Введение к работе
Актуальность темы. В теории и практике строительства хзобое внимание уделяется изучению основных характеристик строительных материалов. К таким характеристикам относятся прочность, морозостойкость, ползучесть, усадка, гигроскопичность, водопроницаемость, влагоотдача, водонепроницаемость и ряд других. Перечисленные характеристики и факторы, влияющие на них, достаточно подробно и глубоко описываются в работах известных ученых, 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 давлення газа в порах. Накопленный опыт показывает, что по-ровое давление существенно влияет на надежность работы сгро-' ителышх конструкций на пористых материалов. Во-первых, его действие практически мгновенно, и, 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,, Бакенов Ю.М., Белан В.И., Гольдштейн М.Н., Горчаков Г.И., Жиленкав В.»., Канкин М.м., Скрамтаев Б.Г., Фрейссине Е., Цытович И.А. и других. В этих работах описываются преимущественно роаультаты экспериментов но исследованию других факторов, таких как'коэффициенты диффузии, тепло- и массоперенос водяных паров, а влияние порового давления на состояние инженерных сооружений из пористых материалов анализируется как дополнительный фактор. Прямим наученном порового давленая наиболее глубоко занимался проф., д.т.п. В'.И.Тїолан. Им впервые
,4 -
четко и однозначно отмечена необходимость серьезного и тщательного і» следования этого важного и маюизученного свойства строительных материалов и влияние его на надежность работ конструкций из капиллярно-пористых тел. Однако покг концепция исследования порового давления опирается на известные теории миграции влаги в пористых средах, причем отсутствует теоретическое обоснование и формулы, которые давали- 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 прочностных 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 bsby имостям, полученным в результате обработки экспериментальных данных, в исследовании их точности.
Экспериментальные исследования включали определение по-: рового давления при смачивании опытных образцов глины, гипса
- б -
и бетона на основе намерения пористости, влажности, глубины яооникновения влаги и времени.
Научная новизна и значимость диссертации заключается в: расширении тематики исследований характеристик строительных материалов; разработке, Елервые в теории и практике их применения, математической модели в виде теоретических зависимостей дополнительного давления газа в порах от степени замачивания капиллярно-пористих тел;- обосновании методики определения и ослабления вредного воздействия такого давления.
Практическая ценность состоит в разработке: механизма определения давления газа в порах' строительных материалов при их замачивании (предрасчет 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 0 приложений. Список использованных литературных источников содержит 120 наименований трудов отечественных и зарубежных авторов.
Во введении дается обоснование актуальности темы исследований. _11епая_глава посвящена анализу состояния рассматриваемого вопроса. Отмечен усилившийся в последнее время интерес к изучению воздействия возмущающих факторов на долговечность и работоспособность перистых материалов и к задаче исследования и учета давления газа в порах при смачивании капиллярно-пористых тел. Показано, что имеющиеся по теме работы публикации касается, главным образом, косвенной интерпретации результатов экспериментальных- исследований и изучения закономерностей парового 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-
- о -
лол увеличение влажности вносит существенное дополиителы напряжение в строительные конструкции, а по времени разв№ порового давления носит мгновенный характер. В то же вр< фактически отсутствует теоретическое обоснование my.vm учета дополнительного порового давления при смачивании і ристых материалов. В итоге исследований , выполненных в т вой главе, сформулирована решаемая в диссертации зада' Поставлена цель работы. Во второй главе изложена единая т, ретическая концепция разработки методики определения фак' ческого давления газа, создаваемого движением влаги по сі теме пор материала. Концепция включает методологические ві росы, создание математической модели, ее анализ на осні экспериментальных данных, подход к оценке точности парам ров, получаемых из теоретических расчетов и из результа обработки опытных донных. Третья глава отводится эксперим тальной проверке адекватности разработанной математичес модели реальному физическому процессу возникновения допол тельного давления газовой фазы при замачивании порис строительных материалов. Описаны эксперименты и мзтематич кая обработка их результатов. Показана хорошая сходимо опытных данных с величиными, рассчитанными по предложен формулам. Приведены алгоритмы подбора аппроксимирующих ур нений и оценки точности определяемых по этим уравнениям раметров. Четвертая глава логически завершает теоретичес И экспериментальную части диссертации и содержит описа применения разработанной методики для увеличения эксплуа ционной надежности пористых строительных материалов. При дено использование разработанной математической модели расчете бетонного покрытия взлетной полосы международи аэропорта в г. Новосибирске, при применении в отделочных ботах баритовой штукатурки, рекомендован способ повыше стойкости отделочных материалов, предложены пути соверше твования математической модели и методики проведения исс цований. Заключение подводит итог выполненных ра-паботок.
На защиту выносятся:
- математическая модель процесса возникновения давл? газа в порах строительных материалов при их замачивании; методика определения давления газа в порах строит*
- f -
кых материалов при их замачивании:
рекомендации по увеличению эксплуатационной надежности пористых строительных материалов, подверженных воздействию влаги.
