Ахвердов И. Н.

В решении программных задач, определенных XXVI съездом КПСС, значительная роль во всех ведущих от­раслях народного хозяйства страны отведена науке, при­званной усилить внимание к техническому совершенство­ванию производства и, в частности, к созданию прогрес­сивных технологий в строительной индустрии при опти­мальных расходах материальных и энергетических средств.

Ускорение технического прогресса в указанной отрас­ли может быть достигнуто в результате практической реализации глубоких теоретических разработок, дове­денных до инженерных решений. Это же относится к технологии бетона в связи с необходимостью значитель­ного улучшения его физико-механических свойств и сни­жения материалоемкости железобетонных конструкций.

Преимущества бетона перед другими материалами способствовали быстрому и широкому его применению в мировой строительной практике еще до того, как важ­нейшие технологические особенности и технические ка­чества бетона были надлежащим образом изучены.

Сложность процессов, обусловливающих формирова­ние структуры бетона и его физико-механических свойств, предопределили в основном эмпирический ха­рактер развития науки о бетоне. На определенном этапе этот метод познания был единственно возможным и по­зволил накопить обширные экспериментальные данные для инженерной практики. Главный недостаток эмпири­ческого метода заключается в его оторванности от фундаментальных наук, а это приводит к тому, что ис­следования в каждой конкретной области проводятся без учета физических свойств твердого тела. Существу­ет даже представление о том, что исследования по бето­ну должны быть отнесены к обособленной от других на­ук области. Исследования по бетону могут претерпеть коренные качественные изменения при глубоком изуче­нии природы внутренних сил взаимодействия, механиз­ма их проявления при различных напряженных состоя­ниях и условиях тепло - и массопереноса. При решении научных вопросов в таком плане необходимо руковод­ствоваться гносеологическими концепциями современной физики, сформулированными в принципах соответствия и дополнительности [123].

Современной основой материаловедения является фи­зика твердого тела, которая обязана своими успехами развитию квантовой механики, т. е. атомной теории, по­зволившей раскрыть природу сил связей в кристалли­ческих решетках различных материалов, объяснить ме­ханизм их деформирования и разрушения, а также дру­гие явления и свойства.

В методологическом отношении физика твердого тела разработана для однородных (идеальных и структурно - совершенных) материалов, как то: чистые металлы, по­лупроводники и т. п., поэтому на такой структурно-неод - нородный материал, каким является бетон, теоретичес­кие положения физики твердого тела не могут быть полностью распространены. Учитывая, однако, что неза­висимо от вида материалов всем им присущи общие свойства, привлечение отдельных теоретических положе­ний физики твердого тела может оказаться весьма пло­дотворным в основном при обобщении результатов исследований, касающихся структурообразования и де­формирования бетона под влиянием внутренних и внеш­них силовых полей.

Пока еще наука о бетоне представлена его техноло­гией, разработаны также отдельные аспекты теории де­формации и прочности бетона. Работы в этом направле­нии были начаты давно, однако они еще должным обра­зом не обобщены и научно не обоснованы.

Настало время сформулировать задачи каждого из этих двух взаимосвязанных направлений. Все, что отно­сится к процессам структурообразования материала, оценке его свойств, изучается физикой бетона, поскольку она отвечает на вопрос: какие явления происходят в бе­тоне при становлении и разрушении его внутренних свя­зей. В свою очередь технология бетона отвечает на вопросы: как подобрать состав бетона и отформовать из него изделие, чтобы оно соответствовало заданным тех­ническим целям.

Очевидно, что технология бетона является в некото­ром отношении производной от физики бетона, так как в задачу последней входят раскрытие и описание процес­сов и явлений, ведущих к формированию именно тех свойств материала, на основе которых создается техно­логия.

Провести вполне четкую грань между ними строго говоря нельзя, так как в определенных точках они со­прикасаются. Однако в методологическом отношении ос­вещение вопросов физики бетона должно предшество­вать его технологии. Такая именно взаимосвязь и пока­зана в настоящей работе.

По аналогии с физикой металла физика бетона (бе - тоноведение) может рассматриваться как составная часть науки о материалах, базирующаяся на общих представлениях теории твердого тела, теории упругости и пластичности, коллоидной и физической химии, реоло­гии вязкопластичных систем, а также других приклад­ных наук. Отсюда следует, что в физике бетона должны быть рассмотрены преимущественно теоретические поло­жения, поскольку область применения их гораздо шире, чем факты, на основании которых они возникли и для объяснения которых созданы. Практическое значение физики бетона состоит в том, чтобы предрешать даль­нейшее развитие технологии на более высоком научно - техническом уровне.

Первые попытки подвести под технологию, бетона фундаментальную научную основу были в разное время предприняты в Советском Союзе — В. В. Михайловым, Б. Г. Скрамтаевым, П. А. Ребиндером, А. Е. Десовым, Н. А. Мощанским, С. В. Шестоперовым, И. Н. Ахвердо - вым; во Франции — Р. Фере, Е. Фрейсине и Р. Лерми- том; в США — Т. Пауэрсом; в Великобритании — А. Не - виллем; в ЧССР — С. Бехине и Ю. Сторком.

Работы указанных исследователей способствовали выбору общего научного направления и формирова­нию теоретических представлений о структуре и свой­ствах бетона, получивших свое развитие в данном труде.

Значительное влияние на определение круга вопро­сов, рассмотренных в книге, и методологию их решения оказали также многочисленные работы советских и за­рубежных исследователей, перечислить которые крайне трудно. Из числа таких работ отечественных ученых в первую очередь следует назвать монографии и статьи И. П. Александрина, С. В. Александровского, Ю. М. Ба­женова, О. Я. Берга, А. В. Волженского, А. А. Гвоздева, О. А. Гершберга, Г. И. Горчакова, К. С. Завриева, И. А. Иванова, Ф. М. Иванова, Г. 3. Лохвицкого, В. М. Москвина, Н. А. Мощанского, Е. Э. Михельсона, О. Д. Мчедлова-Петросяна, Н. А. Попова, А. Е. Сатал - кина, М. 3. Симонова, В. В. Стольникова, И. М. Френке­ля, Г. Д. Цискрели, А. Е. Шейнина, Ю. Я. Штаермана, В. Н. Юнга.

Значительное место отведено в книге процессам, ве­дущим к зарождению и становлению структуры цемент­ного геля[1] как на стадии вязкопластического состояния, так и при превращении в твердое тело. Здесь показано, что вода наравне с цементом является таким же хими­чески активным компонентом, свойства которого сущест­венно изменяются под влиянием поверхностно-активных сил и двойного электрического слоя на границе раздела твердой и жидкой фаз. Возникающие при этом силы ме­жду частицами цемента обусловливают формирование коагуляционной структуры цементного геля, наделенно­го явно выраженными реологическими свойствами, спо­собностью претерпевать обратимые тиксогропные пре­вращения и уплотняться под влиянием механических воздействий, а также самопроизвольно упрочняться по мере возникновения ионных связей в период образова­ния центров кристаллизации.

Определено, что наиболее активными областями образования новых фаз являются сольватные оболочки, и в основе формирования кристаллогидратной структу­ры цементного камня лежат электронно-ионные обмен­ные процессы между продуктами диссоциации минера­лов цемента и диполями молекулы воды. В свете этих представлений рассмотрены вопросы, относящиеся к ки­нетике упрочнения кристаллогидратной структуры це­ментного камня в нормально-влажностных условиях и при замораживании в период формирования коагуляци­онной структуры цементного геля.

При изложении указанных вопросов использованы современные представления о кристаллических структу­рах и типах связей в них, дипольной структуре воды и адсорбционных процессах, без которых не может быть построена теория структурообразования цементного кам­ня [141].

Реологические и прочие свойства бетонной смеси, прочность и деформации бетона зависят в значительной степени от вида, крупности и формы песка и щебня (гра­вия), плотности упаковки их в единице объема, водопо - требности и т. п. В связи с этим в книге приведены физи­ческие свойства заполнителей, влияющие на технологи­ческие параметры бетонной смеси. Кроме этого, рассмот­рены различные способы воздействия на бетонную смесь, в том числе влияние модификаторов (полимеров и хими­ческих добавок), способствующих не только интенсифи­кации ионообменного процесса, но и усилению реакцион­ной способности цемента и воды на стадии формирова­ния структуры цементного геля. В результате при указанных проявлениях затраченная энергия трансфор­мируется в энергию связи между кристаллогидратными образованиями, обеспечивая высокую плотность и проч­ность бетона.

Последняя глава, посвященная физико-механическим свойствам бетона, основана на теоретических представ­лениях и экспериментальных данных, позволивших полу­чить физически обоснованные формулы для оценки прочности, модуля упругости, трещиностойкости, дефор­маций усадки и ползучести бетона.

В книге приводится не только качественный анализ рассмотренных вопросов; в ней даются аналитические зависимости, позволяющие рассчитать количественные характеристики технологических параметров бетонной смеси и свойств бетона.

Далеко не все вопросы, относящиеся к физике бето­на, нашли свое отражение в работе, и имеющиеся пробе­лы в ней могут быть восполнены по мере развития иссле­дований в указанном научном направлении. Автор далек от мысли, что его труд лишен недостатков: напротив, от­дельные научные концепции могут быть дискуссионными, требующими дополнительных экспериментальных под­тверждений. Однако представляется, что и при этом кни­га может быть полезной, стимулируя зарождение новых научных идей и постановку соответствующих исследо­ваний.

Автор выражает свою искреннюю благодарность ре­цензенту книги профессору, доктору технических наук Ф. М. Иванову за ценные советы и рекомендации, учтенные при окончательной подготовке рукописи к из­данию.