В.М. БОНДАРЕНКО, д-р техн. наук, академик РААСН, ФЕНОМЕНОЛОГИЯ КИНЕТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ БЕТОНА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В АГРЕССИВНОЙ СРЕДЕ
Задачи обеспечения безотказной эксплуатации, конструктивной безопасности, живучести зданий, сооружений, коммуникационных и транспортных систем вследствие ряда объективных неотвратимых факторов экстремального природного, техногенного или диверсионного происхождения, предельно обострившихся в текущем тысячелетии, не могут быть исчерпывающе решены в рамках существующих объемно-планировочных композиций, конструктивных и расчетных концепций.
В частности, применительно к бетонным и железобетонным конструкциям, эксплуатируемым в агрессивных средах или подвергающихся разрушительным физическим воздействиям, отсутствуют необходимые обобщения, объективно необходимые для построения расчетных моделей силового сопротивления бетонов и железобетонных конструкций.
Как известно, структура бетона меняется в зависимости от возраста, температуры, влажности, барометрических условий существования; уровня знака, режима и продолжительности силового нагружения, а также при нетрадиционных химико-коррозионных, электромагнитных, физиковолновых и т.п. воздействиях внешней среды. Установлено, например, что с ростом сжимающих статических напряжений бетон вначале уплотняется, а затем разуплотняется вплоть до разрушения; при этом вначале общие пористость и проницаемость уменьшаются, затем поры множатся, соединяются между собой, превращаются в магистральные трещины, проницаемость бетона увеличивается. В связи с этим если процесс коррозионных повреждений вначале носит затухающий, так называемый кольматационный, характер, то с ростом напряжений и изменением структуры материала повреждения сначала развиваются фильтрационно, а затем превращаются в лавинные.
Другими словами, каждому уровню нагружения соответствуют свои параметры силового и противокоррозионного сопротивления. Этим принципиально отличается предлагаемая расчетная модель от известных моделей.
В качестве основного иллюстративного примера рассматриваются физико-химическое повреждения изгибаемого железобетонного элемента при одностороннем по внешней сжатой фибре контакте с агрессивной средой. Исходное уравнение записывается в предложенном ранее виде, но с существенным обобщением за счет введения изменчивости параметров кинетики повреждений.
При m > 0 происходит кольматационное торможение углубления повреждений, а общая их глубина 8(t, to) ограничена некоторой асимптотической величиной tKp(to) - область А. При m < 0 происходит лавинное развитие повреждений, приводящее к разрушению бетона в момент времени tKp - область B. При m 0 наблюдается так называемое фильтрационное развитие повреждений, характерное свободным перемещением агрессивной среды с неизменной скоростью.
В соответствии с отмеченными выше изменениями структуры бетона (плотностью, пористостью, проницаемостью), сопровождающими разные уровни нагружения, представим графики для параметров 8Kp, m (рис. 2,3). Заметим, что в данном случае они подчиняются принципу створа И.А. Рыбьева.
Изменение параметра a в области сжатия в зависимости от уровня напряжений также находим экспериментально.
Бетон и железобетон, 2008 №2