Экспериментальное определение энергии разрушения строительных материалов

Разработка новых строительных материалов с заранее заданными свойствами требует углубления исследовании механизма разрушения и трещино-образования искусственных камней.

Одной из новых характеристик прочности является удельная энергия разрушения. Это — энергия, высвобождающаяся в единице объема в процессе ликвидации (разрыва, среза) элементарных связей, т. е. при образовании микро- и макротрещин.

Второй этап занимает диапазон напряжений примерно от 0,3 до 0,8 R и является активным периодом микротрещино-образования. В начале второго этапа начинают появляться силовые микротрещины необратимого характера, количество которых с повышением нагрузки растет. Завершение этапа предполагается тогда, когда оказываются разрушены все слабые элементарные

Третий этап — объединение микро- трещин в магистральные макротрещины. Процесс образования микротрещин затухает, они объединяются, прорастают и сливаются. Создается развитая система макротрещин, выходящих на поверхность образца. Третий этап работы материала наиболее полно отвечает инженерным представлениям о собственно разрушении: материал уже не существует как первоначально сплошное тело, это — дискретная среда со значительной и переменной под нагрузкой несплошностью (пористость).









Известно, что соотношение между этапами и длительность каждого подчиняются определенным закономерностям. Начало второго этапа и соответствующие напряжения зависят от кратковременной прочности: чем она выше, тем выше граница микротрещинообразования и тем мение продолжителен второй

Схема испытания показана на рис. 1. Запись уровня шумности в диапазоне частот от 10 гц до 200 кгц, характеризующегося количеством выделенной акустической энергии в единицу времени, производилась самописцем. Пример такой записи приведен на рис. 2. Для удобства рассмотрения она разрезана на участки, уменьшена и смонтирована по порядку возрастания нагрузки. Запись наглядно иллюстрирует разделение процесса микротрещино-образования па три этапа. Разрушение (окончательное разделение образца на части) имеет свой акустический эквивалент и хорошо прослеживается как максимальный пик уровня шумности. Второй и третий этапы четко разделены по этим уровням в два-три раза (записи o/R на участках от 0,3 до 0,75 и от 0,75 до разрушения). Эталонные пики уровня шумности, получаемые калибровкой измерительной схемы, необходимы для количественной оценки удельной энергии микротрещино-образования (разрушения). Калибровку производили с помощью стального шарика, который падал с определенной высоты на образец и возбуждал упругий ударный импульс, уровень которого записывался. Зная массу шарика, высоту его падения и оттокока, можно оценить удельную энергию упругого импульса, эквивалентную площади записанного эталонного пика уровня шумности. Сравнивая эту площадь с площадью любых участков записи, обрабатывали экспериментальные данные.

Результаты обработки представлены на рис. 3. Под суммарной удельной энергией микроразрушения (ЕЕ) понимается вся выделенная единицей объема образна энергия в виде упругих импульсов, подсчитанная по площади записи за весь период испытания. Эта энергия закономерно связана с прочностью материала и может быть принята в качестве ее критерия, причем более чувствительного чем, например, предел прочности при сжатии.