3.2.3. Закон конгруэнции свойств

Закон конгруэнции устанавливает: при оптимальных структурах между свойствами вяжущего вещества и конгломерата на его осно­ве, или между свойствами различных конгломератов на основе об­щего вяжущего вещества, или между свойствами различных конгло­мератов на основе различных вяжущих веществ существует обязательное соответствие. Этот закон означает, что при улучшении или снижении качества вяжущего вещества соответствующие изме­нения происходят и с качеством конгломерата, изготовленного на его основе, что в количественном отношении оценивается с помо­щью расчетных формул (прочности, упругих деформаций и др.). Ес­тественно, что такая закономерность справедлива только для мате­риалов оптимальной структуры. При неоптимальных же структурах нередко получают конгломераты худшего качества даже при улуч­шении вяжущего вещества, например, при более высокой марке цемента в бетоне. Этот закон еще раз подчеркивает, что только оп­тимизация структуры обеспечивает теснейшую взаимосвязь меро­приятий по улучшению вяжущего (матричного) вещества и повыше­нию качества конгломерата на его основе. В этой взаимосвязи ключевым связующим элементом является заполняющий компо­нент, значимость которого отражена в показателях степени n и m общей формулы прочности. Конкретный характер мероприятий за­висит от разновидности вяжущего вещества и заполнителя, но опре­деленную пользу всегда приносят: повышение дисперсности частиц твердой фазы; применение добавочных веществ (добавок) направ­ленного действия; обработка с помощью физических активаторов и т. п.

Устойчивую конгруэнцию свойств между ИСК и его вяжущей частью выражают формулами

(3.11)

где x₁ = (с₁/ф)/(с*/ф); x₂ = (с₂/ф)/(с*/ф); R_A и R_B — прочности двух ИСК оптимальной структуры, изготовленных на основе одного и того же вяжущего вещества (рис. 3.1 1, а, б).

Аналогичное выражение существует для перехода от одного се­мейства кривых с общим вяжущим веществом в точке к другому семейству кривых с новым общим вяжущим веществом в точке :

(3.12)

Соответствующие обозначения приведены на рис. 3.11, в.

Каждый гомоцентрический пучок (семейство кривых), исходя­щий из точек M₁, М₂, ..., М_п, характеризуется различными исходны­ми материалами, технологическими параметрами и т. п. Но точки М₁, М₂, ..., М_п могут также относиться к одному вяжущему вещест­ву, но с различием в заполнителях или главных технологических па­раметрах, принятых для изготовления ИСК. Следовательно, закон конгруэнции устанавливает принципиальную возможность взаимо­связи между прочностными свойствами различных конгломератов.

Рис. 3.11. Графики действия закона конгруэнции:

а — при одном вяжущем и одном заполнителе; б — при одном вяжущем и двух заполнителях; в — при двух вяжущих и двух заполнителях

В аналогичных соответствиях находятся конгломераты оптималь­ных структур и по другим показателям механических и некоторых физических свойств, чувствительных к изменениям структуры.

Побочным следствием из общей формулы прочности и закона конгруэнции является взаимосвязь между активностью вяжущего матричного вещества и его количеством в ИСК оптимальной струк­туры. Чирловая зависимость выражается формулой, получаемой из двух уравнений пропорциональности: R_иск = k₁∙R* и R_иск = k₂∙M^1/2, в которых R_иск — заданная, или проектная, прочность ИСК оптима­льной структуры, k₁ — коэффициент (безразмерный), устанавливаю­щий соответствие между значениями расчетной прочности вяжуще­го вещества и конгломерата; k₂ — коэффициент (размерный, МПа), устанавливающий соответствие расхода матричного вещества для получения заданной прочности ИСК при строгом фазовом отноше­нии и обеспечении его оптимальной структуры; М = с + ф — коли­чество матричного (вяжущего) вещества в долях единицы массы вя­жущего компонента, определяемое с учетом (3.5); m и n — показатели степени, определяемые из экспериментальных данных.

Перемножением обоих уравнений пропорциональности и после­дующим извлечением квадратных корней получено

R_иск = k₃∙R* ∙M^m/2, МПа, (3.13)

где с учетом (с/ф)ⁿ из общей формулы прочности.

Из формулы (3.13) следует целесообразность всемерного повы­шения расчетной активности (прочности) вяжущего вещества для снижения его расхода в строительном конгломерате оптимальной структуры.

Закон конгруэнции позволяет направленно совершенствовать производство, открывать новые материалы с заданными и, при­том, экстремальными показателями свойств, прогнозировать по расчетной прочности вяжущего вещества показатели конгломерата, находить по заданной прочности ИСК расчетную активность вяжущего, т. е. его будущего матричного вещества при оптималь­ной структуре.