Микрокалориметрия - новый метод исследования силикатных материалов

Теплоты смачивания глин, определенные методом микрокалориметрии, хороню согласуются с данными, полученными различными методами другими исследователями. Кривые для определения теплот смачивания глин имеют один максимум, соответствующий но тепловой мощности процессу смачивания (pHC.il).


Определение количества теплоты, выделившейся при том или ином процессе, заключается в том, что предварительно получают выходную градуировочную кривую, аналогичную кривым рис. 1, площадь S, под которой пропорциональна количеству теплоты Q, выделяемой по закону Джоуля—Ленца:



Изотермические и адиабатические приборы для определения тепловых эффектов обладают большой термической инерцией и не позволяют вести автоматическую запись непрерывных процессов. Поэтому нами использован теплопроводящий калориметр типа Кальве Последний вмонтировал в установку, разработанную на кафедре ионных структур Томского политехнического института для целей, отличающихся от исследования силикатных материалов и несколько переделанную специально по нашему заказу.

Основные достоинства микрокалориметра ТПИгНТЮИ заключаются в следующем. В процессе выделения теплота выводится из калориметрической камеры и рассеивается в специальном блоке, а температура в камере при этом изменяется незначительно и это не влияет на кинетику теплового процесса. Прибор может работать по нулевомуметоду при компенсации эффектом Пельте или Джоуля. Чувствительность прибора достигает 0,2 мквт и зависит от пределов измерения фотокомпенсационного устройства. Микрокалориметр достаточно надежен в обращении и позволяет автоматически вести непрерывную запись выделения теплоты и течение длительного времени (до нескольких суток). Информация получается в виде кривых, сравниваемых с градуировочной при помощи прибора—интегратора, или более простыми приемами.

Возможности последований на микрокалориметре ТПИНИО очень широки. В первую очередь на микрокалориметре исследуются глины и глинистые породы с определением теплот смачивания в полярных и неполярных жидкостях (бензоле, толуоле). Нами изучено большое количество разновидностей глинистых пород, в том числе для сравнения— общеизвестные глины союзных кондиций и высокой чистоты (без примесей)

Кроме определения теплот смачивания глин и порошков и полярных и неполярных жидкостях на микрокалориметре ТЛИНИОИ нами разработана методика определения удельной поверхности, которая но точности и надежности может сравниваться с хроматографическим способом тепловой десорбции аргона (Брунауэра, Эммета, Теллера, сокращенно БЭТ). Однако микрокалориметрическая методика значительно проще 11 аппаратурном исполнении и в несколько раз мение трудоемка. Результаты определения удельной поверхности глинистых пород но обеим методикам имеют хорошее совпадение, колебания же зависят от сравнительной сложности элементарных структур (-пакетов) глинистых минералов (табл 2).



Микроколориметрические методы полезны и при изучении кинетики гидратации вяжущих, по рабочие методики при этом сложнее, чем для глии и порошков. Необходимо принимать меры, чтобы и продукт затворения вяжущего водой не попали пари воды и углекислота, находящиеся в воздухе. Для этого исследуемое вещество термостатируется и бюксе с притертой крышкой. или сбрасывание производится и стеклянных запаянных ампулах с оттянутыми копчиками, которые разбиваются внутри калориметра при помощи особого приспособления. Мы использовали бумажные цилиндрики с компенсационным эффектом, получавшимся путем сбрасывания пустого цилиндрика в камеру. Предложены меры но устранению так называемого «фона» и разработана методика для записи длительных процессов, например, гидратации клинкерных минералов без работы установки в ночное время.

В качестве примера можно привести исследование влияния вяжущеводного отношения при гидратации свежеобож- жениого а-полуводного гипса (табл. 3).

Процесс гидратации гипса рассмотрев для двух вяжущеводных отношений (1:2 и 1:3). На кривых гидратации имеются два максимума. Первый из них соответствует теплоте смачивании, выделение которой продолжается около минуты. Для наименьшего водовяжущего отношения термокинетика процесса проходила так: гидратация гипса началась через 3—3,5 мин и до 10 мин выделение тепла уравновешивалось процессом растворения, идущим с поглощением тепла 11 частичным рассеянием тепла. После 5 мин началась собственно гидратация с выделением тепла, достигшим максимума через 20 мин. Тепловыделение закончилось через 40 мин.

На микрокалориметре можно исследовать процессы гидратации клинкерных минералов и экзотермии цементов с получением автоматически записанных термокинетических кривых.

С его помощью можно исследовать фазовым состав и его изменения для таких материалов, как минеральные волокна. искусственные пористые заполнители со стекловидным строением или частично остеклованной поверхностью (перлит, керамзит). Хорошо вспученный керамзит с объемной массой 200— 250 кг/м3 имеет теплоту смачивания пофялка 0,05 кал/г, а у тяжелого керамзита (500—550 кг/м3) она почти в три раза больше — 0,454 кал/г. Воздействие водяных паров на стеклообразные силикатные материалы вызывает гелеобразование, а последнее отражается на теплоте смачивания.

Установка ТППНИСИ работает сравнительно недавно. В настоящее время продолжается накопление материалов, разработка и корректирование методик. Те результаты, которые получены для силикатных материалов, позволяют надеяться на широкое использование таких приборов.