CC BY
131
О О О 32
Рис. 5. Графики колебаний 5, 6, 7 узловых линий в сечении х = 10 м
Заключение
Разработанная методика расчета колебаний вантовых конструкций, балка жесткости которых может быть смоделирована призматической складчатой системой, позволяет в дополнение к известным программным продуктам, основанным на МКЭ, получать для сравнения качественные и количественные результаты.
Библиографический список
1. Кадисовм Г.М., Чернышов В. В. Динамика вантового моста после обрыва ванты
2. Расчет сооружений с применением вычислительных машин. Смирнов А.
Ф.,Александров А. В., Шапошников Н .Н, Б. Я Лащеников. М: Стройиздат 1964. - 380 с.
3. Строительная механика. Тонкостенные пространственные системы./ Александров А. В., Лащеников Б Я., Шапошников Н. Н. - М: Стройиздат, 1983. - 488 с.
4. Кадисов Г. М. Устойчивость и колебания упругой системы под воздействием колонны подвижных механических объектов.// Изв. вузов. Строительство.-1996.-№ 8. -С.36-42.
5. Мандельштам Л .И. Лекции по теории колебаний.-М: Наука, 1972. - 472 с.
DEFINITION OF OWN FORMS OF A CABLE-STAYED BRIDGE BY A MIXED METHOD
G. M. Kadisov
The features of calculating the own frequencies and own forms of cable-stayed bridge, the spatial model which consists of a thin-walled prismatic fold, a constant cross section pylon and fan shrouds. Numerical examples are given.
Кадисов Гоигорий Михайлович - д-р техн наук, профессор,зав. кафедрой Строительная механика. Общее количество опубликованных работ: 60. E-mail: [email protected].
УДК 691:666
ПРОЦЕССЫ КОРРОЗИИ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В ЕГО СТРУКТУРЕ
И. Н. Кузнецова, М. А. Ращупкина
Аннотация. В статье, на основе экспериментальных исследований структуры цементного камня на тампонном цементе, приведены его физико-химические свойства. Представлены основные коррозионные процессы цементного камня и бетона.
Ключевые слова: цементный камень, бетон, коррозия.
Введение
Бетон является одним из самых распространенных материалов в строительстве различных объектов в самых различных условиях эксплуатации. В работе рассмотрены коррозионные процессы цементного камня формирующего структуру бетона выполненного на тампонном цементе, применяемого для работ в агрессивных средах, изложены результаты экспериментальных исследований структуры
цементного камня на тампонном цементе, приведены его физико-химические свойства.
Основная часть
Характеризуя коррозионные процессы цементного камня и бетона в целом на разных стадиях, необходимо, в первую очередь сделать анализ структурообразования и состава цементного камня. Исследования цементного камня, бетона, проведены в работах таких ученых, как И.Н. Ахвердов, Ю.М. Баженов, М.М. Сычев, П.А. Ребиндер и др. В них обос-
нованы макроструктура и микроструктура цементного камня и бетона в целом. Цементный камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность. Долговечность определяется соотношением степени агрессивности воздействий на бетон и стойкостью бетона к агрессивным воздействиям. Агрессивные воздействия на материал вызывают коррозию -ухудшение физико-механических свойств бетона. В результате происходит взаимодействие агрессивных компонентов с цементным камнем, вызывающее изменение его структуры и свойств. Формирование структуры цементного камня, осуществляется в процессе сложного гидратационного взаимодействия твердой, жидкой и газообразной фаз. Этапы твердения связаны с зарождением и образованием кристаллических фаз.
Образцы для исследования выполнялись из портландцемента тампонажного бездоба-вочного для низких и нормальных температур (15-50 0С) (ПЦТ 1-50) по ГОСТ 1581-96. Данный цемент применяется для цементирования
нефтяных, газовых и других скважин. По согласованию с изготовителем допускается применение в качестве общестроительного цемента [4].
На тампонажном цементе (ПЦТ 1-50) изготавливают тампонажные растворы нормальной плотности, обладающие гарантированной прочностью, и непроницаемостью, коррозионной стойкостью за счет низкого содержания алюминатов кальция и щелочных соединений.
Нормированное время загустевания является гарантией своевременного схватывания тампонажного раствора и, вместе с этим, обеспечивает нарастание прочности сразу после окончания цементирования объектов. Физико-химические характеристики портландцемента тампонажного (ПЦТ 1-50) представлены в таблице 1.
Для структуры затвердевшего цементного камня характерны более прочные кристаллизационные контакты химической природы -так называемая «поверхностная химическая сшивка», обусловленная взаимодействием внешних электронов атомов контактирующих частиц. Энергия связи «химической сшивки» может составлять от 40 до 400 кДж/моль, а сила связи на одни контакт - 10-4 Н.
Цементный камень содержит участки с различной структурой, сложенные разными минералами. Свойства цементного камня зависят от его минерального состава. Изменяя минеральный состав вяжущего и условия твердения, можно получать различные типы
микроструктуры цементного камня, которая состоит из гелевых и кристаллических продуктов гидратации цемента и многочисленных включений в виде не гидратированных зерен клинкера, то есть свойства цементного камня зависят от его минерального состава. Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция. [7, 8]
На микрофотографиях исследуемых образцов цементного камня сформированного из тампонажного цемента (ПЦТ 1-50) отчетливо видны игольчатые кристаллы и их сростки (рисунок 1), характерные для гидросиликатов кальция.
Рис. 1. Микрофотографии цементного камня на цементе ПЦТ 1-50
а) с разрешением 1 мкм;
б) с разрешением 5 мкм
Анализатором «Porosimeter 2000» определен объем пор образцов цементного камня сформированного из тампонажного цемента (ПЦТ 1-50). Данный прибор позволил определить макропоры и мезопоры, общий объем таких пор для образцов цементного камня составляет -0,035 см3/г при диаметре 19,6 нм; и
0,029 см3/г при диаметре 19,2 нм. [6] Характеристика пористой структуры цементного камня на цементе ПЦТ 1-50 представлена в таблице
2, распределение пор в цементном камне на цементе ПЦТ 1-50 представлено на рисунке 2.
Структура бетона, изотропна, ее свойства по разным направлениям приблизительно одинаковы. Оценку структурообразования неорганических соединений цементного камня и бетона в целом необходимо вести комплексно, учитывая кристаллохимические особенно-
сти веществ, кинетические и термодинамические факторы. Цементный камень с использованием цементного раствора, в смеси с кварцевым песком, или бетона, в смеси с песком и крупным заполнителем, образует водостойкий камень, который обладает развитой пористостью, при длительном контакте с водой и особенно с водными растворами его водостойкость, химическая стойкость недостаточна. [3, 7, 8]
Проблемы коррозии цементного камня и бетона изложены В.И. Бабушкиным, и совместно с другими учеными разработан метод термодинамического анализа для изучения коррозии цементного камня и бетона. В.М. Москвиным предложена классификация коррозионных процессов, разработаны нормы по защите бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. В работах С.Н. Алексеева, Ф.М. Иванова, Н.К. Розенталя, В.В. Яковлева и др. рассмотрены процессы проникания в бетон разных по составу газовоздушных сред, с учётом частичного заполнения пор и капилляров поровой влагой, т.е предполагается скорость карбонизации бетона зависит от состава бетона, технологии изготовления бетона, проницаемости бетона, температурновлажностных условий эксплуатации, концентрации углекислого газа в воздушной среде, и др. Учеными Б.В. Гусевым, А.С. Файвусови-чем, В.Ф. Степановой, Н.К. Розенталь разработаны системы уравнений которые используются в моделях биокоррозии, выщелачивания отвержденных радиоактивных отходов, коррозии в жидких средах, фильтрации, коррозии арматуры и т.д.
Оценка долговечности и скорости коррозии цементного камня и бетона сводится к исследованию особенностей взаимодействия агрессивных факторов окружающей среды с цементным камнем и бетоном, и разработке математических моделей процессов коррозии цементного камня и бетона.
Рассмотрим, что относят к основным процессам коррозии цементного камня и бетона: физические коррозионные процессы (увлажнение, высушивание, развитие неравномерных деформаций усадки и набухания; дегидратация и снижение прочности цементного камня под действием высоких температур; циклическое замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии); физикохимические коррозионные процессы в зависимости от степени водонасыщения бетона и химической активности среды, т.е. при действии воды-среды на бетон (коррозии I, II, III вида - по классификации В.М. Москвина); фи-
зико-химическая при взаимодействии щелочей цемента с кремнеземом заполнителя (это внутренняя коррозия); биологическая коррозия; электрохимическая коррозия.
К коррозии цементного камня которая возникает под действием агрессивных сред относят: коррозии мягкими водами (щелочной средой); мягкими называют воды с жесткостью менее 4 мг экв/л, способные растворять Са(ОН)2; коррозии водами, содержащими свободные кислоты (кислой средой); коррозии магнезиальными водами, т.е. водами с содержанием катионов Мд2+ свыше 5000 мг/л; коррозии водами, содержащими сульфаты, ион SO42-; коррозии водами, содержащими свободную углекислоту СО2. [1, 2, 5] Необходимо разрабатывать математические модели, позволяющих прогнозировать долговечность при воздействии агрессивной среды на стадии проектирования конструкций.
Заключение
Повысить различные свойства цементного камня и бетона в целом можно за счет оптимизации состава бетона. Практически все виды химической коррозии связаны с наличием в цементном камне гидратной извести -Са(ОН)2., поэтому любые мероприятия по снижению количества Са(ОН)2 будут способствовать повышению коррозионной стойкости цементного камня, это служит основой для создания специальных видов коррозионностойких цементов к такому виду относят там-понажный бездобавочный цемент марки ПЦТ !-50 применяемого в качестве общестроительного цемента.
Библиографический список
1. Бабушкин В. И., Ратинова В. Г. Физикохимические процессы коррозии бетона и железобетона. - М.: Стройиздат, 1968. - 187с.
2. Гусев Б. В., Кондращенко В .И., Маслов Б. П., Файвусович А. С. Формирование структуры композиционных материалов и их свойства. - М.: Научный мир, 2006. -560 с.
3. Гусев Б. В. Прочность полидисперсного композиционного материала, типа цементного бетона и особенностей напряженно-деформированного состояния такого материала при действии сжимающих нагрузок. - М: ЦИСН, 2003. - 37 с.
4. Данюшевский В. С., Толстых И. Ф., Милы-птейн В. Справочное руководство по тампонажным материалам. -М.: Недра, 1973. - 312 с.
5. Москвин В. М., Саввина Ю. А., Алексеев С. Н.и др. Повышение стойкости бетона и железобетона при воздействии агрессивных сред / Под ред. В.М. Москвина, Ю.А. Саввиной. - М. : Стройиздат, 1975. - 240 с.
6. Никонова Н. С. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. - М., 1981.
7. Шмитько Е. И., Крылова А. В., Шаталова В. В. Химия цемента и вяжущих веществ. - СПб, 2006.- 206 с.
8. Сидоров В. И., Агасян Э. П., Никифорова Т. П. и др. Химия в строительстве / Учебник для вузов: - М.: АСВ, 2007 - 312с.
PROCESSES OF CORROSION OF A CEMENT STONE IN ITS STRUCTURE
I. N. Kuznetsova, M. A. Raschupkina
In clause, on the basis of experimental researches of structure of a cement stone on special cement, its physical and chemical properties are resulted. The basic corrosion processes of a cement stone and concrete are presented.
Кузнецова Ирина Николаевна -, кандидат технических наук, доцент кафедры «Городское строительство и хозяйство».Основное направление научных исследований: наноструктурирование
композиционных материалов, физико-
технические свойства бетонов, коррозионные процессы бетонов. Общее количество публикаций-43.
Ращупкина Марина Алексеевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные материалы и специальные техноло-гии».Основное направление научных исследований :наноструктурирование строительных материалов и изделий, физико-механические свойства бетонов, механизм формирования структуры бетона.Общее количество публикаций- 31.
УДК 625.731
РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ С ОРТОТРОПНЫМИ СЛОЯМИ
С. А. Матвеев
Аннотация. Разработана математическая модель армированного геосеткой (георешеткой) упругого слоя многослойной плиты, как слоя композитного. На основе энергетического подхода получены выражения для определения модулей упругости композитного слоя. Между отдельными слоями имеется жесткое сцепление. Для случая поперечного изгиба полиармированной плиты на упругом основании рассмотрено аналитическое решение методом Бубнова - Галеркина, которое доведено до числовых результатов. Точность решения оценивается путем сопоставления с результатами, полученными другими методами и экспериментально. Влияние армирования отдельных слоёв на напряженно-деформированное состояние всей конструкции рассмотрено на конкретном примере изгиба однослойной плиты с армирующей прослойкой, расположенной в ее основании.
Ключевые слова: плита, основание, армирование, георешетка, математическая модель.
Введение
Общим недостатком существующих подходов при решении вопросов применения гео-синтетических материалов для армирования дорожных конструкций является, попытка привлечения традиционных методик расчета конструкций со сплошными, однородными, изотропными слоями для расчета армированных конструкций, являющихся по существу конструктивно анизотропными. В статье предложен альтернативный подход, базирующийся на разработанной автором теории изгиба многослойной полиармированной плиты.
Дифференциальное уравнение изгибаа многослойной полиармированной плиты на упру-гом основании (рис. 1) имеет вид [1]
Рис. 1. Многослойная плита
