ОПЕРАТИВНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО БЕТОНА НА БАЗЕ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

Аннотация

Приводится методика оперативного определения водопроницаемости гидротехнического бетона, использующая математическую модель процесса разрушения этого материала, базирующуюся на аппарате механики разрушения.

Полный текст

Надёжность работы гидротехнических сооружений определяется двумя группами факторов: суровостью внешних воздействий и способностью материала противостоять названным воздействиям. Обе группы факторов закладываются в основные параметры проектирования будущего объекта гидротехнического строительства. Ошибки в неучёте хотя бы одного из параметров внешних воздействий могут привести к значительным затратам материально-технических ресурсов в процессе эксплуатации сооружения. Наиболее существенными внешними воздействиями на бетонные конструкции гидротехнических сооружений являются гидростатическое давление и циклическое замораживание. Способность противостоять этим видам внешнего воздействия у бетонов называется водопроницаемостью и морозостойкостью. Оба параметра тщательно контролируются в процессе возведения бетонных конструкций гидротехнических сооружений и для этого применяются оперативные методы, существенно сокращающие затраты времени и средств на такие операции. Современные оперативные методы контроля качества материалов имеют тенденцию к повышению точности и снижению затратности процессов измерения. Последнее возможно в тех случаях, когда методы базируются на математических моделях, наиболее точно описывающих условия работы материала при определённом виде внешнего воздействия, и применяют приборную реализацию, обладающую высокой точностью и надёжностью. В данной статье приведено описание оперативного метода определения водопроницаемости бетона, базирующегося на аппарате механики разрушения и использующего современные акустические методы определения физико-механических характеристик бетона. В работе [1] изложены материалы теоретических исследований процессов разрушения бетона гидростатическим давлением и представлена математическая модель, достаточно полно и точно описывающая зависимость водопроницаемости бетона от начальных физико-механических характеристик материала и интенсивности гидростатического давления. Было показано, что на сопротивление бетона внешнему воздействию, в виде гидростатического давления, влияют две группы факторов: параметры начальных физико-механических характеристик бетона, таких как поверхностная энергия, модуль упругости и коэффициент Пуассона и значения кинетических характеристик, такие как склонность бетона к трещинообразованию и интенсивность трещинообразования, определяющих суровость условий внешнего воздействия, а именно интенсивности гидростатического давления. Там же установлено, что при стандартных условиях испытания бетона на водопроницаемость [2], когда интенсивность внешнего воздействия на бетон строго регламентирована Д.В. Попов и постоянна, значения совокупности кинетических характеристик остаются также величиной постоянной. При этом зависимость водопроницаемости бетона от начальных физико-механических характеристик имеет вид: 0,00059E Значения поверхностной энергии могут определяться двумя способами, разработанными В.П. Поповым [4]: разрушающим и неразрушающим. В первом случае применяются образцы-пластины, имеющие в центре отверстие, в которое вставляются стальные рычаги, разрывающие пластину. В проW  3 . (1   2 ) цессе испытания замеряется энергия разрушения образца и определяются значения поверхностной энергии бетона. Второй способ определения значеЗдесь W водопроницаемость бетона, МПа;  поверхностная энергия, Дж; E модуль упругости, МПа;  коэффициент Пуассона, величина безразмерная; 0,00059 численные значения совокупности кинетических характеристик, соответствующие стандартным условиям испытания, МПа/м. Таким образом, определяя три начальные физико-механические характеристики бетона, можно вычислить значения его водопроницаемости. Измерение указанных характеристик малозатратными и точными методами позволяет разработать новый способ определения водопроницаемости бетона, для которого не требуется применение громоздкого и энергоёмкого оборудования. При этом максимально сокращаются затраты времени на процесс испытания, что позволяет считать такой способ оперативным. Именно этой задаче и были посвящены дальнейшие исследования автора. Анализ имеющихся способов определения значений модуля упругости и коэффициента Пуассона привёл к выводу, что наиболее простыми, малозатратными способами определения значений этих характеристик являются акустические ультразвуковые методы. Их преимущество ещё и в том, что они являются неразрушающими, что позволяет повысить точность измерения искомых параметров за счёт увеличения числа измерений и статистической обработки последних. При этом использовались методические рекомендации, изложенные в [3]. Сущность методов определения значений модуля упругости и коэффициента Пуассона заключается в том, что в испытываемых образцах бетона при помощи ультразвукового бетоноскопа, имеющего осциллографический экран, замеряются скорости прохождения продольных и поперечных ультразвуковых волн, по величине которых и вычисляют значения искомых параметров. ний поверхностной энергии основан на сравнении значений энергии сверления, затрачиваемой сверлом на образование определённого высверленного объёма в эталонном образце бетона, значения поверхностной энергии которого известны, и испытуемом. Второй способ интересен тем, что не требует изготовления бетонных образцов нестандартной формы и может быть использован в реальных ранее возведённых конструкциях. Здесь следует отметить, что предложенный метод определения водопроницаемости бетона, в отличие от стандартного, не требует изготовления специального испытательного стенда и бетонных образцов специальной формы, сокращает сроки проведения испытаний и позволяет в ряде случаев определять значения водопроницаемости в реальных возведённых конструкциях. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Попов, Д.В. Моделирование процессов разрушения бетона гидростатическим давлением на базе механики разрушения [Текст] / Д.В. Попов, С.Ф. Коренькова, В.П. Попов // Известия ВУЗов. Строительство и архитектура.2010.№ 10. – С.3-7. ГОСТ 12730.5-84. Бетоны. Метод определения водонепроницаемости [Текст]. – М.: Стройиздат, 1985. Методика по определению прочностных и деформационных характеристик при одноосном статическом сжатии. МИ 11-74 [Текст]. – М.: Стандарты, 1975. – 68 с. Комохов, П.Г. Энергетические и кинетические аспекты механики разрушения бетона [Текст] / П.Г. Комохов, В.П. Попов. – Самара: Изд-во РИА, 1999. – 111 с. © Попов Д.В., 2012