bzhbБетон и железобетонConcrete and Reinforced Concrete0005-98893034-1302АО «НИЦ «Строительство»bzhb-9Research ArticleСтатьиОпыт системной экспериментальной оценки современных высокотехнологичных бетонов по комплексу критериев сопротивления разрушениюExperience of systematic experimental evaluation of modern high-tech concretes based on a set of criteria for their resistance to destructionЧернышовЕ. М.ChernyshovE. M.

академик РААСН, д-р техн. наук

e-mail: chem@vgasu.vrn.ru 

Academician of RAACS, Doctor of Sciences (Engineering)

e-mail: chem@vgasu.vrn.ru 

chem@vgasu.vrn.ruКороткихД. Н.KorotkihD. N.

д-р техн. наук

e-mail: korotkih.dmitry@gmail.com

Doctor of Sciences (Engineering)

e-mail: korotkih.dmitry@gmail.com

korotkih.dmitry@gmail.comВоронежский государственный технический университетРоссияVoronezh State University of Architecture and civil EngineeringRussian Federation20210709202360313039Copyright © Чернышов Е.М., Коротких Д.Н., 20232023Чернышов Е.М., Коротких Д.Н.Chernyshov E.M., Korotkih D.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.bzhb.ru/jour/article/view/9

Обсуждается многолетний опыт теоретического рассмотрения и экспериментальной оценки сопротивления бетонов разрушению как структурированных систем. Достоверная экспериментальная оценка показателей сопротивления бетонов разрушению имеет большое научное и практические значение для решения задач как материаловедов-технологов (синтез и конструирование структур бетонов с управляемым сопротивлением разрушению, разработка на этой основе технологических условий производства), так и расчетчиков-конструкторов (учет особых закономерностей деформирования и разрушения современных бетонов, поведения их во времени). Для оценки показателей сопротивления бетонов разрушению использованы методы получения полных равновесных диаграмм деформирования, лазерной голографической интерферометрии поля поверхностных деформаций, определения критического коэффициента интенсивности напряжений при нормальном отрыве, акустической эмиссии. С позиций системно-структурного материаловедения бетон анализируется как неоднородная диссипативная система, характеризуемая в категориях аккумуляции, диссипации, локализации и концентрации напряжений в ней в процессе работы материала под механической и любой другой нагрузкой, определяющими формирование полей напряжений и деформаций на различных масштабных уровнях структуры. В условиях согласованного применения экспериментальных методов полных равновесных диаграмм деформирования, акустической эмиссии, лазерной голографической интерферометрии, определения критического коэффициента интенсивности напряжений при нормальном отрыве обеспечено получение количественных оценок для типичных по структуре групп традиционных и высокотехнологичных бетонов в диапазоне прочности при сжатии от 30 до 150 МПа. Показана роль каждого из рассматриваемых экспериментальных методов в достоверной количественной оценке деформирования и разрушения современных бетонов.

The long-term experience of theoretical consideration and experimental evaluation of concrete fracture resistance as structured systems is discussed. Reliable experimental evaluation of concrete fracture resistance indicators is of great scientific and practical importance for solving the problems both by materials scientists and technologists (synthesis and construction of concrete structures with controlled fracture resistance, development of technological production conditions on this basis) and design engineers (taking into account the special mechanisms of deformation and destruction of modern concrete, their behavior over time). To evaluate the concrete fracture resistance indicators, the methods of obtaining complete equilibrium deformation diagrams, laser holographic interferometry of the surface strain field, determination of the critical stress intensity coefficient at normal separation, and acoustic emission were used. From the standpoint of system-structural materials science, concrete is analyzed as an inhomogeneous dissipative system characterized in the categories of accumulation, dissipation, localization and concentration of stresses in it during the work of the material under mechanical and any other loads that determine the formation of stress and strain fields at various scale levels of the structure. Under the conditions of consistent application of experimental methods of full equilibrium diagrams of deformation, acoustic emission, laser holographic interferometry,and determination of the critical stress intensity coefficient at normal separation, obtaining of quantitative estimates for groups of traditional and high-tech concretes typical in structure in the range of their compressive strength from 30 to 150 MPa is provided. The role of each of the experimental methods considered in a reliable quantitative assessment of the deformation and destruction of modern concretes is shown.

системно-структурное материаловедениесовременные бетонымеханика разрушенияэкспериментальные методыполные равновесные диаграммы деформированиялазерная голографическая интерферометриякритический коэффициент интенсивности напряженийsystem-structural materials sciencemodern concretesfracture mechanicsexperimental methodscomplete equilibrium deformation diagramslaser holographic interferometrycritical stress intensity coefficientReferencesWittman F.H. (Ed.) Fracture mechanics of concrete. Amsterdam, Elsevier. 1983. 680 p.Wittman F.H. (Ed.) Fracture mechanics of concrete. Amsterdam, Elsevier, 1983. 680 p.Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 415 с.Karpenko N.I. Obshchie modeli mekhaniki zhelezobetona [General models of reinforced concrete mechanics]. Moscow: Stroyizdat, 1996. 416 p. (In Russian).Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. 535 с.Regel’ V.R., Slutsker A.I., Tomashevskii E.E. Kineticheskaya priroda prochnosti tverdykh tel [The kinetic nature of the strength of solids]. Moscow: Nauka, 1974. 535 p. (In Russian).Зайцев Ю.В., Леонович С.Н. Прочность и долговечность конструкционных материалов с трещиной. Минск: БНТУ, 2010. 362 с.Zaitsev Yu.V., Leonovich S.N. Prochnost’ i dolgovechnost’ konstruktsionnykh materialov s treshchinoi [Strength and durability of cracked structural materials]. Minsk: BNTU, 2010. 362 p. (In Russian).Чернышов Е.М., Коротких Д.Н. Определяющие соотношения показателей сопротивления разрушению цементных бетонов и параметров их структуры // <i>Строительство и реконструкция</i>. 2015. № 2 (58). С. 167–174.Chernyshov E.M., Korotkikh D.N. Constitutive ratios of indicators of resistance to destruction of cement concretes and parameters of their structure. <i>Stroitel’stvo i Rekonstruktsiya</i>. 2015. No. 2 (58), pp. 167–174. (In Russian).Лермит Р. Проблемы технологии бетона. М.: Стройиздат, 1959. 294 с.Lermit R. Problemy tekhnologii betona [Concrete technology problems]. Moscow: Stroyizdat, 1959. 294 p. (In Russian).Островский Ю.И., Щепинов В.П., Яковлев В.В. Голографические интерференционные методы измерения деформаций. М.: Наука, 1988. 248 с.Ostrovskiy Yu.I., Shchepinov V.P., Yakovlev V.V. Golograficheskie interferentsionnye metody izmereniya deformatsii [Holographic interference methods for measuring strains]. Moscow: Nauka, 1988. 248 p. (In Russian).Селяев В.П., Селяев П.В. Физико-химические основы механики разрушения цементных композитов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2018. 219 с.Selyaev V.P., Selyaev P.V. Fiziko-khimicheskie osnovy mekhaniki razrusheniya tsementnykh kompozitov [Physicochemical Foundations of Fracture Mechanics of Cement Composites]. Saransk: Izdatel`stvo Mordovskogo universiteta, 2018. 219 p. (In Russian).Шевченко В.И. Применение методов механики разрушения для оценки трещиностойкости и долговечности бетона. Волгоград: Волг. политех. ин-т, 1988. 108 с.Shevchenko V.I. Primenenie metodov mekhaniki razrusheniya dlya otsenki treshchinostoikosti i dolgovechnosti betona [Application of fracture mechanics methods to assess crack resistance and durability of concrete]. Volgograd, 1988. 110 p. (In Russian).Пирадов К.А., Мамаев Т.Л., Кожабеков Т.А., Марченко С.М. Физико-механические, силовые, энергетические и структуроформирующие параметры бетона // <i>Бетон и железобетон</i>. 2002. № 2. С. 10.Piradov K.A., Mamaev T.L., Kozhabekov T.A., Marchenko S.M. Physical and mechanical, power, energy and structure-forming parameters of concrete. <i>Beton i Zhelezobeton<i>. 2002. No. 2, pp. 10. (In Russian).Акчурин Т.К., Ушаков А.В. Теоретические и методологические вопросы определения характеристик трещиностойкости бетона при статическом нагружении. Волгоград: Волгогр. гос. архитектур.-строит. ун-т, 2005. 407 с.Akchurin T.K., Ushakov A.V. Teoreticheskie i metodologicheskie voprosy opredeleniya kharakteristik treshchinostoikosti betona pri staticheskom nagruzhenii [Theoretical and methodological issues of determining the characteristics of concrete crack resistance under static loading]. Volgograd: VGASU, 2005. 407 p. (In Russian).Ушаков А.В., Акчурин Т.К. Методика графического выделения диаграмм упругого Rу(f) и диссипативного Rд(f) сопротивлений бетона из восходящей ветви диаграммы деформирования R(f) // <i>Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона / Материалы Всероссийской науч.-техн. конф.</i> Волгоград, 2006. Ч. 1. С. 17–24.Ushakov A.V., Akchurin T.K. The method of graphically highlighting the diagrams of elastic Rу(f) and dissipative Rd(f) resistances of concrete from the ascending branch of the deformation diagram R(f). <i>Socio-economic and technological problems of the development of the construction complex and housing and communal services of the region / Materials of the All-Russian scientific and technical conference</i>. Volgograd, 2006. Part 1, pp. 17–24. (In Russian).Коротких Д.Н. Закономерности разрушения структуры высокопрочных цементных бетонов на основе анализа полных равновесных диаграмм их деформирования. Ч. 1 // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. <i>Строительство и архитектура</i>. 2012. Вып. 26. С. 56–67.Korotkikh D.N. Regularities of the destruction of the structure of high-strength cement concretes based on the analysis of complete equilibrium diagrams of their deformation (Part 1). <i>Vestnik Volgogradskogo Gosudarstvennogo Arkhitekturno-Stroitel’nogo Universiteta</i>. Seriya: Stroitel’stvo i Arkhitektura. 2012. No. 26, pp. 56–67. (In Russian).Коротких Д.Н. Закономерности разрушения структуры высокопрочных цементных бетонов на основе анализа полных равновесных диаграмм их деформирования. Ч. 2 // <i>Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура</i>. 2012. Вып. 27. С. 54–62.Korotkikh D.N. Regularities of the destruction of the structure of high-strength cement concretes based on the analysis of complete equilibrium diagrams of their deformation (Part 2). <i>Vestnik Volgogradskogo Gosudarstvennogo Arkhitekturno-Stroitel’nogo Universiteta. Seriya: Stroitel’stvo i Arkhitektura</i>. 2012. No. 27, pp. 54–62. (In Russian).Ерофеев В.Т., Макридин Н.И., Максимова И.Н. Механико-акустическое поведение модифицированных структур цементного камня разного возраста // <i>Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности</i>. 2019. № 4 (382). С. 74–79.Erofeev V.T., Makridin N.I., Maksimova I.N. Mechanical-acoustic behavior of modified cement stone structures of different ages. <i>Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Tekhnologiya tekstil’noi promyshlennosti.</i> 2019. No. 4 (382), pp. 74–79. (In Russian).Ушаков С.И. Микротрещинообразование в эпоксидном полимербетоне при сжатии // <i>Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура</i>. 2010. № 1 (17). C. 28–34.Ushakov S.I. Microcracking in epoxy polymer concrete under compression. <i>Nauchnyi Vestnik VGASU. Stroitel’stvo i Arkhitektura</i>. 2010. No. 1 (17), pp. 28–34. (In Russian).Коротких Д.Н., Ушаков И.И., Ушаков С.И., Чернышов Е.М. Иерархия трещинообразования и многоуровневое дисперсное армирование структуры бетона // <i>Вестник ОГАСА</i>. 2010. Т. 2. Вып. 39. С. 4–13.Korotkikh D.N., Ushakov I.I., Ushakov S.I., Chernyshov E.M. Hierarchy of cracking and multilevel dispersed reinforcement of the concrete structure. <i>Vestnik OGASA</i>, 2010. No. 39. Part 2, pp. 4–13. (In Russian).Дюрелли А., Паркс В. Анализ деформаций с использованием муара. М.: Мир, 1974. 353 с.Dyurelli A., Parks V. Analiz deformatsii s ispol’zovaniem muara [Deformation analysis using moire]. Moscow: Mir, 1974. 353 p.Ayatollahi M.R., Nejati M. Experimental evaluation of stress field around the sharp notches using photoelasticity // <i>Materials and Design</i>. 2011. № 32, pp. 561–569.Ayatollahi M.R., Nejati M. Experimental evaluation of stress field around the sharp notches using photoelasticity. <i>Materials and Design</i>. 2011. No. 32, pp. 561–569.Цилосани З.Н., Далакишвили Г.Л., Какичашвили Ш.Д. Исследование собственных деформаций силикатного композитного материала (бетона) методом голографической интерферометрии. <i>Механика и технология композитных материалов: Труды II конференции</i>. Варна, 1979. С. 550–553.Tsilosani Z.N., Dalakishvili G.L., Kakichashvili Sh.D. Investigation of intrinsic deformations of a silicate composite material (concrete) by the method of holographic interferometry. <i>Mechanics and technology of composite materials. Proceedings of the II conference</i>. Varna. 1979, pp. 550–553. (In Russian).Кесарийский А.Г., Кондращенко В.И., Гребенников Д.А., Гузенко С.В. Исследование деформационных характеристик бетонных образцов лазерно-интерференционными методами // <i>Вестник гражданских инженеров СПбГАСУ</i>. 2009. № 4. С. 154–159.Kesariiskii A.G., Kondrashchenko V.I., Grebennikov D.A., Guzenko S.V. Investigation of the deformation characteristics of concrete samples by laser interference methods. <i>Vestnik Grazhdanskikh Inzhenerov</i>. 2009. No. 4, pp. 154–159. (In Russian).Чернышов Е.М., Коротких Д.Н., Кесарийский А.Г. Оценка параметров процесса трещинообразования в структуре современных бетонов методом лазерной голографической интерферометрии. <i>Механика разрушения бетона, железобетона и других строительных материалов: Сб. докл. 6-й международной конф. СПбГАСУ.</i> СПб., 2012. С. 65–71.Chernyshov E.M., Korotkikh D.N., Kesariyskiy A.G. Estimation of the parameters of the process of cracking in the structure of modern concrete by the method of laser holographic interferometry. <i>Mechanics of destruction of concrete, reinforced concrete and other building materials: Collection of articles. Report 6th International Conf. SPbGASU. Saint Petersburg</i>. 2012, pp. 65–71. (In Russian).Кондращенко В.И., Кесарийский А.Г., Гребенников Д.А., Кендюк А.В., Тарарушкин Е.В. Применение голографической интерферометрии для изучения сложноструктурированных материалов // <i>Строительные материалы</i>. 2013. № 6. С. 72–77.Kondrashchenko V.I., Kesariiskii A.G., Grebennikov D.A., Kendyuk A.V., Tararushkin E.V. Application of holographic interferometry for studying complex-structured materials. <i>Stroitel’nye Materialy</i> [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 72–77. (In Russian).Травуш В.И., Карпенко Н.И., Ерофеев В.Т., Ерофеева И.В., Максимова И.Н., Кондращенко В.И., Кесарийский А.Г. Исследование порошково-активированных бетонов методами лазерной интерферометрии // <i>Строительные материалы</i>. 2020. № 4–5. С. 18–28. DOI:https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-780-4-5-18-28Travush V.I., Karpenko N.I., Erofeev V.T., Erofeeva I.V., Maksimova I.N., Kondrashchenko V.I., Kesariiskii A.G. Study of Powder-Activated Concrete by Laser Interferometry. <i>Stroitel’nye Materialy</i> [Construction Materials]. 2020. No. 4–5, pp. 18–28. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2020-780-4-5-18-28Чернышов Е.М., Коротких Д.Н. Феноменология локализованных зон активной диссипации энергии при деформировании и разрушении современных бетонов // <i>Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура</i>. 2013. № 31 (50). Ч. 2. С. 212–222.Chernyshov E.M., Korotkikh D.N. Phenomenology of Localized Zones of Active Dissipation of Energy during Deformation and Fracture of Modern Concrete. <i>Vestnik Volgogradskogo Gosudarstvennogo Arkhitekturno-Stroitel’nogo Universiteta. Seriya: Stroitel’stvo i Arkhitektura</i>. 2013. No. 31 (50). Part 2, pp. 212–222. (In Russian).Баженов Ю.М., Чернышов Е.М., Коротких Д.Н. Конструирование структур современных бетонов: определяющие принципы и технологические платформы // <i>Строительные материалы</i>. 2014. № 3. С. 6–14.Bazhenov, Yu. M. Structural design of modern concrete: guiding principles and technology platforms. <i>Stroitel’nye Materialy</i> [Construction Materials]. 2014. No. 3, pp. 6–14. (In Russian).Коротких Д.Н., Чернышов Е.М., Акчурин Т.К., Ушаков А.В., Кесарийский А.Г. Оценка эффективности цементных бетонов различных структурных групп по показателям их сопротивления разрушению. <i>Механика разрушения бетона, железобетона и других строительных материалов: Сб. статей по мат-лам 7-й Междунар. науч. конф. РААСН: В 2 т.</i> Т. 1. Воронеж. Воронежский ГАСУ, 2013. С. 159–177.Korotkikh D.N., Chernyshov E.M., Akchurin T.K., Ushakov A.V., Kesariiskii A.G. Evaluation of the effectiveness of cement concretes of various structural groups in terms of their resistance to destruction. <i>Mechanics of destruction of concrete, reinforced concrete and other building materials: collection of articles. Articles on materials 7th Int. scientific. conf. RAASN in 2 parts</i>. Part. 1. Voronezh State Architectural University. Voronezh. 2013, pp. 159–177. (In Russian).Коротких Д.Н., Чернышов Е.М. Критериальная оценка конструкционного потенциала и технико-экономической эффективности современных цементных бетонов // <i>Технологии бетонов</i>. 2016. № 1–2 (114–115). С. 49–52.Korotkikh D.N., Chernyshov E.M. Criteria assessment of the structural potential and technical and economic efficiency of modern cement concretes. <i>Tekhnologii Betonov</i>. 2016. No. 1–2 (114–115), pp. 49–52. (In Russian).Чернышов Е.М., Коротких Д.Н. Определяющие соотношения показателей сопротивления разрушению цементных бетонов и параметров их структуры // <i>Строительство и реконструкция</i>. 2015. № 2 (58). С. 167–174.Chernyshov E.M., Korotkikh D.N. Constitutive ratios of indicators of resistance to destruction of cement concretes and parameters of their structure. <i>Stroitel’stvo i Rekonstruktsiya</i>. 2015. No. 2 (58), pp. 167–174. (In Russian).Коротких Д.Н. Многоуровневое дисперсное армирование структуры бетонов для повышения их вязкости разрушения // <i>Вестник гражданских инженеров</i>. 2009. № 3. С. 126–128.Korotkikh D.N. Multilevel dispersed reinforcement of the concrete structure to increase their fracture toughness. <i>Vestnik Grazhdanskikh Inzhenerov</i>. 2009. No. 3, pp. 126–128. (In Russian).Коротких Д.Н. Дисперсное армирование структуры бетона при многоуровневом трещинообразовании // <i>Строительные материалы</i>. 2011. № 3. С. 96–99.Korotkikh D.N. Dispersed reinforcement of concrete structure in multilevel cracking. <i>Stroitel’nye Materialy</i> [Construction Materials]. 2011. No. 3, pp. 96–99. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.