Строительные материалы и изделия
Сватовская Л.Б., доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I
ОРГАНИЗАЦИЯ ВЕЩЕСТВ В КОМПОЗИЦИОННОЙ ВЯЖУЩЕЙ СИСТЕМЕ
В статье показаны уровни организации веществ, которыми можно управлять для повышения качества системы. При этом об особенностях на электронном уровне дают информацию значения квантовых чисел. Показано, что поровая структура может быть модифицирована путем поглощении раствора кремнезоля, таким образом возможно существенно повысить качество системы. Приводятся примеры.
Ключевые слова: Поры, нанораствор, уровни, управление, электронный
THE SUBSTANCES ORGANIZATION IN THE COMPOUND BINDING SYSTEM
The levels of quality management are shown in the paper. The electronic level information presents quantum numbers. Pores structure are managmented by means of nanosolution absorption and so it is possible to improve quality of the system. The examples are shown as well.
Keywords: Pores, nanosolution,levels, management, electranic.
В развитии работ [1-8], рассмотрено три уровня - размерный, электронный и термодинамический в композиционных вяжущих систем. Диапазон размерных уровней в строительной деятельности затрагивает от десятых долей нанометра (10-9м) до метровых. Самый малый размер - это ионы и часть поровой структуры, десятые доли нанометра; наибольший - в крупноразмерных изделиях и строительных конструкциях. Наноразмер 1....100 нм - размер возникновения фаз и поверхностей разделов, в материаловедении изучается в настоящее время особенно внимательно. Управление свойствами композиции с помощью ионов или воздействие на поровую структуру базируется на разных фундаментальных основах: в ионах - важны особенности электронного строения, в порах - размер и строение. Особенности электронного строения катиона, в свою очередь базируются на энергии внешнего, акцепторного уровня и сказываются в свойствах вяжущих, наполнителя и контактных зон [1-5] и таким образом на свойства всей композиции; при этом учитывается энергия и конфигурация уровней, информация о которых содержится в значениях главных и орбитальных квантовых чисел. Именно учет этих знаний прослежен в наших работах с Шангиным В.Ю. [6], когда создавались тонкослойные трещиностойкие минеральные покрытия на цементной основе. Поровая структура, согласно [7] может быть представлена следующим образом, табл.1.
Таблица 1
Размер и наименования пор
и о я Размер пор, нм Наименование пор
1 0,6 Ультрамалые, малые, небольшие внутренние, межкристаллитные
2 0,6-1,6 Микропоры, гель, адсорбционная вода, сверхмалые, большие внутренние, внутрикристаллитные
3 1,6-100 Мезопоры, капиллярные каверны, поры между частицами геля
4 >100 Макропоры
Согласно представлениям, развиваемым нами, уровни 2, 3, 4 (таблица 1) могут быть «залечены» по крайней мере в поверхностном слое материала, конструкции или изделия путем поглощения нано-растворов, или, иначе растворов золя (размер дисперсной фазы 1.. ,100нм).
Эти растворы имеют разную природу по дисперсной фазе, и они могут вступать во взаимодействие с составляющими искусственного камня, образовываются дополнительные структуры гидросиликатной, гидроалюминатной или комплексной природы. Воздействие на поровую структуру методом поглощения или подсоса - один из немногих, который применим для разного размерного уровня, начиная с наноразмера и до метрового и выше; смысл такого рода воздействий состоит в том, что твердеющий композиционный материал на основе неорганических вяжущих подвергается дальнейшему химическому модифицированию, начиная с поверхности. После модифицирования поверхностного слоя изделие, конструкция или сооружение, соприкасаясь с воздействием окружающей среды и имея пониженные водо-поглощение и водопроницаемость, демонстрируют рост морозостойкости, твердости и, в итоге, долговечности. Следует отметить, что особенную роль в данном случае играет повышение химической стойкости материалов в результате кремнезолирования, поскольку БЮ2 -кислотостойкий оксид. В качестве примера изменения свойств материалов при кремнезоли-ровании можно привести поверхностное модифицирование пенобетонов по технологии, разработанной нами совместно с Мустафой Хаммади [8] (табл.2).
Таблица 2
Повышение строительно-технических свойств поверхностно модифицированных пенобетонов
Средняя плотность пенобетонов, кг/м3 емкость поглощения, С, кг/м3 Масса поглощенного 1,5%-раствора кремнезоля, кг/м3 Рассчитанное примерное количество дополнительных гидросиликатов кг/м3 Изменение прочности образцов пенобетонов при сжатии в возрасте 28 суток Изменение прочности образцов пенобето-нов при изгибе в возрасте 28 суток Изменение морозостойкости образцов бетонов Изменение водопоглощения образцов пенобетонов Изменение усадки образцов пенобетонов
+АИ сжатии +АК изгибе +АЕ, циклы -АВ,% -АУ,%
МПа % МПа %
Б400 0.24 16 0,38 0,35 77 0,12 85 10 37,7 70
Б500 0.30 20 0,47 1,16 124 0,52 71 20 50,9 69
Б600 0.36 25 0,57 1,30 94 0,48 45 25 56,4 69
Если обобщить идеи уровней организации веществ, то, с учетом наших, ранее опублико-ванных[9,10] работ, можно сформулировать следующее рекомендации:
• выбор твердых фаз по термодинамической оценке в композиции на неорганическом вяжущем целесообразно делать в пользу фаз со значениями наинизшего энергосодержания и свободной энергии Гиббса;
• при оценке особенностей электронного строения катиона при выборе твердых фаз целесообразно учитывать значения п и 1 и акцепторные способности катионов;
• при управлении свойствами композиционного материала с формирующейся поро-вой структурой размером свыше 1нм целесообразного использовать технологии модифицирования материала, изделия, конструкции, начиная с поверхностных слоев неорганическими нанорастворами, в том числе комплексными; такие технологии в первую очередь учитывают поровую структуру, которые залечиваются (заполняются) новыми структурами, что важно как при достижении прогрессивных свойств композиционных материалов, так и в решение геоэкологических проблем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сватовская Л.Б. Геоэкологические свойства и методы геоэкозащиты в транспортном строительстве. «Транспортное строительство» - 2014 г., выпуск №10 - с.28-30.
2. Сватовская Л.Б. Информационное значение геоэкохимических принципов для защиты окружающей среды. Транспортное строительство» - 2014 г., - выпуск»12 - с.28-30.
3. Сватовская Л.Б., Кабанов А.А. Метод учета энергии процессов искусственного камнеоб-разования при геоэкозащите в транспортном строительстве. «Естественные и технические науки» - М., 2014 - №3 - с.197-199 ISSN -1684-2026.
4. Сватовская Л. Б., Кабанов А. А. Инновационный метод с использованием нанорастворов в строительстве и геоэкологии. «Естественные и технические науки» - М., 2014 - №4 - с. 29-32 ISSN -1684-2026.
5. Сватовская Л.Б., Кабанов А.А. Некоторые геоэкозащитные свойства процессов искусственного камнеобразования. «Естественные и технические науки» - М., 2014 - №4 - с. 95-99 ISSN - 1684-2026.
6. Сватовская Л.Б. Фундаментальные основы свойств композиций на неорганическом вяжущем, СПБ, ПГУПС, 2006 г., 80 с.
7. Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашов В.В. Физическая химия вяжущих материалов. М., Высшая школа, с.343.
8. Cватовская Л.Б., Хаммади М. Инновационное решение повышение свойств цементных изделий. «Бетон и железобетон», 2014 - №5, с. 7-8.
9. Сватовская Л.Б., Масленникова Л.Л., и др. Термодинамический и электронный аспекты строения твердых фаз при получении материалов для строительства и геозащиты. 2006.
10. Сватовская Л.Б., и др. Введение в геоэкохимию процессов детоксикации литосферы с учетом процессов твердения вяжущих систем. СП, ПГУПС, 2012. 80.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.