Материал: 2031

Рис. 10.1. Установка для измерения поверхностного натяжения по методу счета капель: 1 – нижняя метка; 2 – стеклянная трубка с расширением; 3 – верхняя метка;

4– зажим; 5 – груша

10.4.3.Снижение поверхностного натяжения жидкости обуславливает улучшение смачивания ею поверхности и повышает адгезию жидкости на этой поверхности.

10.5.Используемые материалы и реактивы

1.Вода питьевая по ГОСТ 2874 – 1000 г.

2.Поверхностно-активное вещество (ПАВ), например порошкообразное моющее средство, – 30 г.

10.6.Используемые приборы и оборудование

1.Весы лабораторные квадрантные технические ВЛКТ – 1 шт.

2.Мерные цилиндры вместимостью 200 мл – 3 шт.

3.Стакан стеклянный вместимостью 100 – 200 мл – 10 шт.

4.Стеклянная палочка – 10 шт.

5.Сталагмометр – 2 – 3 шт.

10.7.Порядок подготовки к проведению испытания

10.7.1.Подготовить и проверить используемые в работе приборы и оборудование (см. разд.10.6). Промаркировать восковым карандашом стаканы (от 1 до 10).

10.7.2.Подготовить исходные материалы для приготовления водных растворов (см. разд. 10.5).

10.7.3.Приготовить десять составов водных растворов с различным содержанием ПАВ, % массы для последующего их испытания:

1 состав – 100 % воды, 0,0 % ПАВ; 2 состав – 100 % воды, 0,5 % ПАВ;

3 состав – 100 % воды, 1,0 % ПАВ; 4 состав – 100 % воды, 1,5 % ПАВ; 5 состав – 100 % воды, 2,0 % ПАВ; 6 состав – 100 % воды, 2,5 % ПАВ; 7 состав – 100 % воды, 3,0 % ПАВ; 8 состав – 100 % воды, 3,5 % ПАВ; 9 состав – 100 % воды, 4,0 % ПАВ; 10 состав – 100 % воды, 4,5 % ПАВ; 11 состав – 100 % воды, 5,0 % ПАВ.

10.7.3.1.С помощью мерного цилиндра отмеряют 100 мл воды (t=25 0С), для каждого из десяти составов водного раствора. После чего воду переливают в стеклянный стакан с соответствующей маркировкой.

10.7.3.2.Берется навеска ПАВ для приведенных выше составов.

10.7.3.3.Навеску ПАВ помещают в стеклянный стакан с водой и с помощью стеклянной палочки перемешивают до полного растворения.

10.8.Порядок определения поверхностного натяжения

10.8.1. Сталагмометр укрепляют на штативе так, чтобы нижний срез

капилляра располагался строго горизонтально (рис. 10.1).

10.8.2.Стеклянный стакан с исследуемой жидкостью (водным раствором) поднимают так, чтобы конец капилляра погрузился в жидкость.

Спомощью груши набирают жидкость выше верхней метки 3 (рис. 10.1), избегая образования пузырьков воздуха.

10.8.3.Закрывают зажим. Опускают стакан на стол, открывают осторожно зажим, и жидкость начинает капать из капилляра. Когда уровень жидкости совпадает с верхней меткой 3 (см. рис. 10.1), начинают счет капель. При совпадении уровня жидкости с нижней меткой 1 (см. рис. 10.1) счет капель заканчивают.

10.8.4.Эксперимент для каждого из составов водного раствора повторяют 3 раза. Расхождение результатов повторных измерений не должно превышать 1 – 2 капель.

10.8.5.Проводят испытания стандартной жидкости (питьевой воды) с температурой 25 0С по пп. 10.7.1 – 10.7.4.

10.9.Расчеты, обработка результатов, оформление отчета

по данной работе

10.9.1.Проводятся расчеты поверхностного натяжения для каждого исследуемого состава по формуле (10.6) (см. разд. 10.3).

10.9.2.Результаты определений и расчетов записываются в табл. 10.1.

10.9.3.На основании экспериментальных результатов и вычислений строят график зависимости σ = f (% ПАВ).

11.ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПЫТАНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ПОРОШКОВ ДЛЯ АСФАЛЬТОБЕТОНОВ

11.1.Цель определения, область применения результатов

Целью исследования является изучение целесообразности и

эффективности активации минеральных порошков, установления оптимального количества битума и поверхностно-активных веществ.

Результаты исследования могут быть использованы для улучшения свойств минерального порошка и асфальтобетонов. Например, активированный минеральный порошок обладает свойствами гидрофобного материала и практически не смачивается водой. Это облегчает его транспортировку, хранение и применение. Асфальтобетон, содержащий активированный минеральный порошок, отличается повышенной плотностью, прочностью и теплостойкостью, а также пониженной битумоемкостью. Активированные минеральные порошки являются эффективным средством повышения прочности, коррозийной стойкости и снижения водопроницаемости асфальтового бетона.

11.2. Теоретические основы активации порошков и их испытания

11.2.1.Производство активированных минеральных порошков состоит

визмельчении смесей каменного материала с активатором, как правило, представляющим собой вязкую жидкость (например, поверхностноактивные вещества в смеси с битумом).

11.2.2.Физико-химические свойства активированного минерального порошка, в первую очередь, зависят от физико-химических процессов, происходящих на поверхности раздела минерального зерна и битума. К этим процессам относятся явления смачивания и адсорбции, тесно связанные с величиной поверхностной энергии. Интенсивность этих процессов зависит от величины поверхности, на которой они протекают, то есть от степени дисперсности и пористости материала. Тонкое

измельчение твердых тел осуществляется по дефектам структуры и поэтому замедляется или прекращается после достижения размера частиц, практически не имеющих дефектов. Одновременно происходит агрегирование частиц порошка вследствие процесса аутогезии. Введение в мельницу небольшого количества ПАВ в виде жидкости интенсифицирует процесс измельчения твердого тела в связи с тем, что молекулы жидкой среды компенсируют свободные молекулярные силы свежеобразованных твердых поверхностей. Это уменьшает работу измельчения, направленную на преодоление молекулярных сил, создает препятствия образованию агрегатов и требует минимального количества жидкости, достаточного для адсорбции ее молекулярного слоя на вновь образованной поверхности твердого тела.

11.2.3.Наиболее благоприятным для изменения характера поверхности минеральных частиц (модификации), несомненно, является момент возникновения новой поверхности. Всякая свежеобразованная поверхность обладает в начальный момент своего зарождения весьма высокой поверхностной энергией, которая проявляется в повышенной адгезионной

ихимической активности, а также в специфических электрических свойствах.

Обработка вяжущими материалами свежеобразованных поверхностей дает новый эффект, несопоставимый с эффектом, получаемым при обработке "старых" поверхностей, лишенных первоначального потенциала. Здесь необходимо также подчеркнуть следующее: высокая активность новой поверхности, вовремя и разумно не использованная, практически играет отрицательную роль, поскольку свежеобразованной поверхностью так или иначе адсорбируются различные вещества, например, влага, ухудшающие затем взаимодействие с вяжущими материалами.

Таким образом, адсорбция свежеобразованными поверхностями минеральных частиц органического вяжущего в чистом виде, а тем более в присутствии соответствующих поверхностно-активных веществ приводит к возникновению наиболее прочных физико-химических связей.

В результате совместной обработки, осуществляющейся в условиях интенсивных механических воздействий, поверхность минеральных частиц покрывается весьма тонким слоем активатора, толщина которого составляет десятые, а иногда сотые доли микрона. Несмотря на столь небольшое количество активатора, достигается большая степень покрытия им поверхности зерен порошка.

11.2.4.Наличие поверхностно-активных веществ существенно изменяет условия смачивания поверхности частиц органическим вяжущим

испособствует образованию хемосорбционных связей на границе раздела фаз. Исходя из механизма действия поверхностно-активных веществ, для

активации порошков применяют анионактивные добавки типа высших карбоновых кислот (госсиполовая смола, жировой гудрон, окисленный петролатум, синтетические жирные кислоты и др.). Последние, как это вытекает из известного эффекта академика П.А. Ребиндера, исполняют роль понизителей твердости и облегчают, таким образом, процесс измельчения.

11.2.5.Общее количество активирующей смеси составляет всего от 0,5 до 3 % массы порошка.

11.2.6.Технология производства активированного минерального порошка состоит из следующих основных этапов:

– подготовки сырьевого минерального компонента для производства порошка (дробление щебня до крупности зерен не более 10 мм, нагрев и сушка минерального сырья);

– приготовлении активирующей смеси (нагрев и обезвоживание битума, введение в битум поверхностно-активных веществ, тщательное перемешивание);

– обработки щебня активирующей смесью;

– помола щебня, обработанного активирующей смесью, в шаровых мельницах до 70 – 80 % зерен мельче 0,071 мм;

– загрузке готового активированного минерального порошка в силосы для хранения или в автотранспорт.

Технологические режимы производства активированного минерального порошка должны соответствовать значениям, приведенным

втабл. 11.1.

Таблица 11.1

Технологические режимы производства активированного минерального порошка

Примечание. При нагреве ПАД выше 130 0С происходит потеря свойств ПАД.

11.2.7. При оценке качества активированного минерального порошка определяют следующие основные его свойства: зерновой состав, гидрофобность, пористость, набухание, битумоемкость, коэффициент водостойкости. Активированный минеральный порошок должен соответствовать требованиям, указанным в табл. 11.2.

11.2.7.1.Сущность метода определения зернового состава заключается

впросеивании порошка через стандартный набор сит: 1,25; 0,315; 0,071.