2308

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

упругости оказывают влияние как конструктивные, так и деструктивные процессы, протекающие при длительном твердении бетона. На наш взгляд, числитель этой зависимости характеризует конструктивные, а знаменатель деструктивные процессы, протекающие в бетоне. Конструктивные процессы обусловлены продолжающейся гидратацией цементных зерен, а деструктивные возникновением собственных внутренних напряжений. При длительном времени наблюдения за структурообразованием твердеющих дисперсных систем можно констатировать взаимовлияние названных процессов, в результате которого преобладает или конструктивное, или деструктивное начало, что выражается в пилообразном характере изменения механических свойств этих систем. Это подтверждается исследованиями других авторов [6–9].

В начальные сроки твердения преобладающим является конструктивный процесс

В более длительные сроки наряду с конструктивными начинают развиваться и

Анализ скоростей названных процессов, определенных путем расчета по полученным моделям, свидетельствует о том, что скорости процессов в сравниваемых сериях бетона имеют существенное как качественное, так и количественное различие. Из данных, приведенных в табл. 4, видно, что скорости конструктивного и деструктивного процессов на образцах бетона серии 1 имеют затухающий характер, который можно описать гиперболической функцией. В то же время на образцах бетона серий 2 и 3, приготовленных с использованием СП С-3, скорости этих процессов характеризуются экспоненциальной зависимостью, что, на наш взгляд, обусловлено возникно-

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

вением стерического фактора, вносимого в конструктивный процесс синтеза прочности цементного камня с химической добавкой.

Т а б л и ц а 4

На рис. 6 приведены теоретические зависимости динамического модуля упругости от коэффициента внутреннего трения, полученные путем математической обработки экспериментальных данных. Математическая модель этих зависимостей имеет вид:

Д KВТ

где а, b эмпирические коэффициенты.

Значения эмпирических коэффициентов представлены в табл. 5.

Из графических зависимостей, изображенных на рис. 6, и физической сущности формирования механических свойств цементных композитов прослеживается достаточно четкая взаимосвязь между значениями коэффициентов внутреннего трения и динамического модуля упругости на образцах бетона сравниваемых серий. Однако следует отметить, что применение добавки СП С-3, с одной стороны, приводит к улучшению механической характеристики бетона, а с другой, – к увеличению его внутреннего трения.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

По результатам испытания опытных образцов в табл. 6 приведены механические характеристики бетонных смесей, прочностные свойства Rсж и Rри и параметры

структурной механики разрушения – критический коэффициент интенсивности напряжения K1С и критическая интенсивность (скорость) высвобождения энергии G1С

сравниваемых серий бетона, а на рис. 7 показаны зависимости энергии акустической эмиссии при нагружении опытных образцов.

Все физико-механические характеристики бетона определяли экспериментальным путем в соответствии с [10–12].

Т а б л и ц а 6 Физико-механические свойства и параметры разрушения конструкционной прочности

цементных композитов

Таким образом, из экспериментальных результатов, приведенных на рис. 3 и в табл. 6, следует, что применение добавки СП С-3, с одной стороны, приводит к улучшению механических характеристик бетона, а с другой – к увеличению его внутреннего трения, что способствует повышению вязкости разрушения. Для объяснения этих противоположных эффектов действия суперпластификатора С-3 на рассматриваемые свойства бетона следует исходить из представлений о том, что прочность цементного камня и бетона на его основе есть функция пористости, характера надмолекулярной структуры, прочности контактов в тоберморитовом геле, свойств адгезионных контактов, структурного фактора, морфологии гидратных новообразований [7], а внутреннее трение есть функция прежде всего прочности и плотности фазовых контактов в матричной дисперсионной среде композита.

Приведенные на рис. 7 графические зависимости энерговыделения акустической эмиссии (АЭ) дают наглядное представление о зарождении и росте дефектов структуры. Увеличение числа акустических импульсов энергии АЭ на первых двух стадиях носит случайный характер и вызвано развитием отдельных дефектов, размер которых не является критическим для опытного образца.

Переход от второй к третьей стадии акустической активности характеризует наиболее важную смену закономерности изменения наблюдаемого параметра АЭ. Эти узловые участки на кривой энерговыделения АЭ характеризуют переход от стабильного роста дефекта к нестабильному (с позиций синергетики, эти узловые участки соответствуют точкам бифуркации, при достижении которых происходит смена микромеханизма разрушения, скачкообразно изменяются свойства в вершине дефекта, обусловленные самоорганизацией процесса), когда ускоренный рост дефекта протекает еще вязким образом.

Четвертая, закритическая, стадия АЭ характеризуется плотностью энергии, являющейся константой материала и связанной с прочностью межатомной связи, отражает хрупкое катастрофическое разрушение образца. Таким образом, смена закономерностей энерговыделения АЭ на кривой нагружения является важным прогностическим признаком разрушения.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

ЭАЭ, В2/см2

1,0

0,926

0,833

0,222

0,185

0,148

Рис. 7. Зависимость энергии акустической эмиссии ЭАЭ от нагрузки при трехточечном изгибе для бетона в возрасте 420 суток

С учетом этих положений, графические зависимости энерговыделения (см. рис. 7) свидетельствуют о более вязком трещиностойком характере разрушения модифицированных бетонов серий 2 и 3, что находится в полном соответствии с численными

значениями силового критерия трещиностойкости K1С и критической интенсивности высвобождения энергии G1С (см. табл. 6), критические значения которых дают

количественную характеристику сопротивления материала разрушению.

Таким образом, исследования показали, что применение добавки С-3 является эффективным физико-химическим методом воздействия на формирование дисперснокристаллитной структуры цементного камня, определяющей внутреннее трение, прочность и параметры разрушения бетона на его основе. По экспериментальной акустической ветви энерговыделения представляется возможным прогнозировать предразрушающее состояние, судить о степени хрупкости и осуществлять рецептурнотехнологическую оптимизацию структуры композитных строительных материалов.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Использованный в исследованиях методологический подход к оценке влияния добавки С-3 на трещиностойкость с помощью методов внутреннего трения и акустической эмиссии открывает новые экспериментальные возможности совершенствования композитной структуры бетона.

Список литературы

1.Макридин, Н.И. Долговременная прочность модифицированной структуры цементного камня. Ч. 1 / Н.И. Макридин, И.Н. Максимова, Ю.В. Овсюкова // Строи-

тельные материалы. – 2010. – №10. – С. 74–77.

2.Макридин, Н.И. Долговременная прочность модифицированной структуры цементного камня. Ч. 2 / Н.И. Макридин, И.Н. Максимова, Ю.В. Овсюкова // Строительные материалы. – 2011. – №7. – С. 72–75.

3.Макридин, Н.И. Структурообразование и конструкционная прочность цементных композитов : монография / Н.И. Макридин, Е.В. Королев, И.Н. Максимова. –

М.: МГСУ, 2013. – 152 с.

4.Мчедлов-Петросян, О.П. Химия неорганических строительных материалов /

О.П. Мчедлов-Петросян. – 2-е изд., перераб. и допол. М.: Стройиздат, 1988. 304 с.

5.Инструкция. Прибор для измерения коэффициента внутреннего трения типа ИКВТ-2. Л.: ЛЭТИ, 1967. 32 с.

6.Ахвердов, И.Н. Основы физики бетона / И.Н. Ахвердов. М.: Стройиздат, 1981. 464 с.

7.Сычев, М.М. Некоторые вопросы химии бетона и цементного камня /

М.М. Сычев // Журнал прикладной химии АН СССР. – 1981. – Т. LIV, №9. С. 2036– 2043.

8. Рост прочности бетона при пропаривании и последующем твердении / С.А. Миронов [и др.]. – М.: Стройиздат, 1973. – 95 с.

9.Гениев, Г.А. Практический метод расчета длительной прочности бетона / Г.А. Гениев // Бетон и железобетон. – 1995. – №4. – С.25–27.

10.ГОСТ 53231–2008. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. – М., 2008.

11.ГОСТ 29167–91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. – М., 1991.

12.Экспериментальное определение физико-механических свойств и параметров механики разрушения ультравысокопрочных бетонов / Н.И. Карпенко, Ю.В. Зайцев, Г.Э. Окольникова, А.А. Андрианов // Научные труды РААСН. Фундаментальные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли РФ в 2011 году. – М. – Орел, 2011. – С. 242–248.

References

1.Makridin, N.I. Long-term strength of the modified structure of cement stone. P. 1 / N.I. Makridin, I.N. Maksimova, Yu.V. Ovsyukova // Stroitelnye materialy. – 2010. – №10. – P. 74–77.

2.Makridin, N.I. Long-term strength of the modified structure of cement stone. Part 2 / N.I. Makridin, I.N. Maksimova, Yu.V. Ovsyukova // Stroitelnye materialy. – 2011. – №7. – P. 72–75.

3.Makridin, N.I. Structural formation and structural strength of cement composites: monograph / N.I. Makridin, E.V. Korolev, I.N. Maksimova. – M.: MGSU, 2013. – 152 p.

4.Mchedlov-Petrosyan, O.P. Chemistry of inorganic building materials / O.P. Mche- dlov-Petrosyan. – 2 nd edition, revised. and add. – M.: Stroiizdat, 1988. – 304 p.

5.Instruction. The device for measuring the coefficient of internal friction type ICWT-2. – L.: LETI, 1967. – 32 p.

6.Akhverdov, I.N. Fundamentals of concrete physics / I.N. Akhverdov. – M.: Stroiizdat, 1981. – 464 p.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

7.Sychev, M.M. Some questions of the chemistry of concrete and cement stone / M.M. Sychev //J ournal of Applied Chemistry, USSR Academy of Sciences. – 1981. – V. LIV, No. 9. – P. 2036–2043.

8. Growth of concrete strength during steaming and subsequent hardening / S.A. Mironov [etc.]. – M.: Stroiizdat, 1973. – 95 p.

9.Geniev, G.A. Practical method for calculating the long-term strength of concrete / G.A. Genius // Concrete and reinforced concrete. – 1995. – №4. – P. 25–27.

10.GOST 53231–2008. Concretes. Rules for monitoring and evaluation of strength. – M., 2008.

11.GOST 29167–91. Concretes. Methods for determining fracture toughness (fracture toughness) under static loading. – M., 1991.

12.Experimental determination of physicomechanical properties and parameters of the mechanics of destruction of ultrahigh-strength concretes / N.I. Karpenko, Yu.V. Zaytsev, G.E. Okolnikova, A.A. Andrianov // Scientific works of RAASN. Fundamental research of RAASN on scientific support of the development of architecture, urban planning and construction industry of the Russian Federation in 2011. – M. – Orel, 2011. – P. 242–248.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

УДК 519.7: 691

МЕТОД ПРОБНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ ИДЕНТИФИКАЦИИ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

А.М. Данилов, И.А. Гарькина

Предлагается метод параметрической идентификации кинетических процессов формирования физико-механических характеристик композиционных материалов. Метод иллюстрируется на примере дифференциальной модели системы второго порядка. Указаны приложения к разработке композиционных материалов различного назначения.

Ключевые слова: композиционные материалы, свойства, формирование, кинетические процессы, параметрическая идентификация, метод пробных воздействий

METHOD OF TRIAL IMPACT IN IDENTIFICATION

OF COMPOSITE MATERIALS

A.M. Danilov, I.A. Garkina

А method of parametric identification of kinetic processes of formation of physical and mechanical characteristics of composite materials is proposed. The method is illustrated by the example of a differential model of a second-order system. The appendices to the development of composite materials for various purposes are indicated.

Keywords: composite materials, properties, formation, kinetic processes, parametric identification, method of trial effects

В соответствии с [1] параметрическая идентификация кинетических процессов формирования физико-механических характеристик композиционных материалов сводится к изучению системы

x Ax ;

для большинства из них можно ограничиться случаем

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Имеем

Значение tп , определенное по графику, можно использовать для контроля или для приближенного вычисления m :