Использование неразрушающих методов в изучении деструкции ячеистого бетона
Для оценки эксплуатационной деструкции ячеистого бетона изучали целесообразность применения неразрушающих методов (резонансного и ультразвукового), измеряя скорость распространения ультразвука С, собственные колебаний в теплоизоляционно-конструктивном ячеистом бетоне объемной массой 600—650 кг/м3 в процессе различных эксплуатационных воздействий.
Измерения проводили приборами ИЧМК-1 и «Бетон-3» на выпиленных из заводских панелей образцах размером 7X7X35 см, изготовленных на известково-цементном вяжущем по литьевой и комплексной вибрационной технологии. Деструкцию материала исследовали при циклическом замораживании-оттаивании по ГОСТ 12852—67 и увлажнении-высушивании по режиму 7+15 ч при температуре 100—105°С.
Скорость распространения ультразвукового импульса, собственных частот изгибных и продольных колебаний в материале измеряли дважды в течение цикла увлажнения-высушивания (после увлажнения и после высушивания) и каждые 5 циклов на оттаявших образцах при замораживании-оттаивании. Кроме того, для устранения влияния на результаты измерений влажности указанные характеристики определяли на высушенных до постоянной массы образцах после 0, 15, 25, 50, 75 и 100 циклов испытаний. С учетом анизотропии упругих свойств ячеистых бетонов все измерения проводили в одном направлении, перпендикулярном к вспучиванию.
Скорость прохождения ультразвука, резонансные частоты изгибных и продольных колебаний вибрированного газобетона, как материала с улучшенной структурой, соответственно на 7,6; 8,4 и 6,6% больше литьевого (рис. 1, 2).
Предусмотренное методикой испытаний водонасыщение образцов приводит к снижению исследуемых характеристик в ячеистых бетонах. Так, в вибрирован- ном газобетоне при водопоглощении 34% снижение скорости ультразвука, собственных частот изгибных и продольных колебаний составляет соответственно 6,5; 10,8 и 11%, при водопоглощении 42% —8,6; 13 и 14,6%. В литьевом газобетоне при водопоглощении 53%—соответственно 11,1; 17,2 и 19,5%. Такое уменьшение акустических характеристик ячеистого бетона при увеличении влажности обусловлено его специфическими особенностями [1].
Снижение скорости ультразвука (на 15-м цикле — в вибрированном и 10-м литьевом газобетоне), резонансных частот изгибных и продольных колебании (соответственно на 10-м и 15-м циклах) при многократном замораживании-оттаивании вызвано микротрещинообразовнием в вибрированном и процессом объединения и укрупнения уже имеющихся микротрещин в литьевом газобетонах
Затухание процесса образования микротрещин, активизация их развития и интенсифицирующийся при этом процесс гидратации клинкерного фонда приводят в вибрированном и литьевом газобетонах к увеличению /из и /пр к 20, а скорости звука — к 25 циклам испытаний. Новая волна микротрещинообразования в ячеистых бетонах сопровождается повторным снижением /из и /пр к 25 циклам — в литьевом и к 30 циклам — в вибрированном газобетоне. Происходящее одновременно с микротрещинообразованием «самозалечивание» микротрещин продуктами гидратации влияет на кинетику изменения резонансных частот. В вибрированном газобетоне возрастают к 50 циклам испытаний, в литьевом — до 40 циклов стабилизируются на одном уровне. Развитие микротрещин преимущественно в наружных зонах вибрированного газобетона приводит к 75-му циклу к снижению /из и /пр. К 100 циклам отмечается рост этих показателей, вызванный преобладанием структурных процессов над деструктивными. В водонасыщенпых образцах литьевого газобетона после 40 циклов резонансные частоты уменьшаются.
Таким образом, изменения структуры ячеистых бетонов при многократном замораживании-оттаивании сопровождаются изменениями /Из и ./пр. Это подтверждается параллельными исследованиями структурных характеристик бетона методами сорбций красителей, ртутной порометрии и кинетикой водо- насыщения. Периодический характер снижения показателей резонансных частот свидетельствует о цикличности процесса деструкции.
Скорость звука (см. рис. 2) в вибрированном газобетоне от 25 до 100 циклов испытаний практически не меняется. В литьевом газобетоне при лавинообразном микротрсщинообразовании скорость звука снижается после 70 циклов испытаний, т. е. значительно позже, чем резонансных частот.
В сухих образцах вибрированного газобетона изменение динамического модуля упругости по изгибпым и продольным колебаниям при замораживании- оттаивании носит цикличный характер. Скорость ультразвука в интервале от 25 до 100 циклов не изменяется. В литьевом газобетоне модуль упругости снижается уже после 25 циклов испытаний; скорость ультразвука фиксирует деструктивные изменения в литьевом газобетоне в сухих образцах только после 50 циклов испытаний.
Измерения резонансных характеристик влажных и сухих образцов обнаруживают деструкцию в ячеистых бетонах при замораживании-оттаиваиии раньше, чем ультразвуковые, характеризуя ее качественно.
Выявленные деструктивные изменения в ячеистых бетонах подтверждаются снижением прочности и морозостойкости материала [2]. Так, коэффициент морозостойкости вибрированного газобетона после 25, 50, 75 и 100 циклов составляет 0,9; 0,88; 0,84 и 0,8; литьевого — соответственно 0,81; 0,67; 0,58 и 0,47. Пределы прочности на растяжение при изгибе уменьшаются: для вибрированного газобетона на 12% к 25 и иа 23% к 100 циклам, литьевого — на 23 и 60%.
При попеременном увлажнении-высушивании увеличение скорости ультразвука в водоиасыщегшых образцах к 50 циклам (рис. 3) связано с изменениями в структуре ячеистого бетона: повышением степени кристаллизации и увеличением числа контактов между частицами материала за счет гидратации и перекристаллизации CSH (В). После 50 циклов скорость ультразвука в результате суммарного эффекта структурообразования и деструкции стабилизируется. Заполнение микротрещин водой в определенной мере затушевывает результаты деструктивного процесса, создавая видимость монолитности материала. Это предопределяет малую пригодность ультразвуковых испытаний при этом эксплуатационном воздействии.
В высушенных образцах по сравнению с водонасыщенными большая скорость продольных ультразвуковых волн объясняется удалением адсорбционно связанной воды и снятием ее расклинивающего действия. До 50 циклов испытаний, как и в водонасыщенных образцах, скорость ультразвука возрастает, после 50 циклов заметно снижается вследствие микротретцинообразования, не завуалированного водой.
Характер кривых резонансных частот при увлажнении-высушивании (рис. 4) отличается от характера кривых скорости ультразвука. Уменьшение резонансных частот изгибных и продольных колебаний к 15 циклам связано с микротрещипообразованием в бетоне. Затухание микротрещинообразования, гидратация и повышение степени кристаллизации бетона сопровождаются к 50 циклам возрастанием частот до значений, превышающих первоначальные. Новая волна микротрещинообразования приводит к очередному спаду резонансных частот. Изменения резонансных частот изгибных и продольных колебаний отражают цикличный характер деструктивных процессов в ячеистых бетонах при увлажнении-высушивании, что свидетельствует о высокой чувствительности резонансного метода к структурным изменениям при данном виде воздействия. Кривые изменения динамических модулей упругости, определенные по изгибным и продольным колебаниям на сухих образцах, имеют идентичный характер.
Установлено, что при увлажнении-высушивании предел прочности при сжатии малочувствителен к деструктивным изменениям в ячеистом бетоне. Предел прочности на растяжение при изгибе в связи с большими значениями локальных напряжений при растяжении в местах образования трещин и раскрытием всех микротрещин в наружных растянутых зонах бетона снижается к 100 циклам испытаний на 59%, не отражая при этом цикличный характер деструкции.
Выводы
Установлено уменьшение скорости распространения ультразвука, резонансных частот изгибных и продольных колебаний при насыщении ячеистого бетона водой.
Резонансный метод более чувствителен к деструктивным изменениям в ячеистых бетонах в процессе замораживания-оттаивания и увлажнения-высушивания, чем ультразвуковой, и его можно рекомендовать в качестве неразрушающего для выявления деструктивных изменений ячеистых бетонов.