Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса цели и задачи исследования 7
1.1. Перспективы применения высокопрочного бетона в изделиях и конструкциях различного назначения 7
1.1.1. Понятие о высокопрочном бетоне и исторические аспекты их получения 7
1.1.2. Области использования и перспективы применения высокопрочного бетона 10
1.2. Анализ существующих методов повышения прочностных и деформативных характеристик бетона 17
1.2.1. Водоцементное отношение (В/Ц) 17
1.2.2. Цемент и его активность 24
1.2.3. Заполнители для высокопрочного бетона 32
1.2.4. Эффективные пластифицирующие добавки 34
1.2.5. Тонкомолотые эффективные микронаполнители 36
1.3. Применение дисперсного армирования для повышения прочностных и деформативных характеристик высокопрочного бетона 37
1.4. Цели и задачи исследований 44
Выводы по главе 45
ГЛАВА 2. Используемые материалы, оборудование и методики исследований 46
2.1. Используемые материалы 46
2.2. Применяемое оборудование и методики исследований 51
2.1.1. Применяемое оборудование 51
2.2.1. Методика определения параметров трещиностойкости 54
2.2.2. Ультразвуковой метод оценки трещиностойкости сталефибробетона 64
2.2.4. Определение характеристики сцепления фибры с матрицей (срт) 75
Выводы по главе 78
ГЛАВА 3. Критерии оценки и управление вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона 79
3.1. Современные представления о вязкости разрушения конструкционных материалов 79
3.2. О вязкости фибробетона 82
3.3. Критерии управления прочностью и вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона 97
Выводы по главе 103
ГЛАВА 4. Экспериментальная опенка критериев вязкости разрушения 104
4.1. Вопросы проектирования состава дисперсно армированных бетонов в современной литературе 104
4.1.1. Прогнозирование прочностных и деформативных характеристик сталефибробетонов 105
4.1.2. Определение особенностей проектирования состава высокопрочного сталефибробетона 108
4.2. Проектирование состава высокопрочного сталефибробетона 113
4.3. Теоретические расчеты и результаты испытаний контрольных образцов высокопрочного бетона и высокопрочного сталефибробетона 120
Выводы по главе 128
ГЛАВА 5. Технико-экономическая оценка применения высокопрочного сталефибробетона в строительных изделиях и конструкциях 129
Выводы по главе 141
Общие выводы 142
Список использованной литературы 143
Приложения 158
- Области использования и перспективы применения высокопрочного бетона
- Ультразвуковой метод оценки трещиностойкости сталефибробетона
- Критерии управления прочностью и вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона
- Прогнозирование прочностных и деформативных характеристик сталефибробетонов
Введение к работе
С развитием высотного строительства повышение прочности бетона в конструкциях зданий представляет значительный интерес для проектировщиков и строителей, так как с ростом прочности появляется целый ряд экономически и технически привлекательных конструктивных решений. Пути повышения прочности известны: это снижение водопотребности бетонной смеси за счет использования суперпластификаторов, применение чистых высокопрочных фракционированных заполнителей, высокоактивных вяжущих веществ и микро наполнителей и т.д. в сочетании со строгим контролем на всех стадиях технологического процесса.
Однако нельзя не отметить, что с повышением прочности бетона растет и его хрупкость, снижаются пластично-деформационные свойства, что влечет за собой практически мгновенное разрушение материала при достижении им предельного состояния. Уже назревают предложения по введению повышенных коэффициентов безопасности и надежности при работе конструкций из высокопрочного бетона.
Требуется повысить вязкость разрушения (трещиностойкость) высокопрочного бетона. Вариантом решения этой задачи можно считать дисперсное армирование бетона стальной фиброй, способное обеспечить коренное улучшение механических характеристик бетона (прочности, трещиностойкости, ударопрочное и т.д.), повышение эксплуатационной надежности конструкций, в том числе в условиях действия агрессивных сред, возможность сокращения рабочих сечений конструкций, уменьшение расхода стержневой арматуры за счет увеличения несущей способности материала.
Высокомодульные волокна, располагаясь в бетонной матрице, создают пространственный каркас, который препятствует образованию, росту и распространению трещин, что проявляется в повышении прочности и, главное, вязкости разрушения бетона. При этом уровень улучшения указанных свойств фибробетона определяется видом и качеством применяемых волокон и бетона, их количественным соотношением и во многом зависит от состояния контактов на границе раздела фаз.
Цель работы: теоретическое обоснование и экспериментальное исследование эффективности параметров дисперсного армирования, обеспечивающих существенное повышение вязкости разрушения (трещиностойкости) высокопрочного бетона.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
• разработана методика оценки трещиностойкости высокопрочного сталефибробетона;
• установлены критерии управления вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона;
• разработаны составы высокопрочного бетона с повышенной вязкостью разрушения.
Научная новизна:
• теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность применения высокомодульных волокон для устранения одного из главных недостатков высокопрочного бетона - низкой вязкости разрушения (трещиностойкости);
• определены критерии управления вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона;
• установлено, что в ряду параметров дисперсного армирования, оказывающих влияние на прочностные и деформационные характеристики исследуемого материала, определяющим для повышения трещиностойкости является отношение длины волокна к его диаметру;
• разработана методика оценки трещиностойкости высокопрочного сталефибробетона по скорости распространения ультразвуковых импульсов. Практическая значимость:
• разработаны составы дисперсно армированного высокопрочного бетона с повышенной вязкостью разрушения;
• в процессе выпуска опытно-промышленных партий фиброжелезобетон-ных изделий показана сходимость данных лабораторных исследований и результатов производственных испытаний;
• разработаны рекомендации по проектированию состава сталефибробетона с повышенной вязкостью разрушения.
Апробация и публикации работы.
Основные положения диссертационной работы изложены на II международной научно-технической конференции «Бетон: сырье, производство, эксплуатация «ConLife-2008» (Москва), III международной выставке-конференции «Популярное бетоноведение 2009» (Санкт-Петербург), а также на международных научно-технических конференциях молодых ученых (Санкт-Петербург), конференциях профессоров, преподавателей, научных руководителей, инженеров и аспирантов университета (Санкт-Петербург), проводимых в СПбГАСУ в 2007, 2008, 2009 г. Основные положения диссертации опубликованы в 8-й печатных работах.
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю профессору Пухаренко Ю.В. за полезные советы в процессе написания диссертации.
Области использования и перспективы применения высокопрочного бетона
Четкого разделения, по которому однозначно можно было бы судить о принадлежности того или иного бетона к группе высокопрочных бетонов, не существует. Существуют несколько точек зрения. Согласно первой точке зрения, высокопрочными называются бетоны, предел прочности при сжатии которых выше активности цементов, на основе которых эти бетоны изготовлены. То есть высокопрочными будут называться бетоны, предел прочности при сжатии которых 40,0...50,0 МПа и более, так как подавляющее большинство бетонов изготавливаются на цементах, активность которых составляет 40,0...50,0 МПа. Согласно второй, высокопрочными называются бетоны, предел прочности при сжатии которых сопоставим с максимальными принятыми пределами прочности при сжатии в действующих нормативных документах. В соответствии с ГОСТ 26633 для бетонов установлен следующий максимальный класс по прочности на сжатие: В80. То есть по этой точке зрения высокопрочными будут называться бетоны, предел прочности при сжатии которых составляет 60,0...80,0 МПа и более. Так как установить четкую границу разделения бетонов на высокопрочные и рядовые не представляется возможным, то с учетом современных тенденций промышленного и гражданского строительства будем условно понимать под высокопрочными бетонами бетоны, предел прочности при сжатии которых в проектном возрасте составляет 60,0 МПа и выше.
Высокопрочные бетоны впервые появились в самом начале 60-х годов. Советская школа, на тот момент и в последующем, несколько отставала от зарубежной в опыте и вопросах изготовления высокопрочного бетона и применения такого рода конструкций [96]. Однако отечественные ученые Свиридов Н.В., Коваленко М.Г., Чесноков В.М., Берг О.Я., Щербаков Е.Н., Писанко Г.Н. и др. в некоторых вопросах добивались вполне определенных результатов [27, 115].
Нагляднее всего в мировой практике проследить темпы роста прочности бетона с течением времени можно на примере Соединенных Штатов Америки. В 1961 г. на территории США отмечено промышленное применение тяжелого бетона прочностью 41,0 МПа [44]. Начиная с 1965 г., ходовая марка по прочности бетона при строительстве высотных зданий возросла, и прочность составила 51,7 МПа. Данный бетон был применен в колоннах нижних этажей более чем 50 жилых зданий высотой 20...25 этажей при шагеколонн до 7,2 м, а также в колоннах средних этажей более высоких административных и гостиничных зданий в районе г. Чикаго. С 1972 г. там же активно стали использовать бетон прочностью 62,1 МПа, в частности в колоннах, при возведении более 40 административных зданий высотой от 35 до 40 этажей [87]. Бетон прочностью 70,0 МПа применен в колоннах строящегося в г. Даллас 72-этажного административного здания «Даллас Майн Сентер» [97]. В 1976 г. при строительстве 52-этажного здания гостиницы «Ривер Плаза» в г. Чикаго прочность бетона в экспериментальных колоннах достигала 75,9 МПа. Спустя некоторое время в нескольких зданиях в центре г. Чикаго был применен бетон прочностью 82,8" МПа. Бетон еще более высокой прочности - 96,6 МПа - был применен для колонн шести нижних этажей в Чикагской биржи и в пристройке гаражного комплекса «Раш Уолтон» [87]. А уже в. 1984 г. в двух экспериментальных колоннах 41-этажного здания «Чикаго Меркантилл Ексчейндж» - бетон прочностью 98,0 МПа [96]. В сентябре 1987 г. начато бетонирование колонн здания «Ту Юнион Сквер» в г. Сиэтл с применением бетона прочностью 135,0 МПа [38]. Нетрудно заметить, что, начиная с 1965 г., прочность потенциально применяемого бетона увеличилась в-2,5-3,0 раза. В настоящее время уверенно осуществляются промышленные поставки бетона прочностью при сжатии 120... 140 МПа и выше для сооружений монолитных и предварительно напряженных железобетонных конструкций [19, 35, 115]. Сегодня на территории США уже построено свыше 100 зданий высотой 30...80 этажей и более с применением высокопрочного бетона [130],
В настоящее время инициативу по строительству самых высоких зданий в мире резко перехватили арабские страны. Уже построен «Burj Dubai», планиру- . ется к постройке небоскрёб «Накхил», ранее известный как Аль-Бурдж высотой около 1400 м (228 этажей) должен быть завершен к 2012 году в 50 км от Бурдж-Дубая в районе Дубай Уотерфронт. Предложенные проекты, которые могут . быть реализованы в ближайшем обозримом будущем: 200-этажный небоскрёб Мурьян-Тауэр (англ. Murjan Tower) в Бахрейне высотой 1022 м, 1001-метровый небоскрёб Мубарак аль-Кабир Тауэр (англ. Burj Mubarak al-Kabir) в Кувейте, 1600-метровый «Милевой небоскрёб» (англ. Mile-High Tower) в городе Джидда (Саудовская Аравия).
В России высотное строительство также полным ходом набирает обороты. В Москве строится международный деловой центр «Москва-Сити», самым высоким объектом которого планировалась башня «Россия», которая должна была стать самым высоким зданием в Европе (612,2 м). Текущий рекордсмен -61-этажный дом из жилого комплекса «Триумф-Палас» (Triumph Palace) с высотой в 264 метра. В России наиболее развито строительство небоскрёбов, конечно же, в Москве: только к 2015 году в российской столице планируют построить 60 высотных зданий. Всего с 1990 года было построено более 20 высотных комплексов. Санкт-Петербург ревностно пытается не отстать от столицы, здесь уже разработаны проекты тридцати-сорокаэтажных строений, в числе которых, конечно же, «Охта-центр» — деловой квартал на правом берегу Невы. Сдача предполагаемой доминанты, небоскреба высотой 396 метров, намечена на 2012 год. В регионах тоже идёт планирование, в Хабаровске предполагается строительство высотного центра, разработаны проекты небоскрёбов в Томске, в Челябинске. Генеральным планом застройки предусмотрено высотное строительство даже в Грозном.
Ультразвуковой метод оценки трещиностойкости сталефибробетона
Направления, указанные в пп. 1.2.1. - 1.2.5., безусловно, имеют место. Они позволяют получить бетон высокой прочности, достоинства которого неоспоримы. Однако имеется момент, нуждающийся во всеобщем обсуждении.
С повышением прочности бетона растет и его хрупкость, снижаются пластично-деформационные свойства при кратковременном и длительном нагру-жениях, что влечет за собой практически мгновенное разрушение бетона при достижении им предельного состояния. Это было замечено еще в 1980-е годы [96]. Уже назревают предложения по введению повышенных коэффициентов безопасности и надежности при работе конструкций из высокопрочного бетона, так как при возможной эксплуатационной перегрузке будут отсутствовать видимые сигналы опасного состояния конструкции.
Требуется повысить вязкость разрушения (трещиностойкость) высокопрочного бетона. Вариантом такого решения этой задачи можно считать дисперсное армирование бетона стальной фиброй, способное обеспечить коренное улучшение механических характеристик бетона (прочности, трещиностойкости, ударопрочности и т.д.), повышение эксплуатационной надежности конструкций, в том числе в условиях действия агрессивных сред, возможность сокращения рабочих сечений конструкций, уменьшение расхода стержневой арматуры за счет увеличения несущей способности материала [100].
Наибольший интерес по направлению исследований, касающихся основ и особенностей технологии, структуры, свойств и проектирования состава дисперсно армированных бетонов представляют собой работы следующих отечественных ученых: Ю.В. Пухаренко, И.А. Лобанов, В.Ф. Малышев, А.Ю. Ковалева и их коллег [62, 79-82, 101, 135 и мн. др.]. На кафедре технологии строительных изделий и конструкций СПбГАСУ (ЛИСИ) данными учеными образована собственная школа, одним из направлений развития которой являются дисперсно армированные бетоны и все, что с ними связано.
Высокомодульные волокна, располагаясь в бетонной матрице, создают пространственный каркас, который препятствует образованию, росту и распространению трещин, что незамедлительно проявляется в повышении прочности и, главное, вязкости разрушения бетона. При этом уровень улучшения указанных свойств фибробетона определяется видом и качеством применяемых волокон и бетона, их количественным соотношением и во многом зависит от состояния контактов на границе раздела фаз [101].
Высокопрочный дисперсно армированный бетон - высокопрочный бетон, матрица которого армирована диспесно распределенными в ней волокнами (фибрами) различного рода: металлическими, минеральными, синтетическими. Цель введения волокон - определенное повышение прочностных и иных характеристик бетона. Прежде всего, это касается прочности на растяжение, которая примерно в 10 раз ниже прочности на сжатие [17, 28, 32]. Армирование бетона даже относительно небольшим количеством волокон способно повысить его прочность на растяжение в несколько раз [62]. Прочность на сжатие бетона увеличивается аналогично, но менее интенсивно, прирост прочности относительно контрольного состава обычно составляет 5...35 % [62, 100, 103]. Кроме того, дисперсное армирование, как уже это было отмечено, качественно нейтрализует главный недостаток высокопрочного бетона — отсутствие способности к пластическому деформированию, так как бетон, в том числе и высокопрочный, является хрупким материалом.
Высокопрочный бетон, дисперсно армированный волокнами, является композиционным материалом. В общем случае фибробетонная композиция образуется объемным сочетанием матрицы из бетона и равномерно распределенных в ней армирующих волокон, а упрочнение бетонов волокнами основано на том, что материал бетонной матрицы посредством касательных сил, действующих на поверхности раздела, передает волокнам приложенную нагрузку. Ста 39 лефибробетон, также установившийся термин, указывающий на конкретный вид армирующих волокон — стальные фибры [135]. Повышенный интерес к дисперсно армированным бетонам, и в частности к сталефибробетону, возникший в 60-е годы обусловлен, появлением новых областей их применения, а также новых эффективных конструкций (зачастую сложной геометрической формы), к которым предъявляются требования высокой трещиностойкости, сопротивляемости ударным и знакопеременным нагрузкам, а также долговечности конструкций в условиях воздействия агрессивных сред. Области применения фибробетона были подробно проанализированы на международных симпозиумах [45, 69, 75, 106, 108, 121, 123, 139, 142]. Стале-фибробетон, по мнению отечественных и зарубежных исследователей следует использовать [31, 79, 83, 90, 101, 126, 128]. - В сооружениях, подверженных взрывным, ударным и вибрационным воздействиям: взлетно-посадочные полосы аэродромов, покрытия автодорог, во взрывоопасных помещениях и некоторых объектах оборонного назначения, в сейсмостойких конструкциях, полах промышленных зданий, берегоукрепительных сооружениях, грузовых покрытиях портовых причалов, свайных фундаментах и т. д. - В сооружениях с объемным напряженным состоянием, в толстостенных оболочках и плитах, в частности, в корпусах реакторов, судов, в напорных трубах. - В конструкциях с неопределенным напряженным состоянием при их сложной форме, или в тех случаях, когда обычное армирование затруднено или вообще невозможно. - В напряженных конструкциях, для которых необходим расчет по раскрытию трещин, например, для частичной или полной замены поперечной арматуры и в тех случаях, когда предварительное напряжение мало эффективно или трудоемко. - В сооружениях, подверженных влиянию значительных температур или темпе-ратурно-влажностным воздействиям, в конструкциях доменных печей, формах для изготовления железобетонных конструкций.
Критерии управления прочностью и вязкостью разрушения высокопрочного сталефибробетона
Одним из основных факторов, определяющих прочностные и деформа-тивные характеристики сталефибробетона, является сцепление армирующих волокон с бетонной матрицей [101].
В большинстве случаев разрушение сталефибробетона происходит в результате нарушения связи на границе раздела «волокно — матрица» с последующим вытягиванием фибр из бетона. Именно эти процессы во многом определяют поведение композита под нагрузкой, его прочность, трещиностоикость и эксплуатационную надежность. Сцепление фибр с бетоном является результатом комбинированного проявления адгезии, трения и механического зацепления в зоне их контакта. Влияние каждого из этих факторов на анкеровку волокон в матрице может быть различным и зависит от состава, структуры и свойств бетона, а также от материала фибр, их армирования [100, 101].
Основным механизмом увеличения прочности бетона, армированного стальными волокнами, является увеличение прочности сцепления арматуры с бетоном.
Механизм увеличения прочности заделки волокон в армированной матрице можно объяснить тем, что между стальным волокном и цементной матрицей существует слой контактной зоны, имеющей большую прочность и плотность, чем остальной объем бетона. В данном случае под контактной зоной понимается не только геометрическая поверхность раздела между волокном и бетоном, но и прилегающие к ней области, на которые распространяется влияние физико-механических процессов, происходящих при взаимодействии фибр и матрицы на стадии их формирования и эксплуатации композита. Вклад контактной зоны и прочности сцепления в конечную прочность фибробетона, вследствие развитой поверхности волокон более существен, нежели в железобетоне. Не менее показательными в этом отношении являются результаты, приведенные в [32, 72, 82], где исследовалось влияние параметров фибрового армирования на прочность сцепления стержней периодического профиля различных диаметров с бетоном.
До сих пор одним из наиболее распространенных методов оценки прочности сцепления (касательных напряжений на границе раздела фаз «волокно — матрица») являлось испытание на выдергивание одиночного волокна из бетона или фибробетона, с использованием разрывной машины и специального устройства, обеспечивающего центральное приложения нагрузки. В процессе такого испытания измеряется величина прикладываемого усилия и взаимное смещение волокна и матрицы.
Указанный способ, хотя и дает представление о взаимосвязи фибр с бетоном, но не позволяет получить адекватной количественной оценки прочности сцепления, что порождает массу противоречий и неясностей. Так, в ряде случаев, повышение прочности сцепления, определяемое при испытании на выдергивание, не отражается на прочности композита при растяжении. Очевидно, напряжения в матрице и волокнах, а, следовательно, величина сцепления, отличаются при различных способах нагружения композита. В испытаниях на выдергивание единичного волокна не учитывается изменение состояния матрицы и взаимодействие фибр, которые имеют место в реальных условиях работы ста-лефибробетона. Поэтому, для получения более достоверной информации о прочности сцепления дисперсной арматуры с бетонной матрицей, представляется целесообразным определять его в процессе испытания сталефибробетон-ных образцов. С учетом изложенного, на кафедре ТСИиК СПбГАСУ разработан расчет-но-экспериментальный метод, в соответствии с которым определяется не (т), а характеристика сцепления (фт), где (ф) - комплексный коэффициент, не требующий расшифровки при выполнении расчетов по уравнению прочности фибробетона [101].
Сущность методики определения показателя (фт) заключается в нахождении опытным путем такого минимального значения коэффициента насыщения, до которого вводимые волокна практически не проявляют армирующего эффекта, но после которого наблюдается устойчивый рост прочности композита. Согласно предлагаемой методике, в качестве исходной смеси используется цементное тесто нормальной густоты. При этом армированные и неармированные образцы определенного состава получают из одного замеса, который делят на несколько частей: из одной формуют цементные образцы, а в другие перед формованием добавляют различные, постоянно увеличивающиеся, количества фибр. По результатам испытаний строится график «Прочность - коэффициент армирования», по которому определяется положение точки, соответствующей сформулированному выше условию [100, 101].
Прогнозирование прочностных и деформативных характеристик сталефибробетонов
В настоящее время существующие теории прочности и трещиностойко-сти не дают полного объяснения процесса разрушения конструкционных материалов. Сложность проблемы трещиностойкости обусловлена их многокомпо-нентностью, влиянием свойств составляющих, поэтому важным является выбор критерия, который мог бы комплексно охарактеризовать основные параметры образования и роста трещин [39].
В основе процессов трещинообразования конструкционных материалов под действием нагрузки лежат фундаментальные принципы физико-механической концепции разрушения. Раньше считалось, что твердое тело как однородная среда разрушается мгновенно при достижении предельного значения внешней механической нагрузки. В результате проведенных экспериментов оказалось, что теоретическая прочность твердых тел на два-три порядка выше их фактической прочности. А.Ф. Иоффе в результате исследований прочности кристаллов поваренной соли объяснил несоответствие между идеальной и экспериментальной прочностями следующим образом. Разрыв не происходит сразу по всему сечению, а начинается с небольшой трещины, которая углубляется, разделяя кристалл на две части. В каждый момент времени вся нагрузка действует только на небольшой участок около края трещины, а для этого маленького участка нагрузка достаточно велика, чтобы углубить трещину [93].
А. Гриффите [141] предложил энергетический подход к описанию хрупкого разрушения материалов. Согласно этой теории реальная прочность твердого тела в значительной мере зависит от дефектов в его структуре. К числу дефектов, связанных с нарушением сплошности, относятся микро- и макропоры, трещины. Принцип А. Гриффитса основан на том, что потенциальная энергия твердого тела, накопленная им в процессе упругого деформирования, перед разрушением превращается в поверхностную энергию образующихся новых поверхностей. Следовательно, трещина будет распространяться в том случае, если высвобожденная энергия упругих деформаций превосходит увеличение поверхностной энергии при образовании новых поверхностей.
Теория А. Гриффитса была разработана применительно к хрупким однородным материалам типа стекол. Для тел, не обладающих идеальной упругостью, образование новой поверхности при развитии трещин сопровождается остаточными деформациями, что характерно для металлов и бетона [94].
Дальнейшее развитие концепция А. Гриффитса получила в работах Р. Ирвина и Е. Орована. Авторами предложено рассматривать энергию на образование новых поверхностей тела при разрушении как сумму истинной удельной поверхностной энергии и энергии, поглощаемой пластической деформацией в приповерхностном слое тела. Теория Гриффитса-Ирвина-Орована может быть применена лишь в том случае, если возникающие в зоне предразрушения пластические деформации значительно уступают размерам трещины.
Разработка физических моделей образования и развития трещин на основе энергетического подхода в последующем производилась И.В. Обреимовым, П.А. Ребиндером, Я.И. Френкелем, Г.И. Баренблаттом, Ю.П. Желтовым, Е.М. Морозовым, Г.П. Черепновым и другими учеными [93].
В процессе разрушения конструкционных материалов наряду с энергетическим подходом большое значение имеет силовой критерий, учитывающий распределение критических напряжений, деформаций или смещений вблизи вершины (кончика) трещины. Впервые предложили силовой подход для определения начала распространения трещины в деформируемом твердом теле К. Витхард, М.Л. Вильяме и Дж.Р. Ирвин. Согласно их предпосылкам, существуют три основных типа разрушений материалов при распространении трещины в условиях действия внешних нагрузок: нормальный отрыв или разрыв, поперечный сдвиг, продольный сдвиг.
Дж.Р. Ирвином был получен силовой критерий для определения начала страгивания и роста трещины в деформируемом твердом теле, который заключается в следующем: распространение трещины происходит тогда, когда коэффициент интенсивности напряжений становится равным некоторой постоянной для каждого материала максимальной величине Kic [93]. Аналогичный критерий, учитывающий силы сцепления в малой области предразрушения около вершины трещины, был предложен Г.И. Баренблаттом [94].
Дальнейшие исследования Л.Т. Бережницкого, В.В. Панасюка, Г.П. Черепанова, Г.С. Писанко и других исследователей позволили обобщить критерий разрушения при сложном напряженном состоянии.
Вышеуказанные подходы свидетельствуют о наступлении предельно-равновесного состояния твердого теля с трещиной. Последующий рост трещин может происходить устойчиво и неустойчиво. Если внешняя нагрузка постоянна, то трещина неподвижна [93].
В последнее время механика разрушения материалов, основанная на теории Гриффитса, получила дальнейшее развитие при анализе процессов разрушения твердых тел. При этом рассматривалось напряженное состояние материала с уже существующей трещиной, получающей развитие от действующих напряжений. Разрушение происходит в тот момент, когда трещина становится неравновесной и пересекает твердое тело со скоростью, близкой к скорости звука в материале, разделяя его на части. В процессе изготовления и эксплуатации неоднородных материалов в них всегда имеются микро- и макротрещины, которые получают развитие под действием напряжений.
