CC BY
0Б.Б. Бадмаев, д-р техн. наук, доц.
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления Б.Б. Дамдинов, канд. физ.-мат. наук, с.н.с. ИФМ СО РАН Ч.С. Лайдабон, д-р. техн. наук, проф.
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления
УДК 532.135
ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ПРОПИТОЧНЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ПРОПИТКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Исследованы вязкоупругие свойства пропиточных растворов в зависимости от концентрации и температуры. Полученные результаты могут быть использованы для выбора оптимальных параметров растворов для пропитки пористо-капиллярных строительных материалов.
Ключевые слова: смеси, растворы, модуль упругости, тангенс угла механических потерь, резонанс, пьезокварц.
B.B. Badmaev,D. Sc. Engineering, Assoc. Prof. B.B. Damdinov, Cand. Sc. Physics and Maths. Ch.S. Laidabon, D. Sc. Engineering, Prof.
VISCOELASTIC PROPERTIES OF IMPREGNATING SOLUTIONS
Viscoelastic properties of impregnating solutions in dependence on concentration and temperature have been investigated. The results can be used to select the optimal parameters of solutions for porous-capillary building materials impregnating.
Key words: mixes, solutions, the elasticity module, a tangent of mechanical losses angle, a resonance,piezoquartz.
С целью получения новых качеств пористо-капиллярные тела подвергают пропитке специальными растворами. Это в первую очередь относится к строительным материалам. Так, с целью повышения срока службы изделия из древесины обычно подвергают антисептированию путем их пропитки специальными растворами. Но древесина обладает низкой проницаемостью [1], и ее пропитка представляет собой сложный технологический процесс: предварительно подвергают вакуумированию с последующей выдержкой в пропиточном растворе при избыточном давлении. Также для увеличения скорости пропитки и глубины проникновения пропиточного раствора пористо-капиллярные тела подвергают ультразвуковому воздействию [2]. При разработке технологии пропитки раньше учитывалось только взаимодействие жидкости со стенками капилляра, а вязкоупругие свойства пропиточных растворов, являющиеся определяющими факторами в большинстве технологических процессов, не рассматривались. Нами проведены исследования вязкоупругих свойств различных пропиточных растворов: пека и битума в дизельном топливе, а также креозота [2]. Пек - органические остатки целлюлозного производства. Исследования вязкоупругих свойств различных пропиточных растворов проводились нами акустическим резонансным методом [3]. Пьезокварцевый кристалл в виде прямоугольного бруска соприкасается на одном конце с прослойкой исследуемой жидкости, накрытой твердой накладкой (рис.1).
-3 —2
1
Рис.1. Пьезокварцевый кристалл (1) с добавочной связью прослойка жидкости (2) и накладка (3)
При тангенциальных смещениях грани пьезокварца прослойка жидкости испытывает деформации сдвига. При этом в зависимости от толщины жидкой прослойки меняются параметры резонансной кри-
вой пьезокварца.
Из теории метода [4] для комплексного модуля сдвига и тангенса угла механических потерь получены следующие расчетные формулы:
О* = 4р/*Н и tan0 = ОН = /, (1)
5 О А/
где О* - комплексный модуль сдвига жидкости;
М - масса пьезокварца, / - резонансная частота пьезокварца;
А/* - комплексный сдвиг резонансной частоты;
Н - толщина жидкой прослойки;
5 - площадь основания накладки.
Из этих формул видно, что при наличии сдвиговой упругости у жидкостей зависимость сдвига резонансной частоты от обратной толщины жидкой прослойки должна быть линейной. Для всех исследованных концентраций раствора пека в дизельном топливе получаются линейные зависимости сдвигов частот от обратной толщины прослойки жидкости. Это говорит о том, что данные растворы обладают сдвиговой упругостью при частоте колебаний 74 кГц. Вычисленные вязкоупругие свойства растворов пека в дизельном топливе представлены в таблице 1. Табличные вязкости растворов были определены нами с помощью вискозиметра ВПЖ-2, а эффективные вязкости рассчитывались по формуле Максвелла:
hu =
G'(1 + tan2 в)
(2)
2pf0 tan в
Таблица 1
Концентрационные зависимости вязкоупругих свойств раствора пека с дизельным топливом
при комнатной температуре
Жидкость G', 105, Па G", 105, Па h, Пз tane h, Пз
Пек 50 % 0,56 0,13 5,55 0,23 0,561
Пек 40 % 0,54 0,14 4,81 0,26 0,284
Пек 25 % 0,50 0,16 3,83 0,32 0,097
Пек 12,5 % 0,43 0,13 3,62 0,30 0,040
Дизтопливо 0,42 0,12 3,49 0,28 0,023
о -I-,-,-
0 10 20
Концентрация,%
Рис. 2. Зависимость действительного модуля сдвига растворов битума в дизельном топливе от концентрации
Из таблицы видно, что как действительный модуль сдвига, так и эффективная и табличная вязкости уменьшаются со снижением концентрации пека; здесь эффективная вязкость намного превышает по значению табличную вязкость. Следующим объектом исследования стали растворы битума в дизельном топливе различной концентрации.
Зависимости сдвигов частот для исследованных растворов битума также оказались линейными. На рисунке 2 показана зависимость модуля сдвига для данного раствора от концентрации.
Результаты исследований растворов битума в дизельном топливе представлены в таблице 2. Здесь также наблюдается уменьшение вязкоупругих параметров со снижением концентрации битума.
Таблица 2
Концентрационные зависимости вязкоупругих свойств раствора битума с дизельным топливом при комнатной температуре
Жидкость G', 105, Па G", 106, Па tan0 h, Пз
Битум 20 % 1,36 0,39 0,29 3,13
Битум 10 % 0,78 0,22 0,28 1,82
Битум 5 % 0,56 0,15 0,27 1,28
Дизтопливо 0,45 0,12 0,28 0,99
Результаты наших исследований находятся в согласии с работой [5], в которой были исследованы динамические свойства асфальтообразующих битумов различной природы. Японскими исследователями показано, что модули упругости исследованных веществ лежат в диапазоне 104-106 Па при комнатной температуре и порядка 107 Па в области температуры стеклования.
Нами также проведено исследование вязкоупругих свойств креозота и их зависимость от температуры. Результаты исследования для креозота представлены в таблице 3.
Таблица 3
Температурная зависимость вязкоупругих свойств креозота
t, C G', 105, Па tan0
20 1,82 0,34
25 1,48 0,40
30 1,33 0,45
35 1,13 0,50
40 0,99 0,40
45 0,80 0,36
50 0,62 0,40
60 0,48 0,39
70 0,35 0,35
80 0,27 0,33
Из таблицы видно, что модуль упругости креозота уменьшается экспоненциально в зависимости от температуры. Зависимость тангенса угла механических потерь имеет два максимума, что говорит, вероятно, о наличии двух релаксационных частот, связанных с двумя видами релаксации в креозоте.
Таким образом, исследования вязкоупругих свойств пропиточных растворов показали, что все исследованные растворы обладают низкочастотной сдвиговой упругостью, зависящей от концентрации и температуры.
Полученные в данной работе результаты исследования вязкоупругих свойств пропиточных растворов в зависимости от концентрации и температуры помогут выбрать их оптимальные значения для эффективной пропитки пористо-капиллярных строительных материалов и выбора лучшего режима ультразвуковой пропитки.
Библиография
1.Харук Е.В. Проницаемость древесины газами и жидкостями. - Новосибирск: Наука, 1976. - 188 с.
2. Damdinov B.B., Laidabon Ch.S., Badmaev B.B. Dynamical properties of impregnate solutions // Proceedings of II congress of Slovenian acoustical society. - Slovenia, 2000. - P.203-206.
3. Базарон У.Б. Низкочастотная сдвиговая упругость жидкостей. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2000. -165 с.
4.Занданова К.Т., Дерягин Б.В., Базарон У.Б. и др. Комплексный модуль сдвига жидкостей и его зависимость от угла деформации // ДАН СССР. - 1974. - Т. 215. - № 2. - С. 309-312.
5. Kasahara T., Hirose H., Wada Y., et. al. Rheological properties of asphalt manufactured from petroleum oils of different origins // Japan Journ. of Appl. Phys. - 1964. - Vol. 3. - № 11. - P. 687-691.
Bibliography
1. KharukE.V.The permeability of the wood by gases and liquids. - Novosibirsk: Nauka, 1976. - 188 p.
2. Damdinov B.B., LaidabonCh.S., Badmaev B.B. Dynamical properties of impregnate solutions // Proceedings of II congress of Slovenian acoustical society. - Slovenia, 2000. - P. 203-206.
3. Bazaron UB Low-frequency shear elasticity of liquids. - Ulan-Ude: Publishing House of the BSC SB RAS, 2000. - 165 p.
4. Zandanova K.T., Deryagin B.V., Bazaron U.B., Budaev O.R. The complex shear modulus of liquids and its dependence on the angle deformation // DAS SSSR. - 1974. - Vol. 215. - N 2. - P. 309-312.
5. Kasahara T., Hirose H., Wada Y., Tsuyuki U. Rheological properties of asphalt manufactured from petroleum oils of different origins // Japan Journ. of Appl. Phys. - 1964. - Vol. 3. - N 11. - P. 687-691.
