Материал: 2498

36

Управление процессом структурообразования заключается в определении таких способов внешнего воздействия, которые бы могли изменить основные параметры процесса Fc, n0 и . Для ускорения процесса твердения необходимо или увеличить кинетическую энергию атомов, или уменьшить величину потенциального барьера, это возможно при использовании тепловой, механической или электрической энергии.

СибАДИПри применении тепловой энергии повышается подвижность атомов, так как при повышении температуры увеличивается кинетическая энергия атома, ампл туда колебаний возрастает и атом относительно легко преодолевает потенц альный барьер. Однако, несмотря на простоту и широкое пр менен е, такой способ имеет ряд существенных недостатков. Технолог я тепловой обработки бетона несколько препятствует достижен ю макс мальной прочности. Это происходит потому, что повышен е температуры приводит к ускорению процесса твердения, а следовательно, к резкому возрастанию потенциальных барьеров, которые тормозят дальнейш е д ффузионные процессы и образование новых связей. В этом случае о разование новых кристаллических соединений привод т к торможен ю процесса диффузии, так как в твердом теле явления процесса протекают со значительно меньшей скоростью.

Эффект механической энергии имеет принципиальное отличие от тепловой и заключается в том, что механические колебания увеличивают подвижность атомов за счет возрастания их кинетической энергии при постоянной величине потенциальных барьеров. Тепловая энергия вызывает увеличение скорости процесса структурообразования бетона, возрастание потенциальных барьеров при одновременном повышении кинетической энергии атомов и не повышает конечной прочности, в то время как механическая энергия, наоборот, несколько затормаживая начальный этап структурообразования, приводит к увеличению числа связей и повышает конечную прочность бетона (см. рис. 1.8, кривые 4 и 5). Приведенные зависимости также далеки от идеальной (кривая 3 на рис. 1.8), хотя в случае применения механической энергии предельная прочность значительно возрастает.

При использовании электрической энергии воздействие переменного электрического поля вызывает повышение температуры ускорение химических реакций. Но ускорение реакций определяется вынужденными колебаниями (переходами) отдельных атомов или ионов аналогично тому, как это происходит при воздействии механических колебаний высокой частоты. Таким образом, применение электрической энергии в виде электромагнитного переменного поля является одним из эффективных способов активации смесей, так как ее использование позволяет не только увеличить подвижность атомов, но и резко повысить температуру, т.е. ускорить процесс структурообразования (см. рис. 1.8, кривая 6).

37

Наиболее эффективным средством управления процессами структурообразования является применение механической и электрической энергий, первая из которых дает возможность повысить прочность, а вторая позволяет достигнуть предельной прочности за минимальное количество времени.

Переход отечественных заводов, производящих изделия из ячеистого

СибАДИ

бетона, на высококачественные исходные сырьевые материалы и использование ими различных способов активации дает возможность управлять процессами структурообразования и позволит вырабатывать продукц ю с качественными показателями.

38

Г Л А В А 2. ТЕХНОЛОГИИ ЭФФЕКТИВНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЕНОБЕТОНОВ

2.1. Теоретические основы поризации кремнеземвяжущей массы механическим способом

СибАДИПо теории П.А. Ребиндера и согласно положениям коллоидной химии,

пена представляет собой структурную систему, обладающую определенной жесткостью (упругостью) формы. Ячейки пены не являются строго сферическ ми ли сферо дальными, они более или менее деформированы под действ ем кап ллярных сил и имеют форму многогранников. Пену следует рассматр вать как концентрированную эмульсию независимо от агрегатного состоян я фаз, о разующих дисперсную систему.

Ф з ческая сущность явления пенообразования заключается в

следующем: молекулы ж дкости связаны друг с другом силами взаимного притяжен я. Каждая молекула внутри жидкости находится как бы в состоян равновес я, так как силы притяжения молекул со всех сторон, окружающ х ее, уравновешиваются противоположно направленными силами пр тяжен я данной молекулы. На поверхности жидкости, т.е. на границе раздела фаз жидкости воздуха, это равновесие сил нарушается, так как молекулы тонкого поверхностного слоя не испытывают воздействия сил межмолекулярного притяжения со стороны воздуха. Молекулы поверхностного слоя жидкости под влиянием этих сил, стремясь погрузиться внутрь ее, образуют на поверхности уплотненный слой жидкости, обладающий свободной поверхностной энергией. При добавлении к жидкости пенообразователя поверхностное натяжение ее уменьшается, поэтому при вдувании в жидкость воздуха или при интенсивном перемешивании жидкости на ее поверхности образуется пена, т.е. пузырьки воздуха, заключенные в жидкие оболочки с меньшим, чем у чистой жидкости, поверхностным натяжением. Величина поверхностного натяжения воды равна 73,9·10–3 ж/м2. авление воздуха в пузырьках пены больше давления наружного атмосферного воздуха, поэтому пленки жидкости, образующие оболочки воздушных пузырьков, всегда находятся в растянутом состоянии [44, 45].

Основные недостатки пенобетона: значительная осадка пенобетонной смеси в форме, возможность расслоения пенобетонной смеси при транспортировке. Это связано, прежде всего, с размером образующихся воздушно-пенных пузырьков в пенобетонной смеси. Чем больше размер пузырьков, тем больше их удельная поверхность при равном воздухововлечении, тем большим количеством зерен цемента и мелкого песка армируются пузырьки пены, тем устойчивее пенобетонная смесь.

39

Критический размер пузырька, находящегося в неустойчивом равновесии, находится в пределах 0,6 – 1 мм и зависит от уровня минерализации пены. Еще один фактор устойчивости смеси – величина давления внутри пузырька, но в отличие от газобетона, где избыточное давление газа в порах является причиной их прорыва и дальнейшего трещинообразования в межпоровых перегородках, в пенобетонах этого не происходит,

СибАДИпоскольку появление избыточного давления в пузырьках пены компенсируется увеличением сил поверхностного натяжения жидкости, которое является пр ч ной возникновения этого давления.

В пенных д сперсных системах стабилизирующее межфазовое взаимодейств е проявляется в прослойках жидкости, заполненных твердыми част цами смеси. Водная оболочка вокруг частиц и их электр ческ й заряд препятствуют сближению частиц и объединению их в агрегаты, то есть процессу коагуляции.

Эффект вный путь получения устойчивых минерализованных пен – это создан е услов й для прочного сцепления частиц с пузырьками воздуха. Пены, в которых поверхность пузырьков покрыта частицами минерала, представляют со ой структурированные системы. Силы сцеплен я онов, молекул и коллоидных частиц создают внутри системы пространственную сетку, устойчивость которой определяется применяемыми химическими реагентами и свойствами поверхности частиц. С точки зрения прочности структурных связей в системе наиболее перспективным является способ создания минерализованной пены с применением двух видов П В: пенообразователей и собирателей – химических реагентов, гидрофобизирующих поверхность минеральных частиц.

Гидрофобизация поверхности минерала происходит в результате физико-химических процессов образования пленки гидрофобных соединений на частицах. Для кварца и других минералов кислотного характера гидрофобизаторами, играющими в пенных системах роль собирателей частиц, являются катионоактивные химические реагенты. Наиболее распространенными ПАВ этого вида являются соли алифатических аминов (первичных – RNH2H+Cl-, вторичных – RR1HH+Cl- и третичных – RR1R2NH+Cl-), четвертичные аммониевые основания типа RR1R2R3NH+Cl- другие сложные органические соединения, содержащие азот или фосфор. Здесь R – углеводородный радикал, содержащий в молекулах 12 – 18 атомов углерода. При диссоциации в водных растворах аминов образуется катион, содержащий углеводородные радикалы [RNH3]+. Аммонийная положительно заряженная группа представляет активную полярную часть сложного иона, а полярная часть молекулы – углеводородный радикал, обуславливает гидрофобные свойства молекулы собирателя.

40