Методическое пособие 813

Анализ результатов испытаний образцов из бетона показывает, что образцы Б1 и Б3 имеют схожий характер, возрастание нагрузки происходит по одной траектории, близкой к прямой, однако значения максимальной нагрузки различны. После достижения максимальных значений для образцов нагрузка начинает равномерно уменьшаться.

Рис. 3. График испытания образцов бетона на сжатие

Образец Б2 «выбивается» из общей картины, нарастание нагрузки происходит неравномерно, по траектории, близкой к дуге, кроме того, при достижении нагрузки порядка

51

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

6800 Н ее возрастание практически останавливается, перемещение при этом увеличивается. При достижении 1 мм нагрузка начинает незначительно нарастать до достижения максимального значения, после чего нагрузка уменьшается плавнее, чем у других образцов. Среднее напряжение образцов при сжатии до разрушения составляет 4 МПа, согласно табл. 2.

Рис. 4. График испытания образцов керамзитобетона на сжатие

Показатели образцов из керамзитобетона при испытании более близки по показателям, чем бетонные. Скачкообразное нарастание нагрузки объясняется тем, что на начальном этапе нагружения происходит разрушение цементного камня, обволакивающего керамзитный наполнитель. На последующих этапах скачки могут объясняться разрушением (продавливанием) оболочек самого заполнителя. Образцы с наполнителем из керамзита показали результаты, большие показателей бетона по нагрузке на 30 %, при близких показателях деформации, что подтверждает предположение о целесообразности использования данного материала в качестве заполнителя.

Рис. 5. График испытания образцов полистиролбетона на сжатие

52

Образцы из полистиролбетона выдержали среднюю нагрузку 0,819 кН. Возрастание нагрузки у образцов П1и П3 на начальном этапе происходит достаточно быстро, у образца П2 наблюдается более плавное возрастание. При достижении значений нагрузки от 450 до 700 Н, соответствующей каждому образцу, происходит резкий незначительный спад нагрузки, но затем происходит планомерное ее возрастание. Подобное поведение объясняется свойствами заполнителя: на начальном этапе нагрузку воспринимает цементный камень, связывающий гранулы полистирола, до момента первого спада, в дальнейшем восприятие нагрузки переходит на заполнитель, который в силу своих свойств не разрушается, а деформируется, уплотняясь. В результате данного явления и происходит плавное нарастание нагрузки после достижения первого пика.

Отличительной особенностью образцов из полистиролбетона является высокое значение деформаций до момента разрушения, значительно превышающих соответствующие значения у бетона и керамзитобетона, что связано со свойствами полистирола. Наличие подобных деформаций требует более детального изучения.

Для сравнения образцов было принято решение о вычислении отношения нагрузки к плотности образцов по усредненным показателям:

для бетона средняя нагрузка образцов составляет 10,022 кН, а средняя плотность — 1866 кг/м3, отсюда получаем, что искомое отношение будет составлять 5,37 Нм3/кг;

для керамзитобетона — 13,064 кН и 1157 кг/м3 соответственно, а отношение —

11,29 Нм3/кг;

для полистиролбетона данные показатели составляют 0,819 Н/м3, 502 кг/м3, 1,63 Нм3/кг.

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что наибольшую нагрузку относительно своего веса выдерживают образцы из керамзитобетона, превышая данный показатель мелкозернистого бетона в 2 раза. Образцы из полистиролбетона показываю наименьшее значение по данному показателю.

3. Визуальные наблюдения. В ходе испытаний проводились визуальные наблюдения за образцами с фотофиксацией.

Анализ рис. 6—8 и визуальные наблюдения показывают, что трещинообразование и дальнейшее разрушение образцов из бетона происходит по линиям, близким к параллелям прикладываемой нагрузки. У образцов из керамзитобетона разрушение происходит по поверхности гранул керамзита и по касательным к данным поверхностям. Разрушение полистирола происходит путем выдавливания объема из внутреннего пространства наружу, с изменением в процессе нагружения первоначальной формы на форму, близкую к бочкообразной, и последующим трещинообразованием.

53

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Рис. 8. Вид образца из полистиролбетона после испытания

После испытаний образцы извлекались из установки и, несмотря на частичное осыпание материала у околов, продолжали держать форму. Кроме того, визуальный осмотр образцов из полистиролбетона показал, что разрушение материала произошло в верхней половине образца, нижняя часть имела начальную форму и структуру.

Выводы

1.Проведено экспериментальное сравнение прочностных и деформационных характеристик образцов из мелкозернистого бетона, керамзитобетона и полистиролбетона на действие сжатия.

2.В результате испытаний образцов установлено, что наибольшую нагрузку из контрольных образцов выдерживают образцы из керамзитобетона, а наименьшую нагрузку выдерживает полистиролбетон.

3.Были вычислены отношения нагрузки к плотности испытываемых материалов, которые показывают, что лучшие показатели наблюдаются у керамзитобетона. Исходя из сделанных выводов, можно рекомендовать керамзит в качестве заполнителя межоболочного пространства быстровозводимых сооружений на базе пневматической опалубки.

4.Результаты испытаний образцов из полистиролбетона показывают необходимость продолжения исследований данного материала.

Библиографический список

1.Николенко, С. Д. Сравнительный анализ быстровозводимых сооружений для использования в чрезвычайных ситуациях / С. Д. Николенко, И. В. Михневич // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2013. — № 4 (13). — С. 43—48.

2.Мелькумов, В. Н. Инновационная пневмотехнология возведения фиброармированных конструкций / В. Н. Мелькумов, А. Н. Ткаченко, Д. А. Казаков // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2014. — № 4. — С. 11—21.

3.Николенко, С. Д. Разработка конструкций пневматических опалубок / С. Д. Николенко, И. В. Михневич // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. — 2014. — № 2 (15). — С. 18—22.

4.Золотов, М. С. Крупнопористый керамзитобетон на основе высококонцентрированной кварцевой суспензии, полученной с помощью нанотехнологического подхода производства / М. С. Золотов, Т. В. Рапина // Коммунальное хозяйство городов. — 2009. — № 86. — С. 150—154.

5.Холдаева, М. И. Применение полистиролбетона как эффективного конструкционнотеплоизоляционного материала / М. П. Холдаева // Коммунальное хозяйство городов. — 2011. — № 97. — С. 341—344.

6.Михневич, И. В. Использование заполнителей в быстровозводимых сооружениях на основе пневмоопалубки / И. В. Михневич, С. Д. Николенко, Д. А. Казаков // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2015. — № 3. — С. 39—45.

7.Пат. № 2371555 Российская Федерация МПК7 E 04 G 11/04. Сооружение возведенное на несъемной пневматической опалубке / КазаковД. А., НиколенкоС. Д.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ВГАСУ. —

№2008122797/03; заявл. 05.06.2008; опубл. 27.10.2009, бюл. № 30.

8.Пат. № 2415237 Российская Федерация МПК7 E 04 G 11/04. Быстровозводимое сооружение на базе пневматической опалубки / Казаков Д. А., Михневич И. В., Николенко С. Д.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ВГАСУ. — № 2009139731/03; заявл. 27.10.2009; опубл. 27.03.2011, бюл. № 9.

54

9. Бурак, Е. Э. Математическое моделирование оптимальных режимов бетонирования с использованием пневмоопалубки / Е. Э. Бурак, А. В. Лобода, А. Н. Ткаченко // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2009. — № 4 (16). — С. 103—110.

References

1. Nikolenko, S. D. Sravnitel'nyj analiz bystrovozvodimyx sooruzhenij dlya ispol'zovaniya v chrezvychajnyx situaciyax / S. D. Nikolenko, I. V. Mixnevich // Nauchnyj zhurnal. Inzhenernye sistemy i sooruzheniya. — 2013. — № 4 (13). — S. 43—48.

2. Mel'kumov, V. N. Innovacionnaya pnevmotexnologiya vozvedeniya fibroarmirovannyx konstrukcij / V. N. Mel'kumov, A. N. Tkachenko, D. A. Kazakov // Nauchnyj vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arxitektura. — 2014. — № 4. — S. 11—21.

3.Nikolenko, S. D. Razrabotka konstrukcij pnevmaticheskix opalubok / S. D. Nikolenko, I. V. Mixnevich // Nauchnyj zhurnal. Inzhenernye sistemy i sooruzheniya. — 2014. — № 2 (15). — S. 18—22.

4.Zolotov, M. S. Krupnoporistyj keramzitobeton na osnove vysokokoncentrirovannoj kvarcevoj suspenzii, poluchennoj s pomoshh'yu nanotexnologicheskogo podxoda proizvodstva / M. S. Zolotov, T. V. Rapina // Kommunal'noe xozyajstvo gorodov. — 2009. — № 86. — S. 150—154.

5.Xoldaeva, M. I. Primenenie polistirolbetona kak e'ffektivnogo konstrukcionno-teploizolyacionnogo materiala / M. P. Xoldaeva // Kommunal'noe xozyajstvo gorodov. — 2011. — № 97. — S. 341—344.

6.Mixnevich, I. V. Ispol'zovanie zapolnitelej v bystrovozvodimyx sooruzheniyax na osnove pnevmoopalubki / I. V. Mixnevich, S. D. Nikolenko, D. A. Kazakov // Nauchnyj vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arxitektura. — 2015. — № 3. — S. 39—45.

7.Pat. № 2371555 Rossijskaya Federaciya MPK7 E 04 G 11/04. Sooruzhenie vozvedennoe na nes’emnoj pnevmaticheskoj opalubke / Kazakov D. A., Nikolenko S. D.; zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO VGASU. — № 2008122797/03; zayavl. 05.06.2008; opubl. 27.10.2009, byul. № 30.

8.Pat. № 2415237 Rossijskaya Federaciya MPK7 E 04 G 11/04. Bystrovozvodimoe sooruzhenie na baze pnevmaticheskoj opalubki / Kazakov D. A., Mixnevich I. V., Nikolenko S. D.; zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO VGASU. — № 2009139731/03; zayavl. 27.10.2009; opubl. 27.03.2011, byul. № 9.

9.Burak, E. E'. Matematicheskoe modelirovanie optimal'nyx rezhimov betonirovaniya s ispol'zovaniem pnevmoopalubki / E. E'. Burak, A. V. Loboda, A. N. Tkachenko // Nauchnyj vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arxitektura. — 2009. — № 4 (16). — S. 103—110.

COMPARATIVE STUDY OF THE CHARACTERISTICS OF MATERIALS

USED IN PREFABRICATED STRUCTURES

I. V. Mixnevich, S. D. Nikolenko, A. V. Cheremisin

Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering

Russia, Voronezh, tel.: (473)271-30-00, e-mail: miv_2@mail.ru

I. V. Mixnevich, Head of the Laboratory of the Dept. of Fire and Industrial Safety

S. D. Nikolenko, PhD in Engineering, Prof. of the Dept. of Fire and Industrial Safety

A. V. Cheremisin, PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business

Statement of the problem. For use of prefabricated buildings in emergency situations it is important to have the strength and deformation characteristics of the materials used. An important characteristic is the weight of the structure. It affects the way of transportation and a special feature of the installation in the design position of the buildings. It has identified the need for comparative experimental studies of strength and deformation characteristics of several types of materials with different bulk density.

Results. An experimental comparison was performed of strength and deformation characteristics of samples of materials with different bulk density that is proposed for the use as aggregate of the interlayer space of prefabricated facilities based on pneumatic formwork.

Conclusions. Based on the analysis of the obtained data and performed calculation of ratio of load weight to bulk material samples concluded that the suggested prefabricated structures can be used as a filler of an interlayer clayite space.

Keywords: aggregate, quickly erected building, density, emergency, strength characteristics, deformative characteristics, clayite, compressive strength.

55

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

УДК 666.907.033

УПРАВЛЕНИЕ СТРУКТУРОЙ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ БЕТОНОВ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ*

С. М. Усачев, В. В. Власов, Н. А. Беспалов

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет Россия, г. Воронеж, тел.: (473)271-52-35, e-mail: sergey.usa4ev@mail.ru

С. М. Усачев, канд. техн. наук, доц. кафедры технологии строительных материалов, изделий и конструкций В. В. Власов, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой технологии строительных материалов, изделий и конструкций Н. А. Беспалов, студент группы С-231Б

Постановка задачи. В работе представлены научные подходы целенаправленного воздействия на структуру бетонов с целью повышения их качества и получения требуемых свойств. Данные подходы реализованы для высококачественных бетонов на основе местного сырья и минеральных вяжущих веществ.

Результаты. Получены бетоны с улучшенными физико-механическими свойствами: классом по прочности В90, маркой по морозостойкости F400, водопоглощением не более 4,2 %, истираемостью менее 0,4 г/см2 и водонепроницаемостью W12.

Выводы. Представлен и реализован научный подход по созданию высококачественных бетонов, основанный на помасштабном конструировании структуры от нанодо макромасштабного уровня с учетом влияния внутренних и внешних сил на каждом масштабном уровне структуры бетона.

Ключевые слова: высококачественный бетон, конструирование структуры, масштабные уровни структуры цементного бетона, баланс внутренних и внешних сил.

Введение. Современный уровень развития строительной индустрии предъявляет высокие требования к строительным материалам и технологиям их производства. Строительные изделия и конструкции из такого композиционного материала, как бетон, работают в жестких условиях эксплуатации, и к ним предъявляются повышенные требования по прочности, морозостойкости, истираемости, водопоглощению и другим свойствам.

Так, в современном бетоноведении, говоря о высококачественных бетонах, можно выделить следующие критерии функционирования [1—3]: высокие прочностные характеристики (предел прочности при сжатии — не менее 100 МПа, предел прочности при изгибе — не менее 10 МПа); сокращение времени набора прочности (предел прочности при сжатии в 1 сутки твердения — более 30 МПа); высокая морозостойкость (марка по морозостойкости — F400 и выше); высокое сопротивление истираемости (менее 0,4 г/см2); повышенная стойкость к атмосферным воздействиям (водо- и воздухопроницаемость марки W12, водопоглощение — менее 2,5 % по массе); стойкость в условиях воздействия низких и высоких температур (от -100 до +1500 0С); стойкость в химически агрессивных средах; поглощение радиоактивного излучения; бактерицидность и фунгицидность и др.

Безусловно, весь перечень указанных свойств высококачественных бетонов нельзя реализовать на каком-то одном виде бетона, поэтому для создания бетонов с данными свойствами предлагается реализация исследований на бетонах широкого класса с различными видами минеральных вяжущих веществ.

1. Основные научные подходы к управлению структурой бетонов. Обеспечение комплекса представленных свойств требует новых научных подходов и разработок, направ-

© Усачев С. М., Власов В.В., Беспалов Н. А., 2016

* Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ и правительства Воронежской области в рамках научного проекта № 16-43-360174 р_а.

56

ленных на совершенствование технологии получения высококачественных бетонов на различных типах вяжущих, создания бетонов с принципиально новой организацией структуры на всех масштабных уровнях структуры (нано-, микро-, мезо- и макро) за счет оптимизации баланса внутренних и внешних сил. Исходя из этого, сформулирована цель.

Цель — получение количественных данных для описания, оптимизации и управления процессами формирования структуры высококачественных бетонов на различных типах вяжущих, обеспечения получения требуемых свойств, сокращения материальных и энергетических затрат на их производство.

Поставленная в работе цель решается с помощью реализации современного системного подхода, общие принципы которого успешно применяются в строительном материаловедении. На основе данного принципа предложено осуществлять «конструирование» бетона по принципу снизу-вверх, от нано- к макроуровню, с учетом физико-химических явлений, энергетических потоков, силовых взаимодействий и взаимовлияния внутренних и внешних сил на каждом масштабном уровне.

Исходя из принципа «конструирования», процессы структурообразования бетонов рассматриваются нами как совокупность сложных физико-химических взаимодействий, протекающих на различных масштабных уровнях и приводящих к формированию необходимой структуры бетона с набором требуемых свойств. Важное место при рассмотрении процессов структурообразования занимают процессы самоорганизации, протекающие под действием внутренних сил. Базой исследований в направлении изучения внутренних сил служат современные представления о роли межфазных явлений в процессах формирования структуры дисперсных материалов, о влиянии модифицирующих добавок различной природы на процессы структурообразования и физико-механические свойства бетона, о роли межчастичных, в том числе капиллярно-пленочных, взаимодействий, а также данные о создании плотных упаковок из частиц твердой фазы.

Теоретической основой исследований служат положения современного строительного материаловедения и технологии бетонов, соответствующие разделы физической, коллоидной и органической химии, статистической физики, механики зернистых сред, фрактальной геометрии и других, развивающие представления о влиянии внутренних сил на границах раздела фаз. Развивается теория адгезии, расширяются представления о природе межфазных взаимодействий, механизмах самоорганизации между наноразмерными структурными элементами, микронаполнителем и вяжущим веществом. Уровень межфазных взаимодействий зависит от многих технологических факторов, таких как природа, дисперсность и свойства поверхности фаз, составляющих бетон, соотношение твердой и жидкой фаз, интенсивность внешних воздействий и соответственно складывающегося баланса внутренних и внешних сил. Когда мы говорим о направленной организации структуры бетона, необходимо использовать различные виды внешних воздействий: вибрационных, прессующих, электромагнитных, ультразвуковых и других. На основе изучения влияния внешних воздействий стало возможным оценить работу внешних сил, закономерности движения компонентов, составляющих бетонные смеси, и сопровождающие их энергетические потоки. Все это дает возможность считать баланс внутренних и внешних сил основой для оптимизации и управления структурой и свойствами широкого класса бетонов на основе минеральных вяжущих веществ [4—7].

2. Практическая реализация научных подходов. Данные научные подходы были реализованы на бетонах широкого класса с использованием как общих представлений о направленном управлении структурой, так и индивидуальных особенностей, присущих каждому виду бетона. В данной работе рассмотрим результаты исследований на примере цементных бетонов. Основой исследований служат многочисленные научные работы, в том числе И. Н. Ахвердова, Ю. М. Баженова, М. С. Гаркави, П. Г. Комохова, В. Т. Перцева, Ш. М. Рахимбаева, Е. М. Чернышова, Е. И. Шмитько и других, в которых установлено, что формирующиеся под действием внутренних сил системы на основе портландцемента отличаются

57

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

проявлением стохастичных эффектов и неупорядоченной структурой [8—10]. Так, микрогетерогенные частицы цемента, молотого кварцевого песка, коллоидные частицы микрокремнезема и другие частицы под действием молекулярных, ионно-электростатических сил, сил поверхностного натяжения и капиллярно-пленочного взаимодействия формируют пространственные фрактально-кластерные структуры на различных масштабных уровнях структуры цементного бетона (рис. 1).

Рис. 1. Структура свободно уложенной системы «цемент — вода»

на различных масштабных уровнях

×100

3.Управление на нанометровом уровне структуры. Применение добавок наномоди-

фикаторов дает возможность более эффективно и целенаправленно управлять структурой цементного камня и бетона на наноуровне, регулировать их качественные характеристики. Наиболее перспективными наномодификаторами применительно к цементным бетонам являются углеродные нанотрубки (УНТ), обладающие высокой прочностью, жесткостью, ударной вязкостью, химической стойкостью и другими свойствами [11, 12]. Введение нанотрубок в цементные системы для управления процессами структурообразования на наноуровне связано с проявлением их роли как зародышей — центров кристаллизации, эффектной подложки и центров появления новообразований, наноармирующего элемента матрицы. Установлено, что введение в цементную матрицу немодифицированных УНТ в широком диапазоне дозировок (от 1 до 8 %) из-за агрегирования снижает прочность цементного камня. Дезагрегация УНТ была осуществлена посредством модификации поверхности путем ее окислении. В цементном камне с добавкой модифицированных УНТ наблюдается увеличение числа контактов срастания, направленной кристаллизации и обрастания УНТ частицами новообразований. Данные предположения также подтверждаются результатами испытания прочности, плотности и проницаемости цементного камня.

4.На микроуровне структуры цементной системы исследования проводились на модельных дисперсно-зернистых системах, представленных в табл. 1.

58

Таблица 1

Свойства свободно уложенных модельных дисперсно-зернистых систем, слагающих структуру микроуровня цементного камня

Установлено, что совокупность явлений, протекающих на микроуровне, зависит от дисперсности твердой фазы, В/Т-отношения и оказывает существенное влияние на процессы формирования структуры цементного камня. Так, независимо от природы происхождения в сухих тонкодисперсных системах (при В/Т = 0) с увеличением дисперсности частиц твердой фазы снижается плотность самоорганизующихся структур свободно уложенных систем. Например, с ростом дисперсности частиц от 50 м2/кг (молотый кварцевый песок) до 12000 м2/кг (микрокремнезем) насыпная плотность систем уменьшается в 3 раза. Количественные характеристики фрактально-кластерных структур определяются показателем фрактальной размерности D, величиной, которая меньше соответствующей топологической размерности d. Фрактальная размерность коррелируется с плотностью, геометрическим построением и другими свойствами агрегированных структур. С уменьшением плотности систем снижается и их показатель фрактальности D, например, от D= 1,86 для сухого молотого песка до D = 1,51 для микрокремнезема.

Важным элементом регулирования структуры цементных систем на микроуровне являются добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), роль которых изучена в работах В. В. Бабкова, В. Г. Батракова, В. Г. Калашникова, С. С. Каприелова, П. Г. Комохова, Г. В. Несветаева, В. Б. Ратинова, В. И. Соломатова, Н. А. Шаповалова и других. Молекулы ПАВ, первично адсорбируясь на границе раздела твердой и жидкой фаз, существенно снижают величину свободной поверхностной энергии, что обеспечивает уменьшение толщины водных пленок как внутри агрегатов, так и в межагрегатном пространстве. Фрактально-кластерная структура при введении, например, суперпластификатора С-3 перестраивается, самоуплотняясь и образуя систему с более высокой плотностью и фрактальной размерностью (рис. 2).

Углубленное изучение роли добавок позволило дополнить представления о механизме их действия на микроуровне структуры цементного бетона, расширить представления об их взаимодействии с различными микронаполнителями, разработать составы и эффективные способы приготовления комплексных органо-минеральных добавок (ОМД), позволяющих эффективно и направленно управлять структурой цементных бетонов. При этом применение разработанных ОМД позволило снизить водопотребность смесей на 25—47 %, уменьшить раствороотделение на 30—60 %, повысить марку по удобоукладываемости бетонных смесей, увеличить прочность бетона на сжатие более чем в 2 раза.

59

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Рис. 2. Изменение структуры системы «молотый песок — цемент — микрокремнезем» при введении добавки суперпластификатора С-3 (×1000)

5.На мезоуровне наши исследования сосредоточены на получении плотных структур из частиц заполнителя бетона с минимальной пустотностью. Для этого была разработана и реализована методика создания плотных упаковок применительно к мелкому заполнителю бетона, в основу которой заложен геометрический метод «конструирования» плотных упаковок дисперсно-зернистых частиц.

Для получения сравнительных данных исследовались упаковки песков природной гранулометрии и гранулометрии, подобранной на основе геометрического «конструирования». Выполненные исследования показали, что природные пески различных месторождений имеют кривые распределения, близкие к нормальным, не обеспечивая при этом необходимую плотность упаковки. Реализация геометрического метода дает возможность получения бимодальных распределений гранулометрии скорректированного состава песка из различных природных песков, обеспечивая при этом повышение плотности упаковок свободно уложенных систем в среднем в 1,5 раза.

6.Процессы управления структурой цементных бетонов на макроуровне. На основе полученных данных, определяющих влияние внутренних сил на формирование нано-, микро-

имезоструктур цементного бетона, определены оптимальные величины внешних воздействий, необходимых для формирования структуры бетонной смеси в масштабе готового изделия. Установлено, что внешние прессующие и вибрационные воздействия оказывают существенное влияние на структурные перестройки бетонной смеси на макроуровне. Как показывают оптические исследования, приведенные на рис. 3, структура вибропрессованного бетона отличается большей плотностью по сравнению с виброуплотненной и свободно уложенной.

Показатель фрактальной размерности структур также меняется от D = 1,21 для свободно уложенной бетонной смеси до D = 1,69 для вибропрессованной. Однако даже в вибропрессованном мелкозернистом бетоне сохраняется существенная неоднородность структуры. Это свидетельствует о том, что для сложившегося баланса внутренних сил в бетоне должен быть подобран и оптимальный баланс внешних вибрационных и прессующих сил, приводящих к перестройке системы и получению более плотной и однородной структуры с показателем фрактальной размерности D ~ 2.

Выводы. Для прогнозирования основных физико-механических свойств затвердевшего бетона предложено использовать метод фрактального анализа, который дает возможность установить корреляционную зависимость между средней плотностью, прочностью и показателем фрактальной размерности D.

Установлено, что увеличение значения D вызывает повышение плотности и прочности затвердевшего бетона, что связано с формированием качественной структуры последнего. Можно предположить, что мелкозернистый бетон с оптимальными свойствами будет получен при фрактальной размерности структуры на макроуровне D >1,6—1,7.

60