ТЕРМОДИНАМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ МОЖЛИВОСТІ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТВЕРДІННЯ В’ЯЖУЧИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ПРИНЦИПУ ФЕРМА

Abstract

Моделювання процесів тверднення в'яжучих матеріалів та композитів на їх основі має велике значення як для будівельної індустрії, так і для теоретичного матеріалознавства. Розуміння механізмів структуроутворення дозволяє прогнозувати фізико-механічні властивості матеріалів, оптимізувати технологічні процеси та підвищувати якість кінцевої продукції. Одним із підходів до моделювання процесів тверднення є врахування двох основних чинників: пересичення розчину та наявності кристалографічно однорідної поверхні щодо новоутворень. Ці явища відіграють роль кофакторів, що сприяють структуроутворенню, скорочують індукційний період та усувають стадію зародження кристалів. У деяких випадках описаний принцип дозволяє моделювати процес тверднення якпоширення фронту необоротного перемикання у неперервному середовищі, що аналогічно до фронта фазового переходу першого роду, коли зміна стану середовища (тверднення) локально ініціюється і поширюється під впливом вже сформованих структур. Для випадків поширення тверднення у середовищі з варіабельними умовами (перешкоди, неоднорідна структура, наповнювачі) справедливим є фізико-хімічний аналог принципу Ферма: фронт тверднення поширюється по такому шляху, щоб мінімізувати загальний час процесу, враховуючи швидкість росту у кожній точці. Це еквівалентно класичному закону Ферма для світлових променів, але тут “оптична густина” середовища відповідає локальним умовам кристалізації. Математична модель структуроутворення, що базується на принципі Ферма, в різних математичних формулюваннях, дозволяє ставити та вирішувати завдання оптимізації процесів тверднення, в їх динамічній формі. Але перед застосуванням відповідного математичного апарату слід приділити увагу обґрунтуванню відповідного методу, зокрема і термодинамічному, чому і присвячена робота.