Анализ предшествующих исследований. Долговечность ременной передачи определяется ресурсом работы передачи до момента отказа всей передачи или нескольких ремней.

Клиноременная передача в целом относится к ремонтируемым (восстанавливаемым) изделиям [1, с. 8]. Отказ одного из элементов (ремней) как правило, не приводит к отказу всей системы, наступает частичный отказ, когда система сохраняет работоспособность. Передача эксплуатируется в циклически нерегулярном режиме до предельного состояния или полного отказа нескольких элементов, после чего теряет работоспособность. Нормируемым показателем надежности передачи является вероятность безотказной работы при заданной наработке на отказ P_п(t) и средний ресурс работы T_п. Ремни относятся к неремонтируемым (не восстанавливаемым) элементам, отказ которых приводит к полной потере работоспособности. Показателями надежности ремней являются средний ресурс работы (наработка на отказ) T_ср, вероятность безотказной работы в течение заданного периода P_р(t) и плотность распределения вероятности отказов f_р(t) [2, с. 89]. Для отдельного ремня все параметры взаимосвязаны зависимостями [2, с. 97]:

– вероятность безотказной работы, т. е. безусловная вероятность того, что на интервале времени от 0 до t не наступит отказ (функция надежности)

;

– наработка на отказ

;

– опасность отказа

.

Опасность отказа λ(t) есть локальная характеристика надежности, представляющая собой вероятность того, что элемент откажет после некоторого периода t.

Плотность распределения вероятности отказов f_р(t) определяется принятым законом надежности.

На практике большое распространение получил экспоненциальный закон надежности, согласно которому и тогда

.

Несложно получить, что функция надежности

.

Экспоненциальный закон надежности обеспечивает простое решение многих задач в теории надежности, но такой закон надежности хорошо описывает только внезапные отказы. Отказы, возникающие в результате износа и старения элементов, не подчиняются экспоненциальному закону, т. к. их надежность со временем изменяется. Такие отказы, называемые постепенными, хорошо описываются другими законами, среди которых наибольшее распространение получил двухпараметрический закон распределения Вейбулла [2, с. 102]

.

Основным достоинством этого закона является дополнительный параметр α, отражающий интенсивность старения элемента, при условии, что опасность отказа λ является постоянной величиной.

Таким образом, для определения долговечности ремней необходимо знать значение параметров λ и α. Надежность передачи в целом P_п(t) определяется надежностью отдельных ее элементов.

Цель работы. В статье представлена методика расчета долговечности клиноременной передачи механических прессов с учетом специфических условий их эксплуатации.

Материал и результаты исследований. Клиноременная передача пресса является в целом системой с n независимыми элементами (ремнями). В такой системе отказ элементов (ремней) происходит независимо друг от друга. Отказ всей системы наступает тогда, когда происходит отказ одного или нескольких элементов. В первом случае отказ системы происходит при отказе любого одного элемента. Считается, что в такой системе элементы соединены последовательно в смысле надежности [2, с. 133]. Во втором случае отказ системы наступает тогда, когда отказывают несколько r элементов (r < n). До момента отказа r-го ремня передача сохраняет свою номинальную работоспособность. При отказе одного из элементов ременная передача сохраняет работоспособность, однако ее тяговая способность снижается, увеличивается нагрузка на остальные ремни, возрастает потеря скорости и энергетическая надежность привода в целом снижается. Такая передача считается передачей с параллельным соединением элементов.

Если система состоит из n элементов с надежностью каждого из них p₁(t), p₂(t), …, p_n(t), то надежность работы всей передачи будет

.

Выражая функцию надежности через опасность отказов, находим

.

Если средний ресурс работы одного ремня T_i, тогда среднее время работы передачи до первого отказа составляет

.

В частном случае, когда все ремни имеют одинаковую надежность, т. е. , то при экспоненциальном законе надежность и опасность отказов всей передачи составляют , .

Среднее время работы всей передачи до первого отказа составляет

.                    (1)

Здесь λ₁ и Т₁ обозначают опасность отказов и ресурс работы одного ремня, а λ_п и Т_п – опасность отказов и ресурс работы всей передачи.

Во втором случае, когда отказ передачи происходит после отказа k-го ремня, нагрузка оставшихся ремней увеличивается и их надежность уменьшается. При отказе r-го ремня передача теряет свою работоспособность и наступает полный отказ системы. В теории надежности такой поток отказов рассматривается как процесс типа гибель [2, с. 297].

На интервале времени между двумя отказами надежность передачи постоянна и определяется только количеством оставшихся ремней, и к моменту наступления очередного отказа опасность отказа оставшихся k ремней составляет , где δ_i – опасность отказа оставшихся k ремней.

Если надежность всех ремней близка к единице, то приближенно надежность всей передачи составляет , а ресурс работы передачи составляет

.

В частном случае, когда надежность отдельных ремней не зависит от количества отказов других ремней, имеем

Тогда .

Средний ресурс всей передачи до момента отказа r-го ремня равен

,                    (2)

или при n и r больше 5÷8

.                        (3)

Если предположить, что отказ передачи происходит при отказе всех элементов (n = r), то при экспоненциальном законе надежности

.            (4)

Т. о. надежность всей передачи определяется надежностью отдельных ремней и условием наступления отказа передачи.

В технической литературе ввиду отсутствия достоверных данных о значениях параметров функции надежности λ и α средний ресурс безотказной работы отдельных ремней рекомендуется определять по эмпирической зависимости [3, с. 62; 4, с. 89]

,                    (5)

где С₁ – коэффициент, учитывающий режим работы передачи;

С₂ – коэффициент, учитывающий значение передаваемой мощности;

С₃ – коэффициент, учитывающий относительную скорость ремня.

Номинальное значение среднего ресурса работы Т_р отдельного ремня по (5) равное 5000 часов, является скорее желательным, чем реальным значением. Применительно к клиноременным передачам механических прессов дополнительно учитывается неравномерность нагружения передачи в течение одного технологического цикла. В работе [4, с. 98] приведены рекомендации по уточнению коэффициента режима работы С₁, учитывающие влияние формы цикла нагружения которые, однако, существенно не уточняют итоговый результат.

Практика эксплуатации клиноременных передач механических прессов и опытные данные показывают, что действительные значения среднего ресурса работы ремней значительно меньше величины, определяемой по указанной зависимости, поэтому она не может быть рекомендована для использования.

Надежность безотказной работы отдельных ремней в общем случае в результате старения и износа постепенно снижается и определяется законом Вейбулла. При известных параметрах λ и α среднее время работы ремня до момента отказа составляет [2, с. 102]

,                    (6)

где Г(z) – гамма-функция, определяемая как

.

При экспоненциальном законе надежности ремней ресурс работы одного ремня определяется как величина, обратно пропорциональная значению λ

.                        (7)

Для ориентировочных расчетов значения параметров надежности клиновых ремней передач механических прессов определены на основе производственных испытаний. Параметр α, учитывающий старение ремней рекомендуется принимать α = 1,015…1,05. Большие значения принимаются для прессов с меньшим номинальным усилием и большим передаточным отношением клиноременной передачи. Параметр λ, определяющий опасность отказа для клиноременных передач листоштамповочных прессов следует принимать не менее 3*10^-4, для передач КГШП – не менее 3,7*10^-4.

Наиболее достоверные значения среднего ресурса работы ремней определяются по условиям усталостной прочности. Усталостная прочность ремней определяется частотой нагружения ремней, значениями максимальных напряжений в ветвях ремней и формой цикла нагружения [5–7].

Частота нагружения определяется величиной частоты пробегов ремня в единицу времени. В общем случае эффективная частота пробегов

,                        (8)

где V_p– линейная скорость ремня

;

n_н – номинальное число оборотов ведомого шкива (маховика);

D₂ – расчетный диаметр ведомого шкива (маховика);

z_ш– число шкивов;

L_р – расчетная длина ремня;

ξ_i – коэффициент, учитывающий снижение напряжения изгиба на малом шкиве, т. е. форму цикла нагружения. При передаточном отношении передачи больше 3÷4 коэффициент ξ_i равен примерно числу шкивов (2).

Максимальное напряжение в ведущей ветви передачи на дуге покоя малого шкива определяется как сумма отдельных напряжений

,                    (9)

где σ_о –напряжение начального натяжения;

σ_t – напряжение от нагрузки

;

N_p – передаваемая мощность;

z_p – число ремней в передаче;

S_p – номинальная площадь сечения ремня;

σ_о – напряжение от центробежных сил

, МПа;

ρ – эквивалентная плотность ремней ρ = 1230…1300 кг/м³;

σ_о – напряжение изгиба на малом шкиве

;                        (10)

h_p – номинальная высота сечения ремня;

D₁ – расчетный диаметр малого шкива.

Число циклов нагружения до разрушения по принятой теории разрушения ремней [7, с. 114]

,                    (11)

где С, р – показатели кривой выносливости.

В работе [6, с. 19] для клиновых ремней при предполагаемом числе циклов Z_эф < 10⁷ рекомендуется принимать С = 90…100, а показатель р = 7…11. При Z_эф = 10⁷…10⁹ рекомендуется принимать С = 30, р = 11, наконец, при Z_эф > 10⁹ рекомендуется принимать С = 38,2, а показатель р = 11. Такой разброс значений совершенно не имеет логического объяснения, поэтому наиболее близкими к действительным являются значения параметров, рекомендованные в работе [7, с. 114], а именно С = 30, р = 11 при любом числе циклов нагружения.

Для клиноременных передач механических прессов необходимо учитывать неравномерность нагружения передачи на протяжении относительно длительного периода времени, большем на порядок чем время технологического цикла. Если принять, что в течение длительного времени (например одной смены) пресс работает только часть времени с номинальной нагрузкой, а оставшуюся часть времени с нагрузкой меньше номинальной (предварительные переходы штамповки, холостой ход и др.) фактическое число циклов работы ремня до разрушения необходимо увеличить на величину k_ф. Коэффициент эквивалентной нагрузки k_ф для листоштамповочных прессов следует принимать 1,13…1,17, для кривошипных горячештамповочных прессов k_ф принимается равным 1,08…1,12.

При известном числе циклов нагружения средний ресурс работы ремня будет

.                    (12)

Пример расчета. Клиноременная передача горизонтально-ковочной машины В-111 состоит из 8 ремней сечения С. Передаваемая мощность N_p = 14 кВт, передаточное отношение 9,34. Расчетный диаметр ведущего шкива D₁ = 166 мм, диаметр ведомого шкива D₂
= 1550 мм. Расчетная длина ремней L_p = 5600 мм. Число оборотов ведомого шкива (маховика) n_н = 72 об/мин. Напряжение начального натяжения σ₀ = 1 МПа.

Максимальное напряжение в ведущей ветви передачи по (9) σ_max = 7,017 МПа. Напряжение изгиба на малом шкиве по (10) σ_и = 4,07 МПа. Число пробегов ремня по (8) n_э =1,087. Предельное число циклов нагружения по (11) Z_эф = 8,728*10⁶. Расчетный ресурс работы одного ремня до отказа по (12) T_p = 2119 ч.

Принимаем параметры закона надежности λ = 3,6*10^-4, α = 1,015.

Средний ресурс работы ремня при экспоненциальном законе надежности по (7) T_p = 2778 ч, а при законе надежности Вейбулла по (6) T_p = 2190 ч. Ресурс работы ремня по (5) составляет 6000 ч, что явно не соответствует действительным значениям. Среднее время работы передачи до первого отказа при экспоненциальном законе надежности по (1), или по закону Вейбулла по (2) при r = 7 составляет T_nr = 347 ч. Средний ресурс работы передачи до отказа 2-х ремней (r = 6) по точной формуле (2) T_nr = 744 ч, а по приближенной формуле (3) T_nr = 745,2 ч. Укажем, что среднее время работы передачи до отказа всех ремней при экспоненциальном законе надежности по (4) T_n = 7550 ч.

Приведенные данные показывают, во-первых, достаточно приемлемую точность для оценки долговечности клиноременной передачи. Во-вторых, видно, что закон надежности Вейбулла лучше описывает интенсивность отказов ремня по сравнению с экспоненциальным законом. Наконец, видно, что ресурс работы передачи до первого отказа чрезвычайно низкий. Если увеличить число ремней n до 9 и считать, что отказ передачи произойдет при отказе 7-го ремня (r = 7), ресурс работы увеличивается до 1050 ч.

Выводы.

1. Долговечность клиноременной передачи пресса определяется в первую очередь усталостной прочностью клиновых ремней.

2. Предельное значение числа циклов нагружения ремней до разрушения определяется формой графика нагружения, частотой циклов нагружения и величиной максимальных напряжений в ремнях.

3. Максимальное напряжение в ведущей ветви ремня зависит от геометрических параметров ремней, шкивов, условий эксплуатации.

4. Основное влияние на надежность ремней оказывают начальное натяжение передачи и напряжения изгиба.

Основными причинами ухудшения качества топлив являются процессы, связанные с воздействием окружающей среды, что оказывает значительное влияние как на токсичность и экономичность двигателей, так и их надёжность и долговечность. Причём токсичность отработавших газов является определяющим фактором как технического состояния ДВС, так и состояния окружающей среды [5].

ДВС играют существенную роль в загрязнении окружающей среды. Воздействие технических средств, оснащенных ДВС на окружающую среду весьма разнообразно: материальные загрязнения (газообразные, жидкие и твёрдые), энергетические (шум, вибрация, тепловое и электромагнитные излучения). Наиболее остро стоит проблема загрязнения воздушного бассейна Земли вредными выбросами, которые могут находиться в газообразной, жидкой и твёрдой фазах. Так, например, доля автомобильного транспорта в выбросе вредных веществ составляет в США – 60,5%, в Англии – 33,5%, во Франции – 32%, а в России более 80%. Эти выбросы сокращают урожайность до 25% и снижают качество сельскохозяйственных культур (картофеля, подсолнуха, зерновых), приводят к серьёзным заболеваниям сельскохозяйственных животных и человека [4]. Поэтому снижение токсичности их отработавших газов (ОГ) является важнейшей задачей, которая может быть выполнена как за счёт усовершенствования рабочего процесса ДВС, так и за счёт улучшения качества топлива.

Наиболее значимым показателем качества топлива является содержание механических примесей и воды, которые называются загрязнениями. Загрязнения, содержащиеся в топливах, оказывают существенное влияние на рабочий процесс основных систем двигателей и их узлов, использующих топливо как рабочую жидкость.

Загрязнения способствуют износу основных агрегатов двигателя, например, прецизионные пары топливной аппаратуры ДВС. В результате износа выше перечисленных узлов у ДВС изменяются его регулировочные параметры, что приводит к нарушению процесса горения и как следствие повышается токсичность ОГ и снижается экономичность ДВС.

Таким образом, снизить токсичность ОГ и повысить экономичность ДВС можно за счёт повышения качества топлива, а именно, за счёт снижения содержания в нём загрязнений. Обеспечить чистоту топлива, как и других нефтепродуктов можно следующими путями [2, 6, 7]:

- предупреждение загрязнения при производстве, транспортировке, хранении и раздаче;

- очистка топлива (нефтепродуктов).

Наиболее перспективным направлением обеспечения чистоты топлива является его очистка. Чистота топлива не гарантирует снижение токсичности ОГ, так как на неё влияют и свойства углеводородов входящих в его состав.

Известно, что изменить свойства топлива можно, воздействуя на него электромагнитным полем. Для улучшения качества топлива на мобильных энергетических средствах можно объединить его очистку совместно с электромагнитной обработкой.

Одновременная очистка и обработка топлива электромагнитным полем заметно повышает как экономическую, так и экологическую эффективность автотракторного двигателя [1]. Для её определения необходим показатель, который должен учитывать, как расход эксплуатационных материалов, так и количество ОГ и их токсичность. Таким показателем может быть приведенный удельный выброс вредных веществ, определяемый на единицу выполненной работы [3]. В условиях сельскохозяйственного производства он может быть выражен через м³/га, м³/кг_{изр. топл.}, м³/т×км(км) или усл. г/га, усл. г/кг_{изр. топл}., усл. г/т×км(км). Смысл этого показателя сводится к тому, что выбросы отдельных компонентов ОГ приводятся к одному (условному) веществу (чаще всего СО) с учётом относительной агрессивности его компонентов. Приведённый удельный выброс двигателя можно определить по следующей зависимости:

, усл. г/кг_{изр. топл.},    (1)

где: – приведённый удельный выброс i^го компонента, усл. г/кг_{изр. топл.};

– показатель относительной агрессивности i^го компонента, усл. г/г;

А_СО=1 усл. г/г, А_СН=3,16 усл. г/г, А_SO2 =22 усл. г/г, A_NOX =41,1 усл. г/г, A_Pb=22400 усл. г/г, A_C^б=300 усл. г/г (неэтилированный бензин) и A_C^д=200 усл. г/г (дизтопливо);

– удельный выброс i^го компонента ОГ, г/ кг_{изр.топл.}.

Использование приведенных выбросов позволяет не только оценить токсичность двигателя, но и определить влияние отдельных компонентов ОГ на неё. Так доля i^го компонента в общей токсичности ОГ определится:

.    (2)

На основании результатов расчёта по данной методике можно сделать следующие выводы:

1. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют соединения свинца, образующегося при использовании этилированного бензина. Приведённый выброс двигателя при использовании неэтилированного бензина почти в 5 раз меньше, чем при использовании этилированного бензина с максимальным содержанием тетраэтилсвинца, равного 0,5 г/кг топлива. Далее по значимости следуют окислы азота (NO_X) и твёрдые частицы (ТЧ), при чём для дизеля в суммарной токсичности ОГ они составляют до 95%. Высокая токсичность ТЧ объясняется тем, что они адсорбируют тяжёлые канцерогенные и мутагенные углеводороды.

2. Сравнение приведённых выбросов дизеля и бензинового двигателя показывает, что при использовании неэтилированного бензина удельный ущерб (на 1кг топлива) почти в два раза ниже, чем дизельного топлива.

Ущерб от токсичных выбросов в атмосферу можно рассчитать по формуле, руб./км (руб./кг):

    (3)

где – нормативная константа, переводящая условную оценку выбросов в денежную, ;

– показатели опасности загрязнения атмосферы над различными территории (для жилых районов городов с преимущественно высотной застройкой, включая улицы, магистрали, парки, =4);

– поправка, учитывающая характер рассеивания примесей в атмосфере (для транспорта, =10);

– приведённая к оксиду углерода масса выбросов вредных веществ, усл. г/км (усл. г/кг), определяемая по формуле (1).

Из проведённых расчётов можно сделать следующий вывод, что токсичность ОГ снизилась в 9,2 раза для автомобилей до 3,5 т, а для автомобилей более 3,5 т с дизельными двигателями – в 2,7 раза по сравнению с действующими стандартами.

Подводя итог к выше сказанному можно сделать следующие выводы:

1. Качество применяемого топлива оказывает значительное влияние как на надёжность работы ДВС, так и на токсичность его ОГ.

2. Повысить качество топлива можно, обеспечив его чистоту и оптимальные свойства путём его электромагнитной обработки.

3. В результате расчёта экологического ущерба ДВС была применена методика ГНЦ РФ НАМИ, которая может быть вполне применима для определения экологического ущерба тракторов и самоходных машин.

Низкощелочные минеральношлаковые композиционные строительные материалы и, в частности, геошлаковые композиты должны получить в будущем значительное развитие. Это обусловлено следующими факторами:

– минимальным расходом щелочных активизаторов, не превышающим 2-3% от массы композиционного минеральношлакового вяжущего, что существенно повышает его экономическую эффективность;

– значительным потреблением дисперсных горных пород – глины, известняка, базальта, гранита, диорита, сиенита, габбро, кремнистых пород, многие из которых активизируются щелочными активизаторами шлака;

– улучшением отдельных физико-технических и функциональных свойств в сравнении с традиционными «чистыми» шлакощелочными вяжущими и бетонами с высокими дозировками щелочных активизаторов;

– возможностью снижения содержания шлака до 10-20% при получении геошлаковых композитов при оптимальном сочетании химико-минералогического состава шлака, горных пород и корректирующей добавки;

– возможностью проведения в объеме композиционных шлаковых материалов реакций каустификации соды [1], которая в будущем, по нашему мнению, должна получить статус вяжущего (при утилизации углекислотных выбросов) для отверждения геополимеров.

Изучены минерально-шлаковые вяжущие, такие как глиношлаковые, карбонатношлаковые, доломитошлаковые, гравелитошлаковые, глауконитошлаковые, в которых доля наполнителей варьировалась от 40 до 80% при содержании активизаторов щелочи или соды, не превышающем 2-3% от массы композиционного шлакового вяжущего [2, 3, 4].

Разработанные нами низкощелочные композиционные минеральношлаковые и геошлаковые вяжущие существенно расширили сырьевую базу для их производства и позволили сократить расходы шлака в 1,5-2,0 раза и щелочных активизаторов NaOH, KOH, Na₂CO₃, K₂CO₃ в 2-4 раза по сравнению с шлакощелочными вяжущими.

При этом прочностные показатели этих вяжущих, прессованных и виброуплотненных материалов на их основе практически не ухудшились по сравнению со шлакощелочными с высокими расходами активизаторов. Например, глиношлаковые вяжущие являются высокотрещиностойкими, обладают «безопасной» усадкой, выдерживают без образования трещин 25-30 циклов попеременного увлажнения-высушивания при температуре 105ºС с повышением прочности и модуля упругости [5] . Шлакощелочные вяжущие и цементы разрушаются через 2-5 циклов попеременного высушивания-увлажнения.

Рассматривался фактор наполнения не только с позиции экономии шлака как вяжущего с высокой реакционной активностью в смеси со многими породами, но и как вариант существенного повышения доли щелочных активизаторов, приходящихся на шлаковое вяжущее в минеральношлаковой системе при общем низком их количестве в последней. Так, при 70%-ном содержании наполнителя и 30%-ном содержании шлака и дозировке активизатора от массы смеси 3% на долю шлака придется 10%. Если наполнитель не реакционно активен по отношению к активизатору и не реагирует с ним с образованием новой фазы, то весь он будет связываться со шлаком с образованием продуктов гидратации шлака, которые цементируют частицы наполнителя вследствие экспериментально подтвержденного ионно-диффузионного механизма твердения. При соотношении «шлак/наполнитель» 1/4 и 2%-ном содержании активизатора на долю шлака приходится 10% активизатора. В этом случае частицы шлака расположены локально в дисперсной матрице из частиц минеральной породы. Шлак в этом случае справедливо назвать реакционно-активным наполнителем в нетвердеющей основной минеральной матрице.

Диапазон горных пород для создания минерально-шлаковых вяжущих и материалов на их основе чрезвычайно широк и разнообразен по химико-минералогической природе. В этот диапазон входят породы осадочного происхождения: карбонаты, глины, суглинки, силициты, гравелиты и др.; вулканического происхождения: граниты, сиениты, диориты, базальты, габбро и др.

Учитывая широкое разнообразие щелочных шлаковых вяжущих, как чистых, так и композиционных, Калашниковым В.И. предложена классификация [6], в основу которой положены критерии количества шлака, минеральной добавки и щелочного активизатора в составе композиционных вяжущих.

Предлагаемая классификация является наиболее компактной и емкой, учитывающая все известные на данный момент виды шлаковых вяжущих, активируемых щелочами и щелочными солями. При этом «родное» название шлакощелочного вяжущего по В.Д. Глуховскому сохраняется.

Для оценки кинетики формирования прочности глиношлакового вяжущего были проведены следующие эксперименты. В качестве основных сырьевых материалов использовались молотый гранулированный доменный шлак Новолипецкого металлургического завода с удельной поверхностью S_уд = 370 м²/кг в комплексе с Южно-Башмаковской глиной с S_уд = 550 м²/кг при различном соотношении “шлак:глина” – «60:40», «70:30» и «80:20» по массе.

Водо-твердое отношение составляло 0,14. В качестве активизатора твердения использовали щелочь NaOH в количестве 3% от массы вяжущего. Для предварительного анализа были отформованы образцы методом прессования при Р = 25 МПа. Образцы подвергались тепло-влажностной обработке по режиму: 3 часа – подъем температуры, 5 часов – изотермическая выдержка при температуре 80ºС, и естественное остывание. Часть образцов хранилась в нормально-влажностных условиях при относительной влажности воздуха более 90% в течение 28 суток, затем подвергалась испытанию на прочность при сжатии. Далее образцы подвергались водонасыщению в течение 10 суток. Периодически производился контроль водопоглощения по массе. Результаты исследований представлены в таблице.

Таблица.  Физико-технические свойства глиношлакового вяжущего на основе Южно-Башмаковской глины

Как видно из таблицы, при соотношении компонентов глиношлакового вяжущего «шлак:глина» – «60:40», была получена самая высокая прочность на осевое сжатие (состав 2 таблица): после тепловлажностной обработки она составила 33,4 МПа, через 28 суток нормально-влажностного твердения – 30,3 МПа. При соотношении «шлак:глина» «80:20» и «70:30» прочность на осевое сжатие после тепловлажностной обработки составила 17,2 и 13,3 МПа, соответственно. Последующее высушивание образцов после ТВО способствует повышению прочности на сжатие для состава 2 в 1,12 раза – 37,4 МПа. Водопоглощение по массе образцов глиношлакового вяжущего при оптимально-подобранном соотношении «шлак:глина» – «60:40» через 10 суток составила 7,32 %.

Кроме того, следует отметить, что глиношлаковые материалы имеют достаточно высокие прочностные показатели, при этом предел прочности на сжатие, средняя плотность образцов, а также формовочная влажность возрастают с уменьшением формовочной влажности смеси до оптимального значения.

Введение извести в качестве активизатора твердения при снижении количества щелочи приводит к замедлению набора прочности в нормальных условиях, но в условиях тепловлажностной обработки кинетика роста прочности аналогична образцам, активируемым при повышенном содержании щелочи (состав 4 таблица).

Добавка к глиношлаковому вяжущему наполнителя – тонкомолотого известняка – вызывает увеличение прочности в нормативные сроки на 20% и прочности после ТВО – на 11%.

Коэффициент размягчения, находящийся в пределах от 0,5 до 0,76, ниже, чем у бетонов на портландцементном вяжущем. Однако процесс твердения образцов в воде практически идентичен твердению в нормально-влажностных условиях; при этом не наблюдается размучивание образцов в воде после суточной воздушно-влажной выдержки, не происходит снижение прочности, а в составах с Са(ОН)₂ она даже выше на 15% по сравнению с прочностью образцов нормального твердения.

Все это позволяет отнести глиношлаковое вяжущее при оптимально-подобранном соотношении «шлак:глина» – «1,5:1» к классу гидравлических вяжущих веществ с учетом медленного, но стабильного длительного гидратационного твердения во времени.

В процессе попеременного увлажнения-высушивания поведение глиношлаковых образцов в течение 20-25 циклов отличается от классического – плавного падения динамического модуля упругости, вызываемого расшатыванием структуры, характерного для цементных бетонов. Образующиеся от усадки трещины не только залечиваются с полным восстановлением исходной стабильной структуры по значениям модуля упругости, но эта структура постоянно упрочняется за счет гидратации клинкерного фонда в процессе «отдыха» при водонасыщении образцов или других, пока не изученных, процессов в полиструктуре.

В процессе испытаний наблюдалась постоянная гидратация глиношлакового вяжущего. Микроскопическая оценка с помощью отсчётного микроскопа МПБ-2 с ценой деления 50 мкм, не позволило обнаружить наличие волосяных трещин на поверхности глиношлаковых образцов, что характеризует их как высокотрещиностойкие композиционные материалы.

Таким образом, установлена хорошая совместимость минералов глины с компонентами шлака в щелочной среде с формированием нормативной прочности до 33 МПа. Получены водостойкие, морозостойкие, малоусадочные и трещиностойкие глиношлаковые материалы, которые можно использовать для производства эффективной декоративной фасадной плитки, стеновых материалов и черепицы.