Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Будівельне матеріалознавство. Т 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Тимчасові ЕЛЕМЕНТИ ДОВГОВІЧНОСТІ МАТЕРІАЛУ

Незалежно від способу оцінки - зі зміни властивостей або за відхиленням структурних параметрів від оптимальних - повний період довговічності починається від моменту вступу матеріалу до виконання своїх функцій в конструкції до гранично допустимого (критичного) рівня відповідного зміни властивостей або структури.

Цілий період довговічності умовно можна розділити на три етапи або тимчасових елемента (рис. 4.1). Як зазначалося, до початку першого етапу є ще передексплуатаційний період, який в основному характеризується набором і формуванням структурних елементів і властивостей в технологічному процесі. Однак він відносно короткочасний, хоча при тривалому зберіганні готової продукції в складських приміщеннях і, тим більше, на відкритих майданчиках будівельних об'єктів, можливі зміни придбаних в технологічний період показників властивостей і структури. При особливо несприятливих умовах зберігання окремих виробів потрібно внести корективи в первісну оцінку якості або структури перед відправленням їх за призначенням.

Схема чергування тимчасових елементів довговічності в експлуатаційний період

Мал. 4.1. Схема чергування тимчасових елементів довговічності в експлуатаційний період:

I - рівень граничних (критичних) значень ключового структурного параметра; 2 - передексплуатаційний рівень ключових структурних параметрів; 3 - збільшення тривалості і гальмуванням деструкції до Тю

Перший етап довговічності характеризується зміцненням структури або поліпшенням показників властивостей; другий - їх відносною стабільністю; третій - деструкцією, т. е. повільним або швидким порушенням структури аж до ес критичного стану або навіть до повного руйнування. У окремих матеріалів той чи інший етап в періоді довговічності може бути відсутнім, або його тривалість практично дорівнювати нулю.

Може, наприклад, повністю відсутні тимчасової елемент

зміцнення структури або її стабільного стану. Що ж стосується етапу деструкції, то він майже неминучий, хоча і не завжди спостерігається візуально. Набагато рідше деструкція протікає з величезною інтенсивністю, коли тимчасової елемент стає рівним нулю.

Завдання технологів і будівельників полягає в тому, щоб всіляко збільшити довговічність конструкції і, отже, утворює її конгломерату. Це завдання адекватна продовженню тривалості кожного з трьох взаємопов'язаних тимчасових елементів, особливо етапів зміцнення і стабільності структури, домагаючись разом з тим ефективного гальмування і подовження терміну деструктивних процесів.

Сутність зміцнення структури на першому етапі довговічності полягає в тому, що під впливом зовнішнього середовища, навантажень, інверсії фаз і т. П. В експлуатаційний період в матеріалі, особливо в в'язкої частини, а також в контактних зонах, виникають спочатку на мікрорівні, а з часом укрупнюються нові (вторинні) структурні центри. Спільно з тими, які виникли на ранній стадії формування структури (первинними), вони беруть участь в додатковому процесі ущільнення структури зі збільшенням концентрації тієї частини твердої фази, яка є основним носієм ефекту зміцнення. В результаті не тільки спостерігається зміцнення структури і зростання міцності матеріалу по відношенню до механічних навантажень, але і поліпшення деяких інших його властивостей. Прикладом матеріалу з зміцненням структури в експлуатаційний період може служити цементний бетон і його в'язка (матрична) частина у вигляді цементного каменю при контакті з водним середовищем і тим більше з щавлевої кислотою. Остання, проникаючи в пори, утворює малорозчинні солі і щільні продукти з дуже низькою дифузійної проникністю. Особливо часто ефект зміцнення спостерігається в зв'язку з ущільненням новоутворень при взаємодії вуглекислого газу з вапном в матеріалі; переходом аморфного речовини в кристалічний. Однак зміцнення структури в експлуатаційний період може скласти тільки тоді позитивний ефект, якщо воно не стало наслідком так званого "старіння". Під останньою розуміють нерідко спостерігається явище охрупчивания конгломератів на основі полімерів за рахунок хімічних реакцій, або при рекристалізації зі збільшенням в обсязі новоутворень. Старіння переводить матеріал у стан крихкого мікротрещінообразованія і, в кінцевому підсумку, різкого скорочення довговічності.

Другий етап - стабілізація структури - характеризується порівняно незмінною концентрацією структурних елементів в одиниці об'єму матеріалу і відносною сталістю показників властивостей. Рівень цих показників має коливання за рахунок місцевих процесів зміцнення і деструкції, наприклад за рахунок кристалізаційних напруг або агресії зовнішнього середовища. Однак в цілому зберігається їх збалансованість на деякому середньому, стабільному рівні (див. Рис. 4.1). Втім, явища деструкції поширюються і на перший етап зміцнення, але тоді сили разупрочнения порівняно малі і сумарний ефект залишається позитивним.

Третій етап довговічності - деструкція - найтиповіший процес експлуатаційного періоду. Він може початися з першого ж етапу експлуатації конструкції, але може слідувати також за зміцненням і стабілізацією структури. Третій етап характеризується порушенням структури з можливою втратою її суцільності, поступовим накопиченням розривів міжатомних зв'язків. Розриви виникають під впливом прискорення теплового руху атомів і молекул, розвитку механічних, усадочних, осмотических та інших напруг. Встановлено, що процес поступового пошкодження структури супроводжує кожної, навіть найменшої пружною деформації.

Крім фізичних, в період деструкції протікають хімічні і фізико-хімічні процеси, які називають як корозійні. У широкому сенсі корозія означає роз'їдання металу або іншого матеріалу під впливом контакту із зовнішнім агресивним середовищем, проникнення її в пори і капіляри. Процеси корозії посилюються при одночасному впливі фізичних факторів, якщо, наприклад, матеріал знаходиться в напруженому стані під впливом розтягуючих або стискають зусиль, або якщо разом з агресивним середовищем, наприклад, рідкої, матеріал схильний до дії негативних температур з циклічним замерзанням і відтаванням рідкого середовища в порах . На заключній стадії деструкція переходить в інтенсивний і навіть лавинний процес утворення небезпечних мікро- і макротріщин, завершується частковим або повним руйнуванням конгломерату.

Визначення та вивчення довговічності і складових її тимчасових елементів проводиться на різних рівнях структури - від молекулярної і надмолекулярної до макроскопічної, причому завжди доцільно починати з характеристики структури, а потім переходити до показників властивостей. Але вони тісно взаємозалежні, а при оптимальних структурах між ними є закономірні зв'язки.

При вивченні стану структур в часі зазвичай вибирають найбільш значущі (ключові) характеристики. Кількісною оцінкою структур займається стереологія; її методи використовують і для вивчення довговічності ІБК. Ці методи дозволяють по площинним мікрофотоснімкам або іншими даними структурного аналізу визначати об'ємний вміст досліджуваних елементів і кількісні зміни в експлуатаційний період: розмір і обсяг пір, величину внутрішньої питомої поверхні твердої фази, розмір твердих частинок, товщину прошарків рідкого середовища, співвідношення обсягів або мас кристалічної і аморфної (скловатою) частин в в'язкому, однорідність в розташуванні ключових частинок в певних обсягах і т. п.

 
<<   ЗМІСТ   >>