Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Бетон как материал с широкими возможностями в производстве и применении является одним из основных строительных материалов нашего времени. Экономическая эффективность его использования в том или ином виде конструкций находится в прямой зависимости от качества материала. Проблема качества бетонов приобретает особую актуальность в современных экономических условиях, характеризуюшихся увеличением стоимости энергетических и материальных ресурсов.
Повышения качества бетона и эффективности конструкций на его основе можно достичь как оптимизацией его структуры, так и уточнением уже имеющихся или введением новых характеристик материала, позволяющих совершенствовать методы проектирования и расчета как конструкций, так и технологии, и, тем самым, более полно использовать конструкционные возможности бетона.
Поэтому изучение и разработка процессов структурообразования бетонов и новых методов исследования его структуры и физико-механических свойств имеет важное значение и будет способствовать развитию бетоноведения.
Решение этих задач невозможно без латънейшего развития физических представлений о природе и кинетике процесса разрушения бетона иод нагрузкой, а также всестороннего изучения связи состава, структуры и свойств бетона в рамках его структурной механики.
Одним из путей дальнейшего выяснения природы разрушения бетона может служить новый подход к проблеме прочности, в основе которого лежит детальное изучение самого процесса разрушения, так как истинная природа этого хорошо известного явления выяснена далеко не полностью.
В исследованиях последних лет по определению сопротивления материалов разрушешпо достигнут значительный прогресс благодаря разработке методов механики разрушения - нового научного направления, лежащего на стыке механики деформируемого твердого тела, материатоведсния и физики разрушения. Концепция механики разрушения заключается в том. что разрушение твердого тела происходит в результате развития в нем реальных дефектов.
Поскольку между структурой и параметрами механики разрушения существует тесная физическая связь, можно найти новые, более дифференцированные и очень эффективные, характеристики поведения материалов под нагрузкой, поэтому методы механики разрушения
все шире начинают применять для оценки качества конструкционных материалов и оггтимизащга их механических свойств.
Таким образом, работа посвящена актуальной теме современного строительного материаловедения - проблеме прочности и разрушения конструкциоїшьгх бетонов и, в частности, вопросам формирования важнейших параметров механической прочности - силовым и энергетическим характеристикам трепшностойкости (вязкости разрушения), изучению самого процесса разрушения в реальном масштабе времени и оптимизации структуры и механических свойств с целью повышения сопротивления бетона стабильному и нестабильному развитию трегшш под нагрузкой.
Углубление физических представлений по данным вопросам позволит обеспечить не только повышение качества конструкционного бетона и, тем самым, повышение надежности, долговечности и экономической эффективности конструкций и сооружений на его основе, но и усовершенствовать расчеты конструкщгії по предельным состоя-
ІПІЯМ.
Работа выполнена на кафедре "Строительные материалы" Пензенской государственной архитектурно-строительной академии в рамках научно-исследовательской темы "Оценка и прогнозирование физико-механических свойств бетона методами механики разрушения, внутреннего трения и акустической эмиссии"' (№ Г.Р. 01960011293).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Главной целью работы являлось детальное изучение с позищш механики разрушения самого процесса разрушения, получение новых и систематизированных экспериментальных данных о параметрах разрушения, на основе которых можно было бы расширить представления о природе разрушения бетона и разработать научно -практические основы получения бетонов с повышенным сопротивлением вязкости разрушения.
Для достижения поставленной пели необходимо было решить следующие задачи:
исследовать механизм и энергетику зарождения и развития трещин как на отдельно взятых компонентах бетона, іак и на бетоне как композитном материале:
провести комплексные исследования реальной прочности, параметров и процесса разрушения цементного камня и бетонов и установить количественные соотношения между характеристиками состава, структуры и свойствами;
- разработать материаловелческие рекомендации для получения
бетонов повышенной вязкости разрушения.
результаты исследования физико-химических аспектов струк-турообразования цементного камня;
результаты исследования роли химических добавок в формировании "надмолекулярной"' структуры и прочности цементного камня во времени;
результаты исследования связи структуры, процесса и параметров разрушения цементного камня;
результаты исследования влияния тонкодисперсного наполнителя на процесс и параметры разрушения цементного камня;
результаты исследования процесса и параметров разрушения горных пород, используемых в качестве крупных заполнителей;
результаты исследований закономерностей процесса и параметров разрушения при равновесных и неравновесных механических испытаниях бетонов разной структуры:
материаловедческие основы повышения вязкости разрушения бетонов.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в следующем;
объяснении влияния В/Н отношения, добавки разжижителя С-3 и процедуры ее введения на фазовый состав и гетерогенность субмолекулярной структуры цементного камня:
объяснении механизма и энергетики зарождения и развития трешин как в отдельно взятых компонентах бетона, так и в цементном композите;
использовании нового научного направления в исследовании прочностных свойств с изучением самого процесса разрушения в реальном масштабе времени;
получении новых критериев надежности - энергетических и силовых характеристик вязкости разрушения цементных систем;
объяснении связи состава, структуры и параметров разрушения;
обосновании возможности применения результатов исследований для получения цементных композитов с повышенным сопротивлением вязкого разрушения:
объяснении влияния дисперсной фазы на характеристики тре-щиностойкости цементных композитов.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Экспериментально установлена возможность регулирования характеристик трещиностойкости - параметров надежности, характеризующих способность материала тормозить развитие трещины, что достигается формированием определенного структурного состояния бетона.
Результаты исследований могут быть использованы для:
сравнения различных вариантов состава, технологических процессов изготовления и контроля качества бетонов;
получения новых расчетных критериев - критериев надежности, наряду с традиционными критериями прочности и жесткости;
дальнейшей разработки теории разрушения бетонов и прогнозирования их механического поведения под нагрузкой;
анализа причин разрушения конструкций.
Разработаны рекомендации по повышению сопротивления бетона вязкому разрушению, т.е. по повышению надежности.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследования отражены в научно-техническом отчете ПГАСА за 1996 г. Разработанные составы бетонов повышенной вязкости разрушения получили опытное и промышленное внедрение в АООТ завода "Стройдеталь" №1 г. Пензы при производстве фундаментных блоков, объемных элементов для дачных домиков и пустотных плит перекрытия.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы и полученные результаты доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении" (Белгород, 1989); 1-ой, Н-ой и Ш-ей международных научно-технических конференциях "Вопросы планировки и застройки городов" (Пенза, 1994, 1995, 1996); международном семинаре "Структурообразование, прочность и разрушение композиционных материалов и конструкций" (Одесса, 1994); международной конференции "Ресурсе- и энергосберегающие технологии строительных матери&тов, изделий и конструкций" (Белгород, 1995); на XXVIII научно-технической конференции Пензенского ГАСИ (Пенза, 1995); международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительного материаловедения" (Самара, 1995); международной научной конференции "Долговечность строительных материалов и конструкций" (Саранск, 1995); международной научно-технической конференции "Современные проблемы строительного материаловедения" (Казань, 1996); ХХГХ научно-технической
конференции Пензенской ГАСА (Пенза, 1997); на третьих академических чтениях "Актуальные проблемы строительного материаловедения" (Саранск. 1997).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введеїшя, пяти глав, обших выводов, списка литературы из 170 наименовашгй, приложения; ихтожена на 185 страницах машинописного текста, включает 47 рисунков и 24 таблицы.
