Кислотно-основные центры поверхности частиц дисперсии различных песков и особенности формирования на них гидратных слоев тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК- УЗБЕКСКОЙ ССР

ИНСТИТУТ ЗИМИН

На правше рукописи Ш,-ШШ АЩАД ШРЩА

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ ЦЕНТРЫ ШЕБРИЮСТИ ЧАСТИЦ ДИСПЕРСИИ РАЗЛИЧНЫХ ПЕСКОВ И' ОСОБЕННОСТИ ФОРШРОВАЩЯ НА ШХ ГЙДРАШК СЛОЕВ

02.СО.II - Коллоидная и мембранная химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на^ооискание ученой степени кандидата химических наук

Ташкент - 1990

Диссертационная работа выполнена в Институте химии Академии наук Узбекской ССР.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

лтювэ.А.

Социальные оппоненты: доктор химических наук профессор

САТАЕВ И,К.

кандидат химических наук, старший . научный сотрудник КОШР.З.

Ведущая организация: Ташкентский государственный университет им. В.й.Ленина.

Защита состоится." " декабря 1990 г. в ^Д час. не заседании Специализированного совета К 015.13,02 в Институте, химии АН УзССР (700170, г.Ташкент, проспект М.Горького, 77, Конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке АН УзССР (г.Ташкент, ул. Муминова, 13).

Автореферат разослав " ноября 1990 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ . СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОВЕТА, -доктор химичеоких наук про<|еооор ^ ГгО С.О.ХАМРАЕВ

т >

Лшюташш. Диссертационная работа посвящена изучению кислотно-основных центров дисперсий различных песков, кинетики формирования и изменения свойств гидратных слоев на поверхности их частиц в процессе адсорбции и десорбция паров води. В ней:

- впервые установлено наличие па поверхности кварцевого, карбонатного, полевошпатового и полевошяатовожелеэистого песков разделенных в пространстве кислотных и основных центров, еила.

и концентрация которых меняюгоя в процессе де- и регияратации;

- ззучена кинетика и выяснен механизм электропроводности системы песок - пары воды при различных; значениях Р/Р5 ;

- определены минералогический состав, пористость, гадрофа-льность"-, поверхностная проводимость песков и аргиллитовых глин новых месторождений Узбекистана и Иордании;

- установлена корреляционная зависимость между величиной прочности камня из цешнтно-песчавой смеси и йизико-химичеокиыа характеристиками поверхности частиц дисперсии носка.

формирования в'ТТропессо адсорбции-т деоорбцтПТаров вопн,электропроводности гидратного слоя на~поверх^ • ности частил дисперсии песка и наличие на ней кис.тотно-осноышх центров,.сила которых меняется в зависимбсти от минерадогичео-кого состава песка и в процессе поглощения паров.воды; зависимость прочности камня цементно-песчаной смеси от концентрации кислотных центров поверхности и от удельной поверхности по теплотам смачивания водой оттренированных в вакууме дисперсий песка.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность, темп. Дисперсии песна, как известно, относятся к мелким заполнителям бетона. Прочностные характеристики искусственных строительных материалов на цементной основе определяются главным образом, качественным составом новообразований в контактной зоне на границе раздела цемент-заполнитель. Результатом взаимодействия заполнителей с цементом в бетонной смеси, прежде всего с гидролитической известью, выделяющейся в первые моменты контакта гидратации силикатной части портландцемента, являются гидросидикаты калыия, гадросулыфаалюшшат! кальция и кальцит.

Очевидно, кинетика образования, состав а морфология з-тих продуктов должна зависеть це только от химической активиости

минералов заполнителей, но и не в меньшей степени от природы поверхности.

Поверхность частиц дисперсий мелких заполнителей бетона, как и поверхности частиц'твердых тел вообще, алюмосиликатов в . частности, геометрически неоднородна и энергетически дискретна: на поверхности их частиц должны быть места, могущие быть кислотными, основными, восстановительными, окислительными активными центрами и, следовательно, центрами адсорбции, а при контакте с водой - центрами гидратации. Образование гидратного слоя со спе-ди(]ичес1сз№и свойствами, во многом определяет интенсивность и направленность новообразований в песчыно-цементной смеси. Однако, такие вопросы как природа активных центров на поверхности частиц дисперсии песка, кинетика формирования гидратных слоев и их свойства, остаются мало изученными.

Цель работы, исследование кислотно-основных центров дисперсий различных песков, кинетики формирования и изменения свойств гидратных слоев на поверхности их частиц в процессе адсорбции и десорбции паров воды.

Соответственно в задачи входило:

- исследование кислотно-основных свойств частиц дисперсии различных песков и изменение силы кислотности (основности) в процессе их дегидратации;

- изучение изменения кинетики электропроводности системы дисперсии песка - пары воды в процессе адсорбции и десорбции; •

- определение химического, минералогического составов, пористости, гидрофшлюсти и удельной поверхностной проводимости дисперсий песков (а также аргиллитовых глин) новых месторождений Узбекистана и Иордании;

- установление взаимосвязи между прочностными характеристиками камня из цементно-песчаной смеси и физико-химическими . характеристиками дисперсий песка - мелких заполнителей бетона.

Научная новизна работы: впервые установлено наличие на поверхности частиц песков кислотно-основных центров и изменение их силы в процессе дегидратации дисперсии кварцевого, полевошпатового, карбонатного, полевошпатово-келезистого песков;

- впервые изучена кинетика формирования и изменение овой-' ств гидратных слоев измерением электропроводности системы дисперсии песка - пары воды от величины Р/Р3 и установлено расши-

рение петли гистерезиса изотермы адсорбции-десорбции по мере осложнения минералогического состава песка;

- найдены значения Р/Р£ при которых: имеет место переход проводимости, обусловленный подвижностью как ионов самого твердого тела, так и ионов еодн локальной поверхностной гидратации, к проводимости полимолекулярннх слоев и капиллярно-конденсированной жидкости;

- впервые определены минералогический состав, пористость, набухаемость, гидрофильность и удельная поверхностная проводимость песков и аргаллитовых глин новых месторождений Узбекистана (Пачка!,тар, Бандыхан, Джебель, Кашкадарья, Самарканд), а такте пески Иордании белого (Аль-Хисян) и красного (Ин-Альбаша) цветов;

- установлено наличие определенной взаимосвязи между значениями прочности камня из цементно-песчаной смеси и величинами удельной поверхности вакуумированных образцов различных песков по данным их теплоты смачивания водой.

Практике екая значимость. Установленные в работе взаимосвязи между величиной прочности камня из цементно-песчпной смеси с показателями химической природы заполнителей однозначно свидетельствуют об активной роли последних в процессе твердения бетона и слукат научной основой подбора заполнителей в производстве искусственных строительных материалов.

Апробации работы. Результаты работы доложены на конференции молодых ученых Института химии АН УзССР (1288).

Публикация. По материалам диссертации опубликовано 5 научных статей.

Структура и объем диссертационной работы. Она состоит из введения, семи глав, выводов, списка использованной литературы состоящего из 219 наименований. Диссертационная работа изложена на 124 страницах машинописного текста, включает 8 таблиц, 19 рисунков.

В первой главе диссертации проанализированы литературные материалы по процессам твердения бетона, активным центрам песка и глин, формированию гицратного слоя в процессе поглощения паров воды, перехода гидратного слоя в адсорбционный раствор, а также о роли поверхности частиц песка в процессе структурооб-разованпя в нпмеитчо-пеоч8нах смесях. Вторая глава пссяявдна

спасанию объектов и методов исследования. В третьей глава приводятся результаты исследовагшй гранулометрического, химического и минералогического составов, а также пористости и гидрофиль-ности глин и песков. Результаты исследования по определению для водных дисперсий аргиллитовых глин и песка значений удельных электропроводностей суспензий, объемного раствора, поверхностного слоя, твердой фазы и степень электропроводности обсувдаюгся в четвертой главе. В пятой главе изложены результаты изучения

кислотно-основных свойств кварцевого, карбонатного, полевошпа- __

тового и полевошпатово-желеэистогопесков. В тестой главе обсужяенч результаты экспериментальных работ по снятию изотерм адсорбции и десорбции ларов воды, изотермы электропроводности в процессе адсорбции и десорбция, а также результаты исследований по формированию гидрагного слоя по.данным электропроводности в процессе поглощения паров воды, последняя седьмая глава посвящена выяснению взаимосвязи между изменениями прочности камня цеглептно-пеочаной смеси от пористости и природы поверхности частиц дисперсии песка.

Объектами исследования были пески - вольегий (обр. 9), самаркандский (обр.4) и Иорданский красный (обр. 7) и белый (обр. 0) из местности Ин-Альбаша (г.Свилях) и Аль-Хисин (г.Аль-Хисин) и арпшштовые глины новых месторождений Узбекистана: Пачкаглар (обр. 544 и 546), Дяебель (обр. 6), Вандыхан (обр.5), Каткада— рья (обр. 70), а также полученные на основе песка искусственные камни. В качестве вяжущего был использован портландцемент Ан-гренского цементного завода марки 400 кгс/см , состав: МдОд -4,95; ~ 4,02; СаО - 65,90; ¿/'Л, - 21,30; свобод. СаО -

0,15; силикатный модуль - 2,49; глиноземистый модуль - 1,23; коэффициент насыщения - 0,91.

Методами исследования были методы, позволяющие определить минералогический состав (химический анализ, рентген о- и термография), физико-химические свойства (кондукто-, набухо- и кало-ршттрия), пористость (истинный и кажущиеся удельные массы), структурно-сорбшюнные характеристики (хроматография, высокова-куумнач адсорбционная установка), свойства поверхности частиц (электропроводности сыпучих тел, спектрометрия - ОСДО) минеральных дисперсных систем и прочностные характер/с-;<ки надшей из

и«..?н?1Ю-песчекой смеси.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Минералогический состав, пористость, гидро^ильность и поверхностная проводимость песков и аргиллитовых глин новых месторождений

Исследованиями установлено, что сухие остатки для аргиллитовых глин пробы пачкамара (обр. 546 и 544), кашкадарьинская (обр.70), бандыханская (обр. 5) и джебель (обр. 6) составляют: 5,12; 3,08; 3,04; 1,28 и 13,72 в 100 г образца, а для самаркандского (обр. 4), Вольского песка (сбр.9), белый (обр. 8) и красный (обр. 7) песков равны - 2,32; 0,56; 1,12 и 0,28 г/100, соответственно.

Химический состав образцов, определенный методом анализа силикатных и карбонатных пород и по валовому химическому анализу показывает, что аргиллитовне. глины по составу приближаются и глинистым минералам, включая смешаннослойные образования; нач-камарские глины - магнезиальные. Пески делятся на карбонатные (обр. 9) и кварцевые (обр.4, 7, II). Содержание в крас-

ных песках из Ин-Альбаща больше одного процента. Поэтому он относится к железосодержащим пескам.

На всех рентгенограммах снятых на приборе ДР0Н УМ-I, за исключением рентгенограммы белого песка, присутствуют линии 3,35 и 1,85 указывающие на наличие с/ - кварца, а 1,82 и 1,53 S, свидетельствующие о наличии в образцах силикатных минералов, относящихся к группе полевых шпатов; в песках белого обнаруживается кальцит (3,03 - 2ф7 Ä). В аргиллитовых глинах имеется каолинит (3,03 и 2,87 £). В аргиллитовых глинах обнаруживается као-лядат (3,56 и 2,33 мрнтмориллонит (2,55 X), хлорит (3,3 и

&), бейделлит (4,45; 3,02; 2,62; 2,58 Ä) бейделлит магни- .. евый (3,02; 2,57; 1,527 8), гидрослюда (4,42; 2,54; 1,48 8), гидромусковит (4,48; 3,07 8). Присутствие вышеописанных минералов в исследованных образцах подтверждается также на основе анализа термограмм, снятых на приборе системы Паулик-Паулик-Эрдей.

Итак, аргиллитовые глины полиминеральны, содержат глинистые минералы с расширяющейся (например, монтмориллонит) и жвот-кой (например, каолинит) кристаллической структурой. Им характерно также наличие смешаннослойных образований. Изученные пеоки -Вольский является кварцевым, Альхисинский - карбонатным, самар-

каннский - полевошпатовым, а пески Ин-Альбаша - полевошпатовал, обогащенным окислами железа (полевошпатовожелезисткм).

Из приведенных в таблица даншк видно, что пористость, колеблется от 39,9 (Вольский лесок) до 60,98$ (глина Бандыхана); значения суммарного объема пор расположены практически в такой не ряд, что и их пористость. Величина удельной поверхности изученных проб, установленная хроматогра^ированием термодо сорбированного азота, как и следовало ожидать,,для глинистых проб на порядок больше по сравнению с удельной поверхностью песков.

Величины т-еплот?; смачивания вакуумированных при температуре 390+10 К в течение 6 ч, определены с помощью полумикрокала-риметра Котка и рассчитанные на их основа удельные поверхности аргиллитовых глин больше по сравнению с таковыми для носка (исключение составляет полевошпатовокелезистый песок). Тепловой эффект смачиваемого порошка на I г связанной води (кара гадрофаль-ности) для всех проб составляет в среднем 77,46, что соответствует гидрофильным образцам.

Гидрофилыюсть изучаемых объектов била определена татке методом набухания (определяли объем осадка суспензии с кощен- • грацией 6,6% на приборе Уоккена). В основе определения величины объема осадка полидисперсной суспензии лежат лиосорбщюнная теория структурообразования в дисперсных системах, учитываюцая роль сольватных оболочек в процессе агрегирования частиц при образовании вторичных структур. При атом, величина удельного обгека осадка зависит от взаимодействия частиц, обусловленного полярностью дисперсной фазы и дисперсионной среди, степени дисперсности , и наличия добавок"","

Работы'показали, что скорость осветления нолидисперсной суспензии песка очень высока, осадок формируется в первые 3-5 минут от момента , Приготовления перемешиванием суспензии и по истечении времени имеет место уплотнение осадка. Полидисперсные суспензии глин Пачкамара (обр. 544 и 546) оказались кинетически устойчивыми, глина джебеля (обр. 6) практически неустойчива, а остальные глины (обр. 70 и 5) занимают промежуточное • положение.

Установлено, что кривые изменения электропроводности суспензии ( ) во времени ( Т ) всех глин и песка общие; вначале значения удельной электропроводности- суспензии увеличиваются

Таблипа I

Некоторые физико-хшяпеские характеристики песков и аргиллптовых глин новых месторождений

Нс::ера .тпоб Наименование • проб ! п 1 1 И/о ! ^ мУкг, па\ XI 1 г

т * : /о I см у г | Лж/2 N2 \ в | 10'* ом'- см'| 10он~'

Аргаллятозке глины

545 Пачкамарский 55,05 0,35 14, аб 35,0 128,6 2,21 2,27 ' 0,067

70 Кашкадарьпнсюш 56,12 0,46 14, сЗ 26,0 127,6 1,41 1,89 0,051 "

544 Еачкамарскни 54,67 0,45 14,69 36,0 126,3 2,20 2,27 0,078

5 Егадыкакский 60,72 0,43 18,68 22,0 160,6 1,13 1,33 0,030

6 даебельсккй 58,84 0,47 13,50 16,0 115,0 2,17 2,27 0,087

4 Самаркандский 44,72 0,29 ЦОС 9,28 К ¿1 3,3 79 8 0,71 0, сЗ 0,026

7 йн-Адъбаша 53,92 0,38 18,34 10,0 157,7 0,65 0,93 0,020

8 Адьхисинский 46,52 0,30 3,51 26,5 30 2 0,66 А 0,72 0,065

9 Вольский 39, ЬО 0,24 5,26 2,00 45,2 0,46 Щг и, ОО 0,024 -

относительно быстро, а затем оно стабилизируется и кривая711~'С становится параллельной оси времени. Разница состоит в значениях Ж/ и зависит от вида глины и песка, а также концентрации твердой фазы.

Можно утверждать, что в начальный период контакта частиц твердой фазы с водой протекают процессы, способствующие увеличению электропроводности системы в целом. Одним из основных процессов явлщтся возникновение в межэлектродном пространстве по природе коагуляционно-гиксотропной структуры: по мере роста концентрации минеральной дисперсии увеличивается и число контактов и в соответствии с этим возрастает оструктуренность, а следовательно, и электропроводность системы.

Принято, что удельная проводимость суспензии ( ) складывается из удельной .проводимости объемного раствора (фильтраты, центрифугаты) суспензии ( Х2) и удельной проводимости твердой'фазы ( В нашем случае ..Это обусловливается, во-первых, возникновением пространственной неоднородности объемной доли вследствии седиментационных явлений, во-вторых, суммарный объем области-распространения ДЭС существенно меньше общего объема пор. Для таких систем ^ л . Поэтому при расчете удельной поверхностной проводимости Х^-Х^И^/БоР^ заменили величиной И? - суммарный объем пор, - удельная поверхность по теплотам .смачивания водой). .Рассчеты показали, что величина удельной проводимости, приходящаяся на единицу по-, верхяости изученных объектов больше, чем рассчитанные Кройтом для кварца. Это обусловлено не только набуханием по Кройту, но и переходом гидратного слоя в адсорбционный раствор. .

Итак, аргиллитовые глины и пески новых месторождений Узбекистана, а также карбонатные и железистые пески Иордании представляют собой высокодисперсные тела и характеризуются пористой структурой и развитой удельной поверхностью, являются гидрофильными. Сильно набухшие глины (обр. 544 и 546), которые дают устойчивые полидисперснне суспензии, могут быть использованы в качестве сырья для приготовления буровых растворов, остальные - плохо набухающие, содержащие карбонаты и воду, теряющие больпую массу при термической обработке - как сырье при производстве вспученных материалов, а различные пески - как мелкие заполнители при создании .микро- и макроструктуры в искусственных строительных мятерирл^х.

Кислотно-основные центры поверхности частиц различных пеонов

Природу активных центров на поверхности .частиц дисперсии песка устанавливали по электронным спектрам диффузного отражения „ (ЭСЦ0) адсорбированных) молекул зондов-индикаторов. Были использованы оледующие зонды-кислотно-основнне индикаторы: бензальаце-тофенон (рКа~- 5,6); дицянтальацетон (рКа^- 3,0); бензолазо-дифснилашн (+ 1,5); бромфенолблау (рКа = +3,8); бромкрезолпур-пур (рКа = 6,1); бромгимолблау (рКа * +7,2); фенолфталеин (рКа ж +9,3) и 2,4 - динитротолуол (рКа = +15,0); в скобках представ-, лены рКа ионизации индикаторов, сопровождающиеся характерны-Г ь-ми спектральными изменениями. Спектры снимали на спектрофотометре $Р£СО!Ю М—40 с применением метода дифференциальной съемки, в которой перед съемкой спектров адсорбированных индикаторов с помощью " 4 УТСЩ2Й0" в базисную нулевую линию прибора записывался спектр исходного образца. Этот спектр хранился в памяти ЭВМ и вычислялся при последующей съемке спектров твердого тела С адсорбированными на нем молекулами индикаторов.

В спектрах системы "Вольский песок - индикатор" появляются полосы кислотной и основной форм. Так, для индикаторов бензаль-ацето'фаноя ' (- 5,6), дидангальацетон (-3,0), бензолазодифенил-амин (+1,5), бромнрезолпурпур (+6,1), бромтиомолблау (+7,2) кислотные формы появляются при 458, 395, 442, 442, 438 нм соответственно, а основные формы - при 584, 588, 602 нм. Основные центры поверхности Вольского песка слабые и их сила колеблется в пределах. рКа от -5,6 до +7,2. Следует отметить, что доля поверхности, занятая кислотными центрами является преобладающей, поскольку их интенсивность относительно больше, чем интенсивность полосы от основных форм. К тому же основные формы от индикатора СрКа-+7,2}отсутствуют: кислотность поверхности приблизительно -I > рКа > -4,3.

Поверхность карбонатного песка, как и следовало ожидать, более щелочная. Так, основная форма (рКа-+9,3.) появляется при 561 нм. Интенсивность основной формы при 565 нм от индикатора бензолазодифенийашна наибольшая; это более слабые основные центры. Кислотные центры слабые: бромиреэолпурпур дает полосу поглощения при 400 нм,:

Поверхность частиц самаркандского песка более реакционно

способная с индикаторами по сравнению с другими песками. Обнаруживаются центры основные -9,3 > рКа +3,8. Основная форма дает полосу поглощения при 330 им (рКа > 8,2), кислотные -I > рКа -4,3; полосы поглощения 2,4 - динитроашлин при 406 нм, бромтимолблау при 430 нм.

Поверхность красного песка из Ин-Альбаша относительно монотонна: обнаруживаются слабые кислотные центры рКа в пределе +1,5 (бензолазодифениламин) и 7,2 (бромтимолблау), а также слабые основные центры с рКа 1,5 при 578 ил. Прячем интенсивность полос поглощения основных форм больше, чем кислотных.

Дегидратация при 473 К песков привела к усилению интенсивности полос поглощения, что свидетельствует о повышения кислотности и основности поверхности частиц песка. В случае полевошпа-товожелезистого песка не удалось обнаружить выракенные активные центры. Причиной этому явилась явно выраженная окраска образца, что затруднила съемки в режиме " АУТО/!ЕЙО ". При гидратации поверхности частиц дисперсии песка сильно кислотные и сильноосновные центры экранируются водой и трансформируются в слабо кислотные (рКа = 6Д) и сильноосновные (рКа = 7,2) центры.

Итак, поверхность частиц дисперсии песка активна и при контакте с органическими веществами - индикаторами происходят глубокие изменения, сопровождающиеся образованием поверхностных соединении в результате кислотно-основного взаимодействия, свидетельствующие о наличии на поверхности частиц локализованных до-норноакцепторных центров, которые будут участвовать во взаимодействии с гидролитической известью или с другими составляющими вяжущего в процессе гидратацлонного структурообразования в це-ментно-пеочаных смесях,

Исследования адсорбционных свойств и кинетики формирования электропроводности адсорбционного слоя при поглощении паров воды дисперсиями песка

Анализ изотерм адсорбции-десорбции паров воды дисперсиями песка показали, что адсорбционные насыщения поверхности частиц изученных сорбентов происходят при первом же контакте с парам; роды, следовательно адсорбционные насыщения их поверхности происходят при очень низких значениях Р/Р5 . Адсорбционные параметры кварцевого и карбонатного песков близки вруг к пругу. В слу-

чае полевошпатовых песков процесс объемного заполнения протекает одновременно с поверхностным заполнением. Петля гистерезиса расширяется по мере осложнения минерального состава песка.

В соответствии с формой изотерм адсорбции паров воды дисперсиями песка предполагается, что адсорбция в данном случае имеет кооперативный характер: чем больше молекул воды уже адсорбировалось, тем легче адсорбироваться следующш молекулам. Следовательно, притяжение молекул адсорбата друг к другу гораздо сильнее, чем их притяжение к адсорбенту. Ввиду этого образование второго и следующих слоев воды на поверхности частиц песка начинается даже тогда,когда первый слой еще не заполнен, где молекулы воды связаны с активными центрами.

Изучение кинетики формирования гидратного адсорбционного слоя на поверхности частиц дисперсии песка по изменению кинетики проводимости электрического тока песком ( £ ) в процессе адсорбции и десорбции при заданных величинах Р/^ показывают, что процесс поглощения паров воды всегда способствует увеличению р , и оно ощутимо в начале процесса поглощения; по истечение времени ( Т ) величина О, достигает максимального' значения, а затем стабилизируется и остается постоянной. Причем, (]1тга( чем больше и требуется дольше времени для этого, тем бельке значения Р/Р5 .

В процессе десорбции величина ^ на кривой С^ - Т' резко снижается и по истечении определенного времени после откачки система приобретает постоянное значение ^ . Причем, время, которое необходимо для стабилизации системы песок-пари воды тем меньше, чем ниже значение Р/Е^ .

По равновесным данным ^ в процессе адсорбции и десорбции при заданных Р/Р5 построены изотермы электропроводности в координатах д -Р/Р5 . Установлено, что величина электропроводности песков, вакуумированных при 3-6 . Ю-2 Па и 423 К в течений 100 ч около Ом , что лежит в пределах чувствитель-

ности метода. По мере подачи пэров воды в адсорбционную .

установку наблюдается увеличение электропроводности. Например, для системы кварц-пары воды она увеличивается на 6 порядков и при Р/Р5 = 0,95 £ = 5 • Ю^Ом"1.

По мере перехода от кварцезого песка к полевошпатовому а от него к полевошпатоиожелезиотому песку несовпадение яееорб-

ционной во?ви изотермы электропроводности с ее адсорбционной частью возрастает; оно начинается даже при высоких значениях относительных давлений паров воды сорбата и продолжается до низких величин Р/^ ; в результате этого имеет место расширение петли гистерезиса. Если площадь гистерезиса изотермы электропроводности адсорбционной системы с кварцевым песком брать за основу, то она для системы с полевошпатовым песком больше в 2,4 раза, с подевошпатовожелезйстам - 2,9, а с карбонатным песком - 4,1 раза.

Берем за основу допущение о том, что наличие проводимости электрического тока системы, компонентами которой являются диэлектрик и непроводник (вода и песок) обусловлено переходом гидратного слоя в адсорбционный раствор, тогда увеличение петли гистерезиса изотерм электропроводности изученных систем можно связывать с возможностью усиления растворения песка по мере осложнения химического, состава: тем больше присутствующих примес-1Шх окислов в песках, тем больше и вероятность их растворения и„ таким образом, больше и электропроводность системы; большое количество молекул воды связывается с новообразованиями на поверхности частиц песка и поэтому проводимость системы после десорбции при заданных Р/1^ больше чем в процеосе адсорбции при таких же значениях давлений паров сорбата,

В работе проанализирован механизм перехода гидратного слоя в адсорбционный раствор вследствие растворения поверхности частиц дисперсии песка. При этом принимались во внимание современные представления о состоянии и гидратации кремне-кислородных групп на поверхности кварца, а такке и растворимости присутствующих в дисперсиях песках примеси, например карбонаты магния в карбонатном песке и оксидов железа и алюминия в полевошпатовых песках.

Данный подход позволил обосновать наличие в системах сор-бе нт-пары"сорбата двух типов проводимости: 1-й тип, обусловлен проводимостью локализованно адсорбированных молекул воды и П-й тип - вызванный подвижностью ионов раствора, образованного в капиллярных конденсатах. Переход адсорбции с поверхностного заполнения в объемное (переход I типа проводимости ко II типу) осуществляется для кварцевого песка при Р/Р5 = 0,75-0,80; . для полевошпатового при 0,2-0,85; полевошпатовожелезистого - 0,80 -

0,90 и для карбонатного песка при Г/Яс = 0,9.

Взаимосвязь между фйЬико-хяиичвокики свойствами дисперсии песка и прочностью камня цементно-пео-чаной смеси

Ниже приведены изменения во временя прочности (кг/см'") камня (3x3x3 с.»/?) ия ценептно-песчаной смеси (1:3) при Т:Ж *= 10:1.

Заполнитель | С у т к п

» • I : 3 : _ : 28

Кварцевый 28 106 145 205

Карбонатный - - III 166

Полегоптатовый 41 ИЗ 160 214

Полевоипатово.тзле -зистый - - - 80

Видно, что гздичша прочности камня из кзиеятяо-пеочаной смеси целиком определяется видом, а следовательно, £язико-хга«ичесш® свойства® дисперсии песка. Наибольшая прочность у по'лввослатбвэго песка,а "затем у квярШогз пезкаПлохая прочность в случае полево-впатовонелезистого пзска, а яэрбоиатпнК песок занимает промежуточное лолотянчз ме--чду железистым и неталезнстым леском.

Прочность камня цекентно-песчаной смеси по истечения 28 суток с момента затворензя тем болывз, чем менее развита удельная поверхность заполнителя. Чем больше пористость, тем больше удельная поверхность пор я тем меньше приобретенная прочность камня цементно-песчаной смеси.

находящиеся на поперхности частиц дисперсии песка,кислотно-основные центры подогни вступать во язаимодейеггая с продуктами гидратации составляющих портландцемента. Усзчго утверждать, что кварцевый и полевсишатошй пески являются наиболее активной подложкой в цементных растворах для продуктов трехкальцяевогб,двух-кальциевого силикатов и гидролитической кзвестьй, а карбонатный песок для алкшиатннх состявлятеях портландцемента: воэнияает к арб оалюминл т кэльци я.

Имеется определенная зависимость мекду прочностью камня я поверхностной электропроводности. Последняя величина наибольшая

. у карбонатного песка из местности Аль-Хисин и наименьшая - у ' кварцевого Вольского песка, а значения прочности цементно-пес-чаной смеси на 28 сутки наоборот меньше в случае карбоната и практически вдвое больше у кварцевого песка.

Наличие петли гистерезиса на изотерме электропроводности при адсорбции и десорбции паров волн дисперсиями песка обусловлено процессом хемосорбции и его охарактеризовали по данным величины гистерезпсной петли. Оказалось, чем меньше величина хемосорбиии воды на песке,тем прочнее камень из цементно-пес-чалой смеси.

Установлено, что прочностные характеристики камня из цемен-тно-песчаной смеси во многом предопределяется величиной теплоты смачивания водой,т.е.Удельной поверхностью при полном смачивании: прочность камня за 28 суток возрастает по мере роста удельной поверхности песка, а при больших значениях удельной поверхности - падает ; оптимаяьным является песок с удельной пов~

г ч ?

ерхностью( 75*5 ) . Ю"0 м/кг. Следовательно,при малых и больших количествах связанной води заполнителем прочность цементного камня относительно меньше , чем заполнителя у которого количество воды сравнивалось бы со связанной водой полевошпатовым песком(2,27 %_).Итак, гидрофильность теплота смачивания заполнителя водой относится к одному из факторов,определяющих качество заполнителя.

В свежезатвореяной бетонной смеси имеет место смачивание поверхности заполнителя зерна водой.Сразу же протекают сложные процессы, связанные с гидратацией активных центров,растворением поверхности зерен вследствие чего гилратный слой перехолит в адсорбционный раствор. Кроме того, как и в любой грубо-дисперсно'! системе протекает седиментация цемента который осаждается на поверхности зерна заполнителя и происходит формирование контактной зоны песок - вяжущее, где осуществляются лонорно-акиепторнне взаимодействия между кислопо-основными -нентраги поверхности частиц и продуктами гидра г?лии портла-нг-1!*:".'.ента.

выводы

1. Определены кислотно-основные свойства поверхности частиц дисперсии кварцевого, карбонатного, полевоппатоього, нолево-шпатовожелезистого песков. Изучены кинетика формирования и изменения свойств гицратпых слоев на их частицах в процессе адсорбции и десорбции паров воды. Предложены механизм электропроводности в системе "песок-пары воды" и донорно-акцепторннх взаимодействий между поверхностью частиц дисперсии -песка и продуктами гидратации портландцемента при твердении цекентно-кесчаиой сме си.

2. Впервые установлено, что поверхность песчаных частиц полифункциональна и на ней одновременно содержатся разделенные в пространстве кислотные и основные центры. На поверхности нагретых при 473 К песков имеются шепотные и основные центры со значениями рКа от -4,3 до +15,0. При гидратации поверхности сильнокислотные и сильноосновные центры экранируются ьоцой и трансформируются в слабокислотные (рКа = 6,1) и слабоосновные (рКа » 7,2) центры. Поверхность кварцевого песка более кислотная (I > рКа > -4,3), а карбонатного песка более щелочная (рКа = +9,3).

3. Выявлено, что адсорбционные параметры кварцевого и'карбонатного песков близки друг к другу. В случае полевошпатового песка процесс объемного заполнения протекает одновременно о поверхностным" запелненияем. Установлено расширение петли гистерезиса на изотермах адсорбции и десорбции по мере осложнения минерального состава песка.

А. Впервые изучена; кинетика формирования и изменения га-цратного слоя измерением электропроводности систем сорбент -пары сорбата от величины Р/Р5 . Время установления равновесия тем заметнее, чем выше . Получены изотермы электропроводности в процессе адсорбции и десорбции и выявлены области существования 1-го типа проводимости, обусловленной подвижностью как ионов самого твердого тела, так и ионов воды локальной поверхностной гидратации и П-й тип проводимости полимолекулярных слоев и капиллярно-сконденсированной жидкости, веда чина проводимости у которых соизмерима с величиной проводимоета водных растворов электролитов.

5. Определены минералогический состав, пористость, набуха-емость и гидрод'ильиоеть аргиллитовкх глин и песков новых месторождений Узбекистана (Пачкакар, Бандыхан, Джебедь, Кашкадарья, Самарканд), а также карбонатные' и железистые пески Иордании

(ко сторождения Ин-Альбаша и Аль-Хисин). Предложены рациональные области их применения.

6. Для водных дисперсий песка и аргиллитовых глин определены значения удельных алектрсироводностей суспензии, объемного раствора, поверхностного слоя ц удельной поверхностной проводимости твердой фазы. Установлено, что для всех систем величина удельной проводимости, приходящейся на единицу поверхности больше, чем рассчитанные Кройтом, что обусловлено, па только набуханием по Кройту, но и переходом гидратного слоя в адсорбционный раствор пслздстеии поверхностного растворения. Проводимость объемного раствора суспензий больше поверхностного вслец-ствии того, что величина суммарного объема области распространения двойного электрического слоя меньше объема общих пор.

7. Прочность камня из цементно-песчаной смеси тем больше, чем больше кислотность" * поверхности частиц дисперсии песка и чем больше ^удельная'! поверхность по теплотам смачивают водой оттренировонных в вакууме песков; оптимальны!,! является (75+10). 10 м"Укг и это предлагается как показатель применимости дисперсии песка в качестве маюра-заполнителя"в Производстве"йскусс"-}>ениых строительных материалов.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих статьях.

1. Аль-Фрихат Ахмад, Арипов Э.А. Некоторые физико-химические свойства заполнителей бетона новых месторождений //Дел. в ШИПИ Л 65Г0-Б89 от II.05.B9.

2. Аль-Фрихат,Таджиева Д.А., Арипов Э.А. Поверхностная проводимость заполнителей //Деп. в ВИНИТИ № 1712-В 90 от • 04.04.90 г. ■

3. Арипов Э.А., Абляев Э.Ш., Аль-Фрихат Ахма-т. Кислотно-активные свойства поверхности заполнителей бетона //Деп. в ЕШаШ & 2939-В 90 от 21.05.90.

,4. Арипов Э.А., Каттабекова М.А», Абдуллаев Н.Ф., Алъ-врихат А. Исследование кинетики формирования электропроводности адсорбционного слоя прЙ поглощении паров воды кварцевым пеоном //Деп, в БШШ № 2094-В 90 от 05.04.90.

5. Аль-Фрихат Ахмад, Арипов Э.А. Исследование взаимосвязи кяелду гидрофйльностью заполнителей и прочностью бекона // Узб. хим.журн., 1990, № 54 с».6-7.

' - I

одписано к памяти 19.XI.90г. Заказ К 325 тирах 100 экз. тпочатано на ротапринте $БАНУэССР г.Таткёнт М/миноаа 13