Войти  |  Регистрация
Авторизация

Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов



Ранее было показано, что структурообразование жидкостекольного вяжущего, отвержденного хлоридом бария, имеет особенности, обусловленные формированием сетки из продуктов химической реакции. При наполнении дисперсная фаза будет располагаться между элементами образующейся сетки (рис. 61), так как размеры ее частиц значительно меньше, чем образующиеся нити гидросиликатов бария. Отсюда очевидно, что введение наполнителя будет способствовать уменьшению общей пористости материала. Однако в высоконаполненных системах возможно возникновение пространственных затруднений для протекания реакции отверждения, вызванное наличием барьеров из частиц наполнителя.
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Структура такого материала представлена рыхлой и тонкой сеткой из гидросиликатов бария около частиц наполнителя и плотной — вокруг частиц отвердителя. Накопление продуктов реакции вокруг частиц отвердителя может блокировать их поверхность и препятствовать химическому взаимодействию. Закономерно предположить, что материалы с такой структурой будут обладать низкими показателями физико-механических и эксплуатационных свойств.
Для установления влияния количества наполнителя на процессы структурообразования в системе «раствор гидросиликатов натрия — отвердитель — наполнитель» использовали химически инертный к вяжущему и отвердителю наполнитель — барит. Результаты качественного рентгенофазового анализа показывают, что продуктами взаимодействия гидросиликатов натрия с отвердителем являются: BaO*SiO2*H2O; Ba2[SiО2(0H)2]2; Ba5[Si4О12](ОH)2 и NaCl (рис. 62...64).
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Наличие стерических эффектов при формировании кристаллической фазы, согласно закону Вульфа-Брегга, приводит к возрастанию значения Δd. Очевидно, что при невысоких степенях наполнения влияние частиц наполнителя на формирование гидросиликатов бария менее выражено, чем при большем содержании барита, а интенсивность их максимумов закономерно снижается (табл. 39).
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Анализ табл. 39 показывает, что для всех гидросиликатов бария, образующихся в дисперсно-наполненных смесях, наблюдаются изменения значений межплоскостных расстояний по сравнению с жидкостекольным вяжущим. Как правило, межплоскостное расстояние смещается в сторону увеличения, что подтверждает возникновение пространственных затруднений при образовании продуктов реакции. Это приводит к возникновению внутренних напряжений в структуре.
Особенности структуры жидкостекольных связующих будут обусловливаться также однородностью распределения компонентов по объему частиц отвердителя, добавки и наполнителя. Рассмотрены два способа совмещения компонентов:
1) традиционное перемешивание смесевого наполнителя с отвердителем (рис. 65, а—г, и);
2) совместный помол компонентов в течение 60 с в истирателе марки «ВТ-808.00.000.ЭЗ» (рис. 65, д—з, к).
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Анализ рис. 65 показывает, что степень наполнения и способ совмещения компонентов оказывают значительное влияние на структуру дисперсно-наполненного материала (табл. 40). Из указанной таблицы видно, что с увеличением степени наполнения изменяются размеры воздушных пор, агрегатов частиц отвердителя и наполнителя, кристаллов хлорида натрия. При использовании способа № 1 размер частиц непровзаимодействовавшего отвердителя и агрегатов частиц наполнителя с увеличением степени наполнения материала закономерно уменьшается. Это связано с более интенсивным воздействием частиц в смеси при перемешивании.
Изменение размеров пор в диапазоне степеней наполнения от vf = 0,35 до vf = 0,38 имеет экстремальный характер. Минимальный размер пор наблюдается при степени наполнения vf = 0,35, что определяется формированием более плотной структуры. При такой степени наполнения раствора гидросиликатов натрия достаточно для связывания частиц смесевого наполнителя; избыток раствора гидрорсиликатов натрия (vf < 0,35) приводит к увеличению пористости из-за испарения воды. Увеличение степени наполнения до vf = 0,38 способствует формированию более пористой структуры из-за недостатка вяжущего. При степени наполнения материала vf = 0,39 происходит смена условий уплотнения смеси: происходит переход от литьевой технологии изготовления на трамбование, размеры пор при этом закономерно уменьшаются.
Изменение размеров кристаллов хлорида натрия также имеет экстремальный характер. Это объясняется изменениями структуры гидросиликатов бария и количеством наполнителя. При невысокой степени наполнения формирование гидросиликатов бария происходит свободно (см. табл. 38), кристаллы хлорида натрия, формирующиеся впоследствии, образуются в пустотах образовавшейся сетки. Структура таких кристаллов NaCl мелкокристаллическая. Увеличение степени наполнения приводит к формированию рыхлой сетки из гидросиликатов бария, что позволяет кристаллам хлорида натрия разрывать ее и образовывать крупные кристаллы. Дальнейшее увеличение степени наполнения приводит к повышению предельного напряжения сдвига смеси, что способствует уменьшению размеров кристаллов хлорида натрия.
Исследования влияния степени наполнения и способа совмещения компонентов на содержание в материале свободного отвердителя показали, что количество непровзаимодействовавшего хлорида бария в материале увеличивается при его наполнении с 3,02 до 4,01 % при совмещении компонентов по способу № 1 и уменьшается до 2,6 % при совмещении по способу № 2 (при vf = 0,37). Использование технологии совместного помола компонентов (способ № 2) приводит к равномерному их распределению в смеси (при увеличении 82х отсутствуют агрегаты наполнителя и отвердителя), поэтому уменьшаются размеры кристаллов хлорида натрия и размеры пор. Изменения размеров пор и кристаллов хлорида натрия имеют аналогичный характер.
Структура радиационно-защитного бетона формируется при введении заполнителя, обеспечивающего высокие эксплуатационные свойства конструкции защиты. Определение количества заполнителя, обеспечивающего формирование бетона с требуемой подвижностью смеси, предлагается проводить по величине структурного показателя φst, равного:
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

где ρкр, ρмл — плотности крупного и мелкого заполнителей; n — количество слоев толщиной dt; df — диаметр частицы наполнителя; hs — толщина прослойки вяжущего между частицами наполнителя; Sкр, Sмл — соответственно удельная поверхность крупного и мелкого заполнителей.
Кроме того показано, что при соотношении стоимости вяжущего Сжс к стоимости заполнителя Сзап:
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

введение дополнительного количества фракций заполнителя является неэффективным.
С учетом стоимости растворов гидросиликатов натрия и свинцовой дроби значение соотношения удовлетворяет приведенному условию, следовательно, целесообразно использовать одну фракцию свинцовой дроби.
Для радиационно-защитного жидкостекольного бетона φst=f(n) преобразуем к виду
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

где vз — объемная доля заполнителя; vf — объемная доля наполнителя.
Значения φst для рабочего диапазона vз приведены в табл. 41.
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Сопоставление данных табл. 41 со значениями φst, указывает, что бетонные смеси на основе жидкостекольного связующего относятся к группе жестких бетонных смесей, для формования изделий из которых необходимо использовать интенсивные методы уплотнения, например виброуплотнение с пригрузом или прессование.
В данной работе изготовление образцов радиационно-защитных жидкостекольных бетонов проводилось методом прессования. Такое интенсивное воздействие на бетонную смесь приводит к формированию каркаса из свинцовой дроби с преобладанием гексагонального типа упаковки зерен (рис. 66).
Для приготовления связующего использовался способ № 2 совмещения компонентов. Анализ результатов оптических исследований структуры связующего (рис. 67), твердеющего в межзерновом пространстве, показывает, что свинцовая дробь не оказывает существенного влияния на процессы его структурообразования. Однако наблюдается некоторое снижение величины общей пористости.
Структурообразование жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Таким образом, установлено, что увеличение степени наполнения не оказывает влияния на процессы образования гидросиликатов бария. Исследования однородности структуры показывают, что для равномерного распределения компонентов в смеси рационально совмещать их совместным помолом. Изменения размеров агрегатов из частиц наполнителя, продуктов взаимодействия и кристаллов хлорида натрия, а также пористости материала имеют экстремальный характер, что объясняется влиянием количества наполнителя и плотности сетки гидросиликатов бария, а также вязкостью смеси.
Введение свинцовой дроби приводит к формированию жестких бетонных смесей, для формования изделий из которых необходимо использовать интенсивные методы укладки, в частности, прессование. Результаты оптических исследований свидетельствуют, что свинцовая дробь не оказывает существенного влияния на процессы структурообразования связующего. Однако наблюдается снижение величины общей пористости.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent