Способ определения капиллярно-пористой структуры материала Советский патент 1982 года по МПК G01N15/08 

мерами , которые методом десорбции жидкостей не определяются Кроме того, значение радиусов пор, получаемых по формуле Томсона (Кельвина) в зависимости от упругос ти пара, надо считать грубо ориенти ровочными. . . Таким образ6м,недостатком этого способа является небольшой диапазон измерений размеров пор. Цель изобретения - расширение ди апазона измерений. Поставленная цель достигается тем ЧТО согласно способу определения капиллярно-пористой сруктуры матери ала, заключающемуся в врдонасыщении материала и сушк.е, насыщают водой две равновесные пробы, после чего одну из проб выдерживают над 50-55%ной серной кислотой до постоянного веса при 20±0,, а затем водонасыщенную и высушенную над серной кислотой пробы раздельно подвергают сушке при равномерном подъеме темпера туры от 20 до с одновременной регистрацией массы и температуры высушиваемых проб и определяют размер пор по формуле V 1- hff 7 где t - радиус поры, см; Т - температура высушиваемых проб, С; п - коэффициент, учитывакнций количество молекул неиспарившейся воды в наименьших капиллярах,соразмериМых с величиной nrf; 6 - диаметр „молекулы воды (3 X 10 см) ; К.- коэффициент,зависящий от условий сушки образцов, а объем пор определяют путем вычитания данных изме|эения массы двух равновесных проб По предлагаемому способу образцы материала водонасьицают под вакуумом и разделяют на две равные части.Одну часть образцов хранят в воде, а вторую выдерживают над серной кислотой до постоянного веса. После этого водонасыщенные образцы, а затем высушенные над серной кислотой, помещают в печь высокочувствительной термовесовой установки, в которой име ется возможность автоматического регулирования режима подъема температу ры в широких пределах. В процессе сушки материала записывают зависимос ти потери массы от температу ы высушиваемого материала. Полученные данные для водонаоыщенного материала и высушенного над кислотой вычитают и с учетом объемного веса материала определяют объем пор. По формуле рас считывают размер пор-и строят дифференциальные и интегральные кривые пористости материала. Формула для расчета размера пор получена на основе прямолинейного характера зависимрсти между CqT и fq2. Аналитический вид зависимости следующий: gqr а + kfqT, где а и k - коэффициенты пропорциональности. По физической сущности коэффициент а представляет собой наименьший размер определяемых пор. Обычно эту величину Принимают равной 10 см,что близко к pa3MftDv трех молекул воды (ncf 0,9 X 10 см) . Последнее обусловлено тем, что в более, мелких порах свойства воды значительно отличаются и ее перенос существенно затруднен . Приведенные данные и результаты расчетов по уравнению Томсона (Кельвина) послужили основанием определения концентрации серной кислоты (50-55%), используемой для десорбции влаги из пористого материала. В результате математических преобразований зависимость г - Т принимают следующий вид: .а..8-т, г- . Расчетно-экспериментальным методом определено влияние,на коэффициент К некоторых условий сушки пористого материала. Влияние Т,..;„на величину коэффициен 112°С показано в табта 1i при Т лице 1. Т а б л и ц а 1 Значение- It при Т Влияние T vioix на величину коэффициента Ч при показано в табл. 2. Таблица 2 Значение - i при °С, 104 . 108 112 116 120 7,55 7,41 7,25 7,08 6,96 Как видно из табл. 1 и 2, при из.менении максимальной температуры на 1б С к6эффициет .. изменяется на , а при изменении 6 С|с

изменяется на 16,4%.Влияние 1 на езультаты значительно больше, чем Наименьшую ошибку следует ожидать при Tyyjin 20и (И 112 С.

Однако для обеспечения возможности испарения адсорбированной воды мономолекулярного слоя Т у полжно быть не ниже 120С. На основе этого следует считать оптимальным интервал 20-120 с.

Таким образом,величины, входящие в формулу для расчета размера пор, . пределяются операциями способа. Величина коэффициента п определяется концентрацией серной кислоты, а величина коэффициента k -; интервалом температур.

Способ осуществляется следующим образом.

Для определения капиллярно-пористой структуры изготовлены обычный тяжелый бетон (1,) и бетон (2) , отличающийся от перного наличием добавки золы тепловой электростанции. Из ука.занных бетонов изготовлены образцыкубы с размером ребра 10 см. Через 28 суток после изготовления бетонные образцы дробили и отбирали зерна растворной части размером 2 -5 мм и общей массой 50 гр.

Затем .обратные пробы помещали в стеклянные емкости с водой в течение 2ч, выдерживали под вакуумом.Насыщенные пробы испытывали предлагаемым и известным (десорбции жидкостей) способами.

По предлагаемому способу откаждой пробы отбирали-10 г материала и разделяли на две равные части. Первую часть выдерживали над 50% серной ки.слотой до постоянного веса, а вторую - в воде. Через 10-12 суток, водонасыщенную и выдержанную над серной кислотой пробы раздельно высушивали в печи венгерского дериватографа модели 3428 и записывали кри-. вые изменения массы и температуры высушиваемых проб. Температуру в печи поднимали со скоростью 0,6 град/ /мин в интервале 20-120 С.

На основе полученных данных производили предварительный расчет объемов и размеров пор. Эти данные приведены на фиг. I, где 1 и 2 - составы бетонов, 1 и II - соответственно дифференциальные и интегральные кривые аи (Г- соответственно водонасыщенные и выдержанные над кислотой образцы. .

Кривые (f показывают, что при сушке над серной кислотой вода удерживается в порах с размером 1( и менее. По условию способа влага должна удерживаться только в порах с г 10см. Кажущееся противоречие объясняется следующим образом. Пористые материалы, образующиеся в процессе гидратации вяжущих веществ например, цемента), содержат значительное количество соединений коллоидного типа. Эти соединения отлараются на поверхности пор и кольматируют их. Коллоидные соединения содержат большое количество воды,удерживаемой в промежуточном пространстг ве - гелевых порах, имеющих размеры/ менее 10 см. Поэтому после вьадерживания проб над серной кислотой влаги удерживается не только в порах с г 10 см, но и более крупных, на

0 поверхности которых отлагаются коллоидные соединения. Последнее хорошо подтверждается ходом кривых d на фиг. 1. Кроме того, кривые Г характеризуют ошибку известного способа

5 термограмм .сушки.

По предлагаемому способу можно устранить указанную ошибку, путем вычитания приведенных на фиг. 1 дан- . ных. Полученные таким образом.результирующие кривые дифференциальной и

0 .интегральной пористости приведены на фиг. 2. Здесь же приведены кривые интегральной пористости (1 и 2), полученные способом десорбции жидкостей. ,

5

Хорошая сходимость результатов, полученных предлагаемым и известным способами, является свидетельством достоверности зависимостиIgT 8gr. Предлагаемый способ позволяет значи0тельно расширить диапазон измерений, И,в частности, обеспечивает возможность определения характера распределения тех пор, которые определяют водонепроницаемость и морозостой5кость материалов. Если по известному способу определяется характер распределения пор с г 0,.см,2 по предлагаемому - и г 0,6x1-0-10 см. .

Характер кривых 2 (фиг. 2), хо0рошо согласуется с известными данными об уплотняющем эффекте золы тепловых электростанций за счет кольматации пор соединениями коллоидного типа.Наличие таких соединений подт5верждается ходом кривых 2 и (Г на фиг. 1.

Таким образом, предлагаемый способ позволит расширить диапазон измерений пористости материалов на три

0 порядка,повысить надежность получаемых результатов и упростить процесс испытаний.

55

Формула изобретений

Способ определения капиллярно-пористой структуры материала, заключающийся в водонасьпцении материала и 40 сушке, отдича.ющийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, насыщают водой две равновесные пробы, после, чего одну из проб выдерживают на 50.-55%-ной серной Дртой до постоянного веса при 20 ±

i 0,, a затем водонасыщенную и вы.сушенную над серной кислотой пробы раздельно подвергают сушке при равномерном подъеме температура от 20 ;до с одновременной регистрацией массы и температу{%1 высушиваемых проб и-определяют размер пор по формуле

1г

У.сГт

де 1 - радиус поры, см;

Т температура высушиваемых проб, С

И- коэффициент г учитываквдий количество молекул нейспари:вшейся воды .аименЫ1гах капиллярах,соразмеримыхсГ ве личиноййс ;

О - диаметр молекулы воды (3 X ); .

К - коэффициент, зависящий от условий сушки образцов, а объем пор определяют путем вычитания данных изменения массы двух равновесных проб Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бергман А.С. и др. Структура и морозостойкость материалов. М-Л, Госстройиздат, 1962, р.30-47.

2.Казанский М.Ф. Анализ форм свзи влаги пористых адсорбентов при помощи термограмм сушки. Коллоидный журнал, т.XIX, вып.б, 1957, с.662667.

3.Хигерович М.И. и др. Физико- химические и физические методы ис следования строительных материалов.

М,, Высшая школа ,1968, с. 99101(прототип) лУ /.. J. 7 / J / y 7 li , .4 .3 -Z

V, %

W

/f

К 10.

8

.

f

в -J- -8

-8 -7 -ff -S 01/t, I

. 8

Z

Iff.Cft

ff

-7-6 -S -4 -3-2