Закон прочности и диформативности искусственного строительного конгломерата оптимальной структуры

Эта закономерность может быть выражена и в отношении некоторых других свойств, чувствительных к изменениям в структуре. И тогда закон устанавливает, что произведение числовых значений функциональных свойств искусственных строительных конгломератов оптимальной структуры на степенную функцию фазового отношения его вяжущего вещества является величиной постоянной. Как отмечалось ранее, под условным выражением «фазовое отношение» понимается величина отношения массы среды к массе твердой высокодисперсной фазы в свежеизготовленном материале. Под постоянной величиной в законе прочности (и других свойств) имеется в виду произведение Я*-(с*/ф)п, что указывает, в частности, на динамичный характер закона, зависимый от качества вяжущего вещества и технологии, принятой на производстве.

В непосредственной связи с законом прочности находятся и формулы для определения прочности конгломерата оптимальной структуры. Они следуют из анализа соответствующих графических зависимостей, наиболее четко выраженных в пространственной системе координат (см. рис. 3.8). Из графика на плоскости л:—у видно, что пористость вяжущего вещества оптимальной структуры, равная обычно 2—3 %; Ь — показатель степени, равный 0,85—1,15, Учитывая относительно большую величину ро и малую рх в экстремальной точке вяжущего вещества, значение к\ практически приближается к единице, и поэтому нередко в формулах прочности коэффициент опускается, а в расчетах не учитывается (в плотных ИСК); х — отношение фазовых отношений, т. е. х = 4тт- Показано, что это отношение по величине адекватно отношению осредненных толщин (5, 8*) пленок среды соответственно в вяжущем веществе конгломерата и в вяжущем веществе оптимальной структуры (в свежеизго-товленных материалах).

Следовательно, величинах показывает, во сколько раз фазовое отношение реального вяжущего вещества в конгломерате больше фазового отношения в вяжущем веществе оптимальной структуры (в точке М). Или, что то же, во сколько раз пленка среды (5) в конгломерате толще пленки среды (8*) в вяжущем веществе оптимальной структуры. При этом толщины пленок среды принимаются осредненными, так как их величины зависят от диаметра твердых частиц фазы, и поэтому не являются постоянными. Показатели степени пит отражают нелинейность зависимостей прочности соответственно от фазового отношения вяжущего вещества и от количественного содержания вяжущего вещества в конгломерате, причем величинам —постоянная, а величина т колеблется от 0 до некоторого максимального значения; они определяются экспериментальным методом.

Апостериорное определение прочности ИСК оптимальной структуры возможно и еще по одной общей формуле, в которой соединено влияние отношения фазовых отношений и количества вяжущего вещества с+фь а следовательно, и количества (по массе, в процентах) заполнителя, поскольку П+Щ =100 – (с+ф), %:

Эта необходимая для практики формула получена из формул (3.3) и (3.4) путем переумножения входящих в них членов и последующего извлечения квадратного корня. В формуле (3.6) отражено влияние качества заполнителей, использованных в ИСК, посредством показателей степени п (чем меньше показатель степени п, тем выше качество и плотность заполнителя) и т — показателя, зависящего от количества этого же компонента в смеси (чем больше заполнителя, тем большее значение и показателя т).

Для пористых конгломератов (с пористостью выше 2—3%) используют газо- и пенообразующие добавки с целью поризации вяжущего вещества, а также пористые заполнители: В результате прочность ИСК снижается, но формулы для ее подсчета сохраняются прежними, так как сохраняются все требуемые признаки оптимальных структур. Важно только сохранить условие, чтобы реальное с/ф не было меньше расчетного с7ф, ибо в этом случае структура перестает быть оптимальной, а пленки среды — континуальными (непрерывными).

По физической сущности закон и формулы прочности ИСК отражают максимальные значения сил сцепления микро- и макрочастиц при минимальных расстояниях между ними вследствие минимальных толщин континуальных пленок среды. Они отражают также минимальную дефектность и наибольшую однородность.

Рис. 3.9. График изменения прочности (или внутреннего напряжения) при увеличении расстояния г между микрочастицами

По формулам прочности ИСК оптимальной структуры определяют статическую и усталостную прочность. Для увеличения RUCKНеобхОДИМО ПОВЫСИТЬ прочность вяжущего — матричного вещества, увеличить плотность упаковки макрочастиц, снизить до оптимальных пределов толщину пленок среды в свежеизготовленном конгломерате, уменьшить до минимума содержание вяжущего вещества при непременном сохранении континуальной пространственной сетки среды. Необходимо также технологическими мерами добиваться минимума дефектов, наибольшей компактности микрочастиц. В некоторых пределах возможно поднять еще модуль упругости, т. е. жесткость материала. При направленном управлении прочностью ИСК следует стремиться к повышению членов формулы в числителе и к снижению — в знаменателе.

Рис. 3.10. Графики изменения прочности материала при повышении температуры (а) и изменения прочности материала при повышении скорости приложения нагрузки или скорости деформирования (б)

Многие хрупкие и псевдохрупкие материалы слабо реагируют на отклонения в определенных пределах температуры и скорости деформирования. Они практически не изменяют прочности под влиянием обычных колебаний этих факторов. В отношении их показатели р и к оказываются как бы равными нулю, а соответствующие симплексы — температурный и реологический — принимают единичные значения. Для этих материалов обобщенная формула прочности принимает вид общей формулы (3.6). К таким ИСК относятся, в частности, цементный бетон, силикатные изделия, керамические и им подобные материалы, реактопласты и др. К типичным нехрупким ИСК могут быть отнесены асфальтовые бетоны, по-лимербетоны на основе термопластов и др. Так, например, степенной показатель теплостойкости у асфальтобетонов. колеблется в пределах р = 10,0—12,5, а показатель деформационной стойкости к = 0,12—0,20 — в зависимости от типа макроструктуры (у порфировых — меньше, у контактных — больше).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: