2.1.2. Порядок обробки результатів вимірювань

Спочатку побудувати залежність маси осаду m_зр від часу проведення досліджень t для полідисперсної системи аналогічно (рис. 2.3в). При побудові кривої седиментації рекомендується вибрати масштаб: вісь ординат - в 1 см 10 мг; вісь абсцис - в 1 см 5...10 хв. За допомогою рівнянь (2.7) і (2.8) а також значень густини досліджуваного матеріалу, густини і в'язкості дисперсійної рідини р і , при температурі досліджень (взяти із довідникової літератури) визначити радіуси частинок для кожної фракції, а за формулою (2.9) розрахувати вміст окремих фракцій Q_і. Число точок, з яких проводяться дотичні до кривої осаджування, а також інтервал між ними вибираються оптимально згідно одержаних результатів досліду.

Потім побудувати інтегральну криву розподілу частинок за радіусами (рис. 2.5), відклавши на осі ординат значення Q_і всіх фракцій із розміром частинок r₁ , r₂ ... r_max, а по осі абсцис – значення відповідних радіусів r₁ , r₂ ... r_max.

Рис. 2.5. Інтегральна крива розподілу частинок за радіусами

Рис. 2.6. Диференційна крива розподілу частинок за радіусами

Використавши значення інтегральної кривої, побудувати диференціальну криву розподілу частинок за розмірами, для чого вираховують величини приросту відсоткового вмісту частинок Q через інтервали радіусів (через 210^-6 м). Потім вираховують значення Q/r і відкладають його в залежності від радіуса частинок r (рис. 2.6) у вигляді прямокутників, тобто гістограми. Плавною кривою сполучають середини вершин прямокутників, отримуючи криву розподілу частинок за. розміром. Максимум на кривій розподілу відповідає діаметру частинок, процентний вміст яких в даній системі є найбільшим.

2.1.3. Питання самоконтролю

1. Що таке дисперсність та седиментація і в чому полягає седиментаційний метод досліджень?

2. Що таке диспергована фаза і дисперсійне середовище? Дати визначення суспензії та емульсії.

3. Вивести робочу формулу для визначення радіусу частинки диспергованої фази суспензії.

4. Дати визначення дифузії, сили тяжіння, сили Стокса, сили Архімеда, густини та в'язкості речовин. Одиниці їх вимірювання.

5. Пояснити межі застосування седиментаційного методу досліджень. Зобразити седиметометр Фігуровського та пояснити його.

6. Що таке моно-, ді- та полідисперсна суспензія? Накреслити криві розподілу частинок суспензії за радіусами для полідисперсної системи та дати пояснення (інтегральну та диференційну).

7. Яке практичне значення мають результати дисперсійного аналізу в галузі будівельних матеріалів.

2.2. Визначення питомої поверхні дисперсних матеріалів

Властивості будівельних речовин і виробів із них визначаються не тільки хімічним та мінералогічним складом, а також їх дисперсністю. Тонкість помелу, зерновий склад і форма частинок значно впливає на активність, швидкість тужавлення, стійкість і міцність готових виробів, їх середню густину, пористість, теплопровідність.

Дослідження показали, що при питомій поверхні (3000...3500) см²/г цемент хімічно зв'язує за дві доби нормального твердіння 10...13% води. Із зростанням питомої поверхні до 3700...4000 см²/г він зв'язує в той самий строк 14... 16% води, а при питомій поверхні 4500...5000 см²/г - 17...18% води. Кількість хімічно зв'язаної води із часом характеризує повноту кінетики реакцій, які обумовлюють тужавлення цементу, тому збільшення кількості води, яка витрачається на гідратацію, приводить до зростання міцності виробів. Так збільшення питомої поверхні цементу із 3000...3500 до 4000...5000 см²/г міцність бетону в добовому віці при нормальному тужавленні збільшується в 2 рази.

Другий приклад, що також ілюструє вплив степеню дисперсності компонентів реагуючої суміші на міцність виробів, можна навести із технології вапняно-піщаних автоклавних виробів. Із природного кварцового піску, вапна і води одержують в автоклаві силікатну цеглу і блоки, які мають міцність при стиску до 10...15 МПа. Коли ж використати розмелений або іншим способом подрібнений пісок, то міцність виробів зростає до 50...80 МПа.

Розглянуті приклади і ефект що досягнули пояснюється тим, що на поверхні розділу двох фаз існує надлишкова, або як її називають поверхнева енергія, здатна виконати роботу. Робота поглинання молекул поверхнею здійснюється за рахунок надлишкової енергії, що дозволяє нам в термодинамічному розумінні розглядати поверхневу енергію як вільну енергію системи, що прагне до мінімуму. Зрозуміло, що значення цієї енергії тим більше, чим більша поверхня. Хімічні зміни речовин обумовлені різницею внутрішньої енергії речовин, що вступають в реакцію, і речовин - продуктів реакції. Внутрішня енергія залежить не лише від виду і кількості даної речовини, а також від її дисперсності. Таким чином, фізико-хімічні властивості поверхневого шару дисперсних частинок значно відрізняються від властивостей тієї ж речовини в "масі". Із збільшенням питомої поверхні речовини зростає і його хімічна активність.

Питома поверхня S диспергованої речовини визначається як сума поверхонь всіх зерен, що вміщуються в 1 г цієї речовини або 1см³ без врахування поверхонь контактів зерен між собою. Співвідношення між розмірностями питомої поверхні 1 см²/г = 10^-1 м²/кг. При прогресивному подрібненні тіла, взятого в певному об'ємі, питома поверхня S його збільшується обернено пропорційно лінійним розмірам r цього тіла (табл. 2.1).

Таблиця 2.1

Збільшення питомої поверхні S₀ при прогресивному подрібненні тіла кубічної форми

Довжина сторони куба r, см	Число кубиків N	Сумарна поверхня S, см2	Питома поверхня віднесена до одиниці об'єму S0, см-1
1,0	1,0	6,0	6,0
10-1	103	6  101	6  101
10-2	106	6  102	6  102
10-3	109	6  103	6  103
10-4	1012	6  104	6  104
10-5	1015	6  105	6  105