WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Анализ результатов изучения структуры показывает, что скоп представлен волокнами целлюлозы длиной до 150-250 мкм, толщиной 1-5 мкм. Твердых включений или примесей в образцах скопа не обнаружено (рис. 1).

Степень помола скопа в соответ-ствие со шкалой Шоппер-Риглера составляет 60-630.

В качестве меры условной вязко-сти использовали глубину погруже-ния пестика прибора Вика за 30 с.

В качестве меры формуемости использовали величину расплыва конуса на встряхивающем столике, при этом в качестве критерия формуемости приняли сохранность формы образца.

Работу проводили следующим образом. Скоп с начальной влажнос-тью около 300 % смешивали с водой таким образом, чтобы суммарная влаж-

Рис. 1. Структура скопа под микроскопом,

увеличение 200х

ность смеси увеличивалась от пробы к пробе на одинаковую величину. У полученной смеси определяли условную вязкость на приборе Вика, а также расплыв конуса на встряхивающем столике.

Анализ результатов показывает, что зависимость условной вязкости скопа от его влажности существует, причем она близка к линейной и может быть описана уравнением линейной регрессии типа:

У = ВХ + А (1)

Уравнение (1) является однофакторной линейной регрессией и описывается формулой:

D = 22,44W + 295 (2)

где D - величина растекания скопа, м; W – влажность скопа, %; 295 – исходная влажность скопа, %.

Для определения зависимости времени сушки скопа от влажности изготовляли образцы с разной начальной влажностью. Влажность системы от пробы к пробе изменяли на одинаковую величину путём добавления воды. Полученные образцы распалубливали немедленно и сушили до постоянной массы в течение 24 часов при температуре 80 0С с периодическим измерением массы через каждые 6 часов.

На основе полученных экспериментальных данных и закона массоотдачи получили уравнение конкретного процесса сушки скопа.

Уравнение имеет вид:

(277,7 – 51,9) = (0,02 – 0,007)(288,0 – 231,7)86400 (3)

Таким образом, коэффициент массотдачи = 0,00024 м/ч.

Определение усадки образцов скопа производили стандартным методом. Определяли размер образца после распалубливания и размер образца с постоянной массой после сушки. Числовое значение находили путём деления результата разности размеров влажного и сухого образцов на размер влажного образца.

Для определения зависимости плотности скопа от влажности из каждой пробы влажного скопа, приготовленного путём добавления от пробы к пробе одинакового количества воды, формовали образцы-балочки размером 4416 см. Распалубку производили немедленно после окончания формования и фиксировали изменение формы образцов (расплыв) в течение последующих 30 минут. Отформованные образцы затем высушивали в сушильном шкафу в течение 24 ч при температуре 80 оС до постоянной массы с несколькими промежуточными взвешиваниями.

Определение гигроскопичности высушенных образцов скопа с разной исходной влажностью производили стандартным методом. Определяли массу образцов до проведения эксперимента и массу образцов после проведения эксперимента. Числовое значение гигроскопичности определяли отношением разности массы образцов к массе сухого образца.

Результаты исследований показывают, что полученные экспериментальные зависимости не отличаются от тех же зависимостей известных для других материалов, в том числе материалов, изготовленных на основе традиционных вяжущих веществ. Исключение составляет зависимость между влажностью и плотностью скопа по окончании сушки. В данном случае зависимость имеет четко выраженный минимум при влажности 600-650 %.

Настоящее положение может быть объяснено тем, что скоп представляет собой дисперсный волокнистый материал. При влажности ниже 600 % структура системы «скоп-вода» ввиду высокой ее вязкости при внешних усилиях, вызванных формованием образца, практически не изменяется. Возникающая при сушке структура имеет, поэтому пористость тем большую, чем больше в системе воды. При влажности выше 600 % усилие формования приводит не только к уплотнению структуры системы. Поскольку вязкость при этом содержании воды достаточно сильно уменьшается, усилие формования вызывает еще и ориентационный эффект. Это приводит к тому, что волокна начинают располагаться при формовании в значительной степени параллельно друг другу. При этом, чем выше формовочная влажность, тем сильнее выражен ориентационный эффект. Поэтому пористость высушенного материала в меньшей степени зависит от начального количества воды в системе. В этом случае гораздо большую роль в формировании структуры играет ориентация волокон параллельно друг другу. Таким образом, плотность высушенного материала становится тем выше, чем больше начальная влажность системы.

Из результатов определения зависимости расплыва конуса на встряхивающем столике от влажности смеси скопа с водой следует, что отформованная смесь сохраняет размеры и форму до влажности 600-650 %. При этом условная вязкость системы уже достаточно низка. Поэтому усилие формования существенно снижается, что позволяет применить менее энергоемкие методы формования изделий на основе скопа, в том числе скопа как возможного вяжущего.

При определении усадки оказалось, что она анизотропна. Минимальная усадка в продольном направлении (относительно направления формующей силы) наименьшая в интервале влажности 200-600 %, а в поперечном направлении в интервале 800-1000 %. При этом продольная усадка на порядок выше, чем поперечная.

Такое поведение усадки может быть объяснено волокнистой формой частиц, водотвёрдым отношением и наличием лигнина как поверхностно-активного вещества. Проведённые исследования показали, что контакт между волокнами скопа в твёрдом состоянии легче осуществляется, если присутствует соответствующее количество хорошо смачивающей жидкости и поверхностно-активного вещества. Жидкость и поверхностно-активное вещество создают условия подвижности волокон и дают возможность осуществить контакты на большей площади. Таким образом, происходит процесс ориентации волокон, способствующий их более плотному контакту в процессе сушки и увеличению усадки в направлении перпендикулярном расположению волокон и уменьшению усадки в направлении вдоль волокон.

Сила тяжести также играет роль при формировании структуры образцов из скопа. Она способствует уплотнению частиц между собой, следовательно, влияет на величину линейной усадки.

Исследование вяжущих свойств скопа (композиционной смеси скопа). В результате проведённых исследований показано, что скоп является вяжущим воздушного твердения.

Волокнистая структура скопа позволяет использовать его как самостоятельное вяжущее вещество, полученное путем стабилизации системы «волокно – вода» с помощью введения в нее дисперсной твердой фазы. Структура скопа позволяет волокнам при уменьшении влажности сближаться и переплетаться, образуя жесткие связи. Наличие в системе лигнина также приводит к образованию жестких связей между волокнами, что усиливает связующий эффект.

Исследование прочностных свойств скопа как вяжущего (вяжущей композиционной смеси). Для определения прочностных характеристик скопа как вяжущего исследовали прочность образцов-балочек размером 4416 см. При этом исследовали зависимость прочности образцов-балочек от начальной влажности системы и зависимость прочности образцов-балочек от скорости и температуры сушки.

Для установления зависимости прочности образцов-балочек от исходной влажности системы в стандартных формах изготовляли образцы-балочки из проб скопа с разной начальной влажностью, полученной путём добавления от пробы к пробе одинакового количества воды. Образцы изготовляли в количестве 3 шт. каждой пробы.

Распалубливали образцы немедленно и сушили до постоянной массы в течение 24 часов при температуре 80 0С с периодическим измерением массы через каждые 6 ч. После сушки образцы-балочки испытывали на изгиб и на сжатие.

Зависимость прочности образцов-балочек из скопа от начальной влажности показана на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость прочности образцов-балочек из скопа от исходной влажности:

1 – при сжатии; 2 – при изгибе

Для установления зависимости прочности образцов-балочек от температуры сушки в стандартных формах изготовляли соответствующие образцы из проб скопа, полученных сразу после отмывки с влажностью 300 % по массе. Образцы сушили до постоянной массы при разных температурах от 40 до 360 0С с шагом 200.

После сушки образцы-балочки испытывали на изгиб и на сжатие.

В результате исследований показано, что прочность образцов по величине близка друг к другу, при этом средняя величина прочности на изгиб составляет 1,02 МПа, а на сжатие – 3,90 МПа при всех температурах. Построив математическую модель на основе результатов эксперимента и, проверив значимость вычисленных коэффициентов по критерию Стьюдента, можно сделать вывод о том, что температура сушки в выбранном диапазоне варьирования практически не влияет на результат опыта. Проверка по критерию Фишера показывает, что полученная математическая модель адекватно описывает поставленный эксперимент.

Исследование адгезии скопа к заполнителям. Существенный вклад в оптимизацию физико-механических свойств конечного композиционного материала на основе скопа вносят контакты вяжущих частиц с частицами заполнителя или с поверхностью заполнителя. Поэтому для определения адгезии скопа существует необходимость использования таких заполнителей, физико-механические свойства которых будут способствовать проявлению оптимальных характеристик скопа как основного компонента.

По нашему мнению, наилучшими физико-механическими свойствами (низкой плотностью, высокой водостойкостью, высоким коэффициентом конструктивного качества, малой гигроскопичностью, доступностью, относительно низкой себестоимостью и т.д.) обладают органические и неорганические материалы, широко используемые в строительстве, такие как пенополистирол, древесина различных пород, пеностекло.

Для определения величины адгезии контактирующих тел путем испытания на сдвиг, изготовляли образцы прямоугольной формы из пенополистирола, древесины разных пород, пеностекла с размерами: пенополистирола – 1010 см; древесина ели – 710 см; древесина сосны – 710 см; древесина березы – 710 см; древесина осины – 710 см; пеностекло – 79 см, раствор цемента в возрасте 28 суток – 1010 см.

Образцы древесины использовали при естественной воздушной влажности.

Для определения величины адгезии на поверхность этих материалов наносили слой влажного скопа толщиной 10 мм. Полученные образцы сушили до постоянной массы при комнатной температуре в течение 5 суток. Далее определяли площадь контакта скопа с твердым материалом с учетом его усадки.

Для определения возможной зависимости величины адгезии скопа от его влажности в экспериментах изменяли влажность скопа. Испытание проводили следующим образом. Высушенный образец закрепляли на платформе пресса таким образом, чтобы слой скопа мог свободно под действием вертикально приложенной силы переместиться параллельно поверхности раздела «скоп-заполнитель».

Далее прилагали нагрузку на слой скопа, которую постепенно увеличивали до момента отрыва его от твердой поверхности (рис. 3). После этого фиксировали показания пресса и рассчитывали величину адгезии.

Анализ результатов показывает, что зависимость адгезии скопа от характера контактирующего с ним твердого материала существует.

Как выяснилось, адгезия скопа к материалу заполнителя зависит не только от типа материала заполнителя, но и от начальной влажности скопа. Адгезия скопа к пенополистиролу при влажности 600 % колеблется в пределах 0,0025-0,0035 МПа. При увеличении влажности скопа до 700 % адгезия увеличилась более чем в два раза, и составила 0,0086 - 0,0092 МПа.

Анализ адгезии скопа к пеностеклу показал следующие результаты: при влажности 600 % адгезия составила 0,0163-0,0178 МПа, а при увеличении влажности до 700 % адгезия составила 0,0184 - 0,0193 МПа. Адгезия скопа к раствору цемента при влажности 600 % составила 0,0020-0,0024 МПа, а при увеличении влажности до 700 % величина адгезии составила 0,0071-0,0075 МПа. Адгезия скопа к древесине исчезающе мала и количественно нами не определена. Сухой скоп отслаивался от поверхности древесины самопроизвольно.

Объяснение полученных закономерностей состоит, по-видимому, в том, что поверхности исследованных твердых материалов имеют различную шероховатость, которая зависит не от способа обработки поверхности образца, а от его вскрытой поровой структуры. Поверхность среза, к которому прилегала в эксперименте поверхность скопа, имеет тем большую шероховатость, чем более крупнопористым является данный материал. А чем больше шероховатость поверхности, тем выше адгезия. Увеличение величины адгезии скопа к поверхности шероховатого ма-

териала объясняется тем, что наличие неровностей приводит к уменьшению краевого угла смачивания и, следовательно, к улучшению смачи-вания шероховатых гидрофильных поверхностей по сравнению с гладкими. На гидрофильных поверхностях жидкость легко проникает в углубления поверхности, что приводит к улучшению смачи-вания шероховатых поверхностей. Гидрофилизация шероховатой смачи-ваемой поверхности влияет на критическое поверхностное натяжение и приводит к увеличению работы адгезии. В химический состав скопа входит лигнин, который действует как

Р

Рис. 3. Схема испытания образцов на сдвиг:

Р – прилагаемое усилие; 1 – верхняя платформа пресса; 2 – верхний упор; 3 – твёрдая часть образца; 4 – слой сухого скопа; 5 – нижний упор; 6 – нижняя платформа пресса

пластификатор, т.е. является поверхностно-активным веществом, влияющим на процесс смачивания поверхности контакта.

Исследование прочностных свойств материалов со скопом в качестве заполнителя.

Для определения прочностных характеристик материалов со скопом в качестве заполнителя исследовали прочность образцов-цилиндров высотой и диаметром 5 см, изготовленных из смеси скопа с цементом при соотношении компонентов 2:1.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»