К.А.ПИРАДОВ, д-р техн. наук (Московский государственный открытый университет, НИИЖБ), Т.Л.МАМАЕВ, канд. техн. наук, Т.А.КОЖАБЕКОВ, С.М.МАРЧЕНКО, инженеры (НИИЖБ), Физико-механические, силовые, энергетические и структуроформирующие параметры бетона
Исследование структурных параметров бетона, влияние их на долговечность, физико-механические характеристики и параметры трещиностойкости удобнее всего изучить при помощи планового эксперимента. Так как выбор плана - это всегда компромиссное решение, то нами был выбран план эксперимента для полиномиальных моделей второго порядка. В качестве параметров оптимизации были выбраны следующие получаемые из эксперимента характеристики. Кроме того, по полученным структурным характеристикам рассчитана долговечность (теоретическая) каждого из составов бетона при фиксированном перепаде температур (-20+20С) по методике [1J. В качестве факторов варьирования были выбраны 4 независимые характеристики состава бетона: 1) количество цемента на 1м3- Ц: 2) водоцементное отношение- ВЦ: 3) количество заполнителя в единице объема- Kiu\ 4) максимальный размер круиного заполнителя - dmax.
Нами выбран насыщенный трехуровневый план [2] со следующими характеристиками: число независимых переменных (размерность)- 4; число неизвестных параметров- 15; число наблюдении в плане - 15; определитель нормированной
ковариационной матрицы - 1.24x10°; приведенный определитель нормированной ковариационной матрицы -1.6; эффективность плана по Д-критерию (Д- эффективность - 0.894;
Составы бетонов, подобранных в соответствии с матрицей планирования эксперимента, приведены в табл. 1. Некоторые из составов были «экстремальными»; в практике строительства такие составы не применяются. Однако сужение интервалов варьирования привело бы к уменьшению области определения полученных моделей, а проектирование эталонных составов с учетом всех традиционных технологических требований и условностей вообще бы сократило число наблюдений в плане до 1; плановый эксперимент это всегда жесткие и литые бетонные смеси.
После реализации матрицы планирования были получены физико-механические и энергетические характеристики бетонов 15 составов, представленные в табл. 2. В последнем столбце таблицы приведены теоретические значения долговечности всех составов бетона. Использовался щебень фракции при: тса=10мм -5-10мм, (/тах=20мм - 10-20мм и Дтах=30мм - 20-30мм. то есть при изготовлении смеси применялся крупный заполнитель только одной фракции.
Струкгуроформирующие параметры исследованных бетонов приведены в табл. 3.
Окончательно были получены следующие полиномиальные модели для исследуемых характеристик (приведены некоторые из них):
Приведем некоторые заслуживающие внимания выводы по результатам эксперимента:
- увеличение количества пор. микро- и макротрещин ведет к снижению параметров трещиностойкости и при нормальном отрыве и при поперечном сдвиге, а прочностные параметры менее чувствительны к изменению количества пор в структуре;
- увеличение округлости пор приводит к увеличению как силовых и энергетических параметров, так и прочности, что вполне оправдано, так как круглые поры имеют способность задерживать развитие трещины и гасить высокую концентрацию напряжении в вершинах этих трещин;
- структуроформирующие характеристики бетона хорошо коррелируют с параметрами его трещиностойкости К Кцс и плохо - с прочностными характеристиками (рис.1 и 2), что говорит о возможности с помощью констант механики разрушения интегрально оценивать и структуру, и трещиностойкость бетона:
- прогноз долговечности бетона может быть осуществлен по величине критического коэффициента интенсивности напряжений; связь между прочностью бетона и долговечностью неустойчива (рис.З), что говорит о том, что для прогноза долговечности применимы только параметры механики разрушения.
Отметим, что на базе зависимостей (1...6) разработана методика подбора состава бетона по его требуемой долговечности.
Бетон и железобетон, 2002 №2