Анализ методов оценки трещиностойкости строительных композитов

Размещено на http://www.allbest.ru/

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ

Макарова Людмила Викторовна,

Тарасов Роман Викторович,

Калинина Вероника Андреевна

Трещиностойкость является важным показателем качества материала, от которого зависит надежная работа изделий. В настоящее время специалисты, занимающиеся вопросом повышения долговечности материалов на основе цементных вяжущих, уделяют этому вопросу большое внимание [1…17].

Трещиностойкость материалов рядом исследователей связывается с различными его свойствами. В связи с этим выбор и обоснование критерия трещиностойкости представляют большие трудности. На сегодняшний день пока нет общепризнанных критериев трещиностойкости, не изучены в полной мере факторы, влияющие на трещинообразование, вызванные особенностями структуры материала. Считается, что основной причиной появления трещин является возникновение в материале общих и локальных деформаций растяжения, превышающих предельную растяжимость. Среди наиболее известных методов оценки трещиностойкости можно выделить четыре основные группы:

- косвенные методы оценки по физико-механическим свойствам;

- методы непосредственной оценки трещиностойкости;

- методы оценки, основанные на моделировании структуры материала;

- методы оценки по энергетическим параметрам разрушения и деформирования материала.

Косвенные методы оценивают трещиностойкость по коэффициентам, учитывающим сочетание физико-механических свойств, или сами свойства: модуль упругости, предел прочности на растяжение, предельную растяжимость, деформацию усадки и другие свойства. Такой подход предложен Л. П. Орентлихер, И. П. Новиковой, В. В. Стольниковым, Е. С. Силаенковым, А. Е. Шейкиным и др [4…7].

К группе методов непосредственной оценки трещиностойкости относятся методы, основанные на визуальном наблюдении трещин. Самый распространенный из таких методов - метод колец. Этот метод стандартизирован во Франции и США для определения трещиностойкости. Суть его заключается в обжатии датчика цементной системой при усадке. При этом суммируется не только влияние усадки, но и ползучести, предельной растяжимости, модуля упругости и других. Критерием трещиностойкости является время появления первых трещин при обжатии. Метод прост, но дает только качественную оценку трещиностойкости. Методы непосредственной оценки разрабатывались такими авторами, как Н.А. Попов, Л.П. Орентлихер, Р. Лермит, Г.М. Рущук, Б.Г. Скрамтаев и др [4, 8, 9].

Первые два метода имеют один важный недостаток: они не позволяют определить природу сложного процесса трещинообразования. Поэтому были предложены методы, основанные на моделировании структуры материала (Г.И. Горчаков, Блакей, А. С. Дмитриев, Томас Хсю, Хенк, Смит, И.Н. Ахвердов) [1, 10]. Г.И. Горчаков, например, рассмотрел структурную ячейку бетона в виде двух кусков камня и цементирующего слоя между ними [1]. Блакей [4] предложил модель в виде конгломерата, состоящего из одинаковых по свойствам зерен заполнителя и цементного камня. У Хенка и Смита - модель структурной ячейки в виде сферического зерна, покрытого оболочкой постоянной толщины [4]. Модель Томаса Хсю состоит из круглых жестких дисков заполнителя, расположенных в виде четырехугольника и окруженных раствором [4].

Однако и у таких методов есть недостатки, поскольку модели, как правило, содержат какие-либо допущения, что влияет на точность полученных результатов.

В последнее время широко развивается новое научное направление - механика разрушения. Применение концепций механики разрушения позволяет получать качественные и количественные характеристики трещиностойкости [1, 11]. Английский ученый Гриффитс сформулировал энергетический подход к количественной оценке трещиностойкости именно с позиций современной механики разрушения. Главная идея состояла в том, что потенциальная энергия тела, накопленная им в процессе упругого деформирования, в начале разрушения полностью затрачивается на образование новых поверхностей. Для цементных систем его впервые применил В.И. Шевченко [12, 13], реализовав в оригинальной установке, которую затем усовершенствовал А.Е. Шейкин [7]. Развитие этот метод получил в работах Е.А. Гузеева, Ю.В. Зайцева, Г.Н. Первушкина, С.Н. Леоновича, В.А. Перфилова и др. Такой подход позволяет получать количественную характеристику трещиностойкости и удельныеэнергозатраты на деформирование испытываемого образца. В настоящее время метод, основанный на энергетическом подходе, стандартизирован в России (ГОСТ 29167-91 «Бетоны.Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении»). На компьютеризированной установке автоматически производится запись диаграммы деформирования и разрушения и расчет количественных показателей трещиностойкости. Удельные энергозатраты определяются на единицу площади поперечного сечения образца. Различные цементные материалы имеют различный характер разрушения. Однако разрушение всегда происходит по наиболее слабому сечению.

Проблема определения истинной площади разрушения, полной удельной энергии и энергии, затрачиваемой на рост локальной трещины, является весьма актуальной и сложной. Проблематичен также вопрос оценки площади трещиностойкости, как таковой, то есть - сопротивления материала старту локальной трещины.

Широкое распространение в области механики разрушения получил метод акустической эмиссии. Основа метода акустической эмиссии заключается в возбуждении, регистрации и последующем анализе сигналов акустической эмиссии, принятых в виде волн напряжений соответствующим преобразователем [14].

Измерение параметров указанных волн позволяет обнаруживать зарождение, развитие и рост различных дефектов и осуществлять контроль за ходом разрушения в исследуемом образце в реальном масштабе времени, а также выявлять наиболее общие закономерности процесса разрушения и критерии перехода от устойчивой стадии разрушения к неустойчивой, приводящей к окончательному разрушению. Этот метод является пассивным, основанным на взаимодействии дефекта структуры с энергетическим полем напряжений.

Дефект выполняет активную роль и представляет собой источник акустической энергии [15]. Сигнал акустической эмиссии определяется способом нагружения и свойствами материала [16, 17]. Амплитуда импульса акустической эмиссии зависит не только от значения аккумулированной потенциальной энергии, но и от ее разделения. Часть этой энергии формирует новые поверхности при развитии микротрещины, а часть выделяется в виде акустических сигналов.

Процесс разрушения материала под действием механических нагрузок сопровождается эмиссией акустических сигналов. Тип эмиссионного излучения определяется характером развивающихся дефектов. Известно, что упругие деформации сопровождается всплесковой эмиссией малой интенсивности, вызванной разрушением отдельных частиц наполнителя и объединением пустот. Пластические деформации сопровождаются непрерывным эмиссионным излучением средней интенсивности, обусловленным образованием микротрещин [3].

Преимущества акустической эмиссии перед другими неразрушающими методами испытаний заключаются, прежде всего, в ее высокой чувствительности [17].

Высокую чувствительность метода акустической эмиссии можно объяснить освобождением большого количества акустической энергии при возникновении и развитии дефектов. Амплитуда сигнала акустической эмиссии, например, при развитии трещины в пределах от 0, 01 до0, 1 мм, в 100 раз превышает изменений амплитуды ультразвукового сигнала, демпфированного той же трещиной.

Данные для сравнения чувствительности некоторых неразрушающих методов испытаний представлены в табл. 1 [18].

трещиностойкость строительный композит эмиссия

Таблица 1. Значения чувствительности неразрушающих методов испытаний

Исследованием АЭ можно количественно и качество оценить структурные изменения, пластические деформации, кинетику развития дефектов при различных видах механического воздействия на материалы [17].

Таким образом, разработка новых методов оценки и прогнозирования трещиностойкости строительных композитов является актуальной проблемой современного строительства.

Библиографический список

1. Макарова, Л.В. Повышение трещиностойкости защитно-декоративных покрытий наружных стен зданий [Текст] / Л.В. Макарова: канд. диссертация. - ПГУАС, 2004.-153 с.

2. Сахаров, Г.П. Комплексная оценка трещиностойкости изделий из ячеистого бетона [Текст] / Г.П. Сахаров // Бетон и железобетон.- № 10.-1990.-С. 57-59.

3. Структура и параметры трещиностойкости цементных композитов [Текст] / Н.И. Макридин, А.Н. Бобрышев, В.И. Калашников и др. Под общ.ред. д.т.н., проф. Н.И. Макридина.- Пенза: ПГАСА, 2000.-142 с.

4. Орешкин, Д.В. Проблемы трещиностойкости цементных материалов [Текст] / Д.В. Орешкин, Г.Н. Первушкин // Седьмые академические чтения РААСН.- Белгород.- С. 396-402.

5. Силаенков, Е.С. Методы испытаний и оценки долговечности ячеистых бетонов и панелей из них [Текст] / Е.С. Силаенков.- Свердловск, 1968.-235 с.

6. Стольников, В.В. Трещиностойкость бетона [Текст] / В.В. Стольников, Р.Е. Литвинова - М.: Энергия, 1972.-113 с.

7. Шейкин, А.Е. Структура, прочность и трещиностойкость цементного камня [Текст] / А.Е. Шейкин.- М.: Стройиздат, 1974. - 191 с.

8. Орентлихер, Л.П. Бетоны на пористых заполнителях в сборных железобетонных конструкциях [Текст] / Л.П. Орентлихер. - М.: Стройиздат, 1983. - 144 с.

9. Скрамтаев, Б.Г. Испытания прочности бетона. 2-е изд. [Текст] / Б.Г. Скрамтаев, М.Ю. Лещинский.- М.:Стройиздат, 1973.-271 с.

10. Горчаков, Г.И. Трещиностойкость и водостойкость легких бетонов [Текст] / Г.И. Горчаков, Л.П. Орентлихер, Э.Г. Мурадов.-М.: Стройиздат, 1971.- 180 с.

11. Первушкин, Г.Н. Трещиностойкость керамзитобетона наружных ограждающих конструкций: Дисс. … к.т.н [Текст] / Г.Н. Первушкин.- М.: МИСИ, 1990.-198 с.

12. Шевченко, В. И. Применение методов механики разрушения для оценки трещиностойкости и долговечности бетона [Текст] / В.И. Шевченко. - Волгоград: Издание ВПИ.- 1988.- 108 с.

13. Шевченко, В.И. Трещиностойкость и долговечность жаростойких бетонов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук [Текст] / В.И. Шевченко.- М.:1987.-47 с.

14. Грешников, В. А. Акустическая эмиссия [Текст] / В. А. Грешников, Ю. Б. Дробот.- М.: Изд-во стандартов.- 1976.- 272 с.

15. Авербух И.И. Излучение упругих волн развивающимся дефектом [Текст] / И.И. Авербух, В.Е. Вайнберг // Проблемы неразрушающего контроля.- Кишинев: Штиинца, 1973.- С. 228-236.

16. Баранов, В.М. Прогнозирование усталостного разрушения хрупких материалов по сигналам акустической эмиссии [Текст] / В.М. Баранов, И.О. Добровольский. //Дефектоскопия. 1984- № 7- С. 64-68.

17. Иванов В.И. О возможных формах сигналов акустической эмиссии [Текст] / В.И. Иванов // Дефектоскопия.- 1979.- № 5.- С. 93-101.

18. Неразрушающие методы испытания бетона [Текст] / О.В. Лужин, В.А. Волохов, Г.Б. Шмаков и др.- М.: Стройиздат, 1985.- 258 с.

Размещено на Allbest.ru