Модификацияланған құрылыс материалдары мен бұйымдарының гидрофобтық қасиеттерін анықтау

Гидрофобтаушы қоспалармен модификацияланған материалдыңгидрофобты қасиетін анықтау кезінде оларға су тамшысы тамызылады (НИИЖБ ұсынған әдістеме бойынша). Егер 10 мин. ішінде тамшы материалға сорылмаса, онда үлгі оған ендірілген қоспа есебінен гидрофобты қасиетке ие болды деп болжанады.

Қоспа қосылған үлгілердің гидрофобтық қасиетін анықтау үшін, осы үлгілер үшін жұғу бұрышының шамасын анықтау қажет. Жұғу бұрышы (q) дегеніміз – бұл қатты және сұйық, сұйық - газ немесе екі жұқпайтын сұйықтықтар, олардың жалпы жұғу периметрінің үшфазалы жанасу сызығы бөлетін бетіне жанасатын жазықтықтар арасындағы бұрыш.

Осы мақсатта үлгіге пипеткамен судың үлкен тамшысы тамызылып, кейіннен суретке түсіріледі. Суретке түсіру арнайы сандық фотоаппарат көмегімен, таспадағы тамшы бейнесін 2,5-3,0 есе үлкейту арқылы жүргізіледі. Проекциялық шығару кезінде тамшыны 7-15 есеге үлкейту қажет. Бұндай үлкейтулер жұғу бұрышының шамасын анықтауға болатын, біршама анық бейне алуға мүмкіндік берді. Жұғу бұрышы бөліну шегі 0-180⁰ дейінгі, ал бөліну шамасы 10⁰ болған оптикалық бұрышөлшегішпен, 5⁰ дейінгі дәлдікпен жүргізіледі. Егер q > 90⁰ болса, сұйық денеге жұқпайды, q < 90⁰ болса, жұғады деп есептеледі. Толық жұғу q = 0 жағдайына сәйкес келеді.

Жұғу бұрышының шамасына материалдың құрылымы күшті әсер етеді. Егер оның беті үздіксіз, бірақ кедір-бұдырлы және бетінің нағыз ауданы көрінетін (геометриялық) ауданынан n есе артық болса, онда байқалатын жұғу бұрышы q_n қатты дене мен сұйықтықтың арасындағы адгезияны сипаттайтын нақты бұрыш емес, көрінетін бұрыш болады. Бұл жағдайда жұғудың көрінетін және нақты бұрыштары мына қатынаспен байланысады:

 

(2.34)

Бұдан таңбасы кедір-бұдырлыққа тәуелді емес, бірақ оның абсолютті мәні әрқашан n>1 мәнге ие кедір-бұдырлы бетте арта түсетіндігі көрінеді.

Осылайша беттің кедір-бұдырлығы жұғу бұрышын, егер ол 90⁰ жоғары болса артуына, ал егер ол 90⁰ аз болса, төмендеуіне алып келеді. Бұндай доғал нағыз жұғу бұрышы кезінде сұйық тереңге өтпейді және қатты денеде көрінетін жалпақ бет тек шоқылардың төбесінде ғана түзіледі, бұл тереңдеу жерлерде сұйыққа байланысты адгезиялық қабілеті төмен ауа болатынды-ғымен түсіндіріледі. Ал жұғу бұрышы сүйір болған жағдайда сұйықтың қатты бетке жұғуы төмендей отырып, тереңге енеді. Беттің кедір-бұдырлығы және қуыстылығы жоғары болған сайын көрінетін жұғу бұрышы нақты жұғу бұрышынан өзгеше болады. кеуектілігі жоғары материалдар, тегіс немесе қатты бетке ие материалдарға қарағанда тіпті гидрофильдік жағдайда, яғни нақты шеттік бұрыш 90⁰ кем болған жағдайда да үлкен көрінетін жұғу бұрышына ие болады. Бұл материалдың кеуектілігі жоғары болуы ауа мөлшерінің артуына және адсорбциялы ауа қабығын біршама берік ұстап тұруына алып келуімен түсіндіріледі және соған сәйкес жұғу гистерезисінің жоғары мәнін береді.

Осылайша, қатты беттердің гидрофобтылығы тек олардың химиялық және молекулалық табиғатымен ғана емес, елеулі дәрежеде олардың микрорельефімен де анықталатындығын көрсетеді. Бұл жағдайды гидрофобты материалдарды алу кезінде ескеру қажет.

Таңдалған материалдармен тәжірибе жүргізу кезінде, гидрофобтаушы қоспалар материалдың кейбір қасиеттерін өзгертетіндігіне көңіл бөлу қажет. Мысалы, су және буөткізгіштіктің төмендеуі, қоспалардың әсерінен материалдың тығыздығы мен су өткізбеушілігінің артуынан және кеуек пен капиллярлар қабырғасының гидрофобталуы қамтамасыз етілетіндігіне байланысты болады. Басқаша айтқанда, материалдараға судың жұғуы төмендейді. Жұғу өлшемі (М_с) ретінде жұғу периметрі бойынша жанасатын үш бөлу беттері шекарасындағы беттік кернеулікпен байланысқан (жұғудың шеттік бұрышы) шамасы алынған:

 

(2.35)

 

Жұғудың шеттік бұрышы мәніне сәйкес төмендегі жағдайларды ажыра-тады:

1. Шеттік бұрыш сүйір: q<90⁰, яғни >0; бұл жағдайда сұйықтың бетке жұғатындығы (немесе «шектелген жұғу») жайлы айтылады.

2. Шеттік бұрыш доғал: q>90⁰, яғни <0; онда сұйықтың бетке жұқпайтындығы (немесе «нашар жұғатындығы») жайлы айтады.

3. Шеттік бұрыш анықталмайды және тамшы жұқа қабыққа жайылады – «толық жұғу» немесе жайылу жайлы айтылады. Материал бетінің гидро-фобтық қасиеттерін бағалау үшін, гидрофобтықты бағалау q>90⁰ болған шектелген жағдайларда жүргізуге болатындықтан, бұл көрсеткішті қолдануға болмайды. Оған қоса, жұғу өлшемінің шамасы бұл кезде теріс мәнге ие болады. Бұл факторлар беттің гидрофобты қасиеттерін, көрсеткіштердің бар мәні бойынша, сонымен бірге қоспалардың гидрофобтау қасиеттерін де бағалауға мүмкіндік береді, Осыған сәйкес бетон бетінің гидрофобты қасиеттерін сипаттайтын және мына формуламен анықталатын гидрофобтық (М_г) өлшемі ұғымын енгізуге болады:

 

М_г = 1 – немесе М_г = 1 – (s_қг – s_қс)/s_сг (2.36)

 

Гидрофобтық өлшемі (М_г) мен жұғу өлшемі (М_ж) арасында мынандай тәуелділік бар:

 

М_г = 1– М_ж (2.37)

Ұялыбетонды беттер үшін (2.35) формула бойынша гидрофобтық өлшемін анықтау, белгілі классикалық әдістермен оның кеуекті құрылымы негізінде материалды құраушыларды анықтау мүмкін болмағандықтан қиындайды.

Осыған байланысты қоспалардың және басқа да оларды дайындайтын технологиялық факторлардың гидрофобтықтың салыстырмалы өлшемі өзгерісіне әсерін бағалауға мүмкіндік беретін, капиллялрлық сору шамасы негізінде материалдың гидрофобтық өлшемін есептеудің талдау әдісі ұсынылды. Негіз ретінде А.В.Лыков ұсынған әдіс қабылданған. С.В.Танаевтың еңбектеріне сәйкес жұғудың шеттік бұрышы бірқатар параметрлерге тәуелді:

(2.38)

 

мұндағы: s₁₂ – материал кеуектеріндегі сұйықтың беттік кернеулігі; – 1/Н; dH/dt координаталарындағы түзудің иілу бұрышының тангенсі; h – судың тұтқырлығы.

Жекеленген капиллярлар үшін түзудің иілу бұрышының тангенсі мына қатынасқа сәйкес келеді:

 

(2.39)

 

мұндағы Н – капиллярлық сору биіктігі; t – капиллярлық сору уақыты.

С.В.Танаевтың жұмысында r - радиусты модельді монокапиллярлы денеге қолдануға болатын (2.39) формуланы, олардың кеуектерінің орташа Г_ор мәнін ескере отырып нақты капиллярлы-кеуекті материалдарға қолдануға болатындығы көрсетілген.

Әрі қарай (2.39) формуланы қоспалы және қоспасыз ұялыбетонды үлгілердің гидрофобтық өлшемін сандық салыстыру үшін қолдануға болады. Осы мақсатта мына формуламен анықталатын гидрофобтықтың салыс-тырмалы өлшемі ұғымы енгізілген:

 

(2.40)

 

Бұл жағдайда құрамында қоспасы бар және қоспасыз ұялыбетонды үлгінің булы кеңістіктігіндегі судың тұтқырлығы h_с мен беттік кернеулігін s₁₂, қоспа гидротермальды өңдеуден соң суда ерімейтін күйге көшетін болғандықтан бірдей деп қабылдауға болады. Онда формула мына түрге өтеді:

 

(2.41)

 

мұндағы: – қоспасыз үлгі үшін 1/Н; dH/dt координаталарындағы түзудің иілу бұрышының тангенсі; Г⁰ – қоспасыз үлгі капиллярларының орташа радиусы; Г^Д – қоспасы бар үлгі үшін сол мән.

 

А.Б.Лыков әдістемесіне сәйкес есептегенде капиллярлы-кеуекті денелер үшін dH/dt уақыт ішіндегі капиллярлық сору биіктігінің өзгеруі мен капиллярлық сору биіктігіне қарама-қарсы 1/Н шамасының арасындағы тәуелділік, түзуге жақын екендігі ескерілді. Оған қоса капиллярлық сору биіктігі сіңірілетін су мөлшеріне, яғни (W_вс) үлгідегі капиллярлық соруға пропорционал болады.

W_вс = f (t) тәуелділігіне ие бола отырып, қоспалы және қоспасыз үлгілер үшін қатынасын анықтау мүмкіндігі туады.

(2.41) формулаға Г_ор ұялыбетонды үлгі капиллярларының орташа радиусы мен қатынасының тәжірибеде анықталған мәндерін қоя отырып, оның гидрофобтылығының салыстырмалы өлшемінің шамасын есептеуге болады. Үлгі капиллярларының орташа радиусын сынапты порометрия әдісімен, ал W_вс мәнін капиллярлық сору кинетикасын анықтау кезінде тәжірибе жүзінде анықтауға болады. Зерттеулер көрсеткендей, W_вс және t арасындағы тура байланыс, ерітінділерді капиллярлық сорудың 48 сағатына дейін сақталады. Одан әрі қарай ол үлгінің бетінен ылғалдың булануы салдарынан өзгереді. Сондықтан, мәнін нақты осы түзусызықты ауданда анықтау қажет. Есептеулердің нәтижелері көрсеткендей, гидрофобтықтың салыстырмалы өлшемі көрсеткіштері бойынша үлгілердің гидрофобтық қасиеттерін бағалаудың ұсынылған әдістемесі қойылған мәселені салыстырмалы қарапайым және жоғары дәлдікпен шешуге мүмкіндік береді.