Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Анализ проведенных исследований показывает, что стеклянные волокна независимо от химического состава вступают во взаимодействие с насыщенным раствором Ca(OH)2 и жидкой фазой гидратирующихся цементов. Наиболее устойчивыми к воздействиям среды твердения портландских цементов являются волокна цирконийже-лезомагнийсиликатных составов. Решение вопроса о выборе волокон и вида вяжущих для конструкционных материалов должно быть всегда связано не только с подбором оптимального химического состава волокон и их диаметров, но и с определением функционального назначения и рациональных областей применения этих материалов с учетом условий их длительной эксплуатации.
Метод оценки устойчивости стеклянных волокон к воздействиям среды гидратирующихся цементов.
При проектировали стеклофибробетонных конструкций, независимо от вида используемых волокон, важно прогнозировать особенности работы данных конструкций и прежде всего их долговечность при эксплуатации в реальных условиях. В нашей работе [22, 23] разработан метод оценки устойчивости стеклянных волокон к воздействиям продуктов гидратации цементных вяжущих.
Основой метода является гипотеза о том, что масса тд стекла, прореагировавшего со щелочной средой (имеется в виду Ca(OH)0) и масса m гидроксида кальция (в
dL w
пересчете на CaO), вступившего во взаимодействие со стеклом, связаны друг с другом уравнением:
тд -Y mV (1.1)
где у - коэффициент пропорциональности.
Кроме того, в основу метода положены две предпосылки. Первая состоит в том, что прочность волокна Nf^ вступившего во взаимодействие с щелочной фазой твердеющего цемента (соответственно подвергаемого коррозии), и исходная прочность волокна Nf0 связаны также соответствующим уравнением:
Nfz=CcNf0t (1.2)
где а - коэффициент пропорциональности.
Вторая предпосылка базируется, на том, что следствием коррозии является уменьшение рабочей площади Sft поперечного сечения волокна. Уменьшение площади Sf
пропорционально уменьшению квадрата радиуса волокна и в момент времени T величина радиуса составляет г = R -1, а уменьшение площади сечения соответствует r/R , где г2=(R -1)2. Здесь г, R и t — соответственно радиус волокна, подвергнутого коррозии, исходный радиус волокна и глубина поражения волокна (рис.1.16).
По существу коэффициент а, если известно его значение, является коэффициентом прогноза устойчивости (долговечности) волокна, Этот коэффициент при прочих равных условиях, при заданном уровне концентрации щелочной среды и при одном и том же химическом составе стекла является функцией диаметра волокна и времени воздействия щелочной среды, т.е.
a = f(df,r).
Если считать, что временное сопротивление волокна при заданном его диамет- t = O NfJNfn = I
ю
t = 0; г =R
0 < Xi < хи
0< JVftZMm
7
< 1
R >t >0; R> г>0
Iu1NfJNfn = O
ю
t =zR; г = 0
Рис.1.16. Схемы состояния поперечного сечения стекловолокна в различные периоды времени; заштрихованы участки сечения, подвергнутые коррозии в результате воздействия щелочной среды
ре и химическом составе, является константой, то изменение прочности (сопротивления разрыву) этого волокна в соответствии с принятыми предпосылками должно быть функцией изменения во времени квадрата его рабочего радиуса. Соответственно на основе (1.2) получено:
а
N
ft
(R-tf
Nf0 Rd
R4
(1.3)
Для определения входящих в (1.3) неизвестных параметров г и t использовано уравнение (1.1) записанное в развернутом виде:
ря/(я2-г2)=у тс, (1,4а) ,
где р - плотность стекла; / - длина волокна в единице массы стекла (очевидно, что / = 117iR2р); тс - удельная масса CaO, поглощенного в течение времени т единицей массы волокна.
Если допустить что т л — масса стекла (волокна), принятая в эксперименте и т_____— масса CaO, поглощенная опытной навеской волокна, тогда значение,
с.ехр
mC — тс.ехр/ехр •
Выражение (1.4,а) можно записать также в виде:
p7rl(R2 - г2)= ymdnRl (1.4,6)
где Шс - масса CaO, поглощаемая в момент времени T единицей поверхности волокна (соответственно тс = тс2лЯ1).
Уравнения (1.4,а) и (1.4,6) приведены к виду, удобному для их решения, путем выражения в (1.4,а) значения / через R. Получено:
.2
R
1-{р2^г2)=утс или 1—f^=Ymc,
F?
отсюда г2 =R2(I-^mc) или г = R1/л-у тс . (1.5)
Соответственно глубина поражения волокна, как было показано выше, составляет t = R - г.
Значение коэффициента у может быть установлено опытным путем в ситуации,1 когда процесс поглощения CaO волокном через период времени Ty оказывается в основном завершенным (at?-> m)t сечение волокна подвергнутого полной коррозии
О ОСі
(см. рис. 1.16), соответственно прочность волокна понижается до 0. Подобную
А О ситуацию в опыте можно получить тем быстрее, чем меньше при прочих равных условиях диаметр волокна.
Понятно, что в момент времени Tu значение г = 0. В этом случае из выражения
(1.5) следует R2 (1 - у лі) = 0,
CU'
отсюда у = 1//77си. (1-6)
Таким образом, для прогнозирования устойчивости волокон любого диаметра и аналитического описания изменения их прочности во времени весьма важно установить экспериментальным путем значения коэффициента у через предельные значе-ния тси по выражению (1.6).
