Валентин Викторович Кравченко — кандидат технических наук, доцент кафедры технологии бетона и строительных материалов
224017, Республика Беларусь, г. Брест, ул. Московская, д. 267
Valentin V. Kravchenko — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Concrete and Building Materials Technology
267 Moskovskaya st., Brest, 224017
Введение. Прогнозирование жесткостных характеристик бетона в рамках научного подхода является актуальной задачей современной теории бетоноведения. Учитывая представление о структуре бетона как трехфазного композиционного материала, состоящего из цементной матрицы, заполнителей и интерфейсной транзитной зоны между ними, наиболее оптимальными для решения данной проблемы служат методы аналитической гомогенизации. Существующие расчетные модели для прогнозирования жесткостных характеристик бетона на основе методов аналитической гомогенизации не в полной мере учитывают особенности его структуры, что обуславливает необходимость их совершенствования.
Материалы и методы. Предлагаемый усовершенствованный подход для прогнозирования жесткостных характеристик бетонного композита включает оценку его эффективного тензора жесткости (упругости) 4-го ранга на основе методов аналитической гомогенизации механики композиционных материалов.
Результаты. Сформулированы предпосылки и допущения усовершенствованного подхода. Приведены положения, рассматривающие зерна крупного заполнителя в виде композитных частиц как сферической формы, так и в виде сплюснутого сфероида для пластинчатой (лещадной) формы зерен и вытянутого сфероида для игольчатой формы зерен, с располагаемой вокруг них транзитной зоной. Предложен итерационный метод, по которому жесткостные характеристики бетона определяют последовательно, вычисляя на каждой итерации жесткостные характеристики композитной системы «цементная матрица – композитная частица i-й фракции». Представлена численная методика расчета эффективного модуля упругости бетона в рамках предлагаемого подхода.
Выводы. Предлагаемый усовершенствованный подход на основе аналитической гомогенизации позволяет оценивать жесткостные характеристики бетона с учетом особенностей его структуры в виде сфероидной формы зерен заполнителя, наличия интерфейсной транзитной зоны вокруг зерен заполнителя, а также высокой объемной концентрации заполнителя в его структуре.
Introduction. Prediction of concrete stiffness characteristics within a scientific framework remains a relevant task of modern concrete science. Considering concrete as a three-phase composite material consisting of a cement matrix, aggregates, and the interfacial transition zone between them, analytical homogenization methods are among the most effective approaches for addressing this problem. However, existing computational models for predicting the stiffness characteristics of concrete based on analytical homogenization methods do not fully account for the specific features of its structure, which necessitates their further development.
Materials and methods. The proposed approach for predicting the stiffness characteristics of concrete involves estimating its effective fourth-order stiffness (elasticity) tensor based on analytical homogenization methods from the micromechanics of composites.
Results. The assumptions of the proposed approach are formulated. Solutions are introduced that consider the grains of coarse aggregate as composite particles, both in the form of spheres and as oblate spheroids for flaky grains, and prolate spheroids for elongated grains surrounded by the interfacial transition zone. An iterative method is also proposed, whereby the stiffness characteristics of concrete are determined sequentially, calculating the stiffness characteristics of the composite system “cement matrix – composite particle of the i-th fraction” at each iteration. A numerical method for calculating the effective elasticity modulus of concrete according to the proposed approach is provided.
Conclusions. The proposed approach based on analytical homogenization is designed to evaluate the stiffness characteristics of concrete, taking into account the features of its structure, such as the spheroidal shape of the aggregates, the presence of an interfacial transition zone around them, and the high volumetric concentration of aggregates.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.