CC BY
85
Содержание
160
Are, F.E., Hubberten, H.-W., Rachold V., Reimnitz, E., and Solomon, S. Mathematical description of erosional shoreface profiles in the Arctic seas. Terra Nostra, Heft 2002/3. Climate drivers of the North. Selbstverlag der Alfred-Wegener-Stiftung, Berlin, p. 2324., 2002.
Inman, D.L., Elwany, M.H. and Jenkins, S.A. Shore rise and bar-berm on ocean beaches. Journal of Geophysical Research, 98, p. 18 181-18 199, 1993.
УДК 691.33
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПРИ ТВЕРДЕНИИ АЛЮМОФОСФАТНЫХ СИСТЕМ
Е.В. Крюкова
Аннотация
В работе рассматривается управление электропроводностью алюмофосфатных материалов в зависимости от природы вводимого вещества - сульфатов бария и кальция. При этом предпосылкой является рассмотрение отношения радиуса катиона к радиусу аниона и электроотрицательности их взаимосвязи.
Ключевые слова: прочность, удельная электропроводность, сульфат бария, гипс, фосфатные системы, водонасыщение
Введение
В соответствии с представлениями об электронном строении твердого тела и природе связи, отражаемыми параметрами ширины запрещенной зоны АЕ, эВ, сульфат бария и сульфат кальция по своим свойствам являются диэлектриками (АЕ>3,5 эВ), в которых реализуется ионная природа химической связи. Г еометрические формы этих твердых кристаллических тел описываются с помощью отношения радиусов т^/та (соответственно, катионов и анионов), разницы электроотрицательностей катион-анион как меры степени ионности связи АХ, а также суммарного кристаллохимического критерия У. Пирсона rk/raAX. Рассматривая образование BaSO4 в модели ионных связей, соотношение rk и ra таково, что образуется насыщенная структура с высоким координационным числом по катиону, параметр У. Пирсона г^/гаАХ составляет 0,6...1,5. Структура BaSO4 плотноупакованная и поэтому может способствовать передаче заряда, т.е. должна действовать как металл в отличие от гипса, в
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/1
Содержание
161
котором отношение радиуса катиона к радиусу аниона составляет 0,3 и его присутствие скорее препятствует передаче заряда. С химической точки зрения эти вещества являются электронными аналогами с увеличением основных свойств катиона от кальция к барию.
1. Электропроводность при твердении систем
1.1. Постановка задачи
Цель данной работы состояла в использовании природного и техногенного сырья для создания фосфатных материалов специального назначения с управляемой электропроводностью и повышенной влагостойкостью. Такие материалы требуются при заземлении для повышения коррозионной стойкости металлов и для других специальных целей.
Протекающие процессы при твердении алюмофосфатных материалов изучались с помощью электропроводности. Для исследования была выбрана модельная система на основе гидроксида алюминия, фосфорной кислоты и добавок, а также система, содержащая вместо гидроксида алюминия кембрийскую глину. В качестве добавок использовались также природные вещества - сульфат бария (BaSO4) и гипс (CaSO4-2H2O).
1.2. Измерение удельной электропроводности
Измерение удельной электропроводности, См-м-1 у=К(1/Я), где К -постоянная ячейки, осуществлялось с помощью кондуктометра КЭЛ-IM. Используемая проба затворялась кислотой определенной концентрации при заданном соотношении порошка вяжущего и кислоты. Тестообразная пластичная масса помещалась в ячейку из органического стекла со стороной 1 см, имеющей на торцах электроды из спеченной никелевой фольги с рабочей площадью 1 см2. Измерения удельной
электропроводности производились через определенные промежутки времени.
2. Система на основе гидроксида алюминия
При затворении фосфорной кислотой плотностью 1,26 г/см3 смеси из гидроксида алюминия разной степени измельчения и оксида железа (II) в количестве 15% удельная электропроводность у изменяется от 2,6 См-м-1 в момент затворения и до 0,3 См-м-1 через 4 ч твердения.
Изменение электропроводности и прочности образцов при сжатии (Ясж) после водонасыщения в возрасте 28 суток в зависимости от количества сульфата бария и гипса представлены в табл.1 и 2.
Как показывают данные табл. 1 системы на основе гидроксида алюминия обладают высокой удельной электропроводностью, что
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/1
Содержание
162
объясняется природой жидкости затворения (фосфорной кислоты). В первые часы твердения в фосфатных системах идет активное новообразование с резким падением электропроводности. Добавление сульфата бария в количестве 3 мас.% повышает прочность после водонасыщения фосфатного материала, по сравнению с контрольным, до 40%. При этом электропроводность возрастает незначительно. Увеличение содержания сульфата бария приводит к повышению электропроводящих свойств, и существенное влияние оказывает присутствие в системе 15 мас.% BaSO4. В этом случае электропроводность увеличивается в три раза, как в момент смешения, так и через 4 ч. твердения. Следует отметить, что уровень электропроводности в затвердевшем материале после 4 ч. практически постоянен.
ТАБЛИЦА 1. Фосфатная система на основе гидроксида алюминия
•Ч© о4 о оЗ PQ Электропроводность, См-м"1 Плот" ность, -5 г/см Ксж.. после водона- сыще- ния, МПа
Мо- мент сме" шен. Время, ч
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 28 сут.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 2,60 0,80 0,60 0,49 0,44 0,36 0,32 0,30 1,95 20,5
3 2,70 1,00 0,70 0,50 0,45 0,38 0,38 0,38 2,01 28,5
7 8,00 1,25 1,15 1,00 0,90 0,88 0,85 0,70 1,95 17,0
1 5 9,20 1,50 1,35 1,20 1,10 1,00 0,96 0,90 2,00 21,0
Для сравнения в систему на основе гидроксида алюминия вместо сульфата бария в качестве вещества с отличной кристаллической структурой вводился гипс. При использовании в качестве добавки гипса в количестве 3 мас.% удельная электропроводность (табл. 2) изменяется от 2,0 См-м"1 в момент смешения до 0,49 См-м"1 через 4ч твердения. При 7 мас.% гипса незначительно повышается электропроводность в момент смешения (3,5 См-м"1) и плавно уменьшается до 0,41 См-м"1 к 4ч твердения. Увеличение содержания гипса до 15 мас.% приводит к снижению электропроводящих свойств, однако прочностные показатели образцов при этом повышаются.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/1
Содержание
163
ТАБЛИЦА 2. Фосфатная система на основе гидроксида алюминия
•Ч© о4 o' <N Я (N О on оЗ О Электропроводность, См-м-1 Плот- ность, -5 г/см Ксж.. после водона- сыще- ния, МПа
Мо- мент сме- шен. Время, ч
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 28 сут.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 2,60 0,80 0,60 0,49 0,44 0,36 0,32 0,30 1,95 20,5
3 2,00 1,20 0,91 0,62 0,59 0,54 0,52 0,49 1,93 20,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
7 3,50 0,80 0,73 0,65 0,59 0,50 0,46 0,41 1,89 15,5
1 5 2,40 0,75 0,57 0,42 0,34 0,31 0,30 0,24 1,89 10,5
3. Система на основе кембрийской глины
В работе также изучались процессы твердения фосфатных материалов на основе кембрийской глины, 15% оксида железа(11) и добавок BaSO4 и CaSO4-2H2O. В табл. 3 и 4 представлены результаты исследований этих систем.
ТАБЛИЦА 3. Фосфатная система на основе кембрийской глины
•ч© О4 О on оЗ PQ Электропроводность, См-м-1 Плот- ность, -5 г/см Ксж.. после водона- сыще- ния, МПа
Мо- мент сме- шен. Время, ч
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 28 сут.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 2,30 0,90 0,86 0,80 0,67 0,60 0,60 0,59 2,36 5,0
3 3,30 1,20 1,16 1,10 1,10 1,10 1,05 1,05 2,29 9,5
7 2,90 1,20 1,15 1,00 0,90 0,88 0,85 0,70 2,27 6,5
1 2,90 1,05 1,35 1,20 1,10 1,00 0,96 0,90 2,29 5,5
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/1
Содержание
164
5
ТАБЛИЦА 4. Фосфатная система на основе кембрийской глины
•Ч© О4 o' д4 (N •з- о on оЗ О Электропроводность, См-м-1 Плот- ность, -5 г/см Ксж.. после водона- сыще- ния, МПа
Мо- мент сме- шен. Время, ч
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 28 сут.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 2,30 0,90 0,86 0,80 0,67 0,60 0,60 0,59 2,36 5,0
3 2,95 1,00 0,96 0,93 0,90 0,89 0,88 0,86 2,41 9,0
7 2,80 1,00 0,92 0,87 0,85 0,84 0,84 0,78 2,25 15,5
1 5 2,90 1,50 0,98 0,92 0,89 0,86 0,85 0,80 2,23 10,5
Анализ этих результатов повторяет информацию табл.1 и 2 о том, что BaSO4 увеличивает, а CaSO4-2H2O снижает электропроводность материала, в то время как BaSO4 увеличивает прочность при 3% концентрации, а введение CaSO4-2H2O снижает прочность во всех случаях.
Интересно отметить, что значения плотности материалов (графа 10 в табл. 1, 2, 3 и 4 соответственно) практически постоянны. То есть, рост или уменьшение электропроводности в данных материалах не связаны с его плотностью. Другим интересным фактом является рост прочности материала в присутствии BaSO4. Поскольку BaSO4 труднорастворимое вещество (ПР«1-10-9) с нейтральной реакцией среды, не
взаимодействующее с H3PO4 (Кд H2S04 > Кд H3PO4), то его воздействие свидетельствует о существенной роли контактных явлений на границах разделов фаз: Al-содержащая фаза - фаза новообразований и наполнитель-BaSO4. Эти явления зависят от энергии вводимого катиона, которую можно описать в рамках значений квантовых чисел (Сватовская Л.Б. и др., 2004). В этом случае энергия катиона Ba □, бБ-уровень, значительно выше энергии Са2+А 4Б-уровень, поэтому максимально достигнутая прочность в условиях водонасыщения Ва-содержащего материала превышает прочность в этих условиях Са-содержащего, при этом не превышает бездобавочные составы.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/1
Содержание
165
В условиях плотной упаковки упрочнение контакта BaSO4 также способствует увеличению электропроводности, что и наблюдается в эксперименте.
4. Заключение
В работе исследованы электропроводность и прочность при водонасыщении фосфатных материалов в присутствии BaSO4 и CaSO4-2H2O. Показано, что введение BaSO4, приводит к увеличению в три раза электропроводности и на 40% прочности при водонасыщении.
5. Литература
Сватовская Л.Б., Соловьева В.Я., Масленникова Л.Л., Латутова М.Н. и др. Термодинамический и электронный аспекты свойств композиционных материалов для строительства и экозащиты. - СПб.: ОАО «Издательство Стройиздат СПб», 2004. - 176с.
УДК 999.666
УСКОРЕНИЕ ТВЕРДЕНИЯ МОНОЛИТНОГО ПЕНОБЕТОНА ПРИ ПОНИЖЕННЫХ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
С.Д. Петров, А.В. Хитров
Аннотация
Отсутствие методических разработок по укладке монолитных пенобетонов в условиях пониженных и отрицательных температур значительно сдерживает увеличение объемов применения этого материала. Рассмотрены возможности использования существующих методов зимнего бетонирования применительно к монолитному бетону. Как наиболее эффективные выделены метод «термоса», электропрогрев и применение противоморозных добавок. Выявлены особенности их применения для пенобетона. Отработаны рекомендации по расчету параметров укладки пенобетона при низких и отрицательных температурах, с использованием выбранных методов.
Ключевые слова: монолитный пенобетон; пониженные и отрицательные температуры; метод термоса; противоморозные добавки; электропрогрев греющими проводами
Известия Петербургского университета путей сообщения
2005/1
