Методическое пособие 720
.pdf
|
|
25 |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
сдвига |
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
скорости |
|
15 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|||
с-1 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Градиент |
|
5 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
|
250 |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
вязкость |
|
200 |
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Эффективная |
Па·с |
|
|
2 |
|
|
100 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
50 |
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
|
||
|
|
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
|
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
Рис. 4.11. Реологические кривые дисперсной системы «зола – вода» при В/Т = 0,36:
1 - Sуд = 500 м2/кг; 2 – Sуд = 700 м2/кг
1 |
1 |
2
2
3
3
|
5 |
4 |
5 |
4 |
|
||
|
|
|
Рис. 4.12. Влияние дисперсности твердой фазы на реологические характеристики обводненных систем при В/Т = 0,28:
1 – «молотый цемент – вода»; 2 - «молотый шлак – вода»;3 - «молотый песок – вода»; 4 - «молотый известняк – вода»; 5 – «зола-вода» при В/Т = 0,36
71
Установлено, что при росте дисперсности частиц твердой фазы в обводненных системах фрактально-кластерные структуры сохраняются, но меняется характер их геометрического построения: они становятся более разветвленными, с большим количеством межагрегатных контактов. При этом во всех исследуемых системах наблюдается, что было и ожидаемо, увеличение τ0 и ηэфф min (рис. 4.7 – 4.12). Так, в системе «молотый песок-вода» при увеличении дисперсности частиц с 300 до 700 м2/кг τ0 повышается с 225,8 Па до 388,8 Па, а ηэфф. min – с 21,9 Па·с до 32,7 Па·с. В системе с молотым шлаком τ0 изменяется
со 190,0 Па до 547,5 Па; ηэфф. min – с 22,1 Па·с до 39,5 Па·с. В системе с молотым известняком τ0 увеличивается с 31,3 Па до 454 Па; ηэфф. min – с 7,5 Па·с до 31,5 Па·с. В масштабах отдельных частиц и агрегатов образуются структуры,
отличающиеся более высокой пустотностью, что приводит к снижению средней плотности исследуемых обводненных дисперсий (табл. 4.2).
Таблица 4.2
Структурные показатели обводненных дисперсных систем при В/Т = 0,28 [137, 139, 140]
|
Значение показателей при удельной площади |
||
Показатель |
|
поверхности, м2/кг |
|
|
300 |
500 |
700 |
|
|
|
|
|
«молотый цемент-вода» |
|
|
|
|
|
|
φ |
0,54 |
0,54 |
0,54 |
φ* |
0,67 |
0,74 |
0,9 |
D |
2,74 |
2,67 |
2,31 |
ρ, кг/м3 |
2005 |
1998 |
1913 |
|
«молотый песок-вода» |
|
|
|
|
|
|
φ |
0,57 |
0,57 |
0,57 |
φ* |
0,65 |
0,73 |
0,87 |
D |
2,7 |
2,65 |
2,45 |
ρ, кг/м3 |
2004 |
1997 |
1910 |
|
«молотый известняк-вода» |
|
|
|
|
|
|
φ |
0,56 |
0,56 |
0,56 |
φ* |
0,63 |
0,71 |
0,88 |
D |
2,69 |
2,61 |
2,43 |
ρ, кг/м3 |
1970 |
1960 |
1909 |
Для системы «молотый песок-вода» с увеличением дисперсности твердой фазы от 300 до 700 м2/кг средняя плотность снижается с ρ = 2004 кг/м3 до
ρ= 1910 кг/м3 при уменьшении величины количественного показателя структуры систем D с 2,7 до 2,45; для цементно-водной системы плотность снижается с
ρ= 2005 кг/м3 до ρ = 1913 кг/м3, D – с 2,74 до 2,31; для системы «молотый из- вестняк-вода» с ρ = 1970 кг/м3 до ρ = 1909 кг/м3, D – с 2,69 до 2,43. Следует отметить, что с точки зрения влияния дисперсности минеральных компонентов на
72
реологические параметры обводненных систем увеличение удельной площади поверхности свыше 700 м2/кг нецелесообразно из-за существенного роста τ0 и
ηэфф min (рис. 4.12).
Сравнительные испытания водных дисперсий, проведенные при равной подвижности по Суттарду, с использованием биокремнезема при В/Т = 0,98 и молотого кварцевого песка с Sуд = 700 м2/кг, В/Т = 0,38, показали, что, несмотря на равенство подвижностей, они имеют разные структуры. В системе с биокремнеземом формируется более разветвленная, обладающая существенно меньшей плотностью структура ρ = 1332 кг/м3 с показателем D = 2,28, по сравнению с системой «молотый песок – вода» ρ = 1830 кг/м3, с D = 2,54. Такое проявление свойств отражается и на их структурно-реологических характеристиках (рис. 4.13): для системы «биокремнезем-вода» τ0 = 22,8 Па,
ηэфф min = 22,0 Па·с, «молотый песок-вода» - τ0 = 27,1 Па, ηэфф min = 6,1 Па·с. Сопоставление свойств системы «биокремнезем-вода» и исследуемых
дисперсий с удельной площадью поверхности частиц твердой фазы 700 м2/кг дает основание полагать, что возможно их эффективное применение в качестве минеральных компонентов в ОМД.
Градиентскорости |
сдвига, с-1 |
25 |
|
|
|
0 |
|
|
|
||
|
|
20 |
|
|
|
|
|
15 |
1 |
2 |
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
0 |
200 |
400 |
600 |
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
Эффективная |
Па,вязкость· с |
120 |
|
|
|
100 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
40 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
200 |
400 |
600 |
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
Рис. 4.13. Реологические свойства дисперсных систем, проявляемые при равном расплыве по Суттарду:
1 – «молотый песок-вода» Sуд = 700 м2/кг, В/Т = 0,38; ρ = 1830 кг/м3;D =2,54; 2 - «биокремнезем – вода» Sуд = 20000 м2/кг; В/Т = 0,98; ρ = 1332 кг/м3; D = 2,28
73
Эта эффективность усиливается и экономическими факторами, т.к. существенно снижаются затраты на получение требуемой дисперсности частиц используемых компонентов. В последующих исследованиях использовались минеральные частицы твердой фазы с Sуд = 700 м2/кг.
Таким образом, в ходе исследований установлено, что варьирование видами исследуемых частиц твердой фазы, отличающихся природой, характеристиками поверхности, дисперсностью, дает возможность изменять реологические параметры водных дисперсных систем в широких пределах: τ0 - от 16,3 Па
до 547,5 Па и ηэфф min - от 5,4 Па·с до 39,5 Па·с и плотность формирующихся структур с 1332 кг/м3 до 2004 кг/м3.
4.2. Результаты исследований влияния ПАВ на реологические свойства минеральных паст
На следующем этапе работы для оценки влияния совместной работы и эффективности действия рассматриваемых ПАВ с исследуемыми частицами твердой фазы минеральных компонентов в составе ОМД были проведены испытания реологических свойств водных дисперсий. Дозировка добавок ПАВ составляла 0,4 % от массы тве р- дого вещества. Реологические свойства обводненных дисперсны х систем определялись с помощью ротационной вискозиметрии. Для сравнительного анализа реологические свойства определялись по вискозиметру Суттарда. Эта методика, аналогичная определению реологических характеристик бетонных смесей по ГОСТ (осадка или расплыв конуса), позволяет определять реологические характерист и- ки дисперсных систем в технических единицах.
Первоначально исследовалось влияние вида ПАВ на реологич е- ские свойства обводненных систем при равной дисперсности и В/Т - отношении. Результаты исследован ий (рис. 4.14 – 4.18) и их обобщенные данные (табл. 4.3, рис. 4.19), показали, что применение ПАВ оказывает значительное влияние на изменение реологических хара к- теристик изученных систем. Введение добавок позволяет сущ е- ственно уменьшить величину τ0 , в то же время резко снижаются значения напряжения сдвига, необходимые для перехода систем к пр е- дельно разрушенной структуре с минимальной величиной ηэ ф ф . m i n , изменяется также и величина расплыва систем по вискозиметру Су т- тарда.
74
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с-1 |
20 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
сдвига, |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
скорости |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Градиент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
1 |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
|
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
|
|
160 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Па·с |
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вязкость |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
|
|
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
|
Рис. 4.14. Влияние вида ПАВ на реологические свойства системы «молотый цемент-вода» при В/Т=0,32: 1 – без добавки; 2 – с ГП Melflux 2651F;
3 – с СП С-3; 4 – с СП Полипласт СП-3; 5 – с ГПМ-Ж
75
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
с-1 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
сдвига, |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
скорости |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
10 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
Градиент |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
5 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
50 |
100 |
|
150 |
200 |
250 |
|
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
||
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
,Па·с100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
вязкость |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективная |
60 |
|
|
1 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
0 |
5 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
Рис. 4.15. Влияние вида ПАВ на реологические свойства системы «молотый песок-вода» при В/Т=0,32: 1 – без добавки; 2 – с ГП Melflux 2651F; 3 – с СП С-3;
4 – с СП Полипласт СП-3; 5 – с ГПМ-Ж
76
|
25 |
|
|
|
|
с-1 |
20 |
|
5 |
4 |
|
сдвига, |
|
|
|||
15 |
|
|
|
|
|
скорости |
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
|
|
10 |
|
|
|
||
|
|
|
|
||
Градиент |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
·с |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
, Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вязкость |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективная |
40 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
|
5 |
50 |
100 |
150 |
200 |
|
|
|
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
Рис. 4.16. Влияние вида ПАВ на реологические свойства системы «молотый известняк-вода» при В/Т=0,32:
1 – без добавки; 2 – с ГП Melflux 2651F;
3 – с СП С-3; 4 – с СП Полипласт СП-3; 5 – с ГПМ-Ж
77
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
с-1 |
25 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сдвига |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
20 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
скорости |
15 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Градиент |
10 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
|
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
|
Эффективная вязкость, Па·с
300
250
200
150
100
50
3
0 |
|
|
|
0 |
2 |
50 |
100 |
|
|
|
1
4
5 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
Напряжение сдвига, Па |
|
|
|
Рис. 4.17. Влияние вида ПАВ на реологические свойства системы «молотый шлак-вода» при В/Т=0,32:
1 – без добавки; 2 – с ГП Melflux 2651F;
3 – с СП С-3; 4 – с СП Полипласт СП-3; 5 – с ГПМ-Ж
78
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с-1 |
20 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сдвига |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
скорости |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Градиент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
|
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
|
|
400 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Па·с |
350 |
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
вязкость |
250 |
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
Эффективная |
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
3 |
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
200 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
|
|
|
Напряжение сдвига, Па |
|
|
Рис. 4.18. Влияние вида ПАВ на реологические свойства системы «зола-вода» при В/Т=0,32:
1 – без добавки; 2 – с ГП Melflux 2651F;
3 – с СП С-3; 4 – с СП Полипласт СП-3; 5 – с ГПМ-Ж
79
Таблица 4.3
Влияние вида ПАВ на реологические характеристики дисперсных систем при В/Т = 0,32
|
Предельное напряжение |
Минимальная эффективная |
Расплыв по Суттарду, см |
|||||||||||||
|
|
сдвига τ0, Па |
|
вязкость ηэфф min, Па·с |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Вид си- |
без добавки |
мelflux 2651F |
|
полипласт СП-3 |
ГПМ-Ж |
без добавки |
мelflux 2651F |
|
полипласт СП-3 |
|
ГПМ-Ж |
без добавки |
мelflux 2651F |
|
полипласт СП-3 |
ГПМ-Ж |
стемы |
С-3 |
С-3 |
|
С-3 |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«моло- |
156,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тый це- |
1,6 |
13,0 |
29,3 |
8,1 |
22,1 |
5,3 |
11,2 |
11,4 |
|
11,2 |
0 |
> 30 |
15,5 |
9,5 |
20,5 |
|
мент - |
|
|||||||||||||||
вода» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«моло- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тый пе- |
58,6 |
3,2 |
9,8 |
16,3 |
6,5 |
11,4 |
6,8 |
7,6 |
8,7 |
|
7,6 |
9 |
> 30 |
29,0 |
22,0 |
30 |
сок - во- |
|
|||||||||||||||
да» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«моло- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тый из- |
26,1 |
0 |
0 |
1,6 |
0 |
7,3 |
1,4 |
3,6 |
5,8 |
|
2,5 |
14 |
> 30 |
> 30 |
> 30 |
> 30 |
вестняк - |
|
|||||||||||||||
вода» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«моло- |
107,5 |
1,6 |
3,3 |
4,0 |
3,0 |
20,3 |
3,6 |
5,4 |
5,8 |
|
5,2 |
|
> 30 |
> 30 |
> 30 |
> 30 |
тый шлак |
|
7 |
||||||||||||||
- вода» |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«зола - |
466,1 |
107,5 |
205,3 |
208,6 |
169,5 |
38,1 |
14,1 |
22,7 |
23,4 |
|
20,0 |
0 |
12 |
0 |
0 |
0 |
вода» |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Несмотря на общую тенденцию изменения реологических свойств, действие ПАВ различного вида в дисперсных системах существенно отличается. Установлено, что наилучшие результаты по влиянию на реологические параметры τ0 и ηэфф min достигнуты при использовании добавки ГП Melflux 2651F во всех исследуемых дисперсных системах (табл. 4.3, рис. 4.19). Например, для цементно-водной системы τ0 снижается с 156,4 Па до 1,6 Па, ηэфф min - с 22,1 Па·с до 5,3 Па·с. Влияние на реологические свойства исследуемых обводненных дисперсий других используемых ПАВ СП сравнительно меньше. Эффективность их действия уменьшается в следующей последовательности: ГПМ-Ж, С-3, Полипласт СП-3.
80