книги из ГПНТБ / Физико-химические методы исследования цементов учеб. пособие

Как видно из рисунков, эффективность влияния катионов а анионов на вязкость жидкой фазы уменьшается с увеличе­ нием их электроотрпцателы-юстп. При сочетании анионов с различными катионами эффективность влияния минерализато­ ра на вязкость жидкой фазы зависит от разности электроот­ рицательностей катиона и аниона. Чем эта разность больше, тем большее влияние оказывает минерализатор на процесс клпикерообразоваиияТаким образом, с увеличением электроотрицательности 'катионов и анионов увеличивается их деструктурпрующая способность, что приводит к снижению вязкос­ ти жидкой фазы и интенсификации процесса мниералообразования цементного клинкера.

. 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ

При спекании лсртландцементного клинкера не менее важную роль играют поверхностные свойства образующейся при этом жидкой фазыИсследование поверхностного натя­ жения расплавов позволяет изучить явление поверхностной активности в смесях окислов с резко выраженной склонностью к химическому взаимодействию.

Известно, что каждая молекула жидкости, находящаяся в поверхностном слое, испытывает сильное притяжение, на­ правленное внутрь жидкой фазы перпендикулярно ее поверх­ ности. Такие молекулы по сравнению с другими обладают не­ которым избытком энергии, который обусловливает поверх­ ностное натяжение, наблюдаемое у жидкостей. Поверхностное натяжение о определяется работой, которую необходимо затра­ тить на образование единицы новой поверхности в плоскости раздела двух фаз іпрп постоянной температуре, и измеряется в

торых следует выделить статические и динамические. Стати­ ческие методы позволяют измерять поверхностное натя­ жение жидкостей и расплавов при условии практически не­ подвижных жидкостей, образованных за некоторое время до начала измерения. К статической группе принадлежат следу­ ющие методы: метод капиллярного поднятия жидкости, макси­ мального Давления пузырьков, веса капли, «лежащей» (не­ подвижной) капли; втягивания ,в расплав полого цилиндра и т. д- К динамической группе принадлежит метод отрыва коль­

клинкера чаще всего попользуют метод «лежащей капли». В качестве подложки используется платиновая пластина, так как

исследуемый раоплав не взаимодействует с платиной и образу­ ет на ней хорошо формирующиеся капли.

Ыа рис. 81 представлена схема установки для определе­ ния поверхностного натяжения жидкой фазы цементного клин-

Рмс. 8'. Схема установки для определе­ ния поверхностного натяже.шя жидкой фазы цементного клинкер і: і- п е іь , 2 — исследуемым образец, J — платиновая подложка, 4—осветитель, 5—автотранс­

форматор, 6—линза, 7—экран

кераУстановка состоит из трубчатой печи 1 с платинородне- е ы и нагревателем, рассчитанным на напрев расплава до1 1500°С. Внутрь печи помещается платиновая подложка 3 с порцией исследуемой жидкой фазы 2 на нейДля исследова­ ния берут'порции жидких фаз по 4 г, которые расплавляются на платиновой подложке и зарисовываются при температурах 1350—1500°С. С помощью ооветителя ОИ-9 (4) капля проек­ тируется через линзу 6 на экран 7 и фотографируется. Откло­ нения в параллельных опытах не должны превышать ±2%.

Для расчета поверхностного натяжения необходимо знать плотность расплава при температуре опыта. Она рассчиты­ вается теоретически по уравнению

- = 7 = 0,450(96510,) + 0.28'(°/бСаО) +

Р

4 <Ѵ50(%Fe20 3) 4 0,402(?/o.V20 3')1

где р — плотность жидкой фазы, которая при 1400°С колеб­ лется в пределах 2,80—2,95 г/см3.

В процессе опыта определяются истинные размеры кап­ ли (мм), полученные из образца жидкой фазы, помещенного на платиновую подложку при температуре 1400°С: высота h и ра­ диус меридиального сечения I.-

Из графиков для расчета .поверхностного натяжения, дан­ ных Попелем и др. [4], можно найти по данным h и L значе­ ние капиллярной постоянной а. По значениям плотности жид­ кой фазыр и капиллярной постоянной а подсчитываем поверх-

Р

костное натяжение: о = — .

а

Расчетное или теоретическое поверхностное натяжение оп­ ределяется на основе правила аддитивности:

а расплава = оів1 + а2-., -f- а 3з3...,

где от, — содержание отдельных окислов, составляющих жид­

предложенные Дитцелем и приведенные в работе С. И- Попеля

ментально и полученных 'расчетным путем, не должны превы­ шать погрешности измерений.

Рассмотрим несколько примеров.

В табл21 приведены данные измерений поверхностного

Поверхностное натяжение с ростом температуры изменя­

ется линейно. Теімпературный коэффициент — отрицателен и сІТ

равен 0,264 0,30 эрг/см2град, что согласуется с данными из­ мерений поверхностного натяжения некоторых расплавлен­

ных шлаков, для которых — = — (0,20 4 0,30) эрг/см2 - град- dT

В табл. 22 приведены результаты, характеризующие зави­ симость поверхностного натяжения жидкой фазы (эрг/см2) от величины глиноземного модуля при 1400°С- Результаты полу­ чены усреднением данных 3—4 параллельных опытов-

ное натяжение (з=599 эрг[см'2) максимальное у расплава с глиноземным модулем 2,5

Таким образом, для отличающихся по составу сырьевых смесей возможно различие в поверхностном натяжении поряд­ ка 90 эргісм-, то есть более чем на 15%, что не может не ска­ зываться на процессах клинкерообразовання с участием расллзвэ.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕЛИЗНЫ И ЦВЕТНОСТИ

!ДЕКОРАТИВНЫХ ЦЕМЕНТОВ

Основными характеристиками качества белого и цветных цементов являются белизна и цветность.

Ощущение цвета и белизны, возникающие в нашем созна­ нии, отражает прежде всего то объективное свойство посту­ пающей в глаз радиации, «которое -называют в физике длиной волны или частотой электромагнитных колебании. Если рас­ сматривать только монохроматическую радиацию, то цвет из­ лучения можно точно «и просто выразить в виде частоты коле­ баний или длины волны /• . Учение о цвете естественно связа­ но с разбором вопросов о цветах видимого спектраНьютон, впервые получивший спектр при помощи трехгранной стеклян­ ной призмы, стал основателем современного учения о цветёСо времен Ньютона принято различать в спектре семь основных цветов: -фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оран­ жевый, красный. Соотношение между цветом и длиной волны локазано в табл. 23.

Анализируя данные табл. 23, «выявляем неравномерность изменения цвета е длиной волныДля каждого спектрального цвета можно подобрать другой спектральный цвет, в смеси с которым получается белый цвет. Цвета, взаимно дополняющие

.друг друга, называются взаимно дополнительными. Примером такой комбинации будет красный и голубовато-зеленый (до­ полнительный) цвет.

Таким образом, всякий цвет можно -получить, смешивая какие-то три спектральных цвета. Удобную комбинацию сос­ тавляют красный, зеленый и синий цветаСмешивая эти три цвета в различных пропорциях, можно получать самые разно­ образные цвета, как насыщенные, так -и блеклые, и в частнос­ ти белый цвет- . , .

Этот важнейший закон смешения цветов положен в осно­ ву работы устройств для определения цвета и белизны образ­ цов- , , : ; ; , і ; , I і і ; ! ! : - '

Цвет — это трехмерная величина, численно характеризу­ ющая воздействие излучения на глаз человека. Любой цвет может быть определен тремя параметрами: цветовым тоном д-, ммк); чистотой тона (Р, %) п светлотой тона (о, %).

В 1931 г. международной 'комиссией .по освещению утвер­ ждена система МКО для определения цвета. Эта система 'по­ строена на основе трех цветовых координат: х; у; г.

Существуют различные методы определения белизны и ■цвета декоративных цементов: на колориметре ГОИ, на прибо­ рах с фотоэлементом конструкции НПИ, на визуальном фото­ метре модели ФМ-56, на автоматическом спектрофотометре II др-

Колориметр ГОИ.

Для получения трех цветовых координат—цветового тона, •чистоты и светлоты — 'пользуются колориметром системы Го­ сударственного оптического института (ГОИ). Измерение цве­ та образцов на этом приборе сводится к подбору цвета, не от­ личимого от цвета исследуемого образца, путем смешивания определенных количеств трех основных цветов в приборе (красного, зеленого и синего). Количественные данные, полу­ ченные на колориметре, позволяют воспользоваться геометри­ ческим представлением цветовых соотношений в виде плоско­ го графика (цветового треугольника), который охватывает все­ возможные цвета — от максимально насыщенных чистых спек­ тральных до чисто белых.

Плоский график цветового треугольника, расположенного по осям Xи у, является двумерной системой координат, постро­ енной по расположению чистых спектральных тонов, которые находятся на его периферии и обозначаются соответствующи­ ми длинами воли (рис. 82). В середине треугольника находит­ ся течка А, которая соответствует белому цветуСоединив прямой точку А с полученным при измерении на колоримет­ ре цветом испытуемого образца и продолжив прямую до пере­ сечения ее с соответствующей стороной цветового треугольни­ ка, получим точку пересечения прямой, которая и характе­ ризует цветовой тон исследуемого образца, а степень прибли­ жения данного тона в течке А покажет его насыщенность или чистоту топа-

Рис. 82. График цветового треугольника для пересчета pej *льтатов ана­ лиза цвета

Схема колориметра ГОИ дана на рис. 83. Перед объекти­ вом расположен диск 10 с тремя секторными отверстиями,, прикрытыми фильтрами различных цветов — «красным, синим, и зеленым. Каждый секториальный участок объектива дает свое окрашенное изображение. Наложением этик трех изо­ бражений достигается смешение основных цветовПеред дис­ ком помещены три экрана секториальнсй формы, при враще­ нии которых изменяется рабочая частъ объектива, а следова­ тельно, и яркость цветового изображения. Для сопоставления в поле зрения цвета пластинки и цвета исследуемого образца служит кубик Лгсшмера 6, границы полей которого наблюдают при помощи окуляра. Действуя заслонками и меняя этим ра­ скрытие секторов, наблюдатель находит такое-положение, при котором поле куба, заполненное светом от экрана 4, по ярко-

сти и цвету будет казаться одинаковым с июлем, занятым све­ том от исследуемого образца 11. Таким образом достигается полное тождество фотометрических нолей-

9

Рис. 83. ОЗщзя схема колориметра ГОИ: 1— осветитель; 2— осве­ титель; 3 —окуляр; 4 —экран; 5—конденсор; 6—кубик Люммсра; 7_отверстие, в которое вставляется диск с фильтрами; S—ко­ робка затемнения; 9 —белая эталонная пластинка; 10—диск с

фильтрами; 11—отверстие, в которое вставляется испытуемый

ООЪбіѵТ

Ввиду того, что приходится измерять различные по цвету и интенсивности декоративные цементы и пигменты, применя­ ют темные и светлые светофильтры.

Расчет цветовых координат (х, у, г ) измеряемого цвета Ц производится по коэффициентам диффузного отражения, опре­ деляемых через темные светофильтры (.красный К, зеленый 3 и синий С) по уравнениям;

X = 0,607 К 4- 0,292 3 4- 0,198 С, у = 0,238 К + 0,769 3 + 0,С68 С, z = 0,000 К + 0,074 3 + 1,15 С.

Для расчета цветовых координат (х'; у'; г') измеряемого цвета Ц со ср.еудыми светофильтрами пользуются следующими коэффициента ми:

X' = 0,492 К' + 0,410 3' + 0,110 С', ' ул = 0,193 К' + 0,599 3' + 0,103 С', г' - 0,0007 К' -Ь 0,116 З7+ 0,438 С',

2. ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ И СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ

! ) Прибор конструкции НПИ

При помощи этого прибора могут быть определены для декоративных цементов коэффициенты диффузного отражения как без светофильтров, так и с их применением. При этом под коэффициентом диффузного отражения (к.Д.о-) понимают ве­ личину, показывающую отношение количества света, отражен­ ного от поверхности испытуемого образца, к'количеству света, отраженного от поверхности плоского образца сернокислого ба-рия,при условии, что на обе поверхности падает одинаковое количество света. К-ід-о. определяют в % по формуле

К0 = —1-100, %

-где Ф„ — световой поток, отраженный от поверхности испы­ туемого образца;

— световой поток, отраженный от поверхности эталона (BaS04)-

Коэффициент диффузного отражения часто называют также термином альбедо—белый н поэтому белизну исследуе­ мых образцов можно определять как сроднее значение из к.д.о., измеренных через красный, зеленый и синий светофильт­ ры.

Измерение белизны белого портландцемента не отличает­ ся, по существу, от определения коэффициента отражения:

D Pc + Р э + Р о 0 ,

в= — з — , %

где рс; р3: р0—коэффициенты диффузного отражения, по­ лученные на приборе с применением соответственно сине­ го, зеленого и оранжевого светофильтров-

Определив экспериментально с помощью прибора коэффи­ циенты диффузного отражения через все -три светофильтра, можно рассчитать координаты цвета:

где х'; у'; г' — координаты цвета.

Коэффициенты цветности х, у, z определяются по формулам:

теме X, у, z численно определяется координатой у'. Определение Оелизны и цвета на прнооре ГГІіИ основано

на том, что сила тока, .генерируемого фотоэлементом при его

освещении, пропорциональна количеству падающего на фото­ элемент света.

Принципиальная схема прибора представлена на рис. 84-1

Рис. £4. Схема прибора конструкции НПИ

1 — выносная измерительная головка, содержащая источник света Л, конденсорную линзу К, диафрагму Д ь кассе­

перметра МКА для измерения фототока, генерируемого селеновым вентильным фотоэлементом Ф в процессе фо­ тометрических определений и двух переменных шунти­ рующих сопротивлений для грубой (Ri) и тонкой (R2)