автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структурно-имитационное моделирование в исследованиях свойств цементных композитов

На правах рукописи

ХАРИТОНОВ Алексей Михайлович

СТРУКТУРНО-ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ИССЛЕДОВАНИЯХ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

□□3472853

Санкт-Петербург - 2009

003472853

Работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Научный консультант - заслуженный деятель науки РФ, академик

РААСН, доктор технических наук, профессор Комохов Павел Григорьевич

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ,

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор Воробьев Владимир Александрович;

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор Ерофеев Владимир Трофимович;

доктор технических наук, профессор Попов Валерий Петрович

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет

архитектуры и строительства», г. Пенза

Защита состоится 23 июня 2009 года в 14 часов на заседании совета Д212.223.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4; зал заседаний. Факс: (812) 316-58-72. Электронная почта: rector@spbgasu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4, диссертационный совет.

Автореферат разослан «» мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.223.01

:— ---¡36^—>)

Ю.Н. Казаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Задача интенсификации развития инновационных технологий в строительной индустрии обуславливает необходимость представления физико-механических свойств композиционных материалов в виде математических зависимостей от их внутреннего строения и внешних воздействий в заданных условиях эксплуатации. Эти зависимости позволяют выявить факторы, обеспечивающие формирование эффективной структуры материалов, а также оценить долговечность и надежность конструкций без длительных и дорогостоящих натурных экспериментов.

Наибольшую сложность с позиции математического выражения представляют цементные композиты. Описание подобных сложноструктурированных систем должно предусматривать отражение распределения в объеме, взаимной ориентации и сопряжения структурообразующих элементов, а также учет их совместной работы на различных уровнях, что в целом и составляет технологию структурно-имитационного моделирования. ■'''■■•■■

Применяемые в настоящее время методы математической статистики как основной инструмент теоретического исследования зачастую не позволяют установить физическую сущность и закономерности связи структуры со свойствами. Аналитические методы описания влияния строения композиций на их свойства в виде детерминированных зависимостей практически неприменимы к системам, имеющим многоуровневый вероятностный характер.

Сущность структурно-имитационного моделирования заключается в воспроизведении с помощью уравнений математической физики и теории упругости явно учитываемых параметров, определенных в ходе предварительных структурных исследований, способствующих более реалистичному отражению строения материала и возможности получения откликов системы на внешние и внутренние воздействия. Данный метод позволяет непосредственно связать структуру и свойства композиционного материала, что представляет одну из фундаментальных задач материаловедения.

Несмотря на очевидный прогресс, достигнутый в этом направлении, разработанные к настоящему времени модели не имеют системного характера в отношении описания цементных композиционных материалов. Поэтому требуется разработка принципов моделирования структуры и свойств цементных систем, опирающихся на достигнутые современные познания в области исследования их структуры, включая субмикроуровень. Данная работа направлена на решение этой проблемы.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилась разработка методологии структурно-имитационного численного моделирования цементных композиций, базирующейся на представлении их структуры в виде многоуровневой иерархической модели, реализующей алгоритмы физико-механических процессов и явлений и позволяющей прогнозировать поведение материала в задан-

ных условиях эксплуатации, а также проектировать композиции с эффективной структурой.

Для достижения указанной выше цели потребовалось выполнить:

- анализ современного состояния вопроса для выявления параметров моделирования структуры цементных систем с учетом кинетики ее развития;

- обоснование структурно-имитационной многоуровневой модели цементных композиций для отдельных масштабных уровней;

- уточнение параметров структуры цементного камня на уровне гидросиликатного геля и степени ее подверженности изменению при варьировании различных технологических факторов (В/Ц, условия и время твердения, введение химических добавок);

- определение количественных характеристик структуры микроуровня цементных композиций в зависимости от различных технологических факторов;

- обоснование особенностей применения метода конечных элементов (МКЭ) для оценки механических свойств цементных систем;

- определение факторов, обусловливающих влажностную усадку, й разработку методологии расчета собственных структурных деформаций по модели;

- сопоставление расчетных и экспериментальных данных и оценку адекватности модели;

- установление, на основании результатов численных расчетов, закономерностей влияния структурных факторов на механические характеристики композиций и выработку рекомендаций в отношении повышения эффективности структуры материала;..

, - апробацию предложенного метода моделирования цементных систем на примере конструкций транспортного строительства.

. , Научная новизна заключается в следующем:

1. Сформулирована методология, на основе которой впервые разработана численная многоуровневая иерархическая модель цементного бетона, включающая наноразмерный уровень, которая в явном виде отражает физическую и геометрическую гетерогенность его структуры. Данная модель позволяет расчетным путем оценить совместную работу структурных элементов и их влияние на механические свойства бетона на различных структурных и масштабных уровнях при заданных внешних и внутренних воздействиях на основе применения метода конечных элементов. Адекватность модели подтверждается высокой сходимостью расчетных и экспериментальных результатов исследований.

2. Применительно к предложенной модели разработан и методологически обоснован алгоритм моделирования механизма влажностной усадки цементных композиций, учитывающий воздействие капиллярного давления и изменения свободной поверхностной энергии во взаимосвязи с относительной влажностью окружающей среды. Данный алгоритм был реализован в программном продукте для ЭВМ.

3. На основе результатов расчета и экспериментальных исследований предложена новая математическая зависимость для определения величины влажностной усадки бетона, учитывающая его структурные особенности.

4. Определена количественная мера влияния отдельных компонентов структуры цементных композиционных материалов, включая гидрагные новообразования, на механические свойства материала, на базе которой разработаны рекомендации по направленному регулированию показателей его свойств.

5. На базе структурно-имитационных моделей разработана методика расчетной оценки прочности цементно-песчаных композиций путем моделирования процесса трещинообразования, охватывающего не только поровое пространство, но и твердую фазу. На основе этой методики получены количественные закономерности изменения показателей трещиностойкости цементных систем в зависимости от соотношения упругих свойств компонентов структуры.

6. Впервые произведена расчетная оценка степени совместного влияния деформаций влажностной усадки и рабочей нагрузки на напряженно-деформированное состояние предварительно напряженных железобетонных конструкций при явном учете особенностей структуры материала и влажностных условий эксплуатации.

Достоверность результатов исследований подтверждается высоким уровнем метрологического обеспечения лабораторных исследований, выполненных с применением современных методик и приборов; статистической обработкой результатов исследований; сходимостью численных (тестовых) расчетов с данными экспериментальных исследований, проведенных лично автором в рамках фундаментальных, госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ в лабораториях Дальневосточного и Петербургского государственных университетов путей сообщения и опубликованных в открытой печати. Полученные расчетным путем данные имеют расхождения 5-15 % с результатами натурных наблюдений.

Практическая значимость результатов исследования. В диссертации сформулирована методология моделирования механических свойств цементного бетона с учетом его реальной структуры и внешних факторов, позволяющая выявить степень влияния отдельных компонентов структуры на интегральные свойства материала.

Использование разработанных автором методов моделирования процессов влажностной усадки и трещинообразования позволяет вести более целенаправленный поиск рациональных технологических решений и существенно сократить объем и стоимость лабораторных исследований при проектировании составов цементных композиций с требуемым уровнем свойств. Полученные результаты моделирования подтверждают и обобщают современные достижения в области исследования структуры и свойств цементных систем.

Предложенный метод оценки степени совместного влияния усадочных деформаций и рабочей нагрузки на напряженно-деформированное состояние предварительно напряженной железобетонной конструкций может быть использован для существенного сокращения трудозатрат при разработке конструктивных и технологических решений в области проектирования бетонных и железобетонных конструкций с увеличенным эксплуатационным ресурсом.

В рамках темы «Научное сопровождение технологии производства железобетонных шпал со стержневым армированием на оборудовании фирмы ОЬМ!»

прошведен расчет трещшюстойкостн железобетонной шпалы ШЗ-ДК с учетом собственных деформаций, планируемой к производству на Челябинском заводе ЖБШ. По результатам расчета выполнен сравнительный анализ вариантов армирования шпалы (стержневого и проволочного) по показателям трещиностойкости.

Разработано и апробировано в ЗАО «Уиравление-20 Мостострой» (г. Санкт-Петербург) программное обеспечение, реализующую предложенную методику структурно^имитациопного моделирования композиций с широкой номенклатурой свойств (свидетельства о регистрации программ для ЭВМ № 2008614295 н№ 20086I I545).

Лабораторные и натурные исследования, а также расчеты процессов влажностной усадки и трещинообразовання позволили разработать рекомендации по улучшению прочностных свойств цементных бетонов за счет направленного регулирования упругих характеристик- компонентов структуры путем модификации состава заполнителей (патент РФ) и использования микронаполнителей. Эффективность указанных рекомендаций, заключающаяся в снижении себестоимости бетона до 30 % при улучшении его технических свойств (бетоны класса В50-60 с коэффициентом трещиностойкости К - 0,20-0,25), подтверждена на стадии промышленных испытании в ОАО «Хабаровская ремонтно-строительная компания» и апробирована на ряде объектов Хабаровского края.

Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в диссертации, заключается в разработке целей и задач исследования, постановке и выполнении экспериментов, обобщеции,и теоретическом анализе результатов расчетов, лабораторных исследований и опытно-промышленного внедрения.

На защиту выносится:

- обоснование методологии структурно-имитационного моделирования механических свойств цементного камня и бетона как многоуровневого композиционного материала;

-результаты исследования параметров структуры цементного камня науровне гелевой фазы в зависимости от различных технологических факторов;

- параметры численных моделей цементных систем на различных структурных уровнях и масштабных приближениях;

- результаты численного моделирования упругих свойств цементных композиций;

- алгоритм моделирования влажностной усадки цементных систем на различных структурных уровнях;

- закономерности влияния отдельных компонентов структуры на свойства цементных систем и методы их регулирования;

- метод моделирования процессов трещинообразовання в структуре бетона, а также методика оценки влияния совместного воздействия внешней нагрузки и влажностной усадки на напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций.

Апробация работы. Результаты исследований автора неоднократно докладывались на региональных, всероссийских и международных конференциях,

в частности: «Молодежь и научно-технический прогресс» (Владивосток, 1998 г.), «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран ЛТР в XXI веке» (Хабаровск, 1999, 2001, 2003, 2005 гг.), «Научно-технические и экономические проблемы транспорта» (Хабаровск, 2000 г.), «Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков» (Чита, 2000 г.), «Новые технологии - железнодорожному транспорту» (Омск, 2000 г.), «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока» (Хабаровск-Владивосток, 2001 г.), «Десятые Академические чтения РААСН » (Казань, 2006 г.), «Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности» (Хабаровск, 2006 г,), «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (Ростов-на-Дону, 2006 г.), «Транс-порт-2006» (Ростов-на-Дону, 2006 г.), «XIII Международный семинар Азиатско-Тихоокеанской академии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века»» (Новосибирск, 2006 г.), «Строительное материаловедение -теория и практика» (Москва, 2006 г.), «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2006,2007 гг.), «Популярное бетоноведение» (Санкт-Петербург; 2006 г.), «Международный семинар по моделированию и оптимизации композитов» (Одесса, Украина, 2007, 2008 гг.), «Инновационные технологий - транспорту и промышленности» (Хабаровск, 2007 г.), «Проблемы прочности материалов и сооружении на транспорте» (Санкт-Петербург, 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 54 работы, включая 9 статей в научных журналах по списку ВАК РФ, учебное пособие (в соавторстве), 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ, а также получено положительное решение о выдаче патента РФ (в соавторстве) - заявка № 2007147169/03 (051709). "

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложения. Диссертация содержит 365 страниц основного текста, 29 таблиц, 165 рисунков и 5 страниц приложения, 290 наименований библиографического списка, в том числе 153 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблеме моделирования структуры и свойств строительных композиционных материалов посвящены исследования И.Н. Ахвердова, В.В. Бабкова, Ю.М? Баженова, А.Н. Бобрышева, В.А. Вознесенского, В.А. Воробьева, В.Н. Вы-рового, B.C. Грызлова, Б.В. Гусева, JI.M. Добшица, В.Т. Ерофеева, Ю.В. Зайцева, A.B. Илюхина, Н.И. Карпенко, В.А. Кивраиа, C.B. Коваля, В.Н. Козомазова, П.Г. Комохова, В.И. Кондратенко, B.C. Лесовика, Т.В. Ляшенко, Н.И. Макриди-на, A.M. Подвального, В.П. Попова, И.Г. Портнова, Ш.М. Рахимбаева, В.П. Селя-ева, Ю.А. Соколовой, C.B. Федосова, Е.М. Чернышева, D.P. Belitz, vail К. Breugel, R.F. Feldman, E.J. Garboczi, H.M. Jennings, C.-J. Haecker, E.A.B. Koenders, P. Nävi, С. Pignat, G. Schütter, V. Smilauer, M. Stroeven, F.H. Wittmann и др. Анализ результатов исследований, достигнутых в области математического описания свойств композиционных материалов во взаимосвязи с их структурой, выполненный в пер-

вой главе диссертации, позволил выбрать основное направление решения задачи прогнозирования свойств цементных систем, заключающееся в обобщении известных закономерностей в форме имитационных численных моделей. Преимущество таких моделей перед статистическими и феноменологическими концепциями заключено в возможности явного учета параметров структуры и воспроизведения физической природы явлений с помощью численных методов. Наиболее развитым и апробированным методом решения дифференциальных уравнений, описывающих поведение сплошных сред, является метод конечных элементов (МКЭ).

Для реализации указанного направления требуется разработка методологии моделирования свойств цементных композиций, базирующейся на представлении структуры материала в виде многоуровневой иерархической модели, воспроизводящей механизмы физико-механических процессов и явлений. Решению этой задачи посвящена вторая глава диссертации.

На современном этапе можно выделить два основных подхода в отношении создания компьютерной модели структуры цементных систем и исследования свойств на ее основе:

• разработка кинетической имитационной модели гидратации цемента и применение на ее основе МКЭ для описания основных физико-механических свойств материала на отдельных временных отрезках формирования структуры;

• использование дискретных структурных моделей, алгоритм построения которых основан на стохастическом заполнении некоторого объема геометрическими элементами в соответствии с заданными распределениями их формы, размеров и ориентации. Дальнейшее моделирование свойств композиций связано с применением теории «эффективной среды» или МКЭ.

Следует отметить, что во всех указанных направлениях моделирования в качестве наименьших по размеру элементов структуры, в лучшем случае, рассматриваются зерна цемента, без учета цементного геля.

Отмеченный недостаток обусловлен попытками исследователей одновременно включить в модель структурные неоднородности широкого диапазона размеров, что увеличивает длительность расчетов, а также огрубляет результаты моделирования свойств материала.

Безусловно, важным для осмысления и практического применения является первое направление, связанное с моделированием физико-химических процессов гидратации цемента. В настоящее время развитие этого направления находится только на уровне реализации самой идеи.

Данная диссертационная работа лежит в русле исследований второго направления, связанного с созданием имитационных моделей на основе данных об уже сформировавшемся цементном камне (в возрасте 28 суток). Для этого требуется априорная информация о компонентном составе, количественных и геометрических параметрах элементов структуры, а также учет вероятностного характера их распределения в объеме материала. При этом теряется кинетический аспект формирования структуры, но исключаются неоднозначные результаты моделирования процесса гидратации.

Проблема «разрешения» модели, т.е. явного учета элементов структуры в диапазоне размеров от нанометра до миллиметра, в данной работе решена за счет организации многоуровневой системы структуры, заключающейся в разработке дискретных моделей цементных композиций характерных структурных уровней и различных масштабных приближений. Принцип многоуровневого представления структуры применительно к суб- и микроуровню цементных систем отражен на рис. 1.

Исходя из сказанного, концептуальная основа имитационного моделирования цементных систем заключается:

- в первоначальном структурированном распределении наночастиц в пределах границ заданного полигона модели, за счет чего достигается имитация структуры цементного геля. Принцип структурирования подразумевает взаимное расположение частиц в пространстве, воспроизводящее явление кластеризации;

- получении имитационной модели системы конкретного состава с использованием статистического механизма генерации размещения элементов структуры в соответствии с заданной функцией распределения по размеру. При этом учитывается форма размещаемых элементов, определяемая принадлежностью к отдельной структурообразующей фазе. Матричную основу составляет структура предыдущего уровня моделирования, рассматриваемая как континуальная среда. Все это относится к микро-, мезо- и макроуровню материала.

Рис. 1. Взаимосвязь отдельных структурных уровней и масштабных приближений

При многоуровневом подходе параметры свойств, определенные для моделей предыдущего уровня, используются в качестве исходных данных, относящихся к матричной составляющей модели последующего уровня. Подобная иерархичность построения общей модели цементной композиции позволяет напрямую увя-

зать структурные особенности на уровне нанометра с макросвойствами материала.

Принципиальная схема методологии структурно-имитационного моделирования, отображающая общие подходы к моделированию свойств цементных композиций, представлена на рис. 2.

(теоротжесхиепредпосыпки ^

С

Эксперимент

или

3

.Структура 1рментных композиций с учетом вида цемента , теинологшесхих факторов, добавок и других особенностей

Компоненты структуры, их геометрические параметры

Количественные характеристики

физико-механических свойств

Вероятностное распределение элементов структуры

Определение

характерно*

масштабных

уровней

X

Формирование геометрии моделей дискретных структурньк уровней

Оценка адекватности раснетньк параметров

Процедуры создания конечно-элементных моделей

Раоют упругих свой сто моделей на основе МКЭ

......V . •

Моделирование механических свойств, явлений и процессов цементньк KOMno3w.fi й

(Гипотезы и ^ ( Теория ^ f Теория

рассматриваемых

явлений и п роцессов ]

-------------

теории ^ прочности

^Прочность Бетона

собствен» ьк

деформаций

—- т

1:.:

С Собственные

деформации —г-

□с

Как следует из схемы, моделирование свойств, явлений и процессов, характерных для цементных систем, представляют самостоятельные задачи. Это обусловлено тем, что на заключительном этапе создания моделей реализуются процедуры и алгоритмы, которые описывают соответствующие свойства и механизмы их действия.

Из схемы на рис. 2 также следует, что при моделировании любого свойства, явления или процесса имеется общий этап, связанный с созданием моделей различных структурных уровней и масштабных приближений. Задачей этого этапа является разработка исходной модели, которая аппроксимирует упругие свойства и связи отдельных компонентов, а также цементной системы в целом.

В этой модели пока отсутствуют внешние или внутренние воздействия, которые связаны с конкретной задачей моделирования - исследованием определенного свойства или явления.

На первом этапе, основываясь па известных теоретических данных о структуре цементных композиций, устанавливаются характерные структурные уровни, связанные со строением материала. Определяются физико-механические параметры компонентов отдельных структурных уровней. При необходимости проводятся эксперименты по установлению параметров структуры или связи технологических факторов со строением материала и свойствами компонентов. Далее формируются плоские геометрические модели структуры различного масштабного приближения с учетом вероятностного характера взаиморасположения компонентов.

Прочие явления процессы

3

Оценка адекватности моделей рассматриваемых свойств цементных композиций, использование моделей для проектирования бетонов с заданными свойствами

Рис. 2. Принципиальная схема методологии структурно-имитационного моделирования

Следующим шагом создания численных моделей является реализация процедур МКЭ, позволяющих представить модель как единую систему, состоящую из компонентов, обладающих различными физико-механическими параметрами (модулем упругости, коэффициентом Пуассона, плотностью и др.). Для каждой модели определяются интегральные характеристики упругости, которые используются в качестве параметров матрицы в модели последующего масштабного приближения.

Создание численной модели материала наиболее крупного масштабного приближения соответствует завершению первого этапа моделирования. Адекватность моделей характерных структурных уровней проверяется путем сопоставления расчетных и экспериментальных данных.

Второй этап моделирования связан с разработкой алгоритмов воспроизведения свойств материала. Эти алгоритмы связаны с определением внешних или внутренних нагрузок, действующих в моделях различных уровней, оценкой результатов действия этих нагрузок и, при необходимости, преобразованием исходных моделей. В качестве конечного результата рассматривается интегральный отклик на воздействие, соответствующее исследуемому свойству.

Адекватность обобщенной математической модели, представляющей совокупность моделей разного масштабного приближения, также оценивается сравнением результатов расчетов с данными экспериментов. При сходимости этих результатов модель используется для выбора цементной композиции с требуемым уровнем исследуемого свойства. Для этого по разработанной методике проверяются составы с модифицированной структурой - то есть происходит возврат к первому этапу моделирования, но который уже не требует подтверждения адекватности создаваемых моделей.

На первый взгляд может показаться, что предлагаемая методология моделирования аналогична экспериментальному поиску материалов с заданными свойствами. Однако для создания математической модели материала нужно детально представлять физическую сторону исследуемых процессов. Это знание позволяет прогнозировать степень влияния отдельных факторов и вести более целенаправленный поиск рациональных технологических решений.

Реализация методологии структурно-имитационного моделирования в полном объеме представляет собой довольно сложную и трудоемкую задачу. В данной работе наибольший упор сделан на разработку исходных моделей различных структурных уровней, лежащих в основе исследования любых свойств цементных систем. Это обусловлено тем, что большинство исследователей основное внимание уделяют реализации континуальных зависимостей, относящихся к какому-либо свойству материала, игнорируя влияние всего многообразия структурных компонентов. В качестве тестирования предлагаемой методологии выполнено исследование наиболее чувствительных к строению цементных композиций собственных деформаций бетонов.

Первым этапом реализации структурно-имитационного моделирования, изложенным в третьей главе диссертации, явилась разработка модели субмикроу-

ровня бетона. Для решения этой задачи потребовалось экспериментальное уточнение параметров структуры цементного геля и влияния на нее различных технологических факторов (В/Ц, условий твердения, химических добавок). Установлено, что в возрасте 28 суток влияние указанных факторов проявляется, в основном, через степень гидратации цемента, а точнее через относительный объем новообразований. На рис. 3 показано, что объем пор радиусом менее 1,0 им имеет тесную корреляционную связь со степенью гидратации. При этом не выявлено каких-либо качественных изменений по параметрам пористости внутреннего строения геля, т. е. с позиции имитационного моделирования структура цементного геля остается неизменной.

Gf "°РНСТ0СГЬ U-t£-M......Hhr......*......................i......S-

Степень пцратации|^_| | g j » g || ........................

■-Ttff'f'fft'

| 4 M S f3 3 sa

fflflfll il'ii pi HlfrftHrtriimi'll»1

0,9 0,8 0,7 :

2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 22 23 24 2 5 2627 2829 303132 33 Номер состава

Рис. 3. Объем пор радиусом менее 1,0 им и степень гидратации портландцементоп (11Ц500 до) различных заводов п возрасте 28 сучок

Наибольший объем представлен порами радиусом 0,85 им (рис. 4), что установлено на основе применения протонного магнитного резонанса. Эти поры составляют порядка 80 % от объема гелевой пористости и 60 % от общего объема пор в цементном камне при принятых значениях В/Ц.

В качестве обобщенного современного представления о структуре фазы гидросиликатов кальция в цементном камне можно привести модель, предложенную Национальным инсти-

I 2 з

Радиус пор, им

Рис. 4. Дифференциальное распределение пор в возрасте 0,5 и 28 суток

тутом стандартов США (рис. 5, а). Модель отражает экспериментальные данные по адсорбции азота, метанола, воды, малоуглового рентгеновского и нейтронного рассеяния.

Реализация известных представлений о существовании двух типов С-8-Н, отличающихся величиной плотности, достигалась путем двухуровневого фрактального моделирования структуры геля (рис. 5, б). При этом полагалось, что гель высокой плотности (С-8-Нвп) представляет модель первого масштабного приближения, а гель низкой плотности (С-8-Нмп) — второго.

Пористость 24 %

Рис. 5. Схематическое представление структуры цементного геля: а - единичные элементы структуры геля; б - два тина структуры С-Б-Н: 1 - твердая фаза С-Б-Н; 2 - физически связанная вода между слоями; 3 - адсорбированная вода; 4 - свободная вода в порах

В модели первого уровня отдельными структурными элементами являются сферические частицы диаметром 4,4 нм, представляющие собой агрегаты суб-микрокристаллов С-Б-Н (рис. 5, б), внутреннее строение которых не исключает тоберморитоподобную структуру. Модель второго уровня составляет совокупность частиц диаметром -40 нм, внутреннее строение которых, в свою очередь, представляет систему первого уровня.

Общая пористость модели первого уровня, обусловленная диамет- ^ ^ ром частиц твердой фазы геля, их ,. г л." 1 удельной поверхностью и плотное-тью системы, принята равной 24 % ||^иВНия 1

рого уровня составляет ~15 %; с учетом модели первого уровня общая ^«.Л-'уч» , ^ пористость достигает 36 % (рис. 6, б).

Вычисленная согласно зависимости Хаусдорфа-Безиковича фрактальная размерность модели цемен-

Рис. 6. Геометрическая модель структуры геля двух уровней: а - первый уровень (200x200 нм); б - второй уровень (800x800 им)

тпого геля составила 2,76. Полученное'значение сопоставимо с фрактальной размерностью микрокремнезема, экспериментально оцениваемой в диапазоне от 2,71 до 2,82.

Таким образом, предложенная двухуровневая модель струюуры реализует представление о коллоидном строении цементного геля с учетом фракталыюсти его структуры. Перколяцнопное построение системы позволяет оценить важнейшие физико-механические характеристики C-S-H.

Дальнейшими этапами процедуры создания расчетной модели являют ся представление структуры в виде совокупности конечных элементов, присвоение физических свойств каждому структурному элементу, задание условий закрепления краев пластинки, приложение нагрузки - т. е. реализация алгоритма МКЭ. Эта часть создания расчетной модели связана с использованием программного комплекса ANSYS.

Особый вопрос представляет определение свойств компонентов, составляющих модель, перед вычислением интегральных упругих свойств системы.

Экспериментальные оценки модуля упругости цементного геля получены Алленом, Томасом, Констадинидисом и др.

При формировании моделей цементного камня в качестве наиболее представительной кристаллической фазы, играющей важную роль в формировании механических свойств материала, можно выделить негидратировапный клинкер, пор-тланднт и эттрингит, а в позднем возрасте и карбонат кальция.

Другие разновидности кристаллических новообразований не могут быть явно учтены при моделировании ввиду их чрезвычайно большого разнообразия и малой количественной представительности. Кроме этого, механические характеристики данных разновидностей кристаллогидратов сопоставимы со свойствами портландита и эгтрингита, что делает возможным косвенный учет их присутствия в модели.

В табл. I сведены значения свойств некоторых компонентов структуры цементных систем, которые использовались в расчетах после преобразования к двухмерному представлению согласно следующим зависимостям:

Р ___/;',__( _ /I,

''"О О-/*,)' {,)

где индексы 2 и 3 обозначают двухмерную и трехмерную размерность.

В результате расчета параметров механических свойств цементного геля получены величины модуля Юнга и коэффициента Пуассона 22,5 ГПа и 0,24, соответственно. Хорошая сходимость расчетных величин с экспериментальными значениями свидетельствует об адекватности предложенной модели субмикроструктуры бетона. Ома может быть использована в качестве базовой (ввиду независимости строения С-5-Н от технологических приемов) при дальнейшем моделировании микроструктуры различных цементных систем.

Таблица /

Свойства отдельных компонентов цементных систем

Наименование компонента Модуль упругости, Е. ГПа Коэффициент Пуассона, ft Плоти ость, кг/м3 Источники данных

Портлапдит 42,3 0,324 2240 Монтейро, Холудж

Эттрннгнт 25,0 0,25 1700 Тимашсп, Зохдн

Клинкерные минералы 117,6 0,314 3230 Иелсч, Камалн

Цементный гель (CSU) 23,0 0,25 1650 Констадннндис, Аллеи

Твердая фаза цементного геля 65,9 0,30 2650 Дженнннгс, Томас

Кремнезем (SiÜ2) 72,8 0,167 2600 Лапдот-Бористсйн

Грашгг 50,0 0,21 2450 Ландот-1зорнстсш1

В целях учета вероятностного характера свойств цементных композиций, разработан и реализован в виде программного продукта («РогсЬ'о1иПоп») алгоритм стохастического формирования моделей структуры па микро-, мезо- и макроуровнях. Данный алгоритм основан на использовании метода Монте-Карло и позволяет сгенерировать геометрическую модель, в которой структурные компоненты (как круглой, так и произвольной формы) размешаются случайным образом. Количество и размеры компонентов соответствует заданному распределению, принятому согласно экспериментальным данным.

Построению структурных моделей цементного камня, изложенному в четвертой главе, предшествовали экспериментальные исследования, целью которых было установление параметров структуры конкретных составов в зависимости от технологических факторов для последующего их отражения в моделях. Составы и свойства цементного камня в возрасте 28 суток приведены в табл. 2.

Таблица 2

Исследованные составы п свойства цементного камни

Серия СП Условия Средняя Общая Предел прочно- 11ачальный

образ- В/Ц с-з, тверде- плотность, порис- сти прп сжатии, модуль упру-

цов % ния кг/м3 тость, % МПа гости, ГПа

ЦК1 0,28 - ИВУ 1916 29,91 71,1 20,26

ЦК2 0,30 - ИВУ 1840 30,86 65,4 18,91

ЦКЗ 0,28 - тво 1953 24,22 ' 102,5 22,43

ЦК4 0,30 - тю 1891 25,66 81,9 20,93

ЦК5 0,24 0,5 ИВУ 1933 25,96 94,9 24,27

Примечание. И исследованиях и качестве баювых применялись Оекольскии н Белгородский ПЦ500Д0

Для получения количественной оценки параметров норового пространства использовался метод адсорбции бензола. Компонентный состав цементного камня в отношении наиболее представительных по объему структурообразующих фаз

(портландита, эттрингита и негидратированного клинкера) получен комбинированным анализом результатов рентгенофазового и термического анализов, а также электронной микроскопии и представлен в табл. 3.

Таблица 3

Доля основных кристаллических компонентов в структуре цементного камин исследованных составов

Серия образцов Степень гидратации Доля компонентов, % от объема цементного камня

Портландит Эттрингит Клинкер

ЦК 1 0,60 17,5 8,0 8,0

ЦК2 0,6) 17,0 7,0 7,5

ЦКЗ 0,62 35,0 3,0 7,5

ЦК4 0,63 30,0 2,0 7,0

ЦК5 0,55 16,0 7,0 12,0

В настоящей работе разработана модель цементного камня в трех масштабных приближениях, имитирующих основные структурные параметры реальных составов (рис. 7).

Рис. 7. Трехуровневая геометрическая модель структуры цементного камня с размером уровней: а - 5x5 мкм; б - 50x50 мкм; в - 250x250 мкм

Компонентами структуры, явно учитываемыми в моделях, являются: матрица, представляющая собой цементный гель; гексагональные пластинки портландита (0,5-20 мкм); игловидные кристаллы эттрингита (0,5-30 мкм); поры в диапазоне радиусов от 25 нм до 1,0 мкм, зерна негидратированного клинкера в виде окружностей диаметром от 5 до 20 мкм. Пористость моделей полностью соответствовала пористости имитируемых составов.

Сопоставление результатов расчета модуля упругости для обобща-

С оста и

Рис. 8 - Сопоставление расчетных и экспериментальных величии начального модуля упругости

ющей модели цементного камня (рис. 7, в), с результатами экспериментальных исследований свидетельствует об их очень близком соответствии (рис. 8). Это подтверждает адекватность использования имитационных моделей для описания деформационных свойств цементного камня.

Для моделирования мезоуровня, также рассмотренного в четвертой главе, в качестве базовых рассматривались составы, представленные в табл. 4.

Таблица 4

Составы исследованных цсменгно-пссчяных смесей

Группа ЦП Серия Содержание песка, % В/Ц Количество СП С-3, % Расплыв конуса, мм Условия твердения

1 1:2 Р1 48,3 0,50 - 175 НВУ

Р2 49,9 0,45 - 169 НВУ

РЗ 53,4 0,35 0,5 165 НВУ

Р4 49,9 0,45 - 170 ТВО

11 1:2,5 Р5 53,8 0,50 - 167 НВУ

Р6 56,0 0,45 0,5 169 НВУ

Р7 56,7 0,40 0,5 165 НВУ

III 1:3 Р8 55,4 0,60 - 167 НВУ

Р9 58.2 0,50 0,5 169 НВУ

IV 1:4 Р10 65,1 0,51 0,5 164 ИВУ

Параметры условно-замкнутой пористости указанных составов определялись стереометрическим методом.

Имитация мезоуровня цементных систем потребовала создания трехуровневого приближения (рис. 9).

Рис. 9. Геометрическая модель структуры дементио-песчаной композиции в трех масштабных приближениях: а - 5x5 мм; б - 20x20 мм; в - 50x50 мм

Первыйуровень включает зерна песка фракции менее 0,16 мм и 0,16-0,5 мм, поры размером 10-200 мкм; второй уровень - песок фракций 0,5-1,0 мм, поры размером 200-500 мкм; третий уровень - песок фракций 1,0-5,0 мм, поры размером 0,8-1,7 мм.

Форма пор и зерен песка принята в виде окружностей. Это упрощение обусловлено необходимостью достижения приемлемого объема информационных

массивов. Контактная зона толщиной 20 мкм сымитирована в виде оболочки вокруг каждого зерна песка.

Упругие свойства матрицы назначались в соответствии с результатами, полученными для модели цементного камня соо тветствующего состава и условий твердения.

Об адекватности разработанных моделей свидетельствует хорошая сходимость расчетных и экспериментальных величин модуля упругости (среднеквад-ратическая погрешность составляет 0,7 ГПа). I

В целях разработки структурных моделей крупнозернистого бетона проведена серия экспериментов по определению его физико-механических характеристик в зависимости от состава и условий твердения (бетоны классов В20-В50).

Разработаны модели крупнозернистого бетона, отражающие основные пара- ' метры структуры реальных составов. При этом в качестве структурных неодно-родностей, учитываемых в модели, выступают: матрица, представляющая цемен-тно-песчапую композицию; зерна щебня (5-25 мм); поры в диапазоне размеров от 1,7 до 5,0 мм, а также контактная зона между зернами крупного заполнителя и матрицей толщиной 50 мкм. ,

Свойства матрицы назначались в соответствии с результатами, полученными для модели цементно-песчаной композиции соответствующего состава и условий | твердения. Достаточно узкий диапазон размеров учитываемых компонентов структуры позволяет отразить их в одной модели, размер которой принят равным

Экспериментальные и расчетные величины модулей упругости исследованных составов бетона имеют хорошую сходимость: среднеквадратическая погрешность менее 0,6 ГПа.

Таким образом, на базе методологии структурно-имитационного моделирования разработана адекватная модель крупнозернистого цементного бетона, представляющая собой дискретные представления структуры материала на девяти масштабных уровнях -от нанометра до миллиметра.

На основе разработанной многоуровневой модели структуры цементной композиции выполнено моделирование процесса влажностной усадки бетона в возрасте 28 суток, изложенное в пятой главе диссертации. Принято, что усадочные деформации обусловлены капиллярным давлением и изменением свободной поверхностной энергии, которые тесно связаны с параметрами норового пространства струк туры материала. Для математического описания связи между структурой композиционного материала и усадочными деформациями в наибольшей степени подходит предложенный метод моделирования, позволяющий воспроизвести действующие нагрузки, как по величине, так и характеру их приложения.

200x200 мм (рис. 10).

Рис. 10. Геометрическая модель крупнозернистого бетона

Формирование компьютерной модели етру ктуры

Определение максимальною р&гмуса пор, шшю.стмо заполненных подий

,. _ 2-Упг1л_

к(1'/!',,)■ рв - И-Г

Определенно величины капиллярного давления

/> - К Г ¡1 г\_2гв

'кип--Г' "' ТГ

411 I '»

Определение поиерхиоепшго нлтяжепня /'//>„ I

ЛГ=КГ/к1(1п(1'/Р^) /■//•„

Определение коэффициента

ПрОП ОрЦИОШ1Л Ы10СТН 2

ЗЕ

С позиции термодинамического подхода разработан алгоритм расчета величин капиллярного давления, а также деформаций системы в зависимости от изменения свободной поверхностной энергии во взаимосвязи с влажностью среды, который был реализован в программном продукте для ЭВМ (рис. 11).

Расчет собственных деформаций начинается с модели первого уровня. Вначале определяется максимальный радиус пор, заполненных водой, и капиллярное давление в них при соответствующей относительной влажности среды. Полученные значения капиллярного давления реализуются в модели в виде внешней нагрузки, прикладываемой к граням конечных элементов, лежащих по поверхностям пор.

Далее вычисляются величины изменения поверхностной энергии и деформации, обусловленные ее действием. Расчеты производятся по известной величине удельной поверхности осушенных пор.

Аналогичный расчет проводится для модели второго и последующих уровней. Отличием является то, что к деформациям при каждом расчетном уровне влажности, определенным для данной модели, добавляются деформации модели предыдущего уровня. Результаты расчета в графическом виде представлены на рис. 12.

Численное моделирование не только отражает суммарный эффект капиллярных явлений и поверхностных напряжений, но и дает возможность количественно разделить общую деформацию на две составляющие - капиллярную усадку и усадку за счет изменения поверхностной энергии.

Максимальная расчетная величина влажностпой усадки геля составляет около 2 мм/м (ф = 0,05), причем 85 % этой величины обусловлено высокой удельной поверхностью модели геля первого масштабного приближения. Общая капиллярная усадка не превышает 0,30 мм/м и не может рассматриваться как определяющая деструкцию структуры.

Определение неличины деформации под действием понерхиостнощ натяжения

с--Л У

Определение оищендеформации системы при приложении Ей !'г;{//1

Рис. П. Алгоритм расчета деформаций влажностпой усадки: Л -универсальная топая постоянная; Г-температура; У - молекулярная масса поды; у, - поверхностное натяжение поды; / - толщина адсорбированного слоя; 5, - удельная площадь поверхности пор; р - плотность материала; Е- модуль Юнга

Полученные расчетные величины деформаций усадки геля использовались в качестве исходных данных для оценки усадки на уровне цементного камня. Указанные величины назначались матричной составляющей модели цементного камня первого масштабного приближения (5x5 мкм). Результаты расчета и экспериментальные данные по определению усадки цементного камня представлены на рис. 13.

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Огноснтсльная нлажносгь

Рис. 12. Деформации влажноетной уеадкн цементного геля - усадка модели первого уровня; б - усадка модели второго уровня; в - общие деформации

влажноетной уеадкн

а)

.С

¡Ж--------------Ж

•ЦК? -4-ЦКЗ -Х-ЦК4 -1-ЦК5

___________

--------ть**----

------

I 0,9 0,х 0,7 О/. 0,5 0,4 0,3 ОД Относительная влажность

1.2 ?

1,4 я

аГ

0.8 Я

0,6

«

0,4 я

0,2

•е-

<1.0

б)

S-l-цкl -«-ЦК2 -4-ЦЮ ■ ->-ЦК4

-------------

ЦК 0,7 0.6 0,5 0,4 0,3 0.2 Ц1 (Ь Относительная влажность

1.«

0.8 Я

0,6 I

0.4 3 "'2|

0,0 >=£

Рпс. 13. Деформации влажноетной усадки цементного камня а - расчетные величины; б - экспериментальные данные

Сравнивая результаты, можно заключить, что экспериментальные данные хорошо согласуются с расчетными величинами усадки: расхождения составляют ±0,07 мм/м (Д = 6 %).

Дополнительным аргументом в подтверждение адекватности самого алгоритма моделирования механизма влажностиой усадки служит качественное сопоставление экспериментальных и расчетных данных, представляющих зависимость деформаций от относительной влажности в дифференцированном виде (рис. 14).

Относительная влажность Относительная влажность

Рис. 14. Зависимост ь усадки от влажности в дифференцированном виде: а - расчетные величины; 6 - экспериментальные данные

Для всех составов характерно наличие трех основных пиков. Первый пик соответствует влажности -0.9, второй - 0.6-Ю.7, а третий - -0.3. Появление первого пика вызвано, прежде всего, капиллярным давлением в порах диаметром до 20 им. Второй и третий экстремумы обусловлены наличием пор размером 3-4 им и 1,7 им соответственно, на стенках которых проявляется действие изменение свободной поверхностной энергии.

Сравнение с графиком дифференциальной усадки, полученным по расчетным данным (рис. 14, а), позволяет сделать вывод о наличии явных признаков, подтверждающих адекватность модели: наблюдаются все три характерных пика.

В ходе численных экспериментов по определению деформаций влажностной усадки исследовались составы цементно-песчаных композиций. Результаты экспериментального определения усадки и расчетные данные для обобщающей модели представлены на рис. 15.

0,8 0,6 0,4 0,2 Он I ос Ш'сльная и лаж п ость

0,8 0,6 0.4 0,2 Относительная влажность

Рис. 15. Деформации плажностной усадки цсмситно-песчаиых систем а - расчетные величины; б - экспериментальные данные

Сравнение экспериментальных и расчетных данных величин усадки позволяет сделать вывод о сохранении тенденции, характерной для уровня цементного геля и камня. На дифференциальных зависимостях наблюдается пропорциональное снижение характерных пиков без значительных качественных изменений.

Следующим этапом данной работы явилось исследование усадки на масштабном уровне крупнозернистого бетона. При сохранении общего алгоритма моделирования произведен расчет усадки бетона, результаты которого также близко соответствуют экспериментальным данным.

Таким образом, сходимость результатов численных и натурных экспериментов свидетельствует об адекватности предложенного метода компьютерного моделирования, что позволяет использовать его как инструмент прогнозирования поведения цементных систем в условиях изменения относительной влажности. В отличие от других методов исследования, он позволяет оценить влияние каждой фазы структуры на свойства материала в целом, что представляет неоспоримый научно-практический интерес.

Шестая глава диссертации посвящена использованию структурно-имитационного моделирования для исследования закономерностей формирования эффективной структуры цементных композиций. В частности, определена мера влияния отдельных компонентов структуры на модуль упругости цементного камня.

Применительно к обобщающей модели цементного камня известны интегральные доли всех учитываемых компонентов, поэтому эквивалентный модуль Юнга можно рассчитать на основе следующего выражения:

£, = !(*. АЛ, (2)

Ht-I

где m - обозначает от-ную фазу из общего количества N; кт - доля фазы т в рассматриваемой модели структуры;

Ет - модуль упругости т-ной фазы.

Преобразовав уравнение (2) получим выражение, определяющее долю в величине модуля упругости, D, представленную фазой т:

£ = (3)

где /„=¿",„/£, - коэффициент, выражающий соотношение модуля упругости отдельной фазы к его среднему значению для модели.

Изменение упругих свойств цементного камня целесообразно рассматривать во взаимосвязи с двумя основными факторами, их определяющими - водоцемен-тным отношением и условиями твердения.

На рис. 16 в графическом виде представлен вклад каждой из пяти фаз цементного камня, вносимый в общий модуль упругости системы, как функцию от В/Ц, согласно мере их влияния. Основными фазами, формирующими жесткость цементного камня нормально-влажностного твердения (рис. 16, а), являются (в порядке убывания их вклада) негидратированный клинкер, цементный гель, порт-ландит и эттрингит.

При использовании тепловлажностной обработки существенно возрастает роль портландита, который в большей степени, чем С-Б-Н и клинкер, формирует жесткость цементного камня (рис. 16, б).

Рис. 16. Доля вклада компонентов структуры в величину модуля упругости: а - нормальпо-влажностное твердение; б - тепловлажностное твердение

Результаты расчетов позволяют сделать вывод, что для достижения максимальной величины начального модуля Юнга цементного камня необходимо обеспечить высокое содержание в его структуре геля, а также клинкерной фазы.

На первый взгляд, подобные рекомендации достаточно противоречивы, так как рост объема цементного геля связан со степенью гидратации, и, соответственно, со снижением объема негидратированного цемента. Однако с точки зрения теории микронаполнения бетонов, замещение цементных наполнителей другими тонкодисперсными веществами позволяет снизить расход клинкерной части без изменения прочностных характеристик бетона и увеличить тем самым эффективность использования вяжущего.

Известно, что наиболее эффективным наполнителем является микрокремнезем. Нами проведены численные и натурные эксперименты по исследованию влияния микрокремнезема как микронаполнителя на механические свойства цементного камня. Рассматривался вариант наполнения цементного камня в количестве 20 % от массы цемента при различных условиях твердения - нормалыю-влажно-етном и тепловлажностном.

Для численных экспериментов производилась модификация базовой модели структуры цементного камня. Данная модификация отражается, в первую очередь, на первом масштабном приближении (рис. 17, а), в которой представлены частицы наполнителя в виде окружностей радиусом 0,01-0,15 мкм. Кроме этого, содержание клинкерной части, портландита и эттрингита в модели уменьшено пропорционально количеству замещенного мйкрокремнеземом цемента. Тем самым моделировался наполняющий эффект без учета собственной гидравлической активности наполнителя.

Открытым остается вопрос о степени вовлеченности микрокремнезема в реакцию. В данной работе приняты следующие допущения: в нормально-влажнос-тных условиях (к 28 сут.) реагирует около 10% микрокремнезема, а при тепло-

влажностной обработке - 50 %. Приведенные цифры представляются обоснованными по косвенным показателям (пористости, содержанию гидроксида кальция), определенным экспериментально.

Выбор базовой модели (из разработанных ранее) осуществлялся для каждой серии составов исходя из соответствующего В/Ц. Составы для численного эксперимента и их структурные параметры отражены в табл. 5.

к V' г; "Л' "С;

I , I. \> ■

МИКрОКрсМНСЛМ к ' . ^у ^ / \ ^ \ Х

1 'г / '/ - \ - ' I 'и Г

/ ' I ' \ , , V '

I/ / ' С/ , >

1

Рис. 17. Модель цементного камня с добавкой мнкрокремпезема (20%) в трех масштабных приближениях: а - 5x5 мкм; б - 50x50 мкм; в - 250x250 мкм

Таблица 5

Исходные данные н структурные характеристики моделей немощ ною камни

№ п/и В/Ц Количество наполнителя/ СПС-3,% Уело-вия твердения Количество фаз, в % от площади модели

микрокремнезем порт-лапдит тпрпн-гнт клинкер

1 0,28 - ИВУ 0 17,3 7,9 8,0

2(базовая) 0,24 -/0,7 ИВУ 0 17,2 6.8 13,0

3 0,24 20 / 0,7 ИВУ 18 13,4 5,5 10,7

4(базовая) 0,30 - тво 0 34,3 2,3 7,2

5 0,30 20/- ТВО 10 26,7 1,8 5,8

Из данных табл. 5 следует, что несмотря на уменьшение содержания порт-ландита, этгрингнта и негидратировапного клинкера при введении микрокремнезема в состав нормально-влажностного твердения (состав 3), общее содержание жестких кристаллических компонентов структуры возрастает на ~10 %. При теп-ловлажностной обработке (состав 5) общая доля жестких включений остается практически неизменной' (прирост 0,5 %).

Параметры порового пространства моделей представлены в табл. 6. Согласно данным табл. 6, в условиях нормально-влажностного твердения введение микрокремнезема приводит к уменьшению гелевой пористости, т.е. снижается доля фазы С-5-Н. Данный факт связан с уменьшением клинкерной составляющей, активность которой мнкрокремнезем в полном объеме не компенсирует. При использовании тсгшовлажпостной обработки доля цементного геля, судя по объему пор соответствующего размера, если и уменьшается, то незначительно, что объясняется интенсификацией пуццолановых реакций.

Таблица 6

Норовое пространство моделей цементного камня

№ п/п Количество Количсство пор, в %от площади модели,радну- Общая

микрокремнезе- сом порис-

ма/СПС-3,% <25 нм 25-70 нм 70-500 нм 0,5-10 мкм тость, %

1 - 20,3 7,6 1,2 0,4 29,5

2 -/0,7 20,7 3,9 .1,4 0,2 26,2

3 20/0,7 15,8 4,2 1,5 0,2 20.3

4 - 17,1 7,1 1.2 0,4 25,8

5 20/- 16,9 8,3 1,4 0,4 27.0

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по пористости наполненного цементного камня, а также его упругих свойств свидетельствует о правомерности сделанных допущений относительно изменения структурных параметров моделей с учетом влияния наполнителей.

Разработанные структурно-имитационные модели позволяют моделировать процесс трещинообразования в виде, близком по физической сути к реальному.

В данной работе механизм деструкции основан на представлении о локальном разрушении материала при достижении величиной принятого критерия прочности предельного значения, основанного на теории предельных напряжений:

аа, = а,-/3(а:+а,)<аг, (4)

| где р - • - отношение предела прочности на растяжение к пределу прочности на сжатие; ох,а„аг - главные напряжения; ст,, - предел прочности материала на растяжение. I Данный критерий подразумевает разрушение материала в местах локального растяжения. ( Расчет цементно-песча-ной композиции на прочность I но приведенному выше критерию проводился на уровне обобщающей модели. Резуль-1 таты расчета мелкозернистого бетона состава 1:3 при уровне сжимающей одноосной нагрузки 30 % от разрушающей представлены на рис. 18.

Наибольшие критические напряжения (сгА7,) возникают по верхним и нижним поверхностям пор, Вокруг зерен пес-

трещина

■ '"К

Рис. 18. Распределение напряжений <тА/, при уровне нагрузки 30 % от разрушающей

ка наибольшие напряжения концентрируются в контактной зоне в диагональных направлениях относительно центра частицы заполнителя. Свое влияние на распределение напряжений оказывает взаимное расположение структурных неодно-родностей: в местах близкого размещения пор, участку матрицы, который их разъединяет, присущи высокие величины критического напряжения.

В данной работе моделировался также кинетический характер разрушения, связанный с постепенным накоплением дефектности структуры на основе использования функции дезактивации конечных элементов при достижении ими предельной величины принятого критерия разрушения.

На рис. 18 отражен начальный этап зарождения трещин. Из рисунка видно, что трещины возникают в контактной зоне, а также по поверхностям пор в нижней и верхней их части.

Имитация процесса разрушения струюуры мелкозернистого бетона заключалась в поэтапном наращивании внешней нагрузки при соблюдении условия кратковременной выдержки на отдельных ступенях нагружения. Полученная картина возникновения и развития трещин соответствует существующим представлениям о процессе разрушения цементных композиций и позволяет заключить, что предложенный метод пригоден для теоретической оценки прочности исследуемых систем.

На основе рассмотренной выше методики оценки прочности бетона проведено исследование влияния величин модуля упругости заполнителя и цементного камня, как матричной составляющей системы, па характер развития деструкции мелкозернистого бетона с целью выявления рационального соотношения жестко-стных показателей указанных элементов структуры, обеспечивающих его наибольшую прочность.

Согласно выполненным расчетам, при величине модуля Юнга заполнителя равном 40 ГПа и при условии, что Л /Лж >0,18, трещинообразование уменьшается на 20 % по отношению к контрольному составу (на кварцевом песке). Дальнейшее снижение жесткости заполнителя сопровождается, как правило, падением его прочности ниже критического уровня.

Рассмотрен вариант частичного замещения части традиционного кварцевого песка дробленым керамическим кирпичом. Исходя из высказанных предпосылок, целесообразным является введение маложестких включений взамен крупных фракций песка (1,0-5,0 мм), тем самым, модуль упругости матрицы, изначально значительно меньший, чем у кварцевого песка, становится в большей степени сопоставим с упругими свойствами заполнителя.

На рис. 19 представлены данные экспериментальных исследований влияния замещения части песка дробленым кирпичом на свойства мелкозернистого бетона. Модификация заполнителя позволила повысить прочность материала при сжатии (на 20 %) при снижении величины модуля упругости, что указывает на эффект демпфирования.

Другим технологическим приемом повышения прочности бетона является введение в состав композиции микрокремнезема. Отличительной особенностью этого варианта является увеличение жесткости матричной составляющей структуры при неизменной упругости заполнителя.

38 37 36

Я

С 35 З34

« 33 32 31

30

N.

- ч

контрольный модифицированный

22,1 22 21,9 21,8 £ 21,7« 21,6 21,5 21,-I

Предел прочности при сжатии, МПа Начальный модуль упругости ГПа

Рис. 19. Влияние на прочностные характеристики бетона добавки дробленого керамического кирпича

|-I Предел прочности при сжатии, МПл ■

—о- Коэффициеиттрещиностойкости

£ 1 5

¥

На рис. 20 представлены экспериментальные данные по влиянию микрокремнезема на свойства цемен-тно-песчЕшых систем состава 1:2 в возрасте 28 суток. Добавка микрокремнезема вводилась совместно с СП С-3 для сохранения исходного II/ Ц и подвижности.

Результаты свидетельствуют о повышении прочности мелкозернистого бетона в 1,5 раза при введении 15% добавки микрокремнезема.

Для установления направлений изменения структуры цементных композиций в целях обеспечения требуемого уровня усадочных деформаций в диссертационной работе определены характер и степень влияния на процесс влажностной усадки бетона отдельных структурных уровней.

Согласно проведенным расчетам, усадка обуславливается высокой удельной поверхностью цементного геля. Структурные уровни более высокого масштаба вносят минимальный вклад в прирост усадочных деформаций (не более 6,5-10 3 мм/м), но они содержат структурные элементы, ограничивающие изменение объема материала.

Т. е. усадка может рассматриваться в зависимости от двух основных факторов - количества цементного геля в системе и жесткости последующих структурных уровней.

Как показано на рис. 21, существует тесная взаимосвязь между долей геля в составе цементных систем и усадочными деформациями, которая может быть аппроксимирована уравнением прямой линии.

Также представляется возможным аналитически выразить влажностную усадку бетона исходя из доли геля в бетоне:

О, = С/К,, (5)

где С- объемное содержание цементного камня в бетоне; К- доля геля в единице объема цементного камня.

Вид зависимостей усадки от содержания С-Б-Н при различных уровнях влажности имеет сходный характер. Причем существует тесная связь между коэффи-

70

60

я 50 С

2 40 «

ей 30 20 10 0

0^5 0,2 0,15 0,1 0,05

0 5 10 15

Количество микрокремнезема, %от массы цемеша

Рис. 20. Влияние микрокремпезема па механические свойства мелкозернистого бетона

цнентамп, которую также можно выразить посредством регрессионных уравнений. Величина влажностной усадки И цементных систем может быть определена по следующему выражению:

17 =(2,015-1-^1 -0.1-1 -1-1+ 0.12)-О,-(0.034-1-^-) - 0.02 ■

0.002), (6)

где Р/1

1.4 Я 1.2

. 1.0

цементный камень ___________

•2.0827х-"Ь"0|»8 * X

К1 ■ 0,4802 /

У*

растворная

О«,),,

"V'

------

-у*--------

у ^0.5149х- 0.0014 К' ■ 0,4644

0 <¡.1 0,2 <1,3 0.4 (1,5 «.(.

Доля геля в структуре цеменгпых систем

1'ие. 21. Зависимость усадки цементных

композиции ог содержания гот при влажности: I - <р = 0,05; 2 - <р - 0,6

'„-относительная влажность фазы пара (газа).

Более точное значение усадки может быть найдено по номограмме, представленной на рис. 22.

Результаты выполненного исследования собственных деформаций цементных систем могут быть использованы для расчета строительных конструкций, подверженных совместному действию эксплуатационной нагрузки и собственных деформаций. Для иллюстрации этих возможностей в работе выполнен расчет железобетонной предварительно напряженной шпалы Ш1.

В расчетную схему шпалы для получения более реалистичной картины распределения напряжений включены зерна заполнителя и условно-замкнутые поры. Распределение указанных структурных элементов но размеру и количеству соответствовало экспериментальным данным (бетон класса В40). Фазой, претерпевающей деформации усадки н рассматриваемой как сплошной материал,являлась цемен-тно-песчапая композиция.

На первом этапе оценивалось влияние усадочных деформаций на напряженно-деформированное состояние бетона в условиях отсутствия предварительного натяжения арматуры и внешних воздействий.

Как показали расчеты, влажностная усадка оказывает значительное влияние

11,25 0,35

Доля геля и системе

Рис, 22. Номограмма для определения величины влажностной усадки

на напряженно-деформированное состояние конструкций. При уровне влажности 60 % нормальные напряжения, обусловленные только усадкой (без учета внешней нагрузки и предварительного натяжения арматуры), достигают 7,5 МПа, а при влажности 20 % - 21 МПа.

При учете воздействия эксплуатационной нагрузки и предварительного натяжения арматуры, проведенные расчеты показали существенное (в 1,5-2 раза) нарастание разрушения поверхностного слоя шпалы при влажности менее 40 %, что согласуется с экспериментальными данными.

Таким образом, структурно-имитационное моделирование позволяет осуществлять направленный выбор технологических и конструктивных решений для обеспечения требуемых свойств строительных материалов, изделии и конструкций в заданных условиях эксплуатации без дорогостоящих натурных экспериментов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Высокая степень сходимости результатов моделирования сданными многочисленных экспериментов позволяет сделать вывод о возможности использования для решения практических задач сформулированных в работе принципов структурно-имитационного моделирования свойств цементных композиций, основная сущность которых заключается в создании на основе данных о структуре материала иерархически выстроенных моделей отдельных структурных уровней (включая субмикроструктурный). Важным при этом является то, что параметры свойств, определенные для моделей предыдущего структурного уровня, используются в качестве исходных данных континуальной среды, являющейся матричной составляющей модели последующего уровня. Подобное построение общей модели композиции позволяет напрямую увязать структурные особенности на уровне нанометра с макросвойствами материала. 11а основе метода конечных элементов (МКЭ), путем определения соответствующих внешних и внутренних нагрузок, реализованы алгоритмы, воспроизводящие физико-механические процессы и явления, характерные для отдельных свойств цементных систем.

2. Использование МКЭ позволяет максимально полно соблюсти геометрическую и физическую «реалистичность» модели, отражающей исследуемую етрук-туру. В работе определены и обоснованы особенности применения метода конечных элементов для исследования механических свойств цементных систем, которые включают в себя: задание внешних или внутренних нагрузок, действующих в моделях различных уровней, выбор расчетных схем, обеспечивающих минимальное влияние условий закрепления и нагружения на напряженно-деформированное состояние материала.

3. Доминирующее влияние на выбор структурных уровней и масштабных приближений при разработке моделей оказывают возможности вычислительной техники (память и быстродействие). С учегом этого фактора в работе обоснован выбор структурных уровней и их масштабных приближений при формировании моделей, позволяющих воспроизвести весь спектр структурных неоднороднос-

тей цементных композитов в диапазоне размеров от 1 им до 10 мм. При создании моделей всех структурных уровней определены упругие свойства структурообразующих компонентов и учтен вероятностный характер их размещения путем использования разработанного и реализованного в виде программного продукта («Роге8о1и1'юп») алгоритма стохастического формирования моделей структуры различных уровней и масштабных приближений.

4. Различные технологические факторы {В/Ц, условия твердения, применение химических добавок), как следует из результатов экспериментов, не оказывают значительного влияния на параметры гелевой пористости цементного камня в возрасте 28 суток, что с позиции имитационного моделирования позволяет рассматривать структуру геля неизменной. Установлено, что наибольший объем по-рового пространства представлен порами радиусом 0,85 нм, которые составляют в среднем 80 % от объема гелевой пористости и 60% от общего объема пор в цементном камне.

5. Структурно-имитационная модель цементного геля может быть представлена в двух масштабных приближениях. Отдельными структурообразующими элементами модели первого уровня являются сферические частицы диаметром 4,4 нм, представляющие собой агрегаты субмикрокристаллов С-Б-Н. Общая пористость модели геля первого уровня составляет 24 %, что обусловлено диаметром частиц дисперсной фазы, их удельной поверхностью и плотностью системы. Модель второго уровня представляет совокупность частиц диаметром 40 нм, внутреннее строение которых отражает систему первого уровня. Величина пористости модели второго уровня составила ~15 % (с учетом пористости модели первого уровня общая пористость достигает 36 %).

6. Полученные расчетные величины модуля Юнга и коэффициента Пуассона цементного геля характеризуются высокой сходимостью с экспериментальными значениями, что свидетельствует об адекватности модели субмикроструктуры цементной композиции и возможности ее использования в качестве основы для дальнейшего моделирования микроструктуры бетона.

7. Разработанные двухмерные модели структуры цементного камня различных составов, в явном виде включающие структурные элементы в диапазоне размеров от 25 нм до 30 мкм (поры, кристаллы портландита и эттрингита, а также зерна негидратированного клинкера), отражают реальные свойства материала, что подтверждается высокой сходимостью результатов расчета упругих свойств с экспериментальными данными.

8. Расчетные величины параметров механических свойств цементно-песча-ных композиций характеризуются высокой сходимостью с экспериментально полученными данными: среднеквадратическое отклонение составляет 0,7 ГПа. Это свидетельствует об адекватности разработанной в трехуровневом представлении двухмерной имитационной модели структуры цементно-песчаной композиции, являющейся матричной основой бетона. В качестве структурных компонентов модель включает цементный камень (матричная составляющая), зерна песка, контактную зону и условно-замкнутую пористость.

9. В качестве компонентов структуры модели крупнозернистого бетона выступают зерна крупного заполнителя, контактная зона, поры и цементно-песчаная композиция, как матричная составляющая. В работе на основе экспериментально установленных данных о параметрах структуры крупнозернистого бетона классов от В20 до В50 разработаны численные имитационные модели соответствующей структуры. Адекватность этих моделей с точки зрения воспроизведения де-формативных свойств цементных композиций позволяет рекомендовать их для использования в качестве базовых при исследовании других свойств материала, например, собственных деформаций.

10. Разработанный и реализованный в программном продукте для ЭВМ алгоритм моделирования механизма влажностной усадки, учитывающий капиллярное давление и деформации от изменения свободной поверхностной энергии в зависимости от относительной влажности окружающей среды, отражает реальную картину собственных деформаций цементных систем, что следует из сопоставления результатов моделирования и экспериментального определения влажностной усадки для различных вариантов состава цементного камня, цементно-песчаных композиций и крупнозернистого бетона.

11. Предложенная в работе количественная мера оценки степени влияния компонентов структуры на модуль упругости цементного камня и сформулированная на ее основе аналитическая зависимость позволяют расчетным способом определить упругие характеристики материала в зависимости от индивидуальных свойств компонентов структуры и их количественного содержания. На основе полученной аналитической зависимости количественно оценена эффективность увеличения модуля упругости цементного камня путем модификации его структуры добавкой микрокремнезема. Достоверность предложенной зависимости подтверждается тесной корреляционной связью расчетных величин с результатами экспериментальных исследований.

12. Количественно проанализирован механизм эффекта демпфирования структуры бетона повышенной трещиностойкости, в том числе и при ударных нагрузках.

13. Эффективным способом улучшения прочностных характеристик мелкозернистого бетона, как установлено расчетным и экспериментальным путем, является замещение жестких компонентов структуры на макроуровне материала (зерна песка) элементами с меньшей величиной модуля упругости, но с соотношением К/Ксж не менее 0,18. Теоретическая оценка прочности цементно-песчаных композиций при этом произведена путем моделирования процесса трещинообразо-вания. Расчетным способом выявлены количественные закономерности влияния на трещиностойкость систем упругих свойств структурообразующих элементов.

14. Использованный в данной работе подход к расчетной оценке напряженно-деформированного состояния конструкции (на примере железобетонной предварительно напряженной шпалы) с учетом структуры бетона, деформаций влажностной усадки и эксплуатационной нагрузки может быть применен в конструкторских расчетах для существенного сокращения трудозатрат при поиске оптимальных конструктивных и технологических решений в области проектирования бетонных и железобетонных конструкций.

Ociíoniioc содержание диссертации изложено в следующих работах: Ведущие рецензируемые научные издания, рекомендованные ВАК РФ:

1. Комохов, П.Г. Структура к свойства цементного камня с позиции компьютерного материаловедения / Г1.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Academia. Архитектура и строительство. - 2007. - №4. - С. 63-66.

2. Комохов, П.Г. Имитационно-численная модель структуры и свойств цементного камня / II.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Известия вузов. Строительство. - 2008. - №4 (592). - С. 10-16.

3. Харитонов, A.M. Экспериментальное обоснование численных моделей структуры и свойств цементного камня / A.M. Харитонов //Academia. Архитектура н строительство. - 2008. - № 1. - С. 100-103.

4. Комохов, П.Г. Вероятностный аспект численного моделирования цементных систем / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Строительные материалы. - 2008. -№10.-С. 11-12.

5. Серенко, Л.Ф. Оценка влияния технологических факторов на структурные параметры папоуровпя и прочность цементного камня / А.Ф. Серенко, A.M. Харитонов // Известия вузов. Строительство. - 2008. - №6. - С. 27-34.

6. Харитонов, A.M. Исследование свойств цементных систем методом структурно-имитационного моделирования / A.M. Харитонов // Строительные материалы. Наука. --2008. -№9. - С. 81-83.

7. Комохов, П.Г. Повышение трсщиностойкости бетонных и железобетонных конструкций за счет армодемпфироваппя / П.Г. Комохов, Ю.В. Пухарепко, 10.А. Келенцов, A.M. Харитонов // Промышленное и гражданское строительство. -2008,-№4.-С. 24-26.

8. Комохов, П.Г. Концептуальный подход к формированию многофазных произвольных структурных моделей композиционных материалов / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Вестник гражданских инженеров. - 2008. - №4(17). -С. 69-73.

9. Комохов, П.Г. Влияние внутренних и внешних факторов на влажпостпую усадку цементных систем / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Academia. Архитектура п строительство. - 2009. - №2. - С. 77-80.

Учебные пособия:

10. Красовскип, П.С, Бетоны с заданными свойствами для климатических условий Дальнею Востока: учеб. пособие. В 2 ч. 4.2 Тяжелые бетоны: / П.С. Кра-совский, A.M. Харитонов. - Хабаровск: ДВГУПС, 2008. - 130 с.

Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ

11. Моделирование структуры цементного камня па напоуровне и процессов усадкн «PoreSolution»: Свидетельство об официальной регистрации програм-

мы для ЭВМ № 2008611545 РФ / A.M. Харитонов; заявитель и правообладатель ГОУВПО ПГУПС; заявл. 20.02.2008; зарегистр. 26.03.2008 // Программы для ЭВМ. Базы данных топологии интегральных микросхем. Выпуск №2 (63). - М.: ФИПС, 2008. - С. 266.

12. Моделирование структуры и процессов усадки цементных систем «PoreSolution V.2.0»: Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008614295 РФ / A.M. Харитонов; заявитель и правообладатель ГОУВПО ПГУПС; заявл. 14.06.2008; зарегистр. 08.09.2008 // Программы для ЭВМ. Базы данных топологии интегральных микросхем. Выпуск №4 (65). - М.: ФИПС, 2008. - С. 262.

Международные и всероссийские конференции:

13. Харитонов, A.M. Общие подходы к моделированию структуры бетона / A.M. Харитонов, А.Ф. Серенко // Молодежь и науч.-техн, прогресс: Матер, конф. (часть II) / ДВРАН. - Владивосток, 1998. - С. 188.

14. Харитонов, A.M. Исследование свойств бетона с минеральным наполнителем / A.M. Харитонов, Н.Г. Максименко // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: Тезисы докладов I Межд. науч. конф. творческой молодежи. - Хабаровск: ДВГУПС, 1999. - Т. 1. - С. 109.

15. Харитонов, A.M. Исследование изменения свойств бетона при замещении части мелкого заполнителя золошлаковой смесью / A.M. Харитонов, Г.В. Азарова, Н.И. Стасевич, М.В. Кондратьев // Научно-технические и экономические проблемы транспорта: Матер, науч.-техн. конф. - Хабаровск, ДВГУПС, 2000. -Т. 2.-С. 121-122.

16. Серенко, А.Ф. Улучшение физико-механических свойств бетона за счет применения отходов промышленности Дальнего Востока / А.Ф. Серенко, A.M. Харитонов // Новые технологии - железнодорожному транспорту: тр. науч.-практ. конф. - Омск, 2000. - Т. 3. - С. 134-136.

17. Харитонов, A.M. Модификация структуры пор цементного бетона на основе использования наполнителей / A.M. Харитонов // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока: Тр. Всерос. науч.-практ. конф., 2001, в 2-х т. -Т.1. - С. 206-212.

18. Харитонов, A.M. Оптимизация расхода суперпластификатора С-3 и суль-фонола в цементном бетоне / A.M. Харитонов, Д.А. Дедович, Е.А. Вдовенко // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: Тр. III Межд. науч. конф. творческой молодежи. - Хабаровск: ДВГУПС, 2003. -Т.2. -С. 39-40.

19. Харитонов, A.M. Анализ напряженно-деформированного состояния стандартных образцов бетона с использованием метода конечных элементов / A.M. Харитонов, А.Г. Вострикова // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: Тр. IV Межд. науч. конф. творческой молодежи. -Хабаровск: ДВГУПС, 2005. - Т.2. - С. 102-108.

20. Харитонов, A.M. Влияние размеров пор на напряженно-деформированное состояние цементного композита / A.M. Харитонов // Современные техноло-

run - железнодорожному транспорту и промышленности: Тр. 44-й Всерос. науч.-практ. конф. - Хабаровск: ДВГУПС, 2006. - С. 149-153.

21. Харитонов, A.M. Оптимизация структуры и свойств бетона на основе применения метода конечных элементов / A.M. Харитонов // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Матер. IV Межд. науч.-практ. конф. Том 2. - Ростов н/д: РГСУ, 2006. -С. 526-533.

22. Харитонов, A.M. Исследование роли системы пор в распределении внутренних напряжений в цементном камне / A.M. Харитонов // Ресурсосберегающие технологии в транспортном строительстве и путевом хозяйстве железных дорог. Сб. тр. по материалам науч.-практ. интернет-конференции - СПб.: ООО «Изд-во «ОМ-Пресс»», 2006. - С. 92-97.

23. Харитонов, A.M. К вопросу оценки механических свойств бетона с учетом его структуры методом конечных элементов / A.M. Харитонов // Тр. Всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2006» в 3-х частях. Ч. 2. - Ростов н/д: РГУПС, 2006. -С. 120-122.

24. Харитонов, A.M. Исследование механизма разрушения бетона методом конечных элементов / A.M. Харитонов // Тр. ХШ Межд. семинара Азиатско-Тихоокеанской академии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века». - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2006. - Т.1. - С. 177-180.

25. Ком охов, П.Г. Математическое моделирование структуры и свойств цементных композиций / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Сб. тр. Всерос. науч.-практ. конф. «Строительное материаловедение - теория и практика». - М.: Изд-во СИП РИА, 2006.-С. 80-81.

26. Харитонов, A.M. Моделирование усадочных деформаций цементного камня на микроуровне / A.M. Харитонов // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов: Сб. ст. Межд. науч.-техн. конф. - Пенза, 2006. - С. 252-254.

27. Харитонов, A.M. Наноструктурная модель цементного камня / A.M. Харитонов // Сб. тезисов Межд. конф: «Популярное бетоноведение». - СПб.: Изд-во журнала «Популярное бетоноведение», 2007. - С. 33-34.

28. Комохов, П.Г. Моделирование структуры и усадки цементных композиции / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Моделирование в компьютерном материаловедении: Матер. 46 межд. семинара по моделированию и оптимизации композитов. - Одесса: Астропринт, 2007.-С. 3-6.

29. Харитонов, А.М; Наноструктура цементного камня и ее учет при оценке усадочных деформаций / A.M. Харитонов // Актуальные проблемы экономики, транспорта, строительства: тр. всерос. науч. конф., Спец. выпуск. - Хабаровск: ДВГУПС,-2007. - 179-185. ......

30. Харитонов, A.M. Расчет усадки C-S-H как элемент физико-механического моделирования цементных систем / A.M. Харитонов // Д186 Инновационные технологии - транспорту и промышленности: Тр. 45-й Межд. науч.-прак. конф. -Хабаровск: ДВГУПС, 2007. -Т. 1.-С. 144-149.

31. Харитонов, A.M. Численное моделирование собственных деформаций цементных систем / A.M. Харитонов // Сб. науч. тр. V Межд. Интериет-конферен-

ции «Состояние современной строительной науки - 2007». — Полтава: Полтавский ЦНТЭИ, 2007.-С. 85-87.

32. Харитонов, A.M. Расчетно-эксперименталыюе определение влажност-ной усадки C-S-H / A.M. Харитонов // Теория и практика повышения эффективности строительных материалов: Матер. II всерос. конф. - Пенза: ПГУАС, 2007. -С. 311-314.

33. Харитонов, A.M. Прогнозирование собственных деформаций цементного камня / A.M. Харитонов // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов: Сб. статей Межд. науч.-техн. конф. - Пенза, 2007. - С. 288-292.

34. Комохов, П.Г. Многоуровневое представление структуры цементного камня с позиции компьютерного моделирования / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Компьютерное материаловедение и прогрессивные технологии: Матер. 47-го межд. семинара по моделированию и оптимизации композитов. - Одесса: Астропринт, 2008.-С. 26-29.

35. Харитонов, A.M. Расчетная оценка собственных деформаций цементного камня / A.M. Харитонов // Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте. Тезисы докладов VII Межд. конф. - СПб.: ПГУПС, 2008. -С. 190-192.

36. Харитонов, A.M. Формирование имитационно-численных моделей цементных систем / A.M. Харитонов // Сб. науч. тр. VI Межд. Интернет-конф. «Состояние современной строительной науки - 2008». - Полтава: Полтавский ЦНТЭИ, 2008.-С. 18-21.

Периодические печатные издания и журналы:

37. Харитонов, A.M. Поверхность наполнителей.как поверхность раздела фаз в цементном бетоне / A.M. Харитонов // Д 156 Бюллетень научных сообщений. - Хабаровск: ДВГУПС, 2001.- №6 - С. 79-85.

38. Харитонов, A.M. К вопросу исследования свойств бетона на основе метода конечных элементов / A.M. Харитонов // Строительный вестник Российской инженерной академии: Тр. секции «Строительство». Выпуск 7. Изд-во РИА. - М., 2006. - С. 99-101.

39. Харитонов, A.M. Исследование механизма трещинообразования цементного камня на основе применения метода конечных элементов [Текст] / A.M. Харитонов // Известия Петербургского университета путей сообщения. -СПб.: ПГУПС,2006.-Вып. 1(6)-С. 111-115.

40. Комохов, П.Г. Элементы нанотехнологии в финишной обработке поверхности бетона при реконструкции зданий и сооружений / П.Г. Комохов, Ю.А. Бе-ленцов, A.M. Харитонов // Региональная архитектура и строительство. - 2006. -№1.-С. 64-67.

41. Комохов, П.Г. Наноструктурная модель цементного камня для оценки свойств композиционного материала / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Популярное бетоноведение. - 2007. - №2( 16). - С. 125-127.

42. Харитонов, A.M. Теоретическая оценка величины влажностной усадки цементного геля / A.M. Харитонов // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2007. - Вып. 1(10)-С. 176-183.

43. Харитонов, A.M. Моделирование структуры и механизма усадки цементных систем / A.M. Харитонов // Строительный вестник Российской инженерной академии: Тр. секции «Строительство». Выпуск 8. Изд-во РИА. - М.: 2007. -С. 50-52.

44. Харитонов, A.M. Численное моделирование собственных деформаций цементных систем / A.M. Харитонов // Бетон и железобетон в Украине. - 2008. -№2(42). - С. 6-8.

45. Комохов, П.Г. Прогнозирование механических свойств цементных систем методом структурно-имитационного моделирования / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Строительный вестник Российской инженерной академии: Тр. секции «Строительство». Выпуск 9. Изд-во РИА. - М., 2008. - С. 4-6.

46. Харитонов, A.M. Вероятносто-геометрическая концепция моделирования наноуровня цементных систем / A.M. Харитонов // Известия Петербургского университета путей сообщения.,- СПб.: ПГУПС, 2008. - Вып. 2(15) - С. 170-178.

Прочие публикации:

47. Комохов, П.Г. От теоретических исследований к прикладным разработкам новых технологий цементных композиционных материалов повышенной прочности и трещиностойкости / П.Г. Комохов, A.M. Харитонов // Проект и реализация - гаранты безопасности жизнедеятельности: Тр. Общего собрания РААСН 2006 г.: В 2 т. - СПб.: СПбГАСУ, 2006. - Т.1 - С. 188-193.

48. Харитонов, A.M. Прогнозирование трещиностойкости бетона на основе метода конечных элементов / A.M. Харитонов // Десятые Академические чтения РААСН. - Казань: КГАСУ, 2006. - С. 418-420.

49. Комохов, П.Г. Демпфирование и трещиностойкость самоуплотняющихся тонкослойных отделочных цементных композиционных покрытий / П.Г. Комохов, Ю.А. Беленцов, A.M. Харитонов // Тр. общего собрания РААСН. Жилище XXI века как основа формирования среды жизнедеятельности. Направление перспективного развития. - М.: Изд-во АСВ, 2007. - С. 348-354.

50. Харитонов, A.M. Оценка зависимости напряженно-деформированного состояния цементного камня от количества пор / A.M. Харитонов // Строительные материалы и изделия: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2007. - С. 65-73.

Компьютерная верстка И. А. Яблоновой

Подписано к печати 24.04.09. Формат 60x84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 2,2. Тираж 150 экз. Заказ 47.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 5.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ.

1.1 Эмпирические познания и теоретические представления о строении цементных систем с позиции моделирования.

1.1.1 Микроструктура цементного камня и закономерности ее влияния на физико-механические свойства материала.

1.1.2 Нанотруктура C-S-H и способы ее моделирования.

1.1.3 Кристаллогидратная фаза цементного камня.

1.2 Компьютерное моделирование структуры и свойств цементных композиций.

1.2.1 Вероятностно-геометрическая концепция моделирования структуры и свойств композиционных материалов.

1.2.2 Имитационное моделирование структуры цементных композиций

1.2.3 Модели гидратации цемента.

1.2.4 Численное моделирование свойств цементных композиций'.

Актуальность, работы. Современный уровень развития строительных технологий обуславливает необходимость представления физико-механических свойств, композиционных материалов в виде математических зависимостей от их внутреннего строения и внешних факторов, действующих в заданных условиях эксплуатации конструкций. Математическое описание позволяет выявить факторы, обеспечивающие формирование эффективной структуры материалов, а также оценить долговечность и надежность строительных конструкций без длительных и дорогостоящих натурных экспериментов. Наибольшую сложность в математическом описании представляют цементные композиционные материалы: структура растворов и бетонов, определяющая* их свойства, является многоуровневой и полифункциональной и требует нетривиального подхода.

Применяемые в настоящее время методы математической статистики как основной инструмент теоретического исследования, базирующийся на результатах экспериментов, зачастую не .позволяют установить физическую сущность и закономерности связи структуры1 со свойствами. Аналитические методы описания зависимости свойств цементных композиций от их структуры в виде детерминированных зависимостей практически неприменимы к системам, имеющим многоуровневый вероятностный характер [1]. При сопоставлении опытных данных с результатами расчетов по предлагаемым зависимостям расхождения достигают 50% [2].

Описание подобных сложноструктурированных систем, связанное с представлением распределения в объеме, взаимной ориентации и сопряжения отдельных компонентов, структуры, а также их совместной работы на различных уровнях, возможно за счет применения численных методов, что составляет технологию структурно-имитационного моделирования цементных композиций [3,4].

Преимущество структурно-имитационного моделирования заключается в воспроизведении с помощью уравнений математической физики и теории упругоI сти явно учитываемых параметров, определенных в ходе предварительных структурных исследований, способствующих более реалистичному отражению строе5 ния материала и возможности получения откликов системы на различные внешние и внутренние воздействия. Данный метод позволяет, в первую очередь, непосредственно связать структуру и свойства композиционного материала, что представляет одну из фундаментальных задач строительного материаловедения.

Описание совместной работы разнородных по свойствам фаз в стохастической структуре композиций на различных структурных уровнях возможно, как отмечалось, с помощью численных методов [4]. Наиболее развитым и апробированным численным методом решения дифференциальных уравнений, описывающих поведение сплошных сред, является метод конечных элементов (МКЭ). Эффективная реализация алгоритмов МКЭ для описания взаимодействия отдельных структурных элементов цементных систем стала возможна благодаря мощному развитию вычислительной техники.

В настоящее время сформировалось новое научное направление — «компьютерное материаловедение» [3-6]. При этом существует понимание того, что математическое моделирование свойств цементных систем должно базироваться на структурной модели, отражающей сложное многоуровневое строение цементных композиций со стохастическим распределением структурных элементов.

Компьютерное моделирование цементных композиций быстро развивается в течение последних 20 лет параллельно с все более возрастающими возможностями вычислительной техники. Первой можно назвать модель бетона, которая отображала каждое зерно заполнителя, расположенного в матрице цементного камня, в виде конечно-элементной сетки, что делало возможным вычисление распределения напряжений. Данная модель, получившая название «цифровой бетон» [7], в дальнейшем получила развитие в работах [8-10]. На современном этапе развития бетоноведения такого упрощенного представления структуры изучаемого материала явно недостаточно.

К настоящему времени, несмотря на имеющиеся достижения, сохраняют свою актуальность проблемы прочности и собственных деформаций бетона. Решение этих проблем невозможно без учета влияния структуры материала.

С учетом сложности и многогранности изложенных выше проблем, требуется разработка методологии моделирования структуры и свойств цементных композиций, опирающейся на достигнутые современные познания в области исследования структуры с учетом наноразмерного уровня, являющегося основой в формировании важнейших свойств цементных систем.

Таким образом, работа посвящена актуальной теме современного строительного материаловедения - проблеме моделирования структуры и свойств цементных композиционных материалов.

Цель работы. Целью настоящей работы явилась разработка методологии структурно-имитационного численного моделирования, базирующейся на представлении структуры цементных композиций в виде многоуровневой иерархической модели, реализующей алгоритмы физико-механических процессов и явлений и позволяющей прогнозировать поведение материала в заданных условиях эксплуатации, а также проектировать материал с эффективной структурой.

Адекватность поведения модели оценивалась на основе изучения собственных деформаций.бетона, наиболее чувствительных к структуре материала. Кроме этого выбор собственных деформаций в качестве тестирующего физического процесса обусловлен наличием соответствующей экспериментальной базы, позволяющей с высокой степенью достоверности оценить степень сходимости результатов моделирования с данными экспериментов.

Для достижения указанной выше цели потребовалось решение ряда конкретных задач:

- анализ современного состояния вопроса для выявления параметров моделирования структуры цементных систем с учетом кинетики ее развития;

- обоснование структурно-имитационной многоуровневой модели цементных композиций для отдельных масштабных уровней;

- уточнение параметров структуры, цементного камня на уровне цементного геля и степени ее подверженности изменению при варьировании различных технологических факторов (В/Ц, условие и время твердения, введение химических добавок);

- определение количественных характеристик структуры микроуровня цементных композиций в зависимости от различных технологических факторов;

- обоснование особенностей применения МКЭ для оценки механических свойств цементных систем;

- определение факторов, обусловливающих влажностную усадку и разработки методологии расчета собственных структурных деформаций на модели;

- сопоставление расчетных и экспериментальных данных и оценка адекватности модели;

- установление, на основании результатов численных расчетов, закономерностей влияния структурных факторов на механические характеристики композиций и выработка рекомендаций в отношении повышения эффективности структуры материала;

- апробация предложенного метода моделирования цементных систем на примере конструкций транспортного строительства.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Сформулирована методология, на основе которой впервые разработана численная многоуровневая иерархическая модель цементного бетона, включающая наноразмерный уровень, которая в явном виде отражает физическую и геометрическую гетерогенность его структуры. Данная модель позволяет расчетным путем оценить совместную работу структурных элементов и их влияние на механические свойства бетона на различных структурных и масштабных уровнях при заданных внешних и внутренних воздействиях на основе применения метода конечных элементов. Адекватность модели подтверждается высокой сходимостью расчетных и экспериментальных результатов исследований.

2. Применительно к предложенной модели впервые разработан и методологически обоснован алгоритм моделирования механизма влажностной усадки цементных композиций, учитывающий воздействие капиллярного давления и изменения свободной поверхностной энергии во взаимосвязи с относительной влажностью окружающей среды. Данный алгоритм был реализован в программном продукте для ЭВМ.

3. На основе результатов расчета и экспериментальных исследований предложена новая математическая зависимость для определения величины влажностной усадки бетона, учитывающая его структурные особенности.

4. Определена количественная мера влияния отдельных компонентов структуры цементных композиционных материалов, включая гидратные новообразования, на механические свойства материала, на базе которой разработаны рекомендации по направленному регулированию показателей его свойств.

5. На базе структурно-имитационных моделей разработана методика расчетной оценки прочности цементно-песчаных композиций путем моделирования процесса трещинообразования, охватывающего не только поровое пространство, но и твердую фазу. На основе этой методики получены количественные закономерности изменения показателей трещиностойкости цементных систем в зависимости от соотношения упругих свойств компонентов структуры.

6. Впервые произведена расчетная оценка степени совместного влияния деформаций влажностной усадки и рабочей нагрузки на напряженно-деформированное состояние предварительно напряженных железобетонных конструкций для транспортного строительства при явном учете особенностей структуры материала и влажностных условий эксплуатации.

Достоверность результатов исследований подтверждается высоким уровнем метрологического обеспечения лабораторных исследований, выполненных с применением современных методик и приборов; статистической обработкой результатов исследований; сходимостью численных (тестовых) расчетов с данными экспериментальных исследований, проведенных лично автором в рамках фундаментальных, госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ в лабораториях Дальневосточного и Петербургского государственных университетах путей сообщения и опубликованных в открытой печати. Полученные расчетным путем данные имеют расхождения 5-15% с результатами натурных наблюдений.

Практическая значимость результатов исследования: В диссертации сформулирована методология математического описания механических свойств цементного> бетона с учетом его реальной структуры и внешних факторов, направленная, на. выявление степени влияния отдельных компонентов структуры на интегральные свойства материала.

Использование разработанных автором методов моделирования процессов влажностной? усадки и трещинообразования позволяет вести более целенаправленный поиск рациональных технологических решений и существенно сократить объем и стоимость лабораторных исследований при проектировании составов цементных композиций с требуемыми свойствами. Полученные результаты моделирования подтверждают и обобщают современные достижения в области исследования структуры и свойств цементных систем.

Предложенный метод оценки степени: совместного влияния усадочных деформаций и рабочей нагрузки на напряженно-деформированное состояние предварительно напряженной конструкций может быть использован для: существенного сокращения^ трудозатрат при разработке конструктивных- и технологических решений в области: проектирования) бетонных и железобетонных конструкций с -' '. ' ' ' • . * увеличеннымресурсомдолговечности. , .

В рамках темы-№ 59/271 от 21.09.2006 г. «Научное; сопровождение технологии производства железобетонных шпал со стержневым армированием на оборудовании фирмы OLMI» для Челябинского завода железобетонных шпал произведен расчет трещиностойкости железобетонной шпалы ШЗ-ДК с учетом собственных деформаций, планируемой к производству на Челябинском заводе железобетонных шпал. По результатам расчета выполнен сравнительный анализ вариантов армирования шпалы ШЗ-ДК (стержневого и проволочного) по показателям трещиностойкости.

Разработано и апробировано в ЗАО «Управление-20 Мостострой» (г. Санкт-Петербург) программное обеспечение, реализующую предложенную методику структурно-имитационного моделирования композиций с широкой номенклатурой свойств и с: учетом вероятностного характера, размещения* компонентов цементных систем; на различных структурных уровнях (свидетельства о регистрации программ для ЭВМ № 2008614295 и № 2008611545).

5 t

Лабораторные и натурные исследования, а также расчеты процессов влаж-ностной усадки- и трещинообразования позволили разработать рекомендации по увеличению прочностных характеристик цементных бетонов за счет направленного регулирования упругих свойств компонентов его структуры путем модификации состава заполнителей (патент РФ) и использования микронаполнителей. Эффективность указанных рекомендаций, заключающаяся в снижении себестоимости бетона до 30% при улучшении его технических свойств (бетоны класса В50-60 с коэффициентом трещиностойкости К=0,20-0,25), подтверждена на стадии промышленных испытаний в ОАО «Хабаровская ремонтно-строительная компания» и апробирована на ряде объектов Хабаровского края.

На защиту выносится:

- обоснование структурно-имитационного метода моделирования механических свойств цементного камня и бетона как многоуровневого композиционного материала;

- результаты исследования параметров структуры цементного камня на уровне фазы C-S-H в зависимости от различных технологических факторов;

- параметры численных моделей цементных систем на различных структурных уровнях и масштабных приближениях;

- результаты численного моделирования упругих свойств цементных композиций;

- алгоритм моделирования влажностной усадки цементных систем на различных структурных уровнях;

- закономерности влияния отдельных компонентов структуры на свойства цементных систем и методы их регулирования;

- метод моделирования процессов трещинообразования в структуре бетона, а также методика оценки влияния совместного воздействия внешней нагрузки и влажностной усадки на напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций.

Апробация работы. Результаты исследований автора неоднократно докладывались на региональных, всероссийских и международных конференциях, t часть из которых: «Молодежь и научно-технический прогресс» (Владивосток,

1998 г.), «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI >( веке» (Хабаровск, 1999, 2001, 2003, 2005 гг.), «Научно-технические и экономические проблемы транспорта» (Хабаровск, 2000 г.), «Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков» (Чита, 2000 г.), «Новые технологии - железнодорожному транспорту» (Омск, 2000 г.), «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока» (Хабаровск-Владивосток, 2001 г.), «Десятые Академические чтения РААСН » (Казань, 2006 г.), «Современные технологии - железнодорожному транспорту и' промышленности» (Хабаровск, 2006 ( г.), «Бетон и железобетон в третьем тысячелетии» (Ростов-на-Дону, 2006 г.),

Транспорт-2006» (Ростов-на-Дону, 2006 г.), «XIII Международный семинар Азиатско-Тихоокеанской академии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века»» (Новосибирск, 2006 г.), «Строительное материаловедение — теория и практика» (Москва, 2006 г.), «Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2006, 2007 гг.), «Популярное бетоноведение» (Санкт-Петербург, 2006 г.),

1 «М1жнародного семшару з моделювання i оштшаци композите» (Одесса, УкI раина, 2007, 2008 гг.), «Инновационные технологии — транспорту и промышленности» (Хабаровск, 2007 г.), «Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте» (Санкт-Петербург, 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано более 50 работ, включая 9 статей в научных журналах по списку ВАК РФ, учебное пособие (в соавторстве), патент РФ (в соавторстве) и 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и приложения. Диссертация содержит 364 страницы основного текста, 29 таблиц, 165 рисунков» и 5 страниц приложения, 290 наименований библиографического списка, в том числе 153 на иностранном языке.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Высокая степень сходимости результатов моделирования с данными многочисленных экспериментов позволяют сделать вывод о возможности использования для решения практических задач сформулированных в работе принципов структурно-имитационного моделирования свойств цементных композиций, основная сущность которых заключается в создании на основе данных о структуре материала иерархически выстроенных моделей отдельных структурных уровней (включая субмикроструктурный). Важным при этом является то, что параметры свойств, определенные для моделей предыдущего структурного уровня, используются в качестве исходных данных континуальной среды, являющейся матричной составляющей модели последующего уровня. Подобное построение общей модели композиции позволяет напрямую увязать структурные особенности на уровне нанометра с макросвойствами материала. На основе метода конечных элементов (МКЭ), путем определения соответствующих внешних и внутренних на-.' грузок, реализованы алгоритмы, воспроизводящие физико-механические процессы и явления, характерные для отдельных свойств цементных систем.

2. Использование МКЭ позволяет максимально полно соблюсти геометрическую и физическую «реалистичность» модели, отражающей исследуемую струк-г. туру. В работе определены и обоснованы особенности применения метода конечных элементов для исследования механических свойств цементных систем, которые включают в себя: задание внешних или внутренних нагрузок, действующих в моделях различных уровней, выбор расчетных схем, обеспечивающих минимальное влияние условий закрепления и нагружения на напряженно-деформированное состояние материала.

3. Доминирующее влияние на выбор структурных уровней и масштабных приближений при разработке моделей оказывают возможности вычислительной техники (память и быстродействие). С учетом этого фактора в работе обоснован выбор структурных уровней и их масштабных приближений при формировании моделей, позволяющих воспроизвести весь спектр структурных неоднородностей цементных композитов в диапазоне размеров от 1 нм до 10 мм. При создании моделей всех структурных уровней определены упругие свойства структурообразующих компонентов и учтен вероятностный характер их размещения путем использования разработанного и реализованного в виде программного продукта («PoreSolution») алгоритма стохастического формирования моделей структуры различных уровней и масштабных приближений.

4. Различные технологические факторы (В/Ц, условия твердения, применение химических добавок), как следует из > результатов экспериментов, не оказывают значительного влияния на параметры гелевой пористости цементного камня в возрасте 28 суток, что с позиции имитационного моделирования позволяет рассматривать структуру геля неизменной. Установлено, что-наибольший объем порового пространства представлен порами радиусом 0,85 нм, которые составляют в среднем 80% от объема гелевой пористости и 60% от общего объема пор в цементном камне.

5. Структурно-имитационная^ модель цементного геля может быть представлена в двух масштабных приближениях. Отдельными структурообразующими элементами модели первого уровня являются сферические частицы диаметром 4,4 f нм, представляющие собой агрегаты субмикрокристаллов C-S-H. Общая пористость модели геля первого уровня составляет 24%, что обусловлено диаметром частиц дисперсной фазы, их удельной поверхностью и плотностью системы. Модель второго уровня представляет совокупность частиц диаметром 40 нм, внутреннее строение которых отражает систему первого уровня. Величина пористости модели второго уровня составила ~15% (с учетом пористости модели первого уровня общая пористость достигает 36%).

6. Полученные расчетные величины модуля Юнга и коэффициента Пуассона цементного геля характеризуются высокой сходимостью с экспериментальными значениями, что свидетельствует об адекватности модели субмикроструктуры цементной композиции и возможности ее использования в качестве основы для дальнейшего моделирования микроструктуры бетона.

7. Разработанные двухмерные модели структуры цементного камня различных составов, в явном виде включающие структурные элементы в диапазоне размеров от 25 нм до 30 мкм (поры, кристаллы портландита и эттрингита, а также зерна негидратированного клинкера) отражают реальные свойства материала, что подтверждается высокой сходимостью результатов расчета упругих свойств с экспериментальными данными.

8. Расчетные величины параметров механических свойств цементно-песчаных композиций характеризуются высокой сходимостью с экспериментально полученными данными: среднеквадратическое отклонение составляет 0,7 ГИа. Это свидетельствует об адекватности разработанной в трехуровневом представлении двухмерной имитационной модели структуры цементно-песчаной композиции, являющейся матричной основой бетона. В качестве структурных компонентов модель включает цементный камень (матричная составляющая), зерна песка, контактную зону и условно-замкнутую пористость.

9. В качестве компонентов структуры модели крупнозернистого бетона выступают зерна крупного заполнителя, контактная зона, поры и цементно-песчаная композиция, как матричная составляющая. В работе на основе экспериментально, установленных данных о параметрах структуры крупнозернистого бетона классом от В20 до В50 разработаны численные имитационные модели соответствующей структуры. Адекватность этих моделей с точки зрения воспроизведения деформа-тивных свойств цементных композиций позволяет рекомендовать их для использования в качестве базовых при исследовании других свойств материала, например, собственных деформаций.

10. Разработанный и реализованный в программном продукте для ЭВМ алгоритм моделирования механизма влажностной усадки, учитывающий капиллярное давление и деформации от изменения свободной поверхностной энергии в зависимости от относительной влажности окружающей среды отражает реальную картину собственных деформаций цементных систем, что следует из сопоставления результатов моделирования и экспериментального определения'влажностной усадки для различных вариантов состава цементного камня, цементно-песчаных композиций и крупнозернистого бетона.

11. Предложенная в работе количественная мера оценки степени влияния компонентов структуры на модуль упругости цементного камня и сформулированная на ее основе аналитическая зависимость позволяют расчетным способом определить упругие характеристики материала в зависимости от индивидуальных свойств компонентов структуры и их количественного содержания. На основе полученной аналитической зависимости количественно оценена эффективность увеличения модуля упругости цементного камня путем модификации его структуры добавкой микрокремнезема. Достоверность предложенной зависимости подтверждается тесной корреляционной связью расчетных величин с результатами экспериментальных исследований.

12. Количественно проанализирован механизм эффекта демпфирования^ структуры бетона повышенной трещиностойкости, в том числе и при ударных нагрузках.

13. Эффективным способом улучшения прочностных характеристик'мелкозернистого бетона, как установлено расчетным^ и экспериментальным путем, является- замещение жестких компонентов структуры на макроуровне; материала (зерна песка) элементами с меньшей величиной модуля упругости, но'с соотношением Яр/Ясж не менее 0,18. Теоретическая оценка прочности цементно-песчаных композиций при этом произведена путем моделирования процесса тре-щинообразования. Расчетным способом выявлены количественные закономерности влияния на трещиностойкость систем упругих свойств структурообразующих элементов.

14. Использованный в данной работе подход к расчетной оценке напряженно-деформированного состояния' конструкции (на примере железобетонной предварительно напряженной шпалы) с учетом структуры бетона, деформаций влажностной усадки и эксплуатационной» нагрузки, может быть применен в конструкторских расчетах для существенного сокращения трудозатрат при поиске оптимальных конструктивных и технологических решений в области проектирования» бетонных и железобетонных конструкций.

1. Берг, О.Я. Физические основы прочности бетона и железобетона Текст. / О.Я. Баженов. — М.: Госстройиздат, 1962. 96 с.

2. Ахвердов, И.Н. Моделирование напряженного состояние бетона и железобетона Текст. /И.Н. Ахвердов, А.Е. Смольский, В.В. Скочеляс. Минск: «Наука и техника», 1973. - 232 с.

3. Кондращенко, В.И. Оптимизация составов и технологических параметров получения изделий брускового типа методами компьютерного материаловедения Текст.: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.05/ Кондращенко Валерий Иванович. М., 2005. - 48 с.

4. Соломатов, В.И. Развитие полиструктурной теории композиционных строительных материалов Текст. / В.И. Соломатов // Известия вузов. Архитектура и строительство. -1985. №8. - С. 44-53.

5. Баженов, Ю.М. Основные подходы к компьютерному материаловедению строительных композитных материалов Текст. / Ю.М. Баженов, В.А. Воробьёв, А.В. Илюхин // Строительные материалы. Наука. 2006. - № 7. - С. 2-4.

6. Wittmann, F.H. Simulation and analysis of composite structures Text. / F.H. Wittmann, P.E. Roelfstra, H. Sadouki// Material Science Engineering. 1984. - № 68.-P. 239-248.

7. Ерофеев, B.T. Метод численного моделирования для исследования механики разрушения бетонов и изделий на их основе Текст. / В.Т. Ерофеев, И.И. Меркулов, А.И. Меркулов, Е.А. Митина, П.С. Ерофеев // Строительные материалы. 2006. - №4. - С. 72-75.

8. Ерофеев, В.Т. Методика оптимизации композиционных строительных материалов с использованием метода конечных элементов Текст. / В.Т. Ерофеев,

9. И.И. Меркулов, А.И. Меркулов, П.С. Ерофеев // Моделирование и оптимизация в материаловедении МОК'45: сб. науч. работ. - Одесса: Изд-во «Астропринт», 2006.- С. 22.

10. Бунин; М.В; Структура и механические свойства дорожных цементных бетонов Текст. / М.В. Бунин, И.М. Грушко, А.Г. Ильин/ Харьков, ХГУ, 1968. — 321 с.

11. Баженов, Ю.М. Технология-бетона: Учебное пособие для технологических специальностей строительных вузов Текст. / Ю.М. Баженов / 2-е изд., пере-раб. М.: Высшая школа, 1987. - 415 с.

12. Рыбьев, И.А. Исходные методические позиции при» исследовании искусственных строительных конгломератов Текст. / И.А. Рыбьев, А.В. Нехорошев // Строительные материалы. 1980. - №2. - С. 24-26.

13. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение: Учеб. пособие для строит. спец. Вузов Текст. / И.А. Рыбьев. М.: Высш. школа, 2003. - 701 с.

14. Зайцев, Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушения Текст. / Ю.В. Зайцев. -М.: Стройиздат, 1982. 196 с.

15. Карпенко, Н.И. Общие модели механики железобетона Текст. / Н.И. Карпенко. -М.: Стройиздат, 1996. 416 с.

16. Тимашев, В.В. Избранные труды. Синтез и гидратация вяжущих материалов Текст. / В.В. Тимашев. -М.: Наука. 1986. 424 с.

17. Тимашев, В.В. Структура самоармированного цементного камня Текст. / В.В. Тимашев, Л.И. Сычева, Н.С. Никонова / В кн.: Краткие тезисы докладов на VI всесоюзном научно-техническом совещании по химии и технологии цемента. М.: ВНИИЭСМ, 1982. С. 70-73.

18. Ли, Ф.М. Химия цемента и бетона Текст. /Ф.М. Ли / пер. с англ. Б.С. Левман: Под ред. С.М. Рояка М.: Госуд. изд-во литературы по строит., архит. и строит, материалам, 1961 —646 с.

19. Powers, Т.С. Structure and Physical Properties of Hardened Portland Cement Paste Text. / T.C. Powers // Journal of the American Ceramic Society. 1958. - Vol. 41, №1-P 48-63.

20. Ларионова, З.М; Формирование структуры цементного камня-и бетона Текст. / З.М. Ларионова. -М.: Стройиздат, 1971.-161 с.

21. Шейкин, А.Е. Структура и свойства цементных бетонов Текст. / А.Е. Шейкин, Ю.В. Чеховский, М.И. Бруссер. М.: Стройиздат, 1979. - 344 с.

22. Кузнецова, Т.В. Специальные цементы Текст. / Т.В. Кузнецова, М.М. Сычев, А.П. Осокин, В.И. Корнеев, Л.Г. Судаков. СПб, Стройиздат, 1997. - 313 с.

23. Тимашев, В.В. Влияние физической структуры цементного камня на его прочность Текст. / В.В. Тимашев // Цемент. 1978. - №6. - С. 6-8.

24. Тимашев, В.В. Синтез нитевидных кристаллов — продуктов гидратации портландцемента и исследование их прочностных характеристик Текст. / В.В. Тимашев, Л.И. Сычева / В кн.: Механика и технология композиционных материалов. София. АН НРБ, 1977. С. 639-644.

25. Бутт, Ю.М. Структура цементного камня многолетнего твердения Текст. / В.В. Тимашев, Ю.М. Бутт, B.C. Бакшутов, JI.A. Лукацкая, В.В. Илюхин // Цемент. -1969. -№10. С. 14-16.

26. Рамачандран, В. Наука о бетоне: Физико-химическое бетоноведение Текст. / В. Рамачандран, Р. Фельдман, Дж. Бодуэн / Пер. с англ. Т.И. Розенберг, Ю.Б. Ратиновой: Под ред. В.Б. Ратинова — М.: Стройиздат, 1986 278 с.

27. Комохов, П.Г. Структурная механика и теплофизика легкого бетона Текст. / П.Г. Комохов, B.C. Грызлов — Вологда: Изд-во Вологодского научного центра, 1992.-321 с.

28. Шейкин, А.Е. Структура, прочность и трещиностойкость цементного камня Текст. / А.Е. Шейкин. М.: Стройиздат, 1974. — 197 с.

29. Ратинов, В.Б. Современные воззрения на процессы твердения, портландцемента Текст. / В.Б. Ратинов, А.Е. Шейкин. — М.: Стройиздат, 1965. — 35 с.

30. Сычев, М.М. Закономерности проявления вяжущих свойств Текст./ М.М. Сычев // Шестой международный конгресс по химии цемента. Труды. В 3-х т. Т.2. Гидратация и твердение цемента. Кн. 1. М., Стройиздат, 1976. С. 42-47.

31. Soroka, I. The structure of cement-stone and'the* use of compacts as structural models Text. /1. Soroka, P.J. Sereda // Proceedings of the fifth International Congress on the Chemistry of Cement, Tokyo, 1968, Part III, Vol. III. P. 67-73.

32. Сватовская, Л.Б. Фундаментальные основы свойств композиций на неорганических вяжущих Текст. / Л.Б. Сватовская. СПб.: ПГУПС, 2006. - 84 с.

33. Richardson, I.G. The nature of C-S-H in hardened cements Text. / I.G. Richardson // Cement and Concrete Research. 1999. - Vol. 29. - P. 1131-1147.

34. Tennis, P.D. A model for two types of calcium silicate hydrate in the micro-structure of Portland cement pastes Text. / P.D. Tennis, H.M. Jennings // Cement and Concrete Research. 2000. - Vol. 30. - P: 855-863.

35. Thomas, J.J. Determination of the Neutron Scattering Contrast of Hydrated Portland Cement Paste Using H2O/D2O Exchange Text. / J.J. Thomasa, H.M. Jennings, A.J. Allen // Advanced Cement Based Material. 1998. - Vol. 7. - P. 119-122.

36. Thomas, J.J. A colloidal interpretation of chemical aging of the C-S-H gel and its effects on the properties of cement paste Text. / J.J. Thomas, H.M. Jennings // Cement and Concrete Research. — 2006. — Vol. 36. — P. 30-38.

37. Волженский, A.B. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства). Учебник для вузов Текст. / Волженский А.В., Буров Ю.С., Колоколь-ников B.C. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1979. - 476 с.

38. Powers, Т.С. Studies of physical properties of hardened Portland cement paste Text. / T.C. Powers, T.L. Brownyards / Research Laboratories of the Portland Cement Association, Chicago, March, Bulletin 22, 1948.

39. Diamond, S. The ITZ in concrete a different view based on image analysis and SEM observations Text. / S. Diamond, J. Huang // Cement and Concrete Composites.-2001.-Vol. 23.-P. 179-188.

40. Jennings, H.M.A model for the microstructure of calcium silicate hydrate in cement paste Text. / H.M. Jennings // Cement and Concrete Research. 2000. - Vol. 30, №6.-P. 101-116.

41. Maggion, R. Etude L'evolution» Microtexturale de Pates de Silicate Trical-cique hydrate' Text. / R. Maggion / Ph. D. Thesis, L'Universite d'Orleans, Orleans, France, 1992.

42. Taylor, H.F.W. Nanostructure of C-S-H: current status Text. / H.F.W. Taylor // Advanced Cement Based Materials. 1993. - №1. - P. 38-46.

43. Nonat, A. The structure and stoichiometry of C-S-H Text. / A. Nonat // Cement and Concrete Research. 2004. - Vol. 34, № 9. - P. 1521-1528.

44. Gauffinet, S. AFM and SEM studies of C-S-H growth on C3S surface during its early hydration Text. / S. Gauffinet, E. Liesniewska, S. Collin, A. Notan/ :In XXth International Conference on cement microscopy. Guadalajara, Mexico, 1998.

45. Schultz, M.A. Use of oscillatory shear to study flow behavior of fresh cement past Text. / M.A. Schultz, L.J. Struble // Cement and Concrete Research. 1993. -Vol. 22, №2. -P. 273-282.

46. Guinier, A. X-Ray Diffraction in Crystals, Inperfect Crystals, and Amorphous Bodies Text. / A. Guinier/ Dover Publications, New York, 1994. 152 p.

47. Nachbaur, L. Dynamic model rheology of cement and tricalcium silicate pastes from mixing to setting Text. / L. Nachbaur, J.C. Mutin, A. Nonat, L. Choplin // Cement and Concrete Research. 2001. - Vol. 31, №2. - P. 183-192.

48. Hamid, S.A. The crystal structure of the 11 A natural tobermorite Ca2.25Si307.5(0H)i.5.H20 [Text] / S.A. Hamid // Z. Kristallogr. 1981. 189 p.

49. Schuth, F. Handbook of Porous Solids. Chapter 6.11. Cement as porous material Text. / F. Schuth, K.S.W. Sing, J. Weitkamp / 1st edition, Wiley-vch, 2002.

50. Allen, A.J. Development of the fine porosity and gel structure of hydrating cement systems Text. / A J. Allen, R.C. Oberthur, D. Pearson, P. Schofield, C.R. Wilding // Philosophical Magazine В 56. 1987. - №3. - P. 263-268.

51. Thomas, J.J. Effects of decalcification on the microstructure and surface area of cement and tricalcium silicate pastes Text. / J J. Thomas, J.J. Chen, A.J. Allen, H.M. Jennings // Cement and Concrete Research. 2004. - Vol. 34. - P. 2297-2307.

52. Eichorn, F. Structural Studies on Hydrating Cement Paste Text. / F. Eichorn, F. Haussleer, H. Baumbach //Journal de Physique IV. 1993. - № 3. - P. 369372.

53. HauBler, F. Nanostructural Investigations on Carbonation of Hydrating Tricalcium Silicate by Small Angle Neutron Scattering Text. / F. HauBler, S. Palzer, A. Eckart/LACER. -2000. -№ 5. P. 181-196.

54. Allen, A.J. Time-Resolved Phenomena in Cements, Clays and Porous Rocks Text. / A.J. Allen // Journal of Application Crystal. 1991. - № 24. - P. 624-634.

55. Allen, A.J. Analysis of C-S-H gel and cement paste by small-angle neutron scattering Text. / A.J. Allen, J.J. Thomas // Cement and Concrete Research. — 2007. — Vol. 37.-P. 319-324.

56. Allen, A.J. Relationship between differences in silica fume additives and fi-nescale microstructural evolution in cement based materials Text. / A.J. Allen, R.A. Livingston//Advanced Cement Based Materials. 1998.-№ 8.-P. 118-131.

57. Kjellsen, K.O. Backscattered Electron Imaging of Cement Pastes Hydrated at Different Temperatures Text. / K.O. Kjellsen, R.J. Detwiler, O.E. Gjorv // Cement and Concrete Research. 1990. - Vol. 20. - P. 308-311.

58. Scrivener, K.L. The Effect of Heat Treatment on Inner Product C-S-H Text. / K.L. Scrivener //Cement and Concrete Research. 1992. - Vol. 22. - P. 1224-1226.

59. Mindess, S. Concrete Text. / S. Mindess, J.F. Young, D. Darwin / (2nd Ed.), Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2003.

60. Jennings, H.M. A multi-technique investigation of the nanoporosity of cement paste Text. / H.M. Jennings, J.J. Thomas, J.S. Gevrenov, G. Constantinides, F.-J. Ulmc // Cement and Concrete Research. 2007. - Vol. 37. - P. 329-336.

61. FeIdman,R:F. A new model for hydrated Portland cement and; its. practical implications Text. / R.F. Feldman, P;J. Sereda // Engineering Journal (Canada). 1970. -Vol. 53, 8/9:-P. 53-59.

62. Neville, A.M. Properties of Concrete Text. / A.M. Neville 4th Edn., Longman Group Limited Harlow, Л 995.

63. Brunauer, S. Tobermorite gel the heart of concrete Text. / S. Brunauer // American Science. - 1962. - Vol. 50 (1) - P. 210-229:

64. Taylor; H.F.W. Cement Chemistry Text. / H.F.W. Taylor. Academic Press, New York, 1990:

65. Бобрышев, A.H. Синергетика композиционных материалов Текст. / А.Н. Бобрышев, В.Н. Козомазов, JI.O. Бабин, В.И. Соломатов; под редакцией В.И. Соломатова. Липецк: НПО «ОРИУС», 1994. - 153 с.

66. Allen, A.J. Composition and density of nanoscale calcium-silicate-hydrate in cement Text. / A.J. Allen, JJ. Thomas, H.M. Jennings // Nature Materials. 2007. -№6.-P. 311-316.

67. Oliver, W.C. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation Text. / W.C. Oliver, G.M. Pharr // Journal Materials Research. 2004. - № 19.-P. 3-20.

68. Constantinides, G. On the use of nanoindentation for cementitious materials Text. / G. Constantinides, F.-J. Ulm, K. Van Vliet // Materials and Structures. 2003. -№36.-P. 191-196.

69. Velez, K. Determination by nanoindentation of the elastic modulus and the hardness of synthetic calcium silicate hydrates Text. / K. Velez, S. Maximilien, D. Damidot, F. Sorrentino, G. Fantozzi //preprint, 2001.

70. Lucas, B.N. Using multidimensional contact mechanics experiments to measure Poisson's ratio Text. / B.N. Lucas, J.C. Hay, W.C. Oliver // Journal of Material Research. 2004. - Vol. 19. - P. 58-65.

71. Beaudoin, J.J. Calcium hydroxide in cement matrices: physicomechanical and physico-chemical contributions Text. / J.J. Beaudoin // Calcium Hydroxide in Concrete in Materials Science of Concrete, Special Volume, 2000. P. 131-142.

72. Stutzman, P.E. Scanning Electron Microscopy in Concrete Petrography Text. / P.E. Stutzman // Materials Science of Concrete Special Volume: Calcium Hydroxide in Concrete. Proceedings. The American Ceramic Society. Florida, 2001. P. 59-72.

73. Бутт, Ю.М. Портландцемент Текст. / Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев. М.: Стройиздат, 1974. - 328 с.

74. Кшивоблоцка-Ляуров, Р. Гидратация цемента при повышенных температурах Текст. / Р. Кшивоблоцка-Ляуров / Шестой международный конгресс по химии цемента. Труды. В 3-х т. Т.2. Гидратация и твердение цемента. Кн. 2. М., Стройиздат, 1976.-С. 139-142.

75. Holujj F; Brillouin spectrum of Ca (OH)2 Text. / F. Holuj, M: Drozdowski, M. Czajkowski // Solid State Communications. 1985. -№ 56. - P. 1019-1021.

76. Monteiro, P.J.M. The elastic moduli of calcium hydroxide Text. / P.JIM. Monteiro, C.T. Chang // Cement and Concrete Research. 1995. - Vol. 25; - P. 16051609;

77. Баженов, Ю.М. Компьютерное материаловедение и новый алгоритм моделирования структуры строительных композиционных материалов Текст.: /

78. Ю.М. Баженов, В.А. Воробьёв, А.В. Илюхин // Проект и реализация гаранты безопасности жизнедеятельности: тр. общего собрания РААСН в 2 т./ СПб гос. архит.-строит. ун-т. - СПб., 2006. - Т.1. - С. 142-148.

79. Garboczi, E.J. Fundamental computer simulation models for cement-based materials Text. / E.J. Garboczi, D.P. Bentz // Materials Science of Concrete II; edited by J. Skalny and S. Mindess / American Ceramic Society. Westerville, Ohio, 1991. -P. 249-277.

80. Баженов, Ю.М. Компьютерное материаловедение строительных композитных материалов. Состояние и перспективы развития Текст. / Ю.М. Баженов,

81. B.А. Воробьёв, А.В. Илюхин // Известия ВУЗов. Строительство. 1999. - №11.1. C. 25-29.

82. Воробьёв, В.А. Компьютерное моделирование и исследование свойств композиционных материалов Текст. / В.А. Воробьёв, А.В. Илюхин // Десятые Академические чтения РААСН / Казан, гос. арх.-строит. ун-т. Казань, 2006. - С. 52-54.

83. Theifi, W. Optical properties of porous silicon Text. / W. TheiB //Surface Science Reports. 1997. - Vol. 29, №91. - P. 91-192.

84. Кестен, X. Теория просачивания для математиков Текст. / X. Кестен [пер. с англ.]. М.: Мир, 1986. - 392 с.

85. Stroeven, М. Computer-simulated internal structure of materials Text. / M. Stroeven, P. Stroeven // Acta Stereologica. 1996. - Vol. 15, № 3. - P. 247-252.

86. Brach, R.M. Mechanical Impact Dynamics: Rigid Body Collisions Text. / R.M. Brach. New York: John Wiley & Sons Inc., 1991.-456 p.

87. Stroeven, M. Dynamic computer simulation of concrete on different levels of the microstructure Part 1 Text. / M. Stroeven, P. Stroeven // Image Anal. Stereol. -2003.-Vol. 22.-P. 1-10.

88. Stroeven, P. Assessment of packing characteristics by computer simulation Text. / P. Stroeven, M. Stroeven, // Cement and Concrete Research. 1999. - Vol. 29. -P. 1201-1206.

89. Chen, H. Computer Simulation by SPACE of the Microstructure of the ITZ between Aggregate and Cement Paste Text. / H. Chen; Report CM 2002-001. Delft: Delft University of Technology, 2002. - 115 p.

90. Шестак, Я. Теория термического анализа: Физико-химические свойства твердых неорганических веществ Текст. / Я. Шестак: [пер. с англ.]. М.: Мир, 1987.-456 с.

91. Колмогоров, А.Н. К статистической теории кристаллизации металлов Текст. // Известия АН СССР; сер. мат. 1937. Т 3. - С. 355-359.

92. Johnson, W.A. Text. / W.A. Johnson, R.E. Mehl // Trans. Amer. Inst. Min. Met. Eng. 1939. Vol. 135. pp. 416-458.

93. Avrami, M. Kinetics of Phase Change I Text. / M. Avrami // Journal of Chemical Physics. 1939. - Vol. 7. №12. P. 1103-1112; 1940. - Vol. 8. P. 212-224; 1941.-Vol. 9.-P. 177-184.

94. Bezjak, A. On the determination of rate constants for hydration process in cement pastes Text. / A. Bezjak, I. Jelenic // Cement and Concrete Research. 1980. -Vol. 10, №4.-P. 553-563.

95. Preece, S.J. On the initial stages of cement hydration Text. / S.J. Preece, J. Billingham, A.C. King; School of Mathematics and Statistics, University of Birmingham. Edgbaston, B15 2TT, Kluwer Academic Publishers, 2000. - 22 p.

96. Breugel, van K. Numerical simulation of hydration and microstructure development in hardening cement-based materials Text. / K. van Breugel // Cement and Concrete Research. 1995. - Vol. 25, №2. - P. 319-331.

97. Pignat, C. Characterization of the pore space in hardening cement paste to predict the autogenous shrinkage Text. / C. Pignat, P. Navi, K. Scrivener; Laboratory of Construction materials. Lausanne, Switzerland, 2002. - 110 p.

98. Maekawa, К. Modeling of Concrete Performance Text. / K. Maekawa, R.P. Chaube, T. Kishi. London, E & FN SPON, 1999. - 156 p.

99. Bezjak, A. On the determination of rate constants for hydration process in cement pastes Text. / A. Bezjak, I. Jelenic // Cement and Concrete Research, 1980, Vol. 10, №4, pp. 553-563.

100. Schutter, G. General hydration model for Portland cement and blast furnace slag Text. / G. De Schutter, L. Taerwe // Cement and Concrete Research, 1995. — Vol. 25, №3.-P. 593-604.

101. Tzschichholz, F. Reaction-Diffusion Model for the Hydration and Setting of Cement Text. / F. Tzschichholz, H.J. Herrmann, H. Zanni // Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. 1996. - Top. 3 (53). - P. 2629-2637.

102. Park, K.-B. Modeling of hydration reactions using neural networks to predict the average properties of cement paste Text. / K.-B. Park, T. Noguchi, J. Plawsky // Cement and Concrete Research. 2005. - Vol. 35, №9. - P. 1676-1684.

103. Bentz, D.P. CEMHYD3D: A Three-Dimensional Cement Hydration and Mi-crostructure Development Modeling Package. Version 2.0. Text. / D.P. Bentz; Building and Fire Research Laboratory Gaithersburg, Maryland 20899, 2000. 231 p.

104. Bentz, D.P. Effect of cement particle size distribution on performance properties of Portland cement-based materials Text. / D.P. Bentz, E.J. Garboczi, C.J. Haecker, O.M. Jensen // Cement and Concrete Research. 1999. - Vol. 29. - P. 16631671.

105. Bentz, D.P. Influence of Alkalis on Porosity Percolation in Hydrating Cement Pastes Text. / D.P. Bentz // Cement and Concrete Composites. 2006. - Vol. 28, №5. -P. 427-432.

106. Pommersheim, J.M. Conceptual and mathematical models for tri-calcium silicate hydration Text. / J.M. Pommersheim, J.R. Clifton // 7th Int. Conference on Chemistry of Cements, 1980. P. 358-362.

107. Jander, W. Solid state reactions at high temperature Text. / W. Jander // Zeitung anorganische und algemeine Chemie, 1927. P. 1-30.

108. Jennings, H.M. Simulation of Microstructure Development During the Hydration of a Cement Compound Text. / H.M. Jennings, S.K. Johnson // Journal of the American Ceramic Society. 1986. - Vol. 69. - P. 790-795.

109. Breugel, van K. Modelling of cement-based systems the alchemy of cement chemistry Text. / K. van Breugel // Cement and Concrete Research. - 2004. -Vol. 34.-P. 1661-1668.

110. Koenders, E.A.B. Simulation of Volume Changes in Hardened* Cement-Based Materials Text. / E.A.B. Koenders: Ph.D. dissertation. Delft University Press, 1997.-171 p.

111. Ye G. Experimental Study and Numerical Simulation of-the Development of the Microstructure and Permeability of Cementitious Materials Text. : PhD Thesis / G.Ye Delft: Delft University Press, 2003. - 178 p.

112. Pignat, C. Simulation num'erique de l'hydratation du silicate tricalcique, caract 'erisation de la structure poreuse et de la perm'eabilit'e Text.: Th'ese № 2763 / C. Pignat EPFL, Lausanne, 2003. - 195 p.

113. Stroeven, M. Discrete Numerical Model for the Structural Assessment of Composite Materials Text.: PhD Thesis / M. Stroeven. Delft: Delft University Press, 1999.- 145 p.

114. Bentz, D.P. Three-dimensional computer simulation of Portland cement hydration and microstructure development Text. / D:P. Bentz // Journal of American Ceramic Society. 1997. - Vol; 80, №1. - P. 3-21.

115. Stroeven, P. Reconstruction^ by SPACE of the interfacial transition zone Text. / P: Stroeven, M. Stroeven // Cement Concrete Composites. 2001. - Vol. 23. -P. 189-200.

116. Невилль, A.M. Свойства бетона Текст. / A.M. Невилль, [пер. с англ.]. -М:: Стройиздат, 1972. 686 с.

117. Mehta, Р.К. Concrete Microstructure, properties and materials Text. / P.K. Mehta, P.J.M. Monteiro; Prentice-Hall, Englewood Cliffs. - New Jersey, 1993. -328 p.

118. Moosberg-Bustnes, H. The function of fillers in concrete Text. / H. Moos-berg-Bustnes, B. Lagerblad, E. Forssberg // Materials and Structure. 2004. - Vol. 37. -P. 74-81.

119. Bentz, D.P. Modeling the Influence of Limestone Filler on Cement Hydration Using CEMHYD3D Text. / D.P Bentz // Journal of Cement and Concrete Composites. 2006. -Vol. 28, №2. - P. 124-129.

120. Smilauer, V. Elastic properties of hydrating cement paste determined from hydration models Text.: PhD Thesis / V. Smilauer Czech Technical University: Praha, 2005.-131 p.

121. Navi, P. Three-dimensional characterization of the pore structure of a simulated cement paste Text. / P. Navi, C. Pignat // Cement and Concrete Research. 1999. -Vol. 29, №4. - P. 507-514.

122. Lange, D.A. Image analysis techniques for characterisation of pore structure of cement-based materials Text. / D.A. Lange, H.M. Jennings, S.P: Shah // Cement and Concrete Research. 1994. - Vol. 24, №5. - P. 841-853.

123. Roberts, A.P. Computation of the linear elastic properties of random porous materials with a wide variety of microstructure-Text. / A.P. Roberts and E.J. Garboczi //Proc. Roy. Soc. Lond. A 458, 2002. P. 1033-1054.

124. Stroeven, M. Numerical determination of representative volumes for granular materials Text. / M.' Stroeven, H. Askes, L.J. Sluys // Proceedings WCCM-V. Vienna, Austria, 2002. - P. 231-239.

125. Neubauer, G.M. A three-phase model of the elastic and shrinkage properties of mortar Text. / G.M. Neubauer, H.M. Jennings, E.J. Garboczi // Journal of Advanced Cement-Based Materials. 1996. - № 4. - P. 6-20.

126. Garboczi, E.J; Shape analysis of a reference cement Text. / E.J. Garboczi, J.W. Bullard // Cementand Concrete Research: 2004. - Vol. 34 - P. 1933-1937.

127. Норри, Д. Введение в метод конечных элементов / Д. Норри, Ж. Фриз: пер. с англ.,-М.: Мир, 1981.-304 с.

128. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов. Справочник Текст. / В.И. Мяченков, В:П. Майборода и др.; под ред. В.И. Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989.ь - 520 с.

129. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация Текст. / О. Зенкевич, К. Морган: [пер. с англ.] -М.: Мир, 1986. 318 с.

130. Постнов;. BIA. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций Текст. / В.А. Постнов, И.Я. Хархурим. JL: Судостроение, 1974. - 360 с.

131. Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов Текст. / Л. Се-герлинд: [пер. с англ.]. -М.: Мир, 1979. 392 с.

132. Чигарев, А.В. ANSYS для инженеров: Справ, пособие. Текст. / А.В. Чигарев, A.G. Кравчук, А.Ф. Смалюк. М.: Машиностроение-!, 2004. — 512 с.

133. Басов, К.А. ANSYS: справочник пользователя Текст. / К.А. Басов. — М.: Пресс, 2005:-640 с.'

134. Watt, J.P. Clarification- of the Hashin-Shtrikman bounds on the : effective elastic moduli of polycrystals with: hexagonal; trigonal, and tetragonal symmetries Text./J.P. Watt and L. Peselnick. // J. Appl.Phys. 1980.-51.-P. 1525-1530.

135. Харитоновj A.M.,Моделирование структуры цементного5 камня; на на-ноуровне и процессов усадки «PoreSolution» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008611545 от 26.03:2008.

136. Харитонов, A.M. Моделирование структуры цементного камня и процессов усадки «PoreSolution V 2.0»■// Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008614295 от 08.09.2008.

137. Бетехтин, В.И. Концентрация микропор в цементном камне и их распределение по размерам Текст. / В.И. Бетехтин, А.Н; Бахитбаев, Е.А. Егоров, В.В. Жиженков, А.Г. Кадомцев, В.Д. Клейнер, Д.А. Иманбеков // Цемент. 1989: -№10.-С. 8-10.

138. Хигерович, М.И. Физико-химические и физические методы исследования строительных материалов Текст. / М.И. Хигерович, А.П. Меркин. — М.: Высшая школа, 1968. — 192 с.

139. Meille, S. Linear elastic properties of 2-D and 3-D models of porous materials made from elongated objects Text. / S. Meille, E.J. Garboczi // Mod. Sim. Mater. Sci. and Eng. 2001. - № 9(5). - P. 371-390.

140. Stark, J. Delayed Ettringite Formation in Concrete Text. / J. Stark, K. Boll-mann // Proceedings of the «NCR Research Projects», Reykjavik, July 1999. - P. 325350.

141. Американская картотека. ASTM. Cpystallographic. Data. Fcr the Cnleium Silicates Text. — London, Her majesty's stationeri office, 1956.

142. Добавки в бетон: Справочное пособие Текст. / B.C. Рамачандран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди и др.; Под ред. B.C. Рамачандрана. М.: Стройиздат, 1988.-575 с.

143. Баженов, Ю.М. Технология бетона: Учебник Текст. / Ю.М. Баженов. -М.: Изд-во АСВ, 2007. 528 с.

144. ГОСТ 24452-80 Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона Текст. — М.: Изд-во стандартов, 1982.-15 с.

145. ГОСТ 5802-86 Растворы строительные. Методы испытаний Текст. -М.: Изд-во стандартов, 1986. 17 с.

146. ГОСТ 12730.1-78 Бетоны. Методы определения плотности Текст. -М.: Изд-во стандартов, 1980. 6 с.

147. ГОСТ 12730.4-78 Бетоны. Методы определения показателей пористости Текст. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 7 с.

148. Кунцевич, О.В. Бетоны высокой морозостойкости для сооружений Крайнего Севера Текст. / О.В. Кунцевич. Д.: Стройиздат, 1983. - 132 с.

149. Макридин, Н.И. Природа конструкционной прочности цементных бетонов Текст.: дис. . докт. техн. наук: 05.23.05 / Макридин Николай Иванович. — Пенза, 1998.-396 с.

150. Гвоздев, А.А. Прочность, структурные изменения и деформации бетона Текст. / А.А. Гвоздев, А.В. Яшин, К.В. Петрова и др.: под ред. А.А. Гвоздева. -М.: Стройиздат, 1978. 297 с.

151. Scrivener, К. The Microstructure of Concrete Text. / Karen Scrivener // Materials Science of Concrete I: ed. by Jan Skalny, American Ceramic Society, Wester-ville, 1990.-P. 168-176.

152. Scrivener, K.L. Characterization of interfacial microstructure Text./ K.L. Scrivener, P.L. Pratt: in: J.C. Maso (Ed.), Interfacial Transition Zone in Concrete, RILEM Report, vol. 11, E & FN Spon, London, 1996. P. 3-17.

153. Шведов, B.H. Усадка и трещиностойкость бетонов Текст. / В.Н. Шведов. Кишинев.: Штиинца, 1985. - 111 с.

154. Bentz, D.P. Mitigation strategies for autogenous shrinkage cracking Text. / D.P. Bentz, O.M. Jensen // Cement and Concrete Composites. 2004. - Vol. 26, № 6. -P. 677-685.

155. Tazawa, E. Experimental Study on Mechanisms of Autogenous Shrinkage of Concrete Text. / E.Tazawa, S. Miyazawa // Cement and Concrete Research. — 1995. -Vol. 25, №. 8.-P. 1633-1638.

156. Фаликман, B.P. «Внутренний уход» за особовысокопрочными быстрот-вердеющими бетонами Текст. / В.Р. Фаликман, Ю.В. Сорокин, О.О. Калашников // Технологии бетонов. 2006. - № 5 (10). - С. 46-48.

157. Holt, Е.Е. Early age autogenous shrinkage of concrete Text. / E.E. Holt // Espoo 2001. Technical Research Centre of Finland, VTT Publications 446, 2001.- 1841. P

158. Bentur, A. Prevention of Autogenous Shrinkage in High Strength Concrete by Internal Curing Using Wet Lightweight Aggregates Text. / A. Bentur, S. Igarashi, K. Kovler // Cement and Concrete Research. 2001. - Vol. 31, № 11. - P. 1587-1591.

159. Technical Committee on Autogenous Shrinkage of Concrete Committee Report: Autogenous Shrinkage of Concrete Text. / Edited by Eiichi Tazawa, Japan Concrete Institute, E & FN Spon, London. 1999. - P. 1-62.

160. Александровский, C.B. Экспериментально-теоретические исследования усадочных напряжений в бетоне Текст. / С.В. Александровский. — М: Стройиздат, 1965.-285 с.

161. Александровский, С.В. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учетом ползучести Текст. /С.В. Александровский. Изд. 2-е перераб. и доп. М., Стройиздат, 1973. - 432 с.

162. Hansen, W. Drying shrinkage mechanism in Portland cement paste Text. / W. Hansen // Journal of American Ceramic Society, 70 (5), 1987, pp. 323-328.

163. Mindess, S. Concrete Text. / S. Mindess, J.F. Young. Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, N.J. 1981. - 671 pp.

164. Александровский, С.В. Ползучесть бетона при периодических воздействиях внешней среды Текст. / С.В. Александровский, В.Я. Бафий. М.: Стройиздат, 1970. -166 с.

165. Берг, О.Я. Высокопрочный бетон Текст. / О.Я. Берг, Ю.Н. Щербаков, Г.Н. Писанко. М: Стройиздат, 1971. - 208 с.

166. Лермит, Р. Проблемы технологии бетона Текст. / Р. Лермит. М.: Гос-строиздат, 1959. — 126 с.

167. Макридин, Н.И. Структура, деформативность, прочность и критерии разрушения цементных композитов Текст. / Н.И. Макридин, И.Н. Максимова, А.П. Прошин и др.; Под ред. В.И. Соломатова. — Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001.-280 с.

168. Ferraris, C.F. Shrinkage mechanism of hardened cement paste Text. / C.F. Ferraris, F.H. Wittmann // Cement and Concrete Research. 1987. - Vol. 17. - P. 453464.

169. Мельник, P.A. Усадка и ползучесть бетона марки 800 Текст. / Р.А. Мельник, Г.А. Соколов// Труды НИИЖБ. М.: Стройиздат, 1974. - С. 144-151.

170. Нилендер, Ю.А. Поверхностная прочность бетона и связь ее с появлением трещин Текст. / Ю.А. Нилендер // Труды конференции по коррозии бетона. АН СССР, 1937.-284 с.

171. Цилосани, З.Н. Усадка и ползучесть бетона Текст. / З.Н. Цилосани. -Тбилиси: Изд-во АН Груз. ССР, 1963.-173 с.

172. Roper, Н. Dimensional change and water sorption studies of cement paste Text. / H. Roper // Symposium on Structure of Portland Cement Paste and Concrete. -Washington, D.C., 1966. P. 74-83.

173. Шейкин, A.E. Влияние минералогического состава цемента на усадку бетона Текст. / А.Е. Шейкин, М.Н. Гершман // Труды НИИЦемента. Вып.2. М.: Стройиздат, 1949. - 78 с.

174. Демьянова, B.C. Усадка и усадочная трещиностойкость высокопрочных бетонов Текст. / B.C. Демьянова, В.И. Калашников, Е.Ю. Миненко и др. — Пенза: ПГУАС, 2004.-112 с.

175. Выровой, В.Н. Механизм усадки твердеющих и затвердевших композиционных строительных материалов Текст./ В.Н. Выровой // Технологическая механика бетона: Сб. науч. тр: Рига: РПИ, 1985. - С.22-27.

176. Powers, Т.С. The Thermodynamics of Adsorption of Water on- Hardened Cement Paste Text. / T.C. Powers, L.T. Brownyard // American Concrete Institute. -1947. Vol. 18. - P. 549-602.

177. Bazant, Z.P. Creep and Shrinkage in Concrete Structures Text. / Z.P. Ba-zant, F.H. Wittmann. John Wiley & Sons, 1982. - 374 p.

178. Фрейсинэ, E. Переворот в технике бетона Текст. / Е. Фрейсинэ. — Л.; М.: ОНТИ,.1938.

179. Goto Т. Influence of water on drying shrinkage of hardening cement Text. / T. Goto // Ceramic Japan. 1990. - №8. - C. 719-721.

180. Wittmann, F.H. Grundlagen eines Modells zur Beschreibung charakteristischer Eigenschaften des Betons Text. / F.H. Wittmann. Deutscher Ausschuss fur Stahlbeton, Helf 290, 1977. - 152 p.

181. Wittmann, F.H. The structure of hardened cement paste: a basis for a better understanding of the materials properties Text. / Wittmann, F.H. Sheffield, 1976.

182. Щербаков, Л.М. О связи молекулярного и фазового давления со степенью дисперсности Текст. / Л.М. Щербаков. Кишинев, 1949. - 125 с.

183. Kalousek,G.L. A drying shrinkage of C-S-H (I) Text. / G.L. Kalousek // Journal of the American Concrete Society. 1954, № 26. - P: 233-237.

184. Лысенко, Е.И. Температурно-влажностные деформации ракушечнико-вого заполнителя и их влияния на структурные характеристики бетона Текст. /

185. Е.И. Лысенко // Стойкость и деформативность легкого бетона. Ростов-на-Дону, 1974.-С. 33-40.

186. Бернал, Дж.Д. Структура продуктов гидратации цемента Текст. / Дж.Д. Бернал / В кн.: Труды Третьего международного конгресса по химии цемента. -М.: Госстройиздат, 1960. С. 137-176.

187. Бернал, Дж.~Д; Роль воды в кристаллических веществах Текст. / Дж.Д. Бернал // Успехи химии, XXV. 1956. - вып. 5 (643) - М.: Стройиздат, 1960. - С. 137-176.

188. Ананенко, А.А. О расчетных и фактических величинах предельной относительной деформации усадки бетона Текст. / А.А. Ананенко // Тр. НИИЖТа. Новосибирск, 1970;-С. 80-90.

189. Тимашев, В.В. Формирование высокопрочной структуры цементного камня Текст. /В.В. Тимашев, М.Хендрик // Трудьг института МХТИ; 1981, Вып. 118.-С. 89-95:

190. Ли; Ф. Дискуссия-по докладу Д. Бернала Текст. / Ф. Ли7/ Труды-.3> Международного* конгресса-по-химии цементам М.: Госстройиздат, 1958. С. 254262.

191. Kalousek, G.L. Fundamental. Factors in the Drying Shrinkage of Concrete Block Text. / G.L. Kalousek // Journal of the American Concrete Institute. Proceedings.- 1954. -№3 Vol. 51,26. P. 18-22.

192. Ахвердов, И.Н. Высокопрочный бетон Текст. / И.Н. Ахвердов. М.: Госстройиздат, 1961. - 162 с.

193. Ахвердов, И.Н. Основы физики бетона Текст. / И.Н. Ахвердов. — М.: Стройиздат, 1981.-464 с.

194. Powers, T.C. Properties of Fresh Concrete Text. / T.C. Powers. John Wiley and Sons, Inc., 1968. - 664 p.

195. Бунин, М.В. Структура и механические свойства дорожных цементных бетонов Текст. / М.В. Бунин, И.М. Грушко, А.Г. Ильин. Харьков: ХГУ, 1968. -194 с.

196. Xi, Y. Relationships Between Microstructure and Creep and Shrinkage of Cement Paste Text. / Xi, Y. and Jennings, H.M. / Materials Science of Concrete III, American Ceramic Society, Westerville, OH, 1992. P. 37-69.

197. Grube, H. Ursachen des Schwindens von Beton und Auswirkungen auf Betonbauteile Text. / H. Grube. Darmstadt, Habilitationsschrift, 1990. - 215 p.

198. Setzer, M.J. Einfluss des Wassergehalts auf die Eigenschaften des erharteten Betons Text. / M.J. Setzer // Deutscher Ausschuss Fur Stahlbeton DAfSt, Heft 280, 1978.-P. 43-79.

199. Setzer, M.J. A model of hardened cement paste for linking shrinkage and creep phenomena Text. / M.J. Setzer; Technical University Munich, Munich, Technical report, 1979.-57 p.

200. Setzer, M.J. A Method for Description of Mechanical Behavior of Hardened Cement Paste by Evaluating Adsorption Data Text. / M.J. Setzer // Cement and Concrete Research. 1976. - Vol. 6. - P. 37-48.

201. Wittmann, F.H. On the Action of Capillary Pressure in Fresh Concrete Text. / F.H. Wittmann // Cement and Concrete Research. 1976. - Vol. 6. - P. 49-56.

202. Feldman, R.F. Sorption and Length-Change Scanning Isotherms of Methanol and Water on Hydrated Portland Cement Text. / R.F. Feldman // Fifth Int. Symposium on the Properties of Cement Paste and Concrete, Tokyo, 1968. P. 153-160.

203. Bangham, D.H. The Strength and Elastic Constants of Coal in Relation to their Ultra-fine Structure Text. / D.H. Bangham, F.A.P. Maggs; The British Coal Utilization Research Association, The Royal Institution, London, 1944. 231 p.

204. Bangham, D. The Translational Motion of Molecules in the Adsorbed Phase on Solids Text. / D. Bangham, N. Fakhoury // Journal of the Chemical Society, Part I. -1931.-P. 1324-1333.

205. Русанов, А.И. Термодинамика поверхностных явлений Текст. / А.И. Русанов. Л.: Изд. ЛГУ, 1960. - 321 с.

206. Русанов, А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления Текст. / А.И. Русанов. Л.: Химия, 1967. - 388 с.

207. Setzer, M.J. Oberflachenenergie und Mechanische Eigenschaften des Zementsteins Text. / MJ. Setzer. Munchen, TU Munchen, PhD, 1972. - P. 113.

208. Fh66c, Дж. В. Термодинамические работы / Дж. В. Гиббс; пер. с англ.,ч1. М.-Л., 1950.-95 с.

209. Ishida; T. Mycro-physical approach to coupled autogenous and drying shrinkage of concrete Text. / T. Ishida, RIP. Chaube, T. Kishi, K. Maekawa // Proceedings of JSCE (Translation from Japanese), 1997, Vol. 37, № 578. P. 256-263.

210. Janz, M. Moisture Transport and Fixation in Porous Materials at High Moisture Levels Text. / M. Janz, Doctoral Dissertation, Report TVBM-1018, Lund Institute of Technology, Lund 2000. 33 p.

211. Bentz, D.P. Modelling drying shrinkage in reconstructed porous materials: application to porous Vycor glass Text. / D.P. Bentz, E.J. Garboczi, D.A. Quenard // Modelling Simulation Material Science and Engineering. 1998. - № 6. - P. 211-236.

212. Shimomura, T. Analysis of the drying shrinkage behavior of concrete using a micromechanical model based, on the micropore structure of concrete Text. / T. Shimomura, K. Maekawa // Concrete Library of JSCE. 1996. - № 27. - P. 121-143.

213. Bangham, D.H. The Gibbs Adsorption Equation and Absorption on* Solids Text. / D.H. Bangham. London, Gurney and Jackson, 1937. - 236 p.

214. Badmann, R. The Statistical Thickness and the Chemical Potential of Adsorbed-Water Films Text. / R. Badmann, N. Stockhausen, M'.J. Setzer // Journal of Colloid* and Interface Science. 1981. - Vol. 82, № 2. - P. 534-542.

215. Hagymassy, J. Pore structure analysis by water vapour adsorption Text. / J. Hagymassy, Jr. Brunauer, R. Sh. Mikhail // Journal of Colloid and Interface Science. — 1969. Vol. 29, № 3. - P. 485-491.

216. Sneck, T. Measurements of pore size distribution of porous materials Text. / T. Sneck, H. Oinonen, Julkaisu 155 Publication, State Inst. Techn. Res., Helsinki, Finland, 1970.-231 p.

217. Iler, R.K. The Chemistry of Silica. Text. / R.K. Iler. New York: Wiley, 1979: 647 p.

218. Hiller, K.Hi Strength Reduction and Length Changes in Porous Glass Caused by Water Vapor Adsorption Text. / K.H. Hiller // Journal of Applied Physics. 1964. -Vol. 35.-P. 1622-1628.

219. Yates, D.J.C. The Expansion, of Porous Glass on the adsorption of Non-Polar Gases Text. / D. J.C. Yates // Proceedings of the Royal4 Society of London. 1954. -Vol. 224.-P. 526-543.

220. Юнг, B.H. Цементы с микронаполнителями Текст. / В.Н. Юнг, А.С. Пантелеев, Ю.М. Бутт, И.Г. Бубенин // Цемент. 1947, № 10 - С.З.

221. Дворкин, В.И. Цементные бетоны с минеральными наполнителями Текст. / Л.И. Дворкин, В.И. Соломатов, В.Н. Выровой; Под ред. Дворкина Л.И. -Киев: Будивэлник, 1991. — 136 с.

222. Бабков, В.В. Аспекты получения высокопрочного цементного камня Текст. / В.В. Бабков, И.Ш. Каримов // Тезисы докладов III Международной конференции «Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте». -СПб, 1995.-С. 47-48.

223. Комохов, П.Г. Долговечность бетона и железобетона Текст. / П.Г. Ко-мохов, В.М. Латыпов, Т.В. Латыпова, Р.Ф. Ваганов. Уфа: «Белая река», 1998. -216 с.

224. Каримов, И.Ш. Тонкодисперсные минеральные наполнители в составахцементных композиций Текст.: автореферат дис.канд. техн. наук (05.23.05) /

225. И.Ш. Каримов. СПб., 1996. - 26 с.

226. Батраков, В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика Текст. / В.Г. Батраков. М.: Стройиздат, 1998. - 768 с.

227. Махинин, Б.В. Морозостойкость и морозосолестойкость бетона с добавкой микрокремнезема Текст.: дис.канд. техн. наук (05.23.05) / Б.В. Махинин.-Л., 1992.-153 с.

228. Баженов, Ю.М. Модифицированные высокопрочные бетоны Текст. / Ю.М. Баженов, B.C. Демьянова, В.И. Калашников. -М.: Издательство АСВ, 2006. -368 с.

229. Харитонов, A.M. Модификация структуры и регулирование свойств цементных бетонов на основе использования отходов и попутных продуктов промышленности Дальнего Востока Текст.: дис.канд. техн. наук (05.23.05) /

230. A.M. Харитонов. СПб., 2002. - 148 с.

231. Калашников, В.И. Расчет составов высокопрочных самоуплотняющихся бетонов Текст. / В.И. Калашников // Строительные материалы. 2008. - №10. -С. 4-6.

232. Комохов, П.Г. Биодеградация железобетона в коллекторах сточных вод и эффективные меры защиты Текст. / П.Г. Комохов, В.В. Инчик // Строительные материалы. 2002. - №10. - С. 24-26.

233. Труды VIII Международного конгресса по химии цемента. Рио-де-Жанейро, 1986. М.: ВНИИЭСИ, 489 - Т.2 - С. 92-107; Т.1 - С. 323-335.

234. Detwiler, R.J. Chemical and Physical Effects of Silica Fume on the Mechanical Behavior of Concrete Text. / Rachel J. Detwiler, P. Kumar Mehta // Materials Journal. 1989. - Vol. 86, Is. 6. - P. 56-61.

235. Гладков, Д.Н. Физико-химические основы прочности бетона и роль технологии в ее обеспечении Текст. / Д.Н. Гладков. Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004. - 293 с.

236. Десов, А.Е. Некоторые вопросы структуры, прочности и деформации бетонов Текст. / А.Е. Десов. в кн.: Структура, прочность и деформации бетонов. -М.: Стройиздат, 1966. - С. 4-8.

237. Гвоздев, А.А. Температурно-усадочные деформации в массивных бетонных блоках Текст. / А.А. Гвоздев // Известия АН СССР, ОТН, №4, 1953.

238. Мальцов, К.А. Учет несплошности бетона при построении теории прочности Текст. / К.А. Мальцов, А.П. Пак // Известия ВНИИ гидротехники. — 1966.-Т. 80.-С. 3-14.

239. Гладышев, Б.М. Механическое взаимодействие элементов структуры и прочность бетонов Текст. / Б.М. Гладышев. X.: Вища шк. Изд-во при Харьк. унте. 1987. -168 с.

240. Kozicki, J. Discrete lattice model used to describe the fracture process of concrete Text. / J. Kozicki / Discrete Element Group for Risk Mitigation Annual Report 1, Grenoble University of Joseph Fourier, France, 2005. -P. 95-101.

241. Орехов, В.Г. Механика разрушений инженерных сооружений и горных массивов Текст. / В.Г. Орехов, М.Г. Зерцалов М.; Изд-во АСВ, 1999: - 330 с.

242. Тарасенко, И.И. О критериях хрупкой прочности материалов Текст. / И.И. Тарасенко // Строительная механика и строительные конструкции. М.: Стройиздат, 1960. Вып. 26. С. 18-22.

243. Гвоздев, А.А. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия Текст. / А.А. Гвоздев. М.: Стройиздат, 1949. - Т. I. - 300 с.

244. Дарков, А.В. Сопротивление материалов Текст. / А.В. Дарков, Г.С. Шапиро. М.: Высшая школа, 1989. - 624 с.

245. Аликов, Ю.А. Гипотезы прочности и пластичности твердых тел и их развитие применительно к бетону: Учебное пособие Текст. / Ю.А. Аликов/ Волг-ГАСА. Волгоград, 2002. - 60 с.

246. Комохов, П.Г. Механико-технологические основы торможения процессов разрушения бетонов ускоренного твердения Текст.: дис.докт. техн. наук0523.05) / П.Г. Комохов. Л., 1979. - 38 с.

247. Большаков, Э.Л. Влияние демпфирующих добавок на прочностные и доформативные показатели бетона Текст.: автореф. дис. . канд. техн. наук. (05.23.05) / Э.Л. Большаков. СПб.: ПГУПС, 1996. - 22 с.

248. Макридин, Н.И. Физико-механические свойства керамзитового гравия при осевом растяжении Текст. / Н.И. Макридин, В.Л. Хвастунов // Строительные материалы. 1976. - №8. - С. 27-28.

249. Пауэре, Т.К. Физическая структура портладцементного теста Текст. -В кн.: Химия цемента. Под ред. Х.Ф.У. Тейлора. М., 1969.

250. Шейкин, А.Е. К вопросу прочности, упругости и пластичности бетонов Текст. / А.Е. Шейкин // Труды МИИТа, вып. 69, 1946. С. 48-55.

251. Шейкин, А.Е. О начальных напряжениях в бетоне и об их влиянии на технические свойства бетона Текст. / А.Е. Шейкин // Известия АН СССР, ОТН, №3-4, 1943.

252. Шепелевич, Н.И. Расчет коротких железобетонных изгибаемых элементов на прочность и трещиностойкость с использованием конечно-элементной модели Текст./ Н.И. Шепелевич, А.Н. Бугаев// Архитектура и строительство. -№4(176).-2006.-С. 75-77.

253. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции Текст. / Госстрой России. М.: ГУЛ ЦПП. 1989. - 77 с.

254. Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01 84*). 4.II Текст./ ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР. - М. -ЦИТП Госстроя СССР. - 144 с.