УДК 691.175.746

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ

Макарова Людмила Викторовна1, Тарасов Роман Викторович2, Калинина Вероника Андреевна3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент

Аннотация
В работе рассмотрены различные подходы и методы получения качественных и количественных оценок трещиностойкости строительных композитов.

Ключевые слова: методы, строительные композиты, трещиностойкость


THE ANALYSIS METHODS FOR ASSESSING FRACTURE TOUGHNESS BUILDING COMPOSITES

Makarova Ludmila Viktorovna1, Tarasov Roman Viktorovich2, Kalinina Veronica Andreevna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, student

Abstract
The paper discusses the different approaches and methods for qualitative and quantitative assessments of fracture toughness construction composites.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Макарова Л.В., Тарасов Р.В., Калинина В.А. Анализ методов оценки трещиностойкости строительных композитов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51703 (дата обращения: 04.06.2017).

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 удельные энергозатраты 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].

                                                                                              Таблица 1

Значения чувствительности неразрушающих методов испытаний

Метод

Ширина, мм

Длина, мм

Глубина, мм

Визуальный

0,1

2

-

Пенетрационный

0,01

1

0,1

Магнитный

0,01

1

0,2

Электропотенциальный

0,01

2

0,2

Ультразвуковой

0,01

2

1,0

Рентгеновское излучение

0,3

5

0,3

Акустическая эмиссия

0,001

0,001

0,001

 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.


Все статьи автора «Макарова Людмила Викторовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: