Теория структурообразования и оптимизация структуры ИСК (стр. 7 из 7)

Макроструктура ИСК различима невооруженным глазом. Она образована под влиянием цементирующей способности вяжущего вещества, благодаря чему полизернистые или иной формы частицы заполнителя – волокнистые, пластинчатые, угловатые, шарообразные – скрепляются между собой в общий монолит. В макроструктуре содержится также капиллярно-поровая часть, причем макродисперсные поры и капилляры в ячеистых бетонах в виде замкнутых ячеек, заполненных газовой или воздушной средой, являются как бы своеобразной разновидностью заполнителя. Подобно компактной упаковке дискретных частичек в микроструктуре вяжущих веществ смесь грубозернистых заполнителей подбирают с наименьшим объемом межзерновых пустот, что позволяет экономить на расходе связующих веществ как наиболее дорогостоящих компонентов и уменьшать усредненную толщину континуального слоя вяжущего вещества в конгломерате.

Если крупные частицы, например щебня и гравия, сближены в такой мере, что контактируют непосредственно друг с другом или через тонкие прослойки вяжущего вещества, то сформировавшаяся структура называется контактной. Если частицы разделены прослойками вяжущего вещества значительной усредненной толщины, то макроструктуру принято именовать порфировой.

В первом приближении оценить вид структуры можно по коэффициенту упаковки. Под коэффициентом упаковки К_упонимают величину, получаемую делением размера проекции расстояния между соседними крупными зернами на плоскость к их диаметрам:

где l – проекция расстояния между центрами соседних зерен; d – диаметр частиц, для которых вычисляется этот коэффициент, а если частицы имеют разный диаметр, то d=r1+r2 где r1и r2 – радиусы соседних частиц.

Положительные значения коэффициента упаковки характеризуют порфировую структуру, а отрицательные – контактную структуру. При К_у = 0 наблюдается соприкосновение частиц друг с другом без зацепления, т.е. без захода их одна за другую.

При максимально плотной упаковке частицы шарообразной формы и одного диаметра занимают 74% от объема всего вещества; коэффициент упаковки равен 0,1. Увеличение количества частиц в конгломерате приводит к дальнейшему росту отрицательной величины коэффициента упаковки, т.е. к большему зацеплению или заходу щебенок друг за друга, что характеризует законтактную структуру. Однако на величину коэффициента упаковки влияет не только количество, но и размер крупнообломочных частиц. Чем крупнее зерна, тем меньшее количество щебня требуется для того, чтобы коэффициент упаковки оказался отрицательной величиной.

При оценке характера структуры вместо коэффициента упаковки можно пользоваться числовой величиной отношения объема заполняющей части к объему конгломерата. При отношениях, близких к единице, структура является контактно».

Кроме заполнителя в смесь нередко добавляется порошкообразный материал, частицы которого соизмеримы с размерами частиц используемого в ИСК вяжущего вещества и новообразованиями – кристаллическими, аморфными, кристад. литными и т.п. Их называют наполнителями.

Заполнители и наполнители могут быть активными, неактивными или малоактивными. К активным принадлежат те, которые при добавлении к вяжущему веществу повышают прочность ИСК оптимальной структуры хотя бы по одному виду напряжений – сжатию, растяжению, сдвигу и т.п.

Упрочнение вяжущего вещества при использовании активного заполнителя происходит под влиянием дополнительных физико-химических или химических взаимодействий контактируемых веществ или вследствие армирующего эффекта.

Единая и монолитная структура конгломерата может быть оптимальной и неоптимальной.

Оптимальная структура характеризуется:

• равномерным распределением по объему заполнителя, фаз, компонентов, пор и других составляющих ее элементов;

• отсутствием или минимальным содержанием дефектов как концентраторов напряжений или аккумуляторов агрессивной среды;

• наличием непрерывной пространственной сетки, или матрицы, из вяжущего вещества;

• минимальным значением отношения массы среды к массе твердой фазы, именуемого условно как фазовое отношение;

• наибольшей плотностью упаковки твердых частиц как в микро-, так и в макроструктурной частях. Если в материале отсутствуют вяжущие прослойки, то одним из условий оптимальности структуры служит наибольшая поверхность контактирования и взаимосвязи твердых частиц или ее уменьшение, если химические связи, например вандерваальсовы, не обеспечивают эффективного упрочнения контактов.

Не всегда изделие обладает одинаковой оптимальной структурой во всех своих деталях, например поверхностный слой может отличаться от его внутренней части. Однако оптимальная структура всегда является отражением принятых технологических особенностей формирования ее в производственных условиях.

Неоптимальными называют структуры, которые не удовлетворяют хотя бы одному из указанных обязательных условий оптимальности.

При одинаковой технологии изготовления смеси и изделия, других одинаковых условиях можно получить неограниченное количество неоптимальных структур, гораздо меньше – оптимальных и одну-две – рациональных. К последним относятся оптимальные структуры, при которых конгломерат в полной мере соответствует заданным и притом экстремальным показателям качества, а также реальным параметрам производства. При проектировании важно остановиться на составе, при котором структура, сформировавшаяся при данной технологии и принятых режимах, является не только оптимальной, но и рациональной.

В теории ИСК разработан и используется в практике общий метод проектирования оптимальных составов и оптимальных структур различных безобжиговых и обжиговых материалов. С его помощью получают из принятых компонентов материал, удовлетворяющий заданным техническим требованиям при оптимальной структуре, т.е. экстремальным показателям качества.

Список литературы

1. Материаловедение в строительстве: учеб. пособие для студ. М34 – М.: «Академия» 2007