Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Румянцева К.Д., студент¹, Бикмаева А.К., студент¹,
²Иноземцев А.С., к.т.н., м.н.с.

¹ИСА НИУ МГСУ,
²НОЦ «Наноматериалы и нанотехнологии» НИУ МГСУ, Россия

Особенности акустической эмиссии высокопрочных легких бетонов на полых микросферах^*

* Работа выполнена при поддержке Гранта Президента РФ молодым российским ученым – кандидатам наук МК-5950.2015.8

Одним из распространенных методов для анализа особенностей формирования дефектов при воздействии внешних нагрузок является метод акустической эмиссии (АЭ). Работ [1-2] свидетельствуют о различных подходах к использованию этого метода, методиках его анализа, интерпретации и области исследования. Авторами [3-5] показано, что метод акустической эмиссии может быть использован как для исследования характера разрушения исследуемого материала, так для прогнозирования его свойств, например морозостойкости или величины образующихся трещин при возникновении внешнего воздействия.

Методы и материалы

В качестве устройства для регистрации сигналов АЭ использовалась акустико-эмиссионная система «Малахит АС-15А». Нагружение образцов осуществлялось на сервогидравлической испытательной системе Advantest 9.

Исследование осуществлялось на образцах-балочках 40x40x160 мм высокопрочного легкого бетона с варьируемым содержанием полых микросфер.

Результаты

В работе для анализа параметров акустической эмиссии образцов высокопрочного легкого бетона при механическом испытании предела прочности при сжатии исследовались основные параметры: количество ультразвуковых импульсов акустической эмиссии N с амплитудой A. Общий вид получаемых первичных данных АЭ представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Общий вид кинетики изменения количества сигналов АЭ N (1), суммарной величины амплитуд (2) и величины нагружения σ (3) образцов при испытании на сжатие.

Из рисунка 1 видно, что характер изменения количества сигналов АЭ и суммарной величины амплитуды имеют схожий вид. На графике кинетики N и отчетливо можно выделить три участка характеризующихся различной скоростью изменения: на I стадии наблюдается интенсивное приращение значений при небольшой продолжительности; II стадия описывается медленным (близкому к статическому) изменению значений в течение 80-85% всего времени испытания; на конечной стадии испытания III увеличение значений контролируемых параметров имеет лавинный характер. Очевидно, что подобный вид кривой как для N, так и отражают процессы формирования дефектов в структуре материала и характеризует особенности его разрушения при воздействии прикладываемых нагрузок. Для анализа этих особенностей и установления закономерностей их изменения необходимо использовать показатель, обобщающий описанные выше параметры и позволяющий оперировать как качественными, так и количественными данными.

На основе анализа данных полученного графика можно сделать предположения о том, что начальная стадия, характеризует первичные деформации материала, связанные с разрушением слабых связей в структуре. Это может быть разрушения, как отдельных частиц микросфер, так и нарушение сцепления цементного камня в зоне контакта с ними. Вторая стадия характеризуется стабильным изменением энергии АЭ, так называемая «зона надежности», когда при увеличении нагрузки материал деформируется не значительно. Третью стадию можно описать как участок кривой E_АЭ=f(σ) с резким изменением кинетики АЭ. Интенсивное увеличение энергии АЭ связано с лавинообразным образование дефектом и нарушением сплошности структуры.

Выводы и заключения

На основе проведенных исследований можно сделать вывод о том, что энергия АЭ, учитывающая суммарное количество сигналов и величину амплитуды АЭ, является информативным дополнительным критерием для оценки структуры высокопрочных легких бетонов на полых микросферах, позволяющим анализировать не только количественные, но и качественные характеристики.

Литература:

1. Максимова И.Н., Макридин Н.И., Суров И.А. Методологические аспекты прогнозирования механического поведения цементных композитов // Региональная архитектура и строительство. 2014. № 3. С. 37-41.

2. Селяев В.П., Данилов А.М., Круглова А.Н. Оценка свойств модифицированных эпоксидных композитов по параметрам акустической эмиссии // Региональная архитектура и строительство. 2013. № 1. С. 67-74.

3. Ушаков С.И. Микротрещинообразование в эпоксидном полимербетоне при сжатии // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. 2010. № 1 (17). С.28-33.

4. Перфилов В.А. Контроль деформации и разрушения бетона методами механики разрушения и акустической эмиссии // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, Серия: Строительство и архитектура. 2014. № 38 (57). С. 75-84.

5. Волков В.В., Белых А.Г., Бураков А.В. Морозостойкость бетона и связь параметров акустической эмиссии с процессами трещинообразования в нем // Технологии бетонов. 2012. № 5-6. С. 54-56.