3.5. Корректирование проектного состава иск

Проектный состав является правильным до тех пор, пока материа­лы, применяемые на заводе, соответствуют требованиям, которые были приняты на стадии проектирования. В производственных усло­виях они, однако, могут отклоняться как по составу, так и по свойст­вам, поэтому необходим не только строгий текущий контроль за качеством используемых материалов, но и оперативное корректиро­вание проектного состава конгломерата. Возможны три случая:

1. Изменились свойства вяжущего или его отдельных компонен­тов, если вяжущее по своему составу является сложным. В этом слу­чае в заводской лаборатории необходимо определить новую вели­чину расчетной активности вяжущего и соответствующее ей фазовое отношение (R* при с*/ф) и, пользуясь формулой (3.3), вычис­лить новое фазовое отношение с/ф в конгломерате оптимальной структуры: а формулой (3.4) — новое количество вяжущего вещества при этом фазовом отношении:

где n и — числовые значения показателей степени, определяемые опытным путем, о чем сообщалось выше — при выполне­нии вспомогательной операции на втором этапе проектирования состава.

Далее производится пересчет содержания каждого компонента на 1 т или на 1 м³ конгломератной смеси.

2. Изменились заполняющие материалы, хотя они продолжают отвечать общим техническим требованиям. В этом случае можно подобрать новое соотношение фракций заполнителя с выявлением нового соотношения (по массе) между мелким и крупным заполни­телями (например, П/Щ) при наибольшей плотности их смеси. А за­тем при любом, практически удобном отношении с/ф определяют экспериментальным путем новые показатели степеней n и m_x, а рас­четным путем — новые оптимальные значения с/ф и с+ф. Далее пе­ресчитывают прежний номинальный состав на новый, откорректи­рованный.

3. Изменились все исходные материалы. В этом случае скоррек­тировать состав можно путем определения новой величины расчет­ной активности вяжущего вещества и новых показателей степени n и m_x. После этого по формулам (3.3) и (3.4), исходя из закона обязате­льного соответствия свойств (конгруэнции), определяют оптималь­ное отношение с/ф в конгломерате и новое количество вяжущего ве­щества с+ф.

Во всех трех случаях весьма целесообразно пользоваться зара­нее подготовленными таблицами или графиками в соответствую­щих координатных осях (с/ф — % вяжущего вещества, n — с/ф и др.).

Аналогичным образом корректируют оптимальный состав, ког­да изменяются в производственных условиях технологические пара­метры и режимы, а также когда влага в заполнителе засчитывается как часть жидкой среды в проектном составе.

3.6. Создание новых строительных конгломератов

Общая теория ИСК способствует не только существенному по­вышению качества и совершенствованию технологий с переводом их в прогрессивные на уровне мировых достижений, но и созданию новых строительных материалов с конгломератным типом структу­ры. Именно поэтому в единой классификации предусмотрены ва­кантные «клетки». Каждая из них может быть в свою очередь цент­ром развития своеобразной группы конгломератов определенной разновидности. Однако эти группы и отдельные конгломераты в них продолжают оставаться связанными с единой классификацией ИСК общей теорией, общими закономерностями оптимальных структур.

Создание новых строительных конгломератов основывается на открытых закономерностях, количество которых возрастает по мере развития строительного материаловедения как фундаментальной науки прикладного характера. Оно осуществляется по определен­ной системе, в которой исходные положения прогнозирования соче­таются с новыми экспериментальными исследованиями. Среди основных положений прогнозирования следующие:

всегда неизбежен качественный скачок к оптимальной структуре конгломерата и переход, через экстремум показателей свойств по мере количественного накопления дисперсионной среды в системе с переходом ее из дискретного в континуальное пленочное состояние на поверхности твердой фазы;

оптимальная структура конгломерата возможна при любом за­полнителе, хотя наиболее экономичными и технически рациональ­ными являются составы с максимальной плотностью упаковки его частиц и, следовательно, с наименьшим расходом вяжущего вещест­ва в конгломерате;

с достаточной степенью приближения к истине целесообразно принимать, что линия оптимальных структур конгломератов на гра­фике R(с/ф) описывается гиперболической зависимостью у = а/х^b, в которой все члены имеют строго определенный физический смысл;

вдоль кривой оптимальных структур размещается бесчисленное множество створов с наиболее благоприятным комплексом показа­телей строительных и эксплуатационных свойств. Проектирование состава позволяет выбрать один или несколько рациональных по технико-экономическим показателям;

самой наглядной и полной формулой прочности ИСК оптималь­ной структуры является (3.6). В ней нашли отражение практически все его структурные элементы в их теснейшей взаимосвязи.

Постадийное осуществление творческого процесса создания но­вых видов ИСК заключается в следующем.

Первая стадия включает детальное изучение вероятного вяжущего вещества. Для этого вначале потребуется установить главные техниче­ские требования к конгломератному материалу с тем, чтобы он обес­печивал надежность и долговечность изготовляемой из него конструк­ции в эксплуатационный период. По комплексу показателей конгло­мерата судят в первом приближении о необходимых свойствах вяжу­щего вещества как будущей матричной части и выбирают наиболее подходящее вяжущее из числа традиционных. Важно учесть характер эксплуатационных условий работы конгломерата в конструкции. Ча­сто именно от этих условий зависит выбор неорганического или орга­нического вяжущего вещества с последующим уточнением их конк­ретной разновидности из числа традиционных.

Сложнее тот случай, когда при разработке нового ИСК не име­ется в наличии традиционного вяжущего вещества.и приходится ориентироваться на его получение по аналогии с традиционными технологиями или вовсе оригинального продукта и т. п. С помощью лабораторных испытаний изучаются с разной степенью полноты (от прикидочных да уточненных) свойства создаваемых композиций по некоторым условно принятым технологиям с последующим их кор­ректированием. Постепенным увеличением базового отношения с/ф достигают экстремального значения требуемого (ключевого) свой­ства, ранее принятого для конгломерата. Если определяющими свойствами конгломерата являются прочность и какое-либо другое свойство, например теплосопротивление, то выясняются показатели обоих свойств вяжущего. При необходимости понижения теплопе­редачи можно предусмотреть использование поризующих средств, но с учетом допустимого снижения прочности вяжущего (его рас­четной активности при оптимальной структуре). Если важно сохра­нить в определенных пределах обратимые деформации — упругие и упруго-вязкие (эластические), то эти свойства вяжущего также изу­чают при оптимальной структуре. Процесс изучения сырья для вя­жущего основывается на законах створа и конгруэнции свойств. Не­обходимые средства улучшения ключевых показателей качества — введение дополнительных ингредиентов, катализаторов, отвердителей, соединение с традиционными вяжущими веществами, использо­вание технологических приемов (измельчение, механико-химическая обработка, тепловая обработка, перемешивание и др.). Далее выяс­няют отдельные детали технологии изготовления вяжущего вещест­ва, предлагают методы оценки его качества, сходные с принятыми при оценке конгломератов.

На второй стадии создания нового строительного конгломерата определяют возможную разновидность заполнителя, что также обусловлено сырьевыми ресурсами, проектными требованиями к свойствам ИСК, разновидностью вяжущего вещества (порошкооб­разный, компаунд, расплав и т. п.) и уровнем его вероятной адгезионной способности по отношению к предполагаемому заполнителю. Устанавливают рациональный род заполнителя — минеральный или органический, порошкообразный, зернистый или волокнистый, тяжелый, плотный или легкий, пористый. Учитывают также другие возможные пожелания к качеству; цвет — при изготовлении конгло­мератного материала для отделочных штукатурок, теплопровод­ность — при изготовлении теплоизоляционно-конструктивного ма­териала и т. п. Одновременно решают вопрос о целесообразных форме и размере частиц заполнителя, плотности заполняющей смеси.

Наиболее экономичными являются, как отмечалось, составы с максимальной плотностью упаковки плотных или пористых частиц заполнителя и, следовательно, с наименьшим расходом вяжущего вещества. Этот принцип приобретает тем большее значение, чем ближе оптимальная структура к контактной. Вместе с тем максима­льная плотность не может быть самоцелью, а должна назначаться в совокупности с экономическими подсчетами, с учетом фазового от­ношения вяжущего вещества (с его увеличением целесообразно по­вышение количества мелкозернистой фракции в заполнителе), нали­чием материалов и т. п.

Вопрос о минимально допустимой прочности заполнителя так­же решается с позиций общей теории¹. Его актуальность возра­стает по мере снижения прочности заполнителя по сравнению с прочностью создаваемого ИСК. При решении вопроса о минима­льной прочности камня как заполнителя принимают во внимание релаксационный процесс, который тем эффективнее снижает внут­реннее напряженное состояние, чем меньше период релаксации матричного материала. И тогда появляется дополнительная воз­можность снижения минимально допустимой прочности камня, ис­пользуемого для изготовления заполнителя. Период или время ре­лаксации матричного вещества оценивается при соответственных условиях, т. е. при оптимальных структурах и 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 фактор)» строят 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 кон­гломератного материала устанавливают технический контроль и длительные наблюдения, внося, при необходимости, текущие кор­рективы.