2038

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ БЕТОНА

ИЗ ГОРНЫХ ПОРОД.

ЧАСТЬ 2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ

Н.И. Макридин, Ю.П. Скачков, И.Н. Максимова, И.А. Суров

Представлены результаты анализа графических зависимостей изменения генерируемых ультразвуковых импульсов акустической эмиссии на диаграмме нагружения образцов горных пород разного генезиса.

Ключевые слова: заполнители для бетона, горные породы, механические свойства, акустические параметры, процесс разрушения, трещиностойкость.

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

INTEGRATED ASSESSMENT OF THE MECHANICAL BEHAVIOR

OF ROCK CONCRETE FILLERS.

PART 2. IDENTIFICATION OF THE DESTRUCTION PROCESS

N.I. Makridin, Y.P. Skachkov, I.N. Maksimova, I.A. Surov

The results of the graphic dependences analysis of the acoustic emission generatable ultrasonic change pulses on the load diagram of the rocks models of different genesis are represented.

Keywords: fillers of the concrete, rocks, mechanical properties, acoustic parameters, process of destruction, resistance to cracks.

Как известно, в обычном бетоне доля заполнителей занимает до 80 % его объема, при этом большая часть этого объема приходится на крупный заполнитель. Основной параметр бетона, являющийся определяющим при подборе состава, – его прочность, на которую существенное влияние оказывают зерновой состав, прочность и чистота заполнителя. Поэтому правильный выбор заполнителей для бетона, их разумное использование – одна из важнейших задач технологии бетона [1].

Всоответствии с современным подходом механика разрушения композитных материалов связывает реальную прочность материала с его энергией разрушения, модулем упругости и размером дефекта, обусловливающим начало разрушения [2]. При этом важнейшим параметров механического поведения структуры материала является трещиностойкость, характеризующая способность материала тормозить развитие дефектов структуры и предопределяющая способность материала как противостоять хрупкому разрушению, так и сопротивляться развитию постепенного разрушения в течение заданного времени.

Вэтой связи оценка параметров трещиностойкости природных каменных материалов, используемых в качестве заполнителей для бетонов, влияющих на фактор реальной прочности цементного композита, представляет не только теоретический интерес, но и большую практическую ценность, так как выбор заполнителей, особенно для бетонов нового поколения высокой и сверхвысокой прочности, характеризующихся повышенной хрупкостью, приобретает особую значимость при оценке их надежности

идолговечности при силовых и несиловых воздействиях.

Ранее [3] были приведены параметры конструкционной прочности горных пород и представлены амплитудно-энергетическое распределение суммарной энергии импульсов акустической эмиссии (АЭ) и дифференциальное приращение энергии импульсов АЭ на этапах нагружения опытных образцов, экспериментальная оценка которых проведена в соответствии с методическими рекомендациями ГОСТ 29167 с использованием метода АЭ для оценки самого процесса разрушения опытных образцов. Анализ суммарной энергии импульсов АЭ и дифференциального приращения энергии импульсов АЭ на диаграммах нагружения образцов сравниваемых горных пород показал, что излучение акустических волн напряжений, вызванное внутренней динамической перестройкой структуры рассматриваемых материалов под воздействием силовой нагрузки, имеет существенное качественное и количественное различие.

Вданной работе представлены результаты исследования изменения генерируемых ультразвуковых (УЗ) импульсов АЭ в зависимости от вида породы и интенсивности нагружения. Технические характеристики акустико-эмиссионного устройства приведены в работе [4].

Вопытах регистрировали амплитуды импульсов АЭ на двух уровнях А1 и А2 :

первый уровень в диапазоне 0,05-0,5 В, второй уровень – выше 0,5 В. Нагружение образцов типа I по ГОСТ 29167-91 производили ступенями в 0,1 ожидаемой прочности при изгибе. Скорость движения подвижного захвата испытательной машины FM-1000 во всех опытах была одинаковой и составляла 166·10-7 м/с. На каждой ступени нагружения образцы выдерживали в течение одной минуты до прекращения АЭ.

Излучение импульсов АЭ отражает развитие деформирования и разрушения материала на разных масштабных уровнях и разную природу генерируемых сигналов, в основе которых лежат различные физические явления: пластические деформации,

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

характеризующиеся УЗ-импульсами АЭ относительно малой амплитуды А1 , а воз-

никновение и развитие дефектов структуры материала излучают сигналы АЭ относительно большой амплитуды А2 . Измерение параметров указанных импульсов

позволяет не только обнаруживать развитие дефектов и оценивать механическое поведение и параметры предельного состояния структуры, но и выявлять параметры материала, определяющие его трещиностойкость, понимание которых позволяет рекомендовать технологам оптимальные пути создания конструкционных бетонов нового поколения и реализации основной идеи разработки композиционных строительных материалов, заключающейся в соединении высокой прочности с хорошей вязкостью разрушения.

На рис. 1-4 представлена кинетика развития УЗ-импульсов АЭ N1 и N2 с дискриминационными амплитудами, соответственно А1 и А2 и соотношение количества УЗимпульсов N1 N2 малых и больших амплитуд на кривой нагружения опытных

образцов из гранита, мрамора, известняка и артикского туфа, по которым проводили идентификацию процесса разрушения в реальном масштабе времени.

Рис. 1. Зависимость количества ( N1 и N2 ) сигналов АЭ соответственно с амплитудами А1 и А2 и отношения N1 N2 образцов гранита типа I по ГОСТ 29167 при трехточечном изгибе от интенсивности нагружения:

1 – амплитуда сигнала АЭ А1 = 0,05-0,5 В; 2 – амплитуда сигнала АЭ А2 >0,5 В; 3 – отношение N1 N2 сигналов АЭ

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Рис. 3. Зависимость количества ( N1 и N2 ) сигналов АЭ соответственно с амплитудами А1 и А2 и отношения N1 N2 образцов известняка типа I по ГОСТ 29167 при трехточечном изгибе от интенсивности нагружения: 1 – амплитуда сигнала АЭ А1 = 0,05-0,5 В; 2 – амплитуда сигнала АЭ А2 >0,5 В; 3 – отношение N1 N2 сигналов АЭ

Сравнивая зависимости изменения генерируемых УЗ-импульсов АЭ от интенсивности нагружения образцов каменных материалов (см. рис. 1-4), отличающихся не только генезисом, но и плотностью, прочностью, модулем упругости, коэффициентом внутреннего трения и энергией разрушения [3], следует отметить как качественное, так и количественное различие анализируемых зависимостей, что отражает влияние совокупности названных факторов на механизм разрушения дисперсно-кристаллитной структуры этих горных пород под нагрузкой.

Для более эффективного анализа зависимостей изменения генерируемых УЗ-им- пульсов АЭ горных пород от интенсивности нагружения, более глубокого понимания процесса разрушения и выявления параметров материала, определяющих его трещиностойкость, целесообразно проводить этот анализ с учетом основных физикомеханических свойств горных пород, приведенных в таблице и полученных нами экспериментальным путем, причём их значения не противоречат данным других исследователей [5].

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Рис. 4. Зависимость количества ( N1 и N2 ) сигналов АЭ соответственно с амплитудами А1 и А2 и отношения N1 N2 образцов артикского туфа типа I по ГОСТ 29167 при трехточечном изгибе от интенсивности нагружения: 1 – амплитуда сигнала АЭ А1 = 0,05-0,5 В; 2 – амплитуда сигнала АЭ А2 >0,5 В; 3 – отношение N1 N2 сигналов АЭ