Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции - Рабинович Ф.Н.
ISBN 5-93093-306-5
Скачать (прямая ссылка):
Можно утверждать, что неоднородности в бетоне рассредоточены практически в идеальном беспорядке. В таких системах с достаточно большим числом неоднородных включений макроскопический беспорядок должен удовлетворять требованию постоянной плотности распределения, т. е. можно представить, что число неоднород-ностей — зерен заполнителя, пор, приходящихся на каждую элементарную единицу объема бетона, — будет примерно одинаковым и, следовательно, любой ограниченный объем бетона, содержащий определенное количество макроскопических нео-днородностей, можно без опасных последствий заменить аналогичным объемом, взятым из любой другой части образца. Такая ситуация позволяет придать рассматриваемой системе с неупорядоченным ансамблем неоднородностей определенную регулярность в виде модели с повторяющимися элементами структуры, обладающими статистической однородностью.
Если представить макроскопические неоднородности (зерна крупного заполнителя в бетоне, песка — в растворе, наиболее крупные поры в цементном камне) в виде шаров, хаотически, но относительно однородно заполняющих пространство, и провести векторы, соединяющие центр каждой неоднородности с центрами ближайших соседей, а затем через середины векторов- перпендикулярно им провести плоскости (рис. 3.2, а), то объемы, ограниченные этими плоскостями, будут представлять собой некоторую окрестность в виде многогранной фигуры по типу полиэдра, характерного для топологических систем с неупорядоченной организацией структуры [8].
Полученный многогранник представим в виде элементарной ячейки макроструктуры бетона (раствора, цементного камня). В реальных бетонах (даже в одном и том б)
/V—/
/--Yrt'
С
3)_
"4ZX
S
N
S
O
о
CX С\ С\ C
Рис. 3.2. К построению структурной модели бетона
а, б — геометрический «образ» структуры бетона с хаотичным (неупорядоченным) распределением макроскопических неоднородностей; в, г — то же, в представлении регулярного ансамбля элементарных ячеек в виде соответственно ромбических додекаэдров и кубов; д-з — объемное представление элементарных ячеек; 1 — элементарная структурная ячейка в виде многогранника; 2 — макроскопическая неоднородность в виде шара;
3 — элементарная структурная ячейка в виде ромбического додекаэдра; 4 — то же, в виде куба
же составе) нельзя получить совершенно идентичные друг другу элементарные ячейки макрообъемов (рис.3.2, б). Тем не менее, поскольку в каждом из этих объемов в соответствии с принятым допущением имеется макроскопическая неоднородность, полученная элементарная ячейка не может существенно отличаться от симметричных и конгруэнтных объемных фигур, усредненных по реальному материалу (рис. 3.2, в). Можно представить различные варианты геометрического отображения элементарных ячеек структуры бетона и их пространственного распределения в объеме материала: от наиболее плотных упаковок, например, в виде ромбических додекаэдров (рис. 3.2, в) до простейших пространственных решеток с кубическим распределением (рис. 3.2, г).
Считаем также, что каждая ячейка макроскопического объема, независимо от ее геометрического очертания, как и массив бетона в целом, представляет собой систему с многоуровневым строением, при этом конфигурацию ячеек, относящихся К МЄЗО-, микро-, и субмикроструктуре, как показано на примере (рис. 3.3), принимаем идентичной конфигурации ячеек макроскопического объема [26]. В данном построении уровень мезоструктуры бетона соответствует отображению макроструктуры в композите на основе раствора, а уровень микроструктуры — макроструктуре цементного камня.
Характер пространственного распределения и вид элементарных ячеек определяют важные параметры структуры бетонных матриц, в частности, фиксируют граничные значения расстояний между неоднородностями и, соответственно, регламентируют интервалы дисперсного распределения в объеме матрицы армирующих компонентов (волокон).
Подобное модельное построение допускает возможность использования для дисперсного армирования смеси волокон разных диаметров (при необходимости — разного вида и химического состава). Распределение волокон в данном случае должно Рис. 3.3. Пример модельного отображения фрагмента структуры бетона
2 и 3 — ячейки макро-, мезо- и микроструктуры, соответственно (в плоском изображении). Ячейки
субмикроструктуры условно не показаны.
осуществляться в соответствии с их параметрами на различных уровнях структуры бетона с учетом характеристик этих уровней (рис. 3.3) и принципов дисперсного армирования — общих для различных структурных систем.
Применение смеси волокон для армирования разных уровней структуры бетона может представлять интерес прежде всего для повышения эффективности работы волокон на уровне макроструктуры, улучшения их анкеровки и уменьшения относительной длины. Основная проблема в данном направлении — это обеспечение компромисса между требованиями, предъявляемыми к волокнам как к армирующим компонентам и условиями технологии получения дисперсно армированных бетонных смесей.
