Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

STROITEL_NOE_MATERIALOVEDENIE_RYB_EV

.pdf
Скачиваний:
48
Добавлен:
01.05.2015
Размер:
7.29 Mб
Скачать

отрицательной температуре, наиболее часто наблюдаемой в эксплуатационном районе сооружения.

Исследования заполняющей, части конгломерата проводят с учетом следующих требований: удешевления продукции, облегчения конструкций (если допускают эксплуатационные условия), понижения однородности заполнителя и конгломерата, увеличения долговечности конструкций и сооружений.

На завершающей стадии в системе «свойства конгломерата с/ф (или какой-либо иной структурный факторстроят график пучка кривых оптимальных составов, в которых были использованы принятые вяжущее вещество и разновидности заполнителя. Из пучка кривых непосредственно или по минимальному значению показателя степени п в формуле (3.3) следует целесообразность выбора заполняющего материала.

На третьей стадии создания нового строительного конгломерата устанавливают возможный рациональный состав', при котором структура во всех своих частях остается не только единой, монолитной, но и поддерживает необходимые технические показатели на должном и притом экстремальном уровне. Для этих целей используют общий метод проектирования, изложенный выше.

Четвертая стадия посвящена детальной отработке технологических операций, параметров и режимов. На этой же стадии проводят опыты по изготовлению вяжущего и конгломерата в полупромышленных условиях, а после получения определенного количества нового материала применяют его в строительстве. За поведением кон- гломератного материала устанавливают технический контроль и длительные наблюдения, внося, при необходимости, текущие коррективы.

101

3.7. ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСК

ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ

Комплекс наиболее благоприятных показателей строительных и эксплуатационных свойств (закон створа) ИСК оптимальной структуры обеспечивает не только более продолжительные сроки их надежной работы в конструкциях, но и более высокие показатели экономической эффективности по сравнению с конгломератами, структура которых не оптимальна. Надежность и повышенная долговечность конгломератов оптимальной структуры в конструкциях обусловлена устойчивыми свойствами морозостойкости, водостойкости, воздухостойкости, которые каждый раз отмечаются в экспериментальных исследованиях таких материалов. Максимальная экономическая эффективность конгломератов оптимальной структуры устанавливается расчетными данными, в частности, путем сравнения приведенных затрат при оптимальной и неоптимальной структурах.

Экономическая эффективность конгломерата, изготовленного в заводских условиях, оценивается величиной приведенных затрат на единицу продукции, выраженной в рублях:

П = С + ЕК + Э, (3.17)

где П приведенные затраты, руб.; С себестоимость годовой продукции на заводе; Е

нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; так как окупаемость капиталовложений принимается в 8 лет, то нормативный коэффициент Е = 1/8 = 0,125; Кудельные капиталовложения в заводское производство конгломерата равные сумме капвложений, отнесенной к объему выпускаемой продукции в год, руб.; Э среднегодовые эксплуатационно-ремонтные расходы по поддержанию конгломератного материала и конструкции из него в нормальном состоянии.

Понятно, что чем меньше приведенные затраты, тем выше экономическая эффективность производства конгломерата и конструкций из него. При сравнении же экономической эффективности последняя тем больше, чем выше разность между П1 и П2, умноженная на объем выпускаемой продукции заводом в год (А), т. е. А(П1 П2) где П1 приведенные затраты конгломерата неоптимальной структуры и П2 то же, при оптимальной структуре конгломерата.

Если в обоих случаях (оптимальной и неоптимальной структур данного конгломерата) слагаемое ЕК в формуле (3.17) является величиной постоянной, то экономическая эффективность ЭЭ выразится:

ЭЭ = A(C1 Э1) – (С2 + Э2),

где C1 и Э1 относятся к неоптимальным, а С2 и Э2 структурам конгломерата.

Величины себестоимости продукции (С) функционально связаны в основном с амортизацией основных фондов, стоимостью сырья, затратами энергии, топлива и др. В данном случае при сравнении себестоимостей C1 и С2 основное значение имеет стоимость затрачиваемых материалов, в первую очередь вяжущих веществ как наиболее дорогих компонентов. Другие факторы, влияющие на величину себестоимости, или практически остаются постоянными при сравнении C1 и С2, или непосредственно связаны с расходом и стоимостью материалов, например стоимостью сырья. Очевидно, что чем ниже оказывается расход и стоимость применяемых материалов, тем ниже расход и стоимость сырья, на основе которого вырабатываются эти материалы.

Между тем анализ показывает, что наиболее экономными составами по расходу вяжущих веществ являются оптимальные, при которых конгломерат удовлетворяет закону створа. На рис. 3.16 показаны один оптимальный в точке Н и ряд неоптимальных в точках А, В, С, Д, Е составов конгломерата, изготовляемого из принятых материалов вяжущего вещества и заполнителей и при принятой технологии. Независимо от структур во всех указанных точках составы удовлетворяют величине заданного свойства, например пре- делу прочности при сжатии (Rтр). Однако составы отличаются тем, что в точке Я содержится наименьшее количество вяжущей части и вяжущего вещества. Полагая, что

102

вяжущая часть дороже заполняющей, очевидно, что и себестоимость C1 при принятых выше условиях больше себестоимости С2, причем разность между ними быстро возрастает по мере удаления принятого состава от состава в точке Я. Аналогичное явление характерно при любых других свойствах, принятых в качестве критериев для оценки качества конгломерата.

Величины эксплуатационно-ремонтных расходов (Э) обусловлены в первую очередь долговечностью и надежностью материала в конструкций. Чем выше долговечность и надежность конгломерата, тем реже требуются ремонтные работы и ниже будут эксплуатационные расходы на поддержание конструкции в нормальном состоянии.

Между тем из рис. 3.16 видно, что структуры конгломерата в точках А, В, Е характеризуются дискретностью вяжущей прослойки и повышенной пористостью, вызванной недоуплотненностью конгломерата. То и другое всегда приводит к преждевременному разрушению структуры, особенно под влиянием циклического замораживания материала, насыщающегося водой. В тех случаях, когда требуется повышенная пористость конгломерата (снижение массы конструкции, повышение теплозащитных качеств и т. п.), целесообразно сохранять оптимальную плотную структуру, но использовать легкие пористые заполнители, поризовать вяжущую часть и даже иногда повышать содержание жидкой среды в пределах оптимальной структуры или, наоборот, вводить в смесь пластификатор (суперпластификатор) с тем, чтобы сократить расход жидкостной среды. Следовательно, в точке Н структура обеспечивает наибольшую долговечность конгломерата, наименьшие эксплуатационно-ремонтные расходы по сравнению со структурой в точках А, В, Е. В точках С, Д, L структуры конгломерата характеризуются повышенной пористостью за счет испарения части жидкой среды в эксплуатационный период или частичного синерезиса с выпотеванием на поверхности

изделий или

конструкций.

Повышенное

отношение с/ф способствует появлению и

развитию

пластических

деформаций,

ускоряя потребность в ремонтных работах и

дополнительных эксплуатационных расходах.

Таким образом, анализ показывает, что при неоптимальных структурах значения С1 и Э1 растут тем быстрее и в больших размеpax, чем дальше отстоит структура конгломерата от оптимальной Значения же С2 и Э2 всегда ниже, чем обеспечивается определенная экономическая эффективность при оптимальных структурах конгломерата. Однако следует учитывать, что при стоимости вяжущих веществ ниже стоимости заполнителя величина ЭЭ также несколько уменьшается, что может быть установлено только с помощью конкретных расчетных данных.

Выше, при сравнении приведенных затрат, было принято что слагаемое ЕК в формуле (3.17) является величиной постоянной при оптимальной и неоптимальной структурах материала. Однако в реальных условиях оптимальные структуры могут оказать положите- льное влияние на рост производительности завода и увеличение выпуска продукции в единицу времени. Это вызовет снижение удельных капиталовложений в заводское производство конгломерата, а поэтому уменьшатся и приведенные затраты, возрастет соответственно экономическая эффективность.

На основании изложенного становится ясным, почему показатель наибольшей экономической эффективности размещается в виде экстремума в общем створе технических (строительно-эксплуатационных) свойств конгломерата оптимальной структуры. Комплекс экстремумов технических свойств становится как бы взаимно свя- занным с максимумом экономической эффективности, и в этом заключается одно из существенных достоинств оптимальных структур в строительном материаловедении.

103

Глава 4 Теория долговечности ИСК в конструкциях

4.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

ИСК, применяемые в конструкциях зданий и сооружений, изготовляют в сравнительно короткие технологические сроки. Они весьма малы по сравнению с многолетней продолжительностью работы зданий и сооружений, если даже еще и присовокупить срок хранения конструкций на складах, т. е. учитывать полный предэксплуатационный период. Он и тогда остается ничтожно малым, и поэтому нецелесообразно включать его в определяемую величину долговечности. Значительно важнее к моменту передачи конструкций в эксплуатацию обеспечить состояние ИСК на уровне, отвечающем требованиям высшего качества готовой продукции. В этом отношении предэксплуатационный период относится к важнейшим, непосредственно влияющим на долговечность зданий и сооружений или их элементов. Качественные характеристики готовой продукции, приобретаемые в результате технологической переработки сырья, служат исходными характеристиками, претерпевающими последующие изменения в эксплуатационный период до критического размера. И чем прогрессивнее была технология при переработке сырья, тем выше, как правило, становятся и исходные качественные показатели ко времени передачи объекта в эксплуатацию. От этого момента времени начинается отсчет периода, именуемого долговечностью. Свойство долговечности, как отмечалось выше, относится к комплексной характеристике качества ИСК и выражается в их способности сопротивляться сложному воздействию внешних и внутренних факторов, проявляющихся в эксплуатационный период работы конструкции. О долговечности судят по продолжительности изменения до критических размеров прочности или деформационной устойчивости как ключевых свойств в отношении данной конструкции здания или сооружения. С этой целью по образцам, отобранным из конструкции для испытания в лабораторных условиях или адеструктивными методами, определяют показатели свойств, устанавливают величины отклонений числовых значений

свойств от

первоначальных. Получаемые результаты

сравнивают

с

предельно

допустимой

величиной их изменения.

 

 

 

Периодически производимая оценка изменения качества не является, однако, безупречной. Первичной характеристикой материала является не качество, а его структура и размеры ее изменения, особенно по сравнению с первоначальной оптимальной, зафиксированной в предэксплуатационный период. Поэтому в общей теории ИСК под долговечностью понимают способность материала в течение определенного времени сохранять на допустимом уровне структурные параметры, сложившиеся в технологи- ческий период. Если они соответствуют параметрам оптимальной структуры, то устанавливается взаимосвязь между структурными параметрами и экстремальными показателями свойств (закон створа). И тогда оценка долговечности ИСК по изменению структуры с помощью стереологических методов становится адекватной измерению изменений качественных показателей с помощью физико-механических и физико- химических испытаний. Учитывая, что проще и доступнее определять качественные пока- затели, чем структурные параметры, целесообразно к ним переходить, когда имеется оптимальная структура. Полезно время от времени сверять результаты измерения качества с изменениями в оптимальной структуре.

104

4.2. ВРЕМЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАТЕРИАЛА

Независимо от способа оценки по изменению свойств или по отклонению структурных параметров от оптимальных полный период долговечности начинается от момента вступления материала к выполнению своих функций в конструкции до предельно допустимого (критического) уровня соответствующего изменения свойств или структуры. Целый период долговечности условно можно разделить на три этапа или временных элемента (рис. 4.1). Как отмечалось, до начала первого этапа имеется еще предэксплуатационный период, который в основном характеризуется набором и формированием структурных элементов и свойств в технологическом процессе. Однако он относительно кратковременный, хотя при длительном хранении готовой продукции в складских помещениях и, тем более, на открытых площадках строительных объектов, возможны изменения приобретенных в технологический период показателей свойств и структуры. При особо неблагоприятных условиях хранения отдельных изделий потребуется внести коррективы в первоначальную оценку качества или структуры перед отправлением их по назначению.

Первый этап долговечности характеризуется упрочнением структуры или улучшением показателей свойств; второй их относительной стабильностью; третий деструкцией, т. е. медленным или быстрым нарушением структуры вплоть до ее критического состоя- ния или даже до полного разрушения. У отдельных материалов тот или иной этап в периоде долговечности может отсутствовать, или его продолжительность практически приниматься равной нулю. Может, например, полностью отсутствовать временной элемент упрочнения структуры или ее стабильного состояния. Что же касается этапа деструкции, то он почти неизбежен, хотя и не всегда наблюдается визуально. Гораздо реже деструкция протекает с огромной интенсивностью, когда временной элемент становится равным нулю.

Рис. 4.1. Схема чередования временных элементов долговечности в эксплуатационный период 1 — уровень предельных (критических) значений ключевого структурного параметра; 2 — предэксплуатационный уровень ключевых структурных параметров; 3 — увеличение продолжительности τS торможением деструкции до τ10

Задача технологов и строителей заключается в том, чтобы всемерно увеличить долговечность конструкции и, следовательно, образующего ее конгломерата. Эта задача адекватна продлению продолжительности каждого из трех взаимосвязанных временных элементов, особенно этапов упрочнения и стабильности структуры, добиваясь вместе с тем эффективного торможения и удлинения срока деструктивных процессов.

Сущность упрочнения структуры на первом этапе долговечности заключается в том, что под влиянием внешней среды, нагрузок, инверсии фаз и т. п. в эксплуатационный период в материале, особенно в вяжущей части, а также в контактных зонах, возникают вначале

105

на микроуровне, а со временем укрупняются новые (вторичные) структурные центры. Совместно с теми, которые возникли на ранней стадии формирования структуры (первичными), они участвуют в дополнительном процессе уплотнения структуры с увеличением концентрации той части твердой фазы, которая является основным носителем эффекта упрочнения. В результате не только наблюдается упрочнение структуры и рост прочности материала по отношению к механическим нагрузкам, но и улучшение некоторых других его свойств. Примером материала с упрочнением структуры в эксплуатационный период может служить цементный бетон и его вяжущая (матричная) часть в виде цементного камня при контакте с водной средой и тем более с щавелевой кислотой. Последняя, проникая в поры, образует малорастворимые соли и плотные продукты с очень низкой диффузионной проницаемостью. Особенно часто эффект упрочнения наблюдается в связи с уплотнением новообразований при взаимодействии углекислого газа с известью в материале; переходом аморфного вещества в кристаллическое. Однако упрочнение структуры в эксплуатационный период может составить только тогда положительный эффект, если оно не явилось следствием так называемого «старения». Под последним понимается нередко наблюдаемое явление охрупчивания конгломератов на основе полимеров за счет химических реакций, или при рекристаллизации с увеличением в объеме новообразований. Старение переводит материал в состояние хрупкого микротрещинообразования и, в конечном итоге, резкого сокращения долговечности.

Второй этап стабилизация структуры характеризуется сравнительно неизменной концентрацией структурных элементов в единице объема материала и относительным постоянством показателей свойств. Уровень этих показателей имеет колебания за счет местных процессов упрочнения и деструкции, например за счет кристаллизационных напряжений или агрессии внешней среды. Однако в целом сохраняется их сбалансированность на некотором среднем, стабильном уровне (см. рис. 4.1). Впрочем, явления деструкции распространяются и на первый этап упрочнения, но тогда силы разупрочнения сравнительно малы и суммарный эффект остается позитивным.

Третий этап долговечности деструкция самый типичный процесс эксплуатационного периода. Он может начаться с первого же этапа эксплуатации конструкции, но может следовать также за упрочнением и стабилизацией структуры. Третий этап характеризуется нарушением структуры с возможной потерей ее сплошности постепенным накоплением разрывов межатомных связей. Разрывы возникают под влиянием ускорения теплового движения атомов и молекул, развития механических, усадочных, осмотических и иных напряжений. Установлено, что процесс постепенного повреждения структуры сопутствует каждой, даже самой малой упругой деформации.

Кроме физических, в период деструкции протекают химические и физико-химические процессы, которые именуют как коррозионные. В широком смысле коррозия означает разъедание металла или другого материала под влиянием контакта с внешней агрессивной средой, проникания ее в поры и капилляры. Процессы коррозии усиливаются при одновременном воздействии физических факторов, если, например, материал находится в напряженном состоянии под влиянием растягивающих или сжимающих усилий, или если вместе с агрессивной средой, например жидкой, материал подвержен воздействию отрицательных температур с циклическим замерзанием и оттаиванием жидкой среды в порах. На заключительной стадии деструкция переходит в интенсивный и даже лавинный процесс образования опасных микро- и макротрещин, завершается частичным или полным разрушением конгломерата.

Определение и изучение долговечности и составляющих ее временных элементов производится на разных уровнях структуры от молекулярной и надмолекулярной до макроскопической, причем всегда целесообразно начинать с характеристики структуры, а затем переходить к показателям свойств. Но они тесно взаимозависимые, а при оптимальных структурах между ними имеются закономерные связи.

106

При изучении состояния структур во времени обычно выбирают наиболее значимые (ключевые) характеристики. Количественной оценкой структур занимается стереология; ее методы используют и для изучения долговечности ИСК. Эти методы позволяют по плоскостным микрофотоснимкам или другим данным структурного анализа определять объемное содержание изучаемых элементов и количественные изменения в эксплуатационный период: размер и объем пор, величину внутренней удельной поверхности твердой фазы, размер твердых частиц, толщину прослоек жидкой среды, соотношения объемов или масс кристаллической и аморфной (стекловатой) частей в вяжущем, однородность в расположении ключевых частиц в определенных объемах и т. п.

107

4.3. КРИТИЧЕСКИЕ УРОВНИ КЛЮЧЕВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

Основные, или ключевые, характеристики свойств и структуры имеют, как уже отмечалось, критические уровни, переход за пределы которых сопряжен со сравнительно интенсивным разрушением материала или срочным капитальным ремонтом конструкции. Критические уровни устанавливаются для каждого ИСК в конструкции. При выборе критических уровней ключевых показателей свойств ориентируются на требования действующих стандартов и строительных норм. В них указаны, как правило, числовые показатели технических свойств материала и допустимые пределы их изменения в эксплуатационный период. Для некоторых материалов могут быть приняты не один, а два, три или большее количество числовых показателей ключевых свойств или иных характеристик. Для каждого показателя устанавливают свой предельный уровень допустимого изменения. При эксплуатации конструкции весьма важно, чтобы наблюдалось всемерное увеличение периода времени до момента, когда ключевой показатель (или несколько принятых ключевых показателей) окажется на уровне допустимого изменения. Соответствующий период времени выражает долговечность материала, поскольку дальнейшая эксплуатация конструкции недопустима без проведения капитального ремонта.

Аналогичный метод оценки долговечности производится и по структурным параметрам. Ключевые структурные показатели непосредственно отражают уровень внутренних изменений в материале под влиянием эксплуатационных факторов.

Эти изменения относятся к отклонениям от первоначально зафиксированных размеров ключевых структурных характеристик. Вследствие отклонений возможно нарушение оптимальных структур с частичной потерей ранее установленных технических свойств, пока отсутствуют какие-либо нормы в отношении допустимых количественных изменений в структуре. На определение структурных характеристик материалов имеется ГОСТ 22023—76 «Материалы строительные. Метод микроскопического количественного анализа». Допустимый уровень изменений в структуре устанавливают путем предварительного совместного изучения структурных и качественных характеристик материала оптимальной структуры и их сопоставления между собой. Появление микро- и макротрещин, увеличение пористости или ее резкое снижение, отслаивание контактной зоны, шелушение или выкрашивание, дислокационные нарушения в структуре и текстуре

идругие дефекты являются существенными признаками внутренних структурных и качественных изменений, возникших в материале под влиянием эксплуатационных факторов. С их появлением возникает необходимость тщательного наблюдения за дальнейшим состоянием конструкций с принятием мер по своевременному их ремонту.

Среди типичных эксплуатационных факторов, оказывающих как правило, негативное влияние на состояние строительных конструкций и материалов, можно выделить: механические воздействие внешних нагрузок различной величины и интенсивности статического и динамического характера, а также массы материала и конструкций; температурные воздействие устойчивой температуры и ее колебаний в конструкциях зданий и сооружений; воздушную и газовую среду с содержанием в ней углекислого газа, пара, пыли и других примесей; водную среду с широкими пределами ее агрессивности; кислоты, щелочи, солевые растворы разных концентраций и другие жидкие среды, например растительные масла, нефтепродукты и т. п., которые имеют различную степень агрессивности по отношению к материалу; климатические, к которым, кроме упомянутых выше факторов, относятся также солнечная радиация, ветер, влажность воздуха; воздействие некоторых других возможных физических факторов электрического поля

итока, излучения, электромагнитного поля и т. п. Кроме того, нередко на структурные и качественные изменения влияют спонтанные негативные явления в материале.

108

Большую разрушительную активность по отношению к строительным материалам и конструкциям проявляют животные и растительные микроорганизмы и их производные

органогенные агрессивные среды. Академик В.И. Вернадский утверждал, что на земной поверхности не имеется химической среды более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим разрушающим последствиям, чем растительные и животные микро- и макроорганизмы. До 15—20% всего ущерба, который наносит коррозия, вызывается микроорганизмами. В этих средах весьма целесообразно оценивать предельное состояние ИСК в конструкциях ключевым показателем химической стойкости, например по привесу новообразований в агрессивной среде, изменению водородного показателя рН во времени и др.

В реальных условиях на конструкцию и ее материал воздействует комплекс из двух или большего количества эксплуатационных факторов. Эффект от воздействия такого комплекса значительно сложнее, чем от каждого фактора в отдельности или даже после их суммирования. Совместное воздействие активных сред и механических напряжений приводит к интенсификации деструкции и, в частности, коррозионных процессов. Под влиянием деструкции от совместного воздействия прочность, например, снижается в больших размерах, чем суммарное уменьшение ее под влиянием внешней нагрузки, минерализованных вод, циклического замораживания. То же наблюдается при совмещении воздействия агрессивной среды с попеременным замораживанием и оттаиванием. Следует отметить, что различного вида природными и производственными агрессивными средами повреждается от 15 до 75% всех строительных конструкций зданий и сооружений.

Ниже (см. 9.4, 10.4, 11.6) рассмотрены примеры воздействия некоторых внешних факторов и агрессивных сред на наиболее типичные ИСК цементные бетоны, асфальтобетоны и полимербетоны. Здесь же важно отметить, что долговечность может быть с некоторым приближением определена теоретическим методом, что позволяет ее прогнозировать. Более точное прогнозирование долговечности осуществляется при сочетании теоретического расчета и экспериментальных данных.

109

4.4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ПРИНЯТЫЕ В НИХ ОГРАНИЧЕНИЯ

Согласно закону конгруэнции, между вяжущим веществом и конгломератом на его основе существует при оптимальных структурах обязательное соответствие свойств. Обеспечение условий, при которых создается необходимая долговечность вяжущего вещества оптимальной структуры, в значительной мере предрешает задачу обеспечения долговечности самого конгломерата. И хотя присутствие в ИСК, кроме вяжущего, других структурных элементов (заполнителя, контактной зоны, пор и др.) вносит свои коррективы, иногда значительные, в долговечность, все же эти коррективы принципиально не изменяют характер основной зависимости между долговечностью ИСК и его вяжущей частью при оптимальных структурах. Для строительных конгломератов эта зависимость может быть выражена формулой:

τ σ = τ * σ / x , (4.1)

T , T , n

где τT,σ долговечность конгломерата оптимальной структуры, определенная при температуре Т и напряжении σ; τ*T,σ долговечность вяжущего вещества оптимальной структуры при тех же условиях ее определения, что и конгломераты; х отношение фазовых отношений в вяжущем веществе ИСК и в вяжущем веществе оптимальной структуры, т. е. (с/ф)/(с*/ф); n комплексный показатель степени, отражающий нелинейность зависимости долговечности от фазового отношения вяжущего вещества в конгломерате и обусловленный разновидностью и характеристикой заполнителя, а при отсутствии его величиной поверхности раздела фаз; как правило, показатель n является положительной величиной и, следовательно, τ < τ*.

Долговечность вяжущего вещества τ* как микродисперсной матричной части конгломерата может быть выражена на участке кривой 3 (рис. 4.1) формулой, принятой в кинетической теории прочности и развитой в работах С.Н. Журкова:

τ * = τ 0 e u0 γσ t , (4.2)

kT

где τ0 кинетическая постоянная, характеризующая материал; γ структурный коэффициент (кДж/моль·МПа); σt расчетное напряжение при температуре t, МПа; k постоянная Больцмана, как отношение универсальной постоянной к числу Авогадро: k = R/NA; T абсолютная температура по шкале К; τ0, и0, γ постоянные величины, зависящие от природы и структуры материала.

Числитель экспоненты и0 - γσt имеет размерность энергии и называется энергией активизации процесса разрушения, обозначаемой и. Поэтому можно записать:

τ * = τ 0 eu / kT (4.3)

или нередко формулу (4.3) записывают в виде:

τ * = A eβσ t , (4.4)

Подставляя то или иное выражение τ * в формулу (4.1) долговечности конгломерата, можно написать, что

τ T ,σ =

τ

0

eu / kT

 

 

 

 

(4.5)

 

 

xn

 

 

 

 

 

 

или, что то же,

 

 

 

 

 

τ T ,σ =

A eβσ

. (4.6)

 

 

xn

 

 

 

 

 

Формулы (4.5) и (4.6) долговечности учитывают действие только механических напряжений от момента нагружения до момента разрыва материала, но не учитывают

110

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]