Исследование ультраакустического метода контроля качества строительной керамики с учетом ее структурных особенностей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, Столярова, Евгения Анастасьевна

• Столярова, Евгения Анастасьевна
• 1970

Оглавление диссертации Столярова, Евгения Анастасьевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ЙССЛЩОВАНШ.

§ I. Развитие акустических методов контроля керамических изделий: а) резонансный метод . II б) ультразвуковой импульсный метод

§ 2. Исследование анизотропии свойств в горных породах и строительных материалах

§ 3. Возможность качественной и количественной оценки свойств анизотропных керамических изделий при помощи упругих и неупругих параметров и постановка задачи исследования

Глава П. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРААКУСТИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ ШЗЖО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ С УЧЕТОМ АНИЗОТРОПИИ ЕГО

СВОЙСТВ.

§ I. О теоретической зависимости между прочностью и скоростью с учетом пористости и анизотропии

§ 2. Вывод теоретических зависимостей для определения упругих характеристик ортотропных и монотропных материалов ультраакустическими методами

Краткие выводы по П-й главе

Глава Ш. О МЕТОДИКЕ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

§ I. Ультразвуковые измерения

§-2. Измерение прочностных и деформативных характеристик

§ 3. Математическая обработка экспериментальных данных.

Глава 1У. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГИХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ

АНИЗОТРОПНО! СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ на примере строительного кирпича)

§ I. Механические свойства анизотропного строительного кирпича и особенности механизма его разрушения

§ 2. Взаимосвязь прочности и анизотропии структуры в строительном кирпиче, изготовленном методом пластического формования на ленточных прессах .•.•• а) взаимосвязь коэффициентов анизотропии от изменения прочности с строительном кирпиче. б) возможность повышения прочности строительного кирпича при условии снижения анизо-троции .III

§ 3. Особенности контроля строительного кирпича с учетом анизотропии свойств

§ 4. Неоднородности строительного кирпича и ее влияние на прочностные характеристики

Краткие выводы к 1У главе

Глава У. ИССЛВДОВАНИЕ ШИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КЕРАМИЧЕСКИХ издашй И #АКТОРОВ,ВЛВДВДИХ НА СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН В НИХ

§ I. Влияние геометрической дисперсии на скорость распространения продольной волны а) влияние площади поперечного сечения на скорость распространения продольной волны б) влияние длины образца на скорость распространения продольной волны.

§ 2. Влияние влаго содержания на изменение упругих и неупругих параметров

§ 3. Связь мезду статическими и динамическим модулем упругости .*.

Краткие выводы к У главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование ультраакустического метода контроля качества строительной керамики с учетом ее структурных особенностей»

Среди многочисленных строительных материалов, новых и традиционных, особую роль играет строительная керамика. Это объясняется широким распространением исходного сырья для керамики, несложностью технологии ее изготовления, простотой использования в строительстве и ценными строительными качествами, известными издавна (механическая прочность, долговечность, огнестойкость).

Несмотря на то, что на гражданских и промышленных объектах крупноблочные и крупнопанельные методы строительства получают все большее распространение, строительная керамика остается одним из основных строительных материалов.

Об этом красноречиво говорит растущий из года в год объем выпуска строительного кирпича. За последние 20 лет объем выпуска строительного кирпича в нашей стране увеличился в четыре раза, а в Киргизской ССР за последние 10 лет в 1,7 раза (табл.1).

Таблица I

Объем выпуска строительного кирпича по Советскому Союзу с 1950 по 1968 год

Год 1913 • 1940 | 1950 1955 1960

Кол-во млн. шт. 1 2900 1 7500 ! 10200 20000 35500

Год 1962 1964 • 1966 1967 1968

Кол-во млн. шт 36000 35900 ! 37800 39900 40500

По Киргизской ССР с 1958 по 1968 год

Год j 1958 } 1959 ■ ■ ■■ • # i960 1962 1963 . 1 i Кол-во млн } | шт ; 294 ! 337 407 398 413.2

• • Год | 1964 ! 1965 1966 1967 1968 i ! Кол-во МЛН 1 I шт i 417 432 « • ! 460 j 475 • 501

Технический прогресс в строительстве предъявляет высокие требования к качеству и долговечности всех видов строительных материалов, что выдвигает перед строительной наукой целый ряд новых задач. Одной из таких задач является разработка новых неразрушающих методов контроля качества изделий, в частности керамических, и оценка структурных изменений, происходящих в них в период технологической обработки на основе электронно-акустической аппаратуры, Вожможность сплошного контроля изделий, а не контрольных образцов, выбранных из партии, является наиболее заманчивой стороной внедрения новых методов.

В последние 15-20 лет ультраакустические методы исследования строительных материалов прошли значительный путь развития от первых опытов в физических лабораториях до практического внедрения на действующих предприятиях. В настоящее время уже решен вопрос о серийной портативной ультразвуковой аппаратуре для контроля качества бетона и стали. В ГОСТы включены акустические методы испытания бетона и сварных швов стальных конструкций»

Однако, несмотря на перспективность использования не-разрушающих методов контроля, работ по внедрению этих методов для контроля качества керамических изделий пока еще немного»

Внедренный на нескольких заводах нашей страны резонансный метод контроля огнеупорных керамических изделий ограничен в своих возможностях, т.к» он не позволяет установить степень однородности свойств и характер структурных изменений. В этом отношении наиболее перспективным является ультразвуковой метод, т.к» используя его, можно проводить комплексные исследования с одновременной регистрацией упругости и неупругости керамики, как по всему объему изделия, так и локально.

Развитие этого метода способствует более глубокому изучению связей акустических показателей (скорость распространения продольной, поперечной и поверхностной воли, логарифмического декремента затухания, полного времени реверберации) с прочностными и деформативными свойствами строительной керамики.

Как показали наши исследования, а также результаты внедрения на 9-и предприятиях Киргизской ССР, ультразвуковой импульсный метод может быть с успехом применен для экспресс-контроля прочности на сжатие, изгиб и установления марки кирпича.

При массовом контроле марки кирпича ультразвуковой импульсный метод оказался более эффективным, чем при контроле бетона, из-за выявленной нашими опытами большей чувствительности его к изменениям прочности керамики, чем бетона [7-2,90/.

Если при испытании бетонов изменению прочности на I кг/см' соответствует изменение скорости ультразвука на 3-4 м/сек, то при контроле прочности кирпича на I кг/см2 прочности приходится 15-20 м/сек скорости, т.е. чувствительность метода при использовании его в испытаниях кирпича в 5-6 раз выше, чем при испытаниях бетона» использование ультразвукового импульсного метода определе ния марки кирпича экономически выгодно для заводов-изготовителей, т.к. быстрая оценка качества дает возможность отгрузить заказчику партию с незаниженной прочностью, то есть по более высокой цене за тысячу штук.

По данным Министерства строительных материалов Киргизской ССР ежегодный экономический эффект от внедрения одного импульс ного ультразвукового прибора на предприятии составляет 5 тыс. рублей. Для заводов, которые изготавливают кирпич для зданий повышенной этажности, массовый контроль марки кирпича и разбраковка на разборке имеют особенно важное значение.

Исследование причин аварий кирпичных зданий [/ог,/о4/ показывают, что снижение прочностных характеристик кирпича против нормативных, неоднородность и анизотропия его свойств, наряду с ошибками при конструировании в некоторых случаях, обусловили возникновение катастрофических ситуаций. Поэтому развитие ультразвукового контроля качества кирпича в значитель ной степени определит повышение эксплуатационной надежности кирпичных зданий.

Аппаратура, необходимая для реализации ультраакустического метода, как известно, выпускается в СССР серийно и не требует каких-либо переделок для использования по новому назначению (приборы типа УКБ-1М, ДУК-20, "Бетон11, УЗП, ИПА и др.).

Несмотря на зависимость между параметрами распространения ультразвука и прочностными характеристиками строительной керамики, имеются определенные трудности в проведении контроля, связанные с неоднородностью и анизотропией изделий, обусловленных самой технологией изготовления. В строительной керамике скорость распространения ультразвука зависит не только от средней прочности изделия, но может существенно меняться в зависимости от избранного направления и места прозвучивания Ярко выраженная неоднородность и упругая анизотропия вынуждают искать особый подход к решению задачи заводского конт роля прочностных свойств строительной керамика.

В исследованиях, проделанных в Советском Союзе и за рубе жом, не проводилась качественная и количественная оценка влия ния анизотропии упругих и неупругих свойств на прочность кера мических изделий б помощью акустических методов, несмотря на то, что все изделия, изготовленные методами полусухого прессо вания и пластического формирования анизотропны.

Целью данной работы было научно обосновать применение ультраакустического метода для приемочного контроля качества строительной керамики с учетом анизотропии ее свойств, связать методику контроля с технологическими процессами, с перспективой дальнейшего использования как для корректировки производства, так и для автоматической рассортировки и разбра ковки готовой продукции.

В заключение следует отметить, что ультраакустические методы не могут рассматриваться изолированно. Они эффективны как средство массового экспресс-контроля, как инструмент для исследования упругой и неупругой анизотропии, однородности свойств материалов и изделий, для оценки механических свойств путем их прогноза через измеренные акустические характеристики. Однако ясно, что ультраакустические методы не могут исключить механические методы, они их дополняют, и в сочетании с ними, намного расширяют возможности контроля, позволяют глубже изучить физико-механические свойства и особенности структуры материала.

Работа включает в себя комплекс аналитических, лабораторных и производственных исследований, выполненных автором в течение 1965-1970 гг. в Научно-исследовательской лаборатории радиеактивных изотопов и ультразвука Киргизской ССР, в Московском инженерно-строительном институте им.В.В.Куйбышева и в Институте физики и механики горных пород Академии наук Киргизской ССР под руководством кандидата технических наук, доцента Г.Я.Почтовика и кандидата технических наук М.К.Терметчикова, которым автор выражает глубокую благодарность за научное руководство и систематическое внимание.

Автор также выражает благодарность сотрудникам лаборатории физико-механических свойств Института физики и механики горных пород АН Кирг.ССР, сотрудникам Научно-исследовательской лаборатории радиоактивных изотопов и ультразвука Кирг.ССР, работникам заводов "Киркомстром" и "Красный строитель" г.Фрунзе за активное участие в проведении лабораторных и производственных испытаний.

Список литературы диссертационного исследования Столярова, Евгения Анастасьевна, 1970 год

1. А.И.Августик, В.З.Петрова. Ультразвуковой импульсныйметод исследования упругих свойств электротехнического фарфора. Тр.Ленинградского технологического института им.Ленсовета, вып.52, 1961.

2. С.А.Амбаруумен. Теория анизотропных пластин, йзд-воНаука", М., 1967.

3. О.Я.Берг. Физические основы теории прочности бетонаи железобетона.М., 1962.

4. М.Н.Блувштейн, Н.К.Сенявин, З.К.Зыкова, В.И.Сиськов,В.Н.Онищенко. Прибор для контроля свойств огнеупоров звуковым методом. Огнеупоры, 1969.

5. М.Н.Блувштейн, З.К.Зыкова, Ю.И.Хлебникова, Т.А.Рейнгардт, Т.В.Маликова, В.Н.Сажина. Развитие и применение звукового метода контроля качества огнеупорных изделий. Огнеупоры, 3, 1966.

6. М.Н.Блувштейн, З.К.Зыкова, Ю.В.Чичигин, С.Н.Мышкин,Р.С.Акбашева. Статистический метод оценки свойств основных огнеупоров. Огнеупоры, 9, 1966.

7. М.Н.Блувштейн, Г.И.Циколин, З.К.Зыкова, Н.К.Сенявин,Ю.В.Чичигина. Динамический метод определения коэффициента поперечной деформации огнеупоров. Огнеупоры, II, 1966.

8. М.Н.Блувштейн, Г.й.Николин, З.К.Зыкова, Н.К.Сенявин.Исследование внутреннего трения огнеупорных материалов резонансным методом. Тр.Всесоюзного Гос.института научно-исследовательских работ огнеупорной промышленности, вып.39, 1967.

9. Большая советская энциклопедия, т.34, изд.2, 1955, стр.236.

10. Л.М.Бреховских. Волны в слоистых средах. Изд-во АН СССР,М., 1957.

11. Г.А.Буденков, А.Ю.Детков, А.А.Карнаушенко. Измерение скорости распространения сдвиговых волн в бетоне. "Автоматизация производства сборного железобетона", М., 1968.

12. П.П.Будников. Химия и технология строительных материалови керамики. М., 1965.

13. М.С.Вайншток. Ультразвуковой импульсный метод испытаниябетона. Сб."Применение достижений современной физики в строительстве". М., 1967.

14. И.С.Вайншток. Радиотехника в производстве сборного железобетона. Госстройиздат, 1961.

15. И.С.Вайншток, Ю.Н.Михрохи, И.Э.Школьник, С.Р.Котляр. Оценка погрешности в определении прочности бетона ультразвуковым методом^ Доклады "Экспериментальные исследования инженерных сооружений", вып.6, 1969.

16. И.Г.Венецкий, Г.С.Кильдишев. Основы математической статистики. М., 1963.

17. З.Й.Веселова, П.В.Невредимова. О зависимости между модулем, определенным звуковым методом и некоторыми другими свойствами огнеупорных изделий. Огнеупоры, 5, 1956.

18. З.Й.Веселова, А.П.Хусу. Об ускоренном статистическом способе контроля качества огнеупорных изделий. Огнеупоры, 12, 1959.

19. С.А.Воробьев. Прочность и деформации кладки из сплошногои пустотелого кирпича полусухого прессования. Сб. "Исследование по каменным конструкциям", М., 1957.

20. Временная инструкция по определению призменной прочности и начального модуля упругости бетонов, М., 1968.

21. И.Г.Гончаров. Прочность каменных материалов в условияхразличных напряженных состояний. Л., М., 1960.

22. Г0СТ-Ю180-67 Бетон тяжелый. Методы определения прочности. М., 1968.

23. Р.В.Джонс. Испытание бетона без разрушений. Стройиздат,1964.

24. В.В.Дзенио, В.Я.Липовский. Исследование влияния геометрических размеров образцов на скорость распространения и декремент затухания продольных колебаний в фторопласте. Механика полимеров, 4, 1966.

25. А.С.Дурассв, Н.А.Крылов.Физические методы контролякачества бетона. Госстройиздат, М., Л., 1959.

26. Ежегодник большой энциклопедии 1957-1969 гг. йзд/воСоветская энциклопедия", 1957-1969 гг.

27. Й.К.Журавлева, Н.И.Губко, К.А.Земба, М.Н.Блувштейн,В.К.Зыкова. Внедрение звукового статистического метода контроля качества продукции, Огнеупоры, 4, 1966.

28. И.В.Защук. Электроника и акустические методы испытаниястроительных материалов. М., 1968.

29. Я.Б.Зельдович, А.Д.Мышкис. Элементы прикладной математики. М., 1967.

30. Инструкция по контролю качества бетона с помощью ультразвукового прибора УКБ-1, Киев, 1964.

31. К.С.Карапетян. Об одном существенном факторе в прочностных и деформативных свойствах бетона. Доклады АН Арм.ССР, т.24, Нч 4, 1957.

32. К.С.Карапетян. Влияние анизотропии на деформации ползучести бетона. Изв.АН Арм.ССР. Серия физ.-мат.наук, т.10, № б, 1957.

33. К.С.Карапетян. Влияние анизотропии на ползучесть бетонапри сжатии и растяжении в зависимости от масштабного фактора. Изв.А|.;Арм.ССР. Серия физ.-мат.наук, т.17, № 4, 1964.

34. К.С.Карапетян. Влияние анизотропии на прочность и ползучесть бетона в зависимости от расхода цемента. Изв.АН Арм.ССР, Серия физ.-мат.наук, т.18, № 5, 1965.

35. П.Карман. Опыты на всестороннее сжатие. Сб.Новые идеив технике. № I, Опб., 1915.

36. Е.И.Козасников, А.И.Потапов, Исследование упругих характеристик ориентированных стеклопластиков импульсным акустическим методом. Физико-шшия и механика ориентированных стеклопластиков, М., "Наука",1967.

37. Э.К.Келер, З.И.Веселова. Определение нодуля упругостиогнеупорных материалов звуковым методом. Огнеупоры, I, 1956.

38. Г.Кольский. Волны напряжения в твердых телах. НМЛ, М., I1955.

39. М.Конвичка, О.Мусилова. Ультразвуковой контроль сталеразливочных пробок, Hitnik (ХУ1), У 10, 1966, Чехословакия.

40. А.Г.Крайз. Ультразвуковые испытания керамических материалов. Электричество, 4, 1^0.

41. Н.А.Крылов. Радиотехнические методы контроля качестважелезобетона, Л.-41., 1966.

42. Н.Н.Куваев. О механических и деформационных свойствахгорных пород в массиве. Физико-технологические проблемы разработки полезных ископаемых, 1965, № 5.

43. Н.Г.Кузнецов. Механические свойства горных пород.М., 1947.

44. Б.Куинджич. Анизотропия скальных массивов. Сб."Проблемы инженерной геологии", вып.2, И Л., 1960.

45. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Механика сплошных сред. Гостеоретиздат, 1953.

46. В.А.Матишенко. К изучению морозостойкости кирпичейрезонансным методом. Сб."Исследования по бетону и железобетону", Рига, 3, 1958.

47. Ф.Ю.Левинсон-Лессинг, А.К.Зайцев. К вопросу о давлениив тоннелях. Известие СПб Политехнического института императора Петра Великого, отдел техники, т.ХПУ, 1915.

48. С.Г.Лехницкий. Анизотропные пластинки, М., 1957.

49. С.Г.Лехницкий. Теория упругости анизотропного тела.М., Л., 1950.

50. Е.Г.Мартынов, А.К.Матвеев. Акустическая азинотропияископаемых углей на различных стадиях метаморфизма. Сб.Применение ультраакустики в исследовании в-ва", вып.10, М., 1960.

51. Методические указания по лабораторным испытаниям деформативности крепких горных пород при одноосном сжатии. М., 1967.

52. Л.Г.Меркулов, Л.А.Яковлев. Применение ультразвука дляизучения физических свойств и структуры керамических материалов. Сб."Применение ультраакустики к исследованию вещества", вып.10, М., 1960.

53. Р.С.Мильшенко, Г.Е.Карась. Опыт работы центральнойзаводской лаборатории. Огнеупоры, 2., 1964.

54. В.Н.Морщихин. Получение основных механических характеристик бетона радиотехническими методами в производственных: условиях. Л., 1964.

55. В.И.Мячкин, Р.П.Соловьева. Распространение упругих волн ультразвуковой частоты. Изв.АН СССР, серия геофизическая, I., 1960.

56. С.Н.Никифоров. Теория упругости и пластичности. Госстройиздат, 1955.

57. Ю.А.Нилендер (ред). Ультразвук в строительной технике.Сб.ст.), Госстройиздат, 1952.

58. Ю.А.Нилендер, Г.Я.Почтовик, й.8.Школьник. Определениеупругой анизотропии бетона. Бетон и железобетон, 2, 1968.

59. С.И.Ногин. Исследование качества тяжелого бетона в образцах и конструкциях акустическими методами. Автореферат, М., 1965.

60. Л.Н.Онищик. Прочность и устойчивость каменных конструкций.М., 1937.

61. З.Павловский. Введение в математическую статистику. М.,1967.

62. Э.Поль. Неразрушающие методы испытания бетона. Перевод снемецкого под редакцией Г.Я.Почтовика. Стройиздат, 1967.