Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Золототрубов Дмитрий Юрьевич

Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии
<
Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Золототрубов Дмитрий Юрьевич. Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.05.- Воронеж, 2006.- 135 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/1762

Содержание к диссертации

Введение

1 Использование электрофизических воздействий в технологии строительных материалов и изделий 8

1.1 Анализ общей направленности исследований 8

1.2 Эффективность использования электрофизических воздействий 10

1.2.1 Обработка воды затворения для бетона 10

1.2.2 Обработка заполнителей для бетона 16

1.2.3 Обработка цемента для приготовления бетонов и растворов 17

1.2.4 Обработка цементного теста в составе бетона 19

1.2.5 Обработка бетонной смеси 24

1.3 Систематизация представлений о механизмах электрофизических воздействий на бетонную смесь и на ее составляющие 28

1.4 Задачи и содержание исследований 33

1.5 Выводы 34

2 Методы исследования 37

2.1 Характеристика сырьевых материалов 37

2.2 Фрактальность и фрактальные структуры 38

2.3 Пустотность дисперсно-зернистых материалов 44

2.4 Электропроводность дисперсно-зернистых материалов 45

2.5 Обработка дисперсно-зернистых систем электрическим полем 49

2.6 Обработка системы «цемент - вода» электрическим полем 51

2.7 Выводы 52

3 Методы контроля структурообразования дисперсно- зернистых строительных материалов 53

3.1 Исследование структурных характеристик сухих материалов 54

3.2 Исследование структурных характеристик обводненных дисперсно-зернистых систем 64

3.3 Выводы 83

4 Управление структурой дисперсно-зернистых систем физическими и электрофизическими методами на стадии раннего структурообразов ания 84

4.1 Исследование влияния электрического поля на структурообразование дисперсно-зернистых систем 84

4.1.1 Влияние электрического поля на модельные системы 84

4.1.2 Влияние свойств жидкой фазы на протекание электрического разряда в капиллярах 89

4.1.3 Влияние электрического поля на структурообразование системы «кварцевый песок - вода» 92

4.1.4 Количественные оценки влияния электрического поля на дисперсные системы 93

4.2 Механизмы формирования структуры дисперсно-зернистых материалов при прессовании 99

4.3 Влияние электрофизического и влажностного фактора на структурообразование прессованной системы «цемент - вода» 103

4.4 Влияние электрофизических воздействий и влажностного фактора на давление прессования системы «цемент - вода» 107

4.5 Выводы 112

Основные выводы 113

Список использованных источников

Введение к работе

Актуальность темы диссертации

Проблемы управления процессами раннего структурообразования бетонов приобретают все более важное значение в связи с широким применением многокомпонентных композиционных материалов на основе вяжущих веществ, в том числе с наполнителями из различных тонкодисперсных составляющих, разнообразных фибр, с применением модифицирующих добавок и техногенного сырья. Уровень современных фундаментальных наук, отражающий сущность физико-химических, гидродинамических, тепловых, диффузионных и других процессов и явлений, составляющих основу строительного материаловедения, обеспечивает значительные дополнительные резервы совершенствования технологий производства строительных изделий и отдельных технологических процессов, в частности, процессов формования. Одним из перспективных направлений совершенствования свойств строительных изделий и конструкций из композиционных материалов являются технологии, основанные на управлении процессами, протекающими на межфазных границах. Большой энергетический потенциал, характерный для межфазных границ позволяет при приложении незначительных внешних воздействий существенно изменять ход процессов структурообразования и свойства получаемого материала.

Одним из наиболее эффективных внешних воздействий на процессы, протекающие на межфазных границах, является воздействие электрической энергией. К такому виду воздействия можно отнести электрическую, электромагнитную и электроразрядную обработку, как сырьевых материалов, так и цементного теста, растворов и бетонных смесей. Это направление является актуальным, так как в его рамках управление процессами формирования структуры композиционных материалов осуществляется на атомно-молекулярном уровне, определяющем как их ход, так и эффективность.

Цель диссертации

Исследовать и реализовать пути управления структурой и свойствами дисперсно-зернистых материалов через физические и электрофизические воздействия.

В соответствии с поставленной целью задачами диссертации являются:

1. Выявить возможные пути контроля и совершенствования структуры и свойств дисперсно-зернистых материалов через физические и электрофизические воздействия.

2. С позиции физико-химической механики представить основные структурные характеристики дисперсно-зернистых строительных материалов и дать им количественные оценки.

3. Теоретически обосновать эффективные виды электрофизического воздействия и определить закономерности влияния таких воздействий на протекание процессов структурообразования дисперсно-зернистых строительных материалов.

4. Выполнить экспериментальные исследования по предложенным видам электрофизических воздействий и оценить их технологические эффекты.

5. На основе полученных результатов разработать практические рекомендации, направленные на совершенствование технологии производства строительных изделий.

Научная новизна работы

В данной работе получены следующие новые результаты:

- проанализированы и развиты представления об электрофизической обработке бетонных смесей и их компонентов, дано теоретическое обоснование некоторым видам электрофизического воздействия;

- разработана методика исследования структуры дисперсно-зернистых систем электрометрическим методом;

экспериментально определены как области преимущественного существования пленочного и капиллярных давлений в структуре дисперсно зернистых систем, так и взаимосвязь пленочной и капиллярной влаги через переходы влаги из пленочного состояния в капиллярное;

- определена фрактальная размерность отдельных частиц кварцевого песка, связанная с формой и характером поверхности твердых частиц;

- с помощью разработанного ультразвукового метода, определены особенности структурообразования дисперсно-зернистых систем и фрактальные свойства таких систем в сухом и влажном состоянии;

- установлен эффект перераспределения влаги в обводненной дисперсно-зернистой структуре при электрическом разряде.

Достоверность полученных результатов

Обеспечивается теоретически обоснованным комплексом исследований, основанием для которых являлось применение стандартных методов испытаний и измерений, сопоставимостью полученных результатов с положениями и данными фундаментальных наук, статистической оценкой достоверности результатов исследований.

Практическая ценность результатов диссертации

Развиты научно-практические методы измерения и формирования структур дисперсно-зернистых материалов. Разработаны теоретические положения и получены практические результаты формирования требуемой структуры строительных материалов и обеспечения повышения их физико-механических показателей путем применения электрофизических методов воздействия. Разработаны основы технологии формирования строительных изделий с одновременным применением электрических воздействий и механического прессования.

Внедрение результатов

Результаты исследований применены для разработки рекомендаций по режимам обработки электрическим полем бетонных смесей. Методические разработки использованы в учебном процессе по специальности 270106 -«Производство строительных материалов, изделий и конструкций» при поста новке учебных и научно-исследовательских работ по дисциплине «Технология бетона, строительных материалов, изделий и конструкций». Основные результаты, выносимые на защиту:

- структурные характеристики дисперсно-зернистых материалов с учетом определения фрактальной размерности отдельных частиц и фрактально-кластерных образований;

- зависимость электропроводности дисперсно-зернистых материалов от капиллярно-пленочных переходов в структуре системы;

- теоретическое и экспериментальное обоснование механизмов влияния электрофизических воздействий на раннее структурообразование дисперсно-зернистых строительных материалов;

- зависимость изменения прочности цементного бетона от параметров обработки электрическим полем с совместным действием механического прессования.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации представлялись на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной архитектурно-строительной академии (1997-2006 гг.), на втором всероссийском семинаре «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении», проходившем в городе Воронеж в 1999 году, на всероссийской конференции «ФАГРАН-2004», проходившей в городе Воронеж. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, из них 1 работа в издании из перечня, определенных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и 3 приложений. Общий объем диссертации составляет 135 страниц машинописного текста, включая 5 таблиц и 40 рисунков, а также списка литературы из 117 наименований.

Анализ общей направленности исследований

Изучение литературных источников и опыта использования электрофизических методов активации процессов твердения [1...53] выявили значительное разнообразие этих методов как относительно технических средств и параметров их реализации, так и относительно объектов, для которых они применяются. Систематизация этих данных представлена в таблице 1.1. Для краткости изложения в таблице 1.1 представлены результаты, относящиеся только к технологии цементных бетонов, как наиболее характерных В настоящее время известно довольно много разработок по активации сырьевых компонентов бетонной смеси. В определенных условиях совместное воздействие физических и химических факторов дает результирующий эффект, который отнюдь не является суммой эффектов, получаемых от каждого воздействия в отдельности. Активация составляющих бетонной смеси, а именно заполнителя, воды и цемента, позволяет при определенных условиях повысить прочность бетона.

Определенный интерес вызывают исследования модифицированного состояния воды, достигаемого при различных физических воздействиях на нее. Еще в конце прошлого столетия начато изучение влияния действия магнитного поля на воду и водные системы. Первые исследования по применению воды, модифицированной в магнитном поле, для затворения цементного теста и бетона появились в середине 60-х годов. В них показано, что применение магнитной воды повышает прочность цементных образцов до 10,5 %, а бетонных образцов в заводских условиях - до 33 % [1]. Прирост прочности зависит от минералогического состава цемента (наибольшая прочность - для цементов с большим количеством трехкальциевого силиката C3S и четырехкальциевого алюмоферрита C4AF (16-17 %)), от напряженности магнитного поля и скорости протекания воды в магнитном поле. Повышение прочности сохраняется также через 7 и 28 суток, что свидетельствует о более полном проявлении вяжущих свойств, а не только об ускорении процессов гидратации. Однако, механизм взаимодействия магнитного поля и воды до настоящего времени не ясен. Существуют гипотезы, которые представляется удобным разделить на следующие три основные группы [2]: 1) объясняющие наблюдаемый эффект действием магнитного поля на примеси, находящиеся в воде; 2) предполагающие изменения структуры воды в результате взаимодействия с магнитным полем; 3) обосновывающие эффект сочетанием действия магнитного поля на структуру воды и ее примеси.

К первой группе можно отнести труды Т. Вермайерна, СИ. Ремпеля, Л.Д. Кисловского, В.Б. Евдокимова и др. Они считают, что магнитное поле главным образом влияет на свойства ионов солей, не изменяя структуру воды. При этом происходит "деформация" и коагуляция ионов солей, содержащихся в воде, что вызывает изменение магнитного момента и заряда иона. Это ведет к изменению кристаллической решетки выделяющейся твердой фазы.

В работах [3, 4] рассматривается электрохимическая активация воды за-творения. Показано, что при наличии примесей в воде могут образовываться сольватированные структуры, изменяется рН воды в приэлектродных зонах. Активное состояние воды метастабильно и сохраняется в течение определенного времени - периода релаксации (от 30 минут до нескольких часов). Обработанная электрохимическим методом вода приводит к ускорению процесса гидратации и структурообразования цементного камня, ускоряется процесс схватывания с твердения цемента в начальные сроки. Количество воды уменьшается на 35%, прочность бетона возрастает более чем на 50 %.

Примеси в воде, активированные физическими воздействиями, влияют на процессы гидратации цемента и структурообразования цементного камня [5...7]. Они играют роль центров кристаллизации, создают щелочную среду {рН 9), ускоряют растворение силикатов кальция в цементе, снижают поверхностное натяжение воды, тем самым уменьшают водопотребность цементного теста, и наконец, вступая во взаимодействие с минералами цемента, ускоряют химические процессы. представителей.

Фрактальность и фрактальные структуры

Уделяя большое внимание влажностному фактору, некоторые исследователи игнорируют представления о структуре дисперсной системы в условно сухом состоянии, соответствующем В/Т и В/Ц- 0. С достаточной степенью достоверности можно пока лишь отметить чрезвычайно высокую пористость такой системы, не соответствующую типичным представлениям об идеальной геометрической упаковке дисперсных частиц. При этом пористость таких систем, как показывают результаты исследований [53], существенно зависит от их дисперсности. С ростом дисперсности увеличивается пористость систем. В современной науке все более обсуждаемыми становятся так называемые "цепочечные структуры" в зернистых материалах. Существование таких структур возможно и в наших строительных системах. Установлено, что системы, состоящие из песков, зерновой состав которых отвечает требованиям стандарта, имеют достаточно плотную упаковку частиц и соответственно невысокую пус-тотность, равную 37...39 %. У систем с высокой дисперсностью частиц цемента и молотого песка формируются структуры близкие к так называемым "цепочечным структурам" [54].

В «сухих» системах вследствие действия силы тяжести и межчастичного взаимодействия, обусловленного силами молекулярного притяжения [55] формируются агрегаты из частиц. Агрегаты, различающиеся по плотности и имеющие «нитевидные» границы раздела, согласно [56] можно классифицировать как фрактально-кластерные образования, формирующие структуру систем. Такие системы отличаются высокими интегральными показателями пустотно-сти вследствие образования внутри агрегатов рыхлых «цепочечных» структур и характеризуются чередованием пустот и плотных образований частиц с множественными контактами.

С точки зрения геометрического строения они представляют собой самоподобные структуры (статистически самоподобные) и являются фракталами, а анализ таких структур строится на основе дробных производных [57...61]. Окончательного определения фракталов пока не существует. Мы будем называть фракталом множество, размерность d которого строго больше его топологической размерности dT.

Возникшее в результате сближения частиц физическое тело, независимо от его формы, прочности, пористости, плотности и склонности к сцеплению с другими частицами, называют кластером. Движущей силой кластерообразова-ния является стремление дисперсной системы уменьшить свою поверхностную энергию и перейти к более устойчивому состоянию. Основной причиной понижения поверхностной энергии системы является уменьшение свободной поверхности зерен за счет возникновения контактов между ними. Поэтому кла-стерообразование (или агломерация) возникает самопроизвольно, обуславливая слипание частиц друг с другом. Очевидно, что с увеличением значения поверхностной энергии при увеличении свободной поверхности твердой фазы дисперсной системы сильнее выражена тенденция к агломерации. На прочность кластеров оказывает влияние ряд факторов, из которых важнейшими являются число контактов между зернами системы и прочность этих контактов. Прочность контактов зависит от формы частиц, их относительной ориентации, плотности упаковки. Сферические частицы образуют наименьшее число контактов и пористость системы в таком случае наибольшая. Частицы же неправильной формы с шероховатостями и выступами создают значительно большее число контактов. Агломерация частиц твердого тела в присутствии жидкости обусловлена растеканием ее по поверхности зерен под действием поверхностной энергии, что сопровождается уменьшением толщины прослоек воды между частицами и стягиванием их друг к другу вплоть до взаимного контакта. В то же время количество жидкости должно быть сравнительно небольшим, необходимым для образования адсорбционных оболочек на зернах и некоторого количества «свободной воды». Значительное содержание свободной воды в дисперсной системе повышает ее подвижность, что препятствует возникновению и существованию устойчивого агломерата. Небольшое количество свободной влаги позволяет ей частично заполнять поры и капилляры между зернами и способствовать проявлению капиллярного эффекта, заключающегося в возникновении стягивающего усилия между частицами.

Следует отметить, что в большинстве научных исследований структуры и свойств дисперсных систем в качестве физической модели использовали ранее совокупность шарообразных частиц с различной упаковкой. Выполненные нами исследования зависимости формы поверхности частиц от их дисперсности показали, что сложившееся представление о приемлемости этой модели дисперсных систем в расчетах вряд ли правомерно.

Нами была разработана методика оценки фрактальной размерности частиц молотого и немолотого кварцевого песка (рисунок А1). Частицы кварцевого песка фотографировались через микроскоп с увеличением от 280 до 1350 раз при удельной поверхности песка от 3 до 350 м /кг. Определялась фрактальная размерность [60...62] периметра проекции частиц песка на плоскость.

Исследование структурных характеристик сухих материалов

Проявление поверхностных (адсорбционных) сил связывают с существованием на поверхности и в объеме твердой фазы так называемых активных центров. Такими центрами могут быть пики и возвышения, ребра и углы кристаллов, границы зерен, вакансии и дислокации кристаллических решеток, так как именно здесь концентрируются активные ионы, оборванные связи и т.п. [83]. Большинство исследований и расчетов предполагает, что дисперсные частицы имеют шарообразную форму. Однако, это вряд ли правомерно. Современные представления о строении дисперсных систем вводят, как мы уже отмечали, понятия фрактальности дисперсных частиц и их структуры.

Так, приведенные на рисунке 3.1 результаты микроскопических исследований формы частиц песка, размолотого до разной удельной поверхности в шаровой мельнице, показали, что поверхность частиц кремнезема имеет явно выраженный фрактальный характер. С увеличением дисперсности фрактальность поверхности частиц проявляется сильнее.

На рисунке 3.2 (линии 1,2,3) показана зависимость логарифма числа элементов длины периметра частиц NL от логарифма масштаба 8 в дважды логарифмическом масштабе. Видно, что экспериментальные точки хорошо ложатся на прямую. При этом выдерживается одинаковый наклон линий для разных частиц, соответствующих определенной удельной поверхности песка. Найденная по этим данным для разных удельных поверхностей фрактальная размерность границы DL варьируется от 1,23 при 8уд = 200м2/кг до 1,16 при 8Уд = 35м2/кг.

Зависимость логарифма числа квадратов Ns, покрывающих площадь проекции частицы от логарифма масштаба 8 в дважды логарифмическом масштабе показана на рисунке 3.2 (линии 4,5,6). Здесь также хорошо виден линейный характер экспериментальной зависимости, а фрактальная размерность площади проекции Ds изменяется от 1,582 для S = 200 м2/кг до 1,784 для S = 35 м2/кг.

Эти характеристики {DL и Ds) показывают степень отличия геометрической структуры частиц от гладких поверхностей. То что DL \ свидетельствует о большой извилистости границы, г. Ds 2 демонстрирует ажурность шероховатости поверхности.

Важным вопросом является также определение структуры всего массива песка. Зависимость плотности кварцевого песка от удельной поверхности (рисунок 3.3) позволяет сделать следующие обобщения. Плотность массива сухого кварцевого песка уменьшается по мере увеличения его дисперсности. Умень-шение плотности и экстремум плотности в районе Ъуя= 50 м /кг могут быть связаны не только с поверхностными силами, но и со структурой песка. Фрактальные свойства различных дисперсных сред установлены для большого числа сыпучих материалов путем измерения адсорбции газов их развитой поверхностью [84]. Теоретические расчеты разных авторов дают значения фрактально-сти двумерной структуры дисперсных систем D от 1,3 до 1,5.

Результаты экспериментальных измерений фрактальности структуры кварцевого песка представлены на рисунке 3.4 в виде графика линейной зависимости логарифма скорости распространения ультразвука в массиве кварцевого песка от логарифма среднего диаметра частицы и на рисунке 3.5 в виде графика зависимости скорости распространения ультразвука от дисперсности кварцевого песка. Установлено, что с увеличением дисперсности песка скорость прохождения ультразвука снижается, становясь меньше скорости звука в воздухе (рисунок 3.5), что хорошо согласуется с данными работы [69].

На основе данных по измерению скорости ультразвука при изменении дисперсности среды, представленных на рисунке 3.4 получен дробный показатель Z)=l,13, что подтверждает фрактальность системы.

Снижение скорости прохождения ультразвука с повышением дисперсности песка, на наш взгляд, связано с увеличением эффективного акустического пути прохождения звуковой волны через материал. Этот результат отражает тот факт, что структура массива кварцевого песка характеризуется чередованием пустот и плотных образований частиц с множественными контактами.

Фрактальные свойства дисперсных частиц могут существенно проявиться в теории адсорбции и, соответственно, при образовании двойного электрического слоя и расчете -потенциала.

Дисперсные частицы, в зависимости от степени уплотнения, образуют определенную структуру. В насыпном состоянии пористость обычно превышает 50%, и частицы оказываются как бы «взвешенными» в пространстве. Даже в идеализированном случае наиболее плотной упаковки частиц пористость составляет 26% объема. При больших удельных поверхностях дисперсные системы стремятся уменьшить свою поверхностную энергию и перейти к более устойчивому состоянию. Поэтому такие системы склонны к кластерообразова-нию. Основные и наиболее характерные свойства дисперсных систем определяются особым состоянием вещества в поверхностных слоях на границах раздела фаз.

Исследование влияния электрического поля на структурообразование дисперсно-зернистых систем

Для понимания механизма явлений, происходящих при взаимодействии электрического поля и капиллярной воды в дисперсной системе, мы исследовали влияние поля на модельные системы - одиночные стеклянные капилляры с диаметрами от 0,05 мм до 0,5 мм и длиной 12...13 мм [101, 102]. Жидкая фаза была представлена дистиллированной водой или растворами электролитов. Капилляры помещались в электрическое поле цилиндрического конденсатора вдоль силовых линий.

При напряжении на обкладках конденсатора /=12 кВ напряженность электрического поля вблизи внутреннего электрода (л:=1,5 мм) составила Етах « 21,3-106 В/м, вблизи внешнего электрода Етп «1,6-106 В/м. В этих условиях отсутствовал искровой пробой воздушного зазора между обкладками конденсатора, и наблюдался только коронный разряд. Внесение в электрическое поле стеклянного капилляра заполненного водой приводило к возникновению искрового газового разряда между электродами конденсатора и менисками в капилляре.

Наличие электрической проводимости у воды приводило к перераспределению электрического потенциала вдоль капилляра. Силовые линии электрического поля концентрировались вблизи краев капилляра, заполненного водой, вследствие чего в зазорах между электродами и менисками напряженность поля превышала пробойную. При нормальных условиях (Р=105Па, /=20 С) в од нородном поле для воздуха пробойная напряженность составляет is =(3...4)-106 В/м в зависимости от расстояния между электродами.

Если использовалась дистиллированная вода, то при увеличении напряжения на обкладках конденсатора от 0 до 10 кВ газовый разряд не возникал, и электрическое поле не вызывало видимых изменений количества воды в капилляре. Отсутствовали как осмотический перенос воды в сторону отрицательного электрода, так и втягивание поляризованного столба жидкости в электрическое поле в силу его неоднородности. Силовое воздействие неоднородного электрического поля на диполь, в качестве которого мы можем рассматривать столб воды в капилляре, компенсируется силой трения воды о стенки капилляра. При достижении напряжения /=10 кВ между электродами конденсатора и концами капилляра (менисками) вспыхивал газовый разряд. Величина этого напряжения зависела от диаметра капилляра, температуры и влажности окружающей среды. Возникший разряд приводил к «выжиганию» воды в капилляре со стороны положительного электрода при любой полярности внутреннего и внешнего электродов конденсатора. Отметим, что механизм перемещения молекул воды к положительному электроду не связан с неоднородностью электрического поля, так как при изменении полярности электродов у конденсатора, уменьшение длины столба жидкости в капилляре вновь происходит со стороны положительного электрода. Перенос молекул воды осуществлялся против направления напряженности электрического ПОЛЯ.

Аналогичный эксперимент с использованием однородного электрического поля плоского конденсатора привел к результатам схожим с результатами полученными для неоднородного ПОЛЯ.

На электрические явления, протекающие в капиллярах, оказывают влияние не только параметры электрического поля, но и свойства жидкой фазы. Нами было изучено влияние электрического поля на процессы в растворах электролитов различных концентраций, протекающие в капиллярах. На рисунке 4.1 представлены зависимости изменения длины столба жидкой фазы для растворов с различной концентрацией NaCl - от 5 до 15 г/дм от времени обработки электрическим полем.

Кривая, построенная для дистиллированной воды, представляет собой практически линейную функцию, за исключением начального (до 15 с) и конечного (более 250 с) этапов. Средняя скорость уменьшения длины водяного столба 1 =3,5-10 мм/с. Если капилляры заполнялись электролитом, то минимальное напряжение для начала газового разряда снижалось с ростом концентрации электролита. Сравнение экспериментальных кривых показывает, что на первом этапе кривые для всех растворов практически совпадают, скорость «выжигания» увеличивается в 2...3 раза в первой трети водяного столба в капилляре. Далее скорость уменьшается таким образом, что в среднем выравнивается с аналогичной скоростью для дистиллированной воды. Для раствора с концентрацией NaCl 10 г/дм при остаточной длине столба 6 мм наступает его электропробой. Разряд быстро высушивает капилляр и гаснет. Для раствора с концентрацией NaCl 15 г/дм электропробой наступает при остаточной длине столба 8 мм.

Подобные зависимости наблюдаются и в растворах Са(ОН)2. Показатель рН растворов Са(ОН)2 варьировался в диапазоне от 9 до 13. Выбор таких значений показателя рН растворов основывался на том, что в цементно-водных системах он изменяется в диапазонах значений от 11 до 13. На графике (рисунок 4.2) отмечается резкое отличие хода кривой для насыщенного раствора (рН=\3) от кривых для других концентраций вещества. Удаление воды из капилляра происходит с гораздо большей скоростью для раствора с рН=\3. Быстрое удаление воды связано, вероятно, с увеличением числа ионов в растворе Са(ОН)2.

Похожие диссертации на Закономерности формирования плотно упакованной структуры дисперсно-зернистых строительных материалов при электрофизическом воздействии