Введение к работе
з Актуальность темы
Несмотря на длительный срок применения бетона как конструкционного материала и значительные объемы его использования, с которыми не может сравниться ни один другой конструкционный материал, он остается, тем не менее, мало изученным. Его поведение при деформировании и разрушении в различных условиях работы до сих пор практически не описано и отсутствуют четкие критерии, позволяющие констатировать переход материала в зону необратимого разрушения.
Используемые при расчетах бетонных и железобетонных несущих конструкций методики базируются на эмпирических и полуэмпирических зависимостях, в которых отсутствует глубокое проникновение в физическую суть процессов разрушения, а в ряде случаев нет полного представления о комплексе воздействий, вызывающих снижение несущей способности и долговечности этого материала.
Такое положение с одной стороны, объясняет сложность структуры бетона, образованного как смесь многокомпонентных поликристаллов, взаимодействующих друг с другом, как по физическим, так и по химическим законам. Сама структура бетона изобилует сложной системой пор и микротрещин, постоянно адсорбирующих влагу на своих поверхностях и меняя, при этом, достаточно в широких пределах значения физико-механических характеристик, существенно влияющих на процессы разрушения бетона.
С другой стороны, положение может быть объяснено и не высоким уровнем развития механики разрушения, науки, занимающейся изучением реальной работы материалов, в том числе и композиционных, имеющих и накапливающих в процессе работы в своей структуре дефекты.
Задачи механики разрушения связаны с выявлением условий разрушения твердых тел, работающих в определенных условиях нагружения, анализом напряженно-деформированного состояния последних, и описанием последовательности разрушения исследуемого материала.
Практические исследования в области эксплуатации зданий и сооружений, возведенных из бетона, и исследования в области оценки влияния влаги на его характеристики, показали, что по мере увеличения его влажности меняются значения прочностных и деформационных характеристик этого материала. Причем деформативность бетона возрастает, а его прочность падает.
В данной работе рассмотрена частная модель разрушения бетона одноосным статическим сжатием при различной влажности и предложена в качестве критерия качества бетона новая характеристика - длина приведенной трещины.
Цель работы: Исследование процессов разрушения бетона одноосным статическим сжатием, при различной его влажности, используя для этого энергетическую и кинетическую концепцию механики разрушения бетона, разработка методики определения прочности по совокупности начальных физико-механических характеристик, а также обоснование возможности
4 применения длины приведенной трещины в качестве критерия качества бетона и его состояния, и разработка методики оценки трещиностойкости. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие
задачи:
- обоснована возможность применения энергетической теории и
кинетической концепции механики разрушения для описания процессов
разрушения бетона одноосным статическим сжатием;
выполнено математическое описание процессов разрушения бетона одноосным статическим сжатием и определены начальные физико-механические характеристики бетона, отвечающие за способность материала противостоять разрушению, и кинетические характеристики, определяющие скорость разрушения материала;
обоснована возможность применения длины приведенной трещины -совокупности начальных физико-механических характеристик материала, в качестве критерия состояния структуры бетона и его трещиностойкости;
определены значения условных напряжений в устье приведенной трещины, по достижении которых начинается процесс ее развития, подсчитаны энергия трещинообразования и площадь поверхности разрушения для сжимаемых образцов;
осуществлена апробация метода определения прочности бетона на
сжатие.
Научая новизна работы заключается в следующем:
- обоснована возможность применения энергетической теории и
кинетической концепции механики разрушения бетона и дано
математическое описание процесса разрушения бетона одноосным
статическим сжатием;
- определены начальные физико-механические характеристики бетона
и кинетические параметры, от которых зависит сопротивление бетона
сжатию и скорость его разрушения;
предложена в качестве комплексной характеристики бетона, отражающей состояние его структуры, длина приведенной трещины, весьма чувствительная к составам бетона и степени его водонасыщения;
подсчитаны впервые энергия трещинообразования и площадь поверхности разрушения, получаемые при разрушении бетонного образца сжимающей нагрузкой;
Достоверность полученных результатов подтверждается применением в качестве базы фундаментальных научных исследований в области механики разрушения, прошедших проверку временем в науке и практике, и применением в экспериментальных исследований стандартных и проверенных методик определения характеристик бетона.
Основные положения, выносимые на защиту:
- математическое описание процесса разрушения бетона одноосным
статическим сжатием;
- методики определения прочности бетона по совокупности начальных
физико-механических характеристик в условиях лаборатории и строительной
площадки;
- обоснование возможности применения длины приведенной трещины,
как совокупности начальных физико-механических характеристик бетона, в
качестве критерия состояния структуры бетона;
- методика оценки трещиностойкости бетона по значениям
приведенной трещины в воздушно-сухих и водонасыщенных образцах;
- результаты экспериментального определения значений условных
напряжений в устье приведенной трещины, при которых начинается процесс
ее развития;
результаты экспериментального определения энергии трещинообразования и площади поверхности разрушения бетонного образца сжимающей нагрузкой.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
разработана методика определения прочности бетона на сжатие по начальным физико-механическим характеристикам и совокупности кинетических характеристик в условиях лаборатории, для оптимального подбора составов бетона и контроля его качества;
разработана методика определения прочности бетона на сжатие по начальным физико-механическим характеристикам и совокупности кинетических характеристик в условиях строительной площадки, для определения прочности монолитного бетона;
- разработана методика оценки трещинообразования бетона по
значениям длины приведенной трещины, определенным в воздушно-сухом и
водонасыщенном состоянии.
Реализация работы.
Апробация способа определения прочности бетона на сжатие выполнялась на существующих объектах г. Самары, в рамках выполнения хоздоговорных работ по обследованию зданий, проводимых ООО НПЦ «Строительство» РИА и 000 «ПроектСтройГрупп».
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и представлялись на научно-технических конференциях СГАСУ: 65-66 Всероссийские научно-технические конференции по итогам НИР «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика» (г. Самара 2008-2009г.г.); 67-68 Всероссийские научно-технические конференции по итогам НИР «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре» (г. Самара 2010-2011г.г.); на научно-технических конференциях: X научно-техническая конференция «Надежность строительных объектов» (г.Самара 2007г.); VII Международная конференция «Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте» (г.С-Петербург 2008г).; XV Международная научно-техническая конференция «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (г. Казань 20 Юг).
По результатам исследований опубликовано 18 статей и тезисов доклада, в том числе 1 публикация в рецензируемом издании, определённом ВАК РФ, а также получен патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников и 2 приложений. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 19 иллюстраций и 9 таблиц. Список использованных литературных источников включает 180 наименований.
