Структурная организация межфазных слоев при создании кристаллогидратных композиционных материалов

• Автор: Яковлев, Григорий Иванович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 288 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ МЕЖФАЗНЫХ СЛОЕВ В КРИСТАЛЛОГИДРАТНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ
1.1. Механизмы гидратации и твердения в кристаллогидратных композиционных материалах.

1.1.1. Кластеры и ультрадисперсные системы в кристаллогидратных композитах

1.1.2. Структурообразование в твердеющих кристаллогидратных системах .

1.1.3. Влияние структуры воды на морфологию межфазных слоев в кристаллогидратных матрицах

1.1.4. Структурирование граничных слоев в кристаллогидратах

1.2. Квантовохимические расчеты при моделировании

структурообразования в кристаллогидратных системах.

1.3. Методы анализа межфазных слоев в композиционных материалах

1.4. Средства расшифровки спектральной информации.

Выводы из обзора состояния проблемы
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ МЕЖФАЗНЫХ СЛОЕВ КРИСТАЛЛОГИДРАТНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Влияние характера взаимодействий в межфазных слоях на физикомеханические свойства композиционных материалов
2.2. Зародышеобразование в твердеющих кристаллогидратных системах
2.3. Моделирование межфазных взаимодействий в кристаллогидратных композитах
2.3.1. Моделирование гидратации системы СаБО, Н
2.3.2. Моделирование гидратации системы Са4 БЮг Н
2.3.3. Механизм образования структур различной морфологии при
изменении среды .
Выводы из 2 главы .
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ,
СОСТАВА И МОРФОЛОГИИ КРИСТАЛЛОГИДРАТНЫХ ФАЗ И МЕЖФАЗНЫХ СЛОЕВ
3.1 Методология исследований физикохимических процессов в межфазных слоях
3.1.1 Комплекс методов физикохимических исследований структуры кристаллогидратных композитов.
3.1.1.1. Рентгенофазовый анализ кристаллогидратных композитов.
3.1.1.2. ИКспектроскопия кристаллогидратных композитов.
3.1.1.3. Дифференциальнотермический анализ кристаллогидратных композитов
3.1.1.4. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ кристаллогидратных композиций.
3.1.2. Методы анализа структуры кристаллогидратных композитов
на нанометровом уровне.
3.1.2.1. Методы электронной Ожеспектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
3.1.2.1.1. Рентгеновская Ожеэлектронная спектроскопия межфазной поверхности в кристаллогидратных системах.
3.1.2.1.2. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия кристаллогидратных композитов различной морфологии.
3.1.2.1.3. Массспектрометрия поверхности кристаллогидратов.
3.1.2.1.4. Ртутная порометрия капилярнопористой структуры композитов.
3.1.3. Специализированное программное обеспечение для физикохимического
анализа и математического моделирования .
3.1.3.1. Автоматизация рентгенофазового анализа кристаллогидратных
композитов.
3.1.3.2. Идентификация ИКспектров кристаллогидратных композитов
3.1.4. Обработка результатов многофакторного эксперимента
3.1.4.1. Методы математического моделирования .
3.1.4.2. Создание математической модели многофакторного эксперимента .
3.2. Исследование структуры, состава и морфологии кристаллогидратных фаз и межфазных слоев в композитах на основе гипсовых связующих, активированных ионизированной водой
3.2.1. Методы активации воды затворения.
3.2.2. Химический состав воды затворения.
3.2.3. Гипсовые композиции повышенной водостойкости .
3.2.3.1. Структурообразование в гипсовом вяжущем
3.2.3.1.1. Гидратация строительного гипса. Факторы, определяющие структуру и водостойкость затвердевшего гипсового камня
3.2.3.1.2. Причины, ограничивающие водостойкость гипсовых композитов
3.2.3.1.3. Влияние воды затворения на показатели свойств гипсовых композитов
3.2.4. Формирование микроструктуры гипсозольных композиций при изменении водородного показателя среды
3.2.4.1. Физикохимические свойства гипсозольной композиции приготовленной с использованием ионизированной воды
3.2.4.2. Физикомеханические свойства и практическое использование гипсозольной композиции
3.2.5. Влияние ионизированной воды затворения на межфазные взаимодействия в гипсошлаковых композициях
3.2.5.1. Активизация системы гипс строительный шлак мартеновский ионизированной водой .
3.2.5.2. Взаимосвязь межфазной поверхности кристаллогидратных фаз и свойств гипсошлаковой композиции .
Выводы из 3 главы .
ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ МЕЖФАЗНЫХ СЛОЕВ
В КРИСТАЛЛОГИДРАТНЫХ КОМПОЗИТАХ НА ОСНОВЕ АКТИВИРОВАННЫХ МАТРИЦ И НАПОЛНИТЕЛЕЙ
4.1. Структура кристаллогидратных композиционных материалов на
основе ангидритовых связующих.
4.1.1. Методы активации безводного сульфата кальция в составе фторан
гидрита .
4.1.2. Модификация структуры кристаллогидратов в фторангидритовой композиции
4.1.3. Быстротвсрдеющая кристаллогидратная композиция.
4.2. Фазовые изменения в структуре кристаллогидратной композиции
при спекании
4.2.1. Структура кристаллогидратной композиции после спекания.
4.2.2. Исследование структуры и свойств сульфатносиликатной композиции
4.3. Формирование кристаллогидратных огнезащитных вспучивающихся покрытий.
4.4. Силикатные покрытия на основе кристаллогидратных
композитов.
ГЛАВА 5. РЕГУЛИРОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ МЕЖФАЗНЫХ СЛОЕВ В
КРИСТАЛЛОГИДРАТНЫХ КОМПОЗИТАХ.
5.1. Регулирование морфологии кристаллогидратных фаз в древесномагнезиальных композициях
5.1.1. Методы активации магнезиального связующего
в кристаллогидратных композициях.
5.1.2. Структура и морфология кристаллогидратных фаз в древесномагнезиальных композициях
5.1.3. Рентгенофазовый анализ кристаллогидратов в древесномагнезиальной композиции
5.1.4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия магнезиальной композиции
5.1.5. Исследование деформационных свойств кристаллогидратной композиции на магнезиальном связующем и ее практическое использование.
5.2. Роль ультрадисперсных систем в структурировании межфазиых слоев в кристаллогидратных композициях.
5.3. Упрочнение кристаллогидратных композиций углеродметаллсодержащими тубуленами
5.3.1. Нанотубулярные формы как промежуточное состояние вещества .
5.3.2. Технология низкотемпературного синтеза углеродных нанотрубок методом стимулированной дегидрополиконденсации и карбонизации
5.3.3. Исследование физикохимических свойств синтезированных углеродных нанотрубок
5.3.4. Нанодисперсное армирование кристаллогидратных композиционных материалов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


До тех пор, пока будет в наличии жидкая фаза, раствор является насыщенным продуктами реакции, что обусловливает непрерывность кристаллизации с обязательным образованием кристаллизационных контактов между частицами по механизму, разработанному А. Ф. Полаком. Чрезвычайно важное значение при твердении вяжущих веществ имеет разделение зарядов в процессе растворения и кристаллизации. Эго явление обусловливает наличие общего избыточного заряда поверхности как растворяющихся, так и кристаллизующихся частиц. Так воздушная известь растворяется полностью и образующиеся кристаллы гидрата оксида кальция имеют преимущественно одинаковый по знаку избыточный положительный заряд, поэтому длительное время подавляющее значение имеют силы отталкивания. Лишь в завершающей стадии они снижаются при уменьшении величины заряда. В этот период силы водородной связи могут иметь большую величину и определять структурообразование . Естественно, что прочность структуры твердения извести определяется, в основном, водородной связью. Гипс также имеет избыточный положительный заряд на поверхности кристаллогидратов и, поэтому в твердеющей системе между частицами также будут превалировать силы отталкивания. Однако введение в состав гипсового вяжущего минеральных частиц с противоположным знаком заряда на поверхности приводит к усреднению связей. В итоге получаются композиционные гипсовые составы , , , в которых начинает преобладать ионионный характер связей. При гидратации цемента образуются кристаллы гидратов, имеющие различный избыточный заряд поверхности. Гидросульфоалюминат кальция, гидроксид кальция, гидроалюминат кальция, двуводный гипс заряжены положительно вследствие наличия на поверхности кристаллогидратов ионов Са2 и А , с низкой подвижностью. Гидросиликаты кальция заряжены отрицательно, так как в структуре при растворении остаются преимущественно ионы БЮд2 рис. Таким образом, в системе имеются в наличии частицы с различным знаком избыточного заряда. Эти частицы будут притягиваться друг к другу с установлением вначале связи через молекулы воды с силой, не превышающей водородную связь. Затем, по мере сближения, между частицами будут устанавливаться иондипольная и ионная связь взаимодействия с образованием кристаллического сростка. Таким образом, разделение зарядов при растворении и кристаллизации портландцемента существенным образом сказывается на образовании структуры твердения. Нейтрализация этих зарядов введением тонкодисиерсных компонентов золыуноса, железистого кека, тонкомолотых шлаков, дегидратированной глины будет способствовать изменению связей взаимодействия. Возможно использование при разработке композитов нанодисперсных компонентов углеродные фуллерсны и нанотрубки, которые не только компенсируют поверхностный заряд на кристаллогидратных фазах, но и обеспечивают структурную организацию межфазных слоев. Необходим также учет структуры и состояния поверхности наполнителей на основе органического сырья при создании органоминеральных составов с целью получения долговечных композиций, так как наличие однородного знака на поверхности минеральной матрицы и наполнителя может привести к низким механическим показателям материалов. Наряду с вопросом о величине степени пересыщения важен вопрос с точки зрения технологии и об однородности этого пересыщения или его локальном проявлении. Рис. Механизм гидратации силикатов кальция по Горшкову и О. На рис. Благодаря выбору возникновения перенасыщения, однородного или на подложке, можно управлять составом, размером и морфологией частиц осаждаемой твердой фазы. Обычно однородное перенасыщение всей системы технологически осуществить гораздо сложнее, чем локальное перенасыщение. Если не использовать специальные способы, то легко возникают осадки при местном перенасыщении в виде игл и пленки. В случае пористой структуры у строительных конгломератов отмеченные образования способствуют уплотнению структуры, однако, возможны случаи, когда при местном перенасыщении, вследствие неоднородных деформаций, возможна частичная деструкция с образованием микротрещин особенно часто такое явление наблюдается при ускоренной тепловлажностной обработке искусственных силикатных материалов.