27. Общий метод проектирования состава материалов оптимальной структуры

Оптимизацию структуры и обоснованное определение состава различных конгломератов осуществляют общим методом проектирования, разработанным в теории ИСК.

Общие научные принципы заключаются в следующем: достижение по возможности наиболее плотной упаковки полидисперсных частиц; обеспечение непрерывности пространственной сетки вяжущего вещества или наиболее развитых поверхностей контакта при первичных типах связи; придание минимальных значений отношению массы жидкой среды к массе твердой фазы вяжущего вещества; приближение принимаемых условий проектирования состава смеси к реальной технологии изготовления смеси и изделий; перевод системы в наименее стабильное (метастабильное) состояние с последующим максимальным упорядочением микро- и макроструктур, снижением энтропии, приданием повышенной термодинамической устойчивости; равномерное распределение частиц разной крупности, пор, поверхностей раздела фаз и других структурных элементов по объему материала; придание смеси реологического состояния, соответствующего реальным технологическим параметрам и режимам; обеспечение совпадения заданных показателей свойств с экстремумами тех же свойств при оптимальных структурах; использование объективных закономерностей, присущих материалам оптимальной структуры, в том числе закона створа, закона конгруэнции, закона прочности и других свойств; учет факторов, способствующих упрочнению, стабилизации и интенсивному торможению деструкции в эксплуатационный период работы материала в конструкциях; соблюдение стадийности проектирования оптимального состава, а также корректирование принятого состава в производственных услоВИЯХ.

Общий метод проектирования состава применим ко всем материалам, получаемым на основе вяжущих веществ, содержит три обязательных этапа, взаимосвязанных между собой.

На первом этапе:

1. обосновывают главные, или ключевые, показатели строительно-технологических и эксплуатационных свойств материала, что достигается тщательным анализом условий работы конструкции. Особо выделяют те факторы, которые могут оказать наиболее значительное влияние на сохранность и долговечность материала. Отмечают также характер и величину вероятных механических нагрузок в эксплуатационный период, интенсивность их приложения к конструкциям, экстремальные температуры воздуха (внешней среды вообще) в летний и зимний периоды, скорость и размеры температурных перепадов, влажностные условия, особенно связанные с циклическим высушиванием или замерзанием воды в порах, и т. п. Полученные или собранные сведения позволяют установить параметры испытаний в лаборатории.

2. производят выбор и проверяют свойства выбранных исходных материалов, особенно вяжущего вещества, или нескольких вяжущих, а также заполнителей и наполнителей. После этого по литературным данным или опытным путем изыскивают способы дополнительного повышения их качества, доступные в пределах предполагаемой технологии производства материала. При окончательной оценке качества принятых материалов используют как стандартные, так и нестандартные методы

3. назначают лабораторные условия изготовления и испытания образцов с предельно возможным моделированием натурных (производственных) условий.

На втором этапе проектирования состава определяется рекомендуемый состав искусственного строительного конгломерата. Определение оптимального состава на этом этапе проектирования практически состоит в определении расхода подготовленных материалов на 1 т, или на другое количество смеси. На этом этапе последовательность операций:

1. оценка свойства (ключевого) и определение минимального фазового отношения вяжущего вещества оптимальной структуры, причем в необходимых случаях возможна его предварительная поризация или другие способы обработки

2. получение состава плотной смеси заполняющего материала с необходимой предварительной классификацией его и применением уплотнения, принятого в производственных условиях

3. нахождение расчетной величины фазового отношения ИСК (по формулам), при котором обеспечивается принятый показатель ключевого свойства, для чего потребуется выполнение ряда лабораторных испытаний, связанных с определением некоторых эмпирических величин (обычно одной)

4. определение количества (по массе) вяжущего вещества в конгломерате при найденном значении фазового отношения

5. расчет состава смеси

6. проверка свойств конгломерата принятого состава, с учетом общего закона створа, т. е. чтобы заданные показатели свойств были также экстремумами.

От этой последовательности в проектировании состава возможны отклонения с обеспечением оптимальной структуры материала, если они не являются принципиальными.

На третьем этапе изготовляется пробный замес по возможности в производственных условиях, например в цехе завода. С помощью этого замеса производится окончательная проверка качества смеси и конгломерата запроектированного состава — удобообрабатываемости, прочности, деформативности, плотности, водостойкости, морозостойкости и других свойств в полном объеме технических требований, обусловленных на первом этапе проектирования. Особо устанавливают наличие оптимальной структуры, например, по индикатору подобия. Если в ходе проверок отмечены отклонения от заданных величин, то производится корректирование состава. Последнее может потребоваться и при выпуске массовой продукции на заводе, если исходные материалы окажутся время от времени другого состава и свойств, чем принятые на стадии проектирования в лаборатории