Основным направлением в строительстве в условиях рыночной экономики является эффективное производство, повышение качества, надежности и долговечности возводимых зданий и сооружений.

Строительные технологии постоянно совершенствуются. На смену традиционным материалам приходят новые, обладающие улучшенными эксплуатационными характеристиками. В результате активного сотрудничества научных учреждений и промышленных предприятий разработана пластиковая арматура, являющаяся перспективным материалом. Область применения не ограничивается использованием для фундамента зданий в строительной отрасли.

Композитная арматура уверенно конкурирует с металлическими прутками, постепенно заменяет их при решении круга определенных задач.

Но так как материал этот новый, не все его физико-механические характеристики известны.

Цель моей работы состояла в следующем: установить влияние количества стекловолокна  на прочностные характеристики стержня.

Стекловолокно является каркасом для стеклопластиковой арматуры. Если установить связь между скоростью ультразвука и количеством стекловолокна в стержнях, то возможно будет контролировать качество композитной арматуры по содержанию стекловолокна.

Проведение эксперимента № 1.

 

Для установления зависимости между скоростью ультразвука и содержанием стекловолокна, необходимо изготовление образцов  с различным известным содержанием стекловолокна.

Для того, чтобы контролировать массу стекловолокна, пряди были подготовлены заданной длины – 150 мм и предварительно взвешены на весах ВЛР-200г.

Рисунок 1 – Подготовка форм для образцов (опалубки).

Эпоксидная смола используется двухкомпонентная. Предварительно взвешенные волокна укладываются в форму для заливки, затем идет приготовление связующего. Эпоксидная смола, смешанная по рекомендациям производителя с отвердителем в  пропорциях 1:10 разогревается до температуры от 30°С до 50°С. На практике эпоксидная смола разогревалась до до 30°С, смола не твердела  в указанные производителем сроки, и набирала прочность в максимальные допустимые сроки.

Измерение скорости ультразвука в образцах с разным содержанием стекловолокна.

До начала измерений производится взвешивание готовых образцов на электронных весах.

Измерение скорости ультразвука в стеклопластиковых стержнях проводилось при помощи дефектоскопа Пульсар-2.2 с частотой ультразвуковой волны, равной 60 кГц. Измерение проводится методом сквозного прозвучивания.

Рисунок 2 – Измерение скорости ультразвука в образцах.

Результаты измерений скорости ультразвука в образцах с разным содержанием стекловолокна.

Рисунок 3 — График зависимости скорости ультразвука от содержания стекловолокна

Выводы:

1. Измерена скорость ультразвука в стеклопластиковых стержнях с разным содержанием стекловолокна.

2. Построен график зависимости между скоростью распространению ультразвука в стеклопластиковых стержнях, от процентного содержания в образцах стекловолокна по массе.

Закономерность не выявлена.

Проведение эксперимента № 2.

 

Так как, с помощью ультразвука не удалось выявить зависимость скорости распространения ультразвука в стержнях от процентного количества стекловолокна, было решено провести еще один эксперимент непосредственно на самих стекловолокнах.

Для приготовления данного рода образцов необходимо решить задачу о  формировании тела образца. Для того, чтобы была возможность для сквозного прозвучивания, было решено сделать на торцах волокон полимерные тела из эпоксидной смолы, после чего были отобраны стекловолокна одинаковой длины. После подготовки смола заливается в подготовленную форму с уже разложенными стекловолокнами. После заливки формы, необходимо центрировать положение волокон по центру формы с обоих концов для корректных данных при сквозном прозвучивании. После полного схватывания эпоксидного связующего  можно приступать к проведению основной части эксперимента.

Измерение скорости ультразвука в стекловолокнах проводилось при помощи дефектоскопа Пульсар-2.2 с частотой ультразвуковой волны, равной 60 кГц. Измерение проводится методом сквозного прозвучивания.

Рисунок 4 – Измерение скорости ультразвука в образцах

При проведении замеров скорости распространения ультразвука, через различное количество волокон, была сделана попытка установить зависимость прохождения скорости от поврежденности волокон, для этого при сквозном прозвучивании разрезались части волокон.

При проведении испытаний было выявлено, что скорость распространения ультразвука в различных образцах с различным содержанием волокон одинаковая, поэтому решено было выявить, как будет влиять повреждение волокон на скорость ультразвука. Повреждение волокон показано на рисунке 5.

Рисунок 5 – Повреждение волокон.

Рисунок 6 — График зависимости скорости ультразвука от содержания стекловолокна

Выводы:

1. Измерена скорость ультразвука в стекловолокнах с разным содержанием стекловолокна.

2. В ходе проведения эксперимента №1 было выявлено:

а) что количество поперечное сечение волокна не влияет на скорость прохождения ультразвука, т.к. в ходе испытания уменьшалось общее сечение образца №5, при этом мы могли наблюдать сохранение скорости ультразвука до критической точки (примерно 0-20% от общего сечения).

б) из пункта «а» следует, что с помощью ультразвука невозможно установить точное количество стекловолокон в образце.

Список литературы

1. ГОСТ 31938-2012. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций.

2. СП 295.1325800.2017. Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. правила проектирования.

3. Гиздатуллин А.Р., Хозин В.Г. Особенности испытаний и характер разрушения полимеркомпозитной арматуры. Инженерно-строительный журнал, №3, 2014.- с. 40-47.

4. Обзор современных акустических методов неразрушающего контроля полимерных композиционных материалов, применяемых в России и за рубежом при изготовлении и эксплуатации изделий авиационной техники. Научный электронный журнал «Новости материаловедения. Наука и техника» №1, 2014

5. Булманис В.Н. Эксплуатационная устойчивость полимерных волокнистых композитов и изделий в условиях холодного климата : Автореф. дис. на соиск. учен. степ. д. т. н / Моск. авиац. технол. ин-т им. К.Э. Циолковского. — Якутск, 1989. — 32 с. : ил. — Список работ авт.: с. 29-32

6. Мурашов В.В.. Румянцев А.Ф. Диагностика полимерных композиционных материалов акустическими методами.// Авиационные материалы. Избранные труды. – Москва,ВИАМ, 2007. с. 342-347.

7. Мурашов В.В.. Румянцев А.Ф. Контроль многослойных клееных конструкций из полимерных композиционных материалов.// Авиационные материалы. Избранные труды. – Москва,ВИАМ, 2007. с. 342-347.

8. Генералов А. С., Мурашов В. В., Далин М. А., Бойчук А. С. Диагностика полимерных композитов ультразвуковым реверберационно-сквозным методом // Авиационные материалы и технологии. М.: ВИАМ. 2012. № 1. С. 42-47.

9. Ермолов И. Н., Ермолов М. И. Ультразвуковой контроль. Учебник для специалистов первого и второго уровня квалификации. Издание пятое, стереотипное. М.: 2006 – 208 с.

10. Поляков В. В., Головин А. В. Упругие характеристики пористых материалов // ПМТФ.1993. Т. 34, № 5. С. 32–35.

11. G. Wróbel, S. Pawlak. Ultrasonic evaluation of the fibre content in glass/epoxy composites. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. Volume 18. September–October 2006. P. 187-190.

12. Mahoor Mehdikhani, Larissa Gorbatikh, Ignaas Verpoest. Voids in fiber-reinforced polymer composites: A review on their formation, characteristics, and effects on mechanical performance. Journal of composite materials 4, 2018. P. 19-21.

13. Потапов А.И. Оценка связи прочности и скорости ультразвука в стеклопластике // Записки Горного института. 2018. Т. 230. С. 176-184.