Введение к работе
Актуальность работы. Бетон и железобетон в настоящее время являются одними из основных строительных материалов, следовательно, материальный ущерб от устранения повреждений или восстановления поврежденных бетонных и железобетонных конструкций является также значительным Взаимодействие бетонов с окружающей средой приводит к возникновению и развитию в них деструктивных процессов и, как следствие, к ограничению срока службы зданий и сооружений
Большие разрушения бетонов вызывает морозная деструкция, являющаяся следствием их недостаточной морозостойкости
Морозостойкость во многом определяет долговечность бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, и является одной их основных причин их преждевременного разрушения Следовательно, изучение и прогнозирование морозостойкости является актуальным и необходимым
Все решения по предотвращению морозной деструкции бетона или ее существенному замедлению являются дорогостоящими, трудоемкими и по отдельности не дают должного эффекта Поэтому, бетоны высокой морозостойкости можно получить, только решая задачу морозостойкости в комплексе и последовательно
Во-первых, необходимо обосновано назначить проектную нормативную морозостойкость бетона будущей конструкции или сооружения Затем, на стадии проектирования состава бетона, необходимо оценить, возможно ли на данных составляющих бетонной смеси и имеющемся технологическом оборудовании получить требуемую морозостойкость, и, в случае необходимости, внести требуемые коррективы Далее необходимо подобрать состав бетона с учетом требований о морозостойкости Если есть необходимость, то вводить в состав бетонных смесей специальные добавки или приготавливать бетон на специальных вяжущих, а также строго контролировать расход составляющих бетона и особенно его водоцементное отношение После укладки и качественного уплотнения бетонной смеси подобранного состава, должен быть осуществлен надлежащий уход за твердеющей бетонной смесью, обеспечивающий высокую степень гидратации цемента, и, как следствие, формирование морозостойкой структуры с необходимым объемом условно замкнутой пористости
После набора бетоном проектной прочности, необходимо оперативно определить морозостойкость затвердевшего бетона и также, в случае необходимости, внести коррективы в его состав Затем, в процессе эксплуатации сооружений, необходимо регулярно оценивать морозостойкость бетона, а также осуществлять уход за ним Это позволит повысить фактическую морозостойкость уложенного бетона Осуществляя все эти этапы, возможно получить бетоны заданной высокой морозостойкости, что позволит создать долговечные конструкции и сооружения, снизить затраты на ремонт и эксплуатацию а также обеспечить их безаварийную работу
Однако, определение морозостойкости бетонов, особенно высоких марок (F >300 400), согласно действующему ГОСТу 10060-95, требует значительного времени, что не позволяет вовремя оценить морозостойкость бетонов, а главное, в случае недостаточной морозостойкости - оперативно вносить коррективы в его состав
Надежное прогнозирование морозостойкости бетонов возможно лишь на основе теории о причинах разрушения бетона и представлений о связи морозостойкости бетонов с характеристиками их структуры, так как морозостойкость определяется суммой факторов качества сырьевых материалов, состава бетона и технологии его производства
В связи с этим, определение морозостойкости бетонов в сжатые сроки, позволяющее избежать получения бетонов недостаточной морозостойкости и появления брака при приготовлении бетонных и железобетонных конструкций является актуальной задачей современного бетоноведения
Целью настоящей работы является разработка способа ускоренного прогнозирования морозостойкости тяжёлых бетонов, базирующегося на современных представлениях о процессах, протекающих в бетонах при их попеременном замораживании и оттаивании
В соответствии с поставленной целю, необходимо было решить следующие задачи
- на основе физической модели разрушения бетонов при попеременном
замораживании и оттаивании разработать математическую модель процессов происходящих
явлений,
разработать алгоритм решения задачи изменения состояния бетона при его попеременном замораживании и оттаивании,
провести экспериментальную проверку разработанного метода ускоренного определения морозостойкости бетонов
- разработать методику ускоренного определения морозостойкости бетонов
Научная новизна работы
На основе физической модели разрушения бетонов разработаны математическая модель процессов, протекающих при попеременном замораживании и оттаивании, алгоритм решения задачи изменения состояния бетонов при попеременном замораживании бетонов при одномерном и трёхмерном промерзании и оттаивании
Предложенная физико-математическая модель решает ряд важных задач по оценке состояния бетона
оценивает теплофизическое состояние бетона,
рассчитывает поле температур и массоперенос в бетоне,
существенно сокращает время испытаний бетонов на морозостойкость,
- определяет влияние, оказываемое различными факторами, на состояние и
морозостойкость бетонов
Практическая значимость работы
Разработана методика ускоренного определения морозостойкости бетонов, без проведения непосредственного замораживания и оттаивания бетоняых образцов,
Получены данные о кинетике процессов, протекающих в бетонах при их циклическом замораживании (изменении влажности, температуры и давления во времени для любого участка бетона и по сечению бетона в конкретный период времени),
Изучено влияние геометрических характеристик образцов бетона на динамику протекающих процессов при его циклическом замораживании,
- Установлено влияние, оказываемое на морозостойкость бетонов таких факторов, как
его толщина, проницаемость, начальное влагосодержание, временные параметры цикла
замораживания-оттаивания
Достоверность результатов работы подтверждается
- большим числом проведенных расчетов, данные которых совпадают с результатами
выполненных экспериментов,
- получением результатов, подтверждающих теоретические и экспериментальные
данные других исследователей,
- использованием аттестованных и проверенных средств измерений и оборудования
Апробация работы Основные материалы диссертации представлялись и докладывались на II Международной научно-технической конференции "Экология
образование, наука, промышленность и здоровье" (Белгород, 2004), IV Международной научно-технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов" (Волгоград, 2005), Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2005), Всероссийской научно-практической конференции "Строительное материаловедение -теория и практика" (Москва, 2006), Международной научно -технической конференции «Композиционные строительные материалы Теория и практика» (Пенза, ПГУАС, 2007)
Реализация результатов исследований Разработанная методика ускоренного определения морозостойкости бетонов использовалась для определения морозостойкости тяжелых бетонов на Очаковском заводе железобетонных конструкций ОАО «Мосметростроя» в г Москве
Личный вклад соискателя работы выразился
в разработке математических модрлей протекающих процессов,
в разработке алгоритма решения задачи попеременного замораживания бетонов при одномерном и трехмерном промерзании и оттаивании,
в проведении расчетов и выполнении экспериментальных исследований,
в формировании выводов и подготовке публикаций
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, основных выводов, списка использованных источников из 166 наименований и приложения Диссертация содержит 150 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 12 таблиц и 2 приложения
