Трещиностойкость бетонов на пористых заполнителях

К.А. Пирадов, д.т.н, проф,

Г.Г. Гурешидзе, к.т.н., проф., Грузинский технический университет

ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ БЕТОНОВ НА ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЯХ

Трещиностойкость бетона является параметром малоизученным. Сегодня эта характеристика качества бетона вызывает больше вопросов по своей единице измерения, методам определения и численным значениям её величины, чем у учёных имеется ответов на эти самые вопросы.

Ключевые слова: трещиностойкость, пористые заполнители.

Treschinostoykost' of concrete is a parameter insufficiently known. Today this description of quality of concrete causes more questions on the metage, methods of determination and numeral values of its size, what for scientists present answers for these questions.

Keywords: treschinostoykost', porous fillers.

Важно отметить, что трещиностойкость и её количественная характеристика является основным показателем качества материала при использовании методов расчёта конструкций с использованием законов механики разрушения твёрдых тел! Что влияет на трещиностойкость бетона? Большое количество различных факторов, среди которых есть те, что влияют и на прочность, и на трещиностойкость, а есть те, которые оказывают доминирующее влияние только на трещиностойкость! Здесь надо отметить, что многофакторный эксперимент практически во всём зависит только от самих исследователей, которые и должены выбрать факторы влияния на изучаемую характеристику, опираясь на свой опыт, на своё понимание формирова-

ния структуры материала и его работы под нагрузкой, на свои знания и на свой дар предвидения, наконец! Вопросов по трещиностойкости бетонов гораздо больше, чем имеющихся в нашем распоряжении ответов. Какие компоненты больше всего влияют на трещиностойкость? Какие внешние факторы влияют на сопротивление бетона развитию трещин? Какие факторы самые значимые? На эти, да ещё на многие другие вопросы поможет нам ответить рациональный многофакторный эксперимент! Почему трещиностойкость является более правильным параметром при определении качества материала, чем традиционная и привычная всем инженерам прочность? Да потому, что прочность - вариантная характеристика, зависящая от размеров образ-

К.А. Пирадов, Г.Г. Гурешидзе. Трещиностойкостъ бетонов.

ца, вида испытания и других факторов, считается, что прочность бетона во времени увеличивается, поэтому прочность фактически непригодна при расчётах длительной прочности и долговечности. Трещиностойкость же и её характеристики - критический коэффициент интенсивности напряжений Кс и энергия разрушения - инвариантные параметры и с ростом дефектов структуры в бетоне уменьшаются по величине, значит могут быть использованы для расчётов конструкций во времени. сегодня мы поговорим о лёгком бетоне. Мы выбрали в качестве основной характеристики его трещиностойко-сти величину Кс ввиду того, что при деформациях нормального отрыва методика её (К1С) определения нормирована [1], а при поперечном сдвиге (К11С) - хорошо апробирована [2].

В качестве факторов варьирования - измеримых переменных величин, принимающих некоторые определённые значения и соответствующих одному из возможных способов воздействия на трещино-стойкость лёгкого бетона, - на основании анализа механизмов тре-щинообразования и сопротивления бетона развитию трещин были выбраны следующие шесть характеристик: цементно-водное отношение С/"" количество цементного теста 1; максимальный размер зерна крупного заполнителя d ; влажность лёг-

кого бетона в момент его испытания "" количество крупного пористого заполнителя в единице объёма лёгкого бетона К1а; активность цемента ИС, имеющие дискретные ограниченные области определения. Эта совокупность факторов варьирования отвечает требованиям отсутствия корреляции между любыми двумя факторами и совместимости факторов, то есть любые комбинации их значений, каждое из которых лежит внутри области определения, могут быть осуществлены.

Нами была реализована 1/8 реплика от полного факторного эксперимента типа 26. Насыщение реплики производилось за счёт эффектов взаимодействия. Матрица планирования эксперимента показана в таблице 1. Выбор нулевого уровня и интервалов варьирования каждого из факторов объясняется как технологическими возможностями изготовления и укладки бетона, так и наличием определённых видов цемента (ИС), а также размерами опытных образцов и длиной инициированных трещин. Для каждого фактора варьирования использовались значения, соответствующие верхней (основной уровень плюс интервал варьирования) и нижней (основной уровень минус интервал варьирования) границам интервала варьирования, то есть эксперимент был запланирован на двух уровнях: верхнем и нижнем. Опыт-

тах

ные образцы всех восьми серий были изготовлены на пористом заполнителе стойленского месторождения (Курская магнитная аномалия, Белгородская область, Российская Федерация) фракций 0-5. В качестве вяжущих были использованы: для верхнего уровня портландцемент Новороссийского завода (город Новороссийск, Российская Федерация) марки 500, для нижнего уровня -шлакопортландцемент Щуровского завода (город Коломна, Российская Федерация) марки 400. Составы бетонов, которые были подбираны по заданным на верхнем и нижнем уровнях значениям факторов варьирования С/", 1 и КС, приведены в так же в таблице 1. К моменту всех испытаний возраст бетона всех образцов составлял стандартные 28 суток. Результаты экспериментальных исследований после их соответствующей обработки показаны в таблице 2, в которой наряду с параметрами трещиностойкости приведены и прочностные и дефор-мативные характеристики исследованных лёгких бетонов. Внимательно изучив таблицу 2, мы можем обнаружить, что прочностные характеристики и показатели трещи-ностойкости вовсе не коррелируют друг с другом, например, величины К1С и К11С составов 5, 6 и 7 практически одинаковы, тогда как прочность на сжатие их (кубиковая И и при-

зменная И) отличаются более чем в два раза. Значит, прочностных характеристик для изучения работы бетона под нагрузкой недостаточно. Контроль качества и свойств бетона должен также производиться по основным характеристикам трещи-ностойкости К1С и К . Заметим, что в таблице 2 И - это прочность бетона на растяжение, а Еь - модуль его упругости.

Интересно, что на трещиностой-кость лёгкого бетона наибольшее влияние оказывает лёгкий заполнитель: его количество и диаметр (определить это можно по коэффициентам регрессии). Тогда как на прочностные и деформативные характеристики в основном влияют свойства матрицы (С/"). Анализ таблицы 2 также показывает некоторую корреляцию между величинами К и И а также

между К11С и Ит или Иь,

что указывает на доминирующее влияние отрывных деформаций при растяжении и сдвиговых - при сжатии.

Далее мы приведём зависимости, позволяющие прогнозировать значения характеристик трещино-стойкости по известным составам бетона и качеству его некоторых компонентов. Итак, уравнения регрессии для определения величин К1С и К11С - это нижеследующие зависимости

тах 1а С

К.А. Пирадов, Г.Г. Гурешидзе. Трещиностойкостъ бетонов...

К11С = 3,120+0,485 С^-0,001 1-0,038 а +0,025 W-2,663 К, +0,001 ИС.

шах 1а с

Итак, проанализировав данные таблицы 2 и зависимости (1) и (2), можно сделать следующие выводы: трещиностойкость лёгкого бетона при деформациях нормального отрыва и поперечного сдвига повышается с увеличением цементно-водного отношения и активности применяемого цемента и уменьшается с увеличением количества пористого заполнителя в единице объёма бетона, его диаметра и количества цементного теста. Это связано, видимо, с тем, что в составах 3 и 7, где параметр 1 находился на верхнем уровне, матрица была практически без песка, и структура полученного в результате бетона была иррациональной, а

Таблица 2 Результаты реализации матрицы планирования

№ составов бето- Параметры оптимизации, МПа м1/2 Другие характеристики, МПа

на К1С К11С И ш ИЬ ИЬ1 ЕЬ

1 0,2992 3,62 27,10 25,78 1,76 18920

2 0,2566 2,88 20,08 17,01 1,38 18900

3 0,1540 2,32 10,43 10,11 1,00 13266

4 0,2259 2,65 16,43 14,02 1,02 16494

5 0,2010 2,43 23,50 22,18 1,22 17650

6 0,2006 2,41 18,60 16,11 1,24 17198

7 0,2012 2,10 11,92 11,06 1,26 15240

8 0,2517 2,72 19,60 17,10 1,40 18700

также с тем, что именно в матрице образуются трещины, в дальнейшем приводящие к разрушению бетона.

Матрица планирования и составы бетонов

Таблица 1

Уровни и интервалы варьирования Факторы варьирования Составы бетонов, кг/м3

С^ 1 а W К, ИС

Основной уровень 2,0 360 15 6,8 0,43 461 Цемент Вода Вода поглощённая Щебень Песок

Интервал варьирования 0,4 60 5 2,2 0,08 47

Кодированные значения Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Х6

1 + + - + - - 560 233 91 497 309

2 + - - - + + 400 167 119 727 252

3 - + + - + - 438 274 104 708 78

4 - - + + - + 313 196 101 484 481

5 + + + - + - 560 233 91 497 309

6 + - + + - + 400 167 119 727 252

7 - + - + - - 438 274 104 708 78

8 - - - - + + 313 196 101 484 461

Список литературы: 2. Пирадов К.А., Мамаев Т.Л., Абдулла-

1. ГОСТ 29167-91. Бетоны. Методы ев К.У. Методика определения критическо-определения характеристик трещиностой- го КИН бетона при поперечном сдвиге// кости (вязкости разрушения) при статиче- Сборник трудов НИИЖБ, 1993. - С. 81-84. ском нагружении. - М.: Издательство стандартов, 1992. - 18 с.

Л.М. Буяк, к.э.н., доцент кафедры экономической кибернетики та информатики, Тернопольский национальный экономический университет, Украина, e-mail: lesyabuyak@ukr.net

СОВРЕМЕННАЯ ПАРАДИГМА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ

Обоснована необходимость применения нелинейного моделирования экономической динамики в Украине. Рассмотрены методологические основы нелинейного моделирования экономических процессов и примеры моделей макроэкономической динамики. Акцентировано внимание на целесообразности применения синергетических методов.

Ключевые слова: экономическая динамика, эволюционная экономика, нелинейные модели, синергетика.

The necessity of the application of non-linear modeling of economic dynamics in Ukraine. The methodological foundations of the nonlinear simulation of economic processes and examples of models of macroeconomic dynamics. The attention to the appropriateness of synergistic methods.

Keywords: economic dynamics, evolutionary economics, nonlinear models, synergy.

современные тенденции формирования, развития и трансформации экономических систем как микро-, так и макроуровня достаточно противоречивыми. Разноплановость и разнонаправленность их эволюционных векторов приводит к ухудшению прогнозируемости экономичных явлений. Это объясняется многочисленными факторами, прежде всего

незавершенностью рыночных преобразований, усложнением структуры экономики, сочетанием эволюции и инволюции в процессе хозяйственных изменений. В научном же плане проблема развития хозяйственных систем в большинстве случаев рассматривается с точки зрения возможности выработки адекватных подходов к управлению экономикой