Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Будівельне матеріалознавство. Т 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ЗАКОН створі

[1]

Закон створу встановлює: оптимальну структуру відповідає комплекс екстремальних значень властивостей.

Його можна виразити і як відповідність комплексу найбільш сприятливих показників будівельних та експлуатаційних властивостей конгломерату оптимальної структури. На рис. 3.7 закон створу представлений графічно в прямокутної площинний системі координат "властивості - структурний фактор". Ще повніше він зображується в просторовій системі координат з відкладенням: на осі абсцис 0- (з + ф) - однієї з структурних характеристик, наприклад, змісту середовища, фазового відносини, товщини (абсолютної або відносної) плівки середовища в свіжовиготовленого матеріалі та ін .; на осі аплікат 0- (П + Щ) - вмісту в'яжучого або заповнювач, в% по масі; на осі ординат 0-R - значень одного або декількох технічних властивостей (рис. 3.8).

Графічне вираження закону створу

Мал. 3.7. Графічне вираження закону створу:

/ - Середня щільність; 2 - економічна ефективність; 3 - межі міцності; 4 - морозостійкість; 5 - внутрішнє зчеплення; 6 - упру- гоеластічсскіе властивості; 7 - повзучість; 8 - рухливість; 9 - коефіцієнт виходу суміші

Отримані за експериментальними даними графічні залежності в системі координат на площині або в просторі для числових значень кожного властивості, безпосередньо пов'язаного зі структурою, мають характер екстремальних кривих. У них є дві спадаючих або зростаючих гілки з максимумом або мінімумом числових значенні властивостей між ними. Останні практично розміщуються на одній прямій лінії, т. Е. В загальному створі.

Всі точки екстремумів даного властивості відображають структуру, при якій задовольняються необхідні вимоги її оптимальності: рівномірне розташування частинок, мінімум дефектів; безперервність шару в'яжучого (або середовища) при мінімальній його товщині з мінімумом фазового відносини (з / ф-> min). Очевидно, що інші точки правої і лівої гілок екстремальної кривої не відповідають сукупності умов оптимальності структури.

1

Зміна міцності ІБК в просторовій системі координат

Мал. 3.8. Зміна міцності ІБК в просторовій системі координат

З графіків видно, що неоптимальні структур набагато більше, ніж оптимальних, оскільки на кожній екстремальній кривої є тільки один екстремум показника властивостей, тоді як на гілках цієї кривої, праворуч і ліворуч від екстремуму, є безліч точок і кожна з них не відповідає умовам оптимальної структури. Разом з тим лінія MN, що з'єднує вершини окремих екстремальних кривих, являє собою безперервну систему оптимальних структур і їм відповідних створів з певними комплексами екстремумів властивостей. Для конкретних будівельних цілей вибирається той створ, який відповідає основним показникам якості матеріалу за технічним проектом будівлі або споруди, конструкції або ГОСТу. Вибору необхідного створу допомагає загальний метод проектування оптимальних складів ІБК. У короткому викладі він приводиться нижче (див. 3.4).

У природних матеріалів, наприклад, гірських порід (каменю), такого роду безперервно змінюються системи оптимальних структур зустрічаються рідше. Для них більш частим є формування окремої оптимальної структури будь-якого каменю. І тоді для такої породи (пісковика, вапняку та ін.) Діють загальні закономірності зміни властивостей, аналогічні тим, які відзначалися в відношенні ІБК: у міру збільшення пористості як структурного показника знижується величина пружних деформацій, міцності, середньої щільності та інших властивостей. Закон створу по відношенню до природних матеріалів (гірських порід, мінералів, деревини) діє так само, як у ІБК, т. Е. Він є об'єктивною закономірністю.

Можливо зворотну дію закону створу: якщо матеріал володіє одним або більшою кількістю екстремальних значень властивостей, безпосередньо відображають його структуру, то вона, отже, оптимальна. Нерідко досить і одного екстремуму властивостей, наприклад, максимуму тієї чи іншої міцності, щоб судити про оптимальність структури матеріалу.

Закон створу є наслідком впливу фізичних, фізико-хімічних і технологічних факторів і явищ.

Фізична природа явищ, що обумовлюють дію закону створу, полягає в тому, що при оптимальних структурах настає урівноваження сил тяжіння і відштовхування між структурними мікрочастинками. Внаслідок цього значення вільної енергії Гіббса і вільної внутрішньої енергії Гельмгольца стають мінімальними. І тоді в даних умовах виникає рівноважна система, стійка або іноді може бути і нестійка, але стабільна протягом тривалого часу. Чим повніше в технологічний (або генетичний у гірських порід) період була витрачена вільна енергія з переходом се в енергію зв'язку між мікрочастинками, тим яскравіше виступають екстремуми властивостей як функції енергії. Положення екстремуму обумовлено також мінімумом мікропор або інших микродефектов в структурі.

Фізико-хімічна природа закону створу пов'язана з поверхневою енергією, що виникає в результаті дроблення і подрібнення вихідних твердих матеріалів, а також під впливом деяких інших технологічних операцій, наприклад, введення добавок, нагріву. Збільшення дисперсності частинок і поверхневої енергії, що дорівнює добутку приросту поверхні на величину поверхневого натягу, підвищує активність компонентів до процесів структуроутворення. Відповідно до принципу Гіббса-Кюрі прискорюється виділення з розчинів і розплавів нової, наприклад, кристалічної, фази. А процес зростання концентрації кристалічної фази обумовлює зміцнення матеріалу, підвищення щільності і поліпшення якісних показників, що при оптимальних структурах призводить до виникнення комплексу екстремальних показників властивостей.

Технологічна природа закону створу (у штучних) або генетична природа його (у природних матеріалів) полягає відповідно в примусовому створенні або формуванні природним шляхом структури, яка характеризується мінімальним вмістом микродефектов, мінімумом капілярних пір, здатних утримувати чужорідний інгредієнт (наприклад, вологу), оптимальною щільністю . Загальний метод проектування оптимальних складів і структур матеріалів забезпечує не тільки заздалегідь заданий комплекс необхідних властивостей, але і їх екстремальні числові значення. Реалізація запроектованого складу в технологічному процесі дозволяє отримувати матеріал оптимальної структури і на рівні заданих показників властивостей, найбільш вигідний з економічної ефективності. Останнє слід, зокрема, з того, що ефективність входить у ворота найкращих показників якості матеріалу, стаючи при оптимальній структурі як би матеріалізованої оцінкою економічної ефективності.

Закон створу дозволяє створювати нові матеріали з строго заданим набором і рівнем показників властивостей, покращувати якість традиційних, вирішувати інші практичні завдання.

  • [1] Рибьев І.А. Відкриття закону створу, його сутність і значимість // Будівельні матеріали, технології, обладнання XXI ст. 1999. 3-4.
 
<<   ЗМІСТ   >>