5.3. Загальні положення розрахунку довговічності

За чинними нормами розрізняють дві групи граничних станів. Розрахунок за першою групою – це розрахунок за міцністю (несучою здатністю), за другою – за утворенням і розкриттям тріщин, а також за деформаціями.

Довговічність необхідно розглядати як третій граничний стан. Він визначається тимчасовим відрізком, у межах якого в бетоні внаслідок теплових і корозійних процесів, а також механічних напружень сумарна характеристика структурних дефектів, що накопичилися у матриці та заповнювачах, досягає критичної величини, а залишкові фізико-механічні властивості задовольняють умовам експлуатації. Найближче до довговічності поняття – це ресурс. Термін «ресурс» прийнятий в енергетиці – це період безпечної експлуатації або здатність безпечної експлуатації протягом даного періоду. Але ми можемо вкладати в нього різні додаткові відтінки. Граничний ресурс – це час експлуатації нового елемента конструкції, по закінченні якого він підлягає списанню або відновленню. Залишковий ресурс – розрахунковий час до повного руйнування. Існує і міжремонтний ресурс.

Для того, щоб розрахувати довговічність бетону, приймають такі шість припущень:

1. Бетон розглядають як пружне квазіоднорідне двокомпонентне середовище, що складається із: а) матриці – цементного каменю зі структурними елементами щебеню, піску, б) порожнеч: капілярів-тріщин і пор (рис. 5.4).

2. Пустоти в матриці представлені субпідрядною пятирівневою системою (за формою і розмірами, кратним діаметру; чим більше кратне, тим вище рівень). Порожнечі під зовнішніми впливами при досягненні критичних розмірів переходять із рівня у наступний рівень за схемою: стабілізація розмірів – делокалізація накопичення – критична концентрація в одиничному об'ємі – перехід на наступний, вищий рівень.

3. Процес формування і руху тріщин розглядають як результат зовнішніх силових і несилових впливів; у вершині кожної тріщини свого рівня у канонічному об’ємі бетону виникають поля деформацій і напружень, що створюють схеми нормального відриву та зсуву.

4. У якості узагальненої константи властивості тріщиностійкості бетону, його опору утворенню, накопиченню в об'ємах і формуванню магістральних тріщин критичних величин прийнятий параметр як алгебраїчна сума критичних значень у всій системі всіх рівнів тріщин – порожнеч, що заповнюють канонічний об’єм до критичної концентрації.

5. Зовнішні температурні, вологісні та корозійні тривалі впливи створюють поля напружень у вершинах порожнеч – тріщин, оцінка яких враховується параметром D із застосуванням положень теорії старіння бетону

(5.6)

6. П роцеси руйнування бетону тріщинами розглядають як узагальнений напружено-деформований стан у деякому канонічному об’ємі, що володіє фізичними особливостями, притаманними композиту з пружними та реологічними властивостями.

Рис. 5.4. Фізична модель бетону:

І – зерна щебеню; ІІ – зерна піску, ІІІ – негідратовані зерна цементу; ІV – гідратована маса цементу; – фізичні та хімічні в'язі; – адгезійні контакти; 1 – капіляри, заповнені водою симетрично; 2 – капіляри, заповнені водою несиметрично; 3 – макро, мезо-та мікротріщини; 4 – тріщини на контакті з зернами; 5 – радіальні тріщини біля зерен; – капілярні сили

7. Деформативні та міцнісні властивості в одиничному об'ємі бетону будь-якого складу забезпечуються системою активних і реактивних сил у структурі:

(5.7)

Зі зміною зовнішніх умов, температури, вологості, тиску в дефектах структури П, К, Т, заповнених рідиною, парою, льодом, виникають зусилля, змінюються розміри та кількість дефектів, кількість і властивість структурних в'язів, що впливає на рівень початкових властивостей, таких, як міцність або модуль пружності та рівні їх вимірюваних границь.