ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структурно-механические свойства влажных материалов из "Теория сушки Издание 2" Исследование структурно-механических свойств влажных материалов производится с целью установить особенности физикохимических изменений структуры в процессе сушки, которые определяют качество готовой продукции. Это исследование производится двумя методами 1) путем изучения кривых изменения касательных напряжений с изменением угла сдвига и 2) путем изучения кривых кинетики деформаций. Исследование структурно-механических свойств необходимо проводить в условиях, приближающихся к условиям сушки, т. е. при различных температуре и влагосодержании, а также при законе изменения скорости нагружения, приближающемся к закону изменения интенсивности напряжений в процессе сушки. [c.197] Последнее требование обусловлено тем обстоятельством, что в отличие от линейных деформаций абсолютная величина предельного напряжения сдвига, соответствующего полному разрушению структуры, а также величина касательного напряжения трещинообразования, соответствующая локальному разрушению материала, в значительной степени зависят от скорости нагружения, изменяясь в некоторых случаях в несколько раз. [c.197] Кварцевый песок. Кварцевый песок с небольшим количеством (около 10%) глинистой составляющей исследовался на реологические характеристики на приборе Т. Я. Гороздовского, который давал возможность получить напряжения в широком диапазоне влагосодержаний материала. [c.198] На рис. 4-10 приведена зависимость между касательными напряжениями Р и углом сдвига (мера деформации е) для различных влагосодержаний песка при постоянной температуре 18° С. Появление трещин отмечено вертикальной чертой. Из рис. 4-10 видно, что образование трещин, а также полное разрушение структуры происходят в упруго-пластической области. При влагосодержании 0,11—0,12 кг кг имеет место упругая область, с увеличением влагосодержания область упругих деформаций уменьшается и при больших влагосодержаниях все деформации практически являются упруго-пластическими. Пластическая область (течение с постоянной скоростью) для песка отсутствует. [c.198] С увеличением температуры происходит резкое упрочнение структуры, что можно объяснить растворением и разложением солей, которые содержатся в песке, и коагуляцией глинистых частиц. В результате этого образуется более сцементированная и плотная структура. [c.199] Опыты были проведены с глинами Бескудниковского и Черемушкинского месторождений. Указанные глины относятся к группе каолинитовых глин, в основе химического строения которых лежит дикремнеалюмокислота. В состав глин входит коллоидная фракция в виде частичек, имеющих чешуйчатую форму. Измерения при помощи электронного микроскопа кристалликов каолина дали размеры в плоскости спайности 1—0,1 мк и толщину частиц от 0,01—0,02 до 0,001 мк. [c.199] Химический состав глин характеризуется отношением окислов кремния к окислам алюминия. Для каолина это отношение равно двум. [c.199] Ё состав глин входят элементарные кристаллические частицы, агрегаты названных частиц, высокодисперсные частицы минералов, а также кварц. Таким образом, глина является капиллярнопористым коллоидным телом. [c.200] Аналогичные кривые были получены и для глины Бескудниковского месторождения. Полученные из этих кривых структурномеханические характеристики приведены в табл. 4-5. [c.200] Из рис. 4-11 следует, что упругая область незначительна, преобладают упруго-пластические деформации. Разрушение глины происходит под действием пластических деформаций. [c.200] С увеличением влагосодержания происходит постепенное смещение момента появления трещин из середины упруго-пластической области в ее конец, а при больших влагосодержаниях — в пластическую область. При этом напряжение трещинообразования постепенно приближается к напряжениям полного разрушения, при больших влагосодержаниях они совпадают (рис. 4-12). [c.200] Из рис. 4-12 видно, что законы изменения предельных напряжений тотального и локального разрушения отличны друг от друга. Поэтому расчеты оптимальных режимов сушки необходимо производить с учетом напряжений трещинообразования, а не предельных разрушающих напряжений. [c.201] С увеличением температуры несколько изменяется характер кривых деформаций. При температурах 50—60° С область упругих деформаций несколько увеличивается за счет уменьшения упругопластической области. Повышение температуры от 18 до 51° С не оказывает влияния на предельное разрушающее напряжение. [c.201] Влияние температуры на напряжение трещинообразования невелико, приближенно можно считать, что не зависит от температуры. [c.201] Желатин. Желатин является типичным лиофильным коллоидом, он состоит из пяти фракций различного мицеллярного веса, обладающих разными свойствами. [c.201] Мицеллы желатина построены различным образом. Наряду с мицеллами, в которых отдельные цепи хорошо ориентированы, подобно кристаллу, существуют мицеллы с хаотическим расположением цепей. Поэтому температура разрушения мицелл оказывается непостоянной и изменяется в широком интервале аналогично температуре при плавлении аморфных тел. [c.201] На рис. 4-14, а приведена увеличенная в 80 раз фотография желатина при влагосодержании 1,8 кг кг ДО создания напряженного состояния. На рисунке видно, что желатин имеет однородную (гомогенную структуру ). После создания напряженного состояния возникают поры правильной геометрической формы (рис. 4-14, б, в). Чтобы объяснить механизм образования пор в результате создания объемно-напряженного состояния, которое сопровождается упрочнением структуры, были сделаны снимки под электронным микроскопом (рис. 4-15). Из рис. 4-15 видно, что вокруг пор образуется слой определенной толщины с правильно ориентированными мицеллами, между которыми в виде тонких прослоек расположена жидкость. С увеличением радиуса пор плотность мицелл в ориентированном слое возрастает так, что при диаметре пор 0,35 мм ориентированный слой представляет собой сплошную структуру с тонким венцом связанной жидкости по диаметру поры. Тонких прослоек жидкости в самом слое при увеличении в 4 ООО раз не обнаруживается. [c.202] Следовательно, механизм образования пор можно представить примерно так. В напряженном состоянии в местах наименьшего сопротивления сдвигу (в вакуолях, заполненных свободной и связанной водой, содержащей растворимые фракции желатина) происходит концентрация напряжений, которая сопровождается возникновением локальных пластических деформаций. [c.203] Такое упрочнение структуры с образованием пор происходит при низких температурах (10—30° С). Начиная с температуры / 30° С, упрочнения не происходит и желатин дает кривые деформации, аналогичные кривым деформации глин. [c.204] Предельные разрушающие напряжения приведены в табл. 4-6. Анализ этих данных показывает, что разрушающие напряжения уменьшаются с повышением влагосодержания по линейному закону. Влияние температуры показано на рис. 4-16. [c.204] Вернуться к основной статье