Войти  |  Регистрация
Авторизация

Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов



Важнейшими характеристиками материала, позволяющими прогнозировать его эксплуатационные свойства, являются параметры состояния и структурные показатели. Они позволяют прогнозировать его стойкость в различных эксплуатационных средах. Известно, что материалы с низкой средней плотностью и высокой пористостью обладают низкими значениями механических и эксплуатационных свойств. Введение высокоплотного наполнителя позволяет увеличить среднюю плотность и снизить пористость композитов. Эти показатели особенно важны для дисперсно-наполненных жидкостекольных материалов, отвержденных хлоридом бария, так как к изделиям и конструкциям, изготовленным на их основе, вследствие специфичности области применения — защита от ионизирующих излучений — предъявляются повышенные требования по плотности и пористости.
Известно, что увеличение количества наполнителя в материале приводит к повышению величины средней плотности материала. При этом средняя плотность композита с увеличением концентрации твердой фазы теоретически должна стремиться к плотности вводимого наполнителя. Однако при достижении определенной степени наполнения вяжущего становится недостаточно для смачивания всей поверхности наполнителя. Это приводит к недоуплотнению смеси при выбранных технологических параметрах и образованию пустот и пор. Поэтому средняя плотность композитных материалов, в том числе и жидкостекольных, имеет экстремальный характер (рис. 79 и 81).
Анализ рис. 79 показывает, что изменение средней плотности жидкостекольных материалов от степени наполнения описывается математической моделью:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

где vf — объемная доля наполнителя; а, b и с — эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в табл. 46.
Вид модели ρm=f(vf) свидетельствует о доминирующем влиянии структурного процесса (см. раздел 3.4), т. е. заполнения пустот сетки гидросиликатов бария частицами наполнителя.
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Анализ табл. 46 показывает, что значения коэффициента а не зависят от вида наполнителя и характеризуют среднюю плотность жидкостекольного вяжущего:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Расчетное значение ρw = 1/а = 1136 кг/м3, а экспериментальное — 1150 кг/м3, т.е. ошибка 1,2 %. Значения коэффициента b зависят от вида наполнителя: с увеличением плотности материала наполнителя величина |b| возрастает (рис. 80).
Снижение плотности материала происходит из-за воздухововлечения в процессе перемешивания и оценивается коэффициентом с; высокие значения этого коэффициента указывают на повышенное воздухововлечение и недостаточную смачиваемость поверхности наполнителя вяжущим. Из табл. 46 видно, что максимальное значение коэффициента с характерно для свинцового сурика. Это объясняется плохой его смачиваемостью водными растворами вследствие наличия на поверхности слоя вещества группы алканов (парафин, стеарин или др.). Введение сульфанола позволяет улучшить смачиваемость поверхности сурика, поэтому значения коэффициента с снижаются на 39...43 %. При этом способ совмещения компонентов наполнителя не оказывает существенного влияния на его значения.
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Средняя плотность жидкостекольных бетонов, наполненных смесевым наполнителем, зависит от содержания свинцовой дроби и давления прессования (рис. 81).
Обработка экспериментальных данных рис. 81 показывает, что зависимость средней плотности бетонов от давления прессования имеет асимптотический характер, описываемый функцией вида
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

где ρmax — максимальная средняя плотность бетона, кг/м; а и b — эмпирические коэффициенты; P — давление прессования, МПа.
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Значения эмпирических коэффициентов приведены в табл. 47.
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Рациональное значение давления прессования определится из условия
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

где Δ — погрешность определения средней плотности; P*, Pmax — рациональное и максимальное давления прессования, равные:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

С учетом Δ величина P* равна:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

При значении Δ ≤ 2 % P* для состава бетона № 1 равно 15 МПа, а для состава № 2 — 20 МПа.
Пористость жидкостекольных материалов на основе различных дисперсных фаз имеет сложный характер (рис. 82).
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

При небольших степенях наполнения частицы наполнителя постепенно заполняют объем пустот между нитями сетки из гидросиликатов бария, поэтому общая пористость материала изменяется прямо пропорционально количеству вводимого наполнителя:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

где Пв — пористость вяжущего, %; а — эмпирический коэффициент, характеризующий интенсивность влияния наполнителя на пористость материала (табл. 48); vf — степень наполнения.
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

При превышении степени наполнения, соответствующей заполнению объема пустот между продуктами отверждения, дисперсная фаза начинает препятствовать формированию связной структуры вяжущего, что приводит к образованию отдельных нитей или их групп, которые затрудняют уплотнение смеси и удаление вовлеченного воздуха. В этом случае пористость материала возрастает. Причем так же пропорционально количеству вводимого наполнителя:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

где A, b — эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в табл. 49.
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Точка пересечения зависимостей П'общ = f(vf) и П''общ = f(vf) характеризует объемную степень наполнения, при которой дисперсная фаза заполняет пустоты, образуемые продуктами взаимодействия раствора гидросиликатов натрия с BaCl2. Абсцисса точки пересечения равна:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

а значение общей пористости:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

При этом изменение пористости составит:
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Значения структурных показателей материалов представлены в табл. 50.
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Анализ табл. 50 показывает, что независимо от вида наполнителя объем пустот в сетке из гидросиликатов бария, заполняемых дисперсной фазой, существенно не изменяется. Для дисперсно-наполненных материалов на основе свинцового сурика наблюдается некоторое увеличение значения ΔПобщ при введении сульфанола и интенсивном совмещении компонентов (способ № 2), что объясняется улучшением смачиваемости наполнителя.
Общая пористость бетонов определяется количеством заполнителя и давлением прессования материала (рис. 83).
Полученные экспериментальные данные адекватно описываются функцией вида
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

где Пmin — минимальная пористость бетона, %; а и b — эмпирические коэффициенты (значения приведены в табл. 51); P — давление прессования, МПа.
Средняя плотность и пористость жидкостекольных дисперсно-наполненных композитных материалов

Анализ рис. 83 и табл. 51 показывает, что увеличение давления прессования приводит к закономерному снижению пористости бетона (теоретически при достаточно высоких значениях давления прессования общая пористость бетона численно будет равна Побщ,т = Пmin). При увеличении степени наполнения связующего пористость бетона возрастает, что связано с недостатком вяжущего для смачивания дисперсных фаз. При этом общая пористость бетонов ниже, чем связующих более, чем в 10 раз, что объясняется уменьшением его содержания в материале и удалением вовлеченного воздуха при прессовании.
Таким образом, установлены закономерности влияния вида и количества наполнителя на среднюю плотность и пористость жидкостекольных композитов, отвержденных хлоридом бария. На основе полученных закономерностей разработан механизм влияния вида и количества дисперсной фазы на среднюю плотность и пористость композитов, заключающийся в протекании последовательных процессов: при малых степенях наполнения происходит заполнение пустот между нитями гидросиликатов бария, что приводит к увеличению средней плотности и снижению общей пористости материала, которые продолжаются до заполнения пустот. При дальнейшем наполнении формируются отдельные нити или их группы из продуктов отверждения, которые затрудняют уплотнение смеси и удаление вовлеченного воздуха. Вследствие протекания этого процесса средняя плотность материала снижается, а общая пористость — возрастает. При прочих равных условиях (вид и дисперсность наполнителя) управление структурообразованием жидкостекольных композитов, отвержденных хлоридом бария, осуществляется улучшением смачиваемости поверхности наполнителя и применением интенсивных технологий совмещения компонентов.
Введение свинцовой дроби при прочих равных условиях (давление прессования, степень наполнения связующего) приводит к закономерному увеличению средней плотности и снижению общей пористости бетона. По сравнению с аналогами величина средней плотности бетона выше в 1,8...1,9 раз, а общей пористости — ниже на 45...50 %.
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