| Температуру и продолжительность термической подготовки, при которых были достигнуты заданные значения остаточной воды, фиксируют в рабочем журнале.
Определение оптимального режима термической подготовки материала производят на крупной фракции (7— 10 мм) или на мелкой (0,5—3 мм).
После получения проб с заданными значениями остаточной воды производят серию опытов по выбору оптимального режима вспучивания породы.
Подбор оптимального режима вспучивания для щебня при двухстадийной схеме термической обработки включает в себя три серии опытов.
1- я серия — выбор оптимального содержания остаточной воды во вспучиваемой породе. Для установления этого параметра берут три навески материала с содержанием воды, отличающимся друг от друга на 1%. Величина каждой навески должна быть примерно 10 г. Обжиг этих трех навесок производят при одинаковой максимальной температуре, значение которой было определено при проведении предварительного обжига, когда производилась оценка вспучиваемости данной породы.
Определяя среднюю плотность вспученного материала, устанавливают оптимальное содержание остаточной воды в данной породе. Кроме определения средней плотности производят визуальное обследование вспученных зерен на трещиноватость. Если на зернах имеются трещины, то остаточную воду в исследуемой породе надо уменьшить.
2- я серия опытов — подбор оптимальной температуры обжига при найденном оптимальном содержании остаточной воды.
Оптимальную температуру обжига определяют следующим образом. Берут пять навесок материала по 10 г каждая с найденным оптимальным содержанием остаточной воды. Каждую пробу подвергают вспучиванию при пяти различных температурах, отличающихся друг от друга на 50° С. За исходную температуру принимают ту, при которой во время предварительного обжига были получены лучшие результаты. Продолжительность обжига для всех проб устанавливают одинаковую.
Верхний предел температуры обжига будет тот, при котором начинается оплавление поверхности зерен или увеличивается средняя плотность вспученного материала.
За оптимальную принимают ту температуру вспучивания, при которой была получена наименьшая средняя плотность вспученных образцов.
3- я серия опытов — подбор оптимальной продолжительности обжига. Эту серию опытов проводят на материале с определенным ранее оптимальным содержанием остаточной воды, для этого берут пять навесок испытуемой породы по 10 г, прошедшей предварительную термическую подготовку, и обжигают их при найденной оптимальной температуре. Продолжительность обжига изменяют в пределах определенного интервала, который находят, исходя из типа вулканического стекла.
При подборе оптимальной продолжительности вспучивания перлитовых пород рекомендуется учитывать то обстоятельство, что иногда для получения лучших результатов при уменьшении продолжительности обжига требуется несколько повысить температуру по сравнению с найденной оптимальной температурой.
В данном случае оптимальной продолжительностью обжига считается та, при которой была получена наименьшая средняя плотность вспученных образцов.
Подбор оптимального режима вспучивания перлитового песка. Оптимальный режим вспучивания перлитового песка (фракции 0,5—3 мм) принимают в соответствии с оптимальными параметрами, полученными для щебня (фракции 7—10 мм) из данной породы. Однако верхний предел температуры обжига следует снижать на 30—50° С по сравнению с оптимальной температурой вспучивания щебня.
В данном случае уточнению подлежат лишь два параметра: температура вспучивания и продолжительность вспучивания. Оптимальное содержание остаточной воды в породе принимают то же, что и для щебня.
Обычно при уточнении оптимальной температуры и оптимальной продолжительности вспучивания перлитового песка опыты проводят на трех навесках.
Если при испытании сырья выявлена возможность производить его вспучивание по одностадийной схеме, то при определении оптимальных технологических параметров производства исключают опыты по выявлению оптимального содержания остаточной воды в испытуемой породе.
Определение количества невспучивающихся примесей. Некоторые разновидности вулканических стекол содержат в своем составе значительное количество различных примесей, не обладающих способностью вспучиваться при нагревании. Эти примеси в значительной мере снижают качество сырья и вспученного материала, поэтому производят испытание, целью которого является определение количества невспучивающихся примесей и установление целесообразности использования данной породы для производства вспученного перлита. Испытания проводят следующим образом.
Навеску перлита, вспученного по оптимальному режиму, в количестве около 25 г взвешивают с точностью до 0,1 г и высыпают в сосуд с водой. Плавающие частицы материала немедленно извлекают из воды, высушивают до постоянного веса и взвешивают.
Количество невспученных зерен (%)
где m1 — величина исходной навески вспученного материала, г; m2 — масса высушенных вспученных частиц, г.
Определение качества вспученного перлита. При определении качества вспученного перлита проводят серию испытаний, в результате которых устанавливают следующие показатели свойств: среднюю плотность (в куске и насыпную), прочность и морозостойкость (для щебня) по методике, изложенной в ГОСТ 9758—77, коэффициент теплопроводности (для песка).
Полученные результаты сравнивают с требованиями ГОСТ 10832—74 «Перлит вспученный» и делают выводы о качестве перлита.
§ 4. Методы оценки структурно-механических свойств формовочных масс
Среди разнообразных видов вязких жидкостей по реологическим свойствам в стационарном ламинарном потоке выделяют два основных класса жидкостей: 1) ньютоновские с величиной вязкости, не зависящей от действующих на них напряжений сдвига и градиента скоростей деформации; 2) структурированные дисперсные системы, для которых величина вязкости может изменяться в широких пределах в зависимости от действующего напряжения сдвига и градиента скоростей. Такими структурированными системами являются коагуляционные структуры.
Многие теплоизоляционные материалы в процессе их изготовления проходят стадию тестообразного или жидкотекучего (шликерного) состояния, т. е. на определенном технологическом переделе, чаще всего перед формованием, они представляют собой технические концентрированные суспензии или так называемые вязкопластичные системы.
Такие суспензии, как правило, имеют коагуляционные структуры, которые возникают в них под действием вандер-ваальсовых сил сцепления коллоидных частиц,
участвующих в интенсивном броуновском движении, и более крупных частиц, находящихся в суспензии. В таких структурах минеральные частицы непосредственно не соприкасаются друг с другом. Между ними обязательно остаются прослойки жидкой фазы, которые тем тоньше, чем концентрированнее суспензия. Эти прослойки значительно понижают прочность сцепления между частицами твердой фазы, а с другой стороны, обеспечивают возможность восстановления контактов в броуновском движении.
Прослойки жидкой фазы определяют также и относительную подвижность отдельных элементов структуры, т. е. ее пластичность и ползучесть даже при самых малых напряжениях сдвига. При полном развитии адсорбционных пленок и гидратных оболочек структура массы приобретает определенные механические свойства, характеризующиеся структурной прочностью. Однако процесс обработки формовочных масс в ряде случаев протекает в условиях недостаточного количества воды, что определяет неполное развитие гидратных оболочек и отсутствие некоторой части иммобилизованной воды. Это обстоятельство приводит к значительному снижению подвижности системы. В процессе же образования пено- и газо- масс требуется повышенная текучесть массы.
С целью увеличения подвижности элементов структуры (уменьшения предельного напряжения сдвига, вязкости, структурной прочности) увеличивают водосодержание масс и вводят добавки ПАВ. Известен и другой более эффективный способ увеличения подвижности структурированных дисперсных систем — механическое воздействие. В процессе механического воздействия происходит гиксотропное разрушение коагуляционной структуры. Благодаря тиксотропности такая структура после прекращения механического воздействия вновь самопроизвольно восстанавливается. Таким механическим воздействием является, в частности, вибрация.
Снижение вязкости суспензии под действием вибрации в основном объясняется разрушением связей между частицами твердой фазы и жидкостью, что увеличивает долю свободной воды в системе. Суть этого механизма состоит в том, что в наиболее устойчивом состоянии образуется тиксотропный гель, в котором вся вода находится в ориентированном и связанном состоянии. Вибрация нарушает это равновесие, ломает структурную решетку и превращает систему в золь-жидкость (большая часть воды оказывается в свободном состоянии).
Кроме того, разрушая структурную решетку, вибрация способствует перераспределению частиц твердой фазы, более рациональной их укладке. Поэтому массы, подвергнутые вибрационной обработке, характеризуются значительно большей структурной прочностью, чем массы, структурирование которых протекало в статических условиях.
Таким образом, коагуляционные структуры, содержащие коллоидные частицы, к которым относится большинство формовочных масс, предназначенных для изготовления теплоизоляционных изделий (ячеистых бетонов, пено - и газокерамики, известковокремнеземистых, перлито - и вермикулитокерамических изделий и т. п.), представляют собой вязкопластичные тела, имеющие предел текучести, а при весьма малых напряжениях сдвига проявляют свойства ползучести с постоянной наибольшей вязкостью (ηо). При повышении напряжения сдвига степень разрушения структуры возрастает и может достичь наибольшей величины (при значениях напряжения сдвига, предельных для данной системы), о чем будет свидетельствовать наименьшая вязкость (ηm), которой в данном случае будет характеризоваться эта система. Наименьшая вязкость предельно разрушенной структуры уже не зависит от величины напряжения сдвига и градиента скоростей в условиях стационарного потока, т. е. при достижении наименьшей вязкости система будет вести себя подобно ньютоновской жидкости.
Вязкость, которая может наблюдаться в зоне ηо >ηэ>ηm, носит название эффективной вязкости (ηэ) или вязкости непредельно разрушенной структуры.
Вязкость массы, которой она характеризуется во время вибрации, называется вибрационной вязкостью (ηв). Вибрационная вязкость, так же как и эффективная вязкость, наблюдается в зоне ηо>ηв>ηm. Эффективность вибрационного воздействия на систему может быть оценена путем сравнения значений ηв и ηm. Изменяя параметры вибрации, можно регулировать вибрационную вязкость той или иной формовочной массы, что имеет большое практическое значение.
Изыскание новых и совершенствование старых способов и технологических приемов, позволяющих управлять структурно-механическими свойствами формовочных масс, т. е. дающих возможность изменять эти свойства в нужном направлении, является одной из наиболее актуальных задач в технологии строительных материалов, над решением которой работают многие исследователи.
Структурно-механические свойства вязкопластичных систем зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются следующие: химическая природа веществ, составляющих данную массу, степень развития структуры, степень дисперсности твердых частиц, концентрация суспензии (количество жидкой фазы), взаимодействие диспергированного вещества с дисперсионной средой, температура смеси и т. д.
При производстве теплоизоляционных материалов мы встречаемся часто с такими смесями, в которых непрерывно во времени происходят различные физико-химические процессы, влияющие на структурно-механические свойства этих смесей. Эти процессы протекают иногда относительно быстро (твердение цемента в ячеистом бетоне), а иногда медленно (сушка пенокерамических изделий). Все это в значительной степени усложняет изучение структурно-механических свойств дисперсных вязкопластичных систем и, во всяком случае, должно приниматься во внимание при проведении опыта.
Для оценки структурно-механических свойств формовочных масс, находящихся в тестообразном или шликерном состоянии, существует ряд характеристик. Реологические свойства вязкопластичного тела могут быть охарактеризованы в достаточно полной степени двумя критериями: величиной предельного напряжения сдвига и вязкостью.
Определение реологических характеристик формовочных масс производят с помощью ряда методов и приборов, которые по принципу действия можно разделить на пять типов:
1) капиллярные вискозиметры, основанные на измерении объемной скорости истечения массы (зачастую под определенным давлением) через капилляр заданного диаметра (вискозиметр-воронка типа ВР-3, автоматический капиллярный вискозиметр АКВ-3 и др.);
2) приборы, основанные на измерении скорости всплытия или погружения шарика в исследуемой массе (шариковые вискозиметры системы Десова, Носкова и др.);
3) приборы, основанные на проникновении конуса с определенным углом при вершине под определенной нагрузкой в исследуемую смесь (конические пластометры различных конструкций);
4) приборы, основанные на измерении нагрузки при выдергивании из массы рифленых пластинок или цилиндрических стержней (вискозиметры с продольно смещающимся цилиндром или пластинкой конструкции Воларовича, Толстого, Симоняна и др.);
5) ротационные вискозиметры, основанные на измерении скорости вращения коаксиальных (соосных) цилиндров в исследуемой массе под действием определенной нагрузки (вискозиметры Воларовича типов РВ-4, РВ-7 и др.).
Выбор того или иного прибора для определения реологических характеристик формовочных масс зависит, во-первых, от свойств этих масс и, во-вторых, от условий, при которых производится опыт.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ю.П.ГОРЛОВ
1982 |
