Введение к работе
Актуальность проблемы. Сопротивление строительных конструкционных материалов (композитов) разрушению определяется, с одной стороны, силой их структурных связей, а с другой, - условиями вовлечения этих связей в работу при эксплуатационных воздействиях на композит. Эффективность работы системы структурных связей зависит от параметров формирующегося в нагруженном композите поля внутренних деформаций и напряжений, а конкретно - от однородности (неоднородности) этого поля, то есть является подчиненной неоднородности строения композита функцией. Совершенствование строительных композитов непосредственно соотносится с проблемой управления неоднородностью их строения и учета этого в задачах конструирования оптимальных структур.
К настоящему времени в строительном материаловедении накоплен большой массив научных данных об однородности (неоднородности) строительных композитов как важнейшей характеристике их строения, определяющей во многом конструкционные свойства этих материалов. Однако, несмотря на большое внимание, уделяемое неоднородности в теоретических и прикладных областях строительного материаловедения и технологии производства изделий, до сих пор не сложилось единого определения и толкования термина «неоднородность», который употребляется зачастую в разном контексте: в научных исследованиях сегодня неоднородность - это условная сравнительная характеристика одного материала по отношению к другому; в нормативно-технической документации под неоднородностью подразумевается статистическая изменчивость результатов испытаний свойств материала, которая далеко не полно отражает физическую сущность многогранной категории неоднородности, так как величина этой изменчивости (количественная оценка неоднородности) в большей степени учитывает и определяется не особенностями, признаками самого материала, а качественным уровнем организации производства, методикой испытаний, рядом других субъективных факторов. Вследствие всего этого возможности повышения сопротивления конструкционных материалов разрушению, связанные с управлением неоднородностью их строения, используются несистемно и далеко не полно.
Закономерно выросший интерес к проблеме неоднородности требует научной разработки теоретических основ неоднородности строения как фундаментальной материаловедческой категории, раскрытия ее физической сущности и количественной оценки. Основанные на этих разработках подходы к конструированию строительных композиционных материалов с учитываемой и целенаправленно регулируемой неоднородностью строения - перспективное направление повышения их эффективности, с которым и связаны цель, задачи и содержание данных исследований.
Целью работы является развитие представлений о сущности неоднородно-:ти строения строительных композитов, обоснование показателей количественной оценки неоднородности строения, анализ закономерностей влияния неодно-эодности строения на сопротивление строительных композиционных материалов эазрушению, определение на этой основе условий управления неоднородностью лроения в оптимизационных задачах конструирования структуры строительных композитов.
В соответствии с целью работы сформулированы задачи исследований:
-
На основании анализа проблемы неоднородности строения развить представления о сущности этой материаловедческой категории и предложить систему критериальных ее оценок.
-
Выполнить анализ влияния критериев неоднородности на формирование поля напряжений в композите при силовом его нагружении.
-
Обосновать систему рецептурно-технологических факторов управления формированием неоднородности строения композитов строительного назначения (на примере силикатных автоклавных бетонов плотной и ячеистой структуры).
-
Экспериментально исследовать влияние критериев неоднородности на величину показателей сопротивления силикатных автоклавных материалов разрушению, рассмотреть оптимизационные задачи конструирования их структур и повышения сопротивления разрушению на основе учета закономерных взаимосвязей критериев неоднородности с рецептурно-технологическими факторами получения материалов.
Предметом исследования является категория «неоднородность строения» в строительном материаловедешш; в качестве объекта исследования выступают закономерные взаимосвязи в системе «рецептурнс-технологические факторы» -«критерии неоднородности» - «сопротивление разрушению строительных композитов».
Теоретической и методологической основой исследований являются разработки отечественных и зарубежных ученых в области основ материаловедения, механики деформируемого твердого тела, механики разрушения композитов, статистической теории прочности, современного бетоноведения. Информационная база - научные труды, материалы научно-технических конференций, статьи в научных сборниках и периодических изданиях по исследуемой проблеме.
Работа выполнена в рамках системно-структурного подхода к рассмотрению свойств материала как функции его состава, структуры и состояния. При проведении исследований использовались методы активного планирования экспериментов, регрессионный, корреляционный, изопараметрический методы анализа и статистической обработки экспериментальных данных с применением ЭВМ.
Исследования и разработки, обобщенные в диссертации, выполнены автором в 1995 - 2000 гг. в Проблемной научно-исследовательской лаборатории силикатных материалов и конструкций, на кафедре технологии вяжущих веществ и бетонов Воронежской государственной архитектурно-строительной академии. Диссертационные исследования проводились в рамках госбюджетных НИР Минобразования РФ: по единому заказ-наряду «Исследование закономерностей структурного материаловедения и разработка экологически чистых, ресурсоэкономич-ных строительных материалов и технологий их производства, в том числе на основе техногенного сырья» (1996 - 2000); по МНТП «Архитектура и строительство» по темам «Разработка методологических и методических вопросов развития научной базы учебных дисциплин для инженеров-строителей-технологов» (1996 - 1997) и «Управление технологическими процессами получения поризованных бетонов повышенной эксгшуатационной трешиностойкости для монолитных конструкций» (1996 - 1999); по грантам в области актуальных проблем архитектуры и строительных наук «Развитие научно-прикладной проблемы конструирования
!
строительных композитов с конгломератным типом строения на основе закономерностей механики разрушения» (1997 - 1998) и «Развитие методологических основ и принципов компьютерного конструирования строительных композитов с конгломератным типом строения» (1999 - 2000); прикладные диссертационные исследования выполнялись в составе ряда хоздоговорных работ с промышленными предприятиями.
Научная новизна работы:
обобщены и развиты представления о неоднородности строения как важнейшей материаловедческой характеристике, разработана и предложена система критериев ее количественной оценки;
расмотрена роль критериев неоднородности в формировании напряженно-деформированного состояния композита под нагрузкой;
выявлены взаимосвязи в системе «рецептурно-гехнологнческие факторы» -«критерии неоднородности строения» - «конструкционные свойства силикатных автоклавных бетонов»;
представлены подходы к оптимизационному конструированию структур силикатных бетонов автоклавного твердения с учетом управления неоднородностью их строения;
обоснованы условия повышения сопротивления разрушению силикатных оетонов при оптимизации показателей неоднородности их строения.
Практическое значение работы определяется обоснованием условий управления сопротивлением строительных композитов разрушению путем целенаправленного рецептурно-технологического регулирования неоднородности их строения.
Практическая реализация работы. По результатам исследований разработаны рекомендации к технологическому регламенту производства стеновых газо-:иликатных блоков на ЗАО «Коттедж-индустрия», г. Россошь; ряд положений «пользуется в учебном процессе Воронежской государственной архитектурно-проительной академии при изучении студентами специальности 2906.00 «Про-гзводство строительных материалов, изделий и конструкций» дисциплин «Про-ілемьі материаловедения», «Бетоноведение», «Долговечность строительных материалов и изделий».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-[реподавательского состава Воронежской государственной архитектурно-троительной академии (1996 - 2000 гг.), на Пятых академических чтениях РА-І.СН по современным проблемам строительного материаловедения (Воронеж, 999 г).
Публикации; по результатам исследований опубликовано 7 статей, подго-овлены разделы в 4 научно-технических отчета по госбюджетной НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и бщих выводов, содержит 250 страниц машинописного текста, включая 30 рисков, 18 таблиц, список литературы из 320 наименований, 5 приложений.
