МЕТОД КЛАССИФИКАЦИИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
The new test method is submitted, allowing to design durability of materials.
Все большее распространение в промышленности получают тонкослойные композиционные минеральные материалы, например, на основе цементной матрицы, к которым предъявляются особые требования по трещиностойкости. Как известно, основной причиной появления трещин считается возникновение деформаций растяжения, превышающих предельную растяжимость материала. Для возможности классификации трещиностойкости подобных материалов, работающих в тонком слое и обладающих невысокой податливостью, разработан новый метод испытания при растяжении.
Сущность метода состоит в следующем. Исследуемый состав материала в виде растворной смеси заливают в специальную форму, посредством которой получают опытный образец в виде полого цилиндра – «бублика» - с основными размерами: внутренним диаметром – 16 см, высотой – 2,5 см и толщиной стенки цилиндра - 0,5…1,5 см. Особенностью этой формы является то, что после набора материалом распалубочной прочности форма полностью разбирается, в том числе разъемное внутреннее «кольцо». Далее образец выдерживается в нормальных температурно-влажностных условиях или условиях, моделирующих натурное использование материала.
Испытания проводят через заданное время (определяемое задачами исследований), например, на 3-е …14-е сутки – периода времени, как показала практика, наиболее вероятного появления трещин в тонком растворном слое. При этом внутрь образца – полого цилиндра исследуемого материала – помещается резиновая сферическая камера, куда нагнетается воздух с помощью насоса. Равномерное давление, которое создается камерой по внутренней поверхности цилиндрического образца, контролируется манометром. При таком методе испытания возможно проводить два вида классификации материалов по трещиностойкости.
Первый вид классификации трещиностойкости композиционных материалов при действии растягивающих усилий возможно проводить по результатам кратковременных испытаний. Величина давления, создаваемого камерой по внутренней поверхности цилиндрического образца, с равномерной скоростью доводится до появления трещины - разрушения образца. Здесь важно выделить то, что трещиностойкость исследуемого материала, работающего в заданном слое, можно классифицировать по выдерживаемому им окружному напряжению (растяжению). При обработке результатов используется упрощенная классическая формула окружных напряжений:
sj = RвнPвн/t,
где Rвн – внутренний радиус полого цилиндра образца,
Pвн – давление по внутренней плоскости цилиндра,
t – толщина слоя исследуемого материала.
Второй вид классификации трещиностойкости композиционных материалов при действии растягивающих усилий возможно проводить по результатам длительных испытаний. Здесь величина давления, создаваемого камерой по внутренней поверхности цилиндрического образца, составляет постоянное фиксированное значение в течение всего испытания. Это постоянное давление принимается на основании результатов кратковременных испытаний в пределах 0,5 … 0,9 от разрушающего напряжения согласно задачам эксперимента. Испытания прекращаются при появлении трещины – разрушении материала с фиксацией продолжительности времени, которое выдержал нагруженный образец. В результате, трещиностойкость исследуемого слоя материала возможно классифицировать по стойкости, в соответствие с кинетической природой прочности твердых тел. Это особенно важно потому, что в условиях действия агрессивной окружающей среды становится целесообразно применять вместо понятия прочности более общее понятие стойкости, т.е. времени, в течение которого материал выдерживает нагрузку до разрушения.
Таким образом, на основании представленного метода испытания возможно осуществлять целенаправленное проектирование трещиностойкого материала, используя при этом разную природу вводимых компонентов в композит, а также проводить улучшение специальных свойств – истираемости, огнестойкости, водостойкости, морозостойкости и т.п. - при сохранении гарантированного качества этого материала.