющую роль в этих процессах зародышей-контактов, выделяюгцихся из пересыщенных растворов. [c.43] Формирование кристаллизационных контактов обусловлено двумерной миграцией молекул подвижных адсорбционных слоев. Диффундируя в соответствии с принципом минимума энергии в зазор между частицами гидрата, находящимися на расстоянии ближней коагуляции, молекулы или молекулярные пары подвижных адсорбционных слоев контактируемых частиц образуют устойчивые перемычки, которые при содействии механизма химической сшивки, по М. М. Сычеву, формируют кристаллизационный контакт. Образовавшиеся таким образом зародыши представляют кристаллическую перемычку между отдельными кристалликами, а все кристаллики, связанные друг с другом такими перемычками, в совокупности образуют пространственную кристаллизационную структуру. [c.43] Ф = 25 а — энергия отрыва одной молекулы с поверхности. [c.44] Чем выше пересыщение раствора, тем больше может быть расстояние между срастающимися частицами гидрата, при котором возможно образование кристаллизационной структуры. И наоборот, как показал А. Ф. Полак, если каким-либо образом сблизить частицы до минимального расстояния А 35о ( о — размер молекулы), пересыщение в системе может быть весьма незначительным а 1. В этом случае появляется возможность получения кристаллизационных структур из порошков, в процессе твердения которых не происходит их гидратация, например из порошков двуводного гипса. [c.44] После окончания процесса гидратации ПГ наступает вторая стадия твердения системы. К этому моменту времени сформировалась первичная пространственная структура, обладаюн ая некоторой начальной прочностью. В системе также имеются частицы исходного ДГ, не связанные в структуру. Поскольку предварительной обработке порошок ДГ не подвергался, частицы в соответствии с законом нормального распределения случайных величин имеют различные размеры достаточно широкого спектра, от крупных до весьма мелких. [c.46] В присутствии жидкой фазы частицы более тонких фракций, согласно Г. Хьюлетту и В. Оствальду, менее устойчивы, чем крупных. Они постепенно растворяются, а крупные частицы растут за счет вещества тонкой фракции. Происходит упрочнение существующей первичной структуры, а также возможно возникновение контактов кристаллизации между несвязанными кристаллами. В отличие от формирования первичной структуры, которая возникает в первые часы твердения, вторая стадия процесса протекает медленно в течение нескольких месяцев или лет, в зависимости от условий твердения системы. [c.46] Количественное описание твердения дисперсной системы ДГ, состоящей из двух монофракций (крупной и мелкой), по безгид-ратационному механизму дано в монографии А. Ф. Полака, В. В. Бабкова и Е. П. Андреевой [89, 91]. [c.46] Из уравнений следует, что скорость процессов растворения и роста элементов рассматриваемой системы зависит от исходной концентрации вещества, удельной поверхности, константы скорости процесса и градиента концентрации раствора на поверхности частиц и в объеме раствора, т. е. при прочих равных условиях процесс твердения характеризуется изменением концентрации вещества в объеме раствора. Кривая изменения концентрации вещества в объеме раствора с учетом механизма растворения частиц, по Г. Хьюлетту, показана на рис. 2.2. [c.47] Тогда решение системы уравнений (2.5-2.8) можно графически представить следующим образом (рис. 2.3). [c.48] Теоретический и практический интерес представляет определение минимального количества вяжущего, необходимого для возникновения сплошной кристаллизационной структуры материала. Согласно теоретическим положениям, для возникновения кристаллизационной структуры необходимо создать пересыщение относительно гидрата (а 2...3). При использовании смесей с низким водосодержанием необходимое пересыщение достигается введением гипсового вяжущего в количестве 0,001 % по массе. Очевидно, что этого недостаточно для создания пространственной кристаллизационной структуры материала, следовательно, необходимо рассмотреть физико-механический аспект процесса твердения системы. [c.50] Из этого следует, что необходимое количество вяжущего в значительной степени зависит от давления прессования (при увеличении давления прессования происходит более плотная упаковка частиц благодаря возникновению сдвиговых усилий и переупаковке частиц), а также от удельной поверхности порошков и их гранулометрического состава. Это объясняет увеличение прочности образцов при увеличении давления прессования или при увеличении гипсового вяжущего в составе сырьевой смеси (при прочих равных условиях), так как и в том и другом случае увеличивается суммарное поперечное сечение кристаллизационных контактов. [c.50] С целью проверки предлагаемого механизма твердения системы, состоящей из смеси непереработанного фосфогипса (Д1) и ПГ, были выполнены следующие экспериментальные работы. [c.51] Процесс образования первичной структуры и влияние на него фосфогипса изучали путем формования и испытания образцов различного состава. С этой целью были изготовлены две серии образцов а) гипсовое вяжущее Г-4-Б-П (ПГ) — фосфогипс МХЗ (ДГ) б) гипсовое вяжущее Г-4-Б-П (ПГ) — Вольский песок (П). Содержание ПГ изменялось от О до 50 %, водотвердое отношение (В/Т) — 0,22...0,17. Образцы цилиндрической формы прессовали под давлением 20 МПа в течение 30 с и испытывали на прочность при сжатии и на водостойкость через 1 сут твердения при ф = 60 10 % и г = 20 2 С. [c.51] Фосфогипс принимает активное участие в формировании первичной структуры (рис. 2.4). При наличии в системе ДГ пространственная кристаллизационная структура с достаточно высокой прочностью образуется даже при небольшом содержании ПГ (не более 10 %). При таких же условиях, если вместо фосфогипса в смесь вводится кварцевый песок, кристаллизационная структура не возникает и прочность системы близка к нулю. Это достаточно ярко иллюстрирует важность идентичности подложки и образующихся зародышей гидрата. Если в систему вводится фосфогипс, состоящий в основном из двуводного гипса, то величина х близка к О и на поверхности фосфогипса легко образуются зародыши гидрата ПГ. Затем происходит срастание отдельных кристаллов фосфогипса и образуется первичная структура. [c.51] Для изучения второй стадии процесса — безгидратационное твердение — затвердевшие образцы хранили в течение месяца при с = 20 2°Си относительной влажности атмосферы ф = 60 10 %. [c.52] Параллельно выполненные испытания песчано-гипсовых образцов показали, что их прочность не изменилась и осталась равной прочности образцов возраста 7 сут. Некоторое повышение прочности в течение первых 7 сут объясняется высыханием образцов до равновесного состояния. [c.53] Вернуться к основной статье