Макеев Алексей Иванович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии строительных материалов, изделий и конструкций
г. Воронеж
Makeev Alexey Iv., candidate of sciences, associate professor, associate professor of the department of Technology of Building Materials, Products and Structures
Voronezh
В публикации конгломератные строительные композиты (бетоны) идентифицируются как гетерогенные твёрдые тела с иерархически организованной пространственно-геометрической структурой характеристической размерностью от 10-10 до 10-1 м, обладающей минимум 5-6 масштабными уровнями и тремя типами конструкции подструктур, различающихся по своему масштабу, генезису и механике проявления свойств. Первый тип характерен для макро-, мезо- и микромасштабного уровней и принимается в виде двухкомпонентной «конструкции» из пространственно непрерывной матрицы и детерминировано-стохастически распределённых в ней дискретных твёрдых и газообразных (макропоры) включений; второй тип относится к субмикро-, ультрамикро- и наномасштабным уровням и полагается в виде «микромасштабной пространственной конструкции» новообразований цементирующего вещества из консолидированных индивидуальных кристаллических разностей; третий тип, наконец, соответствует атомно-молекулярному строению новообразований цементирующего вещества. Дается характеристика выделяемых типов подструктур по масштабу слагающих их компонентов, особенностям формирования, механике проявления свойств, критериям конструирования и средствам синтеза каждой подструктуры.
Анализируются закономерности формирования маршрута трещины разрушения в подструктурах всех типов и субстанции каждого масштабного уровня. При этом развитие напряженно-деформированного состояния конгломератного композита по принципу диссипации энергии, локализации и повышения (концентрации) напряжений реализуется в направлении от макро- к атомно-молекулярному уровню структуры композита, а само же разрушение и, соответственно, формирование маршрута трещины во времени и в пространстве композита проходит в направлении от атомно-молекулярного уровня к макроуровню каскадно через все промежуточные структурные уровни. В рамках интегрированного механо-физико-химического подхода показывается место термофлуктуационной теории (физика разрушения) на этапах разрыва единичных атомномолекулярных связей и механики трещин на этапах развития микро- и макроповреждений. Обсуждаются возможности применения теоретических закономерностей формирования маршрута трещины для постановки и решения практических задач конструирования и синтеза оптимальных структур конгломератных строительных композитов.
In the publication, conglomerate building composites (concrete) are identified as heterogeneous solids with a hierarchically organized spatial-geometric structure with a characteristic dimension from 10-10 to 10-1 m, with a minimum of 5-6 scale levels and three types of substructure design that differ in scale, genesis and mechanics of properties manifestation. The first type is characteristic of the macro-, meso- and microscale levels and is taken in the form of a two-component “construction” of a spatially continuous matrix and discrete solid and gaseous (macropores) inclusions deterministically and stochastically distributed in it; the second type refers to the submicro-, ultramicro- and nanoscale levels and is believed to be in the form of a “microscale spatial structure” of new formations of a cementitious substance from consolidated individual crystalline differences; the third type, finally, corresponds to the atomic-molecular structure of new formations of the cementing substance. Characteristics of the distinguished types of substructures are given according to the scale of their components, the peculiarities of formation, the mechanics of manifestation of properties, design criteria and means of synthesis of each substructure. The patterns of formation of the fracture route in substructures of all types and substances of each scale level are analyzed. In this case, the development of the stress-strain state of the conglomerate composite according to the principle of energy dissipation, localization and increase (concentration) of stress is realized in the direction from the macro- to the atomic-molecular level of the structure of the composite, and the destruction itself and, accordingly, the formation of the crack route in time and in space of the composite passes in the direction from the atomic-molecular level to the macrolevel in a cascade through all intermediate structural levels. Within the framework of an integrated mechano-physico-chemical approach, the place of thermofluctuation theory (fracture physics) at the stages of breaking single atomic-molecular bonds and crack mechanics at the stages of development of micro- and macrodamage is shown. The possibilities of using theoretical principles of crack route formation to formulate and solve practical problems of designing and synthesizing optimal structures of conglomerate building composites are discussed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.