Анализ теории формирования сырой прочности ПБС

ГЛАВА 2.

Методика проведения исследования.

2.1. Теоретическое обоснование предлагаемого метода.

Согласно основным выводам вытекающим из литературного обзора, общий теоретический подход при разработке методики проведения исследований предполагает изыскание нереализованных возможностей повышения связующей способности низкокачественных бентонитов, последовательно: в области теории формирования прочности сырых ПГС; теоретических основ управления механическими основами коагуляционных структур глинистых дисперсных систем; в теории регулирования коллойдно–химических свойств глины.

В этом отношении представленный анализ (стр._) теории формирования сырой прочности ПБС позволяет заключить, что основные резервы повышения связующей способности формовочных бентонитов связаны с теоретически существующим потенциалом повышения адгезионно-кагезионной прочности единичных контактов частиц связующего (качественный показатель F).В рамках этой теории, а также согласно теоретическим основам управления  механическими свойствами коагуляционно-дисперсных и конденсационных структур связующего прочность смеси определяется по формуле:

,где

s_ког—предел прочности при растяжении пленки связующего;

n—число контактов в единице сечения образца (в направлении, перпендикулярном разрушающей силе);

S—прокция площади единичного контакта на плоскость, нормальную разрушающей силе.

Если отбросить дисперсный фактор n и S можно предположить, что когезионная прочность структуры бентонитового связующего, с учетом определяющей роли физико-химических сил взаимодействия, будет зависеть главным образом от количества и характера образования водородных связей. Причем очевидно, что основу когезионной прочности ? формируют частицы минерала имеющие прямые адгезионные связи с гидросилированными солями двух соседних зерен наполнителя одновременно, а связь зерен кварца через цепочку из нескольких частиц или агломератов минерала имеет физическую (молекулярную) природу и поэтому является более слабой.

На основании этого когезионную прочность пленки связующего в общем виде можно представить как:

, где

åК_адг — количество прямых адгезионных связей в месе контакта частиц наполнителя;

åК_ког — количество косвенных адгезионных связей,имеющих чистый когезионный характер разрушения.(Рис._).

Здесь в рамках формирования К_адг способность частиц ? бентонита к химической адсорбции на поверхности кварца зависит главным образом от количества открытых кислородных позиций на его поверхности и степени гидратации частицы.

Логично предположить, что указанные в п.1.2. нереализованные принципы повышения прочности коагуляционно-дисперсных и конденсационных структур связующего могут быть реализованы за счет создания дополнительных химических связей в адгезионных  и когезионных контактах или путем увеличения относительной доли прямых адгезионных контактов åК_адг между глиной и кварцем.

С этой целью в работе предлагается применить в качестве дополнительного структурообразующего элемента водо-растворимые полимеры группы синтетических высокомолекулярных соединений. Известный опыт их использования в качестве флокулирующих и коагулирующих реагентов для минеральных дисперсий и коллоидных растворов, а также в роли искусственных структурообразователей почв позволяет предположить, что в определенных условиях они способны выполнять структурообразующую и стабилизирующую функцию в высококонцентрированных бентонитовых суспензий. Такое предположение теоретически обусловлено тем, что СВВС имеют на концах молекул и их звеньев свободные гидроксильные, карбоксильные, амидные, сульфаксилотные группы способные к химической адсорбции как с поверхностью кварца так и с частицами бентонитового связующего. Это обстоятельство раскрывает потенциальные возможности повышения прочности связей в единичных адгезионных К_адг и когезионных К_ког контактах структуры связующего за счет образования дополнительных мостиков химической связи между дисперными частицами глины и поверхностью кварца ?, а также в цепочках когезионных контактов бентонита. Кроме того размеры линейных и клубкообразных полимеров и их сегментов (от десятых долей до нескольких сотен НМ) позволяют предположить что при закреплении на поверхности частиц связующего они будут увеличивать долю К_одг контактов, так как их размеры обеспечивают возможность образования адгезионных контактов на значительном удалении от поверхности кварца.

На основании объединения материалов работ изучавших процессы коагуляции, флокуляции, изменения потенциала частиц твердой фазы в суспензиях, а так же процессы адсорбции полимеров минеральными сорбентами можно сформулировать ряд сформировавшихся и подтвержденных на практике теорий взаимодействия ВВС с поверхностью минеральных частиц:

·  по механизму химической взаимосвязи;

·  по механизму катионной реакции;

·  по механизму электростатического воздействия;

·  совместными механизмами.

Причем механизм модифицирующего действия СВВС зависит ряда факторов: природы и количества добавляемого полимера;  его молекулярной массы  и заряда; условий его введения; содержания в системе дисперсной фазы; pH фактора и др.