Морозостойкость и термостойкость серных композитов специального назначения
Анализ причин образования микротрещин для серных композитов при циклическом воздействии знакопеременной температуры. Модели поглощения материалом агрессивной среды. Кинетика поглощения воды серными мастиками. Характер водопоглощения серных композитов.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.02.2020 |
| Размер файла | 55,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Государственная академия профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Морозостойкость и термостойкость серных композитов специального назначения
Соколова Ю.А., д-р техн. наук, профессор, академик РААСН
Данилов А.М., д-р техн. наук, профессор,
Болтышев С.А. канд. техн. наук, доцент,
Королева О.В., аспирант, Киселев Д.Г., студент
Для серных композитов, поглощающих небольшое количество воды, основной причиной образования микротрещин при циклическом воздействии знакопеременной температуры являются напряжения, возникающие на границе раздела фаз «сера - дисперсная фаза». Кристаллизационное давление замерзающей воды оказывает дополнительное воздействие, зависящее от кинетики и величины водопоглощения.
Проведем оценку величины структурных напряжений и установим период определяющего влияния процесса водопоглощения и, следовательно, вклад давления, возникающего при кристаллизации воды.
Толщина слоя материала, подвергшегося воздействию агрессивной среды, равна
,
а его объем:
,
где - коэффициент диффузии агрессивной среды в материал; - время; - площадь контакта «материал - агрессивная среда»; - коэффициент, зависящий от размерности модели (для одномерной модели , для двухмерной - ).
Для трехмерной модели объем материала, подвергнувшийся воздействию агрессивной среды, равен (рис. 1):
,
где - характерный размер образца.
Рис. 1 Модели поглощения материалом агрессивной среды
Объем поглощенной агрессивной среды определиться по формуле:
,
где - объем открытых пор.
Массопоглощение материала равно:
- по объему:
;
- по массе:
,
где ; здесь - объем материала; - средняя плотность материала; - плотность агрессивной среды.
По кинетике водопоглощения проводится установление параметров поровой структуры материала (рис. 2). Величину открытой пористости для трехмерной модели определится по формуле:
,
где - относительная плотность материала.
Рис. 2 Кинетика поглощения воды серными мастиками
серный композит микротрещина мастика
Водопоглощение серных композитов имеет сложный характер и определяется массопереносом воды в материал (прямой процесс) и встречным диффузионным потоком воздуха, защемленного в структуре материала, а также водорастворимых соединений, образующихся на границе раздела фаз в процессе его изготовления (обратный процесс). Часто обратный процесс, сопровождающийся кольматацией открытых пор и капилляров, называют «положительной коррозией». Из условий испытания (и эксплуатации) материала прямой процесс имеет асимптотический убывающий характер, а обратный - асимптотический возрастающий характер, описываемые в виде:
,
а их скорости
,
где ai, bi - эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в табл. 1.
Таблица 1
Значения эмпирических коэффициентов и соотношения скоростей процессов
|
Наполнитель |
f |
Sуд, м2/кг |
Коэффициенты |
|||||
|
Прямой процесс |
Обратный процесс |
|||||||
|
ПМО |
0,50 |
250 |
-0,036 |
0,506 |
0,090 |
0,125 |
0,40 |
|
|
Кварцевый песок |
0,66 |
250 |
-0,102 |
1,412 |
0,281 |
0,438 |
0,36 |
|
|
Ангидрит |
0,30 |
500 |
-0,059 |
0,825 |
0,139 |
0,185 |
0,42 |
|
|
Сажа |
0,20 |
100000 |
-0,064 |
0,937 |
0,167 |
0,228 |
0,38 |
|
|
Фторид кальция |
0,35 |
200 |
-0,478 |
5,236 |
0,716 |
0,718 |
0,67 |
|
|
Фторид магния |
0,40 |
180 |
-0,525 |
6,212 |
0,924 |
1,261 |
0,57 |
|
|
Барит |
0,35 |
250 |
0 |
0 |
0,155 |
0,021 |
0 |
|
|
Ферроборовый шлак |
0,55 |
150 |
0 |
0 |
0,099 |
0,009 |
0 |
|
|
Сверхтяжелый бетон на баритовой мастике |
-0,020 |
0,190 |
0,018 |
0,008 |
1,14 |
|||
|
Сверхтяжелый бетон на мастике со шлаком |
-0,010 |
0,094 |
0,009 |
0,004 |
1,11 |
При наблюдается быстрая сорбция воды вследствие активного удаления защемленного воздуха и продуктов гидролиза соединений на границе раздела.
При прослеживается интенсивное развитие процессов торможения диффузии воды в материал. Это определяется отсутствием развитой поровой структуры материала и кольматацией открытых пор продуктами гидролиза соединений, образующихся на границе раздела фаз «сера - наполнитель».
Последнее реализуется при использовании химически активных наполнителей (например, кварцевый песок, фториды кальция и магния). В случае и при кольматации пор изменение температуры эксплуатации и, следовательно, внутреннего напряженного состояния материала нивелирует эффект поло-
жительной коррозии, активизирует процессы сорбции воды и увеличивает дополнительное деструктивное действие кристаллизующейся воды. В этом случае можно прогнозировать невысокую морозостойкость материала.
Примечание. , - соответственно, скорости прямого и обратного процессов.
При изменении температуры эксплуатации напряженное состояние материала определяется упруго-деформативными характеристиками компонентов и рецептурой материала. Расчет величины внутренних напряжений рационально проводить с применением структурной модели композиционного материала по формулам:
- в тангенциальном направлении
;
- в радиальном направлении
,
где - объемная степень наполнения материала; максимальная плотность упаковки частиц наполнителя в объеме композита; , коэффициенты Пуассона заполнителя и вяжущего; Еk, Еm модули упругости заполнителя и вяжущего; разность деформаций.
Величина деформаций равна
,
где , - коэффициенты температурного линейного расширения зерна и вяжущего; - изменение температуры.
Таблица 2
Внутренние напряжения в серных композитах
|
Вид наполнитель |
Напряжения, МПа |
Объемная доля дисперсной фазы |
|||
|
0,2 |
0,4 |
0,6 |
|||
|
Известняк (Ek=36300 МПа; k=24,410-6 оС-1; k=0,31) |
Нагрев на 60оС (от 20 до 80оС) |
||||
|
r |
17,67 |
11,54 |
4,67 |
||
|
t |
-12,08 |
-14,09 |
-16,34 |
||
|
Охлаждение на 40оС (от 20 до -20оС) |
|||||
|
r |
-11,78 |
-7,69 |
-3,11 |
||
|
t |
8,05 |
9,39 |
10,89 |
||
|
Свинец (Ek = 16000 МПа; k =28,510-6 оС-1; k =0,45) |
Нагрев на 60оС (от 20 до 80оС) |
||||
|
r |
16,79 |
10,74 |
4,25 |
||
|
t |
-11,48 |
-13,11 |
-14,87 |
||
|
Охлаждение на 40оС (от 20 до -20оС) |
|||||
|
r |
-11,19 |
-7,16 |
-2,83 |
||
|
t |
7,65 |
8,74 |
9,91 |
||
|
Крарц (Ek = 1100 ГПа; k =4,510-6 оС-1; k =0,2) |
Нагрев на 60оС (от 20 до 80оС) |
||||
|
r |
28,60 |
18,19 |
7,15 |
||
|
t |
-19,55 |
-22,20 |
-25,00 |
||
|
Охлаждение на 40оС (от 20 до -20оС) |
|||||
|
r |
-19,07 |
-12,12 |
4,77 |
||
|
t |
13,03 |
14,80 |
16,67 |
Примечание. Es =6000 МПа; s = 64,410-6 оС-1; s =0,2.
Изменение температуры сопровождается не только естественным ростом внутренних напряжений, но и изменением их направления (табл. 2). Изменение направления напряжений (смена растягивающих напряжений на сжимающие), возникающих при замораживании материала, приводит к возникновению сил, препятствующих увеличению кристаллизационного давления воды, а также способствует ее выдавливанию из материала. Это позволяет прогнозировать достаточно высокую морозостойкость серных композитов. Снижение прочности при циклическом замораживании происходит вследствие нарушения сплошности контакта на границе раздела фаз (развиваются растягивающие напряжения в радиальном напряжении). При нагревании серного композита возникающие внутренние напряжения по величине превышают предел прочности серы. В этом случае очевидно интенсивное разупрочнение таких композитов.
На напряженное состояние материала значительное влияние оказывают деформативные свойства наполнителя. При деформации оболочки минимальны, а следовательно, и внутренние напряжения. Для композитов, изготовленных на таких дисперсных фазах, можно прогнозировать более высокую стойкость.
Приведенные механизмы снижения стойкости серных композитов при циклическом изменении температуры адекватно объясняют экспериментальные данные, полученные на серных композитах специального назначения [1].
Список литературы
1. Королев Е.В., Прошин А.П., Баженов Ю.М., Соколова Ю.А. Радиационно-защитные и коррозионно-стойкие серные строительные материалы. М.: Палеотип, 2004. 464 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Номенклатура асбестоцементных изделий. Морозостойкость, усадка, температурные и тепловлажностные деформации асбестоцемента. Технологическая схема производства асбестовых листов. Режим работы цеха и отделений. Контроль качества сырья и готовой продукции.
курсовая работа [858,2 K], добавлен 16.12.2014Обследование технического состояния резервуаров. Причины хорошей сохранности конструкций, находящихся ниже уровня налива нефти. Механизм и кинетика деструктивных процессов, протекающих в бетоне и железобетоне при воздействии газовоздушной и жидкой сред.
автореферат [220,6 K], добавлен 09.04.2011Расчет числа зрителей и объема помещения, площадей поглощающих поверхностей. Определение оптимального времени реверберации. Расчет требуемого фонда поглощения. Система озвучения и звукоусиления. Выбор типа микрофонов и звукоусилительной аппаратуры.
курсовая работа [362,4 K], добавлен 29.08.2012Выбор и расчет оптимального времени реверберации звука. Определение количества слушателей, их распределение в зале. Определение требуемого фонда поглощения. Расчет необходимой звукоизоляции помещения, системы звукоусиления. Выбор типового оборудования.
курсовая работа [1007,4 K], добавлен 21.09.2015Музыкальная студия для записи произведений больших симфонических оркестров. Выбор объема и линейных размеров студии, оптимального времени реверберации. Расчет общего фонда поглощения. Выбор звукопоглощающих материалов. Звукоизоляция и освещение студии.
курсовая работа [524,4 K], добавлен 19.03.2013Особенности использования гидроизоляционных материалов с целью защиты строительных конструкций от неблагоприятного воздействия агрессивной влажной среды. Характеристика свойств гидроизоляционных материалов и покрытий, основные критерии их классификации.
реферат [43,0 K], добавлен 17.12.2012Сущность, классификация, основные элементы систем водоснабжения. Режим подачи воды и работы водопроводных сооружений. Требования в отношении напоров. Проектирование схем и систем водоснабжения. Требования к качеству воды хозяйственно-питьевого назначения.
контрольная работа [31,5 K], добавлен 26.08.2013История образования Октябрьского района г. Иркутска. Анализ аналогов безбарьерной среды, разработка архитектурно-планировочного решения их расположения на территории района. Применение пандусов, их виды. Тактильная плитка, лифты, подъемники для инвалидов.
реферат [2,1 M], добавлен 06.08.2013Проектирование очистных сооружений с самотечным движением воды для городского водоснабжения. Анализ качества исходной воды. Расчетная производительность станции. Выбор технологической схемы, подбор оборудования. Подсобные и вспомогательные сооружения.
курсовая работа [545,1 K], добавлен 21.05.2015Особенности проектирования жилой среды, ее оборудование и наполнение, принципы трансформации. Построение концептуальной модели жилой среды, описание и обоснование принятого дизайнерского решения. Конструктивное решение элемента интерьера (перегородка).
дипломная работа [6,4 M], добавлен 18.08.2013Характер работы балки при изгибе. Процесс образования и развития нормальных трещин. Характер деформирования сжатой и растянутой зон балки. Зависимость прогибов напряжений в арматуре и бетоне от действующего момента. Определение момента разрушения балки.
лабораторная работа [150,4 K], добавлен 28.05.2013Морозостойкость и определяющие ее факторы. Цели добавок в глину при изготовлении керамического кирпича (красного). Магнезиальные вяжущие вещества и их отличие от других. Виды портландцементов. Состав, свойства и применение кислотоупорного цемента.
контрольная работа [48,5 K], добавлен 30.04.2008Характеристика щебня и гравия как строительного сырья. Определение водопоглощения крупного заполнителя, средней плотности, теплопроводности и морозостойкости его зерен. Расчет параметров валковых и молотковых дробилок и горения газа для фракции 10-20.
курсовая работа [926,6 K], добавлен 31.05.2013Определение объема образцов бетона неправильной формы, показателей пористости бетонов по кинетике водопоглащения (дискретный способ). Средние значения водопоглощения кубиков и балок в зависимости от вида добавок. Относительное водопоглощение по массе.
научная работа [366,2 K], добавлен 13.11.2008Прогнозирование продолжительности периода сохранения бетоном защитных свойств и разработка мероприятий по обеспечению срока службы строительных конструкций в эксплуатационной среде. Определение меры коррозионного состояния, капиллярного водопоглощения.
курсовая работа [28,3 K], добавлен 28.10.2009Понятия водопоглощения и коэффициента насыщения пор водой. Экспериментальные методы определения адгезии и когезии. Условия формирования известняков, их минералогический состав, свойства и области применения. Способы защиты природного камня от коррозии.
контрольная работа [884,2 K], добавлен 12.09.2012Основные варианты расположения в квартире санитарного узла и кухни. Немного о дизайне, планировка интерьера ванной комнаты. Гидроизоляция пола при помощи битумных мастик и рубероида, экономичность смесителей. Автоматическая регулировка температуры воды.
реферат [31,4 K], добавлен 08.09.2009Крашение (тонирование) древесины, непрозрачная и прозрачная отделка изделий маслами, мастиками и лаками. Приемы окрашивания и лакирования, инструменты, применяемые для отделки лакокрасочными материалами. Приемы облагораживания лакокрасочных покрытий.
реферат [26,7 K], добавлен 07.11.2011Понятие влияния визуальной городской среды на жизнь и здоровье человека. Разработка и обоснование модели влияния состояния визуальной среды города на самочувствие населения. Комплексная оценка проблем и особенностей состояния визуальной городской среды.
дипломная работа [8,9 M], добавлен 21.01.2021Сущность морозостойкости, методы её определения. Область применения пустотелых стеклянных блоков. Получение строительного гипса. Методы испытания бетона в конструкциях без его разрушения. Характеристика акустических изделий "акмигран" и "акминит".
контрольная работа [22,9 K], добавлен 02.11.2009
