The paper considers the ways of stone material artificial chemical activation that lead to strengthening of their bind with the products of astringent hydration. In order to do that the diluted electrolyte mixture is used. It is noted that their application is especially expedient when dust-clay admixtures are a feature.


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2005
    Журнал: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету
    Наукова стаття на тему 'Активація кам'яних матеріалів при їх зміцненні в'яжучими в композиційних шарах дорожнього одягу'

    Текст наукової роботи на тему «Активація кам'яних матеріалів при їх зміцненні в'яжучими в композиційних шарах дорожнього одягу»

    ?УДК 625.7 / 8

    АКТИВАЦІЯ КАМ'ЯНИХ МАТЕРІАЛІВ ПРИ ЇХ укріплених в'яжучими В КОМПОЗИЦІЙНИХ шарах ДОРОЖНЬОГО ОДЯГУ

    Е.А. Фоменко, мл. наук. співр.,

    А.Г. Ольгинській, професор, д.т.н., ХНАДУ

    Анотація. Розглядаються шляхи штучної хімічної активації кам'яних матеріалів, що призводять до посилення їх контактної взаємодії з продуктами гідратації в'яжучих. Для цих цілей запропоновано використовувати розбавлені розчини електролітів. Відзначено, що їх застосування особливо доцільно при наявності пилувато-глинистих домішок.

    Ключові слова: композиційні матеріали, пісок, пилувато-глинисті частинки, розчини електролітів, подвійний електричний шар, д-потенціал.

    Вступ

    Штучні композиційні матеріали є гетерогенними системами з розвиненою поверхнею розділу фаз. Міцність і довговічність таких систем визначається величиною реалізованої межфазной енергії взаємодіючих структурних компонентів. Максимальна стійкість систем досягається в тому випадку, якщо енергетичні потенціали, властиві кожному структурному компоненту системи, повністю витрачені на освіту міжфазних зв'язків, при цьому вони взаємно компенсуються.

    Всі сировинні кам'яні матеріали, незалежно від їх агрегатного стану, зазвичай знаходяться в неактивному стані і при комплексній обробці можуть набувати хімічну активність в результаті енергетичної взаємодії на межі розділу фаз.

    Застосування в дорожньому будівництві різних хімічних реагентів, в'яжучих і способів фізико-хімічної активації сировинних конгломератів дозволяє вдосконалити технологічні процеси, підвищити експлуатаційні властивості матеріалів, сприяє поліпшенню властивостей дорожніх конструкцій.

    аналіз публікацій

    Застосування дрібний заповнювач (пісків різних класів) без урахування його фізико-технічних властивостей призводить, в першу чергу, до погіршення таких експлуатаційних властивостей виробів, як морозостійкість, міцність, водопоглоще-ня, стираність, і, по-друге, до невиправданого збільшення витрати цементу.

    Відомі хімічні методи активації мінеральних складових бетонних сумішей: розчинами електролітів високої концентрації, зокрема, азотною кислотою; розчинами лугів.

    Принципово відрізняється активація кварцового піску слабкими розчинами електролітів з метою управління його електроповерхневих властивостями. Активація проводиться розчинами солей з багатовалентними катіонами з концентрацією порядку кілька р моль / л. Оптимальною вважається та, при якій відбувається перезарядка поверхні заповнювача [1]. Наприклад, при активації кварцового піску розчином ЛЬСЬ3-6І20 з концентрацією 5-101 м моль / л збільшується міцність бетонів на 130-360%.

    Мета і постановка задачі

    В результаті аналізу способів, спрямованих на інтенсифікацію взаємодії цементного каменю з мінеральними матеріалами, показано, що перспективним є спосіб інтенсифікації фізико-хімічної взаємодії шляхом модифікації поверхні кам'яних матеріалів слабкими розчинами електролітів.

    Застосування електролітів високої концентрації не має широкого поширення, так як концентровані розчини, зокрема кислот, можуть мати шкідливий вплив не тільки на цементний камінь і арматуру, а й на технологічне обладнання.

    При роботі з висококонцентрованими розчинами потрібні підвищені заходи безпеки. Істотним недоліком також є

    значні витрати дорогих реактивів, що призводить до невиправдано високих економічних витрат.

    Крім цього, визначальним фактором є високий вміст пилувато-глинистих домішок в піску, що перевищують допустимі показники, які мають практично однаковий за величиною і знаку ^ -потенціал з цементними гідратами, що не забезпечує формування щільної зони контакту гідратів з заповнювачем і знижує фізико-механічні властивості цементних бетонів.

    Активація кам'яних матеріалів розведеними розчинами електролітів

    Принципово інші підходи пропонує школа професора А.Г. Ольгинської [2, 3], що використовує для активації наповнювачів розбавлені розчини електролітів.

    Процеси контактообразованія починаються з моменту контактування поверхні зерен заповнювача, мінеральних часток і в'яжучого (дисперсна фаза) з рідкою фазою цементного тесту (дисперсна середа).

    Керуючи електроповерхневих властивостями взаємодіючих частинок, можна впливати на процеси структуроутворення, перш за все в зоні контакту цементних гідратів з заповнювачем.

    Мономолекулярна плівка води на поверхні колоїдної частинки являє собою подвійний електричний шар (ДЕС), представлений потенціалоопределяющімі іонами поверхневих зон дисперсної фази і еквівалентної кількості противоионов дисперсної середовища. У нашому випадку, заповнювач і цементних частинок, з одного боку, і рідкої (водної) фази, з іншого боку. Його обкладання наближено можна вважати що складаються з безперервно розподіленого заряду (рис. 1).

    Стан подвійного електричного шару (ДЕС) дуже впливає на стійкість і коагуляцію колоїдних систем. Перехід іонів з об'єму фази на поверхню розділу в гетерогенній системі супроводжується перерозподілом зарядів. У стані рівноваги межують фази повинні придбати заряди рівної величини, але протилежного знака.

    Між обкладками діють сили тяжіння, які прагнуть скоротити товщину ДЕС. Якщо осі молекулярних диполів води нормальні до поверхні частинки, то сили тяжіння всюди нормальні до поверхні і «гасяться» пружністю молекул, що перешкоджають їх стиску уздовж осі диполя.

    Мал. 1. Схема колоїдної частинки з мономолеку-лярной плівкою води або інших полярних молекул, адсорбованих на її поверхні: а - дипольні молекули, розташовані нормально до поверхні; б - диполь-ні молекули, похилі до поверхні частинки; в - спонтанна поляризація супроводжується зменшенням товщини «подвійного шару» від yo0 до е із зсувом центру ваги зовнішніх електричних зарядів [4]

    Важливою характеристикою поверхні розділу фаз є електрокінетіческій (дзета) потенціал - перепад потенціалу по тій частині дифузного шару, в межах якої розчин електроліту може бути залучений в тангенціальний рух відносно міжфазної поверхні при зовнішньому впливі на систему. Величина і знак електрокінетичного потенціалу залежать від будови ДЕС.

    Звідси випливає, що змінивши склад розчину, можна змінити величину і знак ^ -потенціалу внаслідок сильно адсорбирующихся на поверхні іонів або зміни pH розчину електроліту.

    Визначається електрокінетіческій потенціал як потенціал, відлічуваний від рівня в дифузному шарі, досить віддаленому від кордону розділу фаз, до кордону ковзання (рис. 2 [1]).

    Про вплив заповнювача з різною питомою поверхнею і, отже, адсорбційної здатністю можна судити на прикладі роздільної обробки [1] крупного і дрібного заповнювача розчинами кислоти. Якщо ввімкнути функцію великого щільного заповнювача використовується розчин з концентрацією 10-2-10-3 м моль / л, дрібного - з концентрацією 10-3-10-5 м моль / л. В результаті зростає мікротвердість цементного каменю в зоні контакту на 12-19%, і, як наслідок, знижується водопоглинання бетонів, міцність при стисненні збільшується на 15-28%, зростає морозостійкість і корозійна стійкість в середньому на марку.

    Q, мВ -80

    -60

    ^ 0

    -20

    »-,

    л | Ч V \ 1

    V [2 N% \%

    4 \ ч ^ 1 1 * 1 *

    ч 1 \% \ 1 Л ' ,

    3 V \ 1 + 1 11 \ * V «

    Л до ,

    10 10

    10

    10

    1

    Мал. 2. Залежність (? -Потенціалу заповнювач від концентрації обробного розчину: 1, 2 - HCl; 3 - КОН; 4 - FeSO4-H2O (1 - микроклин; 2, 3, 4 - кварц)

    Вибір електролітів слід здійснювати з урахуванням мінерального складу і природи кам'яного матеріалу. Як піщано-пилуватих домішок можуть бути нальоти і плівки, що утворюються при вторинному минералообразования на поверхні складають мінералів, в процесі вивітрювання або в результаті дроблення кам'яного сировини. Одними з найбільш поширених домішок є скупчення пилуватих і глинистих часток. З них глинисті мінерали з високою питомою поверхнею є найбільш сильні адсорбенти, здатні до катіонного обміну.

    Як обробних розчинів розглядалися розчини сильної кислоти (HCl), солі слабкої основи і сильної кислоти (AlCl3), а також лугу (КОН) оптимальної концентрації. Ефективність активації оцінювалася на підставі приросту міцності цементно-піщаних бетонів природного твердіння у віці 3 діб (рис. 3) в порівнянні з контрольними складами на неактивованому заповнювачі.

    Найбільш високі значення приросту міцності типові для бетонів на заповнювачах з пилувато-глинистими домішками. При такому складі домішок доцільно проводити активацію розчинами лугів і солей, хоча і кислотна активація також досить ефективна.

    Для них міцність при стисненні збільшується в середньому на 40%, а при вигині - на 50%.

    Мал. 3. Гістограма приросту міцності бетонів на піску з пилувато-глинистими домішками (%): а - при стисненні; б - при згині; 1 - при обробці кислотою; 2 - сіллю; 3 - лугом

    висновки

    Попередня активація піску розчинами гідролізуються солей призводить до перезарядження його поверхні і зниження ступеня електризації пилувато-глинистих домішок), в результаті чого підвищується міцність і довговічність бетону.

    При виборі електролітів необхідно враховувати їх вартість, доступність, особливості зберігання, безпека в обігу, зручність в роботі.

    література

    1. Ольгинській О.Г. Оцінка і регулювання

    структури зони контакту цементного каменю з мінеральними наповнювачами: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Харків, 1994.

    2. Мельник Ю.М. Активація структурообразова-

    ня в контактній зоні важкого цементного бетону розчинами солей з метою поліпшення його властивостей: Автореф. дис. . канд. техн. наук. - Харків, 1984. - 19 с.

    3. редкозубой А.А. дрібнозернисті цементні

    бетони на некондиційних кварцових пісках: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. -Харків, 1996. - 19 с.

    4. Ковальов Я.М. Активаційні технології до-

    рожніх композиційних матеріалів (науково-практичні основи). - Мінськ: Білоруський будинок друку, 2002. - 313 с.

    рецензент:

    ХНАДУ.

    В.В. Філіппов, професор, д.т.н..,

    Стаття надійшла до редакції 4 лютого 2005 р.


    Ключові слова: композиційні матеріали / пісок / пилувато-глинисті частинки / розчини електролітів / подвійний електричний шар / т-потенціал

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити