СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СТРУКТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано при определении коэффициента структурных напряжений вяжущей композиции для оценки, например, эффективности механического уплотнения.

Сущность изобретения заключается в том, что для определения коэффициента структурных напряжений вяжущей композиции измеряют первичные и вторичные резонансные частоты вынужденных колебаний вяжущей композиции, при этом первичную резонансную частоту измеряют при уменьшении до нуля амплитуды колебаний вяжущей композиции, вторичную резонансную частоту измеряют при максимальной ее амплитуде, а коэффициент структурных напряжений вяжущей композици определяют по отношению разности между частотами первичного и вторичного резонанса к значению частоты вторичного резонанса.

Кроме того, измерения проводят при малых уровнях динамических напряжений.

Необходимость оценки структурных напряжений обосновывается тем, что возникающие структурные напряжения при твердении вяжущей композиции отображают сложность физико-химических процессов, зависящих от водоцементного отношения, состава, вида и количества цемента, добавки (например полимера), условий твердения. Все эти факторы, накладываясь друг на друга, обусловливают при исследовании процессов твердения резонансным методом появление множества резонансных частот, идентифицировать которые практически невозможно. Является нецелесообразным производить измерения логарифмического декремента затухания для каждой из этих частот вследствие недостоверности получаемых данных. Измерение же максимальной разницы резонансных частот, т.е. разницы между максимальным и минимальным значениями резонансных частот в процессе твердения упрощает процесс определения, так как выискиваются только две частоты: максимальная и минимальная с последующим вычислением коэффициента структурных напряжений, являющейся количественной характеристикой происходящих в композиционной системе структурных напряжений, которые оказывают влияние на синтез ее прочности при наложении, например, вибрационного поля.

Необходимость определения максимальной разницы резонансных частот при уменьшении до нуля амплитуды колебаний первичных резонансных частот обосновано отражением процессов структурообразования композиционных систем, когда формируется их коагуляционный каркас; возникающие структурные напряжения, которые отображаются появлением вторичных резонансных частот, приводят к разрушению первичных малопрочных контактов (их резонансные частоты - первичные резонансные частоты, достигая максимальных значений, исчезают, т.е. вырождаются. Амплитуды колебаний на этих резонансных частотах практически исчезают). По мере разрушения термодинамически неустойчивых контактов образуются новые контакты в вяжущей композиции, более устойчивые, которые фиксируются появлением и развитием вторичных резонансных частот, амплитуда колебаний которых достигает максимума, что кинетически от момента затворения характеризует продолжительность стадии I процесса структурообразоания. Эти вторичные резонансные частоты отображают возникновение и развитие коагуляционной структуры по новым контактам, термодинамически более устойчивым. В момент максимума вторичных резонансных частот, отмечаемым также максимальной амплитудой колебаний новой (термодинамически устойчивой структуры) при вырождении первичных резонансных частот, формируется пространственный каркас коагуляционной структуры вяжущей композиции. Определяя максимальную разницу между первичными резонансными частотами в момент их вырождения, отмечаемому, например, исчезновением вертикальной развертки электронно-лучевой трубки осциллографа резонансной установки и вторичными резонансными частотами, амплитуда колебаний вяжущих структур на которых достигает максимальных значений, определяют максимальные структурные напряжения, характерные для данной вяжущей композиции.

Способ определения коэффициента структурных напряжений применительно к вяжущим композициям осуществляют следующим образом.

Образец вяжущей композиции после ее приготовления помещают на измерительную подложку. Используют известную резонансную установку для определения кинетики структурообразования материалов. В процессе определения резонансных частот и амплитуд вынужденных колебаний уровень напряжения, подаваемого на датчик колебаний, поддерживают постоянным и минимальным, так как при больших уровнях динамических напряжений имеет место уменьшение резонансной частоты (обычно U_вх<0,6 В).

Из полученных резонансограмм в процессе твердения вяжущей композиции выбирают резонансные кривые, у которых максимальные значения первичных резонансных частот - они определяются по показаниям частотомера и графически соответствуют исчезновению амплитуды вынужденных колебаний; вторичные резонансные частоты определяют также с помощью частотомера и соответствуют они максимальному значению амплитуды вынужденных колебаний.

Коэффициент структурных напряжений вычисляют из соотношения
,
где ν₁ - значение первичной резонансной частоты;
ν₂ - значение вторичной резонансной частоты.

K_сн характеризует интенсивность развития деструктивных проявлений в коагуляционной стадии процесса структурообразования вяжущей композиции и является структурно-акустическим критерием при оценке коагуляционной структуры и эффективности производимой механической активации. Он соответствует моменту становления пространственного каркаса и кинетически от момента затворения вяжущей композиции характеризует продолжительность стадии I процесса структурообразования. Механические воздействия, прикладываемые в момент, соответствующий его определению из кинетических резонансограмм, наиболее эффективны для регулирования реологических (вязкостных) и физико-механических (прочностных) свойств композиционного материала. С ростом K_сн эффективность механических воздействий для вяжущей композиции, например цементополимерных, повышается.

Пример 1. Приготовляют вяжущую композицию состава 1:2, портландцемент Здолбуновского цементно-шиферного комбината М400, песок днепровский с модулем крупности 1,4 - 1,45 и объемной массой 1500 - 1530 кг/м³, В/Ц = 0,35. Подвижность композиции составляет 3 см. После перемешивания композиции в течение 2 мин ее образец помещают в латунную кювету (измерительную подложку), выполненную в форме полуцилиндра длиной 150 мм, диаметром 14 мм и толщиной стенки 0,5 мм. Предварительно на внутренние стенки кюветы для предотвращения адгезии исследуемой композиции к ее поверхности наносят тонкий слой парафина, подогретого до 85 - 90^oC. Одновременно формуют образцы 4 х 4 х 16 см, которые подвергают уплотнению (вибрации) на стандартной виброплощадке (частота 3000 кол./мин, амплитуда 0,35 мм). Время приложения уплотнения соответствует времени затвердения, когда определяют K_сн. Образцы подвергают после уплотнения тепловлажностному прогреву по режиму 2+3+3+2 с максимальной температурой изотермического цикла 80 - 85^oC. Производят (используют резонансную установку) запись по времени твердения кривых изменения амплитуды вынужденных колебаний с регистрацией резонансных частот. На диаграммной ленте фиксируют момент исчезновения амплитуды вынужденных колебаний для первичной резонансной частоты, вычисляют разницу между первичной резонансной частотой (ее максимальным значением в момент вырождения амплитуды колебаний) и вторичной резонансной частотой, которая характеризуется из всего множества (спектра) вторичных резонансных частот (трех для данного состава) максимальной амплитудой вынужденных колебаний. Полученную разницу резонансных частот делят на значение первичной резонансной частоты и, таким образом, определяют коэффициент структурных напряжений для данной вяжущей композиции (см. чертеж).

Пример 2. Выполняют аналогично примеру 1, В/Ц = 0,4.

Пример 3. Выполняют аналогично примеру 1, В/Ц = 0,45.

Пример 4. Приготовляют вяжущую цементно-песчаную композицию состава 1:3, В/Ц = 0,35. Выполняют аналогично примеру 1.

Пример 5. Аналогично примеру 4, В/Ц = 0,4.

Пример 6. Аналогично примеру 4, В/Ц = 0,45.

Пример 7. Приготовляют цементно-полимерную вяжущую композицию (портландцемент Здолбуновского цементно-шиферного комбината, М500 в качестве добавки полимера используют поливинилацетатную дисперсию (ПВАД) в количестве 0,1% от массы цемента, нормальная густота), далее пример выполняют аналогично примеру 1.

Пример 8. То же, что и по примеру 7, количество ПВАД - 0,15 мас.%.

Пример 9. То же, 0,3 мас.% ПВАД.

Пример 10. То же, 0,5 мас.% ПВАД.

Пример 11. Приготовляют вяжущую композицию, модифицируемую добавками глицерина (портландцемент, что и по примерам 7 - 10), количество глицерина - 0,05 мас.%, нормальная густота. Далее пример выполняют аналогично примеру 1.

Пример 12. Выполняют аналогично примеру 11, количество глицерина 0,1 мас.%.

Пример 13. Аналогично примеру 11, количество глицерина 0,15 мас.%.

Пример 14. То же , что и по примеру 11, глицерин берут в количестве 0,3 мас.%.

Результаты определений K_сн и прочности при сжатии (R_сж) и при изгибе (R_изг) представлены в таблице.

Как следует из данных таблицы, K_сн имеет наибольшие значения у вяжущих композиций с максимально развитыми деструктивными явлениями (характеризуемых разницей ν₁ и ν₂); эти композиции при их вибрационном уплотнении имеют максимальные прочностные показатели (после пропарки, через 28 сут.). Таким образом, эффективность механических воздействий (вибрации) небольшая, где значение коэффициента структурных напряжений максимально для данного вида вяжущей композиции.

Использование: при определении коэффициента структурных напряжений вяжущей композиции для сцепки, например эффективности механического уплотнения. Сущность изобретения: способ определения структурных напряжений вяжущей композиции путем подстройки ее частоты на резонансную и измерения отношения резонансной частоты к частотам, преимущественно на низких частотах. Определяют первичные и вторичные резонансные частоты и по максимальной их разности при уменьшении до конца амплитуды колебаний вяжущей композиции при ее первичной резонансной частоте и максимальному значению амплитуды колебаний вяжущей композиции при ее вторичной резонансной частоте по отношению ко вторичной резонансной частоте оценивают искомую величину. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ определения коэффициента структурных напряжений вяжущей композиции, заключающийся в том, что измеряют первичные и вторичные резонансные частоты вынужденных колебаний вяжущей композиции, при этом первичную резонансную частоту измеряют при уменьшении до нуля амплитуды колебаний вяжущей композиции, вторичную резонансную частоту измеряют при максимальной ее амплитуде, а коэффициент структурных напряжений вяжущей композиции определяют по отношению разности между частотами первичного и вторичного резонанса к значению частоты вторичного резонанса. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерения проводят при малых уровнях динамических напряжений.