ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВСПУЧИВАНИЯ ГАЗОБЕТОНА

Основными физическими параметрами, определяющими свойства газобетонной смеси в процессе вспучивания, являются предельное напряжение сдвига то и вязкость, которые связаны между собой законом Шведова — Бингама

Предельное напряжение сдвига обычно определяют методом извлечения рифленой пластинки, а для определения вязкости в основном используют ротационные вискозиметры различных типов. Поэтому конкретные величины, получаемые при использовании различных экспериментальных способов, зависят от конструкции применяемых приборов и устройств, а также от условий эксперимента, и результаты могут значительно отличаться

В этой связи представляется целесообразным разработать аналитическую модель вспучивания на базе фундаментальных уравнений физики, позволяющую определять из условий одного эксперимента в непосредственной зависимости от параметров состояния вспучивающейся смеси.

Такая модель может быть создана при использовании аппарата термодинамики необратимых процессов, позволяющего рассматривать вспучивание газобетона как результат развития процессов формирования поверхностей раздела фаз при внутреннем газовыделении и образования газовых пор, обусловливающих увеличение объема материала.

Для систем, развитие которых определяется поверхностными эффектами, изотермическая работа изменения состояния равна изменению свободной энергии Гельмгольца

Однако, согласно первому началу термодинамики, работа, связанная с механическими изменениями состояния, внешняя (обратимая) часть свободной энергии Гельмгольца, которая является постоянной величиной.

Для термодинамического анализа вспучивания газобетона рассмотрим модель газовой поры (рис. 1), которая может быть представлена как двухслойная сфера радиуса, где внутренний слой есть пленка жидкости, а внешний — упруго- вязко-пластичная растворная масса. Толщина внешнего слоя намного больше толщины внутреннего слоя.

Тогда увеличению объема поры dV в результате действия внутреннего избыточного давления газа Р противодействуют коэффициент поверхностного натяжения воды о и предельное напряжение сдвига растворной части. В этом случае общее изменение свободной энергии может быть описано уравнением определяет процесс вспучивания, что согласуется с выводами, полученными ранее.

Для проверки выражения (8) проведены экспериментальные исследования вспучивания смеси состава цемент : молотый песок=1 : 1 при Л/Г —0,4. Эксперименты проводились в изотермических условиях при Т = 313, 323, 333 К, для которых величины коэффициента поверхностного натяжения воды равны соответственно 69,4; 08,1; 00,6 дни/см. Определение средневзвешенного радиуса пор п его изменение производилось но кинетической кривой увеличения объема при вспучивании с учетом увеличения радиуса от начального (нулевого) до конечного (1,137 мм) значения.

Полученные расчетные формулы могут быть использованы для определения предельного напряжения сдвига и коэффициента объемной вязкости по экспериментально измеренным величинам избыточного давления газа. при сравнении полученных данных изменения предельного напряжения сдвига во время вспучивания газобетонной смеси но расчетной формуле с результатами, полученными по известной методике Вейлера — Ребиндера, наблюдается удовлетворительная сходимость. С помощью расчетной формулы определена величина и характер изменения коэффициента объемной вязкости в процессе вспучивания. Установлено, что вязкий коэффициент поперечной деформации во время вспучивания в пределах варьируемой температуры практически является постоянной величиной. С повышением температуры вспучивания коэффициент имеет тенденцию увеличиваться и находится в пределах от 0,29 до 0,31.