Наукові засади підвищення тріщиностійкості дорожнього цементного бетону

Abstract

У дисертаційній роботі наведено результати досліджень, спрямованих на розроблення теоретичних засад і технології одержання дорожніх бетонів підвищеної тріщиностійкості шляхом розкриття та реалізації закономірностей розвитку процесів структуроутворення бетонів, що забезпечують найвищі значення енерговитрат на його руйнування. Встановлено закономірності взаємозв’язку структури, міцності та тріщиностійкості з повністю рівноважними діаграмами деформування бетонів із штучно створеною тріщиною, які дали змогу якісно описати процеси руйнування бетонів і кількісно оцінити їх тріщиностійкість за силовими та енергетичними критеріями. Запропоновано поглиблений підхід до оцінювання та прогнозування тріщиностійкості бетону за енергетичним критерієм. В диссертационной работе приведены результаты исследований, направленные на разработку теоретических основ и технологии получения дорожных цементных бетонов повышенной трещиностойкости путем раскрытия и реализации закономерностей развития процессов структурообразования бетонов, которые обеспечивают наивысшие значения энергозатрат на их разрушение. На основе представлений про многоуровневую циклическую структуру разработана модель формирования трещиностойкости бетона в доэксплуатационной стадии, как совокупность факторов, которые в тесном взаимодействии обуславливают увеличение или уменьшение трещиностойкости бетона. Модель является основой нового подхода для проектирования состава дорожного бетона повышенной трещиностойкости. С позиций механики разрушения выявлены закономерности деформирования и разрушения бетонов дорожного назначения при изгибе с трещиной нормального отрыва. Развитие трещины рассматривается как непрерывный процесс ее распространения через разные структурные неоднородности от цементной матрицы через цементно-песчаный раствор и бетон. Установлены закономерности взаимосвязи структуры, прочности и трещиностойкости с полностью равновесными диаграммами деформирования бетонов с искусственно созданной трещиной, позволяющие качественно описать процессы деформирования и количественно оценить их трещиностойкость по силовым и энергетическим критериям. Предложено обобщенную функцию, которая описывает полностью равновесную диаграмму деформирования бетона. Интеграл функции соответствует общей работе разрушения бетона, а его удельный показатель (отношение к площади поперечного сечения бетонного элемента) предлагается в качестве интегральной энергетической характеристики бетона сопротивления разрушению – энергетический потенциал трещиностойкости. Для исследованных бетонов данный показатель составляет 140-300 Дж/м2. Экспериментальными исследованиями установлено, что значение критического прогиба бетонных элементов, которое на спадающей ветке диаграммы деформирования можно идентифицировать точкой, за которой начинается нестабильное развитие трещины, для мелкозернистых бетонов составляет (300-400).10-6 м, для тяжелых бетонов – (400-500).10-6 м. Достижение критического прогиба соответствует исчерпанию несущей способности бетонного элемента. Предложен критерий количественной оценки трещиностойкости бетона как отношение вязкости разрушения к прочности бетона на сжатие и четыре категории количественной оценки трещиностойкости для включения в нормативные документы при внедрении расчета состава бетона для конструкций определенного назначения. Разработан алгоритм расчета неоднородности критических коэффициентов интенсивности напряжений методами линеаризации и Монте-Карло. В результате статистического моделирования определены расчетные показатели характеристик трещиностойкости бетонов на основе цементов разных типов по вещественному составу в зависимости от уровня надежности, принятого при расчете конструкции. Установлено влияние технологических факторов на порказатели прочности, деформативности и трещиностойкости дорожных бетонов. На базе сформулированных научных основ и полученных экспериментальных результатов разработаны составы бетонов дорожного назначения повышенной трещиностойкости как интегрального показателя их качества. Предложена методика оценки трещиностойкости бетона на стадии проектирования состава, что дает возможность сравнивать конкурирующие варианты и объективно назначать их место в конструкции дорожной одежды. Определены физико-механические и строительно-технические свойства бетонов разработанных составов и показано, что по всем показателям качества они соответствуют требованиям нормативных документов. На основании теоретических и экспериментальных исследований проведена апробация разработанных дорожных бетонов повышенной трещиностойкости при строительстве конструктивных слоев дорожных одежд и приведены ее результаты. The doctoral thesis presents the research results, aimed at working out of theoretical fundamental principles and technology of the road concrete obtaining with the increased crack resistance by the way of finding out and realizing development mechanisms of concrete structuring processes that provide the highest values of energy consumption for the concrete failure. There have been determined mechanisms of the correlation of structure, strength and crack resistance with the fully equilibrium diagrams of concrete deformation with the artificially created crack which gave the possibility to provide the qualitative analysis to the processes of concrete failure as well as to carry out the quantitative estimation of their crack resistance according to the strength and energy criteria. A more detailed approach towards the estimation and prediction of the concrete crack resistance according to the energy criterion has been suggested. The research results have been tested in industrial conditions, the tested results assessment has been presented.