Три временных элемента долговечности

Независимо от способа оценки — по изменению свойств или по отклонению структурных параметров от оптимальных — полный период долговечности начинается от момента вступления материала к выполнению своих функций в конструкции до предельно допустимого (критического) уровня соответствующего изменения свойств или структуры.

Целый период долговечности условно можно разделить на три этапа или временных элемента (рис. 4.1). Как отмечалось, до начала первого этапа имеется еще предэксплуатационныи период, который в основном характеризуется набором и формированием структурных элементов и свойств в технологическом процессе. Однако он относительно кратковременный, хотя при длительном хранении готовой продукции в складских помещениях и, тем более, на открытых площадках строительных объектов, возможны изменения приобретенных в технологический период показателей свойств и структуры. При особо неблагоприятных условиях хранения отдельных изделий потребуется внести коррективы в первоначальную оценку качества или структуры перед отправлением их по назначению.

Рис. 4.1. Схема чередования временных элементов долговечности в эксплуатационный период:
1 — уровень предельных (критических) значений ключевого структурного параметра; 2 — предэксплуатационныи уровень ключевых структурных параметров; 3 — увеличение продолжительности -С5 торможением деструкции до тю

Первый этап долговечности характеризуется упрочнением структуры или улучшением показателей свойств; второй — их относительной стабильностью; третий — деструкцией, т. е. медленным или быстрым нарушением структуры вплоть до ее критического состояния или даже до полного разрушения. У отдельных материалов тот или иной этап в периоде долговечности может отсутствовать, или его продолжительность практически приниматься равной нулю. Может, например, полностью отсутствовать временной элемент упрочнения структуры или ее стабильного состояния. Что же касается этапа деструкции, то он почти неизбежен, хотя и не всегда наблюдается визуально.4 Гораздо реже деструкция протекает с огромной интенсивностью, когда временной элемент становится равным нулю.

Задача технологов и строителей заключается в том, чтобы всемерно увеличить долговечность конструкции и, следовательно, образующего ее конгломерата. Эта задача адекватна продлению продолжительности каждого из трех взаимосвязанных временных элементов, особенно этапов упрочнения и стабильности структуры, добиваясь вместе с тем эффективного торможения и удлинения срока деструктивных процессов.

Сущность упрочнения структуры на первом этапе Долговечности заключается в том, что под влиянием внешней среды, нагрузок, инверсии фаз и т. п. в эксплуатационный период в материале, особенно в вяжущей части, а также в контактных зонах, возникают вначале на микроуровне, а со временем укрупняются новые (вторичные) структурные центры. Совместно с теми, которые возникли на ранней стадии формирования структуры (первичными), они участвуют в дополнительном процессе уплотнения структуры с увеличением концентрации той части твердой фазы, которая является основным носителем эффекта упрочнения. В результате не только наблюдается упрочнение структуры и рост прочности материала по отношению к механическим нагрузкам, но и улучшение некоторых других его свойств. Примером материала с упрочнением структуры в эксплуатационный период может служить цементный бетон и его вяжущая (матричная) часть в виде цементного камня при контакте с водной средой и тем более с щавелевой кислотой. Последняя, проникая в поры, образует малорастворимые соли и плотные продукты с очень Низкой диффузионной проницаемостью. Особенно часто эффект упрочнения наблюдается в связи с уплотнением новообразований при взаимодействии углекислого газа с известью в материале; переходом аморфного вещества в кристаллическое. Однако упрочнение структуры в эксплуатационный период может составить только тогда положительный эффект, если оно не явилось следствием так называемого «старения». Под последним понимается нередко наблюдаемое явление охрупчивания конгломератов на основе полимеров за счет химических реакций, или при рекристаллизации с увеличением в объеме новообразований. Старение переводит материал в состояние хрупкого микротрещинообразования и, в конечном итоге, резкого сокращения долговечности.

Второй этап — стабилизация структуры — характеризуется сравнительно неизменной концентрацией структурных элементов в единице объема материала и относительным постоянством показателей свойств. Уровень этих показателей имеет колебания за счет местных процессов упрочнения и деструкции, например за счет кристаллизационных напряжений или агрессии внешней среды. Однако в целом сохраняется их сбалансированность на некотором среднем, стабильном уровне (см. рис. 4.1). Впрочем, явления деструкции распространяются и на первый этап упрочнения, но тогда силы разупрочнения сравнительно малы и суммарный эффект остается позитивным.

Третий этап долговечности — деструкция г— самый типичный процесс эксплуатационного периода. Он может начаться с первого же этапа эксплуатации конструкции, но может следовать также за упрочнением и стабилизацией структуры.Третий этап характеризуется нарушением структуры с возможной потерей ее сплошности, постепенным накоплением разрывов межатомных связей. Разрывы возникают под влиянием ускорения теплового движения атомов и молекул, развития механических, усадочных, осмотических и иных. напряжений. Установлено, что процесс постепенного повреждения структуры сопутствует каждой, даже самой малой упругой деформации.

Кроме физических, в период деструкции протекают химические и физико-химические процессы, которые именуют как коррозионные. В широком смысле коррозия означает разъедание металла или другого материала под влиянием контакта с внешней агрессивной средой, проникания ее в поры и капилляры. Процессы коррозии усиливаются при одновременном воздействии физических факторов, если, например, материал находится в напряженном состоянии под влиянием растягивающих или сжимающих усилий, или если вместе с агрессивной средой, например жидкой, материал подвержен воздействию отрицательных температур с циклическим замерзанием и оттаиванием жидкой среды в порах. На заключительной стадии деструкция переходит в интенсивный и даже лавинный процесс образования опасных микро- и макротрещин, завершается частичным или полным разрушением конгломерата.

Определение и изучение долговечности и составляющих ее временных элементов производится на разных уровнях структуры — от молекулярной и надмолекулярной до макроскопической, причем всегда целесообразно начинать с характеристики структуры, а затем переходить к показателям свойств. Но они тесно взаимозависимые, а при оптимальных структурах между ними имеются закономерные связи.

При изучении состояния структур во времени обычно выбирают наиболее значимые (ключевые) характеристики. Количественной оценкой структур занимается стереология; ее методы используют и Для изучения долговечности ИСК. Эти методы позволяют по плоскостным микрофотоснимкам или другим данным структурного анадиза определять объемное содержание изучаемых элементов и количественные изменения в эксплуатационный период: размер и объем пор, величину внутренней удельной поверхности твердой фазы, размер твердых частиц, толщину прослоек жидкой среды, соотношения объемов или масс кристаллической и аморфной (стекловатой) частей в вяжущем, однородность в расположении ключевых частиц в определенных объемах и т. п.

22. Металлы. Особенность металла как строительного материала. Положительные и отрицательные свойства.

В строительстве наряду с лесными и каменными материалами широко применяют металлы и изделия из них. Этому способствует ряд положительных технических свойств металлов: высокая прочность, пластичность, сравнительная простота обработки, возможности изготовления изделий разнообразных профилей и соединения их в конструкции сваркой, на болтах и заклепках. Отрицательными свойствами металлов являются их большая объемная масса, подверженность коррозии во влажной и агрессивной средах, значительные деформации при повышенных температурах и высокая стоимость.

Наша страна по объему производства металла занимает первое место в мире. Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 гг. предусмотрено обеспечить в 1980 г. производство стали в количестве 160—170 млн. т и готового проката — 115—120 млн. т. Несмотря на это, важным условием использования металлов в строительстве является его экономное расходование.

Механические свойства металлов характеризуются прочностью, упругостью, пластичностью, хрупкостью и выносливостью. Первые три свойства определяют при испытании образцов металла на разрыв (рис. 1).

На диаграмме по вертикальной оси откладывают величину растягивающей нагрузки, а по горизонтальной оси — соответствующее приращение длины образца. До определенного значения нагрузки Р1 сохраняется прямая пропорциональность между удлинением образца и приложенной нагрузкой. На диаграмме растяжения это условие сохраняется на участке от начала координат до точки (участок 0—1). На этом участке сохраняются упругие деформации или упругость материала.

Упругостью называют свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешней нагрузки.

При незначительном повышении нагрузки до значения Р2 образец начинает удлиняться, при постоянной величине нагрузки — сталь «течет», что соответствует на диаграмме горизонтальной площадке 2—3. Материал приобретает свойство пластичности.

Хрупкому разрушению стали способствуют: низкие температуры, динамический эффект нагрузки, усталость, наклеп и старение металла.

Выносливость металла — это способность сопротивляться разрушению под воздействием переменных величин напряжений при многократной их повторяемости. Пределом выносливости сЕ б называют наибольшее напряжение, при котором материал выдерживает без разрушения заданное число циклов нагрузки.

Рис. 1. Диаграмма растяжения стали стадии работы стали: 0—1 — упругая; 2—3 — пластическая (текучесть); 3—4 — самоупрочнение; 5 — точка, соответствующая разрыву образца

Коррозия металлов и меры защиты от нее. Коррозией называют разрушение металлов, вызванное химическим или электрохими ческим воздействием на них окружающей среды. В результате коррозии безвозвратно теряется около 10—12% ежегодного выпуска черных металлов. Поэтому необходимо уделять особое внимание, защите металлов от коррозии. Для защиты чаще всего применяют окраску лаками натуральными и синтетическими, нитроэмалью, масляными красками. В последнее время для антикоррозионной защиты металлов используют такие способы, как оцинкование, покрытие пластмассами, а также напыление тонкого слоя алюминия, цинка — металлизация. Наиболее надежный способ защиты металлов от коррозии— легирование, когда в сплавы металлов вводят специальные добавки.

23. Атомно-кристалические строения металлов и сплавов. Типы кристаллических решеток.

Жидкости и твердые тела относятся к конденсированному состоянию в-ва, это значит что атомы расположены близко к друг другу, что приводит к их сильному взаимодействию и, как следствие этого, жидкости и твердые тела имеют постоянный объем. Атомы в твердом теле совершают только малые колебания около своих равновесных положений. Это приводит к правильному чередованию атомов на одинаковых расстояниях для сколь угодно далеко удаленных атомов. Такое правильное, регулярное расположение атомов в твердом теле, характеризующееся периодической повторяемостью в трех измерениях, образует кристаллическую решетку. Между атомами образующими кристаллическое твердое тело, существую силы притяжения, кот-ые уравновешиваются силами отталкивания. Связь в металлах обусловлена взаимодействием положительных ионов с коллективизированными электронами. Свободные электроны проводимости, находясь между ионами, как бы «стягивают» их, компенсируя силы отталкивания.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: