Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Влияние размера образца на механические и акустические характеристики бетона

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-10-55-63

Полный текст:

Аннотация

Одной из важных особенностей разрушения гетерогенных материалов с концентратором напряжения является масштабный эффект, связанный с зависимостью номинального напряжения от размера образца. Этот эффект необходимо учитывать при изучении процесса разрушения бетона для повышения безопасности эксплуатации бетонных конструкций. Цель данной работы — исследование влияния размеров образцов с надрезом из бетона класса В25 (R = 28 МПа) на прочностные характеристики и параметры акустической эмиссии, регистрируемой в процессе разрушения. Проведены испытания на трехточечный изгиб с регистрацией сигналов АЭ образцов трех размеров (длиной 1075, 465 и 215 мм), геометрия которых отвечала двумерному подобию, поскольку толщина образцов не менялась, а отношения длины образца и длины надреза к ширине оставались постоянными. Путем плоскостной локации сигналов АЭ на более крупных образцах оценены размеры зоны локализации процесса разрушения на разных стадиях развития трещины и построена зависимость размера зоны от времени. На малых образцах размер зоны локализации определяли путем измерения коэффициента затухания ультразвука. С помощью анализа диаграмм нагружения, совмещенных с временными зависимостями параметров АЭ, установлено, что размер образца оказывает влияние на стадийность разрушения. Построены зависимости номинальной прочности, энергии разрушения, bАЭ-параметра и суммарного числа сигналов АЭ от размера образцов. Установлено, что для образцов больших размеров размерный эффект связан со снижением номинального напряжения и накопленного числа сигналов акустической эмиссии, увеличением энергии разрушения и bАЭ-параметра. Предполагается, что изменение характеристик АЭ с увеличением размера образца связано с уменьшением относительной доли структурной неоднородности (отношением среднего размера гранитного щебня к размеру образца) в образцах большего размера. Получены новые данные о влиянии размера образцов из бетона на акустические характеристики.

Об авторах

Л. Р. Ботвина
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, РАН
Россия

Людмила Рафаиловна Ботвина

119334, Москва, Ленинский проспект, д. 49



А. Н. Шувалов
НОЦ ИС НИУ МГСУ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
Россия

Александр Николаевич Шувалов

129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26



М. Р. Тютин
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, РАН
Россия

Марат Равилевич Тютин

119334, Москва, Ленинский проспект, д. 49



Т. Б. Петерсен
Диапак, ООО
Россия

Татьяна Борисовна Петерсен

125367, Москва, ул. Габричевского, д. 5, корп. 1



В. П. Левин
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, РАН
Россия

Виктор Петрович Левин

119334, Москва, Ленинский проспект, д. 49



М. В. Федоров
НОЦ ИС НИУ МГСУ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
Россия

Максим Владимирович Федоров

129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26



Список литературы

1. Walsh P. F. Crack initiation in plain concrete / Magazine of Concrete Research. 1976. Vol. 28. N 94. P. 37 – 41.

2. Bažant Z. P. Size effect in blunt fracture: concrete, rock, metal / Journal of Engineering Mechanics. 1984. Vol. 110. N 4. P. 518 – 535.

3. Bažant Z. P. Scaling of quasibrittle fracture: asymptotic analysis / International Journal of Fracture. 1997. Vol. 83. N 1. P. 19.

4. Bažant Z. P., Ožbolt J., Eligehausen R. Fracture size effect: review of evidence for concrete structures / Journal of structural engineering. 1994. Vol. 120. N 8. P. 2377 – 2398.

5. Hu X., Wittmann F. Size effect on toughness induced by crack close to free surface / Engineering fracture mechanics. 2000. Vol. 65. N 2 – 3. P. 209 – 221.

6. Carpinteri A., Chiaia B., Ferro G. Size effects on nominal tensile strength of concrete structures: multifractality of material ligaments and dimensional transition from order to disorder / Materials and Structures. 1995. Vol. 28. N 6. P. 311.

7. Carpinteri A., Chiaia B. Power scaling laws and dimensional transitions in solid mechanics / Chaos, Solitons & Fractals. 1996. Vol. 7. N 9. P. 1343 – 1364.

8. Shiotani T. Application of the AE Improved b-Value to Quantiative Evaluation of Fracture Process in Concrete-Materials / Journal of acoustic emission. 2001. Vol. 19. P. 118 – 133.

9. Shiotani T., Bisschop J., Van Mier J. G. M. Temporal and spatial development of drying shrinkage cracking in cement-based materials / Engineering Fracture Mechanics. 2003. Vol. 70. N12. P. 1509 – 1525.

10. Carpinteri A., Lacidogna G., Niccolini G. Damage analysis of reinforced concrete buildings by the acoustic emission technique / Structural Control and Health Monitoring. 2011. Vol. 18. N 6. P. 660 – 673.

11. Carpinteri A., Grazzini A., Lacidogna G., and Manuello A. Durability evaluation of reinforced masonry by fatigue tests and acoustic emission technique / Structural Control and Health Monitoring. 2014. Vol. 21. N 6. P. 950 – 961.

12. Бриганте М., Сумбатян М. А. Акустические методы в неразрушающем контроле бетона: обзор зарубежных публикаций в области экспериментальных исследований / Дефектоскопия. 2013. № 2. С. 52 – 67.

13. Kirane K., Bažant Z. P. Size effect in Paris law and fatigue lifetimes for quasibrittle materials: Modified theory, experiments and micro-modeling / International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 83. P. 209 – 220.

14. Ботвина Л. Р., Петерсен Т. Б., Тютин М. Р. Оценка и анализ b-параметра акустической эмиссии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2011. Т. 77. № 3. С. 43 – 50.

15. Ермолов И. Н., Ланге Ю. В. Неразрушающий контроль: Справочник в 7-ми томах. Т. 3. Ультразвуковой контроль. — М.: Машиностроение. 2004. — 864 с.

16. Bažant Z. P. Scaling laws in mechanics of failure / Journal of Engineering Mechanics. 1993. Vol. 119. N 9. P. 1828 – 1844.

17. RILEM TC.FMC 1. Determination of the fracture energy of mortar and concrete by means of three-point bend tests on notched beams / RILEM Recommendations for the Testing and Use of Constructions Materials. — E & FN SPON, 1994. P. 99 – 101.

18. Hoover C. G., Bažant Z. P. Comprehensive concrete fracture tests: size effects of types 1 & 2, crack length effect and postpeak / Engineering Fracture Mechanics. 2013. Vol. 110. P. 281 – 289.

19. Nimbolkar P. V., Shete M. Effect of aggregate size on fracture parameters of high strength concrete / 14th International Conference on Fracture (ICF 14) June 18 – 23, 2017, Rhodes, Greece.

20. Xu J., Fu Z., Han Q., Lacidogna G., and Carpinteri A. Micro-cracking monitoring and fracture evaluation for crumb rubber concrete based on acoustic emission techniques / Structural Health Monitoring. 2018. Vol. 17. N 4. P. 946 – 958.

21. Ботвина Л. Р., Петерсен Т. Б., Тютин М. Р. Акустическое затишье как диагностический признак предразрушения / ДАН. 2018. Т. 479. № 5. С. 514 – 518.

22. Качанов В., Соколов И. В., Авраменко С. Л. Проблемы акустического контроля крупногабаритных строительных конструкций из бетона / Дефектоскопия. 2008. № 12. С. 12 – 22.

23. Бриганте М., Сумбатян М. А. Акустические методы в неразрушающем контроле бетона: обзор зарубежных публикаций в области теоретических исследований / Дефектоскопия. 2013. № 4. С. 3 – 16.

24. Авраменко С. Л. Корреляционный метод определения скорости распространения акустической волны в крупногабаритных компактных изделиях из бетона / Дефектоскопия. 2009. № 1. С. 54 – 67.


Для цитирования:


Ботвина Л.Р., Шувалов А.Н., Тютин М.Р., Петерсен Т.Б., Левин В.П., Федоров М.В. Влияние размера образца на механические и акустические характеристики бетона. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019;85(10):55-63. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-10-55-63

For citation:


Botvina L.R., Shuvalov A.N., Tyutin M.R., Petersen T.B., Levin V.P., Fedorov M.V. Effect of the sample size on the mechanical and acoustic characteristics of concrete. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2019;85(10):55-63. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-10-55-63

Просмотров: 64


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)