Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Будівельне матеріалознавство. Т 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Деформаційних властивостях ІБК ОПТИМАЛЬНОЇ СТРУКТУРИ

Від штучного будівельного конгломерату, що працює в несучих конструкціях будівель і споруд, потрібно, щоб достатня механічна міцність поєднувалася з деформационной стійкістю, т. Е. З його здатністю протистояти виникненню і розвитку незворотних деформацій (пластичних, повзучості) або появи і зростання мікротріщин. Деформаційна стійкість проявляється в згасаючому характері процесу формування деформацій, в релаксационной здатності матеріалу, з підвищенням якої більш інтенсивно знімаються напруги, що виникають під впливом внутрішніх і зовнішніх чинників - експлуатаційних навантажень і власної ваги конструкції, теплових і усадкових явищ. Є численні приклади, коли конгломератний матеріал, володіючи достатньою міцністю, перевіреної за розрахунковим навантаженням, передчасно руйнується внаслідок недостатньої деформационной стійкості, появи і розвитку незворотних деформацій. Надмірно великий час (або період) релаксації, що перевищує на кілька десяткових порядків періоди спостережень або дії навантаження, впливає на підвищення крихкості матеріалу з можливим утворенням тріщин.

Найбільш деформаційно-стійкими є ті конгломерати, які характеризуються високими значеннями пружних і пружно-еластичних деформацій в області певного інтервалу температур і реального їх перепаду в конструкції. Пружно-еластичні матеріали характеризуються показниками еластичності - відсотковою часткою спадаючої деформації за певний період часу (наприклад, 5, 10, 30, 100 хв або більше) після їх розвантаження від навантаження Р, що дорівнює за величиною граничного напруження зсуву, або будь-якої іншої силової навантаження. Показник еластичності виражається:

де ео - деформація зсуву (або іншого характеру), що виникла за час то під навантаженням Р; є т - деформація, що залишилася після пружно-еластичного відновлення протягом обраного періоду часу ті, коли навантаження була знята = 0).

За величиною показника еластичності ІБК умовно поділяють на високоеластичні, коли спад деформації настає швидко, і низькоеластичного, при повільному спаді виникла під навантаженням деформації і після її видалення. Очевидно, що, якщо матеріал в конструкції схильний до дії циклічних навантажень і період між навантаженими (період "відпочинку") буде порівняємо з тривалістю спаду нізкоеластіческой деформації, то частина деформації зберігається до нового циклу. З новим додатком навантаження накопичується величина не спала частини еластичної деформації, і вона поступово може перерости в незворотну, що створює передумови до деструкції матеріалу і руйнування конструкції. У цьому сенсі будь-яка деформація, в тому числі і пружна, тягне за собою нахил структури до пошкодження, розвитку в ній дефектів і навіть мікрощілин, до тривалого процесу руйнування. Проростання мікрощілин прискорюється у міру збільшення деформацій від багаторазового повторення (тим більше при вібраційному характері навантаження) деформування з переходом на кінцевій стадії в небезпечну тріщину і руйнування.

Найбільшою пружно-еластичної частиною деформацій мають в'яжучі речовини при фазових відносинах, рівних з * / ф, т. Е. Коли їх структура оптимальна. На графіку в системі координат ЄУ> (с / ф), як і для прочностной залежності, спостерігається максимум (рис. 3.12). Ліворуч і праворуч від максимуму є *, розташовуються в'яжучі речовини тих складів, при яких пружно-еластичні деформації мають меншу величину.

Найменшою величиною необоротних деформацій має скорозшивач при з * / ф, а зліва і праворуч від мінімуму розташовуються ті в'язкі речовини, у яких незворотні деформації швидко зростають, наприклад, при використанні органічних сполучних матеріалів.

Зниження пружно-еластичних і збільшення необоротних деформацій в лівих гілках кривої при значеннях с / ф <с7ф відбувається внаслідок зростання пористості і дискретності плівки середовища на частинках твердої фази в'язкої речовини. Необоротні деформації ІБК, у яких склади розміщуються лівіше екстремуму, носять квазіпластіческій характер.

Зниження пружно-еластичних і збільшення необоротних деформацій в правих гілках кривої при значеннях с / ф> з * / ф відбувається під впливом зростаючої кількості вільного середовища (с) в конгломераті.

Схема зміни деформаційних властивостей в'яжучого речовини і конгломерату зі зміною ставлення с / ф

Мал. 3.12. Схема зміни деформаційних властивостей в'яжучого речовини і конгломерату зі зміною ставлення с / ф:

/ - / - Лінія пластичних деформацій £ М ; // - // - Лінія пружно-еластичних деформацій ЄУ>; III-III - лінія модулів пружності Е, МПа; / - В'язка речовина; 2 - ІБК з наростаючим кількістю заповнювач

З поступовим додаванням до в'язкому речовині заповнювач (активного чи неактивного) зміни деформацій, як і міцних показників, мають екстремальний характер - мінімум у необоротних і максимум у пружно-еластичних властивостей при фазовому відношенні с / ф, при якому показник міцності був максимальним (див. рис. 3.12). Чим більше міститься заповнювач в конгломераті, тим менше величина пружно-еластичних властивостей і більше необоротних деформацій. Якщо відповідні екстремуми з'єднати обвідної кривої, то, за аналогією з графіком міцності, вийде лінія, найчастіше за все у вигляді дотичній до точок максимумів або мінімумів. Отже, всі крапки обвідної кривої обумовлені оптимальним складом конгломератів. Кожній точці кривої відповідає максимум міцності і пружно-еластичних деформацій, але мінімум пластичних деформацій. Таке поєднання механічних властивостей є завжди найбільш бажаним щодо ІБК, використовуваних в будівельних конструкціях будівель і споруд. Точки на правих і лівих гілках кривих не володіють таким сприятливим поєднанням міцності і деформативних властивостей, а склади в цих точках не є оптимальними. Структура містить дискретність середовища або підвищену пористість вторинного характеру, наприклад, під впливом випаровування частини середовища.

Що огинає крива оптимальних складів, при яких в умовах прийнятої технології забезпечуються максимальні показники пружно-еластичних властивостей, може бути з достатньою для практики точністю описана рівнянням гіперболічного виду, аналогічним рівнянням (3.3):

У формулі показник ступеня s визначають подібно до того, як показник ступеня п у формулі (3.3).

Якщо величину напруги, відповідного міцності ІБК, розділити на відносну пружну деформацію, то одержувані значення модулів пружності можна нанести на загальний графік в системі Е ( с / ф). Зі збільшенням кількості заповнює частини в конгломераті і відповідно зі збільшенням фазового відносини в'язкої речовини в ньому знижується величина модуля пружності, т. Е. Конгломерат стає менш жорстким.

Деформативність і модуль пружності, від яких залежить повна деформационная стійкість ІБК, безпосередньо пов'язані, як і міцність, зі структурою матеріалу. При цьому, чим в більшій мірі структура в'язкої речовини відповідає коагуляционной, тим більш типовими є незворотні деформації, нижче за показник міцності і модуля пружності. Зі збільшенням в

Графік відповідності показників якості ІБК в створах / -I і II-II заданим рівнем III-III в'язкому речовині кристаллизационной фази зростає частка пружної або пружно-еластичної деформації

Мал. 3.13. Графік відповідності показників якості ІБК в створах / -I і II-II заданим рівнем III-III в'язкому речовині кристаллизационной фази зростає частка пружної або пружно-еластичної деформації.

При постійній структурі характер деформації обумовлений величиною напруги і тривалістю напруженого стану, релаксационной здатністю конгломерату. Остання, в свою чергу, залежить від фазових співвідношень, вмісту в'яжучого і заповнювача, його різновиди, т. Е. Від структури і окремих структурних елементів.

Узагальнюючи формули (3.3) і (3.15), можна сформулювати загальну закономірність механічних властивостей ІБК.

Загальні і об'єктивні закони оптимальних структур не ізольовані один від одного, а взаємопов'язані в єдину систему, і їх зазвичай використовують в сукупності, наприклад, при проектуванні складів сумішей або при розробці нових конгломератних матеріалів і технологій їх виготовлення. Важливо, щоб одержувані проектні склади забезпечували при даній технології оптимальну структуру, а технічні властивості строго відповідали нс тільки рівню заданих показників, але і їх екстремальних значень (рис. 3.13), т. Е. Ділянки abc , а екстремуму d. У точках "5" надлишок показника якості повинен бути обгрунтований економічним розрахунком і експлуатаційними даними.

 
<<   ЗМІСТ   >>