Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




13.10.2019


13.10.2019


10.10.2019


10.10.2019


09.10.2019


08.10.2019


08.10.2019


08.10.2019


06.10.2019


06.10.2019





Яндекс.Метрика

Контакты | Карта сайта
         » » Регулирование межфазных взаимодействий компонентов микроструктуры асфальтобетона высоковольтными электрическими разрядами

Регулирование межфазных взаимодействий компонентов микроструктуры асфальтобетона высоковольтными электрическими разрядами

29.03.2016


В строительной индустрии перспективным является применение высоковольтных электрических разрядов и электромагнитных полей высоковольтной короны для активации компонентов искусственных строительных конгломератов (ИСК) различного назначения. При этом значительно в большей мере изучены как ИСК с минеральной матрицей, так и изменение свойств последних при высоковольтной активации в различных режимах и условиях энергонагружения. Существенно в меньшей степени эти вопросы разработаны применительно к ИСК с органической матрицей.
Практически важным является установление различий в физико-технических свойствах структур твердения с органической матрицей и возможность их регулирования в технологии высоковольтной активации электрическими разрядами компонентов упомянутых выше структур асфальтобетона.
Разрешение данной задачи связывается с реализацией высоковольтной активации тремя принципиально отличными друг от друга путями:
- высоковольтная активация минерального порошка в электромагнитном поле импульсного коронного разряда, достигаемая разрядкой генератора импульсных напряжений на рабочий коронирующий проводник;
- высоковольтная активация минерального порошка в электромагнитном поле импульсного пробоя слоя порошка в газовой среде;
- высоковольтная активация в электромагнитном поле электрических разрядов при различной полярности коронного разряда и рабочего проводника.
Принятые типы активации охватывают основные формы проявления высоковольтных разрядов, различных по энергонагружению на объект обработки, в том числе лавинную и стримерную формы коронного разряда. В качестве объекта обработки в экспериментах приняты органическое вяжущее, минеральный порошок и асфальтовяжущее в целом. Вяжущим принят битум БНД 90/130 Омского НПЗ. Минеральный порошок представлял собой отходы асбестоцементной промышленности г. Гурьевска. При подготовке песчаного асфальтобетона (типа Г) принят песок дробления гравия Томского месторождения.
Приняты во внимание два концептуальных подхода, имеющих место при межфазных взаимодействиях.
Во-первых, формирование структур твердения, особенно на ранних стадиях, во многом зависит от течения адгезионных процессов, выражающихся в смачивании и прилипании битума к минеральной поверхности компонентов асфальтобетона, в том числе порошка. В свою очередь, термодинамические условия смачивания характеризуются определенным энергетическим балансом, который в условиях технологии высоковольтной активации можно регулировать. Применительно к проводимым исследованиям задача сводится к установлению изменений границ неравенства удельной поверхностной энергии минерального порошка и поверхностного натяжения битума при различном энергонагружении объекта обработки. Рост границы неравенства приводит к стимулированию процессов смачивания и прилипания, а значит, к росту межфазных взаимодействий и улучшению свойств ИСК.
Во-вторых, при регулировании энергонагружения более глубокие поверхностные и объемные изменения объекта обработки в электромагнитных полях высоковольтной активации связываются с возникновением сильновозбужденных состояний, для которых поведение объекта обработки не может быть описано в полном объеме на основе изменений различного рода дефектов как возмущений основного состояния.
Разрешение первого подхода осуществлено косвенным путем по изменению температуры размягчения (на приборе «Кольцо и шар»), которая увеличивается с ростом межфазных взаимодействий в дисперсной системе битум - минеральный порошок. Экспериментальные исследования проведены при высоковольтной активации коронным разрядом постоянного напряжения в условиях изменения потока заряженных частиц на поверхность минерального порошка от коронирующего проводника, не имеющего контакта с объектом обработки и гальванической связи последнего с противоположным электродом (землей). Результаты исследований приведены в табл. 5.2.
Регулирование межфазных взаимодействий компонентов микроструктуры асфальтобетона высоковольтными электрическими разрядами

Из экспериментальных данных табл. 5.2 следует, что как при положительной, так и отрицательной полярности проводника имеют место в принятых режимах высоковольтной активации минерального порошка отличия в значениях температур размягчения.
Изменение условий энергонагруженности при постоянстве полярности рабочего проводника также приводит к различию температуры размягчения. Подобное различие, с учетом в данном типе и условиях высоковольтной активации воздействий на минеральный порошок коронным разрядом в классическом его виде, связано с изменением удельной поверхностной энергии объекта обработки. При идентичных условиях и режимах обработки рост межфазных взаимодействий в исследуемой дисперсной системе в большей степени проявляется при отрицательной полярности коронирующего проводника и постоянстве режимов обработки. Если при расстоянии до объекта обработки 80 мм, времени обработки 180 с и положительной полярности температура размягчения равна 58,2 °C при напряжении активации 100 кВ, то при отрицательной полярности коронирующего проводника и тех же режимах обработки даже при меньшем энергонагружении (напряжение 80 кВ) температура размягчения составила 66,0 °С. Следует отметить превышение температуры размягчения исследуемых дисперсных систем на активированных минеральных порошках по отношению к температуре размягчения контрольной серии (неактивированный минеральный порошок), которая составила 51 °С.
Из приведенных в табл. 5.2 данных обращает на себя внимание существенное различие температур размягчения, а значит, и межфазных взаимодействий в системе «битум - минеральный порошок» даже при принятых временах обработки.
Временной фактор в технологии высоковольтной активации коронным разрядом связан, с одной стороны, с требуемой по условиям технологии непрерывной обработкой объекта и, с другой стороны, с необходимостью выявления сохраняемости свойств после обработки.
Влияние длительности непрерывного воздействия высоковольтным коронным разрядом на изменение температуры размягчения для условий обработки каждого из компонентов и асфальтовяжущего в целом представлено на рис. 5.3, 5.4.
Из приведенных данных (рис. 5.3, 5.4) видно, что, независимо от того, какой из компонентов в системе «битум - минеральный порошок» обрабатывается электромагнитным полем высоковольтного коронного разряда, закономерность изменения температуры размягчения от длительности времени обработки носит резко выраженный нелинейный характер. Существенные (основные) изменения в температуре размягчения как при обработке МП, так и битума, имеют место в диапазоне времен непрерывной активации до 10 мин.
Регулирование межфазных взаимодействий компонентов микроструктуры асфальтобетона высоковольтными электрическими разрядами

Время выдержки обработанного МП до контакта с битумом более 10 мин приводит к ощутимому снижению межфазных взаимодействий, что необходимо учитывать в реальных условиях технологии подготовки асфальтобетонов на активированном минеральном порошке.
Следует отметить, что экспериментально получены наибольшие изменения в температуре размягчения при высоковольтной обработке коронным разрядом всей системы в целом «битум - минеральный порошок» с сохранением закономерности по роли фактора длительности обработки (рис. 5.5). Данное обстоятельство прогнозирует эффективность технологии активации коронным разрядом всей асфальтобетонной смеси в целом.
Регулирование межфазных взаимодействий компонентов микроструктуры асфальтобетона высоковольтными электрическими разрядами

Рост границ неравенства удельной поверхностной энергии минерального порошка и поверхностного натяжения жидкой фазы (битума) приводит к стимулированию процессов смачивания и прилипания, что способствует усилению межфазных взаимодействий и, как следствие, к улучшению свойств асфальтобетонов на активированных компонентах.
Углубленные исследования по влиянию режимов обработки высоковольтным коронным разрядом минерального порошка на свойства структур твердения на органической основе проведены при постоянстве напряжения, равного 75 кВ, на коронирующем проводнике и времени обработки 150 с. Регулировка режима активации достигалась геометрическим изменением расстояния между объектом обработки (минеральным порошком) и коронирующим проводником, имеющим по своей длине перпендикулярно установленные дополнительные электроды (острия) размером 50 мм. Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 5.3.
Регулирование межфазных взаимодействий компонентов микроструктуры асфальтобетона высоковольтными электрическими разрядами

Результаты экспериментальных данных (табл. 5.3) подтверждают возможность регулировки свойств асфальтобетона путем изменения режимов высоковольтной активации коронным разрядом. Регулировка свойств по отношению к контрольной серии в проводимых исследованиях получена для указанного выше ряда показателей в табл. 5.3 соответственно в интервале 7-43, 3-34 и 19-32 %. Обращает на себя внимание полученная тенденция улучшения свойств асфальтобетона на активированном минеральном порошке при высоковольтной обработке в условиях нахождения части рабочего электрода в толще минерального порошка. Подобное энергонагружение при такой форме высоковольтной активации стимулирует процессы более глубоких поверхностных и объемных изменений объекта обработки, которые способствуют росту межфазных взаимодействий и, как следствие, улучшению физико-механических свойств исследуемой композиции. Течение этих процессов связывается не только с ростом удельной поверхностной энергии минерального порошка от воздействия высоковольтного коронного разряда в своем чистом виде, но и с возможным созданием сильно возбужденного состояния от электромагнитного поля рабочих электродов, в том числе находящихся в толще минерального порошка.