Введение к работе
Актуальность темы. В теории и практике строительства особое внимание уделяется научению основных характеристик строительных материалов. К таким характеристикам относятся прочность, ыорсосстсйкостЬ; ползучесть, усадка, гигроскопичность, водопроницаемость, влагоотдача, водонепроницаемость и ряд других. Перечисленные характеристики и факторы, влияющие на них, достаточно подробно и глубоко описываются в работах известных учених, в трудах научных и производственных организаций, в то же время некоторые факторы изучены недостаточно, хотя они, как показывает опыт, существенны. К таким факторам относится и влияние изменения влажности на величину давления газа в порах. Накопленный опыт показывает, что по-ровое давление существенно влияет на надежность работы строительных конструкций из пористых материалов. Во-первых, его действие практически мгновенно, »:, во-вторых, оно имеет достаточно ощутимую величину. Игнорирование этого воздействия на прочность строительных материалов, неучет его при проектировании, строительстве и эксплуатации ведет к труднообъяснимым процессам развития деформаций и даже, в экстремальных случаях, к возникновению аварийных ситуаций.
Изучению возникновения дополнительного давления газа в порах строительных материалов при их смачивании посвящен ряд работ известных ученых, таких как Ахвердов Н.И., Баженов Ю.М., Белая В.И., Гольдштейн М.Н., Горчаков Г.И., Жиленков В.Н., Капкии М.М., Скрамтаев Б.Г., Фрейссине Е., Цытович П.А. и других. В этих работах описываются преимущественно результаты экспериментов, по исследованию других факторов, таких как коэффициенты диффузии, тепло- и массоперенос водяных паров, d влияние порового давления на состояние инженерных сооружений из пористых материалов анализируется как до*» полнительный фактор. Прямым изученном порового давления наиболее глубоко занимался проф., д.'т.н. В'.И.Велак. Им впервые.
четко и однозначно отмечена необходимость серьезного и тщательного к следования этого важного и малоизученного свойства строительных материалов и влияние его на надежность работы конструкций из капиллярно-пористых тел. Однако пока концепция исследования порового давления опирается на известные теории миграции влаги в пористых средах, причем отсутствует теоретическое обоснование и формулы, которые дава-ли-бы возможность подсчитать величину давления газа в порах при вамачивании пористых материалов. Нет рабочих алгоритмов для использования их в современных ЭВМ для анализа и интерпретации результатов исследований. Имеется настоятельная потребность в разработке методики исследований конкретных видов пористых строительных материалов с целью использования их при проектировании,, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. Поэтому изучение возникновения давления газа в порах строительных материалов при их смачивании является актуальной научной и производственной темой.
Формулировка решаемой задачи. Совершенствование определения прочностньк свойств строительных материалов на основе учета давления газа в их порах при проникновении влаги в'виде жидкости.
Цель диссертации. Разработка рекомендаций по увеличению эксплуатационной надежности пористых строительных материалов на основе теоретических.исследований процесса возникновения дополнительного давления газа в порах' строительных материалов при их смачивании, разработка математической модели этого процесса и методики определения его параметров.
Основу исследований составили современные положения науки о строительных материалах, практика их применения, теория и методы математической обработки и интерпретации результатов эксперимента.
Теоретические исследования состояли в изучении физических закономерностей влияния газа в порах строительных материале , "в анализе изменения давления в порах по математическим завг имостям, полученным в результате обработки экспериментальных данных, висследовании их точности.
Экспериментальные исследования включали определение. по-т. рового давления при скачивании опытных образцов глины, гипса
- є -
и бетона на основе измерения пористости, влажности, глубины яооникновения влаги и времени.
Научная новизна :і значимость диссертации заключается в: расширении тематиіш исследований характеристик строительных материалов; разработке, Епервые в теории и практике их применения, математической модели в виде теоретических зависимостей дополнительного давления газа в порах от степени ва-мачивания капиллярно-пористых тел;- обосновании методики определения и ослабления вредного воздействия такого давления.
Практическая ценность состоит в разработке: механизма
nnrflTialjojiiia TTOEjiomfa га^а n nnnav СТпОИТЄЛЬНЬІХ MSTeп!*E.т,0,
при их замачивании (продрасчет величины этого давления, проведение исследований, их обработка по предложенным алгоритмам и программам для ЭВМ, включая априорную и апостериорную оценку точности); рекомендаций по увеличению эксплуатационной надежности пористых строительных материалов
Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на научно-технических конференциях НГАС в 1993 - 1995г.
Публикация. Результаты исследований представлены в шести печатных трупах и одном авторском изобретении.
Структура и обгем диссертации. Текстовая часть диссертации состоит из 173 страниц машинописного текста и включает 19 рисунков, 4 таблицы и а приложений. Список использованных литературных источников содержит 120 наименований трудов отечественных и зарубежных авторов.
Во введении дается обоснование актуальности темы иссле-дований. Первая глава посвящена анализу состояния рассматриваемого вопроса. Отмечен усилившийся в последнее время интерес к изучению воздействия возмущающих факторов на долговечность и работоспособность пористых материалов и к задаче исследования и учета давления газа в порах при смачивании капиллярно-пористых тел. Показано, что имеющиеся по теме работы публикации касаются, главным образом, косвенной интерпретации результатов экспериментальных исследований и изучении закономерностей порового давления по подобранным аппроксимирующим уравнениям. Описаны предварительные результаты экспериментов на образцах из глины, гипса и бетона. Из проведенного анализа показано, что для многих пористых материа-
- Q -
лов увеличение влажности вносит существенное дополнительное напряжение в строительные конструкции, а по времени развитие порового давления носит мгновенный характер. В то же время фактически отсутствует теоретическое обоснование механизма учета дополнительного порового давления при смачивании пористых материалов. В итоге исследований , выполненных в первой главе, сформулирована решаемая в диссертации задача. Поставлена цель работы. Во второй главе изложена единая теоретическая концепция разработки методики определения фактического давления газа, создаваемого движением влаги по системе пор материала. Концепция включает методологические вопросы, создание математической модели, ее анализ на основе экспериментальных данных, подход к оценке точности параметров, получаемых из теоретических расчетов и из результатов обработки опытных донных. Третья глава отводится экспериментальной проверке адекватности разработанной математическое модели реальному физическому процессу возникновения дополнительного давления газовой фазы при замачивании пористы* строительных материалов. Описаны эксперименты и математическая обработка их результатов. Показана хорошая сходимості опытных данных с величиными, рассчитанными по предложении» формулам. Приведены алгоритмы подбора аппроксимирующих уравнений и оценки точности определяемых по этим уравнениям па раметров. Четвертая глава логически завершает теоретически и экспериментальную части диссертации и содержит описани< применения разработанной методики для увеличения эксплуата ционной надежности пористых строительных материалов. Приве дено использование разработанной математической модели пр расчете бетонного покрытия взлетной полосы международног аэропорта в г. Новосибирске, при применении в отделочных ра ботах баритовой штукатурки, рекомендован способ повышенн стойкости отделочных материалов, предложены пути совершенс твования математической модели и методики проведения иссле цований. Заключение подводит итог выполненных ра~паботок.
На зашиту выносятся:
- математическая модель процесса возникновения давлеш газа в порах строительных материалов при их замачивании;
методика определения давления газа в порах строителі
- f -
ных материалов при их замачивании;
рекомендации по увеличению эксплуатационной надежности пористых строительных материалов, подверженных воздействию влаги.
