Исследование механоактивированного КПФМ

Для исследования возможности производства меха-ноактивированного КПФМ в качестве основы был выбран Хакасский бентонит П1Т1А как наиболее распространенное ГС. Исследованиями установлено, что предварительная термообработка бентонита при 300…400°0 позволяет повысить его физико-механические свойства за счет удаления свободной воды из межпакетного пространства между его частицами, что обусловлено дополнительным диспергированием с открытием базальных поверхностей ГС. Дополнительная термообработка бентонита повышает его активность, сырую прочность на сжатие и снижает газотворность готовой ПГС. В качестве УСМ выбрали н а-нодисперсный пироуглерод (НДПУ) марки П 324 со средним диаметром частиц 24. 32 нм и высокой удельной поверхностью (75… 82 м2/г).

Частицы НДПУ, имея намного меньшие размеры и открытые углеродные связи, взаимодействуют с открытыми силановыми и силаксановыми связями на поверхности частиц бентонита и кварцевых зерен. При взаимодействии с частицами бентонита частицы НДПУ распределяются по базальным поверхностям, где плотность открытых сила-новых и силаксановых связей больше. Образующаяся слоистая текстура частиц адгезивной оболочки с добавками пироуглерода представляет собой текстуру типа «сэндвич», когда частицы адгезивной оболочки разделены не только молекулами свободной воды, но и нанодисперс-ными, термостойкими частицами пироуглерода. Наличие НДПУ в составе смеси позволяет также исключить агрегатирование частиц бентонита и обеспечить более свободное проникновение молекул воды к базальным поверхностям частиц ГС и их гидратацию. В результате ускоряется формирование прочности смеси, сокращается время приготовления и повышается эффективность использования потенциальной вяжущей способности ГС.

При уплотнении смеси без НДПУ зерна сближаются, их оболочка деформируется с выдавливанием ее частиц в межзерновое пространство. Оставшиеся частицы сближаются в зоне контакта так, что между ними остается только мономолекулярный слой воды. Однако уплотнение смеси с НДПУ на стадии сближения зерен протекает аналогично, но затем оболочка с частицами ГС деформируется, и частицы сближаются, часть свободной воды из пространства между ними выдавливается за пределы зоны деформации. Единичные частицы НДПУ, имеющие большую прочность, вдавливаются в частицы ГС, что дает им возможность проявить вяжущие свойства и придать ПГС прочность.

При заполнении формы металлом и нагреве слоев смеси вода удаляется, и частицы ГС сближаются по ба-зальным поверхностям, что приводит к образованию агрегатированных зерен и конгломератов из нескольких зерен, скрепленных дегидратированными частицами ГС. Таким образом, в оборотной смеси, возвращаемой в систему смесеприготовления, присутствуют укрупненные, прочно скрепленные частицы ГС, соединяющие зерна песка в агрегаты. Следовательно, в процессе смесеприго-товления необходимо восстановить вяжущие свойства ГС, вносимого оборотной смесью, то есть разрушить агрегаты и измельчить или разделить прочно связанные частицы ГС. Эта схема характерна для традиционной смеси.

При заполнении формы металлом и прогреве смеси частицы бентонита, покрытые частицами НДПУ, также отдают воду, сближаются до критического расстояния, но при этом не могут образовывать прочные агрегаты, так как по базальным поверхностям они разделены между собой частицами НДПУ, выполняющими роль разделителя между частицами ГС и адгезивного субстрата.

Наличие малопрочных агрегатов частиц НДПУ в адгезивной оболочке ГС оборотной смеси позволяет интенсифицировать процесс смесеприготовления, то есть ускорить формирование свойств смеси. Следует отметить, что агрегаты частиц ГС разрушаются при перемешивании по тем поверхностям, где расположены частицы НДПУ, частицы ГС как бы возвращаются к той дисперсности, которую они имели в предыдущем цикле смесеприготовления.

В такой концепции формирования свойств ПГС с добавками НДПУ говорится о разделении частиц бентонита частицами НДПУ в процессе смесеприготовления, когда НДПУ добавляют непосредственно в смеситель в виде сухого порошка или в составе ГС, что приводит к дополнительным затратам времени на перемешивание.

Следовательно, если добавлять в смеситель компаунд, в котором имеется ГС, покрытое частицами НДПУ, можно сократить время приготовления ПГС и получить текстурированную адгезивную оболочку на поверхности зерен ПГС. Для равномерного покрытия частиц ГС частицами НДПУ необходимо точно дозировать смешиваемые компоненты, чтобы избежать полного покрытия бентонита НДПУ и потери его связующих свойств. Обыкновенное сухое перемешивание полностью не обеспечит покрытие частиц бентонита НДПУ, для этого необходимы специальные методы диспергирования с одновременной механо-активацией.