Вступ

Немає прагнення природнішого,
ніж прагнення до знання.
Мішель Ейкем де Монтень (1533–1592 рр.),
французький філософ

Як відомо, процес руйнування бетону при силових і несилових впливах (вода, поперемінне замерзання–відтавання, агресивні середовища тощо) відбувається внаслідок зародження і поширення тріщин. Тому прогрес бетонознавства на сучасному етапі значною мірою пов’язується із розвитком наших уявлень у галузі механіки руйнування бетону. Завдання цього напрямку досліджень полягає у формулюванні найзагальніших критеріїв опору бетону як під час гранично високої механічної дії, так і комплексної дії внутрішніх і зовнішніх напружень сумісно з факторами довкілля протягом всього терміну експлуатації конструкції. Для вирішення цього завдання необхідно перейти від концепції руйнування бетону за міцністю до концепції руйнування за довговічністю, яка враховує інваріантні константи бетону – енергію руйнування та критичні коефіцієнти інтенсивності напружень (КІН). За цими параметрами можна оцінити кінетику розвитку тріщин під час силових і несилових впливів до критичного рівня, тобто визначити довговічність бетону.
Основним критерієм підбору складу бетону сьогодні є міцність. Вважається, що правильно підібраний склад бетону за міцністю у разі дотримання системи певних обмежень за вмістом цементу, води, об’ємного вмісту піску і щебеню забезпечує нормативний термін безвідмовної експлуатації конструкції. Розроблення і впровадження рекомендацій з підбору складу бетону за характеристиками тріщиностійкості, які враховують види впливів під час експлуатації конструкції, дадуть змогу за рахунок спрямованого формування структури отримувати бетони із заданими властивостями, що відповідають умовам їх експлуатації. Це, своєю чергою, дасть поштовх для розроблення методів розрахунку конструкцій за критеріями механіки руйнування з урахуванням чинника часу.
У розрахунках за граничним станом міцності бетонний елемент розглядають під час його роботи тільки в двох станах: вихідному і зруйнованому. Руйнуванням бетонного елементу вважають момент сприйняття ним навантаження, що від повідає максимальній несучій здатності. Проте після настання такого моменту бетонний елемент здатний опиратися меншому за величиною зовнішньому навантаженню. Повне руйнування на фрагменти може відбутися за навантаження значно меншого, ніж максимальне, внаслідок досягнення тріщинами своїх критичних значень. Тому недостатньо розглядати тільки два стани бетонної конструкції: генерація тріщин відбувається в часі і є кінетичним процесом. Цей процес можна охарактеризувати як деградацію бетону, що закінчується його руйнуванням, коли відбувається лавиноподібне нестійке збільшення параметрів макротріщин на критичній стадії деформування. З огляду на це, на нашу думку, необхідно при розрахунку бетонних і залізобетонних конструкцій враховувати чинник часу і критерії механіки руйнування. Особливої актуальності це завдання набуває у випадку впровадження бетонів, створених за новітніми технологіями і на нових видах цементів, зокрема композиційних.
Сьогодні зроблено спроби запропонувати методики розрахунку бетонних і залізобетонних конструкцій різного призначення (промислового, гідротехнічного, мостового тощо), які використовують характеристики тріщиностійкості бетонів, отримані методами механіки руйнування. Ці методики ґрунтуються, переважно, на використанні значень критичних КІН. Проте в реальному проектуванні вони не використовуються, і однією з причин є те, що сьогодні не існує нормування показників тріщиностійкості бетону залежно від його міцності, прогнозованого терміну експлуатації конструкції і рівня надійності, прийнятого під час її розрахунку. Це пов’язано з браком експериментальних даних і різноманітністю випробувальних методик і обладнання, що обумовлює значний розкид значень експериментальних даних різних дослідників.
Дослідження тріщиностійкості бетонів за стандартизованою методикою ГОСТ 29167, накопичення експериментальних даних, розроблення рекомендацій з підбору складу бетону за критерієм довговічності створюють підґрунтя для розроблення теорії розрахунку бетонних і залізобетонних конструкцій на засадах механіки руйнування, яка б відображала фізичну сутність довготривалого процесу руйнування внаслідок зародження і поширення тріщин.