Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Будівельне матеріалознавство. Т 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ФОРМУВАННЯ І УЩІЛЬНЕННЯ ВИРОБІВ ІЗ СУМІШІ

Свежеприготовленная суміш (маса) має певну удобообрабативаемостью, що виражається в її реальної здатності сприймати технологічні операції по формуванню і ущільнення виробів.

Суміші з дуже малою в'язкістю (звані литими) практично не вимагають ущільнення при формуванні виробів або покриттів, що становить значну технологічне зручність. Для відтворення литтєвий технології в суміш вводять нерідко відповідні пластифікатори або навіть суперпластифікатори. Введені навіть в малих кількостях вони сприяють різкому зниженню в'язкості суміші, полегшуючи формування виробів і в тому випадку, коли їх обриси відрізняються підвищеною складністю. Тій же меті досягають додатковим збільшенням кількості рідинного середовища в суміші (масі), що має бути кожен раз

Реологическая крива, або крива течії в системі координат "напруга (Р) зсуву-градієнт швидкості ( duldx) деформації"

Мал. 2.7. Реологическая крива, або крива течії в системі координат "напруга (Р) зсуву-градієнт швидкості ( duldx) деформації"

обгрунтовано з загальних позицій оптимізації структури та вимог до конкретних видів оптимальних структур.

При використанні сумішей з підвищеною в'язкістю, що володіють на реологічні кривої умовним динамічним межею плинності і граничним напруженням зсуву, важливо не допустити при формуванні напруг, здатних зруйнувати суцільність вироби. Так, наприклад, в деяких випадках відзначається утворення дефектів структури (звили), якщо допустити напруга в масі, що перевищує Л г (см. Рис. 2.7). Досвід показує, що для гарної форми сумішей величина відносини Р до , 1г) повинна бути не нижче 2-Ю- 6 з -1 . Конкретні і точні межі реологічних характеристик залежать від різновиду суміші і технологічного способу формування - пластичного, вібраційного без привантаження або з вантажем і т. П.

Формування виробів пов'язане, як правило, з щільною укладанням суміші, зернистих або іншого виду наповнювачів. Найбільше значення щільності прагнуть отримати ще на стадії підготовки сировини - порошків, суспензій, грубозернистих сумішей та інших формувальних систем, особливо при виробництві випалювальних ІБК. Попереднє ущільнення суміші зменшує роз'єднаність частинок, переводячи зв'язку з точкових в міжфазні по межах контакту. На наступних стадіях технології (наприклад, при випалюванні) скорочується витрата теплової енергії за рахунок зниження температури і зменшення тривалості витримки.

Залежно від різновиду суміші (маси) формування виробляється з використанням укладальників, пресів (наприклад, стрічкових), екструдерів, каландрів і інших машин. Вибір оптимального способу формування і ущільнення залежить від характеру вихідної сировини і масовості виробництва, необхідних властивостей і виду виробів. Але при всіх способах важливо забезпечити зв'язність і початкову міцність виробів з подальшим зміцненням їх на інших стадіях обробки. Початкова зв'язність виникає під впливом молекулярних (ван дер Ваальсових) сил. Вони мають електричну природу і здатні розвивати тяжіння частинок при їх зближенні. Силу взаємодії двох частинок (умовно приймаючи їх сферичними) розраховують за формулою

де Г) і г 2 -відповідно радіуси двох сусідніх частинок; ст - поверхнева енергія на межі поділу фаз.

З наближенням частинок на дуже малі відстані виникають і зростають сили відштовхування. В кінцевому підсумку діє результуюча сила, яка при деякому оптимальному відстані частинок один від одного забезпечує початкову зв'язність сирцю вироби.

Ущільнення формованих або відформованих виробів є важливим етапом освіти макроструктури, оскільки в цей період в середовищі в'язкої речовини порівняно стійко фіксуються зернисті і інші компоненти заповнює частини конгломерату. Фіксація може відбуватися як безпосереднім примиканням компонентів, в тому числі з можливим зрощенням (наприклад, кристалів), так і через прошарку повністю отверділого або поступово твердне в'язкої речовини. Контакт через прошарку на стадії ущільнення типовіший в конгломератних матеріалах, ніж безпосереднє контактування або зрощення часток під впливом поверхневої енергії, хімічних зв'язків або інших, в тому числі комплексних, чинників.

Внаслідок зближення частинок суміші (маси) відбувається перерозподіл і вирівнювання молекулярного силового поля, тепло- і масообмін, зокрема, міграція середовища в зони менших напруг. Обсяг суміші (маси) як при ущільненні, так і після нього зменшується, а полідисперсна система поступово переходить в стан щодо стійкої рівноваги при заданому умови формування виробів. Залежно від удобообрабативаемості готової суміші (маси) можливі і деякі специфічні особливості формування макроструктури ІБК. Так, при високопластичних і рухливих сумішах (масах) макроструктура встановлюється досить швидко і практично без додатка ущільнюючих зусиль, але під впливом гравітації або плинності (при наливних або ливарних способах виробництва). При ущільненні малорухомих і жорстких сумішей, що містять, як правило, знижена кількість в'язкої речовини або зменшена кількість рідкого середовища в ньому, витрачається значно більша робота, ніж при ущільненні пластичних, рухливих або литих сумішей (мас). Різними прийомами доводиться примусово зближувати полідисперсні зерна, витісняючи частину в'яжучого речовини в міжзернові пори і порожнечі або в пори і пази зерен заповнювача. Велика частина заповнювач в обсязі моноліту контактує через тонкі або найтонші прошарку в'яжучого речовини. При недостатній кількості в'язкої речовини прошарку стають дискретними, що збільшує пористість і зміст повітря (або інший газової фази) в ІБК.

У випалювальних конгломератах поширеними є способи напівсухого гідростатичного пресування, віброформованія, а також гарячого пресування.

Для досягнення необхідної щільності застосовують різні способи зниження реологического опору формуемой суміші: введення поверхнево-активних речовин, пластифікаторів і

суперпластифікаторів; попереднє нагрівання; вібраційний вплив; вакуумирование і ін. При особливо інтенсивному ущільненні доцільно підвищити реологічне опір до максимуму. При оптимальної технології кожної консистенції суміші (маси) відповідають певні параметри механічного ущільнення. Кожному способу і кожної інтенсивності механічного ущільнення також відповідає своя певна консистенція, і тоді розміщення частинок твердої фази в результаті ущільнення суміші стає компактним.

У багатьох технологіях формування і ущільнення суміші поєднуються в одну операцію, в результаті чого хімічні і фізико-хімічні процеси, що забезпечують структурообразование на мікро- і макрорівнях, протікають також одночасно. До них відносяться тіксотропних розрідження і зміцнення, масо-і теплообмін, переміщення заповнює і в'язкої частин відносно один одного з утворенням щільної структури до кінця виконання такої поєднаної операції. Природно, що в цей період не припиняються (хоча і уповільнюються) головні структурообразующие процеси - сорбційні, розчинення і інші, які подібно до того, як це було на стадії перемішування суміші, завершуються виникненням нових з'єднань і фаз, хоча і в порівняно обмежених кількостях. Набагато в великих розмірах вони виділяються на наступних стадіях технології, наприклад, при тепловій обробці відформованих і ущільнених виробів.

У деяких технологіях використовується переривчасте, ступеневу ущільнення, наприклад, з інтервалом часу між двома вібраціями або пресування. Повторне ущільнення сприяє як би вторинному - пластичного деформації конгломерату з віджиманням середовища з його мікро- і макропор, а в кінцевому підсумку - додатковому ущільненню в умовах, коли кількість в'язкої речовини продовжує залишатися в межах допустимих відхилень від рекомендованого. Повторне ущільнення, особливо при вібраційних способах формування, сприяє релаксації напружень, що виникають при структуроутворенні, зменшує розміри і концентрацію структурних дефектів.

Від формування та ущільнення в певній мірі залежать нс тільки характер структуроутворення при збереженні однакової компактності укладання частинок, але і текстурні особливості вироби. Наприклад, можлива переорієнтація частинок, в результаті якої широке розтин частинок і пор нерідко розташовується в площинах, паралельних площині пресування, з появою анізотропії. Можливо також часткове доізмельченіе зерен довгастої форми або зміна (зменшення) обсягу.

При напівсухому пресуванні обсяг одержуваного виробу може виявитися в 1,5-2 рази менше обсягу вільно насипаної суміші (маси). Природно, що тоді скорочується і пористість. Так, з формули А.С. Бережного П = а - в ■ lgp (де П - загальна пористість,%; а, в - постійні коефіцієнти, причому постійна а як пористість початкової маси перед пресуванням становить 50%, а в відображає здатність маси до ущільнення; р - тиск пресування, МПа) слід, що при р * 100 МПа, у багатьох випадках в = 15 і П я 20%, т. е. пористість скоротилася в 2,5 рази (50:20). Розподіл тиску по вертикалі знижується від штампа, що призводить до неоднорідності в пористості відформованої сирого вироби (сирцю). Неоднорідність залежить не тільки від висоти вироби, а й від гідравлічного радіусу R ~ 2F / H, де F - площа; І - периметр вироби. Нерівномірність пористості фіксується і в горизонтальних перетинах: найбільша щільність утворюється у верхніх горизонтальних перетинах сирцю під стінами прес-форми, зменшуючись до центру. У нижніх перетинах спостерігається зворотне явище, а в середніх по висоті перетинах - зона равнопорістості. Тип преса теж має значення, але щільність сирцю завжди залежить від величини тиску, технологічних властивостей маси і часу дії тиску преса; іноді важливо обумовити також і швидкість наростання максимального тиску при ущільненні.

Крім звичайних пресів (механічних, гідравлічних) в деяких технологіях використовують пресування методом вибуху з утворенням надвисоких тисків миттєвої дії зі зміною кристаллохимического будови речовини. При способі пластичного формування ущільнення здійснюється в стрічкових пресах (найчастіше вакуумних) з подальшою допрессовкой.

Вироби з пластичних мас мають підвищену пористість в порівнянні з виробами напівсухого пресування. Властивості такої маси оцінюються методами реологии. Як уже зазначалося, основними параметрами пластичності служать: 1) в'язкість найбільшою незруйнованої структури (т | о), структурна в'язкість (т |), в'язкість найменша при повністю зруйнованої структурі (ЦТ). Тому т | про> л> Пт! 2) межа плинності: умовний статичний р м , умовний динамічний р п , межа плинності р до (див. Рис 2.7). Є і інші характеристики реологічних властивостей маси в її пластичному стані - миттєвий модуль пружності, еластичний модуль пружності, період релаксації і ін. Комплекс таких характеристик дозволяє встановлювати величину допустимих напружень в процесі формування і ущільнення. Наприклад, необхідно, щоб напруга зсуву в масі не перевищило р Кь при якому ще відсутня повна руйнація структури, так як це призведе до стрічковому пресі до розриву стрічки маси, що в разі пластичної глини дає дефект в структурі, позбавляючи її оптимальності за цим критерієм.

Найхарактернішим в технологіях з вібраційним формуванням є надання швидкостей і прискорень частинок маси і, як наслідок, ослаблення сил внутрішнього тертя і молекулярних зв'язків, а також тіксотропних руйнування первинних структур (рис. 2.8). Частки переміщаються відносно один одного з щільною укладанням. Використовують поверхневі, навісні, глибинні вібратори, вібростоли, вібротрамбователі і т. Д. Інтенсивність вібрації висловлюють у вигляді віброускорснія W см / с:

Мал. 2.8. Залежність коефіцієнта внутрішнього тертя вібріруемон маси від середньої швидкості переміщення частинок, см / с: v-A2f, де А - амплітуда коливань; / - Частота коливань, Гц

де А - амплітуда коливань (половина найбільшого розмаху); зі - кутова швидкість, рад / с; / - частота коливань, Гц.

Твір величин А і зі дає середню швидкість руху частинок при вібрації. Є оптимальні значення амплітуди, віброприскорення, що залежить від глибини розрахунку шару маси. Вібрація з прискоренням, що перевищує оптимальне, супроводжується розпушення і диференціацією частинок по крупності. Розпушення усувають шляхом пригруза при вібрації, наприклад, до 8-10 МПа. Оптимальний час вібрування визначають дослідним шляхом.

При вібраційному пресуванні досягається задана пористість виробів при значно менших витратах енергії, ніж при статичному пресуванні. Крім того, зростає якість виробів, відсутня анізотропія властивостей, формується більш рівномірна структура. Ефективність вибропрессования в ряді технологій підвищується шляхом поєднання з вакуумуванням.

В технології випалювальних ІБК широко використовують так зване шлікерного лиття для отримання тонкостінних виробів або виробів великого розміру і складної форми. Шликер - водна суспензія глин, каолінів, інших тугоплавких речовин з частинками розміром близько 1СІ см, що несуть певний іонний потенціал ІП = Z / r, де Z - заряд катіона; г - його іонний радіус. При значеннях ІП = 65-100 (суспензія з кислих матеріалів) отримують підвищені значення щільності виливків, т. Е. З відносною

щільністю, рівної 0,8-0,9 [1] . Спосіб шликерного лиття є більш залежним від природи сировини, ніж інші способи ущільнення.

При формуванні та ущільненні нерідко застосовують торкретування з перенесенням суміші до поверхні за допомогою стиснутого повітря. Такий спосіб дозволяє отримувати досить щільний шар формованого речовини. Однак слід враховувати, що при цьому відбувається неминуча втрата використовуваної суміші в зв'язку з відскоком частинок.

  • [1] Відносна щільність дорівнює відношенню величин середньої щільності вироби до його істинної щільності.
 
<<   ЗМІСТ   >>