Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Будівельне матеріалознавство. Т 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ЗАКОН І ФОРМУЛИ МІЦНОСТІ ІБК ОПТИМАЛЬНОЇ СТРУКТУРИ

Загальний закон міцності ІБК оптимальної структури встановлює, що твір міцності (в будь-яких показниках) конгломерату оптимальної структури на фазовий ставлення його в'язкої речовини в деякій мірі є величина постійна: Ліски * (с / ф) я = const. Ця закономірність може бути виражена і в відношенні деяких інших властивостей, чутливих до змін в структурі. І тоді закон встановлює, що твір числових значень функціональних властивостей штучних будівельних конгломератів оптимальної структури на ступеневу функцію фазового відносини його в'язкої речовини є величиною постійною. Як зазначалося раніше, під умовною виразом "фазовий відношення" розуміється величина відношення маси середовища до маси твердої високодисперсною фази в свіжовиготовленого матеріалі. Під постійною величиною в законі міцності (і інших властивостей) мається на увазі твір / Г (с7фК що вказує, зокрема, на динамічний характер закону, залежний від якості в'яжучого речовини і технології, прийнятої на виробництві.

У безпосередньому зв'язку з законом міцності знаходяться і формули для визначення міцності конгломерату оптимальної структури. Вони випливають з аналізу відповідних графічних залежностей, найбільш чітко виражених в просторовій системі координат (див. Рис. 3.8). З графіка на площині х-у видно, що

R - до '<

НОС "

(3.3)

на площині у-z видно, що

r = -ML,

ІБК, 100 у *

(3.4)

а на площині х-z -

з / ф_с "_ 100 ^ Ф (з + ф) т / с

(3.5)

У формулах: до - коефіцієнт пористості, який визначається як - пористість сухої суміші в'язкої речовини,%; р х -

пористість в'язкої речовини оптимальної структури, яка дорівнює зазвичай 2-3%; b - показник ступеня, рівний 0,85-1,15. З огляду на відносно велику величину ро і малу р х в екстремальній точці в'язкої речовини, значення до практично наближається до одиниці, і тому нерідко в формулах міцності коефіцієнт опускається, а в розрахунках не враховується (в щільних ІБК); х - відношення фазових відносин, т. е. х = Показано, що це ставлення за величиною адекватно відношенню усереднених товщин (б, 5 *) плівок середовища відповідно в в'язкому речовині конгломерату і в в'язкому речовині оптимальної структури (в свіжовиготовлених матеріалах). дійсно,

де v і v # - обсяги середовища в в'язкому речовині відповідно конгломерату і при СУФ; 5 су м і 5 ф З розум - сумарні поверхні твердої фази ф в в'язкому речовині конгломерату і в в'язкому речовині оптимальної структури при СУФ; 5 уд - питома поверхня твердої фази в'язкої речовини (зрозуміло, що вона залишається однаковою по всій кривій оптимальних структур ІБК); у-середня щільність середовища в в'язкому речовині (зрозуміло, що вона не змінюється по всій кривій оптимальних структур).

Отже, величина х показує, у скільки разів фазовий відношення реального в'язкої речовини в конгломераті більше фазового відносини в в'язкому речовині оптимальної структури (в точці М). Або, щось же, у скільки разів плівка середовища (б) в конгломераті товщі плівки середовища (5 *) в в'язкому речовині оптимальної структури. При цьому товщини плівок середовища приймаються усередненими, так як їх величини залежать від діаметра твердих частинок фази, і тому не є постійними. Показники ступеня піт відображають нелінійність залежностей міцності відповідно від фазового відносини в'язкої речовини і від кількісного вмісту в'яжучого речовини в конгломераті, причому величина п постійна, а величина т коливається від 0 до деякого максимального значення; вони визначаються експериментальним методом.

Апостеріорне визначення міцності ІБК оптимальної структури можливо і ще по одній загальній формулі, в якій поєднано вплив відносини фазових відносин та кількості в'язкої речовини з + фі, а, отже, і кількості (за масою, у відсотках) заповнювач, оскільки П + Щ = 100 - (з + ф),%:

Ця необхідна для практики формула отримана з формул (3.3) і (3.4) шляхом переумножении входять до них членів і подальшого вилучення квадратного кореня. У формулі (3.6) відображено вплив якості наповнювачів, використаних в ІБК, за допомогою показників ступеня п (чим менше показник ступеня л, тим вище якість і щільність заповнювача) і т - показника, що залежить від кількості цього ж компонента в суміші (чим більше заповнювач, тим більше значення і показника т). Формули тісно пов'язані між собою Ф за допомогою рівності:

одержуваного на площині х -z в просторовій системі координат (див. рис. 3.8).

Для пористих конгломератів (з пористістю вище 2-3%) використовують газо- і пенообразующие добавки з метою поризації в'язкої речовини, а також пористі наповнювачі. В результаті міцність ІБК знижується, але формули для її підрахунку зберігаються колишніми, так як зберігаються всі необхідні ознаки оптимальних структур. Важливо тільки зберегти умова, щоб реальне с / ф не було менше розрахункового з * / ф, бо в цьому випадку структура перестає бути оптимальною, а плівки середовища - континуальними (безперервними).

За фізичної сутності закон і формули міцності ІБК відображають максимальні значення сил зчеплення мікро- і макро частин при мінімальних відстанях між ними внаслідок мінімальних товщин континуальних плівок середовища. Вони відображають також мінімальну дефектність і найбільшу однорідність.

З урахуванням залежностей Гриффитса загальна формула міцності конгломерату оптимальної структури може бути виражена:

де / к - сумарна величина дефектів, що сприяють концентрації напружень, появи, росту і прискоренню зростання мікро- і макротріщин до критичних розмірів, що швидко знижує міцність в міру віддалення параметрів структури від оптимальних; кг - поправочний коефіцієнт переходу від крихкого до в'язкого руйнування; G - питома вільна поверхнева енергія; Е - модуль пружності; (6/8 *) "- відношення товщини плівок середовища відповідно в в'язкому речовині ІБК і в в'язкому речовині оптимальної структури, т. Е. При с * / ф, а показник ступеня п залежить від характеру і щільності упаковки мікрочастинок в'язкої речовини; (г / го) - відношення міжатомних (міжмолекулярних) відстаней в мікроструктурі в'язкої речовини відповідно в момент руйнування і момент рівності сил тяжіння і відштовхування, т. е. коли рівнодіюча їх дорівнює нулю (рис. 3.6 і 3.9). З формули (3.7) випливає, що в її знаменник входять разу- прочняющіе, а в чисельник - зміцнюючі чинники. Управління цими факторами складає основу підвищення міцності ІБК.

Графік зміни міцності (або внутрішньої напруги) при збільшенні відстані г між мікрочастинками

Мал. 3.9. Графік зміни міцності (або внутрішньої напруги) при збільшенні відстані г між мікрочастинками

За формулами міцності ІБК оптимальної структури визначають статичну і втомну міцність. Для збільшення Ліски необхідно підвищити міцність в'яжучого - матричного речовини, збільшити щільність упаковки макрочасток, знизити до оптимальних меж товщину плівок середовища в свіжовиготовленого конгломераті, зменшити до мінімуму вміст в'яжучого речовини при неодмінному збереженні континуальній просторової сітки середовища. Необхідно також технологічними заходами домагатися мінімуму дефектів, найбільшою компактності мікрочастинок. У деяких межах можливо підняти ще модуль пружності, т. Е. Жорсткість матеріалу. При направленому управлінні міцністю ІБК слід прагнути до підвищення членів формули в чисельнику і до зниження - в знаменнику.

Деякі ІБК виявляють підвищену чутливість до коливань зовнішньої температури ( Т) або до відхилень у швидкості (v) навантаження або швидкості деформування матеріалу в конструкції. Тоді буде потрібно ввести в формули міцності корективи з досвідчених даних, а саме: якщо змінилася температура і вона стала рівною ТГ замість колишньої Т, то, згідно з рис. 3.10, а, при незмінній швидкості vi міцність ІБК буде дорівнює:

де р - показник ступеня, що відображає нелінійність зміни міцності ІБК з підвищенням температури. При більш високій швидкості V 2 додатки навантаження або швидкості деформування, замість колишньої vi, але постійній температурі, яка дорівнює Тг, міцність ІБК, згідно рис. 3.10, б, визначається за формулою

б)

Мал. 3.10. Графіки зміни міцності матеріалу при підвищенні температури (а) і зміни міцності матеріалу при підвищенні швидкості додатка навантаження або швидкості деформування (б)

де до - показник ступеня, що відображає нелінійність зміни міцності ІБК з підвищенням швидкості V.

Підстановкою значень Яг,., І в формулу (3.9) і з урахуванням формули (3.3) отримуємо в остаточному вигляді узагальнену формулу міцності ІБК:

Багато тендітні і псевдо- крихкі матеріали слабо реагують на відхилення в певних межах температури і швидкості деформування. Вони практично не змінюють міцності під впливом звичайних коливань цих факторів. Щодо них показники р і до виявляються як би рівними нулю, а відповідні симплекси - температурний і реологічний - приймають одиничні значення. Для цих матеріалів узагальнена формула міцності приймає вид загальної формули (3.6). До таких ІБК відносяться, зокрема, цементний бетон, силікатні вироби, керамічні і їм подібні матеріали, реактопластах і ін. До типових нехрупкій ІБК можуть бути віднесені асфальтові бетони, полімербетони на основі термопластів та ін. Так, наприклад, статечної показник теплостійкості у асфальтобетонів коливається в межах р = 10,0-12,5, а показник деформационной стійкості до = 0,12-0,20 - в залежності від типу макроструктури (у порфірових - менше, у контактних - більше).

 
<<   ЗМІСТ   >>