Спосіб визначення морозостійкості каменю
Власники патенту UA 2380681:
Винахід відноситься до способів оцінки тривалої міцності методом, що не руйнує. Сутність: насичений водою зразок каменю заморожують до нормативної температури. Розморожують та заміряють при цьому деформацію. Перед заморожуванням методом, що не руйнує, визначають порогове навантаження, що відповідає межі тривалої міцності зразка при стисканні. Після низки термоциклів вимірюють залишкову деформацію розмороженого зразка в напрямку, перпендикулярному попередньому стиску, домагаються не меншої залишкової деформації циклічним стисненням зразка в попередньому напрямку від нульової до навантаження, що перевищує порогову не більше ніж на третину. Повторюючи ці операції, визначають кількість термоциклів, необхідні зниження межі тривалої міцності до необхідного значення. Технічний результат: зниження трудомісткості та підвищення оперативності. 1 табл.
Винахід відноситься до способів оцінки тривалої міцності неруйнівним методом і призначене для з'ясування марки F по морозостійкості природного та штучного каміння (цегли, бетону), тобто числа стандартних термоциклів заморожування-відтавання (наприклад, від +20 до -20°С по 4 години) , необхідні зниження межі міцності R зразків, насичених водою, на величину, обумовлену стандартом, зокрема на 5 або 15% (ΔR/R=0,05…0,15).
За базовий (основний) прийнятий спосіб [ГОСТ - 10060.1-95], що включає виготовлення кількох вибірок зразків, кожна об'ємом n, і насичення цих зразків водою, визначення вихідного значення R при стисканні першої вибірки, термоциклування інших, руйнування стисненням цих вибірок після різного числа N термоциклів та визначення в якості марки F числа термоциклів, необхідних для зниження R у межах, обумовленихстандартом. Значний випадковий розкид значення R каменю (коефіцієнт варіації 15…20%) за незмінних умов виготовлення та випробувань зразків обумовлює великий розкид вибіркових середніх та вимагає значних обсягів вибірок (n=25…50) для доказу значущості зміни ΔR/R=0,05… 0,15 внаслідок термоциклирования. Навіть при незначному значенні F50 сумарний час термоциклування перевищує 6 діб. Таким чином, основний недолік базового способу – трудомісткість та мала оперативність.
Найбільш близький до педлагаемому спосіб [ГОСТ - 10060.3-95], що полягає у виготовленні зразків, насиченні їх водою, вимірюванні відносної деформації зразка (відносної зміни об'єму δ) при першому заморожуванні до нормованої температури і термоциклювання зразків, з'ясування їх марки F, а також залежності F від δ для того чи іншого типу каменю та використання цієї залежності надалі для визначення F по δ при першому заморожуванні зразка.
Недоліки прототипу - трудомісткість і мала оперативність через необхідність з'ясовувати залежність F(δ) кожного типу каменю чи в'яжучого речовини.
Мета винаходу - зниження трудомісткості та підвищення оперативності.
Мета досягають тим, що, як і прототипі насичений водою зразок заморожують до нормативної температури, розморожують і при цьому вимірюють його деформацію. Але на відміну від прототипу
- перед заморожуванням методом, що не руйнує, визначають при стисканні порогове навантаження для насиченого водою зразка, що відповідає його межі тривалої міцності;
- після розморожування зразка вимірюють залишкову деформацію у напрямку, перпендикулярному попередньому стиску;
- домагаються не меншої залишкової деформації циклічним стаціонарним стисненнямзразка в попередньому напрямку від нульового до навантаження, що перевищує порогову не більше ніж на третину;
- повторюючи ці операції, визначають кількість термоциклів, необхідних зниження межі R тривалої міцності до необхідного значення.
Використання неруйнівного контролю R дозволяє визначати марку F випробуванням одного зразка, що різко знижує трудомісткість. Однак такий контроль повинен мати високу точність (1…3%) і не збільшувати пошкодження матеріалу, що зумовлює вибір як R межі тривалої міцності - див. патент №2305281. Інші відмітні операції спрямовані заміну термоциклів більш оперативними циклами механічного навантаження, еквівалентними по внесеної ушкодженості, в міру якої прийнята величина залишкової деформації. При заміні термоциклів механічними навантаження має перевищувати порогову лише на 1/3. У цьому випадку тріщини зсуву при стисканні не переходитимуть у тріщини відриву, паралельні стиску, що призводять до фрагментації зразка.
Для перевірки коректності запропонованого способу його реалізували паралельно з базовим методом визначення морозостійкості [ГОСТ - 10060.1-95] на зразках з ребром 15 см, виготовлених із суміші портландцементу (1 вагова частина) марки 400, піску (2 ст.ч.), гранітного щебня 5…20 мм (4,5 ст. год.) та води (0,6 ст.ч.). З одного замісу виготовили 108 зразків, форма яких відрізнялася від куба з ребром 15 см тим, що точки перетину діагоналей двох відформованих протилежних граней (реперні точки) відстояли один від одного далі (до 1,5 мм), ніж інші точки цих граней, відповідні один одному. Зразки тверділи 28 днів у воді за кімнатної температури, а потім 60 днів у вологому піску при 18...26°С. При реалізації базового методу відстань ℓ міжреперними точками кожного зразка (100 шт) вимірювали за допомогою інструментального мікроскопа до та після випробувань на морозостійкість. Залишкову деформацію розраховували як Δℓ/ℓ. Зміна відстані між реперними точками при реалізації запропонованого методу на 8 зразках приводили при 20±2°С до і після термоциклювання за допомогою скоби зі змінною базою і з вимірювальною головкою годинного типу (ціна поділу 1 мкм). Порогове навантаження L0 водонасиченого зразка визначали, реєструючи акустичну емісію (АЕ) за допомогою приладу АФ-15 при циклічному навантаженні та розвантаженні зразка до нуля. У першому циклі навантаження L доводили до 11 т; за відсутності АЕ після закінчення розвантаження значення L збільшували на 5% і так до тих пір, поки при закінченні навантаження не виникала АЕ. За L0 приймали середнє L двох останніх циклів. Термоциклування згаданих 8 зразків від +20 до -20°З проводили по 10 разів поспіль (декадами), після чого вимірювали залишкову деформацію ℓΔТ. Потім зразок механічно навантажували до навантаження 1,33R за 1...2 хв і розвантажували. Цикли повторювали доти, доки залишкова деформація Δℓ між реперними точками не перевищувала ΔℓТ (від 12 до 19 циклів). Після цього проводили чергову декаду термоциклів тощо. до зниження R/R=0,12…0,18. Результати випробувань частково наведені в таблиці, де прийняті такі позначення: - порядковий номер декади термоциклювання; ΔεTi= ΔℓТ/ℓ - збільшення відносної залишкової деформації після i-ї декади термоциклювання; Ri - межа тривалої міцності перед i декодою термоциклирования; Кi=Δεi/εТi - коефіцієнт еквівалентності механічного та термічного навантаження; Δεi - збільшення відносної залишкової деформації при механічному циклуванні після i-ї декади термоциклів; - сума термоциклів та еквівалентних їммеханічних навантажень
(Кожен від 12 ... 19 механічних циклів). Як видно з таблиці, R/R=0,142 при ∑=102…107, а в середньому 105. З урахуванням цього результати 50 зразків, насичених водою, термоциклировали 105 разів (від 20 до -20°С), після чого для кожного з них заміряли залишкову деформацію Δℓ та руйнівним методом визначили тимчасовий опір Ri. Для Ri середнє значення склало а середнє квадратичне відхилення залишкових деформацій εi середнє здалося рівним 1448×10 -5 , Sε=77·10 -5 , Для інших 50 таких зразків без термоциклирования отримано =34,8 МПа, S=5,92 . Так як для вибіркових середніх то довірчий інтервал відносин лежить в діапазоні 0,12 ... 0,20, що не суперечить результату, отриманого за допомогою запропонованого способу (0,142) і підтверджує його коректність. Такий самий висновок справедливий для залишкових деформацій.
Запропонований спосіб порівняно з базовим [ГОСТ - 10060.1-95] зменшує обсяг випробувань на порядок та збільшує їхню оперативність.
Спосіб визначення морозостійкості каменю, що полягає в тому, що насичений водою зразок каменю заморожують до нормативної температури, розморожують і заміряють при цьому деформацію, який відрізняється тим, що перед заморожуванням неруйнівним методом визначають граничне навантаження, що відповідає межі тривалої міцності зразка при стисненні залишкову деформацію розмороженого зразка в напрямку, перпендикулярному попередньому стиску, домагаються не меншої залишкової деформації циклічним стисненням зразка в попередньому напрямку від нульової до навантаження, що перевищує порогову не більше ніж на третину, повторюючи ці операції, визначають кількість термоциклів, необхідних для зниження межі необхідного значення.