Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Понятно, что в развитии рассматриваемых процессов важную роль играет не только химическая реакция на поверхности волокон, но и процессы диффузии, определяющие скорость переноса (транспорта) щелочных компонентов в объем волокон, особенно после образования на их поверхности слоя, состоящего из продуктов Разрушения стекла. Как видно, активность этих процессов связана не только с концентрацией реагирующих веществ, но и с условиями подвода активной среды, предопределяемыми отношением поверхности, вступающей в реакцию, к объему образца; причем это отношение, как известно, является функцией единственного геометрического параметра - диаметра волокна. Чем больше диаметр, тем меньше центров сорбции щелочных ионов, приходящихся на единицу доступной площади поверхности волокон.
При анализе рассматриваемых процессов привлекают внимание также следующие закономерности. Если удельное количество диффундируемого и вступающего в реакцию компонента уменьшается с уменьшением активной поверхности контакта при увеличении диаметров волокон, то те же процессы, если их рассматривать по отношению к единице площади контакта, проявляются иначе. Как видно из рис.1.19,6 общее количество поглощаемого CaO, отнесенное к единице поверхности волокон, существенно возрастает по мере увеличения диаметров, причем в качественном отношении эта зависимость проявляется во всех случаях независимо от химического состава волокон (не только волокон алюмоборосиликатного состава). Это обстоятельство говорит о том, что в структуре волокон по мере увеличения их диаметров возникают качественные изменения, причем, чем больше диаметр волокон, тем их структура (особенно в поверхностном слое), как следует полагать, становится более "рыхлой" и способность противостоять активной внешней среде при прочих равных условиях снижается. В целом здесь сталкиваются по крайней мере два конкурирующих фактора. С одной стороны, качество волокон и их способность сказывать сопротивление химическим (а также механическим,) воздействиям с увеличением диаметров снижаются. С другой стороны, удельные площади контакта с активной средой (при том же увеличении диаметров) также снижаются, что вносит соответствующие коррективы в кинетику взаимодействий с подобной средой. Поэтому важно установить количественные соотношения между этими факторами и с их учетом разработать инженерные метода расчета и прогнозирования поведения таких композиций в различные периоды времени их эксплуатации.
Ранее рассматривался метод определения глубины поражения волокон во времени при воздействии на них щелочной среды. Метод основывался на том, что отношение прочности этих волокон Nf^ в момент времени Tk исходной прочности Nf0 пропорционально отношению соответствующих изменений площади их поперечного сечения, т.е. I2ZR2t где г- радиус волокна в момент времени Ти R- исходный радиус. При этом указанные радиусы связаны друг с другом выражением
г2 = R-(R~mcr)
где у - коэффициент пропорциональности; тс - количество CaO, поглощенное с течением времени единицей поверхности волокна.
Зависимость изменения I2ZR2 (NftINf0) во времени, установленная для алюмобо-росиликатных волокон при воздействии на них раствора Ca(OH)2, с учетом приведенной выше формулы представлена на рис. 1.20.
В момент, соответствующий полному поражению (полной коррозии) волокон, величина рабочего радиуса г, становится равной 0, при этом R = утс, соответствен-
R2 [AZroJ 1,0
0,8
0,6
2 О
Рис. 1.20. Расчетная зависимость изменения r*/R2 (NftINfo) во времени для волокон, подвергаемых воздействиям насыщенного раствора Ca(OH)2
1-7— диаметр волокон, соответственно 120, 100, 50,
30, 20, 10 и 8 мкм
Время, мес но, предельное количество CaO1 поглощаемое единицей поверхности волокна тСц в момент времени т^может быть выражено В виде Шеи = Rfy •
Коэффициент у для алюмоборосиликатных волокон, равный 0,01, вычислен для волокон диаметром 8мкм, для которых, как было показано выше, процесс взаимодействия с Ca(OH)2 подошел к завершающей стадии через 8мес после начала испытаний. С учетом этого рассчитано предельное количество CaO1 поглощаемое единицей поверхности волокон разных диаметров в момент времени, соответствующий полной потере их прочности (рис.1.21 ,а).
a^ тси, мг/см2 б)
о,б
О 10 30 50 70 90 110 Диаметр волокон, мкм
Рис.1.21. Оценка влияния насыщенного раствора Ca(OH)2 на свойства алюмоборосиликатных волокон разных диаметров
а - предельное количество CaO, поглощаемое единицей поверхности волокон в момент времени, соответствующий завершению процесса коррозии (полной потере прочности); б - расчетная зависимость полного снижения прочности волокон от времени воздействия Ca(OH)2
С учетом того, что скорость рассматриваемых процессов взаимодействия пропорциональна значениям коэффициентов диффузии Д и градиенту концентрации реагирующих веществ (количеству поглощаемого волокнами CaO), записано:
Д Шеи г2 Tu
-FTzz=— = — — (1.13)
Д- т си.І и Tui v
где Tut г, — соответственно предельное время активного взаимодействия, рабочий радиус волокна и количество CaOl поглощаемое единицей поверхности волокна в момент времени Tu (в рассматриваемом случае эти параметры установлены для волокон диаметром 8мкм). Индексы / в выражении (1.13) относятся к волокнам Других /-ых радиусов (диаметров).
