Влияние формы компонентов на интенсивность межчастичных взаимодействий в пенобетонных смесях

Уравнение (1) формально отражает влияние физиче­ских и геометрических свойств компонентов смесей на процесс расслоения в том случае, когда дисперсная си­стема характеризуется постоянством свойств дисперси­онной среды и имеет один вид дисперсной фазы. Пено- бетонные же смеси — это суспензии композиционного типа, в которых содержится несколько видов дисперс­ных фаз. В них дисперсионная среда имеет композици­онный состав, т. е. раствор ПАВ переменной концент­рации. Плотность дисперсных частиц твердой фазы больше плотности дисперсионной среды, а плотность дисперсных частиц газовой фазы меньше. Масштаб различий плотности фаз превышает 102. Оба вида дис­персных фаз способны изменять свои геометрические размеры в период, когда агрегативная устойчивость смеси предопределяется только величиной вязких сил сцепления между компонентами.

Все твердые составляющие пенобетонных смесей обладают поверхностной энергией. Наличие свободной энергии на поверхности частиц твердой фазы является предпосылкой не только для целенаправленного фор­мирования межфазных границ, но и для управления свойствами материала в целом. Способность дисперс­ных систем в период проявления слабых взаимодей­ствий между частицами дисперсных фаз формировать фракталы (масштабные множества) и кластеры и тем самым способствовать уменьшению суммарной меж­фазной энергии дисперсной системы свидетельствует о мере их потенциала в области самоорганизации и воз­можности сохранения агрегативной устойчивости при наличии термодинамического неравновесия.

Анализ свойств дисперсных частиц, составляющих пенобетонную смесь, применительно к наиболее веро­ятному направлению формирования их структуры в ре­зультате перемешивания компонентов (способа образо­вания, формы и размеров кластеров) показывает, что эти частицы обладают следующими свойствами:

· некоторым энергетическим потенциалом поверхност­ной энергии (материалы в перечне расположены в по­рядке убывания энергии на единицу массы: зерна цемента, волокна фибры, зерна заполнителя);

· их геометрические размеры (как минимум два раз­мера из трех) таковы, что на этапе начального структурообразования влиянием сил тяжести на траекторию их движения в объеме смеси можно пренебречь;

· фибра в 1000 и более раз длиннее самой крупной частицы цемента, поэтому в рассматриваемой дис­персной системе ее следует позиционировать как протяженную поверхность раздела фаз;

· размеры частиц заполнителя находятся внутри диа­пазона размеров фибры и вяжущего;

· гибкость фибры такова, что под действием капил­лярных сил, развивающихся при увлажнении ком­понентов пенобетонной смеси, может принимать любую конфигурацию [3].

При смешивании компонентов дисперсная система, состоящая из воды, ПАВ, цемента, заполнителя и фиб­ры, подвергается деформационному воздействию со стороны смесительного агрегата. В дисперсных систе­мах энергия деформации накапливается в вице поверх­ностной энергии [6]. В ходе процессов перемешивания релаксация поверхностной энергии физически выража­ется в перемещении жидкой и газообразной фаз к обла­стям наибольших напряжений.

При деформации сдвига или сжатия с одновремен­ным сдвигом перемещение частиц дисперсной фазы со­провождается ориентацией той их части, у которой хотя бы одно пространственное измерение отличается от двух других, в направлении действия максимальных на­правлений сдвига [6]. Вследствие ориентации плоских и волокнистых частиц дисперсная система (на уровне межпоровой перегородки) приобретет анизотропную структуру, характеризующуюся волновым порядком упаковки твердых частиц в направлении их минималь­ного размера. Волновой характер распространения ме­ханического воздействия в обводненной дисперсно-зернистой системе формирует порядок чередования слоев (рис. 1). Чем полнее прошел процесс релаксации, тем определеннее выражены эти слои.

Интенсивность межчастичных взаимодействий [7] регулируется не только величиной поверхностной энергии, которой обладают частицы, но и их формой:

где F — сила притяжения между частицами; Н — рас­стояние между частицами; А — константа, характери­зующая суммарное действие ориентационного и дис­персионного факторов; m, n — коэффициенты (при взаимодействии шарообразных частиц m = 12, n=2; шаро­образной и протяженной m = 6, n = 2).