Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Известно, что фактическая прочность большой части твердых веществ как кристаллического, так и аморфного строения, всегда оказывается ниже, чем следовало бы ожидать в расчетах, учитывающих энергию связи между структурными элемента- ми этих веществ, Например, при учете электрических сил взаимодействия (отталкивания и притяжения) между частицами вещества в кристаллах хлористого натрия разными авторами были определены теоретические значения его прочности, которые изменялись от 2000 до 4000МПа, тогда как фактическая прочность подобных кристаллов составляла всего лишь 4—20МПа.
На фактическую прочность используемых в практике реальных веществ сильное влияние оказывают технологические факторы обусловливающие неоднородность структуры, поверхностные трещины и другие дефекты. Например, опыты д.ф.Иоффе и М.В.Классен-Неклюдовой показали [7], что прочность кристаллов хлористого натрия при испытаниях их в воде существенно возрастает, достигая бООМПа вместо 4-20МПа. Это объясняется тем, что вода, растворяя поверхностный поврежденный слой кристаллов, одновременно устраняет имеющиеся на их поверхности трещины и царапины, которые, являясь концентраторами напряжений, снижают прочность образцов.
Рассматривая теоретические значения прочности материалов, следует заметить, что они являются объектом исследований в основном для бездефектных структур, для которых оцениваются силы на уровне межатомного взаимодействия. Если отсутствуют внешние воздействия, силы притяжения и отталкивания между частицами вещества взаимно уравновешиваются и напряжения равны 0. Растягивающая нагрузка нарушает равновесие, однако действие сил притяжения сохраняется до определенного критического уровня напряжений, при котором устанавливаются предельные расстояния rmax между взаимодействующими центрами частиц вещества. Из этого следует, что теоретическим значениям прочности соответствует такое состояние системы частиц, при котором сохраняется предельное равновесие между силами их притяжения и растягивающими усилиями. Для приближенного анализа теоретических
значений прочности обычно пользуются выражением [8]: (jr=O,1Е, где E — модуль упругости материала. Отсюда нетрудно убедиться, что теоретические значения прочности для кварцевого стекла должны составлять 12000МПа, а для безщелочного алю-моборосиликотного 7200—8000МПа. Очевидно, что теоретические значения прочности стекла на несколько порядков превышают фактическую прочность массивных промышленных стекол и в несколько раз прочность стекловолокон.
Увеличение прочности стеклянных волокон по мере уменьшения их диаметров было впервые установлено Гриффитсом [29]. Этот факт объяснялся ориентацией молекулярных групп в поверхностном слое стекла. Влияние ориентации возрастает по мере увеличения отношения периметра к поперечному сечению волокон. При этом Гриффите полагал, что теоретическая прочность стекла может быть достигнута при диаметре стеклянной нити, соизмеримом с размером молекулы [41].
Гриффитсом было выдвинуто положение, что критическое значение нагрузки, при которой начинается рост трещины в стекле, может быть связано с величиной поверхностной энергии у [29, 42]: р = ^2Еу/ла , где а — полудлина трещины.
В соответствии с существующими представлениями величину у рассматривают как работу, которую необходимо произвести для образования единицы свободной поверхности. При разрушении многих конструкционных материалов значительная часть затрачиваемой для этого энергии расходуется на микропластические деформации. Поэтому величину у выражают в виде у = у0 + уп, где Y0 — плотность поверхностной энергии непосредственно самого материала; уп - плотность энергии микропластических деформаций в зоне образующейся новой поверхности. В большей части случаев
Yq* при этом отношение Y / Y0 может условно отражать степень хрупкости материала—табл. 1.8 [5].
Как видно, величина у для стали и оргстекла во много раз превышает у0, а силикатное стекло и цементный камень приближаются к идеально хрупким материалам. Таблица 1.8
Значения плотности поверхностной энергии различных материалов
Материал Го Дж/м2 У Дж/м2 Yo1Y
Силикатное стекло 1.2 3 2,5
Цементный камень 0,4 2,3 6
Оргстекло (при -45 0C) 0,5 200 400
Сталь (при -150 8C) 2 4000 2000
ІЧ
Itl
I
А
Упругие и деформативные характеристики стекловолокна.
До сих пор не достигнуто единства мнений о характере изменения модуля упругости стеклянных волокон в зависимости от изменения их диаметров. Одни авторы * указывают на уменьшение модуля упругости стеклянных волокон по мере увеличе- \ ния их диаметров [13], другие отмечают, что модуль упругости в этом случае остается» неизменным [6]. Однако в последующих работах сделан вывод, что с ростом величи-1 ны диаметра стеклянных волокон модуль их упругости возрастает и приближается Kj модулю упругости массивного стекла (рис.1.8). Анализ данных закономерностей Ci учетом оценки их влияния на конструкционные качества дисперсно-арми-;| рованных бетонов сделан в работе [19]. &
8000
03
с:
