Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, основываясь на изложенных выше представлениях можно считать, что на работу бетона при загружении доминирующее влияние оказывают элементы, относящиеся к макроскопическому уровню структуры материала. Макроструктура бетона с более значительными размерами неоднородных включений и «врожденных» дефектов (включая контактные трещины на границе зерен заполнителя с раствором или наиболее крупные поры в матрицах на основе цементного камня) определяет в конечном счете кинетику формирования и развития критических трещин и процессов, несущих ответственность за разрушение материала при силовых воздействиях.
Будем также считать, что эффективным уровням дисперсного армирования должны соответствовать такие параметры структуры армированного материала, при которых могло бы в наибольшей мере проявляться торможение (блокирование) роста наиболее опасных трещин, формирующихся на уровне макроструктуры бетонных матриц.
Моделирование структуры бетона
Для стереологического представления структурной модели дисперсно-армированного бетона введем понятие — элементарный объем (элементарная ячейка) бетона. Будем считать, что элементарным является такой минимальный объем бетона, который обладает всеми его основными свойствами (в том числе, плотностью) и включает все уровни структуры материала. При этом в объеме каждой элементарной ячейки выделим неоднородности («дефекты»), соответствующие верхнему макроскопическому уровню структуры бетона, а «дефекты» более низких уровней, относящихся к мезо-, микро-, и субмикроструктуре, будем считать «размазанными» по объему, т. е. материал ячеек между «дефектами» макроструктуры представляем квазиоднородным.
Как уже отмечалось выше, размеры неоднородностей различных видов бетонных матриц изменяются в широком диапазоне, обусловливая соответствующее изменение размеров макроструктурных объемов этих матриц. Если, например, уровень макроструктуры цементного камня определяется порами, соответствующими правому максимуму на кривой распределения пор по размерам, то тот же уровень для цемен-тно-песчаных растворов обусловливается размерами наиболее крупных зерен песка (их усредненными значениями), а в обычных бетонах — величиной зерен крупного заполнителя. Естественно полагать, что размеры элементарных объемов (элементарных ячеек) структуры бетонных матриц также могут изменяться в широком диапазоне в соответствии с изменением размеров неоднородностей этих матриц. Каждому составу бетона должно соответствовать свое статистически усредненное значение объема элементарной ячейки.
Модельные исследования структуры бетонов проводились и ранее многими авторами [42, 44, 46]. Развиваются различные представления, изложенные, например, в [46], которые моделируют структуру бетона в виде капиллярно-пористой среды, пронизанной параллельными цилиндрическими каналами (Баррер, Дейс), или системы последовательно расположенных капилляров разной длины и разного диаметра (Адзуми), а также в виде пространства, заполненного одинаковыми шарами с кубической или гексагональной упаковками (Слихтер), либо включающей соприкасающиеся между собой октаэдры со срезанными вершинами (О.Е. Власов).
Модельное отображение [42-44] представляет бетон в виде квазиоднородной исходной среды, пронизанной системой дефектов (трещинами, порами, капиллярами). Трещины разделяют бетон на изолированные объемы, условно названные зернами, причем перешейки между зернами, наделенные сферической формой, образуют «связи», формирующие в пространстве ортогональную систему, которая воспринимает растягивающие напряжения в бетоне. Данная модель позволила установить закономерности хрупкого и псевдохрупкого разрушения бетона с учетом влияния на эти процессы масштабного фактора. Масштабный фактор имеет существенное значение и в вопросах моделирования структуры дисперсно-армированных бетонов. В данном случае возникает необходимость в решении новых задач, относящихся к выявлению типа связей, создаваемых в объеме бетона армирующими компонентами, к оценке качества этих связей в неоднородном материале, к определению геометрических и физических соотношений между структурой дисперсного армирования и структурой материала самой бетонной матрицы.
Представляет интерес модель пространственной структуры армирования бетона стальными фибрами [39]. Несмотря на плодотворность идеи, положенной в основу этой модели, она никак не связана с параметрами структуры самого бетона, и поэтому с этой точки зрения не отвечает на вопрос об эффективных уровнях его армирования. По-видимому, следует идти не от геометрического «образа» абстрактной пространственной модели к структуре армирования, а от анализа структуры бетонной матрицы к геометрическому «образу» модели армированного материала.
В предлагаемой модели структуры армированного материала исходным объектом исследования являются совокупность элементарных объемов (ячеек) бетонной матрицы и система дисперсного распределения в этих объемах армирующих компонентов [21]. Полагаем, что наиболее опасные дефекты в виде трещин в объеме бетона при его твердении формируются в результате возникновения внутренних напряжений, главным образом в зоне контакта цементный камень — заполнитель или в области, граничащей с наиболее крупными порами в матрицах на основе цементного камня. Можно считать, что предельные размеры контактных трещин при их возникновении соизмеримы с размерами макроскопических неоднородных включений соответствующих матриц. На границе с неоднородностями при силовых воздействиях формируется, как правило, наиболее интенсивное попе напряжений, способное привести в конечном счете к неустойчивому распространению трещин в объеме бетона от одного неоднородного включения к другому. Задача состоит в блокировании роста прежде всего контактных трещин распространяющихся в матрицу.
