Влияние удельной поверхности частиц речного песка на физико-механические свойства мелкозернистого бетона

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Строительство. Архитектура


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 г. Выпуск 2 (25). С. 34−36
УДК 691. 322
ВЛИЯНИЕ УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ РЕЧНОГО ПЕСКА НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕЛКОЗЕРНИСТОГО БЕТОНА
А. Ф. Косач, М. А. Ращупкина, Н. А. Гутарева, А. В. Обадьянов
Один из самых энергоёмких, материалоёмких и распространённых технологических процессов в наше время — измельчение твёрдых материалов. Его осуществляют механическим разрушением крупных фрагментов ударным и/или сдавливающим действием в аппаратах различных конструкций, назначения, мощности и производительности. Тонкозерни-стость материала — это не только отказ от сравнительно крупного заполнителя. Это, в первую очередь, тонкозернистость структуры бетона [1]. Чем меньше зёрна новообразований и размеры пор между ними, тем выше прочность бетона даже при одном и том же водоцементном отношении. Повышение тонкости помола цемента и специальные мероприятия, обеспечивающие диспергацию частиц и пор, способствуют получению высококачественной тонкозернистой структуры.
Закономерности структурообразования и пороговые структурные переходы в основном соответствуют современным представлениям физико-химической механики дисперсных систем. В то же время для отдельных моментов не удалось дать достаточно полного обоснования, что создаёт некоторую неоднозначность в управлении процессом. В частности, недостаточно разработанным в научном и практическом плане выглядит вопрос о связи межфазных взаимодействий и внутренних сил с распределением по крупности частиц, входящих в структуру бетона, особенно так называемой микрогетерогенной составляющей с крупностью частиц в диапазоне 10 ^ 0,1 мкм. В связи с этим предприняты попытки более глубокого рассмотрения процессов структурообразования с учётом именно этого фактора.
Современные достижения в области механики дисперсных систем создали дополнительные возможности управления начальной структурой бетонов. Ключевым моментом этой стороны управления является избыточная поверхностная энергия, участвующая в структурообразовании фаз, которая проявляется в виде внутренних сил дисперсной или дисперсно-зернистой системы.
При получении тонкозернистых бетонов важную роль играет максимальная упаковка зёрен песка, удельная поверхность заполнителя, влияющая на водопотребность бетонной смеси, и площадь сцепления зёрен заполнителя с цементной матрицей. Удельная поверхность дисперсной фазы, содержащей одинаковые частицы, вычисляется по формуле:
5 *. у ' ч
где 5Ч — поверхность частицы, Уч — её объём.
Удельная поверхность песка изменяется от 19,8 до 158,4 см2/г, а пустотность в уплотнённом состоянии от 28,7 до 37,7% [2].
Рост удельной поверхности Б увеличивает количество атомов в поверхностном слое с нескомпенсированными с одной стороны электронными связями, а также количество атомов в приповерхностных слоях с частично нескомпенсированными электронными связями. В огранённых наночастицах, кроме того, возрастает количество подобных атомов на гранях и в вершинах. В результате поверхностная часть свободной энергии увеличивается до значений сравнимых с объёмной долей.
Основой проводимых исследований явилось тонкое измельчение кремнезёмистого сырья — механоактивация. Данный процесс способствует повышению значения полной свободной поверхностной энергии речного песка (Ц), которая складывается из энергии Гиббса (единицы поверхности) и скрытой теплоты образования единицы новой поверхности:
Цр — а + др — Ор + Т ¦ Бр —
где, а — удельная свободная поверхностная энергия, а ------ р — площадь поверхности- ир
ёр
— энергия Гиббса единицы поверхности- цр — скрытая теплота образования единицы новой
поверхности, цр — Т ¦ Бр — Бр — избыточная энтропия единицы поверхности- Т- температура [3].
В качестве заполнителя мелкозернистого бетона использовались речные пески Сурей-Юганского месторождения со следующими характеристиками:
• по гранулометрическому составу песок относится к группе средних песков, модуль крупности 2,05-
• истинная плотность — 2,62 г/см3-
• насыпная плотность — 1,57 г/см3-
• содержание пылевидных и глинистых частиц — 0,84%.
Пески подвергались тонкому сухому помолу в вибромельнице до удельной поверхности 1500.. 2000 см2/г, что соответствует среднему размеру зерна около 8−10 мкм.
При измельчении песка в вибромельнице окатанную форму имеют только зёрна размером более 230 мкм. С уменьшением размера частиц их форма становится угловатой. У фракций размером зёрен менее 200 мкм не наблюдается резких различий в форме при измельче-
нии в различных помольных агрегатах.
Механоактивация речного песка даёт:
• образование активных центров на свежеобразованной поверхности-
• изменение реакционной способности-
• изменение внутренней энергии за счёт дефектов структуры превышает прирост поверхностной энергии речного песка в несколько раз, повышается химическая активность песка при нормальных условиях-
• изменение свободной энергии речного песка вследствие механохимической активации обусловлено изменением суммы поверхностной и внутренней энергии-
• на поверхности твёрдого тела формируется поверхностный слой, в котором концентрируется «избыточная» энергия-
• на месте выхода дислокаций на поверхности кристаллов механоактивированных полупродуктов идёт закрепление зародышей новообразований продуктов гидратации цемента-
• значительно повышается структурообразующая роль песка и наполнителей.
На основе вяжущей композиции были изготовлены образцы бетона. Отформованные до одного и того же объёмного веса образцы при большей удельной поверхности песка обладают большей прочностью.
Изготовленные образцы подвергались 8-ми часовой тепловлажностной обработке в пропарочной камере при 85… 90 °C. Избыток свободной поверхностной энергии тонкомолотого механоактивированного речного песка обусловливает его высокую реакционную способность уже при низких температурах (до 90°С).
При разработке составов мелкозернистого бетона учёт факторов дисперсности, удельной поверхности и времени помола заполнителя позволил получить:
• мелкозернистый бетон для гидроизоляционных работ с высокими показателями водоудерживающей способности (& lt-5%), низкой расслаиваемостью (7%) —
• изделия для тротуарных плит с высокими показателями основных свойств: прочности при сжатии (В50), плотности (2300 кг/м3), истираемости (0,5 г/см2), морозостойкости (Б400).
ЛИТЕРАТУРА
1. Баженов, Ю. М. Новые эффективные бетоны и технологии [Текст] / Ю. М. Баженов // Промышленное и гражданское строительство. — 2001. — № 9. — С. 15−18.
2. Хозин, В. Г. Оптимизация гранулометрического состава песка для получения высокопрочного тонкозернистого бетона [Текст] / В. Г. Хозин, Н. М. Морозов, И. В. Боровских // Известия КазГАСУ. — 2008. — № 2 (10). — С. 121−124.
3. Лотов, В. А. Нанодисперсные системы в технологии строительных материалов и изделий [Текст] / В. А. Лотов // Известия Томского политехнического университета. — 2007. -№ 3. — С. 84−88.
4. Гусев, Б. В. Формирование структуры композиционных материалов и их свойства [Текст] / Б. В. Гусев, В. И. Кондращенко, Б. П. Маслов, А. С. Файвусович — под ред. Гусева Б. В. — М.: Научный мир, 2006. — 560 с., илл.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой