Некоммерческое акционерное общество«Рудненский индустриальный институт»Высшая школа экономики и строительстваЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКСпо дисциплине «Долговечность материалов» для обучающихся образовательных программ«Дизайн» и «Дизайн среды обитания»

				Составитель: профессор О.А. Мирюк
				Рассмотрен руководителем ОП
				Протокол № 7 от 17.01.2023
				Руководитель ОП О. Мирюк

Рудный 2023Раздел 1. Основные понятия о долговечности материаловКомплексной характеристикой качества материалов является надежность – способность выполнять заданные функции, сохранять основные свойства в заданных условиях в течение расчетного периода времени. Надежность предполагает безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность. Долговечность – способность сопротивляться внешним и внутренним факторам в течение возможно более длительного времени. Долговечность – способность материала длительное время служить в реальных условиях внешней среды. Долговечность – интегральная характеристика. Долговечность – комплексное свойство, количественно выражается продолжительностью эффективного сопротивления сложному воздействию внешних и внутренних факторов в эксплуатационный период работы материала до соответствующего критического уровня.Безотказность – свойство системы сохранять работоспособность в течение определенного или возможно более длительного времени без вынужденных перерывов на ремонт, или замену забракованного в конструкциях изделия. Показателем этого свойства служит вероятность безотказной работы материала, оцениваемой числовой величиной возможности появления случай­ного обстоятельства с нарушением безотказности работы. Отказом называют потерю работоспособности материала (системы) вследствие недопустимого изменения структуры и свойств под влия­нием внешних воздействий и внутренних процессов.

---

Сохраняемость – свойство системы сохранять приданные ему в технологический период качественные характери­стики на стадиях хранения, транспортирования и последующего времени, обусловленного технической документацией. Это свойство количественно оценивается продолжительностью хранения и транс­портирования до возникновения неисправности.Ремонтопригодность — свойство материала, выражающееся в способности к восстановлению неисправности, обнаруженной вследствие отказа. Показателем ремонтопригодности служит сред­няя продолжительность ремонта на один отказ данного вида, а так­же трудоемкость и стоимость устранения случайных дефектов, при­ведших к отказу.С теоретических позиций за принцип надеж­ности принимают оптимальную структуру при условии прави­льно принятых компонентов, технологических параметров и режи­мов. Оптимальная структура, созданная с учетом эксплуатационных условий работы материала в конструкции, обеспечивает формиро­вание повышенного ресурса как меры вероятности пребывания системы в безотказном состоянии: чем полнее прошла оп­тимизация структуры, тем выше ресурс; чем дальше реальная структура находится от оптимальной, тем меньшим ресурсом обла­дает система, выше вероятность и ближе появление отказа.О долговечности пока судят по отклонениям в структуре материала, хотя первопричиной изменения свойств обычно служит нарушение микро- или макроструктуры, отклонение общей структуры от оптимальной.Основные, или ключевые, характеристики свойств и структуры имеют критические уровни, переход за пределы которых сопряжен со сравнительно интенсивным разрушением материла или срочным капитальным ремонтом конструкции. При выборе критических уровней ключевых показателей свойств ориентируются на требования действующих стандартов и строительных норм. В них указаны числовые показатели технических свойств материала и допустимые пределы их изменения. Основные или ключевые, характеристики свойств и структуры имеют критические уровни, переход за преде­лы которых сопряжен со сравнительно интенсивным разрушением материала или срочным капитальным ремонтом конструкции.Среди типичных эксплуатационных факторов, оказывающих негативное влияние на состояние строительных материалов, можно выделить: механические – воздействие внешних нагрузок различной величины и интенсивности стати­ческого и динамического характера, а также массы материал; температурные

---

– воздействие устойчивой температу­ры и ее колебаний в конструкциях зданий и сооружений; воздушную и газовую среду с содержанием в ней углекислого газа, пара, пыли и других примесей; водную среду с широкими пределами ее агрессивности; кислоты, щелочи, солевые растворы разных концентраций и другие жидкие среды, например растительные масла, нефтепродукты, которые имеют различную степень агрессивности по отношению к материалу; климатические, к которым, кроме упомянутых выше факторов, относятся также солнечная радиация, ветер, влажность воздуха; воздействие некоторых других возможных физических факторов – электрического поля и тока, излучения, электромагнитного поля. Кроме того, нередко на структурные изменения влияют спонтанные негативные явления в материале. Большую разрушительную активность по отношению к строительным материалам и конструкциям проявляют животные и растительные микроорганизмы и их производные – органогенные агрессивные среды.

В реальных условиях на конструкцию и ее материал воздействует комплекс из двух или большего количества эксплуатационных факторов.

Экономические аспекты долговечности строительных материалов: необходимо максимально снизить затраты на ремонтно-восстановительные работы для поддержания должного состояния сооружений; не допускать перерасхода материалов, энергии при изготовлении изделий; обеспечить надлежащие условия транспортировки и хранения строительных материалов, исключающие нарушение структуры и нежелательное изменение свойств материала. По данным многих источников, до 1% стоимости строительного объекта приходится на ремонтно-восстановительные

Первый этап долговечности характеризуется упрочнением струк­туры или улучшением показателей свойств; второй – их относите­льной стабильностью; третий – деструкцией.

Сущность упрочнения структуры на первом этапе долговечно­сти заключается в том, что под влиянием внешней среды, нагрузок, инверсии фаз в эксплуатационный период в материале, возникают вна­чале на микроуровне, а со временем укрупняются новые (вторич­ные) структурные центры. Совместно с теми, которые возникли на ранней стадии формирования структуры (первичными), они участ­вуют в дополнительном процессе уплотнения структуры с увеличе­нием концентрации той части твердой фазы, которая является основным носителем эффекта упрочнения. В результате не только наблюдается упрочнение структуры и рост прочности материала по отношению к механическим нагрузкам, но и улучшение некоторых других его свойств. Примером материала с упрочнением структуры в эксплуатационный период может служить цементный бетон и его вяжущая (матричная) часть в виде цементного камня при контакте с водной средой и тем более со щавелевой кислотой. Последняя, проникая в поры, образует малорастворимые соли и плотные продукты с очень низкой диффузионной проницаемостью. Особенно часто эффект упрочнения наблюдается в связи с уплотнением новообразований при взаимодействии углекислого газа с известью в материале.

---

Второй этап – стабилизация структуры – характеризуется сравнительно неизменной концентрацией структурных элементов и единице объема материала и относительным постоянством показа­телей свойств. Однако упроч­нение структуры в эксплуатационный период может составить толь­ко тогда положительный эффект, если оно не явилось следствием так называемого «старения». Под последним понимается нередко наблюдаемое явление охрупчивания конгломератов на основе поли­меров за счет химических реакций, или при рекристаллизации с уве­личением в объеме новообразований. Старение переводит материал в состояние хрупкого микротрещинообразования и, в конечном итоге, резкого сокращения долговечности.Чем прогрессивнее технология или отдель­ные ее переделы в процессе производства конгломератов, чем полнее исполь­зованы способы упрочнения и стабилизации структуры, торможе­ния деструкционных явлений, чем больше структура приведена в состояние устойчивости и равновесности с меньшей сохранившейся внутренней и поверхностной свободной энергией, тем выше ресурс как функциональная мера надежности избежать первого и последу­ющих отказов, т. е. выше безотказность, сохраняемость, долговеч­ность конструкции, изготовленной из этого материала, применительно к данным эксплуатационным условиям.Экологические аспекты долговечности строительных материалов: сохранение защитных функций строительных материалов и исключение вредного воздействия защищаемого объекта на окружающую среду:

• 
  разрушаемый материал — потенциальный загрязнитель всех элементов окружающей среды;
  
• 
  риск техногенной катастрофы, как за счет самопроизвольного разрушения материала, так и за счет его низких показателей в период экстремального воздействия.
  

Раздел 2. Дефекты структуры материаловСтруктура (внутреннее строение) материала – пространственное расположение частиц разной степени дисперсности (измельченности) с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления их между собой. В понятие структуры входят также: расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, микротрещин и других структурных элементов. Микроструктура – расположение, взаимоотношение и взаимосвязь различных по размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются различные вещества. Макроскопическое

---

строение – устойчивое расположение, взаимосвязь и порядок сцепления макромолекул, мицелл, кристаллов, кристаллических обломков и сростков, аморфных сравнительно крупных частиц, составляющих материалы, а также соотношения компонентов.Структура не остается «застывшей»: в пространстве и во времени непрерывно претерпевает изменения. Этому, в частности, способствует постоянное движение элементарных частиц, атомов, молекул; взаимодействия материала с окружающей средой.Микроструктуру изучают с помощью оптических методов, электронной микроскопии, дифференциально-термического анализа, рентгенографии и других методов.В реальных материалах имеется большое число различного рода микро- и макродефектов, развитие которых приводит к разрушению тела. Существуют различные классификации дефектов в зависимости от рассматриваемого уровня их иерархической структуры. Для материалов с зернистой дисперсной фазой – матрицы (связующее) и включений (заполнителей) – наибольшее признание получило разделение дефектов на два рода.Дефекты первогорода – округлые дефекты типа пор. Дефектывторогорода – остроконечные дефекты типа трещин. Возможно совмещение дефектов, например, пора с трещиной.Различия в распределении напряжений у отверстий различной конфигурации, относящихся к дефектам первого рода (треугольник, прямоугольник, овал), не очень существенны. Формирование полостей и капилляров происходит с сохранением объективной закономерности – минимума поверхностной энергии, соответствующей круговым очертаниям поверхностей. Разрушению предшествует длительный этап предразрушения. Этот этап характеризуется последовательным выходом из строя малопрочных и перегруженных элементов, с перераспределением доли нагрузки от разрушившихся на сохранившиеся прочные элементы.Пора – мельчайшая скважина (отверстие) между частицами вещества в твердом теле бетона.Поровое пространство материала – объем, не заполненный твердой фазой исходных материалов и новообразований (несплошности, полости).Определенный объем, иногда значительный, в микроструктуре занимают замкнутые и сообщающиеся поры или те и другие вместе.На поверхности материала за счет внешнего расслаивания появляются

---

Смотрите также файлы

• Исследование функций государства.docx

• Среднемесячная номинальная начисленная заработная плата работников организаций, руб.docx

• Сабаты таырыбы Ебек етсе жетерсі масата.docx

• Здоровый сон.doc

• Отчет о выполнении лабораторной работе 10 по дисциплине Объектноориентированное программирование Тема лабораторной работы Обобщённое программирование Вариант 7 Самара, 2023.pdf