Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
(З.А) Положения механики разрушения, как следует из данных анализа [9], могут быть распространены на цементный камень и цементно-песчаный раствор, характер разрушения которых описывается линейной диаграммой ст-є до напряжений близких к предельным.
Вместе с тем, если исходить из представлений общей механики, то становится очевидным, что более крупные дефекты (контактные трещины на поверхности заполнителя в бетоне или наиболее крупные поры в цементном камне) могут уменьшить эффективное сечение, воспринимающее нагрузку, но большого влияния на сопротивление пластическому течению они не оказывают.
Бетон с крупным заполнителем имеет ряд особенностей и при анализе развития трещин в его объеме следует учитывать, что распределение напряжений в таком неоднородном материале существенно отличается от распределения напряжений в однородном теле. Это связано прежде всего с различием прочностных и упругих свойств компонентов, формирующих структуру бетона. В зависимости от этих свойств трещины в бетоне могут развиваться в различных зонах: в матрице (между зернами заполнителя), в заполнителе, в контактной области. При плотном заполнителе наиболее вероятные зоны распространения трещин: контактная область и матрица (цементный камень). В бетоне с плотным заполнителем возможна остановка (торможение) трещины на границе раздела структурных элементов, при этом изменяется и сам характер разрушения, его развитие связано с накоплением повреждений — постепенным разрывом материала на участках между дефектами, на диаграмме ст-є появляется нисходящая ветвь, при этом работа, которую необходимо затратить на полное разрушение, возрастает.
Особое влияние на характер работы бетона оказывают имеющие седиментаци-онное происхождение контактные трещины на границе заполнителя с раствором (цементным камнем). Рассматривая эту ситуацию будем исходить из того, что контактная трещина развивается по поверхности зерна заполнителя пока не достигнет формы полуокружности, после чего переходит в матрицу. Для данной стадии работы примем условно, согласно [9], что длина гриффитсовой трещины включает радиус а =гп крупного заполнителя, т.е. значение этой длины равно 2(1 + а) = 2(1 + г ), соответственно, в случае плоского напряженного состояния получаем зависимость:
Примем во внимание представления, рассмотренные в работе [51], в соответствии с которыми напряжение ст в вершине эллиптической трещины равно (рис. 3.1):
где ст—напряжение, создаваемое внешней нагрузкой, приложенной на бесконечности; а — полудлина трещины; р— радиус закругления в вершине трещины. Покажем (рис. 3.1), что для неоднородности (зерна заполнителя) в виде шара радиусом г напряжение ст по формуле (З.В), исходя из того, что а =г и р =r , соста-
п у Vt It
вит:
о ~
IEy
(З.Б)
(З.В)
Gy = cr(l + 2jrn/r„) = 3cr.
Как видно, напряжение сту=3ст не зависит от диаметра (радиуса) шара (не зависит от величины «Ь» — рис. 3.1). Точка А в этом случае соприкасается с контуром круга (шара). а
t t t
о-* <N P У У ¦А к-. N \ ______"Г / я У ,L А I
/ \ 4V I ' V4 / / 4S ч I / / -T' 2а
і і і
а
Рис. 3.1. К определению уровней концентрации напряжений в вершине (точке А) контактной трещины
Рассмотрим эту же ситуацию при наличии на поверхности заполнителя контактной трещины. С учетом формулы (З.Б) зависимость (З.В) запишем в виде:
Допустим, что длина участка контактной трещины, проникшей в матрицу, составляет 0,1 г , при этом величина р также составляет 0,1 rn. В этом случае
Oy = сг(1 + Iyjl9Irn / O5Irw) = 7,63(7.
Если р составляет 0,01 гп (например, rn = 5 мм, и р = 0,05 мм), то ау = 21,98а.
Из этого следует, что интенсивность напряжения ау зависит не от абсолютных размеров неоднородности, а от их формы или точнее от отношения а/р. Вместе с тем, в системе (в бетоне) с различными размерами неоднородных включений при наличии контактных трещин, соприкасающихся с поверхностью более крупного заполнителя (с компонентами, относящимися к макроструктуре бетона), критическое состояние при прочих равных условиях может наступить быстрее. Это заключение корреспондируется результатами теоретических и экспериментальных исследований других авторов [6,9,15,17], которые показывают, чем больше диаметр неоднородностей, чем больше зона контакта на границе «заполнитель-матрица», соответственно, чем больше размер контактных трещин, тем меньше сопротивление бетона растяжению, что, в качественном отношении согласуется с положениями механики разрушения.
Наряду с отмеченным, выделим еще одну особенность работы тяжелого бетона: появление в таком бетоне трещин, размер которых для цементного камня является критическим, не приводит к разрушению бетона. Трещины в процессе их развития как в цементном камне, так и в бетоне, достигают критических размеров на уровне макроструктуры и соизмеримы с размером этого уровня структуры: чем более неоднородна матрица, чем больше размер элементов макроструктуры, тем больше размер кри- тических трещин. Поэтому понятно, что в нашем исследовании наибольший интерес представляет анализ напряженно-деформированного состояния около наиболее крупных дефектов (дефектов макроструктуры), которые оказывают наиболее сильное возмущающее влияние на поле напряжений и деформаций в сравнении с дефектами субмикроструктуры.
