390 3

II KOMPOZYTY

wypełnienia przestrzeni 0.74 i jest on niezależny od wielkości kul ^ pr/ypedki. betonu dąży się do tego. aby ziarna kruszywa miały rozwinięty powierzchnię, gdyż wtedy sq mocniej związane z. osnową betonu Wypełnienie przestrzeni bryłami może być duie jedynie wówczas, gdy ich wielkość jest zróżnicowana, ponieważ wicdy bryły drobne wypełniaj.'! przestrzenie między bryłami du/.ymi (rys 11 6 i W przy pad ku betonu optymalnym rozwiązaniem jest stosowanie Żwiru i piasku o /ró/.mcowancj wielkości ziarna w ilości 60% żwiru i 40% piasku. Przy takim składzie ziarnowym kruszy wo może wypełniać do 75% objętości betonu.

Na wytrzymałość betonu ma wpływ ilość wody zużytej do jego wy. twar/ama. Optymalny stosunek wody do cementu wynosi 0.45 — 0.55. Przy zbyt malej ilości wody formował ność betonu jest słaba, a podczas mieszania tworzą się duże pęcherze powietrzne Nadmiar wody powoduje natomiast. ż.c beton jest słaby i o małej gęstości, gdyż. po odparowaniu nadmiaru wody pozostają pory.

Wytrzymałość betonu na ściskanie wynosi zwykle 20 — 30 MPa. natomiast na rozciąganie jest około dziesięć ra/y mniejsza. Przyczyną małej wytrzymałości bełonu na rozciąganie są występujące w mm pęknięcia i pory. jedną z przyczyn powstawania pęknięć u betonie jest skurcz osnowy podczas twardnienia, któremu przeciwstawia się sztywne kruszywo, powodując wytworzenie naprężeń rozciągają-cych vs osnowie.

Do poprawy wytrzymałości na rozciąganie i zginanie betonu wykorzystuje się wiele metod. Częściej stosowanymi metodami są:

I) zbrojenie betonu prętami, drutami łub siatką stalową. W betonie zbrojonym naprężenia rozciągające są przekazywane z betonu do stali charakteryzującej się dużą wytrzymałością na rozciąganie;

2) wytworzenie w betonie naprężeń ściskających.

Jedna z metod wytworzenia naprężeń ściskających polega na tym, te wzmacniające beton pręty stalowe są podczas zalewania i twardnienia betonu poddane naprężeniom rozciągającym. Usunięcie po stwardnieniu betonu sił napinających pręty powoduje wytworzenie w betonie naprężeń ściskających. Taki beton może przenosić większe (o wartość wytworzonych w nim naprężeń ściskających) naprężenia rozciągające.

Inna metoda polega na umieszczeniu w konstrukcji, przed zalaniem betonu, rur. w których po stwardnieniu betonu umieszcza się pręty stalowe, następnie napinane w' celu wytworzenia w nich naprężeń rozciągających, a w betonie naprężeń ściskających. W tym przypadku wykorzystuje się podstawową cechę ceramik, a mianowicie to. że są one znacznie bardziej wytrzymałe na ściskanie niż na rozciąganie.

Ze względu na własności mechaniczne beton jest stosowany na konstrukcje przenoszące naprężenia ściskające. Jeżeli występują naprężenia rozciągające, wówczas stosuje się beton zbrojony lub wytwarza w nim. wyżej opisanymi metodami, naprężenia ściskające.

11.3 KOMPOZYTY AGREGATOWE

PRZYKŁAD 11.2. Oblicz, gęstość zbrojonego betonu w belce o stałym przekroju poprzecznym wynoszącym 0.045 m^a Zbrojenie składa się /. 6 prętów stalowych o średnicy 25 mm. prostopadłych do przekroju poprzecznego belki.

Rozwiązanie Gęstość stali 7.8 Mg m' \ betonu bez zbrojenia 2.4 Mg m \ Objętość zbrojenia V, i betonu V_k w 1 m bieżącym belki wynoszą V, = 6(nd²/A)l « (3/2)n(0.025 m)^J(l m) = 0.0029 m'

V> “    “ V, = (0.045 m²)( 1 m) - (0.0029 m⁵) - 0.0421 m³

masa zbrojenia w 1 m.b. belki «=■ (0,0029 m³)(7.8 Mg - m *) *= 0.0226 Mg masa betonu w l m.b. belki =* (0.0421 m^y)(2,4 Mgm *) =» 0.1010 Mg

gęstość betonu zbrojonego p

(0.0226 Mg) -h (0,1010 Mg)

0.045 m⁵ 2.75 Mg m’^J

11.3.2. Węgliki spiekane

Węgliki spiekane są kompozytem agregatowym. Ich struktura składa się z twardych , względnie równoosiowych cząstek węglików rozmieszczonych w metalicznej osnowie. Typowym przedstawicielem tej grupy materiałów są węgliki wolframu (WC) w osnowie kobaltu.

Węglik wolframu jest bardzo twardy, odporny na ścieranie i ma wysoką temperaturę topnienia. Można zatem obrabiać nim twarde materiały z dużymi szybkościami. Wadą węglika wolframu jest jego bardzo duża kruchość. W celu zwiększenia odporności na pękanie wykonuje się kompozyt agregatowy, w którym cząstkami są węgliki, osnową natomiast kobalt. Kompozyt uzyskuje się przez /mieszanie cząstek WC z proszkiem kobaltu. Z mieszaniny proszków wykonuje się wy,praskę w postaci płytki, którą nagrzewa się powyżej temperatury- topnienia kobaltu, a następnie chłodzi. Po skrzepnięciu kobalt wiąże cząstki węglików, a ponieważ jest plastyczny, więc kompozyt jest wystarczająco odporny na obciążenia dynamiczne. Podczas eksploatacji, po stępieniu się węglików, na powierzchni tnącej narzędzia następuje ich pękanie lub wykruszanie się z osnowy. Powoduje to odsłanianie się nowych cząstek węglików o ostrych krawędziach. Zawartość kobaltu w węglikach spiekanych wynosi od 4,5 do 25%. Wraz ze zmniejszaniem się ilości kobaltu następuje coraz łatwiejsze wykruszanie się węglików, ale zwiększa się twardość.

PRZYKŁAD 11.3. Oblicz gęstość węglika spiekanego, zawierającego 81% mas.

WC. 10% mas. TiC. 2% mas. TaC i 7% mas. Co.

Rozwiązanie. Gęstość WC wynosi 15,78 Mg m"³, TiC - 4.95 Mg m \ TaC

- 14.61 Mg m"³. Co- 8.832 Mg m"³.

Należy zamienić procenty masowe na ułamki objętościowe

391