УДК 691.175.643’42’5

Н., канд. техн. наук, доцент, В., д-р техн. наук, профессор, советник РААСН,

В., аспирант

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Глетглицериновых мастик специального назначения

К настоящему времени выполнены многие исследования, посвященные проблемам структурообразования композитов специального назначения, синтеза их основных технических свойств и изучения деструктивных процессов в различных условиях эксплуатации, а также направленные на определение влияния различных рецептурно-технологических факторов на реологические свойства радиационно-защитных композитов.

Для изготовления защитных конструкций, работающих в условиях интенсивных радиационных нагрузок, целесообразно проектировать материал, в состав которого должны входить химические элементы с большими атомными массами (свинец, железо и др.), а для эффективного поглощения нейтронного поглощения – химические элементы с малой атомной массой (водород, углерод, бор и др.). Анализ научно-технической литературы показывает, что эффективным сочетанием содержания тяжелых и легких элементов обладает глетглицериновый цемент, который получают совмещением оксида свинца (глета) и водного раствора глицерина. Глетглицериновый цемент (ГГЦ) является малоизученным быстротвердеющим вяжущим веществом, который используют для склеивания металлических и фарфоровых материалов, в качестве замазки, для футеровки различных аппаратов, работающих при повышенных температурах (до 250 °С) в условиях воздействия воды, соляной кислоты любой концентрации и разбавленной серной кислоты.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Важным требованием, предъявляемым практикой строительного производства к радиационно-защитным композиционным материалам, является удобоукладываемость смесей, зависящая от вязкости вяжущего, вида и дисперсности наполнителя, степени наполнения, интенсивности физико-химического взаимодействия на границе раздела фаз, условий приготовления и пр.

Первостепенным структурообразующим фактором, определяющим реологические характеристики, является степень наполнения глетглицериновых композиций (рис. 1).

Подпись: I

Рис. 1. Зависимость предельного напряжения сдвига

от степени наполнения глетглицеринового цемента

Как видно из рис. 1, при наполнении глицерина оксидом свинца предельное напряжение сдвига закономерно возрастает. Причем, при степенях наполнения от 1:2 до 1:10 по массе смесь классифицируется как литая и пластичная (изделия могут быть отформованы по вибролитьевой технологии), а при степенях наполнения от 1:10 до 1:12 по массе смесь жесткая, для которой применима технология прессования.

На графике зависимости t = f (Ж/Т) (здесь Ж/Т – соотношение по массе 85 %-ного раствора глицерина (Ж) к оксиду свинца (Т)) можно выделить три параметрические точки при Ж/Т = 1:5; 1:8; 1:10 (рис. 1).

Эти точки соответствуют концентрациям PbO, при которых наблюдаются структурные изменения ГГЦ. Поэтому при Ж/Т < 1:5 поведение ГГЦ мало отличается от реологических свойств механической смеси компонентов, подчиняющейся закону А. Эйнштейна:

где t – предельное напряжение сдвига раствора глицерина, a – коэффициент, j – объёмная концентрация дисперсной фазы.

При Ж/Т > 1:5 наблюдается отклонение от закона А. Эйнштейна и оксид свинца выступает в качестве наполнителя.

Отношение Ж/Т (глицерин/оксид свинца) = 1/5 по массе соответствует количествам вещества, вступающим в химическую реакцию с образованием глицератов свинца. Такой состав ГГЦ обладает хорошими реологическими характеристиками и высокими физико-механическими свойствами и рекомендуется авторами для получения особо тяжелых композитов для защиты от радиации с заданными структурой и свойствами.

Использование литых смесей в радиационной технике имеет естественные технические и экономические ограничения, устранение которых достигается введением заполнителей, имеющих эффективный химический состав. В работах школы А. П. Прошина доказана целесообразность применения в качестве дисперсной фазы – полиминерального отхода стекольной промышленности, содержащего до 71% PbO и средней плотностью 5100 кг/м3.

При проведении экспериментов использовались ранее полученные авторами результаты. Для наполнения ГГЦ композитов использовалась двухфракционная смесь отхода производства оптического стекла марки ТФ при массовом соотношении фракций с размерами частиц 1,25-2,5 мм : 0,05-0,14 мм = 3 : 2. Такая смесь имеет наибольшую насыпную плотность.

По мнению авторов [1], исследование комплексного влияния различных факторов на реологические свойства композитов целесообразно проводить с использованием методов теории управления и системного анализа – установление обобщенной зависимости изучаемого свойства от всего комплекса факторов, рассматривая композит как сложную техническую систему, которые позволяют решить вопросы комплексного влияния различных факторов на реологические свойства композитов.

Согласно [2] следует возможность аппроксимации t = t (uf , t) в виде

при 0,1 £ uf £ 0,3; 3 £ t £ 8 мин, где , при n = 3, m = 6.

После проведения математической обработки уравнение t = t (uf , t) принимает вид

Введение стеклозаполнителя приводит к закономерному снижению подвижности смесей (рис.2).

Общий вид зависимости пластической прочности от степени наполнения (рис. 2) свидетельствует о том, что в ГГЦ композитах при uf » 0,1 создается пространственная структура за счёт действия сил молекулярного взаимодействия между слоями связующего, покрывающего частицы наполнителя. Плёнки жидкой фазы создают непрерывную пространственную сетку в структуре ГГЦ, придавая ему свойства пластичности и способствуя течению при приложении внешних силовых воздействий.

При степени наполнения uf ³ 0,3 происходит увеличение структурной вязкости системы, в результате утончения слоёв глицерина, что приводит к значительному повышению сопротивления сдвигу. В системе не только повышается вязкое трение, но и возникает сухое трение между зёрнами заполнителя.

Дальнейшее увеличение степени наполнения приводит к дефициту связующего и росту пористости материала. При этом часть связующего переходит в дискретное состояние, что приводит к дефициту вяжущего и появлению несмоченных частиц заполнителя. По аналогии с цементными материалами такую смесь можно назвать «жёсткой». При использовании жёстких смесей для получения ГГЦ композитов с высокими физико-механическими свойствами в процессе формирования структуры необходимо прикладывать достаточно большие внешние силовые воздействия (например, прессование и т. д.).

Объёмное наполнение uf » 0,25-0,3 соответствует состоянию вяжущего вещества в виде тонких ориентированных сплошных пленок, полностью обволакивающих частицы заполнителей при минимальном содержании объемной фазы связующего. Именно такие композиции обладают приемлемыми реологическими свойствами и наилучшими физико-механическими харак-

теристиками и рекомендуются авторами для создания эффективных радиационно-защитных мастик на основе глетглицеринового вяжущего.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. П. Прошин, А. М. Данилов, А. Н. Бормотов, Е. В. Королев, И. А. Гарькина. Разработка и управление качеством строительных материалов с регулируемыми структурой и свойствами для защиты от радиации. // Труды II Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO ’03. – М.: Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН, 2003. – С. 2437-2460.

2. А. Н. Бормотов, Е. В. Королев, А. П. Прошин. Исследование реологических свойств композиционных материалов специального назначения методами системного анализа. Вестник отделения строительных наук РААСН, вып. № 8, 2004. - М.: РААСН. - С. 327-335.

УДК 666. 972

В., канд. техн. наук, ст. преподаватель, И., д-р техн. наук,

Ф., А., студенты

Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова

Принцип получения Быстротвердеющих бетонов

с высокими эксплуатационными характеристиками

Тяжелый бетон в настоящее время – один из основных строительных материалов. Большая часть затрат в себестоимости изделий из бетона приходится на тепло и энергию, идущие на тепловую обработку. Применение добавок ускоряющих твердение – один из вариантов снижения стоимости изделий. Однако ряд широко распространенных добавок – ускорителей отрицательно влияет на такие важные эксплуатационные характеристики бетона как морозостойкость, водонепроницаемость, коррозионная стойкость.

В результате проведенных исследований, нами показана возможность получения быстротвердеющих, высокопрочных и долговечных бетонов на основе обычных портландцементов и рядовых заполнителей, при использовании ряда комплексных добавок.

В основу метода модифицирования портландцементного вяжущего положен принцип стабилизации на ранних этапах гидратации клинкера изоструктурных гидратных фаз. Изоструктурность основных новообразований цемента: Ca(OH)2, C-S-H-фазы и AFm-фазы, приводит к их тесным взаимным срастаниям и прорастаниям, обеспечивающим высокую плотность упаковки гидратов, а их стабилизация в ранний период структурообразования вяжущего предотвращает первоначальную раздвижку цементных зерен иглами эттрингитоподобной AFt - фазы. Указанные факторы способствуют получению цементного камня с бездефектной, однородной структурой, и, следовательно, с высокими строительно-техническими свойствами.