РАЗДЕЛ 2.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика применяемых материалов.
В качестве мелкого заполнителя для растворов и бетонов использовали морской кварцевый песок предварительно промытый, просушенный и просеянный через сито 2,5мм.
Характеристики мелкого заполнителя: - насыпная плотность =1,4г/см3; плотность =2,8г/см3; модуль крупности Мк=272.
Гранулометрический состав мелкого заполнителя приведен в табл.2.1.
Таблица 2.1.
Гранулометрический состав песка
Остатки
на сите, %Размеры отверстий сит, мм2,51,250,630,3150,14< 0,14Частные12172330515-Полные12295282,597,5-
В качестве крупного заполнителя для бетонов использовали гранитный щебень и керамзитовый гравий фракций 5...10 и 10...20мм. Плотность гранитного щебня =2,6г/см3, пустотность смеси фракций - 42%. Насыпная плотность смеси фракций керамзитового гравия Одесского завода =550кг/м3 при прочности в цилиндре R=5,3МПа.
В качестве вяжущего использован портландцемент М 400 Одесского цементного завода, химический и минералогический состав которого представлен в табл. 2.2. и табл.2.3.
Таблица 2.2.
Химико-минералогический состав цемента
Химический состав, %Al2O3Fe2O3CaOSiO2MgOSO34,73,866,722,31,60,3
Таблица 2.3.
Минералогический состав цемента
Минералогический состав, %C3AC3SC2SC4ACaO6,763,515,112,66,1
В качестве модельных материалов использовали глину Орловского месторождения, эпоксидную смолу типа ЭД-16 с отвердителем ПЭПА в соотношении 10:1.
Для изменения гидрофильности крупного заполнителя применяли кремний- органическую жидкость типа ГКЖ-95 50% концентрации.
2.2. Специальные методы исследований.
2.2.1. Методика определения объемных изменений на границе раздела
матричного материала с заполнителями.
Проведенный анализ методов исследования деформаций на границе раздела матричного материала с заполнителями не позволили найти метод, удовлетворяющий поставленным задачам. В работах [47, 105] предложено использование податливых заполнителей-датчиков для оценки величины и направления деформаций. В наших исследованиях мы использовали группу заполнителей-датчиков при изучении объемных деформаций на границе раздела матрица-заполнитель. Применение заполнителей-датчиков позволяет изучать процессы, происходящие на границе раздела в зависимости от способов укладки заполнителей и изменения расстояния между ними. Принципиальные схемы использования заполнителей-датчиков в моделях структурных ячеек бетонов показаны на рис. 3.1. Достоинством данного метода является использование в качестве матричного материала вяжущих неорганической и органической природы, при обеспечении требуемой точности определения деформаций за счет изменения диаметра измерительной трубки-капилляра. В нашем случае измерения проводились с точностью 0,001мл при изменении объема 0,1мл.
2.2.2. Графо-аналитический метод изучения распределения
объемных деформаций на границах раздела.
При анализе деформационных процессов, происходящих на поверхностях раздела и в объеме матричного материала использовали графо-аналитический метод, описанный в [105].
Сущность графо-аналитического метода изучения распределения деформаций твердеющего матричного материала при его взаимодействии с заполнителями состоит в предположении, что каждая точка матрицы взаимодействует со всеми точками, принадлежащими как собственной поверхности раздела, так и принадлежащим границам раздела "видимых" заполнителей. На рис.2.1. приведен пример построения направления и относительных величин перемещений выделенной точки А на поверхности раздела заполнителя I с совокупностью точек на поверхностях раздела заполнителей II, III, IV.
В силу симметричности принятой модели структурной ячейки бетона достаточно ограничиться четырьмя заполнителями. Геодезические линии, проведенные из точки А ограничивают участки поверхности раздела, с которыми взаимодействует точка А. В нашем случае такими участками являются АIIAII, AIIIAIII,
Рис.2.1. Пример построения перемещений точек, лежащих на границах раздела матрица - заполнитель.
1 - заполнитель; 2 - матрица; 3 - совокупность точек на поверхности раздела с которыми взаимодействует точка А; 4 - результирующая перемещений точки А при взаимодействии с совокупностью точек на границе раздела с двумя заполнителями; 5 - результирующая перемещений точки А.
AIVAIV. После этого по правилу параллелограмма строятся равнодействующие возможных перемещений точки А (АII, AIII, AIV). После чего строятся по известному способу равнодействующие АIIAIV, и AIIIAIV. Окончательная равнодействующая А указывает направление перемещений и их относительную величину при взаимодействии точки А с точками, лежащими на "видимых" поверхностях раздела. Аналогично строится направление и относительное перемещение для любых точек, лежащих как на поверхности раздела, так и в матричном материале. Для построения эпюр перемещений вводится масштаб, в нашем случае А уменьшается в 20 раз. В такое же количество раз уменьшаются перемещения других анализируемых точек. Принятый метод, при введении системы координат, позволяет построить абсолютное направление перемещений с учетом ее геометрических особенностей (формой, расстоянием и ориентированием заполнителей или других поверхностей раздела) и развитием адгезионно-когезионных сил связи на границах раздела.
Используемый метод анализа распределения объемных изменений в начальные периоды твердения грубогетерогенных материалов позволяет оценить качественную картину формирования остаточного деформативного состояния на уровне структурной неоднородности "матричный материал - заполнители".
2.2.3. Метод фотоупругости при изучении формирования
остаточного деформативного состояния макроструктуры.
Поляризационно-оптические методы достаточно широко используются при анализе и изучении деформативно-напряженного состояния на уровнях структу