Главная  Материалы 

 

Закон конгруэнции свойств

 

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. 3. . 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 ( 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. и (3. путем переумножения входящих в них членов и последующего извлечения квадратного корня. В формуле (3. 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.

 

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 RUCK НеобхОДИМО 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.

 

3.1 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. . 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).

 

Соответствующие обозначения приведены на 3.11, в.

 

Закон конгруэнции устанавливает: при оптимальных структурах между свойствами вяжущего вещества и конгломерата на его основе, или между свойствами различных конгломератов на основе общего вяжущего вещества, или между свойствами различных конгломератов на основе различных вяжущих веществ существует обязательное соответствие. Этот закон означает, что при улучшении или снижении качества вяжущего вещества соответствующие изменения происходят и с качеством конгломерата, изготовленного на его основе, что в количественном отношении оценивается с помощью расчетных формул (прочности, упругих деформаций и др.). Естественно, что такая закономерность справедлива только для материалов оптимальной структуры. При неоптимальных же структурах нередко получают конгломераты худшего качества даже при улучшении вяжущего вещества, например, при более высокой марке цемента в бетоне. Этот закон еще раз подчеркивает, что только оптимизация структуры обеспечивает теснейшую взаимосвязь мероприятий по улучшению вяжущего (матричного) вещества и повышению качества конгломерата на его основе. В этой взаимосвязи ключевым связующим элементом является заполняющий компонент, значимость которого отражена в показателях степени пит общей формулы прочности. Конкретный характер мероприятий зависит от разновидности вяжущего вещества и заполнителя, но определенную пользу всегда приносят: повышение дисперсности частиц твердой фазы; применение добавочных веществ (добавок) направленного действия; обработка с помощью физических активаторов и т. п.

 

а — при одном вяжущем и одном заполнителе; б — при одном вяжущем и двух заполнителях;

 

Каждый гомоцентрический пучок (семейство кривых), исходящий из точек М\, Мг, ..., Мл, характеризуется различными исходными материалами, технологическими параметрами и т. п. Но точки Ми Мг, ..., Мп могут также относиться к одному вяжущему веществу, но с различием в заполнителях или главных технологических параметрах, принятых для изготовления ИСК. Следовательно, закон конгруэнции устанавливает принципиальную возможность взаимосвязи между прочностными свойствами различных конгломератов.

 

В аналогичных соответствиях находятся конгломераты оптимальных структур и по другим показателям механических и некоторых физических свойств, чувствительных к изменениям структуры.

 

3.1 Графики действия закона конгруэнции:

 

Из формулы (3.1 следует целесообразность всемерного повышения расчетной активности (прочности) вяжущего вещества для снижения его расхода в строительном конгломерате оптимальной структуры.

 

в — при двух вяжущих и двух заполнителях

 

Побочным следствием из общей формулы прочности и закона конгруэнции является взаимосвязь между активностью вяжущего матричного вещества и его количеством в ИСК оптимальной структуры. Числовая зависимость выражается формулой, получаемой из двух уравнений пропорциональности: RUCK = kvR* и Диск = ктМт, в которых Янек — заданная, или проектная, прочность ИСК оптимальной структуры, ki r коэффициент (безразмерный), устанавливающий соответствие между значениями расчетной прочности вяжущего вещества и конгломерата; кг — коэффициент (размерный, МПа), устанавливающий соответствие расхода матричного вещества для получения заданной прочности ИСК при строгом фазовом отношении и обеспечении его оптимальной структуры; М = с + ф — количество матричного (вяжущего) вещества вдолях единицы массы вяжущего компонента, определяемое с учетом (3. ; т и п — показатели степени, определяемые из экспериментальных данных.

 

Закон конгруэнции позволяет направленно совершенствовать производство, открывать новые материалы с заданными и, притом, экстремальными показателями свойств, прогнозировать по расчетной прочности вяжущего вещества показатели конгломерата, находить по заданной прочности ИСК расчетную активность вяжущего, т. е. его будущего матричного вещества при оптимальной структуре.

 



Песколовки. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод. "шлягер" каркаса. Систематизация факторов. Системы водоотведения на подтапливаемых территориях. Склады арматурной стали. Скользящая опалубка.

 

Главная  Материалы 



0.0275