CC BY
3
УДК-662.97
Алиназаров Х.А.
Мансурова Н.Ш.
Абелкасимова М.Х Наманганский инженерно - строительный институт ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ГЕЛИОТЕПЛОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ЗОЛОЦЕМЕНТНЫХ
КОМПОЗИЦИЙ
Аннотация: В статье рассмотрене рациональные методы исследования высоконаполненных золоцементных мелкозернистых композиционных материалов.
Ключевые слова: оптимизация, композиция, обработка, модель.
Alinazarov X.A.
Mansurova N.Sh.
Abelkasimova M.X Namangan Engineering-Construction Institute
Uzbekistan, Namangan OPTIMIZATION GENITALGENITAL TREATMENT FOR SOLACEMENT HIGHLY FILLED COMPOSITIONS
Abstract: The article deals with the rational methods of research of high-filled gold-cement fine-grained composite materials.
Key words: optimization, composition, processing, model.
Известно, что существующие линейные модели неадекватно описывают свойства мелкозернистых композиционных материалов. Поэтому возникла необходимость перехода к планированию эксперимента второго порядка, описываемого в общем случае полиномом второй степени.
Для золоцементных систем в качестве переменных факторов были приняты: температура изотермического прогрева (Х1) - в диапазоне 336 -368К с шагом 2880; время предварительной выдержки (Х2) 2 - 6 ч; продолжительность изотермического прогрева 8 - 16 ч. Выходным параметром принята прочность ^сж), как важнейший показатель для изделий из золоцементных материалов марок 75 и 100 после гелиотеплохимической обработки:
с МПД - 1:
R7^ = 5,02 + 1,26Х1 + 0,24Х2 + 1,02Х3 + 0,46Х1 2+ 0,09Х32 -
0,58Х1Х3, МПа;
100
Rсж = 5,68 + 1,58Х1 + 0,33Х2 + 0,98Х3 + 0,65Х12 + 0,34Х32 + 0,17Х1Х2 + 0,27Х1Х3, МПа.
Анализ приведённых математических моделей показал, что по значимости влияния на прочность изделий из золоцементных материалов исследуемые переменные факторы располагаются в следующей убывающий
ряд Х1>Х2>Х3. C целью сопоставления режимов гелиотеплохимической обработки построена регрессионная модель, отражающая оптимальную технологию теплохимической обработки в зависимости от температуры теплоносителя (Х1) - в диапазоне 358-418К с шагом 2880; скорости теплоносителя - 1-3 м/с; содержание МПД от массы Ц + З - 0,28-0,32% с шагом 0,02%. Установлено, что по значимости переменные факторы располагаются в следующий убывающий ряд Х2>Х1>Х3. С МПД - 2:
Ясж = 5,42 + 1,38Х1 + 0,62Х2 + 1,31Х3 + 0,72X12 + 0,09X32 - 0,51Х1Х3, МПа;
100
Ясж = 50,02 + 2,1X1 + 0,52X2 + 1,04X3 + 0,69X12 + 0,57X32 + 0,23X1X2 + 0,34X1X3 МПа.
С МПД - 3:
R** = 5,8 + 1,62X1 + 0,81X2 + 1,51X3 + 0,82X12 + 0,12X32 - 0,38X1X,
МПа;
100
Ясж = 6,24 + 2,32X1 + 0,71X2 + 1,34X3 + 0,81X1 + 0,82X32 + 0,43X1X2 + 0,64X1X3, МПа.
Полученные решения использовались при проектировании свойств и определении эффективности гелиотеплохимической обработки мелкозернистых золоцементных материалов полиструктурного строения классов В7,5^В15 (табл. 5, 6).
Таблица 5
Классификация золоцементных материалов как объектов _гелиотеплохимической обработки__
Класс Соотношение З:Ц Расход материалов на 1 м3, кг ПАВ, % от массы цемента Плотность, кг/м3 Время турбулентной обработки, мин Проч-ность на сжатие, Я28ср, МПа Коэффи-циент вариации прочности, Vn, %
Ц З И В
* * * * * *
В 7,5 85:15 180 1020 51 475 0,32 1316 - 9,1 7,8 20,3 20,8
В 10 80:20 230 920 46 441 0,30 1360 - 11,8 10,3 17,6 19,7
В 12,5 75:25 290 870 43 430 0,30 1410 - 14,5 12,7 16,2 18,2
В 15 74:26 295 860 42 427 0,30 1530 60 16,5 15,2 12,2 14,6
Примечание: * - прерывистая термообработка; ** - постоянная термообработка.
Таблица 6
Физико-технические показатели золоцементных изделий класса В7,5
Соотношение компонентов, % Расход воды, кг/м3 Добавка МПД Осадок конуса, см 3 к Прочность при сжатии, через 28 сут, МПа
№ цемент зола известь тип количество, % В/Т ьтс о н н о ё
1 15 81 4 465 МПД-2 0,30 18-20 0,376 1325 7,9
2 16 80 4 470 МПД-1 0,32 18-20 0,380 1335 8,0
3 18 78 4 462 МПД- 3 0,28 18-20 0,380 1350 7,8
Рассмотрены структурообразующие факторы и их влияние на технические и прочностные свойства высоконаполненной литой золоцементной смеси. Золоцементная смесь не содержит крупных фракций заполнителей и является высокодисперсной наполненной системой. Следовательно, имеет высокоразвитую поверхность раздела твёрдой и жидкой фаз, что способствует развитию сил межмолекулярного сцепления и увеличивает связность системы в целом с одной стороны, а с другой - требует значительного расхода цементно-водного геля для обмазки частиц золы. Резкое увеличение водопотребности связано не только с ростом свободной и адсорбционной - связанной жидкости, но и с высокой пористостью самих частиц золы. Значительная водопотребность высоконаполненной золоцементной композиции, как показали наши исследования, отрицательно сказывается на её гидрофизических, пластометрических и тиксотропных показателях. Вместе с тем, теоретические исследования влияния степени наполнения смеси на её водопотребность показали, что, вопреки приводимым в различных литературных источниках данным о прямо-пропорциональной зависимости между водопотребностью и содержанием золы, получен ряд S-образных кривых (рис. 3). Установленное нами явление требует коренным образом обновить существующие энерготехнологии производства золоцементных материалов полиструктурного строения.
Влияние добавок на водопотребность золоцементного
□ 50 -Ю0
Содержание золы, мае.
1 - с добавкой 10 % извести; 2 - 5 % извести; 3 - без добавок; 4 - с добавкой 0,3 % МПД-2 (Рис. 3.)
Проведенные эксперименты свидетельствуют, что при смешивании вяжущего и наполнителя с водой формируется золоцементная система, процесс твердения которой протекает на уровне образования микроструктуры. Прочностные же её свойства определяются процессами, протекающими во время контакта твёрдой и жидкой фаз, и зависят от количества наполнителя, физико-химической активности поверхности частиц и режима гелиотеплохимической активации. При содержании наполнителя в диапазоне 70-80% впервые обнаружен интересный эффект, а именно, эффект снижения прочности высоконаполненной структуры (рис. 4). Данный участок является, по-видимому, второй зоной «псевдооптимального» наполнения.
Прочность на сжатие изделий из золоцементного материала в
возрасте 28 суток
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Содержание золы, % от массы композиции
1 - без добавки; 2 - с добавкой МПД-2 (0,3% от веса смешанного вяжущего)
Наряду с физическими процессами в контакте наполнитель - связующее протекают также процессы хемосорбционного срастания частиц золы с цементом. Природа такого взаимодействия зависит от энергетических характеристик поверхности частиц и увеличения контактной адгезии, что может быть обеспеченно только комплексно - гелиотеплохимическим
воздействием до начала и в период структурообразования многокомпонентных мелкозернистых материалов полиструктурного строения. Было установлено, что по пластифицирующему эффекту оптимальная дозировка добавок располагается в следующем убывающем ряду: МПД-1>МПД-3>МПД-2, что составляет соответственно 0,34; 0,30;
0.26.% для высоконаполненных (более 60 % золы) золоцементных смесей. Оптимальное содержание извести в вышеуказанной системе составляет 5-6%. Наибольшее значение прочности на сжатие при 80%-ном наполнении достигнуто при введении 5% извести с МПД-1 (15,5 МПа); МПД-2 (15,1 МПа) и МПД-3 (13,7 МПа). Модификация высоконаполненных зольных материалов добавками МПД-1 и МПД-2 без извести при стационарном тепловом воздействии не даёт столь высокого эффекта повышения прочности, однако полученные данные значительны и составляют - 11,5 и 12,3 МПа соответственно. Показано, что прерывисто-пульсирующее тепловое воздействие при введении добавки МПД обеспечивает рост прочности оптимально наполненной золоцементной композиции на 25-34%, при этом наблюдается кинетика снижения энергоресурсов в диапазоне 30-60%.
Следует отметить, что для модифицированной системы оптимальная степень наполнения сдвигается в сторону увеличения на 5-6% и составляет 20-30%. Максимальный же прирост прочности составляет 10-15%. При температуре воды, нагретой в гелиоколлекторе до 305-312К, модификация золоцементного материала добавками обеспечивает прирост прочности при изгибе на 20%, при оптимальном наполнении - 30%. Дальнейшее увеличение температуры жидкой среды и степени наполнения приводит к линейному
R изг
падению 28 , и «псевдооптимальная зона» в этом случае отсутствует.
С точки зрения совместного механохимического и теплового воздействия эти явления могут быть объяснены следующим образом: при оптимальной температуре жидкости и турбулентном перемешивании возникают значительные скоростные градиенты в смеси, снижается вязкость, улучшаются тиксотропные свойства и повышается дисперсность системы. При соударениях частиц с их поверхности сдирается инертная плёнка. Процесс диспергирования обеспечивает свободный доступ воды к частицам золы и цемента, что приводит к увеличению количества гидратных новообразований и более глубокому протеканию процесса гидратации.
Использованные источники:
1. Alinazarov.A.Kh., Mukhiddinov.D.N. Solar Thermochemical Treatment of Ash-Cement Compositions. Applied Solar Energy. Vol. 35, No. 4. Allerton Press, Inc. /New York. 1999., pp. 13-19
2. Alinazarov.A.Kh. Effect of Solar Thermal Chemical Treatment on Deformable Indices of Ash-Cement Compositions. Applied Solar Energy. Vol. 36, No. 3. Allerton Press, Ins. /New York. 2000., pp.70-73
3. Alinazarov.A.Kh., Atamov A.A., Mukhiddinov D.N. Hydrophysical Properties of Ash-Cement Compositions and their Effect on Solar Thermical Chemical
Treatment. Applied Solar Energy. Vol. 37, No. 1. Allerton Press, Ins. /New York. 2001.,pp. 44-48
4. Alinazarov.A.Kh., Mazhidov N.N. Mathematical Modeling of Thermal Processes in the Helio-thermochemical Treatment of Fine-Grained Polirtructucal composite Products. Applied Solar Energy. Vol. 37, No. 2. Allerton Press, Ins. /New York. 2001., pp. 18-20
YflK 658.331.101.3
