Роль структурно-статистического фактора в исследовании прочностных свойств полимерных композиционных материалов на основе смолы фам (стр. 6 )

Для определения прочностных свойств перлито-известково-гипсового вяжущего (известь – 20 % (по СаО), гипс – 6%, перлит – остальное 141), формовались образцы. Вяжущее готовилось путем совместного перемешивания предварительно размолотых компонентов. Причем для приготовления вяжущих использовался перлит как не прошедший кипячение, так и прокипяченый. Приготовленное вяжущее перемешивалось с затворителем в качестве которого использовалась водопроводная вода, жидкая фаза после кипячения суспензии перлита или вода с добавлением NаОН (табл. 3). Смесь укладывалась в формы, вибрировалась и после двухчасовой выдержки образцы пропаривались по режиму: подъем температуры до 95 oC – 2 ч, выдержка при данной температуре - 8 ч, охлаждение – 3 ч., а затем исследовались на прочность. Характеристика сырьевых компонентов и предел прочности образцов при сжатии представлены в табл. 3.

Анализируя полученные результаты, можно отметить следующее.

Использование для затворения перлито-известково-гипсового вяжущего жидкой фазы, полученной после кипячения сусцензии перлита (рН=9,4), способствует значительному росту прочности образцов (с 32,3 МПа, опыт №1 до 41,3 МПа, опыт №2). На основании полученных нами ранее данных по растворимости SiO2 перлита при 75 оС в воде и в известковых растворах установлено, что жидкая фаза после кипячения перлита содержит не только щелочи, но и SiО2. Последний, находясь в растворе в активной форме, при контакте с компонентами вяжущего образует силикаты кальция, которые, являясь затравкой, активизируют процессы структурообразования, и это, наряду с воздействием щелочи, способствует повышению прочности. Но решающую роль, по-видимому, все-таки играет SiO2, находящийся в жидкой фазе. В пользу этого свидетельствует и тот факт, что водопроводная вода с добавлением щелочи (опыт № 3) практически не изменяет прочноcти образцов. В этом случае роль добавленной щелочи нивелируется для перлито-известково-гипсового вяжущего известью, создающей высокую щелочность раствора (рН=12,3).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Таблица 3

Прочность при сжатии образцов перлито-известково-гипсового вяжущего

Серия	Характеристика сырьевых компонентов	Прочность, МПа
перлит	затворитель
1	«не кипяченый»	Водопроводная рН=7,1	32,3
2	Жидкая фаза после кипячения суспензии перлита, рН=9,4	41,3
3	Водопроводная вода с добавкой NaOH, рН=9,0	33.2
4	«кипяченый»	Водопроводная вода, рН=7,1	23,1
5	Жидкая фаза после кипячения суспензии перлита, рН=9,4	32,2
6	Водопроводная вода с добавкой NaOH

При использовании "кипяченого" перлита и водопроводной воды прочность образцов снижается (опыт а 4). Казалось бы, в таком перлите должны появиться дополнительные разорванные связи за счет выхода щелочей и SiО2, а это должно было бы способствовать более интенсивному взаимодействию составляющих перлита с оксидом кальция, но этого не наблюдается, что также может свидетельствовать о решающей роли SiО2, находящегося в растворе. Это подтверждает и результат повышения прочности при использовании в качестве затворителя жидкой фазы, полученной после кипячения суспензии перлита (опыт № 5), когда прочность образцов увеличилась до прочности контрольных составов (32,3), а также неизменный результат при использовании воды со щелочью (опыт № 6). Т. е. внесенная щелочь не работает эффективно и в этом случае. Это свидетельствует о существенной пользе внутренних щелочей, которые вымываясь, разрыхляют структуру алюмосиликатного материала и тем самым активизируют его.

"Кипяченый" перлит не дает высокой прочности образцов и даже при затворении вяжущего жидкой фазой (рН=9,4). Это можно объяснить тем, что при кипячении перлита с его поверхности удаляется активный, аморфизованный SiO2, образовавшийся при помоле материала.

Таким образом, выполненные исследования показали, что все составляющие алюмосиликатного сырья в композиционных вяжущих играют важную роль в процессах структурообразования, но решающая роль принадлежит силикатной составляющей, активность которой зависит в значительной степени от количества и состояния щелочей в сырье. Рассматриваемый вопрос очень сложный, но и очень важный, т. к. от его решения зависит стабильность качественных показателей изделий на основе таких систем твердения.

Список литературы

1. В., Г., Кривнева Г, Г. Химическая активность природного и техногенного алюмосиликатного сырья на ранних стадиях структурообразования бесклинкерных композиционных вяжущих I/ Матер. седьмых академ. чтен. РААСН. – Белгород, - 2001. – С. 114 – 119.

2. В., Г., Г. Сравнительная оценка химической активности природных вулканических алюмосиликатных материалов /Известие вузов. Строительство. – 2001. – № 8. – С. 71-77.

3. В., Г., Кривнева Г, Г., В. Роль щелочной составляющей кислого компонента композиционных систем твердения в процессах раннего структурообразования// Известие вузов. Строительство. – 2003. - № 9. – С. 70-74.

4. А., М., П., В. Бесцементные вяжущие: ТУ 69-284-84.- М.: Изд-во стандартов, 1985.-10с.

УДК [1.41 – 666.3 + 691.4]

Г., канд. техн. наук, доцент, В., магистр

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для получения достоверной модели пористого материала при расчете его прочностных и теплотехнических свойств необходима полная модель его пористой структуры. С целью проведения анализа свойств различных пористых материалов, методика расчета разработана на общий случай. Точность полученной модели будет зависеть от качества снимка шлифа керамики. Рассмотренная ниже модель применена к пустотело-пористой керамике со следующими характеристиками:

Состав: глина-80%, древесные опилки-20%, температура обжига 900оС

Свойства:

Средняя плотность – 1610 кг/м3

Общая пористость – 39,06%, Открытая пористость – 24,13 %, закрытая – 14,92%

Расчетная теплопроводность по формулам:

- по Некрасову – 0,73

- по Кауфману – 0,45

- по Власову – 0,45

Усредненное значение предела прочности при сжатии (кубиковая) – 13,9 МПа

Характер пор исследуемого образца, полученного на прозрачном шлифе, представлен на рис.1. В качестве примера в данной статье рассмотрен только один образец керамики. В работах [1],[2] приведен сравнительный анализ структуры керамики, полученной на различных составах глин и добавок.

Рис.1 Характер пор исследуемого образца

После наложения структурной сетки получена модель заполнения керамического черепка порами, изображенная на рис.2. Данная структурная сетка в последующем будет использована как стержневая модель для определения напряжений в керамики после приложения нагрузки.

Рис.2 Модель образца со структурной сеткой

На следующем этапе произведен расчет данной структуры.

Расчетами получено распределение напряжений в структуре керамики с учетом присутствующих в ней пор, указанное на рис.3.

Рис.3 Распределение напряжений в пористой керамике

Наиболее опасные участки в керамике можно оценить по деформированной схеме, представленной на рис.4, из которой видно, что в местах наиболее опасных участков стенки керамических пор соприкасаются друг с другом, образуя зоны разрушения.

Рис.4 Деформационная схема керамики

Для анализа теплотехнических свойств керамики была построена новая модель с равномерным распределением пор, в которой при расчете коэффициента теплопроводности учитывалась эксплуатационная влажность материала. Все расчетные данные отображены в базе данных «Теплопрогноз 1.0»[2]. Для подтверждения достоверности модели совместно с базой данных «Теплопрогноз 1.0» использовался программный комплекс «Структура»[1].

Анализируя полученные результаты можно сделать следующие выводы:

1. Разработана методика исследования пористых структурных систем керамики с использованием треугольной сетки, моделирующей изотропное тело при отсутствии пор в материале.

2. Установлено, что, вводя в однородную структуру поры, мы получаем анизотропную модель. Напряжения и перемещения в такой модели носят неоднородный характер.

3. Доказано, что пиковые значения достигаются в угловых и стыковых пограничных зонах.

4. Графически установлено, что при разрушении материала возможно соприкосновение некоторых участков стенок пор при соответствующей нагрузке.

5. Проведенный статистический анализ показал, что по наличию концентраторов напряжений и их численному значению можно давать сравнительные оценки прочностных характеристик керамики различных составов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г., Х. «Структура» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ г. в Роспатенте по заявке № 000 от 4.12.2003 г.

2. Г., З., В., Г. «База-Теплопрогноз 1.0.» // Свидетельство об официальной регистрации базы данных г. в Роспатенте по заявке г.

УДК 678.4.7

Р., аспирант, И., канд. техн. наук, доцент,

К., канд. техн. наук, доцент, А., д-р техн. наук, профессор,

Г., д-р техн. наук, профессор

Казанский государственный архитектурно-строительный университет