Вестник отделения строительных наук РААСН 2011 №15

Подождите немного. Документ загружается.

230

____________________________________________

Таблица 1 –

Многоуровневая орга

композитов (иерархия структуры на примере плотных макро

пористых бетонов

Масштабные

уровни

структуры

Мегакомпозиционный

(

структура

материала

структуре

конструкции

Макрокомпозиционный

(0,2

Мезокомпозиционный

плотный пористый

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТ

МОСКВА

____________________________________________

_____________________________________________________________________

Многоуровневая орга

низация структуры конгломератных строительных

композитов (иерархия структуры) на примере плотных макро

пористых бетонов

[2]

Масштабные уровни структуры

Идентификация

уровня структуры

(

структура

конструкции

)

Строительная конструкция

Характеристические размеры

мер

рабочего

сечения

Матричный материал

–

бетоны плотные макр

пористые

;

тяжелые

легкие

;

крупно

розернистые

и т п

Включения

зерна

крупного

заполнителя

ченно

размещенные

объеме

конструкции армату

ные

элементы

конструктивные пустоты и отве

стия

функциональные

слои

Контактная зона

–

слой

бетона вблизи арматуры

≤ = 10

-2

Неоднородности и дефекты в структуре

рукции

геометрическая

неоднородность констру

ции

макроструктурная

неоднородность материала

макротрещины

обнажение

арматуры каверны и

≥ 10

(0,2

0,5)·10

Материал конструкции

Характеристический размер

сечения

конструкции

Матрица

–

цементно

песчаный камень

Включения

–

зерна

крупного заполнителя

= 5·10

-3

…1,5·10

-1

плотных бетонах разнора

мерные

макропоры

=5·10

-5

…5·10

ристых

бетонах

Контактная зона

1) «

заполнитель

–

цементно

= (2…5)·10

поверхность

раздела

твердой и газовой фаз

Неоднородности и дефекты в структуре мат

риала конструкции

макромасштабная анизотр

пия

макромасштабная

структурна

ность

макротрещины

разрывы межпоровых пер

городок

5)·10

Цементно-

песчаный камень матрица

Характеристический размер

–

вого

слоя

или

межпоровой

перегородки бетона

Матрица

–

цементный

камень микробетон

Включения

–

зерна

мелкого заполнителя

= 1,4·10

-4

…1,5·10

Контактная зона:

заполнитель

мень

= (2…5)·10

-5

(2…5)·10

Неоднородности и дефекты в структуре цементно

песчаного камня

мезоструктурная

макро

мезотрещины

≥ 10

-4

(10

плотный пористый

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТ

ЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_____________________________________________________________________

низация структуры конгломератных строительных

композитов иерархия структуры на примере плотных, макро

- и микро-

Идентификация уровня

структуры

Строительная конструкция

Характеристические размеры

–

наименьший

раз

рабочего

сечения

бетоны

(

плотные

макр

пористые тяжелые легкие

;

крупно

мелко

мик

розернистые

зерна крупного

заполнителя

упорядо

ченно размещенные в объеме

конструкции

армату

ные элементы конструктивные

пустоты

отве

стия функциональные

слои

≥ 5·10

-3

;

слой бетона

вблизи

арматуры

Неоднородности и дефекты в структуре

конст-

геометрическая неоднородность

констру

ции макроструктурная неоднородность

материала

макротрещины обнажение

арматуры

каверны

Материал конструкции

(бетон

)

–

наименьший

размер

сечения конструкции

≥ 3·10

-2

песчаный

камень

зерна крупного

заполнителя

м в плотных

бетонах

;

разнора

…5·10

-3

макропо

ристых бетонах

Контактная зона

цементно

песчаный

камень

= (2…5)·10

-5

;

поверхность раздела твердой

газовой

фаз

;

Неоднородности и дефекты в структуре мат

е-

макромасштабная

анизотр

пия макромасштабная структурна

неоднород

ность макротрещины разрывы

межпоровых

пер

≥ 10

-4

песчаный камень (матрица)

бетона

–

толщина

межзерно

вого слоя или межпоровой

перегородки

бетона

цементный камень

(

микробетон

);

зерна мелкого

заполнителя

…1,5·10

-1

заполнитель

–

цементный

ка

(2…5)·10

нм

Неоднородности и дефекты в структуре цементно

мезоструктурная

неоднородность

и мезотрещины

(10

нм

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТ

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_____________________________________

_______________________________________________

Микрокомпозиционный

Субмикрокомпозиционный

Ультрамикрокомпозиционный

×(1÷1,5)·10

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТ

ЕЛЬНЫХ

НАУК

_______________________________________________

_____________________________

5)·10

Цементный камень (микробетон

цементно-

песчаного бетона

Характеристический размер

–

вого

слоя

цементно

песчаного камня или межпор

вая

перегородка

макропористого

Матрица

–

цементирующее вещество

Включения

–

зерна

инертного микронаполнителя

остаточные

зерна

химически

активного микрон

полнителя

негидратированные зерна клинкера

= 10

-5

…2·10

-4

(10

…2·10

поры

= 1·10

-6

…2·10

-4

(1·10

Контактная зона в

системе

зерно включения

ментирующее

вещество

»,

поверхность раздела

твердой

фазы

газовой фа

Неоднородности и дефекты в структуре цемен

ного камня:

микрокомпозиционные неоднородн

сти

микротрещины

Субмикрокомпозиционный

××××

÷÷÷÷

7)·10

ементирующее вещество

микробетона

Характеристический размер

вой

прослойки

микробетоне

Матрица

–

новообразования

цементирующего в

щества

Включения:

капиллярные поры

= 1·10

-6

…2·10

-4

(1·10

Контактная зона:

межансамблевые контакты п

верхность

раздела

твердой и газовой фаз

Неоднородности и дефекты в структуре цемент

рующего вещества:

ансамбли кластеры криста

литов

скрытокристаллическая и аморфная фазы н

вообразований

микротрещины

Ультрамикрокомпозиционный

Совокупности новообразований

стеры кристаллитов , скрытокристаллических и

аморфных фаз в цементирующем веществе

Характеристический размер:

размер ансамблей кл

стеров

кристаллитов

зон

скрытокристаллических и

аморфных

фаз

;

расстояние

между ансамблями кл

стерами

кристаллитами

зонами скрытокристаллич

ских

аморфных фаз

Матрица:

твердая

фаза

новообразований

Включения:

поры

кристаллического сростка скр

токристаллических

аморфных образований м

жансамблевые

межкластерные поры

= 1·10

-8

…5·10

-6

(10…1000

нм

Контактная зона:

поверхность раздела твердофаз

вой

газообразной

(

поровой

)

составляющих нов

образований

цементирующего вещества

Неоднородности

и дефекты в ансамблевой кл

стерной структуре цементирующего вещества

нарушения

местах

контактирования кристаллич

ских

скрытокристаллических и аморфных образ

ваний

ансамблей

и кластеров

_____________________________

231

Цементный камень (микробетон)

песчаного бетона

–

толщина

межзерно

песчаного

камня

или

межпор

вая перегородка макропористого

бетона

цементирующее

вещество

зерна инертного

микронаполнителя

остаточные зерна химически

активного

микрон

полнителя негидратированные

зерна

клинкера

…2·10

нм

капиллярные

(1·10

…5·10

нм

зерно

включения

–

це

ментирующее вещество

»,

поверхность

раздела

твердой фазы и газовой

фа

зы

Неоднородности и дефекты в структуре цемен

т-

микрокомпозиционные

неоднородн

микротрещины

ементирующее вещество

(матрица)

микробетона

–

толщина

межзерно

вой прослойки в микробетоне

новообразования

цементирующего

щества

капиллярные

поры

(1·10

…5·10

нм

межансамблевые

контакты

верхность раздела твердой

газовой

фаз

Неоднородности и дефекты в структуре цемент

и-

ансамбли

(

кластеры

)

криста

литов скрытокристаллическая

аморфная

фазы

вообразований микротрещины

Совокупности новообразований

– ансамбли, кла-

стеры кристаллитов скрытокристаллических и

аморфных фаз в цементирующем веществе

размер

ансамблей

кл

кристаллитов зон скрытокристаллических

расстояние между

ансамблями

кл

стерами кристаллитами зонами

скрытокристаллич

ских и аморфных

фаз

твердая фаза

новообразований

поры кристаллического

сростка

скр

токристаллических и аморфных

образований

;

жансамблевые и межкластерные

поры

(10…1000

нм

поверхность

раздела

твердофаз

вой и газообразной поровой

)

составляющих

нов

образований цементирующего

вещества

и дефекты в ансамблевой, кл

а-

стерной структуре цементирующего вещества:

нарушения в местах контактирования

кристаллич

ских скрытокристаллических

аморфных

образ

ваний ансамблей

кластеров

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

232

_________________________________________________________________________________________________________________

Нанокомпозиционный

(1,2

1,5)·10

Твердофазовая субстанция цементирующего

вещества

Характеристический

размер

–

габариты

кристалла

аморфной

области

новообразований

Матрица

субстанция

единичного

структурного

обра

зования

(

материал

кристалла

аморфной

фазы

Включения

вакансии

замещения

дислокации

кри

сталлической

решетки

субстанции

= 1,5·10

-9

…4·10

-9

(1,5…4

нм

Неоднородности

дефекты

твердофазовой

суб

станции

поверхностные трещины

кристаллов

;

разо

риентация

кристаллической

решетки

контактной

зо

не

родственных

по

составу

кристаллов

;

несоответствие

параметров

решеток

разных

по

составу

кристаллов

контактирующих

сростке

;

механические

нарушения

целостности

контактной

зоны

кристаллов

аморфной

об

ласти

новообразований

Атомно-молекулярный

Единичное

структурное

образование

дальним

по

рядком

t ~ 1

нм

(

кристаллическое

состояние

)

Единичное

структурное

образование

ближним

порядком

(

аморфное

состояние

)

Единичное структурное образование

(кристаллохимическая разность)

Система

взаиморазмещения

взаимодействия

анионов

катионов

(

например

для

гидросиликатов

кальция

строение

единичного

структурного

образования

соот

носится

сочетанием

крупных

катионов

кальция

кремнекислородных

тетраэдров

зависимости

от

чего

различают

островные

цепочечные

слоистые

каркас

ные

др

типы

ионных

кристаллических

решеток

Структурные

характеристики

кристаллохимических

разностей

межатомное

расстояние

(

период

решетки

угол

между

атомными

(

ионными

)

связями

межпло

скостное

расстояние

Неоднородности

дефекты

структуре

кристалло

химических

разностей

–

вакансии

замещения

дисло

кации

Кластеризация структуры термодинамически и синергетически объяснима. Такой про-

цесс является отражением стремления структурированной системы материала обрести мини-

мально возможный запас внутренней избыточной энергии. И осуществляется это посредством

агрегирования, флокулирования и т.п., то есть именно кластеризации структуры. Данное явле-

ние касается всех масштабов структуры. Внешне это выглядит как образование ансамблей,

гроздей (кластеров) из элементарных объемов материала соответствующего масштабного

уровня (рисунок 2) с новыми по отношению к существующим границами раздела (рисунок 3).

Эти новые границы по определению (термодинамически) должны обладать меньшим уровнем

силовых взаимодействий, чем внутрикластерные. Последствием кластеризации окажется сни-

жение меры рассеивания внешней энергии по объему материала, так как при кластеризации

уменьшается фактическая задействованность площади поверхности структурных границ раз-

дела. Действительно, более «слабая поверхность раздела» кластеризованной структуры как бы

выключает (в определенной мере) из работы внутрикластерные границы раздела. В результате

может иметь место двойной эффект понижения потенциала сопротивления материала разру-

шению. Первый из них объясняется уменьшением задействованности границ раздела в дисси-

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

233

пации энергии и тем самым в повышении относительного уровня силового воздействия на

«кластерной» границе раздела, а второй – относительным уменьшением числа и силы (прочно-

сти), связей образующихся межкластерных границ раздела.

Таблица 2 – Двухкомпонентные системы по масштабным уровням структуры компози-

та «как такового» (на примере силикатных автоклавных материалов) [2]

Наименование

двухкомпонент

ной

системы

Компоненты

системы

Линейный

размер

включений

Масштабный

уровень

структуры

матрица

включение

бетон

плотный

поризованный

ячеистый

силикатный

микробетон

зерна

заполнителя

поры

ячеистые

воздухововлечения

4)·10

(3÷20)·10

-4

(2÷10)·10

-4

макрокомпозици

онный

мезоком

позиционный

силикатный

мик

робетон

Цементирующее

вещество

остаточные

зерна

кремнеземистого

других

исходных

компонентов

(1÷20)·10

-5

микрокомпозици

онный

цементирующее

вещество

кристаллический

сросток

капиллярные

поры

(

поровое

пространст

во

между

отдельны

ми

зонами

сростка

)

1·10

-8

÷20·10

-6

(10-

1000

нм

)

субмикрокомпози

ционный

кристаллический

сросток

совокупность

кристаллов

или

субмикрокри

сталлов

отдель

ной

зоне

кристал

лического

сростка

гелевые

контрак

ционные

поры

(

меж

кристаллическое

по

ровое

пространство

)

-9

÷10

-7

(1-100

нм

)

ультрамикрокомпо

зиционный

кристалл

или

субмикрокри

сталл

материал

индиви

дуального

кри

сталла

(

субмик

рокристалла

)

вакансии

замеще

ния

дислокации

трещины

-9

÷10

-8

(1-10

нм

)

нанокомпозицион

ный

Как следует из представленного рассмотрения, кластеризация структуры должна пони-

жать величину локального максимального напряжения, которая потребуется для разрушения ма-

териала. И это напряжение будет меньше, чем напряжение разрушения структуры без кластеров:

класт

loc max

maxloc

(9)

Такое понижение, по-видимому, может быть выражено соответствующим коэффициентом:

класт

loc

max.

> 1, (10)

который будет отражать влияние кластеризации структуры как процесса изменения характе-

ристик неоднородности структуры материала. Специально укажем, что кластеризация может

проходить и в технологическом и в эксплуатационном циклах, являясь результатом развития

структуры в технологии, ее последующей самоорганизации, а также изменения структуры

под действием факторов среды. Теперь остановимся на границах раздела в структуре.

Композитный материал объективно-субъективно имеет границы раздела его струк-

турных элементов, составляющих, фаз. Объективность выражается в том, что композитные

материалы по определению складываются из разнородных по их характеристикам компонен-

тов, а субъективность – в том, что в формирование структуры целенаправленно вмешивается

материаловед-технолог, меняя исходные составляющие, технологические условия структу-

рообразования композита; предопределяющей причиной наличия границ раздела является

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

234

_________________________________________________________________________________________________________________

образование их не только в технологическом цикле при получении материала, но и в экс-

плуатационном цикле при применении материала.

х3000 х10000

Рисунок 2 – Пример кластеризации структуры цементирующих веществ

силикатного автоклавного бетона

х30000 х30000

Рисунок 3 – Пример межкластерной границы в цементирующем веществе

силикатного автоклавного бетона

Именно границы раздела, соотносимые с существованием скачка субстанциональных

критериев «соседствующих» составляющих, обуславливают формирование на них напряже-

ний посредством их локализации и концентрации, а в целом диссипации, то есть рассеивания

и распределения энергии внешнего механического воздействия на материал в энергию на-

пряжений его структурных связей.

Для анализа влияния границ раздела в явлениях трансформации энергии внешнего

воздействия, диссипации ее в структуре материала важен ответ на вопрос о «задействованно-

сти» границ раздела в процессах локализации и концентрации. Ответ, в общем-то, очевиден:

«задействованность» границ раздела созданной или конструируемой структуры материала

неодинакова. И прежде всего потому, что единичные границы отличаются параметрами

скачка субстанциональных, геометрических, статистических характеристик составляющих

фаз. Это понятно. Но и потому, что проявляется влияние фактора кластеризации первичной

структуры, когда, как мы уже отметили, образуются межкластерные более «слабые» по

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

235

прочности границы раздела, «выключающие» из работы (из действия) сопротивления разру-

шению внутрикластерные границы раздела и соответствующие структурные связи.

Вариации состояния границ раздела, контакта в реальном композите иллюстрируются

электронными их снимками, показывающими, что границы могут быть резкими и «размы-

тыми», плавно проявляющимися (диффузными), иметь разную протяженность, быть нару-

шенными и иметь разрывы, трещины по границе матричного материала и включения (рисун-

ки 4-6). Именно такие вариации и явились основанием для соответствующей формализации

выделяемых нами разновидностей скачка субстанциональности на контактной границе (см.

часть I публикации).

х 2000 х 3000

Рисунок 4 – Пример конгломератной

структуры микробетона

Рисунок 5 – Микрозернистое включение в

матрице цементирующего вещества

Идентификация структуры материала в структуре конструкции, а именно его мегаст-

руктуры, отвечает необходимости рассмотрения и учета роли однородности – неоднородно-

сти строения материала как такового в формировании напряженно-деформированного со-

стояния характеристических сечений строительной конструкции. В сущности это известная

проблема о геометрической соразмерности макроразмерного структурного элемента (вклю-

чения) материала с характеристическими размерами конструкции, а именно с минимальными

ее толщинами, с минимальными расстояниями между арматурными стержнями и др. Это

проблема однородности – неоднородности структуры композита по отношению к структуре

конструкции, отражаемая показателем квазиоднородности, масштабным фактором.

х1

0000

х1

0000

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

236

_________________________________________________________________________________________________________________

Рисунок 6 – Пример контактной зоны (границы раздела) матрицы и включения

в силикатном автоклавном бетоне

Идентификация мегаструктуры не ограничивается только вопросом квазиоднородно-

сти. Она касается и однородности всего объема строительной конструкции с точки зрения так

называемого блочного строения (крупно- или мезоблочного) ее объема (рисунок 7). Это может

быть следствием, например, проявления пристенных и внутриобъемных эффектов при формо-

вании, уплотнении и твердении бетона в формах, в результате чего образуется детерминиро-

ванная неоднородность, как в случае пристенных эффектов, а также стохастическая неодно-

родность, когда отдельные, достаточно крупные или менее крупные части объема изделия об-

наруживают статистическое различие плотности, прочности и оказываются потому разделен-

ными соответствующими границами (исследования С.С. Гордона, Л.И. Иосилавского,

Л.Б. Мойжеса, Н.Г. Стулия, Л.П. Трапезникова, С.М. Скоробогатова [22] и др.).

Осуществленное рассмотрение вопроса идентификации структурно-неоднородных

конгломератных строительных композитов исходило из концепции идентификации не толь-

ко структуры самого материала, но и структуры его в строительной конструкции.

Такое рассмотрение соответствует логике общей аналитической трактовки процесса

формирования напряженно-деформированного состояния, величины максимально локализо-

ванного напряжения σ

loc.max

в i-ой части объема материала, выражаемого соотношением (2).

Представляется, что выполненная идентификация, которая, разумеется, нуждается в со-

ответствующей детализации, позволяет преодолеть существовавшую фрагментарность пони-

мания роли категории «однородность – неоднородность структуры» в управлении сопротивле-

нием композитов разрушению, показать ее место более комплексно, более системно как с точ-

ки зрения интересов механиков композитов и конструкций, так и материаловедов-технологов.

О формализации строения структурно-неоднородного композита

Как уже отмечалось, формализация строения конгломератных строительных компози-

тов как структурно-неоднородных систем имеет целью обоснование физических их моделей,

отвечающих необходимости постановки соответствующих задач механики деформируемого

твердого тела, разрешение которых предполагает аналитическое, математическое описание

явлений формирования полей напряжений и деформаций в материале. Такое описание по-

зволяет раскрывать факторы и механизмы управления напряженно-деформированным со-

стоянием материала в строительной конструкции как следствия влияния всех реализаций

структурной неоднородности.

Таким образом, речь идет о вопросах «сведения» реальных структур материала через их

формализацию к неким физическим их моделям с условием адекватности отождествления.

В процедуре формализации строения конгломератных композитов предусматривают-

ся следующие ее этапы:

1) этап формализации структуры конструкции;

2) этап формализации строения композита в структуре конструкции;

3) этап формализации строения собственно композита.

Такое понимание содержания формализации следует из выражений (2-7).

Идентификация строения строительного конгломератного композита как состоящего

из двухкомпонентных систем «матрица – включение», последовательно, в соответствии с их

масштабом иерархически встраиваемых друг в друга, позволяет обратиться к обозначению

связанных с этим и важных постановочных вопросов аналитического учета влияния одно-

родности – неоднородности структуры на проявление конструкционных свойств.

Первый из этих вопросов касается границы раздела в системе матрица – включение.

При образовании в ходе конструирования материала два его структурных элемента

системы, а именно матрица и включение, дополняются возникающим третьим структурным

элементом – зоной их контакта, границей раздела, которая, как мы отмечали, феноменологи-

чески и сущностно реализуется в форме скачка значений параметров поля вещества и поля

энергии в композите. Именно введение понятия скачка как отражения структурной неодно-

родности позволило полнее раскрыть категорию однородность – неоднородность строения

через систему субстанциональных, геометрических, субстанционально-геометрических и

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

237

статистических ее критериев [1]. Важно, что этот первый вопрос имеет непосредственное от-

ношение к трем задачам механики деформируемого твердого тела:

1) задаче механики композитной системы из разнодеформируемых, разносопротив-

ляющихся компонент [23];

2) задаче механики композитной системы из разнодеформируемых составляющих,

образующих различную по состоянию переходную диффузную контактную зону;

3) задаче механики поведения двухкомпонентной системы, один из которых (включе-

ние) выступает в качестве концентратора напряжений и может при этом иметь различаю-

щиеся фазовое состояние, субстанциональные характеристики, форму, размер, ориентацию

размещения в композите и т.п.

Второй, вытекающий из идентификации строения структурно-неоднородных конгло-

мератных строительных композитов, вопрос касается образования системы из многоуровне-

вых по масштабу структур, то есть системы по принципу «структура в структуре».

Этот второй вопрос определяет постановку задачи о соразмерности, конгруэнтности

разномасштабных внутренних структур композита. Конкретно, речь идет о рассмотрении

«картины размещения» структурированной системы меньшего размерного масштаба, пред-

назначенного к выполнению роли матричного материала в структуре большего масштаба, в

межзерновых или межпоровых ее объемах с обеспечением при этом состояния квазиодно-

родности структуры меньшего размерного масштаба. Фактически это задача о масштабном

факторе и масштабном эффекте, об оптимальности «соединения», «сочленения» соседних по

масштабу структур в единую многоуровневую структуру композита. Применительно к про-

блеме бетона в этой задаче потребуется пройти шаги от наноструктуры до макроструктуры

или наоборот от макроструктуры до наноструктуры, то есть осуществить оптимизацию кон-

струкции композита по принципу каскадности получения оптимальных решений в рамках

концепции многомасштабности моделирования структуры и процессов [24].

В целом процедура формализации структуры для ее моделирования в задачах анали-

тического учета категории «однородность – неоднородность строения» конгломератных

строительных композитов как фактора управления сопротивлением их разрушению в строи-

тельных конструкциях должна включать обязательное последовательное выполнение сле-

дующих требований:

1) структура строительной конструкции должна формализоваться как пространствен-

но-геометрическая система из базовых механических ее элементов;

2) при формализации структуры тела конструкции должно учитываться наличие или

отсутствие признаков ортотропности, вариатропности;

3) структура тела конструкции должна рассматриваться как система, состоящая из

макро- и мезоблоков;

4) формализация структуры материала в теле конструкции должна исходить из воз-

можности кластеризации ее на всех масштабных уровнях (от макро до нано);

5) структура материала в теле конструкции должна рассматриваться как насыщенная

повреждениями, трещинами различного масштаба с явными признаками их фрактальности;

6) структура материала в теле конструкции должна трактоваться как мегаструктура и

характеризоваться показателем конгруэнтности;

7) структура материала как такового должна представляться физической моделью ти-

па «структура в структуре», то есть обладающей многоуровневой масштабностью;

8) структура отдельного масштабного уровня должна представляться моделью типа

«матрица – включение»;

9) модель «матрица – включение» должна наделяться границей раздела, контактной

зоной;

10) граница раздела, контактная зона должна приниматься как обладающая скачком

значений характеристик и свойств субстанции матрицы и субстанции включений;

11) скачок значений характеристик и свойств субстанции матрицы и субстанции включе-

ний должен характеризоваться как имеющий различную фронтальную протяженность;

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

238

_________________________________________________________________________________________________________________

12) включения структурных элементов конгломератного композита должны формали-

зоваться по агрегатному, фазовому составу, размеру, форме, ориентации [25];

13) состояние структуры тела конструкции, мегаструктуры материала в конструкции,

многоуровневой по масштабу структуры самого материала должно в физических их моделях

приниматься как изменяющееся во времени.

Обязательное последовательное выполнение выделенных и сформулированных тре-

бований определяет содержание соответствующих разработок по моделированию.

Результаты работы, изложенные в части 1 и части 2 публикации, составляют концеп-

туально-методологическую базу для последующих (часть 3) теоретических и прикладных

исследований по проблеме, предусматривающих: моделирование структур конгломератных

строительных композитов, обладающих присущими им признаками однородности и призна-

ками неоднородности; обоснование факторного пространства для качественного аналитиче-

ского учета значения и роли категории «однородность – неоднородность строения» в форми-

ровании свойств строительных композитов; разработку аналитических соотношений, учиты-

вающих механизмы и факторы влияния однородности – неоднородности строения на форми-

рование характеристик материалов по показателям их сопротивления разрушению в строи-

тельных конструкциях; обоснование положений и алгоритмов управления структурой (син-

тез и конструирование структур) конгломератных строительных композитов в задачах обес-

печения задаваемого уровня качества по показателям сопротивления разрушению.

Библиографический список

1. Чернышов, Е.М. Неоднородность строения как фундаментальная материаловедческая

характеристика строительных композитов [Текст] / Е.М. Чернышов, Е.И. Дьяченко, А.И. Ма-

кеев // Вестник отделения строительных наук РААСН. Вып. 2. – М., 1999. – С. 390-402.

2. Чернышов, Е.М. Управление процессами структурообразования и качеством сили-

катных автоклавных материалов (вопросы методологии, структурное материаловедение, ин-

женерно-технологические задачи): дис. на соиск. учен. степ. д-ра техн. наук [Текст] /

Е.М. Чернышов. – Воронеж, 1988.

3. Макеев, А.И. Системная оценка неоднородности строения и условия управления со-

противлением разрушению строительных композитов: дис. на соиск. учен. степ. канд. техн.

наук. [Текст] / А.И. Макеев. – Воронеж, 2000.

4. Чернышов, Е.М. О конгруэнтности параметров конгломератной структуры материала

мембраны в «конструкции» макропористых бетонов [Текст] / Е.М. Чернышов, Е.И. Дьяченко //

Проблемы строительного материаловедения и новые технологии. Часть 1. Фундаментальные

проблемы строительного материаловедения: Межвузовский сборник научных трудов. – Бел-

город, 1995. – С. 137-145.

5. Чернышов, Е.М. Механизмы и закономерности формирования локализованных на-

пряжений в структуре конгломератных строительных композитов и их влияние на прочность

[Текст] / Е.М. Чернышов, А.И. Макеев // Academia. Архитектура и строительство. – М.: Ре-

дакционно-издательский отдел РААСН, 2006. – №2. – С. 50-53.

6. Чернышов, Е.М. Фундаментальная категория «однородность-неоднородность» в

структурном дизайне строительных композитов [Текст] / Е.М. Чернышов, А.И. Макеев // Не-

линейные процессы в дизайне материалов/ Междунар. школа-семинар для молодых ученых,

аспирантов и студентов: тез. докл. – Воронеж, 2002. – С. 34-37.

7. Болотин, В.В. Строительная механика [Текст] / В.В. Болотин, И.И. Гольденблат,

А.Ф. Смирнов // Современное состояние и перспективы развития. – М.: Стройиздат, 1972. – 191 с.

8. Карпенко, Н.И. Общие модели механики бетона [Текст] / Н.И. Карпенко. – М.:

Стройиздат, 1996. – 416 с.

9. Грушко, И.М. Структура и прочность дорожного цементного бетона [Текст] / И.М. Груш-

ко, Н.Ф. Глущенко, А.Г. Ильин. – Харьков: Изд-во ХГУ, 1965. – 135 с.

РОССИЙСКАЯ

АКАДЕМИЯ

АРХИТЕКТУРЫ

СТРОИТЕЛЬНЫХ

НАУК

МОСКВА

–

ОРЕЛ

–

КУРСК

, 2011

_________________________________________________________________________________________________________________

239

10. Пригоровский, Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряже-

ний [Текст] / Н.И. Пригоровский // Справочник. – М.: Машиностроение, 1983. – 248 с.

11. Зайцев, Ю.В. Прочность и долговечность конструкционных материалов с трещи-

ной: монография [Текст] / Ю.В. Зайцев, С.Н. Леонович. – Минск: БНТУ, 2010. – 362 с.

12. Окопный, Ю.А. Механика материалов и конструкций: учебник для вузов [Текст] /

Окопный Ю.А., Радин В.П., Чирков В.П. – М.: Машиностроение, 2001. – 408 с.

13. Трофимов, Н.Н. Физика композитных материалов: в 2-х томах [Текст] / Н.Н Трофи-

мов, М.З. Канович, Э.М. Карташов и др. – М: Мир. – Т. 1, 2005. – 456 с.

14. Трофимов, Н.Н. Физика композитных материалов: в 2-х томах [Текст] / Н.Н Трофи-

мов, М.З. Канович, Э.М. Карташов и др. – М: Мир. – Т. 2, 2005. – 334 с.

15. Потапова, Л.Б. Механика материалов при сложном напряженном состоянии. Как

прогнозируют предельные напряжения? [Текст] / Л.Б. Потапова, В.П. Ярцев. – М.: Машино-

строение-1, 2005. – 244 с.

16. Ахвердов, И.Н. Моделирование напряженного состояния бетона и железобетона

[Текст] / И.Н. Ахвердов, А.Е. Смольский, В.В. Скочеляс. – Минск: Наука и техника, 1973. – 290 с.

17. Горчаков, Г.И. О комплексной характеристике структуры бетона // Бетон и железо-

бетон, 1980. – № 1. – С. 22-23.

18. Комохов, П.Г. Механико-технологические основы торможения процессов разруше-

ния бетонов ускоренного твердения: автореф. дисс ... докт. техн. наук [Текст] / П.Г. Комохов. –

Ленинград, 1979. – 37 с.

19. Чередниченко В.С. Материаловедение. Технология конструкционных материалов:

учеб. пособие/под ред. В.С.Чередниченко. – 3-е изд. – М.: Изд-во «Омега-Л», 2007. – 752 с.

20. Хархардин, А.Н. Структурная топология: курс лекций [Текст] / А.Н. Хархардин. –

Белгород: Изд-во БГТУ, 2009. – Ч. 1. – 196 с.

21. Выровой, В.Н. Композиционные строительные материалы и конструкции. Структу-

ра, самоорганизация, свойства [Текст] / В.Н. Выровой, В.С. Дорофеев, В.Г. Суханов. – Одес-

са, 2010. – 169 с.

22. Скоробогатов, С.М. Катастрофы и живучесть железобетонных сооружений (клас-

сификация и элементы теории). – Екатеринбург: УрГУПС, 2009. – 512 с.

23. Мейченко, Н.М. Теория деформирования разносопротивляющихся материалов. Опре-

деляющие соотношения [Текст] / Н.М. Мейченко, А.А. Трещев. – Тула: ТулГУ, 2000. – 149 с.

24. Ибрагимов, И.М. Основы компьютерного моделирования наносистем: учебное пособие

[Текст] / И.М. Ибрагимов, А.Н. Ковшов, Ю.Ф. Назаров. – СПб: Изд-во «Лань», 2010. – 384 с.

25. Бабаевский П.Г. Наполнители для полимерных композиционных материалов: спра-

вочное пособие: пер. с агл./ под ред. П.Г.Бабаевского. – М.: Химия, 1981. – 736 с.