Реологические свойства жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов
|
Качество строительных материалов во многом формируется в период нахождения смеси в вязкопластичном состоянии. При прочих равных условиях (способе и интенсивности уплотнения) плотная структура материала, обладающая повышенными показателями эксплуатационных свойств, формируется из подвижных смесей. Для композитных материалов она зависит как от общей площади границы раздела фаз «вяжущее вещество — дисперсная фаза» и геометрических барьеров, создаваемых дисперсными частицами, так и от смачиваемости поверхности наполнителя вяжущим. При использовании наполнителя (дисперсной фазы) постоянного химического состава и дисперсности выбранный показатель реологических свойств, в частности предельное напряжение сдвига, зависит только от степени наполнения. Так, для вяжущих веществ, не являющихся дисперсными системами (например расплавы серы, свинца и т.д.), установлено, что предельное напряжение сдвига дисперсно-наполненной смеси зависит от соотношения толщины прослойки расплава вяжущего h к диаметру частицы наполнителя df:  где а, b — эмпирические коэффициенты. Регулировать это соотношение возможно изменением степени наполнения материала:  где ηf — максимальная степень наполнения материала, ηf = 0,74; vf — объемная степень наполнения. Жидкостекольное вяжущее, получаемое совмещением раствора гидросиликатов натрия с хлоридом бария, является композиционным вяжущим. Поэтому влияние дисперсных фаз на технологические свойства смесей существенно отличается. Так, например, В.Н. Матвеенко, Е.А. Кирсановым и С.В. Ремизовым разработана модель, описывающая реологию системы, дисперсная фаза которой изменяет геометрические размеры во времени и при различных силовых воздействиях:  где ηc = η0(1—kvf)-A*; τс = FAf(vf); χ, k и А* — коэффициенты, связанные с гидродинамическим взаимодействием отдельных частиц; FA — сила сцепления, нормированная на площадь сечения модельного цилиндра и препятствующая его разрыву. Особенности структурообразования жидкостекольных материалов, отвержденных хлоридом бария, позволяют предположить, что при увеличении степени наполнения материала образующиеся продукты реакции будут значительно быстрее заполнять межзерновое (свободное) пространство, и, следовательно, при постоянной продолжительности проведения эксперимента предельное напряжение сдвига такой смеси будет выше. Очевидно, что с увеличением степени наполнения предельное напряжение сдвига увеличивается интенсивнее (рис. 68).  Скорость изменения функции τ = f(vf) пропорциональна τ:  Общий интеграл этого дифференциального уравнения имеет вид  где а, b — константы. Аналогичное влияние будет оказывать дисперсная фаза. Отсюда в дисперсно-наполненных жидкостекольных композитах влияние дисперсной фазы и продуктов реакции суммируется:  где τ0 — предельное напряжение сдвига смеси «раствор гидросиликатов натрия — отвердитель», Па; а — вклад образующихся продуктов реакции Па; b — интенсивность влияния продуктов взаимодействия; с — вклад наполнителя, Па; d — интенсивность влияния наполнителя. Экспериментальные зависимости изменения предельного напряжения сдвига дисперсно-наполненных смесей представлены на рис. 69.  Эмпирические коэффициенты зависимости приведены в табл. 42.  Анализ табл. 42 показывает, что в начальный период времени влияние продуктов реакции на подвижность смеси незначительно, но в последующий период оно становится доминирующим (рис. 70).  Вид наполнителя определяет геометрические характеристики образующейся сетки: при увеличении степени наполнения и дисперсности наполнителя величина влияния гидросиликатов бария на подвижность смеси снижается; аналогично изменяется и интенсивность влияния, оцениваемая величиной коэффициента b, что объясняется увеличением расстояния между частицами отвердителя и уменьшением прослойки связующего. Исследования кинетики изменения предельного напряжения сдвига дисперсно-наполненных жидкостекольных материалов (рис. 71) показали, что кинетические зависимости незначительно отличаются от τ=f(t) для смеси «раствор гидросиликатов натрия — модифицированный отвердитель».   Таким образом, реологическими свойствами дисперсно-наполненных жидкостекольных материалов можно управлять на уровне вяжущего, т.е. изменением состава и количества модификатора для отвердителя — хлорида бария. При этом влияние вида, дисперсности и количества наполнителя в исследуемом диапазоне незначительно. |
