книги из ГПНТБ / Тимашев В.В. Технический анализ и контроль производства вяжущих материалов и асбестоцемента учеб. пособие

ки предварительно определяют влажность известкового теста, а затем применяют формулу (82)

получения теста. Массу оставляют в чашке на 24 ч. По истечении этого времени тесто разбавляют водой до по­ лучения известкового молока и переносят на предвари­ тельно высушенное и взвешенное сито 063. Материал на сите промывают слабой струей воды и слегка растирают кусочки стеклянной палочкой с резиновым наконечни­ ком. Сито вместе с остатком высушивают в сушильном шкафу при температуре 105—110° С до постоянного веса и взвешивают. Разность между весом сухого сита с ос­ татком и пустого сухого сита дает количество непогаспвшпхся зерен. Процентное содержание непогасившнхся зерен вычисляют, деля на 10 полученный остаток, выра­

Определение выхода известкового теста

Выход известкового теста зависит от вида извести — быстрогасящейся или медленногасящейся. Метод опре­ деления выхода известкового теста основан на измере­ нии объема теста, образующегося при гашении навески извести. Гасят известь в деревянном ящике, обшитом изнутри оцинкованной листовой сталью. Площадь дна ящика 1000 см2, высота ящика 40 см.

150

Ход работы. Отвешивают навеску комовой негаше­ ной извести в 5 кг, разбивают ее на куски размером до 2 см и кладут в ящик для гашения, предварительно взвешенный.

Известь заливают водой с температурой 15—20°С. Количество воды затворенпя зависит от скорости гаше­ ния извести: при быстрогасящейся извести с высоким содержанием окиси кальция вливают 10—12 л воды, при среднегасящейся извести — 8—10 л, при медленногасящейся извести воду добавляют в количестве, необходи­ мом для смачивания кусков.

Для полного гашения извести и получения однород­ ного теста известь в процессе гашения перемешивают и по мере надобности доливают небольшими порциями во­ ду. При. этом необходимо, чтобы над уровнем теста со­ хранялся избыточный слой воды высотой не менее 2 см. Для защиты извести от охлаждения ящик при гашении прикрывают крышкой. Через 24 ч после затворенпя во­ дой крышку ящика снимают, сливают воду и мерной ли­ нейкой замеряют высоту слоя теста в ящике. Каждый сантиметр высоты слоя теста соответствует 1 л теста. Для определения выхода теста на 1 кг извести делят объем известкового теста в л на 5. Если требуется уста­ новить выход теста в кг на 1 кг негашеной извести, то взвешивают ящик с тестом; из полученного веса вычита­ ют вес пустого ящика (получается вес теста) и разность весов делят на 5.

Обычно выход известкового теста колеблется в пре­ делах 1,6—2,5 л на 1 кг извести.

Рекомендуется следующая форма записи резуль­ татов:

Определение равномерности изменения объема

Это испытание позволяет выявить наличие в извести «пережога», т. е. извести, подвергшейся в процессе об-

151

жига действию слишком высоких температур и поте­ рявшей вследствие этого частично свою активность. «Пе­ режог» приводит к тому, что неактивная известь будет гаситься в уже затвердевшем изделии, а это вызовет увеличение объема и растрескивание.

Равномерность изменения объема определяют кипя­ чением лепешек из извести и внешним их осмотром.

Оборудование и материалы. / — негашеная известь; 2 — при­

Ход работы. Вначале определяют нормальную густо­ ту известкового теста, т. е. такую его консистенцию, при которой пестик прибора Вика, погружаемый в кольцо (ГОСТ 310—60), заполненное тестом, не доходит на 3— 11 мм до пластинки. Нормальную густоту известкового теста выражают количеством воды затворения в % от ве­ са извести.

Для определения берут 200 г молотой извести. Ее всыпают в чашку, предварительно протертую влажной тряпкой, делают в извести углубление, в которое влива­ ют воду. После добавления воды углубление засыпают известью и осторожно перемешивают. Воду доливают небольшими порциями и тесто энергично растирают ло­ паткой.

После снижения температуры теста до 30—25° С коль­ цо прибора Вика наполняют тестом и 5—6 раз встряхи­ вают его, постукивая о стол. Затем поверхность теста заглаживают вровень с краями кольца, срезая избыток ножом, протертым влажной тканью.

Пестик прибора приводят в соприкосновение с по­ верхностью теста в центре кольца и закрепляют стер­ жень зажимным винтом. Затем, быстро отвинчивая закрепленный винт, освобождают стержень и пестик сво­ бодно погружается в тесто. Через 30 сек после освобож­ дения стержня делают от-счет глубины погружения по шкале. Кольцо с тестом не должно подвергаться толч­ кам. Если пестик не доходит до дна менее чем на 3 мм, то опыт повторяют, но берут меньше воды. Если же пе­ стик не доходит до диа более чем на 11 мм, то для по­ вторного опыта необходимо больше воды. Нормальную густоту определяют с точностью до 0,25%.

152

этого на стеклянную пластинку, предварительно протер­ тую машинным маслом, укладывают тесто равными пор­ циями. Лепешки должны иметь диаметр 7—8 см, высоту 1 см, острые края и гладкую закругленную поверхность. С этой целью их заглаживают от краев к центру ножом, смоченным водой.

пературы и подвергают образцы осмотру немедленно после их извлечения. Лепешки считают выдержавшими испытание, если на лицевой стороне лепешек не обнару­ живается радиальных, доходящих до краев трещин пли сетки мелких трещин, а также каких-либо искривлений, устанавливаемых при помощи линейки, прикладываемой к плоской поверхности лепешки.

Определение влажности гидратной извести

При гашении извести в пушонку воду берут в коли­ честве, превышающем теоретическое. Поэтому часть вла­ ги остается в пушонке в виде механически примешанной воды. Ее количество необходимо знать при приготовле­ нии теста.

Оборудование и материалы. 1 — известь-пушонка; 2— сушиль­ ный шкаф; 3 — технические весы с разновесами; 4 — стакан для взвешивания; 5 — эксикатор.

Ход работы. Отвешивают 10 г гидратной извести (пушонки), помещают в стакан для взвешивания, выдер­ живают в сушильном шкафу при температуре 105—110° С до постоянного веса. Стакан для взвешивания в процессе сушки помещают под воронку. Первое взвешивание осу­ ществляют через 2 ч после начала сушки, повторные взвешивания — через каждые 40 мин. Перед каждым взвешиванием стакан с навеской охлаждают в эксика­ торе в течение 20 мин. Стакан перед началом опыта дол-

153

где G — навеска извести в г; G, — вес высушенной извести в г.

Влажность всех сортов извести-пушонки должна быть не более 5%.

Определение объемной массы известкового теста

Это испытание не предусмотрено действующими стан­ дартами, но в ряде случаев оно необходимо. Объемную массу известкового теста находят, взвешивая 1 л извест­ кового теста.

Ход работы. В начале определения взвешивают пу стой цилиндр и записывают его вес в рабочий журнал. Затем цилиндр наполняют известковым тестом при лег­ ком встряхивании. Излишек теста срезают ножом вро­ вень с краями цилиндра и взвешивают цилиндр с тестом с точностью до 5 г.

Поскольку объем цилиндра 1 л, объемный вес извест­ кового теста будет численно равен весу известкового те­ ста, т. е. разнице между весом цилиндра с тестом и пу­ стого цилиндра. За результат принимают среднее значе­ ние из трех определений.

Рекомендуется следующая форма записи резуль­ татов:

Обычно объемная масса известкового теста колеблет­ ся в пределах 1300—1400 кг/м3.

154

Физико-химические методы исследования материалов предназначены для изучения физико-химических процес­ сов, протекающих при различных превращениях веществ, а также для установления точного фазового состава по­ луфабрикатов и готовых изделий из разных материалов.

В научно-исследовательских лабораториях, специали­ зирующихся на изучении вяжущих материалов, из об­ щего весьма большого числа различных методов физикохимического анализа материалов наиболее широкое рас­ пространение получили: дифференциально-термический, микроскопический, рентгеновский и электронно-микро­ скопический.

§I . Д И Ф Ф Е Р Е Н Ц И А Л Ь Н О - Т Е Р М И Ч Е С К И Й

ИТЕРМОВЕСОВОЙ АНАЛИЗЫ

Большинство химических и физико-химических про­ цессов сопровождается выделением или поглощением тепла. Сущность термического анализа заключается в изучении фазовых превращений, совершающихся в си­ стемах или индивидуальных соединениях, по сопровож­ дающим эти превращения тепловым эффектам. Для этого исследуемый образец постепенно нагревают, непре­ рывно регистрируя температуру по показаниям милли­ вольтметра или путем автоматической записи. Получае­ мые температурные кривые позволяют судить о харак­ тере и интенсивности тепловых эффектов и о температурах, при которых эти тепловые эффекты про­

Термический анализ основан на непрерывном опреде­ лении при нагревании следующих свойств вещества:

1) энергии (дифференциально-термический метод);

2)веса (термов'есовой метод);

3)газовых выделений (газоволюметрический метод). С помощью дифференциально-термического анализа

фиксируют изменение энергии системы в процессе нагре­ вания. Физические и химические процессы, протекающие

155

с поглощением или выделением тепла, на непрерывной дифференциальной температурной кривой выражаются серией определенных эндотермических и экзотермических эффектов. Изменения температуры в процессе соответ­ ствующих превращений с большой точностью фиксиру­ ются простой и дифференциальной термопарами.

1

Рис. 31. Схема простой термо­ пары

1 — термопара; 2 — тигель с иссле­

дуемым веществом; 3—электропечь; '!—соединительные провода; 5—тем­ пературный гальванометр

Принцип работы простой и дифференциальной термо­ пар заключается в следующем.

Схема простой термопары приведена на рис. 31. Ис­ следуемый материал помещают в специальный тигель, который устанавливают в электропечь. Температуру ма­ териала в тигле измеряют с помощью термопары, а из­ менение э. д. с. в горячем спае термопары фиксируют гальванометром. Результаты измерения температуры ма­ териала в процессе нагревания наносят на график «тем­ пература—время». Если в веществе не происходит ника­ ких реакций, то простая кривая нагревания имеет вид прямой. В случае протекания реакций, сопровождаю­ щихся выделением или поглощением тепла, прямолиней­ ный ход кривой нагревания нарушается и она отклоняет­ ся вверх или вниз. По окончании реакции ход кривой вновь становится прямолинейным.

Дифференциальную температурную кривую получают с помощью дифференциальной термопары (рис. 32), ко­ торая состоит из двух термопар, одноименные концы ко­ торых соединены друг с другом таким образом, что кон­ цы проволоки из Р / + 1 0 % Rh образуют холодный спай термопары, а концы проволоки из Pt образуют два горя­ чих спая термопары. Горячий спай одной из термопар помещают в исследуемое вещество, а другой — в эталон­ ное. Возникающие в термопарах при нагревании э. д. с. направлены навстречу друг другу и могут взаимно ком­ пенсироваться. В том случае, если исследуемое вещество

156

и эталон равномерно нагреваются в печи н в изучаемом материале не происходит никаких превращений, то воз­ никающие в термопарах э. д. с. оказываются равновели­ кими и гальванометр не показывает никакого присутст­ вия тока в цепи, а дифференциальная термограмма име­ ет вид ровной линии, параллельной оси абсцисс (рис. 33).

Рис. 32. Схема диф­ ференциальной тер­ мопары

ванометр или фотозапись

Когда же в исследуемом веществе происходят какие-ли­ бо превращения, то в этот период температура его мо­ жет быть и выше и ниже, чем у эталонногоматериала.

Рис. 33. Простая и дифференциальные кривые нагревания

и фиксирующий прибор делает соответствующую запись. Во всех системах термографов принято, что при эндотер-

157

мических реакциях дифференциальная кривая отклоня­ ется от нулевой линии вниз, а при экзотермических ре­ акциях—вверх. Величина отклонения (температурный пик) характеризует степень различия температур образ­ ца и эталона и является количественным п качественным показателем реакции.

Положение термического эффекта на термограмме определяется температурными границами протекания со­ ответствующей реакции: начала главного периода (мак­ симума) и конца. Форма пиков зависит главным обра­ зом от двух факторов: от скорости подъема температу­ ры в печи — при медленном нагревании пики получаются широкими и округлыми, а при быстром, наоборот, уз­ кими и острыми — и от количества исследуемого мате­ риала — если его немного, пики имеют более заостренную

ка А — начало эндотермической реакции; точка Б — тем­ пература, при которой скорость реакции достигает мак­

равным нулю). Поскольку точку Б на линии пика найти трудно, то обычно температуру эффекта устанавливают по точке В (минимум пика). При определении площади пика за его ширину принимают расстояние между точка­ ми А—Д, а за глубину —• расстояние Е—В.

Эндотермические эффекты на дифференциальной кривой обусловливаются следующими физико-химиче­ скими превращениями:

а) химическим распадом исследуемых соединений при нагревании, сопровождающимся изменением их хими­ ческого состава за счет выделения газовой фазы (реак­ ции дегидратации, декарбонизации и т. п.);

б) химическим распадом соединений при нагревании на более простые твердые продукты, происходящим без выделения газообразной фазы;

в) процессами полиморфных превращений энантиотропного характера;

г) плавлением вещества, как конгруэнтным, так и инконгруэнтным.

Все эти реакции протекают, естественно, с поглоще­ нием тепла

158

Экзотермические эффекты на кривых ДТА обуслов­ лены:

а) химическими реакциями, протекающими с погло­ щением исследуемым веществом газовой фазы, например реакциями окисления;

б) процессами полиморфных превращений монотропного характера, когда неустойчивая при данной темпе­ ратуре модификация переходит в устойчивую;

в) переходом вещества из неустойчивого аморфного состояния в кристаллическое — кристаллизация гелей, стекла, расплава и т. п.

Эти реакции протекают с выделением тепла. Следовательно, дифференциальный термический ана­

лиз позволяет вести также определения:

устанавливать наличие или отсутствие фазовых пре­ вращений в процессе нагревания анализируемого ве­ щества;

фиксировать температурные границы химической ре­ акции или фазового превращения;

контролировать скорость химических и физических превращений:

находить количество вещества, вступающего в ре­ акцию.

Термовесовой метод анализа (термогравиметриче­ ский) основан на измерении веса исследуемого вещества при нагревании, как показателе химических превраще­ ний в исследуемом материале. Этот метод является важ­ ным дополнением к дифференциально-термическому ана­ лизу, так как кривые потерн веса дают новую информацию и помогают более точно охарактеризовать

правило, обусловливается выделением из вещества газо­ образных продуктов (СОо, SO2, паров Н 2 0 и т. п.), а уве­ личение веса — поглощением веществом кислорода в про­

веса при нагревании чрезвычайно мало, и им пренебре­ гают. Потери же веса, наоборот, значительны, и именно на их определении основан данный метод анализа.

159