шамотная глина для штукатурки и кладки печи, как развести раствор, как приготовить

Жидкое стекло обширно используется в строительных работах и во время обычного ремонта. Это объясняется диапазоном качеств материала, в том числе способностью к гидроизоляции, разнообразием обрабатываемых поверхностей: древесины, кирпича, штукатурки и бетона. Одним из основных его назначений является защита от влаги, а также повышение огнестойкости строений, конструкций, грунтование кирпичного или бетонного основания.

Составляющие глины

Готовый материал чем-то походит на камень. Можно найти его и в форме порошка. В этом случае его подмешивают к раствору. Некоторые разновидности доступны и в форме кирпичей. Цвет каолина может отличаться в зависимости от технологии изготовления. Он может быть белым с кремовым отливом, серо-коричневым.
Основу составляет глина с высокодисперсными гидросиликатами алюминия. Такому материалу можно придавать любые формы, например, делать брикеты. Временной интервал и температура обжига могут быть отличными. После этого производится дробление и придание зернистой структуры. Основными составными компонентами в составе шамотной глины являются::

• оксид кальция;
• кварц;
• соединения калия и магния.

Также включает она натрий, железо в виде оксидов.

В магазинах шамот продается, как сухая смесь в мешках. Его производят из сырья с высоким содержанием гидроалюмосиликатов высокодисперсного типа. Кроме этих компонентов в составе огнеупорной глины есть:

• Na натрий;
• оксиды Ca кальция;
• K калий;
• Fe железо;
• Mg магний;
• алюмооксиды и другие компоненты в зависимости от вида сырья.

При покупке нужно обращать внимание не только на состав, но и на срок годности. Входящий в состав стройматериала каолин со временем утрачивает свои свойства. Просроченным товаром пользоваться нельзя.

Состав и инструкция по применению нанесены на упаковку
В составе шамотной глины имеются элементы натрия, магния и железа. Но основная часть приходится на высокодисперсные гидроалюмосиликаты.

Очень часто огнеупорная глина используется для изготовления декоративных элементов. Это могут быть изразцы, статуэтки и даже бытовая посуда. Пластичность такой глине придают специальные компоненты, добавленные в состав.

Шамотная глина может использоваться при приготовлении качественного раствора для кладки печей и оштукатуривания различных поверхностей. При решении вопроса, как оштукатурить печь шамотной глиной, точное соблюдение всех технологий позволяет самостоятельно выполнить весь процесс от приготовления раствора до нанесения его на поверхность.

О тонкостях процесса

• Промешивать массу необходимо тщательно, что бы не осталось сухой смеси.
• Нельзя давать массе сохнуть на воздухе – промесили, отформовали и сразу в ванну.
• В ванне изделия должны быть покрыты раствором полностью.
• Если изделия массивные – делайте их с внутренними полостями: они будут легче, расход сырья уменьшится, раствору соли будет проще проникнуть в глубь массива.

Если осталась неиспользованная масса – не беда: поместите остатки массы в полиэтиленовый мешок, вытесните воздух из мешка, плотно перевяжите и в тенёк, до следующего раза! Технология позволяет использовать вчерашние остатки со свежеприготовленным раствором на следующий день. Важно, чтобы масса не имела контакта с воздухом, он враг!

Достоинства огнеупора

Глина шамотная жаростойкая огнеупорная известна человеку несколько тысяч лет. С тех пор сфера ее применения изменилась мало. Среди других природных материалов, обладающих теми же свойствами, этот огнеупор был выбран, благодаря таким преимуществам:

• покрытия и изделия из него не разрушаются, не растрескиваются, держат приданную им изначально форму, их характеризует длительный срок службы;
• экологически безопасная природная осадочная порода не наносит ущерба здоровью человека и окружающей среде;
• глина имеет высокие адгезионные качества, она прекрасно сцепляется с металлическими, каменными, кирпичными и другими поверхностями;
• изделия и покрытия способны стабильно и долго выдерживать нагревание;
• материал паропроницаем.

Разновидности

Технические характеристики

Рассматривая технические характеристики шамотной глины для штукатурки печи, необходимо отметить следующее:

• Размер зерен соответствует двум миллиметрам.
• Шамот высокого обжига поглощает не более 10% влаги, а низкого обжига не более 25% влаги.
• Максимальная температура, которой противостоит материал, составляет 1850С.
• Влажность качественного материала не превышает 5%.

Определяя требуемое количество материала, следует знать:

• Стандартной упаковки глины 20 кг хватает для укладки 30 кирпичей.
• Для 1 м3 кладки следует приобрести 100 глины.
• Раствор, приготовленный с точным соблюдением технологии, становится абсолютно твердым через 24 часа при условии, что температура воздуха не опускается ниже 10С.

Приобретая шамот-глину, надо обращать внимание на срок годности материала. Также важно, чтобы продавец сохранил его в подходящих условиях. Ухудшают свойства материала:

• влажный воздух;
• длительное хранение;
• доступ воды.

Срок годности материала составляет 3 года, если он хранился в сухом помещении и целостность заводской упаковки не была нарушена. Какие параметры должна иметь качественная глина:

• размеры включений — в районе 2 мм;
• показатели поглощения влаги — от 2 до 10% у высокожженого, и до 20% – у низкожженого;
• влажность — не более 5%;
• огнеупорный показатель — до 1850 градусов.

К основным преимуществам глины с огнеупорными свойствами относится ее способность противостоять воздействию высоких температур. Также у нее хорошие характеристики адгезии и паропроницаемость. Среди других плюсов выделяют:

• продолжительный срок эксплуатации;
• экологичность;
• надежность.

Минусом является большая стоимость, если сравнивать с аналогичными видами глин.

Варианты использования

Каолин можно использовать для кладки печи. Также применяют его в качестве штукатурки, для изготовления декоративных изделий.

Кроме использования в декоративных целях, глина-шамот активно применяется при укладке печей, каминов

При постройке печей смотрят на маркировку, нанесенную на поверхность изделий. Обычно указывается буква «Ш». Чаще всего используется материал для кладки топки, так как стоимость его высока, поэтому для остальной части работы применять его непрактично. Укладывают его на специальную глину. Характеристики у неё те же, что и у кирпича.

Глина шамотная огнеупорная обладает уникальными фактурой и составом. Вот почему дизайнеры обратили на нее внимание и стали использовать для производства уникальных заготовок. Это могут быть керамическая посуда, оригинальные статуэтки. Для обеспечения большей пластичности добавляют различные примеси.

История

Как то в беседе зашла речь о строительных материалах, которые, для удешевления строительства можно сделать самому. Мы стали перечислять виды подобных материалов, от обычной соломы, до глинобитной технологии.

Жаркий спор развернулся вокруг преимуществ и недостатков подобных материалов: качество – ниже среднего, пожароопасность в случае нарушения технологии, дефицитность (оказывается, что и солома может быть в дефиците), трудоемкость производства подобных материалов и технологий, потери времени, необходимость длительной просушки строений, защите их от атмосферных осадков и дополнительной постоянной вентиляции стен, теплопроводность и т. д.

Что бы ткнуть носом в инфу — полез сам и поразился скудности выложенной информации – способ древний, а описано, будто рецепт «филосовского камня» — мутно и туманно! Хотя, припоминаю одно интервью по радио, в котором мужик жаловался корреспонденту, что в интернете «какими то структурами была стерта подробная информация о способах изготовления искусственного песчаника»!

Производство материала

Иногда можно услышать о том, что штукатурка начала осыпаться и покрылась трещинами. Чаще всего такое явление имеет место, если материал держали в неподходящем месте, либо у него истек срок годности. Еще один вариант развития событий — неправильное приготовление состава. Первый попавшийся материал для этого не подходит.

Важно хранить сухую смесь шамотной глины в сухом месте
Чтобы сделать своими руками раствор шамотной глины для выкладки печки, требуется следовать определенным инструкциям и использовать в тех или иных соотношениях основные компоненты.

Шамотный порошок имеет те свойства, которые он приобрёл, в зависимости от способа производства. Значение имеет и фракция материала. Для шамотной глины используется своя особая маркировка. Если на упаковке указана буква «У», это говорит о применении бракованного каолина на производстве. Он является более дешевым, но не стоит задействовать его в важных работах. Варианты, как развести шамотную глину:

• 2 части шамотного песка фракцией не более 0,5 мм на 1 часть каолина;
• 4 части шамотного песка на 1 часть каолина и столько же синей глины.

Для долговечности обрабатываемой поверхности, раствор с глиной надо смешивать правильно
Обычный песок не стоит использовать при приготовлении такого раствора. При нагреве он будет сильно расширяться. Речной тоже не стоит применять, так как он не обеспечит необходимой адгезии. Если раствор должен быть более прочным, добавляют в него портландцемент. Но этот ингредиент снизит огнеупорные характеристики. Если учесть все эти особенности, работать с этим материалом будет легко и просто.

Чтобы разводить состав для кладки печи, надо взять подходящую по объёму ёмкость, чтобы раствор не выплескивался. Также допустимо применять любой вариант раствора из указанных выше. Размешивать его надо так, чтобы в нём не осталось твердых включений. Смесь должна получиться густая. Оставляют ее на 3 суток, наливают воды, чтобы в итоге раствор был похож на сметану. Если он стал слишком жидким, насыпают порошка. Если, наоборот, масса густая, в ней нет комков, ее можно считать идеальной.

Важно выдерживать раствор и не торопиться добавлять к нему воду. Терпение играет здесь ключевую роль, иначе глина потрескается. Есть специальные составы для быстрого замешивания. Они удобны, так как не надо ждать по несколько суток. Правда, и стоят они дороже. В такую смесь прибавляют клей ПВА. Для армирования задействуют стекловолокно.

Мои потери

Была у меня заветная тетрадь, 44 листа записей разных «ноу хау», интересных химических реакций, идей, почти готовых к реализации в дело… Начал вести ее еще в студенчестве.

Предлагаем ознакомиться Фонтан водопад на даче своими руками

Почему была? Да уже пять лет прошло, как ее съел Курт — моя немецкая овчарка! Очень тосковал по мне , когда я находился на вахтах, потому и грыз в клочья все, что пахло мною, когда оставался один – без присмотра близких! Для меня это самая большая утрата: разодранные вещи, книги можно купить новые, а записи… Говорят, что рукописи не горят, но мы даже не задумываемся , что с ними могут сделать любимые домашние питомцы!

Особенности огнеупорной глины

Огнеупорная глина имеет некоторое преимущество перед другими материалами благодаря следующим характеристикам:

• Долгий срок эксплуатации. Раствор из шамотной глины не трескается, не крошится и долго держит исходную форму.
• Высокие адгезионные свойства, благодаря чему материал отлично сцепляется с любой поверхностью.
• Паропроницаемость.
• Способность выдерживать достаточно сильное нагревание.
• Безопасность и соответствие экологическим требованиям.

Приготовление раствора из шамотной глины для кладки печей ведется по аналогии со штукатурными смесями, способы нанесения также аналогичны, что дает большой плюс материалу.

Шамотная смесь подходит для скульптурных работ и декоративного оформления, для строительства печей и каминов. Изделия становятся прочными благодаря испарению влаги в процессе высыхания глиняного состава. В результате получается высокопрочный материал, устойчивый к высокой температуре.

Особенностью шамота можно назвать следующее:

• Он не крошится под воздействием высокой температуры.
• Материал устойчив к воздействию внешней среды.
• Первоначальная форма остается в неизменном виде на протяжении долгого времени.

Выбирая материал для конкретной работы нужно обращать внимание на его технические характеристики:

• размеры зерен;
• температура обжига: при более низких показателях шамот поглощает до 25% влаги, при более высоких – до 10%;
• показатели влажности, качественный огнеупор не должен содержать более 5%;
• температурный предел стройматериала, максимальная граница — 1850 градусов С.

Предлагаем ознакомиться: Жидкое стекло — 88 фото лучших способов легкого использования!

Камин из шамотного кирпича и раствор огнестойкой глины

применение и можно ли использовать для гидроизоляции?

Одним из универсальных строительных материалов, что имеет ряд преимуществ, является жидкое стекло. В строительстве применяют жидкое стекло для гидроизоляции и для других работ, также оно применяется и в других областях.

Данный материал представляет собой раствор щелочи, это может быть силикат К или Na. В народе его называют силикатный клей.

Для того чтобы сделать жидкое стекло, песок и сода сплавляются в единую массу при этом должна быть очень высокая температура. Есть и другой вариант его изготовления, при этом на материал, что содержит кремний, воздействуют раствором K, Li или Na при поддержке постоянной температуры.

Благодаря тому, что те молекулы, что расположены на поверхности жидкого стекла, плохо связаны между собой, чем те, что внутри, этот материал имеет высокую кляющую способность.

Материал имеет низкую теплопроводность, поэтому часто используется для создания теплоизоляционных материалов и с его помощью выполняется гидроизоляция.

Если изоляция сделана на основе этого компонента, то она может выдерживать большое количество размораживаний и замораживаний, а также температуру до 1300 градусов.

Использование в строительстве

Применение силикатного клея может быть в разных сферах, но чаще всего это делается в строительстве. Одним из основных его назначений, является гидроизоляция, а также приготовление жаро, кислото и водостойких бетонов.

Используется оно и для повышения огнестойкости ткани и деревянных конструкций, для проведения грунтовки кирпичной или бетонной поверхности.

При помощи жидкого стекла выполняется гидроизоляция фундаментов, бассейнов и колодцев. Этот компонент имеет и антисептические свойства, поэтому используется для защиты от грибка и плесени.

Для того чтобы сделать грунтовку, смешивают цемент, жидкое стекло и воду в соотношении 1:1:1. Инструкция предусматривает, что сначала перемешивают цемент и воду и только потом добавляют указанный компонент.

Для того чтобы сделать огнеупорный раствор, к обычному раствору, что используется для кладки печей, надо добавить 15% от количества цемента жидкого стекла.

Если при помощи указанного материала будет проводиться гидроизоляция своими руками, то готовится раствор из равных частей цемента, песка и жидкого стекла.

Слой раствора для гидроизоляции должен быть не меньше 2-3 мм. Для того чтобы обработать поверхности от грибка и плесени, надо сделать раствор из равных частей жидкого стекла и воды, им можно обрабатывать деревянные поверхности, но если нанесете его на стены, то к ним не прилипнет шпаклевка.

Когда проводится гидроизоляция колодца своими руками, то технология предусматривает, сначала промазывание стен силикатным клеем, а уже после этого раствором для гидроизоляции.

Если раньше этот материал использовался очень часто, то современные материалы, при помощи которых выполняется гидроизоляция или грунтовка, в своих составах уже имеют все необходимые компоненты. Если вы будете делать раствор своими руками, то нельзя готовить большие порции, так как он быстро застывает. Если раствор немного застыл, его можно разбавить водой.

Еще одной интересной областью применения этого вещества является мытье посуды. Надо разбавить жидкое стекло с водой в пропорции 1:25 и в этом растворе прокипятить посуду.

Она будет блестеть и вымоется лучше, чем любым дорогим средством для мытья посуды. Указанное вещество может быть использовано и для того, чтобы склеивать разные материалы, такие как картон, ткань, дерево.

Данный материал может использоваться для укладки линолеума или поливинилхлоридной плитки, технология его применения ничем не отличается от обычного клея, им можно замазывать трубы, все работы просто выполнить своими руками. Часто его применяют садоводы, после выполнения обрезания деревьев.

Если материал замерз, то надо внести в комнату и постепенно оттаить, он снова готов к употреблению, при этом не теряет своих первоначальных свойств.

Для чего добавлять в бетон?

Данный материал имеет низкую стоимость, а применение жидкого стекла для гидроизоляции бетона, значительно улучшает его свойства. Особенно актуально его применять, когда бетон часто находится в условиях повышенной влажности, и после этого также поверхности не будет покрываться грибком и плесенью, нанести его можно своими руками.

Если вы сразу добавить указанный компонент в бетон, то его застывание значительно ускоряется, а это не всегда допустимо. Опытные мастера рекомендуют пропитывать уже готовый бетон составом из равных частей воды и силикатного клея.

В том случае, если вы планирует красить или покрыть штукатуркой эти поверхности, то применение такого состава недопустимо, так как к нему плохо пристает любой отделочный материала или краска.

В составе указанного вещества есть щелочь, поэтому если будете его применять в строительстве или при проведении других работ, надо защищать руки и надевать перчатки.

Есть и огнезащитная краска на основе калиевого силиката, она может применяться как в сухих, так и во влажных условиях. Краска, что сделана на основе натриевого силиката, во влажных условиях дает на поверхности высолы.

Заводская огнезащитная краска выпускается в двух упаковках. Сухая смесь своими руками смешивается с жидким стеклом, перед началом выполнения работ, такая краска должна быть использована на протяжении 6-12 часов после ее приготовления.

Перед тем как использовать жидкое стекло, его температура должна быть доведена до температуры помещения. Со дня изготовления гарантийный срок хранения составляет 1 год, но его можно использовать и после указанного срока, просто надо проверить на соответствие заявленным характеристикам.

Смотрите нашу видео-подборку по использованию жидкого стекла:

strojkarkas.com

Варианты использования

Материал может использоваться для шпаклёвки. Правда, здесь должен быть несколько другой состав. Запасаются нужными материалами — берут по 1 части портландцемента, 2 части шамотной глины и 7 частей карьерного песка. Замешивается смесь так же, как и для укладки кирпичей. Металлическая сетка используется для фиксации шамотной штукатурки.

К глиняному раствору можно добавлять материалы, усиливающие необходимые свойства
Добавки находят применение, чтобы усиливать отдельные свойства раствора. Это клей ПВА, жидкое стекло или поваренная соль. Последнюю используют по 100 г на ведро раствора. Массовая доля стекла должна составлять не более 3% от общего количества. Добавки представляют собой хороший вариант для совершенствования характеристик изделий.

Шамотная глина абсолютно безопасна, но все же попадание ее на лицо нежелательно. Кроме того, следует обеспечить оптимальную циркуляцию воздуха в помещении, где проводятся работы.

Способ устройства водоема

Конечно, дно можно забетонировать, но это будет долгий процесс и к тому же дорогостоящий.

Поэтапно обустройство водоема состоит из следующих этапов:

• На самое дно вырытого котлована, где будет расположен водоем, выстилается 15 сантиметровый шар песка.
• Сверху производится укладка геотекстильного полотна.
• Поверх полотна выстилается гидравлическая изоляционная пленка.
• Далее все покрывается еще шаром геотекстиля и выкладывается гравий.

Вторым вариантом можно назвать применение готовых пластических форм, которые реализовываются в магазинах. Эта форма закапывается как ванночка в грунт и не требует больше никаких дополнительных работ, кроме подвода и спускания для водных масс.

Описание работы с глиной шамот в разных сферах

Строительная сфера чаще всего использует глину подобного вида, это стало возможным благодаря техническим характеристикам материала и его высокую адгезию с любой поверхностью.

Огнеупорную глину можно использовать самостоятельно или примешивать к растворам штукатурки. Шамот не только термически стоек, но имеет глубокие коричневые и бурые оттенки, и эффектную фактуру. Эстетические качества существенно расширяют сферу применения материала:

• производство строительных огнеупоров;
• дизайн помещений с использованием шамотной штукатурки;
• отливка и лепка сувениров, посуды, статуэток;
• подготовка растворов для сооружения печей и каминов;
• для формирования теплоизоляционных экранов.

Для дизайнеров, скульпторов, мастеров-прикладников, оформителей огнеупорная глина открывает безграничные возможности. В нее можно добавлять различные наполнители и красители. Пластичный материал способен принимать самые замысловатые формы. Эффектная фактура приносит элемент неповторимости. В строительстве и ремонте шамот характеризует локальное применение.

Оформление стен помещений штукатуркой из шамота

Технология применения жидкого стекла

Нанесение жидкого стекла

В данном случае применяется строгая инструкция и способ нанесения. То есть, отступление от норм и правил приводит к ухудшению качества, а, значит, к снижению срока службы наносимого слоя. Поэтому в строительстве жидкое стекло наносится по следующему алгоритму:

1. Обрабатываемая плоскость очищается от мусора и пыли. Это важный момент, который упускать нельзя.
2. Чаще всего при обработке бетонных поверхностей жидкое стекло в чистом виде не используется. Для этого изготавливается смесь с добавлением цемента, где выдерживается соотношение 1:10. То есть, одна часть цемента, десять частей жидкого стекла. При этом цемент должен равномерно распределиться по всему объему раствора.
3. Далее при помощи кисточки или валика смесь наносится на бетонную поверхность. Это может быть пол, фундамент, стена, колонна и так далее.
4. Если стоит задача обработать деревянную поверхность, то жидкое стекло наносится в чистом виде. Есть и другой способ. Некоторые деревянные изделия (небольших размеров) перед использованием помещают в специально подготовленные емкости, заполненные жидким стеклом. Такое применение считается самым эффективным, при этом стекло не только покрывает древесину, но и частично проникает в него.

Предлагаем ознакомиться Как сделать жидкий пол из стекла, резины — рассматриваем по пунктам

Поверхность пола зачищается от мусора и пыли Смесь жидкого стекла и цементного растора Нанесение смеси на поверхность, промазывая швы и трещины

Нужно отметить, что применение жидкого стекла для гидроизоляции в строительстве и быту (ремонт помещений) – это возможность правильно провести сам процесс.

Ведь этот строительный материал имеет жидкую структуру, поэтому собой он заполняет все самые маленькие трещинки, выемки и сколы, делая поверхность монолитной.

Процесс оштукатуривания

Подготовка растворов для кладки печей и каминов, штукатурки для оформления помещений во многом аналогично замешиванию обычных составов. Нанесение на поверхности выполняется также, теми же инструментами, а именно двумя шпателями: одним инструментом раствор укладывается на поверхность и выравнивается, другим – устраняют подтеки. Для выпуска строительной керамики и масс для лепки используются другие рецептуры. Но общий принцип таков:

• содержимое упаковки засыпается в емкость;
• порошок заливается определенным количеством воды;
• набухание порошка продолжается 3-е суток;
• на 4-е сутки добавляется вода, в некоторых случаях – песок, в других – добавки;
• смесь перемешивается до однородной консистенции.

Замешивание раствора
Используют раствор из огнеупорной глины в тех случаях, когда требуется получить идеально ровную поверхность. В процессе работы обязательно используются уголки и специальный профиль. Добиться абсолютно ровной штукатурки помогают несколько профилей, установленных на одной стене. В процессе установки рекомендуется пользоваться отвесом или строительным уровнем. Уголки применяют для получения ровных краев, их приклеивают непосредственно на плоскость.

Для получения идеально ровной поверхности следует воспользоваться правилом. Его фиксируют поперек вертикальных профилей так, чтобы добиться одновременного касания всех маячков по горизонтали.

При установке маячков также следует обратить внимание на уровень выдвижения топочной дверки и поддувала. Уровень профилей и дверок должен совпадать, чтобы поверхность получилась гладкой, без выступов и впадин.

Улучшение свойств бетона

При строительстве дома можно добавить жидкое стекло в бетон — тогда он сразу будет с гидроизоляционными свойствами.

Цемент или бетон с добавками силикатного клея застывает гораздо быстрее, чем обычный, поэтому его необходимо замешивать сразу в нужном количестве и быстро, за один прием, заливать в опалубку. Такой бетон заливать без использования глубинного вибратора, чтобы не нарушить процесс образования кристаллов.

Для гидроизоляции пола раствор жидкого стекла наливают на стяжку одинаковыми порциями и быстро распределяют по полу с помощью шпателя. Затем поверхность прокатывают игольчатым валиком и выравнивают ракелем.

Слой силикатного клея должен быть толщиной 3-5 мм, причем залить его нужно за один прием. Важно, чтобы раствор был равномерно распределен по полу, не осталось неохваченных участков, состав должен проникнуть в поры.

Раствор для кладки каминов и печей

Печи и камины относятся к конструкциям, которые постоянно подвергаются сильному нагреванию, поэтому очень важно подобрать соответствующий материал. Огнеупорные кирпичи, для производства которых использовалась шамотная глина, отлично подходят для этого случая. Покупая кирпичи этого вида, следует обратить внимание на маркировку, которая должна содержать букву «Ш».

Перед началом работ необходимо определиться, какую часть отопительного прибора вы сложите за 1 раз. Готовить нужно строго определенную порцию. Расчеты делаются следующим образом. На каждый кирпич уходит приблизительно 1 килограмм раствора. Следовательно, чтобы положить 30 кирпичей вам потребуется замешать смесь из стандартного 2-килограммового мешка.

Если будет использован за раз 1 кубометр, то потребуется 5 упаковок. Работы выполняются по типовой схеме с использованием кварцевого песка. Пропорция глины и песка для большой печи — один к трем соответственно, небольшого очага – один к двум. Если используется готовый продукт из магазина, кварцевый наполнитель не потребуется. Особенности процесса:

• песок и глина или готовый продукт насыпается в емкость;
• туда же добавляется вода, она пропитывает порошок, когда он полностью промокнет, добавляется еще жидкость, ее поверхность должна быть на расстоянии одной фаланги пальца от мокрой смеси;
• смесь отстаивается до 3 суток;
• на 4-е раствор размешивают строительным смесителем до густоты домашней сметаны, если она суховата – добавляется вода, если жидкая – порошок;
• добившись нужной густоты и однородности можно приступать к работам.

Предлагаем ознакомиться: Чем замазать печь, чтобы она не трескалась от жара

Технология кладки на шамотную глину не отличается от обычной методики. Опытные мастера кладки отопительных приборов рекомендуют делать швы не толще 1 сантиметра. Конструкция должна полностью просохнуть, это длиться в зависимости от температуры и влажности воздуха от 2 суток. Опытные мастера считают, что в сложенной печи содержится не менее одной бочки воды.

Чтобы полностью ее выпарить, после высыхания внешнего слоя прибор нужно понемногу протапливать 2 раза в сутки небольшой охапкой дров. Летом эта процедура продолжается от 5 до 10 дней, зимой – до трех недель. Пока печь полностью не просохнет топить ее для обогрева помещений – нельзя. Так же стоит понимать, что отопительные конструкции – это не только источник комфорта в доме, но и опасности. Если мастер не уверен в своих познаниях, лучше воспользоваться услугами профессионалов.

Сооружение печей

Приготовление раствора для кладки печи своими руками: пошаговая инструкция

Перед тем, как приступать к самостоятельной кладке печи, необходимо подготовить специальный раствор. Данному этапу работ нужно уделить должное внимание, так как именно от качества его выполнения зависит срок эксплуатации печи, ее внешний вид и технические характеристики. Раствор для кладки печи можно сделать своими руками, об этом и пойдет речь в данной статье.

Какие растворы бывают?

Состав, образованный путем соединения воды, заполнителя и вяжущего вещества, называется раствором. Чаще всего для кладки печи или дымохода используют следующие виды таких составов или смесей:

• Глиняный — наиболее часто встречающийся в строительных работах. Его состав идеально подходит для кладки керамического кирпича.
• Бетонная смесь применяется для устройства дымохода и кладки фундамента топки.
• Смесь на основе жидкого стекла применяют не так часто. Обычно ее используют для гидроизоляции перекрытий и стен.
• Известковый раствор, как и бетонный, подходит для устройства фундамента дымохода/печи.

Рекомендуем прочитать: делаем фундамент под печь самостоятельно.

Важно! Состояние и срок эксплуатации печки зависит не только от качества приготовления раствора, но и от толщины его соединения. Чем тоньше шов, тем функциональнее будет работать отопительное сооружение.

Читатели считают данные материалы полезными:

• Печь «Шведка» — способ порядовки с колпаковым режимом топки и лежанкой
• Самостоятельное возведение печи голландки по схемам и чертежам

Глиняный состав

Глина — неотъемлемая часть смеси для кладки керамического кирпича. Как известно, именно такой кирпич используется для возведения большинства печей и дымоходов. Глиняные смеси могут быть приготовлены по-разному:

1. Жирный раствор очень пластичен, при высыхании он сильно трескается.
2. Тощая смесь сильно крошится при работе, она обладает минимальной прочностью и пластичностью.
3. Растворы с нормальной жирностью дают небольшую усадку, зато они пластичны и не трескаются после высыхания.

Важно! Чтобы печь правильно функционировала, ее кладка должна производиться с раствором нормальной жирности. Такая смесь выдерживает температуры до 1000 градусов по Цельсию.

Чтобы сделать глиняный раствор более прочным, можно добавить к нему цемент или поваренную соль. Необходимо соблюдать пропорции, к примеру, на 20 кг природного материала приходится 2 кг цемента или 200 г соли.

Как проверить глину на прочность, пластичность и жирность?

1. Нужно сделать небольшой шарик из глины и кинуть его на землю. Если он разломался, рассыпался или лепешка потрескалась, то в смеси слишком много песка. Такой раствор нужно разбавить глиной.
2. Пару килограмм глины нужно поместить в специальную емкость и залить водой. Все комочки разминаются и тщательно вымешиваются веселкой. Если весь инструмент обволакивается глиной, значит данный стройматериал очень жирный. К такому раствору обязательно нужно добавить песка. В случае, когда на веселке остаются отдельные части глины, насыпать песок не нужно. Если инструмент полностью покрывается слоем глины, значит, Вы имеете дело с суглинком. Такой состав необходимо разбавить более жирным составом.
3. Горная порода заливается водой и руками замешивается до тестообразного состояния. Она не должна прилипать к рукам. Из получившегося состава делают небольшой шар и кладут его между двумя дощатыми пластинами. Желательно использовать гладкие строганые деревяшки. Далее с двух сторон деревянные планки сдавливают до того момента, пока на глиняном комочке не появятся трещины. Их размер и характер появления и определяют состав глины. Шар из жирной глины потрескается, когда его сожмут на ½ диаметра. Суглинок дает трещины при даже малом воздействии. Нормальная глина покрывается трещинами при сжатии на треть от диаметра шарика.

Про

Порядок подготовки штукатурки из шамота для отделки и декорирования

Штукатурка готовится несколько иначе:

• в емкость засыпают огнеупор и песок в пропорции два к семи соответственно, песок используют исключительно мелкозернистый, пропорция выдерживается строго, в противном случае есть риски растрескивания;
• порошок заливают водой и оставляют на три дня;
• в набухший раствор засыпают портландцемент в пропорции одна к двум частям глины;
• размешивают материал строительным смесителем.

Важно использовать весь объем штукатурки в течение ближайшего времени. Далее раствор теряет свои технологические качества. Если работы планируются несколько дней подряд, то каждый день приготавливается новая порция штукатурки. Кроме вышеперечисленных ингредиентов можно использовать и другие:

• добавка клея ПВА обеспечит искорененное просыхание, в естественных условиях отделочный слой на основе шамота выделяет влагу в течение двух суток;
• жидкое стекловолокно обеспечит дополнительную пластичность массе и прочность;
• каменная соль добавит прочности и ускорит высыхание.

Отделка интерьера шамотным огнеупором в стиле ретро

Раствор для дизайнерской керамики

Выпуск керамики из огнеупорной глины может выполняться двумя способами: с обжигом и без этого процесса. Но начинается работа с подготовки раствора:

• в емкость закладывают шамот и обычную глину в пропорции шесть к четырем соответственно;
• материалы заливаются водой и выстаиваются в течение нескольких дней;
• раствор тщательно вымешивается смесителем до густой консистенции – для отливок;
• материал заливается в формы и высыхает несколько суток в зависимости от размеров и геометрии, для ускорения можно использовать клей ПВА;
• застывшую массу вынимают из формы и дорабатывают, согласно проекту.

Для скульптуры замешивается смесь более густой консистенции, так, чтобы ее можно было закреплять на каркасе. Добавки жидкого стекла в 3% от общего объема упростят работы. Если запланирован обжиг, его выполняют не менее чем через двое суток после окончания декорирования. Температура не должна превышать 1320 градусов С, после которой начинается стадия плавления.

Декор для сада из огнестойкой глины

Жидкое стекло

Также для изолирования бетонных домашних водоемов можно применить составы из жидкого стекла, которые добавляются в сам раствор при заливке или применяются для уже готового строения.

Для этого берется порошковый состав стекла и разбавляется водой, в пропорции указанной на упаковке.

Так как есть смеси, которые имеют период застывания от 20 секунд до 20 минут, то первые используются для добавки непосредственно в бетон, а вторые применяются исходя из выбранного варианта нанесения.

Те, что застывают быстро, размешиваются и наносятся на стены домашнего водоемы при помощи пульверизатора. Те, которые имеют более долгий период застывания, можно разводить и наносить кисточкой или валиком. Следует делать замес маленькими партиями, чтобы не опоздать с нанесением и не испортить материал.

Этапы приготовления глины

Для домашних мастеров очень важно знать, как приготовить шамотную глину для кладки печей. Для этого можно воспользоваться следующей схемой:

• Берут упаковку порошка и засыпают ее в заранее приготовленную емкость.
• Заливают порошок водой и оставляют для набухания на трое суток.
• По истечении этого времени вновь доливают воды и одновременно перемешивают глину. Процесс продолжают до получения однородной массы.
• В некоторых случаях допускается добавление песка.

В процессе работы с глиной необходимо постоянно перемешивать раствор, от этого зависит качество работы. Кроме того важно обратить внимание на консистенцию раствора, в слишком густой состав рекомендуется добавлять воду, в жидкий – порошок. Особенно важно выполнение этого условия при кладке печи с использованием огнеупорной глины.

Количество воды в растворе играет важную роль: сухой состав крошится и осыпается, жидкий – стекает по рабочей поверхности. Поэтому очень важно знать, как развести шамотную глину для кладки печей. При расчете используемой воды следует учитывать, что раствор нормальной консистенции напоминает густую сметану.

Химизм реакции

подробно описывать не буду, кому интересно – Google в помощь! А своими словами: ионы двухвалентного кальция из раствора соли замещают собой ионы натрия из жидкого стекла, из-за чего это самое жидкое стекло превращается в быстротвердеющий гель, связывающий в монолит всю массу. В свою очередь, ионы натрия вынуждены уходить в водный раствор, превращаясь в хлорид натрия.

Как видите, весь процесс проходит в два этапа:

• Замес массы и ее формовка.
• Запуск химической реакции «окаменения» изделия в ванне.

Не следует их объединять в один процесс: не успеете промешать всю массу, как она окаменеет!

Жидкое стекло глина.

KIA Cerato «The Power to Surprise» › Бортжурнал › Обработка кузова глиной и покрытие жидким стеклом

You are here

Главная » Новости

28.12.2019 в 13:42

Новости

Содержание

1. Жидкое стекло глина. KIA Cerato «The Power to Surprise» › Бортжурнал › Обработка кузова глиной и покрытие жидким стеклом
2. Раствор для печки с жидким стеклом. Раствор с жидким стеклом для гидроизоляции
3. Мертель и жидкое стекло. Что такое мертель шамотный
4. Жидкое стекло с шамотной глиной. Инструкция работы, расход на раствор, сколько сохнет
   • Как пользоваться и разводить
   • Как приготовить штукатурный раствор
   • Как замешивать раствор для кладки кирпичей своими руками
5. Цементный раствор с жидким стеклом для кладки печи. Мнение эксперта: Жидкое стекло и цемент, пропорции

Жидкое стекло глина. KIA Cerato «The Power to Surprise» › Бортжурнал › Обработка кузова глиной и покрытие жидким стеклом

Tat-arin Был 1 неделю назад

32 года
Я езжу на KIA Optima «The Power to Surprise» (до этого — KIA Cerato , Mitsubishi Lancer и Mitsubishi Lancer )
Альметьевск, Россия

Привет друзья.
Где то месяц назад не далеко от места стоянки моего авто красили что-то пистолетами, когда я обнаружил машину всю в точку(краска белая) и на ощупь такая неприятная-шершавая, был крайне расстроен. Но прикупил голубую глину и решил поделиться с вами результатом проделанной работы.
Моем автомобиль, разминаем глину как пластилин. Брызгаем на обрабатываемый участок кузова мыльный раствор и потихоньку круговыми движениями начинаем тереть. Там все просто-в процессе все понятно становится. На всю машину ушло 2 часа и где то 1,5 часа на покрытие жидким стеклом 100 plus.
Что могу сказать -глина с.ка работает))) Убирает краску, битум, и кузов стал такой гладкий и приятный на ощупь. Еще один плюс глины, можно убрать её в мыльном растворе до необходимости. 100 гр на 2-3 машины точно хватит.
Глина -700 р
Стекло-1500 р
Работа глиной-0 р
Покрытие стеклом — 300 р.
Мойка — 400 р.

ДО. Белые крапинки краски

ДО

ПОСЛЕ.

ПОСЛЕ. Уже покрыто жидким стеклом.

Раствор для печки с жидким стеклом. Раствор с жидким стеклом для гидроизоляции

Чтобы работать с растворами с добавками жидкого стекла, нужно помнить о времени схватывания:

• Добавка силиката всего лишь 2-3% по массе сокращает это время до 30-40 мин, затем твердение раствора происходит за считанные минуты, а полностью раствор сохнет сутки.
• 10% добавки жидкого стекла (по объему цементного вяжущего) даст еще более резкое снижение «времени жизни» раствора – всего пять минут будет в распоряжении, чтобы выработать порцию раствора, а полное твердение наступит через 4-5 часов, в зависимости от температуры воздуха.
• Быстродействующие силикатные растворы по рецепту 1:1 (на одну весовую часть вяжущего одну весовую часть жидкого стекла) готовят, чтобы заделать трещины в трубах или бетоне и не допустить протечек. Клеевые цементно-силикатные растворы застывают в течении минуты – двух.
• Чтобы выполнить гидроизоляцию пола санузла, смотровой ямы гаража, ванной, погреба – раствор замешивают из цементного вяжущего с жидким стеклом по рецепту: на десять весовых частей цемента марки М400 одну часть силиката.
• Жаропрочная растворная смесь для кладки камина или печки должна быть достаточно густой. Рецепты растворов для печей примерно такие: цемент: песок: силикат = 1/3/0,2, консистенция раствора должна быть как пластичное тесто. Огнеупорный раствор содержит больше жидкого стекла: Ц:П:ЖС = 4/1,5/1,5.
• Гидроизоляцию колодцев выполняют раствором более жидким по сравнению с кладочным – по рецепту Ц:П:ЖС в равных весовых частях.
• Пустоты, раковины и трещины в бетонных основаниях или несущей конструкции из железобетона заполняют (инъецируют) растворами по рецепту: Ц:П:ЖС = 3/1/1.
• Укрепление поверхности фасада по бетону и штукатурке: Ц:П:ЖС = 1/2,5/0,5. Смесь должна быть по консистенции как для штукатурки.

Мертель и жидкое стекло. Что такое мертель шамотный

Этот материал представляет собой алюмосиликатную смесь с огнеупорными свойствами, позволяющую выдерживать температуры до 1750 градусов. Точные параметры этой продукции отражены в ГОСТе под номером 6137-2015 (ранее ГОСТ 6137-97).

В основе смеси шамот в виде порошка и огнеупорная глина. После смешивания в равных пропорциях материал высушивается и измельчается. Продукция выпускается в виде порошка различной фракции:

• Тонкозернистый (от 0,24 до 1 мм). Основу такого материала составляет шамотный порошок – 80–85% и глина – 15–20%.
• Среднезернистый (от 1 до 2 мм). В этом составе 75–80% шамота и 20–25% глины.
• Крупнозернистый (от 2 мм до 2,8 мм). В такую смесь входит 70–75% порошка и 25–30% добавки.

Благодаря огнестойкости, жаростойкости и удобству использования, раствор является отличным вариантом для кладки печей и каминов и их внутренней обмазки. Особо устойчивые разновидности находят свое применение в промышленности. Удобная форма выпуска и фасовка в мешках разного объема облегчают транспортировку и хранение мертеля. Главное требование – отсутствие лишней влажности, поскольку состав может потерять свои основные качества.

Зернистость сухого состава напрямую влияет на качество и назначение раствора

Для приготовления смеси сухое вещество разводится нужным количеством воды и замешивается до необходимой консистенции. Правильное выполнение технологии – залог получения качественного результата.

Материал может быть термотвердеющим и воздушнотвердеющим. Второй вариант часто требует добавления жидкого стекла в объеме 8–10%, предварительно разведенного водой до плотности 1,36–1,40 г/см². Эту добавку используют в ситуациях, когда применяется низкотемпературный мертель, а рабочая температура печи не превышает 1000 градусов.

Внимание! Многие мастера-печники утверждают, что жидкое стекло применяется только для низкокачественных смесей с целью обеспечения затвердевания до розжига отопительной конструкции. Использование такого ингредиента в составе с отличными свойствами и при высоких температурах печи может привести к разрыву кладки и кирпичей.

Жидкое стекло с шамотной глиной. Инструкция работы, расход на раствор, сколько сохнет

Работать с шамотной глиной не просто, у многих новичков возникают проблемы: кладка получается непрочной, на штукатурке появляются трещины и она осыпается. Это происходит по той причине, что при обжиге каолиновая глина почти полностью теряет пластические свойства, и при замешивании раствора ей требуется вернуть пластичность. Для этого в раствор добавляют специальный клей или обычный кварцевый песок

Как пользоваться и разводить

Разводят шамотный порошок обыкновенной водой. Пропорции берутся в зависимости от дальнейшего использования полученного раствора.

Как приготовить штукатурный раствор

• Берем пачку шамотного порошка.
• Засыпаем его в специальную посуду
• Постепенно добавляем воду, пока порошок не покроется полностью водой.
• После этого разведенную глину настаиваем не менее трех суток.
• По истечение трех суток делаем окончательный замес.
• Добавляем кварцевый песок, если раствор жидкий; или воду, если густой.
• Тщательно размешиваем вручную или специальной дрелью.

Готовый шамотный раствор должен иметь консистенцию густой сметаны, тогда он не будет стекать, и будет хорошо прилипать к поверхности. Чтобы ускорить время схватывания раствора, в него можно добавить цемент, не более 2 кг на пакет шамотной глины.

Можно приобрести состав для моментального замешивания, который не надо настаивать в течение трех дней, но его цена в несколько раз выше. В оба состава добавляют строительный клей ПВА. Иногда их армируют стекловолокном. Готовый раствор можно наносить на поверхность с помощью шпателей.

Разводят смесь в ограниченных количествах, так как время затвердения составляет 48 часов.

Как замешивать раствор для кладки кирпичей своими руками

Шамотную глину разводят с песком и водой в большой емкости, можно взять для этого 10-15-литровый бак. В нем удобнее перемешивать раствор. Опытные печники рекомендуют проверять готовность раствора, зачерпнув ее мастерком. Если он не стекает и не липнет к мастерку, а медленно сползает по нему, не оставляя следов, раствор готов к работе.

При надавливании кирпичом он должен полностью заполнять неровности кладки.

Цементный раствор с жидким стеклом для кладки печи.

Мнение эксперта: Жидкое стекло и цемент, пропорции

Применение жидкого стекла в строительных растворах осуществляйте, согласно следующим рекомендациям:

• Жидкое стекло как гидроизоляционная добавка позволяет приготовить водостойкую штукатурку. Для раствора используйте 15% состав композита и смешайте с песчано-цементной смесью, соотношением 2,5:1.
• Жидкое стекло с цементом для выполнения гидроизоляции бассейнов смешивайте, соблюдая пропорцию: на 10 объемных частей смеси должна быть добавлена одна порция силиката.
• Цемент и жидкое стекло, а также песок, используемые, как защитные составы при изготовлении колодцев, применяйте в соотношении 1:1:1. Общая консистенция смеси должна соответствовать вязкости густой сметаны.
• Жидкое стекло для бытовых целей следует добавлять в бетон объемом не выше 10% от общего веса.
• Жидкое стекло и цемент, совместно с песком, перемешивается в соотношении 1,5:1,5:4 для подготовки обмазочных составов, обладающих огнеупорными свойствами. Доля воды для этого рецепта составляет не более четверти от общего объема добавки.

  Где вы предпочли бы жить: в частном доме, или квартире?

  Однозначно квартира! Комфорт, уют и тепло, вокруг люди и инфраструктура814 ( 7.62 % )

  Только частный дом! Вокруг тишина, покой, много места и мало людей!4859 ( 45.51 % )

  Зачем выбирать что-то одно? В городе квартира, а за городом — частный дом.4540 ( 42.52 % )

  Я — свободный Гражданин Планеты Земля! Мне не нужна рукотворная клетка!464 ( 4.35 % )

  Назад

  Для снижения твердеющих свойств рекомендуется сначала смешать жидкое стекло с водой, и только потом добавлять его в песчано-цементную смесь

• Жидкое стекло для подготовки обычного бетона применяйте, не превышая его концентрацию выше 3% от общего объема.
• Цементный раствор с жидким стеклом смешивайте для грунтования в равных соотношениях. Песок для этой операции не применяется, а на общий объем силиката добавляйте четвертую часть воды. Разводить следует вначале цементный раствор. Затем полученный цемент порциями добавляйте в емкость с силикатом, непрерывно помешивая.

Категории: Жидкое стекло, Жидкие стёкла, Раствор для печки, Раствор с жидким стеклом, Стекло для гидроизоляции, Стекло с шамотной глиной, Расход на раствор, Замешивать раствор для кладки, Цементный раствор, Стекло для кладки

Понравилось? Поделитесь с друзьями!

⇦ В ванной маленькие червячки. Насекомые в ванной: фото и названия

⇨ Декорации на Новый год своими руками. Новогодние игрушки и декор дома на Новый 2020 год своими руками

Пластичность глин и способы ее повышения

Федеральное государственное 

образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФАКУЛЬТЕТ: «Заочный»

КАФЕДРА: «Строительные материалы и технологии»

ДИСЦИПЛИНА: «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

 

 

 

Контрольная работа № 1

 

 

 

 

Выполнил:  Белохатюк В. С.

 

Уч. шифр  10-ВиВ-204

 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт — Петербург

2012

 

Содержание:

1. Ответы на контрольные вопросы
1. Что такое железобетон?
2. Пластичность глин и способы ее повышения
3. Жидкое стекло: получение, свойства, область применения.
4. Примеры активных минеральных добавок и их назначение при производстве портландцемента.
5. Что такое термозит, каковы его свойства и цели применении в строительстве?
2. Задачи №1, решение.
3. Задачи №2, решение.
4. Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Ответы на вопросы.

1. Что такое железобетон?

 

Бетон благодаря своей плотности  и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня в бетоне, с другой, защищает сталь от коррозии. Кроме того, бетон как сравнительно плохой проводник теплоты защищает сталь от быстрого нагрева при пожарах. Стальные конструкции при пожаре быстро нагреваются, сталь размягчается и вся конструкция начинает деформироваться даже под собственным весом. В железобетонных конструкциях стальная арматура защищена от огня слоем бетона. Так, опыты показали, что при температуре поверхности бетона 1000°С арматура, находящаяся на глубине 50мм, через 2 ч нагреется лишь до 500°С.

В современном строительстве все большее применение находит напряженно-армированный бетон. Как уже говорилось, прочность бетона на растяжение в 10…20 раз ниже, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устраняют введением в растянутую зону арматуры. Однако вследствие малой растяжимости бетона в растянутой его зоне возникают трещины, после чего всю нагрузку воспринимает только арматура. Пока ширина трещины менее 0,1…0,2 мм (так называемые волосяные трещины), они не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии арматуры.

При применении для армирования  высокопрочных сталей полное использование их прочности сопровождается относительно большим удлинением арматуры, что приводит к сильному растрескиванию бетона, а это, в свою очередь,— к коррозии арматуры из-за обнажения ее поверхности. Отсюда следует, что при обычном способе армирования применение высокопрочной арматуры нерационально. При армировании такой арматурой применяют метод предварительного натяжения арматуры.

Сущность этого метода состоит в том, что до загрузки железобетонной конструкции полезной нагрузкой ее арматуру растягивают наподобие резинового жгута; упором при этом служит бетон. Естественно, что чем сильнее растянута арматура, тем больше будет сжат бетон. Когда же к конструкции приложена полезная нагрузка, напряжения от нее, возникающие в растянутой зоне бетона, частично компенсируются предварительно созданными сжимающими напряжениями.

Поэтому в растянутой зоне бетона не возникнут трещины, а предварительно напряженная арматура получит от нагрузки дополнительное напряжение и ее высокая прочность будет реализована в большой степени.

В настоящее время применяют  два способа получения напряженно-армированного бетона. Один из них заключается в том, что арматуру натягивают и закрепляют на специальных анкерах, а затем укладывают бетон. После того как бетон достаточно затвердеет, арматуру освобождают и она, сжимаясь, сжимает бетон. Другой способ: в бетоне оставляют специальные каналы для напрягаемой арматуры. После затвердевания бетона арматуру вводят в каналы и натягивают, используя в качестве опоры затвердевший бетон. При этом в бетоне возникают сжимающие напряжения. После натяжения арматуры каналы заполняют цементным раствором.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используется прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность.

Благодаря универсальности и комплексу  ценных свойств железобетон на тяжелом и легком бетоне используют для строительства всех типов зданий и инженерных сооружений. Так, массовое строительство жилых зданий осуществляется из сборного железобетона, причем из него выполняют все элементы здания. В многоэтажных кирпичных зданиях фундаменты и перекрытия — железобетонные. Промышленные здания и инженерные сооружения в основном возводят из железобетона.

В зависимости от способа изготовления железобетонные конструкции могут быть монолитными или сборными.      

 

2. Пластичность глин и способы ее повышения

 

Вследствие взаимодействия, отчасти  физического, а отчасти химического, атмосферы на разнообразные горные породы, эти последние разрушаются  или, как говорят, выветриваются, образуя  новые минеральные вещества. Все  минералы, имеющие в своем составе полевой шпат, на счет его при выветривании дают глину, то всем известное тонкое и жирное на ощупь землистое вещество, которое повсеместно встречается, как на поверхности земли, так и на более или менее значительной глубине. Полевой шпат состоит из кремнезема, глинозема, окиси калия или окиси натрия. При выветривании полевой шпат разлагается так, что калий или натрий дают растворимый в воде углекислые соли, кремнекислота выделяется в свободном состоянии, а остающийся кремнекислый алюминий или глинозем и представляет собою собственно глину.

Глина относится к осадочным  породам, состоящим из гидроалюмосиликатов — с общей химической формулой nА12О3. mSiО2. zН2О. В глинах присутствуют примеси  кварцевого песка, полевых шпатов, карбонатов, некоторых оксидов и органических остатков. Глиняные частицы имеют малый размер (0,01 — 10,00мкм) и в основном пластинчатую форму. Они способны включать воду не только в свою химическую структуру (химически связанная вода), но и удерживать ее вокруг частиц в виде тонких прослоек (физически связанная вода).

Этих важных, с технической точки  зрения, свойств у глины немного, и мы начнем с того, что постараемся  в них разобраться. Сухая глина  с жадностью поглощает воду и  упорно удерживает ее между своими частицами. Намокшая до известной степени глина перестает через себя пропускать воду и делается водонепроницаемой и в то же время превращается в массу, которая, будучи хорошо перемята и перемешана, приобретает способность легко принимать разнообразнейшие формы и сохранять при высыхании; глина обладает, словом, тем свойством, которое называется «пластичностью». Рядом с пластичностью и в непосредственной связи с ней находится и другое свойство глины, а именно «связывающая» способность. Способность эта заключается в том, что глина с различными порошкообразными, не пластичными телами, вроде песка и т.п. ., дает однородное тесто, обладающее также пластичностью, хотя и в меньшей степени. Пластичность смеси уменьшается с увеличением содержания в ней непластичных веществ и наоборот.

В природе встречаются глины  с самыми разнообразными степенями  пластичности и связности, при чем  наиболее пластичные глины всегда способны удержать и большее количество воды, но замачиваются труднее, чем не пластичные, и требуют для насыщения водою  больше времени.

По пластичности глины разделяют на 5 групп — от высокопластичных до непластичных. Глины с высокой пластичностью носят название глин «жирных», так как дают при осязании в замоченном состоянии впечатление жирного вещества. Глины непластичные или мало пластичные носят название «тощих». Жирная глина даже в состоянии блестящая с виду и скользка на ощупь. Глина тощая на ощупь шероховата, в сухом состоянии имеет поверхность матовую и при трении пальцем легко отделяет мелкие землистые пылинки.

Пластичностью называют свойство глин образовывать при затворении с водой тесто, способное под действием внешних усилий принимать любую форму и сохранять ее в процессе дальнейшей обработки (сушки и обжига).

Пластичное состояние глины  характеризуют как промежуточное между хрупким (сухая глина) и текучим (глинистые суспензии) состояниями.

На пластичности глин основаны наиболее широко применяемые в практике способы  формования керамических изделий, поэтому  определение степени 

пластичности является одним из обязательных исследований, проводимых при анализе глин. Пластичность зависит от содержания воды в глине. Отличают пять характерных состояний смесей глины с водой:

1) верхний предел текучести,  когда глиняное тесто легко  течет;

2) нижний предел текучести, при  котором две порции глиняного теста, помещенные в неглубокую чашку, при легком отрывистом постукивании рукой почти не сливаются на дне;

3) нормальная консистенция, или  предел липкости (прилипания), — рабочее  состояние глины, при котором  она не пристает к руке и  металлу;

4) состояние, при котором глина  уже не раскатывается в нити;

5) состояние, при котором глина  теряет связность и рассыпается  при сдавливании.

Пластичность П (%) характеризуется  так называемыми числами пластичности, представляющими разность между  содержанием воды в глине, соответствующем нижней границе текучести (WT), и содержанием воды, соответствующем границе раскатывания, т.е. нижнему пределу пластичности (Wp), отнесенным к массе сухой глины:

П=WT-Wp,(1)

Поднять пластичность мало пластичной глины искусственными подмесями нет возможности, но понизить ее не трудно, а понижение это весьма часто бывает совершенно необходимым, ибо слишком жирная глина прилипает к форме и другим орудиям производства весьма сильно и трудно от них отстает; далее изделия из такой глины при высыхании обнаруживают весьма сильную усадку, т. е. сильно уменьшаются в размерах, что очень затрудняет их сушку, при которой изделия деформируются, и нередко получаются на них трещины. Песок, размолотый в порошок камень, обожженная и размолотая глина и др. подобные материалы вовсе непластичные могут служить для этой цели.

Обожженная и размолотая глина, носящая название шамота, как мы уже упоминали, также понижает пластичность глины. В то же время она увеличивает  пористость изделий уменьшает их усадку и подымает огнеупорность.

Известь также понижает пластичность глины, но является вообще говоря, примесью нежелательной, а выше 18-20% и прямо  вредной. Только при производстве каменного  товара со сплавленным черепком известь  всегда искусственно к глине прибавляется.

 
1.3. Жидкое стекло: получение, свойства, область применения

 

Жидкое  стекло — это водный раствор силиката натрия, воздушно вяжущее, изготавливаемое  путем обжига смеси, состоящей из кварцевого песка и соды. Полученное стекло после дробления растворяют в воде. Натриевое жидкое стекло применяется при производстве бетонов со специальными свойствами (кислотоупорных, жаростойких), огнезащитных красок и других материалов.

Такой материал незаменим в химической промышленности для производства силикагеля, силиката свинца, метасиликата натрия. В строительстве жидкое стекло применяется для защиты фундаментов от грунтовых вод, гидроизоляции стен, полов и перекрытий подвальных помещений, устройства бассейнов. Но это не единственное предназначение «водного раствора силиката натрия». Он удачно подходит для склеивания и связки строительных материалов, изготовления кислотоупорных, огнестойких и огнеупорных силикатных масс. Им можно склеивать бумагу, картон, стекло, фарфор. Жидким стеклом можно пропитывать ткани, бумагу, картон и деревянные изделия для придания им большей плотности и огнестойкости. Материал успешно используется для изготовления силикатных красок, клеев, моющих и чистящих средств, в качестве защитного средства при обрезке и ранении деревьев.

Жидкое стекло применяется в мыловаренной, жировой, химической, машиностроительной, текстильной, бумажной промышленности, в том числе, для производства картонной тары. В черной металлургии — как связующий материал при изготовлении форм и стержней. В литейном производстве — в качестве флотационного реагента при обогащении полезных ископаемых.

Жидкое стекло также применяется для склеивания и связки всевозможных строительных материалов, стеклянных и фарфоровых изделий. Для склеивания и пропитки бумаги и картона, различных деревянных изделий и тканей с целью придания им большей прочности и огнеустойчивости. Используется для закрепления фундаментов различных сооружений и защиты их от грунтовых вод, а также при изготовлении кислотоупорных, огнеупорных силикатных масс. Кроме того, жидкое стекло можно использовать как добавку к цементным растворам при гидроизоляции полов, стен и перекрытий подвальных помещений, устройстве бассейнов (1л жидкого стекла на 10 л раствора). А также в качестве защитного средства при обрезке и ранении деревьев. Производится 1,3 л и 3,5 л. а также ведра 14 л и 22 л.

Установка для приготовления жидкого  стекла описана ниже.

Установка состоит из автоклава, насосов, бункера, металлоконструкции, бака для  жидкого стекла, сливного рукава, шиберного  затвора, системы трубопроводов  пара и жидкого стекла.

Раздробленные силикатные глыбы из бункера через шиберный затвор поступают в автоклав, где производится разогрев паром и варка жидкого стекла. Автоклав и система трубопроводов жидкого стекла теплоизолированы минераловатными плитами и пароизоляционным слоем песчано-цементной штукатурки толщиной 15 мм по металлической сетке с применением клеевой окраски. Толщина общего слоя изоляции 60 мм. Паропроводы теплоизолированы асбестовым шнуром.

Трубопроводы крепятся к металлоконструкции специальными хомутами. Для отбора проб служит специальный трубопровод. Готовое жидкое стекло через сливной рукав сливается в бак. Перекачка жидкого стекла из бака осуществляется насосом Ш8-25-5,8/2,5Б-3. Предусмотрена возможность перекачки непосредственно из автоклава и из бака в автоклав.

 
1.4. Приведите примеры гидравлических добавок и укажите их назначение

 

Активная минеральная добавка  к цементу — минеральная добавка  к цементу, которая в тонкоизмельченном  состоянии обладает гидравлическими  или пуццоланическими свойствами /

Чаще всего активные минеральные  гидравлические добавки применяются  при изготовлении цемента для того. Чтобы придать ему разнообразные свойства. Рассмотрим примеры использования различные активных минеральных добавок при изготовлении цемента.

В результате использования разнообразных  приемок направленного структурообразования сегодня на практике удается получить высококачественный многокомпонентный цементный камень, модифицированный минеральными и химическими добавками, на основе которого могут создаваться самые различные материалы:

Переход глины из стеклообразного состояния в гелеобразное на поверхности жидкости

Abstract

Известно, что коллоидная глина в водных суспензиях проявляет множество объемных фаз в зависимости от начальной концентрации коллоида и ионной силы, и примеры этого включают отталкивание Коллоидные стекла Вигнера с низкой ионной силой и привлекательные гели с более высокой ионной силой из-за экранирования электростатических сил электролитом. На основе конфокальной рамановской микроскопии в сочетании с измерениями упругости мы делаем вывод, что глина, захваченная на квазидвумерных границах раздела между нефтью и водой, также проявляет замкнутые стеклообразные или гелеобразные состояния. Результаты могут быть важны для приготовления стабилизированных частиц коллоидных эмульсий или коллоидных капсул, и лучшее понимание этого явления может привести к новым технологиям эмульсии или инкапсуляции.

Введение

Коллоидные глины демонстрируют очень богатые фазовые диаграммы с различными взаимодействующими состояниями, включая неупорядоченные фазы жидкостей, гелей и стекол ^1,2,3 , а также упорядоченные нематические и столбчатые фазы ^4,5 . Хорошо изученной модельной системой в этом контексте является лапонит ^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13} , представляющий собой синтетическую смектитовую глину, состоящую из монодисперсных частиц размером 1 нанометр. толстые диски с соотношением сторон 1:25 с отрицательными зарядами поверхности и небольшими положительными зарядами обода ^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13} . Общий отрицательный заряд коллоидных частиц смектита, таких как лапонит, компенсируется катионами. Кроме того, поверхностные заряды можно эффективно экранировать путем добавления соли в водные дисперсии. Таким образом, в таких системах можно настраивать знак и величину эффективных взаимодействий между отдельными пластинками коллоидной глины, контролируя количество соли в воде. Таким образом, одной из особенностей фазовой диаграммы лапонита, которая вызвала интерес с фундаментальной точки зрения, является контролируемый солью переход между стеклом (межчастичное отталкивание, образующее вигнеровские стекла) и гелем (межчастичное притяжение, образующее сети) ^2,3,11,12,13 . В объемных смектитовых глинах такие наноструктуры с контролируемой концентрацией солей и частиц тесно связаны с их макроскопическими механическими и текучими характеристиками ^1,2,3,14,15 .

Эмульсии, стабилизированные частицами (т. е. эмульсии Пикеринга) ^16,17 , привлекают все большее внимание благодаря их превосходной стабильности по сравнению с традиционными эмульсиями, стабилизированными молекулами поверхностно-активных веществ ^18,19,20,21 . Как эмульсии Пикеринга, так и глины можно найти в самых разных отраслях промышленности, таких как пищевая, фармацевтическая, лакокрасочная и нефтехимическая, и поэтому существует как фундаментальный, так и практический интерес в «сочетании двух» и изучении эмульсий Пикеринга, стабилизированных частицами глины ^22,23 . Предыдущие работы в этом направлении изучали стабильность эмульсии масло-в-воде Пикеринга на основе глины ²³ , а также механические свойства отдельных глиняных армированных масляных капель ^24,25 . Мотивация настоящей работы состоит в том, чтобы исследовать, присутствуют ли наноструктуры смектитовой глины с регулируемой концентрацией соли и частиц и их результирующие механические свойства в пленках Пикеринга из лапонита на каплях масла в воде, подобно явлениям, описанным выше для массивного лапонита. Это связано с вопросами, касающимися контроля механических и текучих свойств пленок Пикеринга смектитовой глины на каплях и, в конечном счете, возможности предварительного расчета прочности и стабильности эмульсий Пикеринга, стабилизированных частицами (в данном случае смектитовой глины).

Предыдущие недавние исследования механических свойств покрытых частицами капель ^24,26,27 и механической стабильности жидкого мрамора ²⁸ использовали методы, включая метод подвесной капли ²⁶ . В настоящей работе мы комбинируем конфокальную рамановскую микроскопию ²⁹ и метод колеблющейся подвесной капли ³⁰ для визуализации и характеристики интерфейсов Пикеринга, а также для количественного определения их модулей вязкости и упругости. Мы показываем, что, как и в объемном случае, переход от стекловидного к гелеобразному состоянию частиц глины на границе раздела жидкости может контролироваться концентрацией глины и ионной силой электролита ^1,2,3,31 .

Результаты

В настоящей работе в качестве водной фазы использовали коллоидные суспензии синтетической глины Laponite RD ^® с различной концентрацией глинистых частиц (от 0% до 1,5% по массе) и разной минерализацией (0 и 0,1 М NaCl). Все глиняные суспензии были приготовлены в концентрациях вне области гелеобразования на фазовой диаграмме ¹ . Масляная фаза представляла собой очищенное парафиновое минеральное масло (Drakeol7 ^).® ). Наши исследования границ раздела добываемой нефти и воды демонстрируют стеклообразное или гелеобразное состояние самоорганизации лапонита, которое существенно зависит от ионной силы.

Конфокальная рамановская микроскопия является мощным инструментом для химической визуализации материалов, особенно в водной фазе, благодаря малому сечению рассеяния этого растворителя. На самом деле возможно изображение с поперечным разрешением до 150 нм, что может быть подтверждено примером, показанным на дополнительном рисунке 1, где реплика вафельной решетки 607-STM для калибровки СТМ от Теда Пелла ^® . Точка пересечения и квадраты, определяемые линиями, разделенными расстоянием 460 нм, хорошо видны на рамановском изображении (дополнительный рисунок 1а) в виде ярких пятен, размер которых зависит от выбранного порога интенсивности, что подтверждается линейным и диагональным профилями поперечного сечения. показано на дополнительном рисунке 1b.

Соответственно, конфокальная рамановская микроскопия использовалась для выявления межфазных пленок Пикеринга, и были получены изображения, сканирующие горизонтальную плоскость размером 13 × 10 мкм ² , пересекающую границу раздела между каплями нефти, диспергированными в разных фазах воды, как показано на рис. 1, обнаруживая присутствие не отдельных пластинок глины (лапонит состоит из дискообразных наночастиц диаметром около 30 нм и толщиной 1 нм), а скорее тактоидов, агрегированных частиц лапонита. Для детальных исследований были получены нормализованные линейно-сканированные профили концентрации каждой фазы вблизи и поперек границы раздела нефть-вода до и после разбавления водной фазы и, следовательно, снижения объемной концентрации лапонита на 50%, с 1,5 до 0,75% масс. Мы отслеживали основные пики КР в диапазоне от 630 до 1710 см9.0009 −1 диапазон для лапонита, нефти и воды, появляющийся при 680, 1445 и 1630 см ⁻¹ соответственно, что соответствует симметричному растяжению Si-O-Si в лапоните, изгибу CH ₂ в минеральном масле и изгибу HOH в вода (дополнительные рисунки 2 и 3). Ясно, что лапонитовые тактоиды более или менее однородно диспергированы в чистой воде, образуя структуры, напоминающие карточный домик, и имеют тенденцию избегать границы раздела нефть/вода, что подтверждается темной границей раздела, указывающей на наличие водного слоя. Здесь важно подчеркнуть, что при разбавлении суспензии чистой водой значительных изменений не наблюдалось. Напротив, когда в водную фазу добавляли соль и разбавляли эмульсию, наноструктурированный слой лапонитовых тактоидов оставался прочно адсорбированным на границе раздела масло/вода, создавая стабильную оболочку Пикеринга.

Рисунок 1

Конфокальная рамановская микроскопия одной капли масла ( a ) в лапоните 1,5 мас.% дисперсии в деионизированной воде; и ( b ) в 0,75% масс. дисперсии лапонита в 0,1 М NaCl, полученной путем разбавления лапонита 1,5% масс. тем же раствором соли (более подробная информация представлена ​​​​на дополнительной фигуре 4b). На рисунках показано двумерное рамановское картирование положения нефти (зеленая область слева), тактоидов лапонита (желтый/красный/белый) и воды (черный). Пленка наноструктурированных лапонитовых тактоидов толщиной 2–4 мкм, адсорбированная на границе раздела масло-вода, не может быть видна, если водная фаза не разбавлена ​​раствором NaCl, как показано экспериментально на рис. 2в.

Изображение в натуральную величину

Результат для разбавленной системы без солености (длина экрана Дебая, 311 нм ³² ) показан на рис. 2а. Концентрация лапонита на границе раздела ниже, чем в объемной фазе. Разбавление водной фазы не повлияло на относительное распределение частиц глины между объемом и границей раздела (ненормализованная интенсивность пика лапонита на границе раздела для разбавленной и исходной концентрации лапонита в водной фазе показана на дополнительном рисунке 4d). , в). Основываясь на изображениях, представленных на рис. 1а, мы предполагаем, что без соли распределение лапонита в объеме и границе раздела может быть представлено так, как показано на рис. 2б. Доминирует дальнодействующее электростатическое отталкивание, поэтому состояние наночастиц лапонита представляет собой «вигнеровское» коллоидное стекло ³³ . Совершенно иначе ведет себя система с солью (0,1 М NaCl). Профиль концентрации до этапа разбавления аналогичен профилю системы без соли (см. Дополнительную фигуру 4a). Однако после разбавления сигнал лапонита на границе раздела становится сильнее, чем в объеме, как показано на рис. 2c и дополнительном рисунке 4b. Вместе со взаимосвязанным сигналом лапонита, распределенным через водную фазу в области интерфейса, показанным на рис. 1б, это убедительно свидетельствует о том, что частицы лапонита захватываются на границе раздела и что формируется сеть частиц, образующая стабилизирующий слой лапонита толщиной около 4 мкм. Привлекательные взаимодействия играют доминирующую роль, формируется перколяционная сеть, как показано на рис. 2г, что придает системе эластичность ³³ .

Рисунок 2

Влияние соли на структуру наночастиц лапонита на границе раздела.

Профили концентрации на границе раздела после разбавления водной фазы для ( a ) системы без соли и ( c ) системы с солью (0,1 M NaCl). На рисунках b и d показано предлагаемое схематическое (не в масштабе) представление структуры частиц для системы без соли и с солью соответственно. Для системы без соли ( b ) на границе раздела образуется отталкивающее «вигнеровское» коллоидное стекло. Для системы с солью ( d ), на границе раздела образуется сеть частиц, что приводит к гелеобразному состоянию. На схематическом изображении каждая толстая линия представляет собой лапонитовый диск, а эллипсоиды вокруг них представляют диапазон электростатического отталкивания.

Изображение в натуральную величину

Чтобы охарактеризовать механическое поведение поверхности раздела пленок Пикеринга на основе лапонита, использовали метод подвесной капли ^30,34,35,36 . Равновесные формы капли масла в дисперсии 1,5 % масс. лапонита, 0,1 M NaCl для короткого (несколько секунд) и для очень длительного (> 10  часов) времени старения показаны на дополнительном рисунке 5a, b соответственно. Конфигурация интерфейса при длительном старении не следует «лапласианской» форме, наблюдаемой в свежесформированном интерфейсе, и приближается к сферической форме. Впоследствии объем состарившейся капли постепенно уменьшали, втягивая масляную фазу обратно в шприц. На дополнительном рисунке 5c показана результирующая форма интерфейса, где наблюдается смятие, что свидетельствует о необратимом образовании твердой пленки на границе раздела.

Эволюция межфазного натяжения во времени, измеренная в эксперименте с постоянным объемом капли, для всех исследованных дисперсий лапонита показана на рис. 3а. Во всех случаях межфазное натяжение медленно падает со временем, прежде чем асимптотически достигает устойчивого значения плато. Установившееся значение межфазного натяжения для различных суспензий представлено на рис. 3б.

Рисунок 3

( a ) Эволюция межфазного натяжения дисперсий лапонита во времени. ( b ) Установившиеся значения межфазного натяжения для различных суспензий лапонита.

Увеличенное изображение

Добавление наночастиц лапонита к границе раздела снижает межфазное натяжение. Однако влияние концентрации лапонита на стационарное межфазное натяжение невелико; она варьируется от 48 мН/м для чистой воды до 38 мН/м для 1,5% суспензии лапонита. Добавление соли не оказывает существенного влияния на стационарное значение межфазного натяжения.

Взаимосвязь между приложенной деформацией (площадной деформацией) и результирующим напряжением (межфазное растяжение) является основой для оценки реологических характеристик межфазного расширения ³⁰ . После начального переходного затухания периодические колебания площади поверхности приводят к синусоидальному изменению поверхностного сцепления. Это поведение можно охарактеризовать модулем растяжения ε , определяемым как межфазная вариация сцепления на единицу относительного изменения межфазной площади (A):

Дилатационный фазовый сдвиг φ равен 0 для чисто упругих и π/2 для чисто вязких границ раздела ³⁰ . Процессы релаксации на границе раздела воды и масла или вблизи нее приводят к вязкоупругому поведению межфазной пленки, для которой угол фазового сдвига составляет от 0 до π/2. Колебательный отклик характеризуется динамическим модулем растяжения, который является комплексной величиной. Его действительная и мнимая части соответствуют упругому и вязкому вкладам ε  =  ε _d  +  iωη _d , where ε _d , ω and η _d are the dilational interfacial elastic modulus , частота колебаний и межфазная дилатационная вязкость соответственно. Величина модуля | ε | представляет собой просто квадратный корень из суммы упругой и вязкой составляющих ³⁰ . Свободнее и др. . ³⁶ показали, что силы вязкости искажают форму капли при высоком капиллярном числе, т.е. Са > 0,002. В наших экспериментах капиллярное число находилось в диапазоне от 4,0 × 10 ⁻⁵ до 1,65 × 10 ⁻⁴ , что означает, что силы вязкости не искажают форму капли, а ее конфигурация в основном определяется силами, действующими на каплю. на интерфейсе, не поступающем от основной массы ни одной из фаз. Более того, концентрация лапонита и соли была такой, что суспензии находились за пределами области гелеобразования объемной фазовой диаграммы. Мы заметили, что без соли и 1,5% лапонита суспензия ведет себя как изотропная жидкость в исследуемых здесь временных масштабах; тогда как при 0,1 M NaCl и 1,5% лапонита суспензия находится в режиме флокуляции ¹ и не проявляет никаких вязкоупругих свойств. Следовательно, любой зависящий от времени отклик, наблюдаемый в колебательных тестах, не связан с поведением в объеме и может быть непосредственно связан с поведением на границе раздела.

Для чистых поверхностей поверхностное сцепление не должно зависеть от площади поверхности, а модуль растяжения должен быть равен нулю. Эволюция межфазного сцепления в зависимости от времени для вынужденных периодических колебаний площади поверхности для чистой воды и суспензии 1,5% лапонита и 0,1 M NaCl представлена ​​на дополнительном рисунке 6. Для случая чистой воды небольшое изменение наблюдалось поверхностное сцепление с межфазной площадью, вероятно, из-за примесей в масляной фазе (дополнительная фигура 6а). Для вязкоупругих интерфейсов изменение площади поверхности и изменение поверхностного натяжения не совпадают по фазе (дополнительный рисунок 6b). Значение межфазного натяжения, т.е. среднее поверхностное сцепление, измеренное в колебательных испытаниях, для большинства испытанных суспензий (разные концентрации лапонита и соли) были аналогичны значениям, полученным в экспериментах с постоянной межфазной площадью. Результаты для различной частоты колебаний показаны на дополнительных рисунках 7 (f = 0,2 Гц) и 8 (f = 0,1 Гц). При более высоких концентрациях лапонита и NaCl наблюдается увеличение погрешности, связанной с измерением, поскольку, как будет показано ниже, в этом случае частицы глины будут образовывать структуру на границе раздела, приводящую к сильному упругому отклику, и полученный профиль неадекватно соответствует профилю Юнга-Лапласа.

Как видно на дополнительных рисунках 7 и 8, межфазное натяжение немного падает при увеличении концентрации лапонита для образцов с нулевым содержанием соли. Регер и др. . ³⁷ показали, что растворимые комплексы Laponite XLG–амфифил слабо влияют на поверхностное натяжение воды. В данном случае также наблюдается небольшое снижение межфазного натяжения после добавления электролита в дисперсию лапонита 0,5 мас.%. Верруто и др. . ³⁸ наблюдали, что межфазное натяжение асфальтеновой пленки на границе раздела нефть-вода снижается при добавлении соли как в кислой (pH 3), так и в щелочной (pH 10) водной фазе. Это можно объяснить ограничением межфазной упаковки и, следовательно, величины межфазного натяжения за счет отталкивающих электростатических взаимодействий при низкой ионной силе. При добавлении электролита кулоновское отталкивание экранируется; асфальтеновые заполнители могут более плотно укладываться на границе раздела, а межфазное натяжение снижается ³⁸ . Подобные явления активны в ряде систем ³⁹ , в том числе в случае межфазных пленочных сборок Laponite. При более высокой концентрации лапонита добавление электролита увеличивает межфазное натяжение. Это может быть связано с формированием сетки частиц на границе раздела.

Модули вязкости и упругости на границе раздела фаз, измеренные на двух разных частотах для всех суспензий без соли и с солью, показаны на рис. 4а–г.

Рис.4 наличие соли.

Изображение полного размера

В бессолевых дисперсиях модули вязкости и упругости лапонита 0,5 и 1 мас.% очень низкие и практически равны границе раздела чистой воды. Модули лапонита 1,5 мас.% выше, но все же низкие и намного меньше межфазного натяжения. Эшби и Бинкс ⁴⁰ показали, что бессолевые дисперсии лапонита не приводят к образованию стабильных эмульсий, указывая на то, что свойства границы раздела в этом случае аналогичны чистой границе раздела вода-нефть. Мы видим, что механический отклик для бессолевых дисперсий не зависит от заданной частоты. После добавления соли наблюдается значительное увеличение как модуля вязкости, так и модуля упругости. Однако все же значение модуля вязкости пренебрежимо мало по сравнению со значением модуля упругости, которое составляет примерно 250 мН/м для суспензии 1,5% лапонита при f = 0,1 Гц (f – частота колебаний).

Реологические свойства межфазной поверхности при расширении также были измерены после старения границы до наложения периодических колебаний. Это время старения позволяет частицам мигрировать из объема водной суспензии к границе раздела, что приводит к концентрации и структурированию частиц на границе раздела. Влияние времени старения на поверхность раздела суспензий в чистой деионизированной воде представлено на рис. 5 (f = 0,1 Гц) и дополнительных рисунках 9 и 10 (f = 0,2 Гц), и оно почти незначительно для лапонита 0,5 масс. .% и 1,0 мас.% суспензий.

Рисунок 5

Влияние времени старения на межфазные вязкоупругие модули различных дисперсий лапонита.

Отношение объемной амплитуды для всех случаев составляет 2 мкл, а частота — 0,1 Гц. ( a ) Модуль вязкости и ( b ) Модуль упругости в отсутствие соли. ( c ) Модуль вязкости при и ( d ) Модуль упругости в присутствии соли.

Увеличенное изображение

Для суспензии с более высокой концентрацией 1,5 % как модуль вязкости, так и модуль упругости немного увеличиваются со временем старения, но эффект также очень слаб. Влияние времени старения на суспензию 1,5% лапонита в 0,1 М растворе NaCl является значительным. Модуль упругости увеличивается примерно до 600 мН/м после старения интерфейса всего за 30 минут.

Добавление хлорида натрия к суспензии явно изменяет механическое поведение границы раздела нефть-вода. Суспензия с 1,5 мас.% лапонита и 0,1 М NaCl демонстрирует очень сильное упругое поведение, модуль упругости превышает 500 мН/м при f = 0,1 Гц после 30 минут времени старения, что близко к десятикратному значению равновесного межфазного натяжения. Результаты показывают, что упругий отклик при более высокой концентрации лапонита сильно зависит от частоты навязанных колебаний; выше на более низкой частоте. Мы предполагаем, что это можно объяснить тем, что на низкой частоте имеется достаточно времени для перестройки межфазной структурной сетки частиц в течение одного цикла колебаний по аналогии с объемными реометрическими измерениями на лапоните 9.0009 41 . Сильное эластичное поведение границы раздела, которое мы наблюдаем, согласуется с работой, о которой сообщили Эшби и Бинкс ⁴⁰ , в которой эмульсии, приготовленные с водной фазой, содержащей 1,5  вес.% Лапонита, стабильны в 0,1 М растворе NaCl.

Водно-масляные эмульсии, приготовленные с использованием тех же жидких систем, что и здесь, стабильны в течение 30 дней в случаях, когда поверхность раздела проявляет эластичность, препятствующую дренированию между каплями нефти, избегая коалесценции ⁴¹ . Наши наблюдения показывают, что, хотя концентрация лапонита и соли была настолько высока, что в объеме не образуется сплошная структура частиц (объемная суспензия находится в области флокуляции фазовой диаграммы ¹ ), двумерная сетка захваченных частиц может формироваться на границе раздела, что приводит к сильному усилению упругого поведения. Мы приписываем это хлопьям лапонита, захваченным на границах раздела капель, и тому, что хлопья образуют связанную двумерную сеть с пустотами. Мы полагаем, что флокуляция (при концентрации NaCl 0,1 M) происходит в объеме до капиллярного улавливания хлопьев на границе раздела капель, что соответствует наблюдаемой нами толщине слоя Пикеринга в диапазоне мкм (~ 4  мкм). Двумерное капиллярное улавливание может изменить динамику взаимодействия хлопьев по сравнению с объемной ситуацией, а также, возможно, деформировать («удлинить» или «сплющить») отдельные хлопья во время и после времени, необходимого для формирования перколяционной сети. Это, возможно, могло бы реорганизовать внутреннюю наноструктуру глины слоя Пикеринга во времени, процесс, который был бы связан с вращательными и поступательными степенями свободы отдельных частиц лапонита, и, таким образом, как краткосрочная, так и долгосрочная динамика вполне могли бы сильно различаться в зависимости от времени. пленки Пикеринга по сравнению с объемным случаем. Таким образом, будущая работа, выходящая за рамки настоящего исследования, должна включать связь структуры захвата Пикеринга и динамики с поступательными и вращательными степенями свободы частиц, как это ранее исследовалось для трехмерных случаев 9.0009 42,43 .

Возможность настраивать механическое поведение интерфейсов открывает возможность управления динамикой распада и коалесценции интерфейсов во время течения, что может привести к получению более стабильных эмульсий без использования поверхностно-активных веществ, изменения фазовой диаграммы эмульсий и разработки сложных дисперсий мягких капсул с эластичной оболочкой для различного применения, например, в биомедицинской и нефтяной промышленности.

Методы

Экспериментальные

Различные Лапонит RD 9В качестве водной фазы использовали суспензии 0009® (добавки Rockwood) с различной концентрацией глинистых частиц (от 0% до 1,5%) и минерализацией (0 и 0,1 М раствор NaCl). Суспензии готовили ⁴⁴ путем первого диспергирования лапонита в деионизированной воде (0,16 мкСм/см при 25 °C) с использованием основного гомогенизатора IKA WERKE Ultra-Turrax ^® T25 (ротор-статор) с напором 1,8 см, работающего при 17500 об/мин в течение 30 мин при охлаждении образца на бане со льдом/водой. Лапонит-солевые (NaCl) суспензии готовили добавлением соли в Laponite RD 9.0009 ® дисперсии с использованием ультразвуковой ванны (40  кГц в течение не менее 40  мин). Все дисперсии переносили в стеклянные сосуды с пробками и перед использованием хранили в холодильнике при 10 °C.

Масляная фаза представляла собой парафиновое минеральное масло (Drakeol7 ^® ). Для удаления полярных и амфифильных примесей из технического масла перед использованием в экспериментах его несколько раз промывали избытком деионизированной воды, декантировали и центрифугировали.

Вязкость нефти и различных суспензий лапонита измеряли при комнатной температуре с помощью вискозиметра Уббелоде при температуре окружающей среды (~20–25 °C). Представленные результаты соответствуют среднему значению не менее трех измерений и представлены в дополнительной таблице 1.

Как и ожидалось, вязкость водной фазы увеличивается с добавлением частиц, достигая  мм ² /с для суспензии лапонита 1,5 мас. %.

Как описано выше, добавление соли снижает электростатическое отталкивание между частицами коллоидной глины, что приводит к гораздо более высокой вязкости ( мм ² /с для суспензии лапонита 1,5 % масс./0,1 M NaCl). Важно отметить, что все суспензии были приготовлены в концентрациях вне области гелеобразования ¹ .

Спектроскопия комбинационного рассеяния

Эмульсии масла в воде, стабилизированные частицами лапонита, готовили с использованием микрофлюидного устройства ⁴⁵ . Образцы помещали в изготовленный на заказ цилиндрический держатель образцов (диаметром 10 мм и высотой 5 мм) и закрывали покровным стеклом. Спектры получали с помощью конфокального рамановского микроскопа (alpha-300R, WITec), оснащенного пьезосканером и объективом микроскопа с высокой числовой апертурой (NA) от Nikon. Линейно поляризованный лазер был сфокусирован с размером пятна, ограниченным дифракцией, а рамановский свет регистрировался с помощью камеры EM-CCD с воздушным охлаждением и обратной подсветкой, умножающей электроны, за решетчатым спектрографом. Мощность лазера на выходе составляла примерно 40 мВт/см ² . Спектры комбинационного рассеяния были измерены с использованием зеленого лазера Nd: YAG с удвоенной частотой (длина волны 532,14 нм, мощность ~ 40 мВт) и воздушного объектива Nikon 20X (NA = 0,40). Лазерный свет подается на микроскоп через одномодовое оптическое волокно, чтобы избежать облучения образца другими частотами. Используемая решетка спектрографа имела размер 1800 штрихов/мм, а многомодовое оптическое волокно, используемое для сбора рассеянных фотонов, имело диаметр 100  мкм. Сканирование линии комбинационного рассеяния 10 мкм над границей раздела нефть/вода выполнялось с оптическим разрешением 0,8 мкм, а спектры снимались через каждые 0,1 мкм. Возбуждающий свет был поляризован горизонтально в направлении x. Время интегрирования для каждого спектра составляло примерно 5 с, но спектры представляют собой средние значения двух измерений для улучшения их качества. Границы раздела определяли путем выбора области между масляной и водной фазами, где пиковая интенсивность составляла 75% от максимальной интенсивности. Программное обеспечение WITec Project 2.06 использовалось для настройки измерений и обработки изображений. Химические рамановские изображения были получены с использованием суммирующего фильтра, интегрирующего по определенным областям волнового числа всего спектра. Фильтр вычисляет интенсивность в пределах выбранных границ, и фон вычитается путем взятия базовой линии от первой до второй границы. Выбранные суммарные фильтры для лапонита, нефти и воды были от [658 до 698 см ^-1 ], [1414 до 1480 см ^-1 ] и [1518 до 1702 см ^-1 ] соответственно. Сканирование проводилось на глубине примерно 50 мкм с использованием масляного иммерсионного объектива с увеличением 100x, числовая апертура =  1,25.

Метод подвесного падения

Механическое поведение интерфейса характеризовалось методом подвесного падения ^30,34,35,36 с помощью тензиометра Tracker S (Teclis tools, ранее IT Concept, Longessaigne, Франция) путем анализа осесимметричного профиля падения техника. Соответствующую водную фазу (с лапонитом или без него, с солью или без нее) помещали в стеклянную кювету. Капля масла формировалась на кончике J-образной иглы (внешний диаметр: 1,2 мм), прикрепленной к стеклянному шприцу с общим объемом 500 мкл. Аппарат управляется компьютером и позволяет изменять объемную деформацию капли в зависимости от времени, одновременно регистрируя реакцию межфазной тяги на приложенную объемную (площадную) деформацию. Программа WDROP, версия T2011, подгоняет экспериментальный профиль капли к уравнению капиллярности Юнга-Лапласа и дает на выходе объем капли V , поверхностное сцепление γ и площадь поверхности A . Все измерения проводились при комнатной температуре для начального объема капли 22  мкл. Межфазное натяжение в установившемся состоянии определяли путем измерения изменения межфазного натяжения в зависимости от времени при постоянном падении объема. Упругий отклик интерфейса определялся путем приложения периодических колебаний к интерфейсу. Амплитуда применяемых колебаний межфазной области поддерживалась ниже 10%, чтобы избежать чрезмерного возмущения межфазного слоя и разрушения возможной сетчатой ​​структуры частиц, сформированной на границе раздела. Были использованы две разные частоты измерения 0,1 и 0,2 Гц, и колебания применялись непрерывно, начиная со свежеобразованного (0 мин), 10 мин и 30 мин состаренного интерфейса. Для одного конкретного случая (1,5% концентрация лапонита и 0,1 M раствор NaCl) время старения интерфейса было увеличено до более длительного времени. Для каждого условия эксперимент прекращали, когда межфазная тяга достигала периодического устойчивого состояния.

Дополнительная информация

Как цитировать эту статью : Голамипур-Ширази, А. и др. . Переход от стекловидного состояния к гелеобразному в глине на границе раздела сред жидкости. науч. Респ. 6 , 37239; doi: 10.1038/srep37239 (2016).

Примечание издателя: Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Ссылки

• Муршид, А., Леколье, Э., ван Дамм, Х. и Левитц, П. О вязкоупругих, двулучепреломляющих и набухающих свойствах суспензий лапонитовой глины: пересмотренная фазовая диаграмма, Ленгмюр 14, 4718–4723 (1998).

  КАС Google ученый

• Бонн, Д., Келлай, Х., Танака, Х., Вегдам, Г. и Менье, Дж. Лапонит: в чем разница между гелем и стеклом? Ленгмюр 15, 7534–7536 (1999).

  КАС Google ученый

• Джаббари-Фаружи, С., Вегдам, Г. Х. и Бонн, Д. Гели и стекла в единой системе: свидетельство сложного ландшафта свободной энергии стеклообразных материалов. физ. Преподобный Летт. 99, 065701 (2007).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

• Бик, Д. Ван Дер, Радстейк, П. Б., Петухов, А. В. и Леккеркеркер, Х. Н. В. Быстрое образование опаловых столбчатых коллоидных кристаллов. 23, 21–24 (2007).

  Google ученый

• Mourad, M.C.D. et al. Переходы золь-гель и фазовые переходы жидких кристаллов в концентрированных водных суспензиях коллоидных пластинок гиббсита, J. ​​Phys. хим. Б 113, 11604–11613 (2009 г.)).

  КАС пабмед Google ученый

• Томпсон, Л. Х. и Дорайсвами, Л. К. Сонохимия: наука и техника. Инд.Инж. хим. Рез. 38, 1215–1249 (1999).

  КАС Google ученый

• Аугусто, Ф. и др. Структурные и микроскопические релаксации в коллоидном стекле. Мягкая материя 11, 466–471 (2014).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

• Hansen, E.L. et al. Ориентационный порядок в стакане заряженных тромбоцитов с градиентом концентрации. Мягкая материя 9, 9999–10004 (2013).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Тавари С. Л., Кох Д.Л. и Коэн С. Влияние двойного электрического слоя на броуновскую диффузию и скорость агрегации частиц лапонитовой глины. J. Коллоидный интерфейс Sci. 240, 54–66 (2001).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

• Cummins, HZ. Жидкость, стекло, гель: фазы коллоидного лапонита. Дж. Нон. Кристалл. Твердые тела 353, 3891–3905 (2007).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Kegel, W.K. & Lekkerkerker, H.N.W. Коллоидные гели: глина становится пятнистой. Нац. Матер. 10, 5–6 (2011).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

• Ruzicka, B. et al. Наблюдение за пустыми жидкостями и равновесными гелями в коллоидной глине. Нац. Матер. 10, 56–60 (2011).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Zaccarelli, E. Коллоидные гели: равновесные и неравновесные пути. Дж. Физ. Конденс. Материя 19, 323101 (2007).

  Google ученый

• Халдун, А. и др. Быстрая глина и оползни глинистых почв. физ. Преподобный Летт. 103, 188301 (2009).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

• Фоссум, Дж. О. Течение глин. Евро. физ. Дж. Спец. Верхний. 204, 41–56 (2012).

  КАС Google ученый

• Ramsden, W. Разделение твердых веществ в поверхностных слоях растворов и «суспензий» (наблюдения за поверхностными мембранами, пузырьками, эмульсиями и механической коагуляцией). – Предварительный счет. проц. Р. Соц. Лондон 156–164 (1903).

• Pickering, S.U. Cxcvi.—эмульсии. Дж. Хим. соц. Транс. 91, 2001–2021 (1907).

  Google ученый

• Лопетинский, Р. Дж. Г., Маслия, Дж. Х. и Сюй, З. В коллоиде. Часть. жидкость интерфейсы 186–224, издательство Кембриджского университета: Кембридж, (2006).

• Бинкс, Б. Частицы как поверхностно-активные вещества — сходства и различия. Текущее мнение в области науки о коллоидах и интерфейсах 7, 21–41 (2002).

  КАС Google ученый

• Aveyard, R., Binks, B.P. & Clint, J.H. Эмульсии, стабилизированные исключительно коллоидными частицами. Доп. Коллоидный интерфейс Sci. 100–102, 503–546 (2003).

  Google ученый

• Хантер Т. Н., Пью Р. Дж., Фрэнкс Г. В. и Джеймсон Г. Дж. Роль частиц в стабилизации пен и эмульсий. Доп. Коллоидный интерфейс Sci. 137, 57–81 (2008).

  КАС пабмед Google ученый

• Бинкс Б.П., Клинт Дж.Х. и Уитби С.П. Реологическое поведение эмульсий вода-в-масле, стабилизированных гидрофобными частицами бентонита. Ленгмюр 21, 5307–5316 (2005).

  КАС пабмед Google ученый

• Garcia, P. C. & Whitby, C.P. Эмульсии масло-в-воде, стабилизированные лапонитом: вязкоупругость и тиксотропия. Мягкая материя 8, 1609 (2012).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Тан, С.-Ю., Табор, Р.Ф., Онг, Л., Стивенс, Г.В. и Дагастин, Р.Р. Наномеханические свойства капель глиняной армированной эмульсии. Мягкая материя 8, 3112 (2012).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Nciri, H. et al. Реологические исследования в объеме и на границе раздела эмульсий Пикеринга масло/вода. Реол. Acta 49, 961–969 (2010).

  КАС Google ученый

• Ферри, Дж. К., Фернандес, П. а. Л., МакРуиз, Дж. Т. и Гамбиносси, Ф. Метрология упругих наномембран на границах раздела жидкость-жидкость с использованием анализа формы осесимметричной капли с анизотропным поверхностным натяжением: отклонения от уравнения Юнга – Лапласа. Мягкая материя 8, 10352 (2012).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Ferri, J.K. et al. Вклад разделительной мембраны и поверхностного натяжения в деформацию капель Пикеринга. Мягкая материя 4, 2259(2008).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Асаре-Ашер С., Коннор Дж. Н. и Седев Р. Эластичность жидких шариков. J. Коллоидный интерфейс Sci. 449, 341–346 (2015).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

• Прасад В., Семвогерере Д. и Уикс Э. Р. Конфокальная микроскопия коллоидов. Дж. Физ. Конденс. Материя 19, 113102 (2007).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

• Фуллер Г. Г. и Вермант Дж. Сложные границы раздела жидкость-жидкость: реология и структура. Анну. Преподобный Хим. биомол. англ. 3, 519–43 (2012).

  КАС пабмед Google ученый

• Ружичка Б. и Заккарелли Э. Свежий взгляд на фазовую диаграмму лапонита. Мягкая материя 7, 1268 (2011).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Казоэ Ю., Маватари К., Сугии Ю. и Китамори Т. Разработка метода визуализации концентрации протонов в расширенном нанопространственном канале с использованием микроскопии истощения стимулированной эмиссии, 1251–53, представлено по адресу 15 ^th Международная конференция по миниатюрным системам для химии и наук о жизни, 2 октября – 6, Сиэтл, Вашингтон, США (2011).

• Танака Х., Менье Дж. и Бонн Д. Неэргодические состояния заряженных коллоидных суспензий: отталкивающие и привлекательные стекла и гели. физ. Ред. Е 69, 031404 (2004).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

• Джавади, а. и другие. Методы характеризации жидких межфазных слоев. Евро. физ. Дж. Спец. Верхний. 222, 7–29 (2013).

  КАС Google ученый

• Равера Ф., Логлио Г. и Ковальчук В. И. Межфазная дилатационная реология методом колеблющихся пузырьков/капель. Курс. мнение Коллоидный интерфейс Sci. 15, 217–228 (2010).

  КАС Google ученый

• Freer, E. M., Wong, H. & Radke, C. J. Осциллирующая капельно-пузырьковая тензиометрия: влияние сил вязкости на измерение межфазного натяжения. 282, 128–132 (2005).

  КАС Google ученый

• Регер, М., Секин, Т. и Хоффманн, Х. Эмульсии Пикеринга, стабилизированные глинами, покрытыми амфифилами. Поверхности коллоидов Физико-хим. англ. Асп. 413, 25–32 (2012).

  КАС Google ученый

• Верруто В., Ле Р. и Килпатрик П. Адсорбция и молекулярная перестройка амфотерных частиц на границе раздела нефть–вода ^† . J. Phys B 113, 13788–13799 (2009).

  КАС Google ученый

• Исраэлахвили, Дж. Н. Контрасты между межмолекулярными, межчастичными и межповерхностными силами, книжная глава In Intermol. Серф. Силы 205–222, Elsevier Inc. (2011).

• Эшби Н.П. и Бинкс Б.П. Эмульсии Пикеринга, стабилизированные частицами лапонитовой глины. физ. хим. хим. физ. 2, 5640–5646 (2000).

  КАС Google ученый

• Голамипур-Ширази, А., Карвалью, М. и Фоссум, Дж. О. Контролируемая микрофлюидная эмульгация масла в глинистой наножидкости: роль соли для стабилизации пикеринга. Евро. физ. J. Специальные темы 225, 759–767 (2016).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

• Джаббари-Фаружи, С., Эйзер, Э., Вегдам, Г. Х. и Бонн, Д. Динамика старения поступательной и вращательной диффузии в коллоидном стекле, Journal of Physics: Condensed Matter 16, L471 (2004).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• Джаббари-Фаружи, С. , Заргар, Р., Вегдам, Г. Х. и Бонн, Д. Динамическая неоднородность в стареющих коллоидных стеклах лапонита, Soft Matter 8, 5507–5512 (2012).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

• ван ден Дунген, Э. Т. а. & Hartmann, P.C. Синергетический эффект Laponite RD и маслорастворимого поверхностно-активного вещества при стабилизации миниэмульсий. заявл. Глина наук. 55, 120–124 (2012).

  КАС Google ученый

• Бонн, Д., Танака, Х., Куссо, П. и Менье, Дж. Старение, омоложение при сдвиге и лавины в мягких стеклообразных материалах. Дж. Физ. Конденс. Вопрос 16, S4987–S4992 (2004).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Я рад поблагодарить д-ра Alain Cagna из Teclis tools (Франция) за полезные обсуждения. Авторы благодарят Жоао Педро Наккаче за его сотрудничество в получении некоторых данных. AG, MC и JOF подтверждают поддержку гранта CNPQ/CSF номер 401484/2012-2, AG, MC, PD и JOF подтверждают поддержку гранта CAPES-SIU номер CAPES-SIU-2013/10046. AG, MC, KA, PD и JOF выражают признательность за поддержку гранта SIU-UTFORSK номер UTF-2014/10061 и исследовательского совета Норвегии RCN/PETROMAKS2/ISP номер 234125. KA и MFGH также благодарны Petrobras за финансовую поддержку .

Author information

Authors and Affiliations

1. Department of Mechanical Engineering, Pontificia Universidade Catolica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brazil

   A. Gholamipour-Shirazi & M. S. Carvalho

2. Institute of Chemistry , Universidade de São Paulo — USP, Сан-Паулу, SP, Бразилия

   M. F. G. Huila и K. Araki

3. Факультет физики, Норвежский научно-технический университет — NTNU, Тронхейм, Норвегия

   P. Dommersnes & J. O. Fossum

Авторы

1. A. Gholamipour-Shirazi

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. M. S. Carvalho

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. M. F. G. Huila

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

4. К. Араки

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. P. Dommersnes

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

6. J. O. Fossum

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Взносы

М.К. и Дж.О.Ф. запланировал проект и эксперименты. А.Г.-С. провел эксперименты в PUC-Рио-де-Жанейро. М.Х. и А.Г.-С. провел эксперименты в USP. Все авторы, А.Г.-С., М.С., М.Х., К.А. П.Д. и Дж.О.Ф. способствовал анализу данных и обсуждениям, приведшим к написанию рукописи. А.Г.-С. написал первый черновик рукописи. А.Г.-С., М.К. и Дж.О.Ф. принимали участие в основных дискуссиях, приведших к окончательному варианту рукописи, и все авторы А.Г.-С., М.С., М.Х., К.А. П.Д. и Дж.О.Ф. прочитать и прокомментировать окончательную рукопись перед отправкой.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Электронные дополнительные материалы

Дополнительная информация

Права и разрешения

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке; если материал не включен в лицензию Creative Commons, пользователям необходимо будет получить разрешение от держателя лицензии на воспроизведение материала. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Стекло и другая керамика

Стекло и другая керамика

Керамика

Стекло и другая керамика

Стеклокерамика

Керамика

---

Стекло и другая керамика

Одним из характерных свойств вещества является его вязкость , что является мерой его сопротивления потоку. Моторные масла более вязкие, чем бензин, например, кленовый сироп, используемый для блинов, более вязкий, чем растительные масла. используется в заправках для салатов. Вязкость зависит от любого фактора, который может повлиять на легкость с какие молекулы скользят друг мимо друга. Жидкости имеют тенденцию становиться более вязкими по мере того, как молекулы становятся больше, или по мере того, как межмолекулярные силы становятся сильнее. Они также становятся более вязкий при охлаждении.

Представьте, что произойдет, если вы охладите жидкость, пока она не станет настолько вязкой, что ее можно жестким, но в нем отсутствовал дальний порядок, характерный для твердых тел. обсуждаются в этой главе. У вас будет что-то известное как стекло . Очки имеют три характеристики, которые делают их более похожими на «замороженные жидкости», чем кристаллические твердые тела. Прежде всего, нет дальнего порядка. Во-вторых, существует множество пустых сайтов или вакансий. Наконец, очки не содержат самолетов атомов.

Самый простой способ понять разницу между стеклом и кристаллическим телом состоит в том, чтобы посмотреть на структуру стеклообразных металлов в атомном масштабе. За счет быстрой конденсации атомов металла из газовой фазы или быстрой закалкой расплавленного металла можно производят стеклообразные металлы, имеющие структуру, показанную на рисунке ниже

Структура стеклообразного металла в атомарном масштабе.

Аморфная структура стекла делает его хрупким. Потому что в стекле нет плоскостей атомов, которые могут скользить друг мимо друга, нет никакого способа снять напряжение. Излишний поэтому напряжение образует трещину, которая начинается в точке, где есть поверхностный дефект. Частицы на поверхности трещины разделяются. Напряжение, образовавшее трещину теперь несут частицы, у которых меньше соседей, над которыми может быть напряжение распределенный. По мере роста трещины увеличивается интенсивность напряжения в ее вершине. Этот позволяет разорвать больше связей, и трещина расширяется, пока не разобьется стекло. Таким образом, если вы хотите чтобы разрезать кусок стекла, начните с надпила на стекле, чтобы получить царапину вдоль который он сломает при нагрузке.

Стекло производится не менее 6000 лет, с тех пор как египтяне изготавливали фигурки с покрытием. из песка (SiO ₂ ) с отложениями реки Нил, нагрели эти объекты до покрытие расплавили, а затем дали им остыть. Оксид кальция или «известь» (CaO) а окись натрия или «сода» (Na ₂ O) из осадка текла в песок, чтобы сформировать стакан на поверхности фигурок. Следовые количества оксида меди (CuO) в осадке привело к случайному распределению Cu ²⁺ ионов в стекле что дало характерный синий цвет.

Песок по-прежнему является наиболее распространенным ингредиентом, из которого делают стекло. (более 90% песок, потребляемый каждый год, используется в стекольной промышленности.) Песок состоит из неравномерной сеть атомов кремния, удерживаемых вместе связями SiOSi. Если сеть была совершенно регулярной, каждый атом кремния был бы окружен четырьмя атомами кислорода расположены к углу тетраэдра. Поскольку каждый атом кислорода в этой сети общими для двух атомов кремния, эмпирическая формула этого твердого вещества будет SiO ₂ и материал будет иметь структуру кварца. Однако в песке некоторые из мостов SiOSi случайно ломаются.

Модификаторы (или флюсы), такие как Na ₂ O и CaO, добавляются в песок для изменения сетчатую структуру заменой связей SiOSi на связи SiO ^— Na ⁺ или SiO ^— Ca ²⁺ . Это отделяет тетраэдры SiO ₂ друг от друга, что делает смесь более жидкий и, следовательно, с большей вероятностью образует стекло после того, как оно будет расплавлено, а затем охлажденный. На эти так называемые «натронно-известковые» стаканы приходится 90% стекла произведено.

Al ₂ O ₃ добавляется в некоторые стекла для увеличения их прочности; MgO добавляется для замедления скорости кристаллизации стекла. Замена Na ₂ O с B ₂ O ₃ производит боросиликатное стекло, которое меньше расширяется на обогрев. При добавлении PbO получаются свинцовые стекла, идеально подходящие для высококачественной оптики. стакан.

Наиболее распространенный способ приготовления стекла – нагревание смеси песка и модификаторов. пока он не растает, а затем быстро охладите его, чтобы он затвердел и получился стакан. Если охлаждение происходит достаточно быстро, частицы в жидком состоянии не могут вернуться в исходное состояние кристаллическое расположение исходных материалов. Вместо этого они занимают случайно расположенные узлы решетки, в которых невозможно идентифицировать плоскости атомов. В результате получается аморфное (буквально: «без формы») материал.

---

Стеклокерамика

Случайный перегрев стекловаренной печи привел к открытию материалов, известных как стеклокерамика. При перегреве стекла в аморфном материале образовывались мелкие кристаллы. материал, препятствующий распространению трещин по стеклу.

Первый шаг к производству стеклокерамики включает традиционные методы подготовки стакан. Затем продукт нагревают до 750-1150°С, пока часть структуры не растворится. превращается в мелкозернистый кристаллический материал. Стеклокерамика не менее 50% кристаллизуются после нагревания. В некоторых случаях конечный продукт превышает 95% кристаллический.

Поскольку стеклокерамика более устойчива к тепловому удару, посуда из нее материал может быть перенесен непосредственно с горячей горелки плиты в холодильник без ломать. Поскольку они более кристалличны, стеклокерамика также немного лучше при проводят тепло, чем обычные очки. Стеклокерамика также прочнее при высоких температурах. температуры, чем очки. Так, стеклокерамика MgO — Al ₂ O ₃ — SiO ₂ используется для изготовления электрических изоляторов, которые должны работать при высоких температурах, таких как изоляторы свечей зажигания. Свойства и применение некоторых стекол и стеклокерамики приведены в таблице ниже.

Свойства и применение некоторых стекол и стеклокерамики

Состав		Недвижимость		Использование
		Очки
Al 2 O 3 , MgO, CaO, SiO 2		полупрозрачный, химический стойкий		Оконное стекло, бутылки
PbO, SiO 2		Высокий показатель преломления		Свинцовый хрусталь
Б 2 О 3 , SiO 2 , Na 2 О		Кислотостойкий, низкий расширение при нагреве		Пирекс
		Стеклокерамика
MgO, Al 2 O 3 , SiO 2		Изолятор с высоким механическая прочность при высокие температуры		Изоляторы свечей зажигания
CaSiO 3 , CaMgSi 2 O 6 , CaAl 2 Si 2 O 8		Износостойкий		Строительные материалы
Ли 2 Си 2 О 5		Термостойкость шок		Носовые обтекатели на ракеты, посуда

---

Керамика

Термин керамика происходит от греческого слова, обозначающего керамику. Он используется для описания широкий спектр материалов, включая стекло, эмаль, бетон, цемент, керамику, кирпич, фарфор, фарфоровая посуда. Этот класс материалов настолько широк, что часто легче определяют керамику как все твердые материалы, кроме металлов и их сплавов, которые производятся высокотемпературная обработка неорганического сырья.

Керамика может быть как кристаллической, так и стекловидной. Они могут быть как чистыми, однофазными материалов или смесей двух или более отдельных веществ. Большинство керамики поликристаллические материалы с резкими изменениями ориентации или состава кристаллов по каждому зерну в структуре. Керамика может иметь электропроводность, которая напоминают металлы, такие как ReO ₃ и CrO _2.

Керамика также может быть отличным изолятором, например, стеклокерамика, используемая в искровых разрядниках. пробки.

Одной из самых отличительных особенностей керамики является ее устойчивость к обработке или формируются после выстрела. За некоторыми исключениями, такими как стеклянные трубки или листовое стекло, их нельзя продать по ноге или обрезать, чтобы они подходили для работы. Их размер и форма должны быть принято решение до того, как они будут уволены, и они должны быть заменены, а не отремонтированы, когда они ломаются.

Основное различие между керамикой и другими материалами заключается в химических связях, которые удерживать эти материалы вместе. Хотя они могут содержать ковалентные связи, такие как связи SiOSi в стекле, они часто характеризуются ионными связями. между положительными и отрицательными ионами. Когда они образуют кристаллы, сильная сила притяжение между ионами противоположного заряда в плоскостях ионов затрудняет одно самолет проскользнуть мимо другого. Поэтому керамика хрупкая. Они сопротивляются сжатию, но они намного слабее к нагрузкам, приложенным в виде изгиба.

Использование керамики восходит к временам неолита, когда глина впервые использовалась для изготовления миски, которые пекли на костре. Глина образуется в результате выветривания горных пород с образованием похожие на гальку частицы глинозема и кремнезема, которые при намокании слипаются, образуя глину минералы, такие как каолинит, имеющий формулу Al ₄ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₈ .

Сегодня керамика играет важную роль в поиске материалов, способных противостоять теплового удара, действуют как абразивы или имеют лучшее соотношение веса и прочности. Глиноземная керамика используются для носовых обтекателей ракет и ракет, карбида кремния (SiC) и молибдена. дисилицид (MoSi ₂ ) используются в соплах ракет, а керамическая плитка используется для теплоизоляция для защиты космического корабля «Шаттл» при входе в атмосферу Земли атмосфера.

Керамика из диоксида урана (UO ₂ ) используется в качестве твэлов для атомных электростанций. Керамика также используется в качестве материалов для лазеров. кристаллы, легированные хромом, которые излучают когерентный монохроматический импульс света в оптику через которые проходит свет. BaTiO ₃ используется для изготовления керамических конденсаторов, имеют очень большую емкость. Он также используется для изготовления пьезоэлектрических материалов, которые развивают электрический заряд при механическом воздействии, которые являются активными элементами картриджи для фонографов, гидролокаторы и ультразвуковые устройства. Магнитная керамика, образованная смешиванием ZnO, FeO, MnO, NiO, BaO или SrO с Fe ₂ O ₃ используются в постоянных магниты, компьютерная память и телекоммуникации.

---

Материаловедение

Материаловедение | Металлы и элементарные ячейки | Подробнее о материаловедении | Керамика

---

Периодический Стол | Глоссарий | Классные апплеты

---

Тематический обзор Gen Chem | Домашняя страница справки по общей химии | Поиск: сайт общей химии.

Ученые создали новое состояние материи: «жидкое стекло». более существенное: новое состояние материи.

Спустя двадцать лет после того, как было впервые предсказано существование жидкого стекла, ученые создали и наблюдали эту новую форму материи, открытие, которое откроет новые окна в причудливых свойствах стекла.

Группа под руководством Маттиаса Фукса и Андреаса Цумбуша, профессоров Констанцского университета в Германии, смогла наблюдать «неизвестные до сих пор структуры», которые «дают представление о стекловании и раскрывают дополнительное состояние материи». к новой статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences .

Реклама

«Когда мы начинали наши эксперименты, мы не планировали найти состояние жидкого стекла», — сказал Цумбуш в электронном письме. «Изначально наш план состоял в том, чтобы изучить поведение мелких (~ 1-10 микрометров в диаметре) пластиковых частиц в жидкости».

Ученые часто используют эти смешанные вещества, известные как «коллоиды», чтобы пролить свет на сложные явления внутри материалов, таких как стекло. Коллоиды содержат молекулы в различных формах вещества: например, джемы и желе представляют собой коллоиды, в которых твердые частицы фруктов взвешены в желеобразном пектине и жидкой воде.

Поскольку частицы внутри коллоидов видны в специализированные микроскопы, они используются в качестве замены для атомных процессов, которые могут происходить внутри материала в гораздо меньших масштабах.

«Системы этого типа уже давно исследуются многими исследовательскими группами по двум причинам, — сказал Цумбуш. «Многие важные природные системы похожи по составу: подумайте о молоке, крови или глине».

«Кроме того, оптическая микроскопия таких четко определенных коллоидных частиц дает нам важные сведения о сложных явлениях», — добавил он. «Возможно, самым интригующим из них является стеклование».

Трудно представить мир без стекла, учитывая, что оно является ключевым компонентом всего, от обычной посуды до сложных телескопов. Но, несмотря на изобилие стекла в природе и бесчисленное множество технологий изготовления стекла, разработанных на протяжении тысячелетий, все еще остается много вопросов без ответа об основных свойствах этого универсального материала.

Реклама

Одной из характеристик, отличающих стекло от других веществ, является то, что оно не образует четкой кристаллической структуры по мере затвердевания в твердое тело. Вместо этого стекло сохраняет частицы в неупорядоченной смеси ориентаций из-за процессов, которые еще предстоит полностью объяснить.

«Несмотря на интенсивные исследования в течение многих десятилетий, до сих пор мало что известно о том, что происходит при стекловании», — сказал Цумбуш. «Системы коллоидов в жидкости интересны, потому что они также образуют стекла. Однако, в отличие от других систем, в них мы можем напрямую наблюдать и анализировать движение тысяч отдельных частиц».

В прошлых экспериментах со стеклом использовались коллоиды, содержащие сферические твердые частицы, которые не имеют четкой ориентации из-за своей симметричной формы. Фукс, Цумбуш и их коллеги изменили эту формулу, производя пластиковые частицы эллипсоидной формы, которые более точно соответствуют асимметричным молекулам, встречающимся в природе.

Кластеризованные эллипсовидные коллоиды жидкого стекла. Изображение: Исследовательские группы профессора Андреаса Цумбуша и профессора Маттиаса Фукса

«Поэтому плотные суспензии сферических частиц подробно изучались в течение последних двадцати лет», — пояснил Цумбуш. «Совершенные сферы, однако, редко встречаются в природе. Отправной точкой наших экспериментов было чистое любопытство: что изменится в структуре и динамике систем, если мы деформируем частицы в эллипсоиды?»

С помощью конфокальных микроскопов команда наблюдала за поведением частиц внутри растворителя. При определенном пределе плотности асимметричные частицы перестали вращаться, хотя они все еще могли двигаться и группироваться вместе.

Реклама

«В определенном диапазоне концентраций частицы могут свободно менять свое положение, но не могут менять свою ориентацию: жидкое стекло», — сказал Цумбуш. «Частицы ведут себя как рой рыб, в котором каждая рыба может плавать взад и вперед, но не может поворачиваться влево или вправо. Этот интригующий тип корреляции движения частиц поразителен: в то время как ориентации частиц привязаны друг к другу, их положения независимы».

«Интересно, что глобальный жидкокристаллический порядок предотвращается переплетенными и разветвленными кластерами выровненных частиц», — продолжил он. «Можно предположить, что такое поведение лежит в основе стеклования во многих системах, где неправильная форма препятствует кристаллическому порядку».

Эта способность перемещаться, но не вращаться, является отличительной чертой этого нового состояния вещества жидкого стекла, которое, как ожидается, также будет иметь значение в формировании жидких кристаллов, согласно исследованию.

Команда была удивлена ​​тем, что их коллоид раскрыл такие неожиданные подробности о стекле, что вдохновило их на поиски более подробного контекста в прошлых исследованиях. Именно так исследователи обнаружили исследование, опубликованное в 2000 году, в котором излагалось теоретическое предсказание жидкого стекла, которое «не привлекло должного внимания просто потому, что до нашей работы не было подходящих частиц для экспериментов», — сказал Цумбуш.