Спосіб визначення водонепроникності цементних матеріалів

Реферат: Спосіб визначення водонепроникності цементних матеріалів належить до області контролю якості та визначення властивостей цементного каменю. Спосіб включає висушування зразка до постійної маси, гідроізоляцію його бічних поверхонь, встановлюють на фіксовані опори всередині посудини для водонасичення, реєструють серію голографічних інтерферограм поверхні зразка, яка не змочується в процесі водонасичення, а положення, швидкість і прискорення фронту переміщення вологи визначають шляхом порівняння зміни поля переміщень зареєстрованої поверхні, отриманого за інтерферограмами, з розрахунковим полем переміщень геометрично подібного зразка. Застосування способу дозволяє виявити недоліки зразка та його поверхні, що надалі забезпечує можливість більш точного прогнозування працездатності конструкції в умовах впливу вологи. UA 102343 C2 (12) UA 102343 C2 UA 102343 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області розробки і виробництва будівельних матеріалів, а саме до контролю якості бетонів, розчинів і цементного каменю. Відомий спосіб визначення водонепроникності бетону за "мокрою плямою". Суть цього способу полягає в тому, що зразки циліндричної форми кріплять і герметизують у спеціальному оснащенні, а на одну з торцевих поверхонь зразка подають воду під тиском, збільшуючи його ступенями по 0,2 МПа. На кожному ступені витримують тиск протягом заданого часу, до тих пір поки на протилежній торцевій поверхні зразка з'являться ознаки фільтрації води у вигляді крапель або мокрої плями. За водонепроникність приймають відповідне значення тиску, зменшене на 0,2 МПа (1). Недоліками цього способу є складність забезпечення надійної герметизації зразків, що призводить до зростання похибки вимірювань, або до необхідності проведення повторних випробувань. Трудомісткість цього способу дуже значна, а поетапне збільшення тиску призводить до додаткової систематичної похибки, що досягає 15-30 %. Необхідність витримки зразка під тиском протягом 16 годин для кожного ступеня навантаження, створює значні витрати часу на випробування, а обмеження форми зразків тільки циліндричною формою істотно ускладнює підготовку експерименту. Відомий спосіб прискореного визначення водонепроникності бетону, що заснований на оцінці повітропроникності бетонних зразків. У цьому способі на поверхню нижніх торців зразків встановлюють фланець камери вакуумуючого пристрою. Герметизацію забезпечують кільцевим джгутом герметизуючої мастики. Далі створюють в камері знижений тиск не менше 0,064 МПа. По зміні тиску в камері визначають значення опору бетону прониканню повітря. Водонепроникність бетону визначають за заздалегідь встановленою градуювальною залежністю між водонепроникністю і опором бетону проникненню повітря (2). Недоліком даного способу є те, що опір руху повітря істотно відрізняється від опору руху води. Так, наприклад, відмінності у вологості зразків, що контролюються, можуть призводити до відхилень вимірюваних величин в 15-20 %. Необхідність створення градуювальної залежності вимагає застосування ще і способу, описаного раніше, що в сукупності істотно подовжує терміни проведення випробувань. Сумарна похибка визначення водонепроникності за цим способом становить не менше 30 %. Крім того, як і в попередньому способі, неможливо оцінити динаміку проникнення вологи. Найбільш близьким з відомих технічних рішень до рішення, яке заявляється, є спосіб визначення водонепроникності цементних матеріалів, що включає висушування зразка до постійної маси, гідроізоляцію його бічних поверхонь, водонасичення та розрахунок водонепроникності (3). Недоліком цього способу є велика похибка, що досягає 30 %, яка викликана тим, що водонепроникність залежить від капілярної проникності, а не від загальної пористості матеріалу. Цей спосіб має підвищену тривалість його реалізації, що досягає 5 діб. Крім того, як і всі раніше описані способи, цей спосіб не дозволяє виявити наявність дефектів зразка, що впливають на поширення вологи і не дозволяє оцінити положення, швидкість і прискорення фронту переміщення вологи в процесі просочення. Нами поставлена задача підвищити точність реєстрації процесу проникнення вологи в цементні матеріали, скоротити тривалість визначення водонепроникності цементних матеріалів, забезпечити можливість реєстрації положення, швидкості та прискорення фронту переміщення вологи. Рішення задачі досягається тим, що в способі визначення водонепроникності цементних матеріалів, що включає висушування зразка до постійної маси, гідроізоляцію його бічних поверхонь, водонасичення і розрахунок водонепроникності, після гідроізоляції бічних поверхонь зразок встановлюють на фіксовані опори всередині посудини для водонасичення, заповнюють посудину водою так, щоб забезпечувався рівномірний контакт нижньої поверхні зразка з водою протягом всього циклу вимірювань, реєструють серію голографічних інтерферограм поверхні зразка, яка не змочується у процесі водонасичення, а положення, швидкість і прискорення фронту переміщення вологи визначають шляхом порівняння зміни поля переміщень зареєстрованої поверхні, отриманого за інтерферограмами з розрахунковим полем переміщень геометрично подібного зразка. Встановлення зразка на фіксовані опори дозволяє забезпечити високу відтворюваність поля деформацій при насиченні зразка вологою, запобігає появі паразитних деформацій зразка, що не пов'язані з впливом вологи, а також дозволяє реалізувати однозначність крайових умов для математичного аналізу деформації зразка при впливі вологи. Заповнення посудини для водонасичення так, щоб забезпечувався рівномірний контакт нижньої поверхні зразка з водою, дозволяє виключити вплив на деформування зразка 1 UA 102343 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нерівномірного просочення, яке спотворює поле переміщень. А забезпечення рівномірного контакту зразка з водою протягом всього циклу вимірювань дозволяє реалізувати однозначний напрямок переміщення фронту вологи. Реєстрація серії голографічних інтерферограм поверхні зразка, яка не змочується, дозволяє зафіксувати зміну його деформації в часі, у вигляді послідовної серії полів переміщень, що змінюються під впливом дії вологи на зразок. Реєстрація поверхні зразка, яка не змочується, також запобігає декореляції зображень поверхні, яка може виникати при дії вологи на мікрорельєф поверхні зразка. Дотримання цієї умови дозволяє отримати якісні інтерферограми навіть при тривалих інтервалах часу між експозиціями. Крім того, реєстрація інтерферограм деформації зразка під впливом вологи дозволяє виявити наявність тріщин, свищів і неоднорідностей, які спотворюють результати визначення водонепроникності при використанні традиційних методів. Порівняння зміни поля переміщень зареєстрованої поверхні, отриманого за інтерферографами, з розрахунковим полем переміщень геометрично подібного зразка, дозволяє визначити положення, швидкість і прискорення фронту переміщення вологи, оскільки ці параметри пов'язані зі зміною поля переміщень реєстрованої поверхні. Використання математичної моделі саме геометрично подібного зразка спрощує процес порівняння, оскільки розрахункові поля переміщень будуть близькі за характером розподілу переміщень на полях, отриманих в експерименті. Для пояснення суті способу, на рисунку, для прикладу, приведена схема проведення випробувань. На віброзахищеній платформі голографічної установки 1 розміщена посудина для водонасичення 2, на дні якої встановлені фіксовані опори 3. Опори 3 розміщені, наприклад, в вершинах трикутника, що забезпечує стійке розміщення зразка 4. Зразок 4 виготовляють у вигляді простої геометричної фігури, наприклад, прямої правильної призми з квадратною основою. Така форма зразка істотно спрощує його математичне моделювання при виконанні розрахунку поля переміщень, наприклад, із застосуванням методу кінцевих елементів. Висоту контрольних зразків бетону в залежності від найбільшої величини зерен заповнювача призначають відповідно до табл. 1. ГОСТ 12730.5. (Бетоны. Методы определения водонепроницаемости). При цьому довжину ребер основи виконують у 6-10 разів більшою, ніж висота зразка, що забезпечує добру просторову розподільну здатність інтерференційних смуг на зображенні поверхні, яка досліджується. При виконанні досліджень, зразок, що був висушений до постійної маси, герметизують по бічних гранях, наприклад, шляхом нанесення на них 2-3 шарів епоксидної смоли. Верхню (та, що не змочується) поверхню зразка вкривають світловідбиваючою водонепроникною фарбою. Після затвердіння нанесених шарів смоли і фарби, зразок розміщують всередині посудини 2 і позиціонують на опорах 3. Лазерне випромінювання оптичного квантового генератора за допомогою оптичних елементів формують у вигляді плоскопаралельного світлового потоку, який освітлює поверхню, що не змочується, зразка 4. При цьому, для забезпечення максимальної чутливості вимірювальної схеми до нормальних переміщень, орієнтують лазерний світловий потік перпендикулярно до поверхні, яку досліджують. Посудину для водонасичення 2 заповнюють водою. Одночасно з цим включають прилад для реєстрації інтервалів часу (таймер, секундомір і т.п.). Після заповнення водою ємності 2 та стабілізації рівня води, перекривають затвором лазерне випромінювання, переводять приміщення лабораторії в режим неактиничного освітлення і встановлюють, наприклад, на борту посудини 2 фотопластину 5, паралельно до поверхні (яка досліджується) зразка 4. Потім проводять експонування фотопластинки з мінімально можливою тривалістю часу експозиції, який ще забезпечує отримання якісної голограми. Через інтервал часу, який визначається експериментально, проводять повторне експонування тієї ж фотопластинки і відправляють її в обробку відповідно до інструкції заводу-виробника. При цьому заносять в журнал дані про час початку першої та другої експозицій. Встановлюють нову фотопластинку і повторюють цикл реєстрації, аналогічно описаному вище. В процесі реєстрації інтерферограм, на підставі аналізу попередніх інтерферограм, корегують тривалість інтервалів між експозиціями для забезпечення оптимальної просторової частоти полос на інтерферограмах (з точки зору розшифровки і подальшого аналізу, наприклад, 2-3 лінії на 1 см). Проникнення вологи через товщу зразка призводить до того, що при наближенні фронту переміщення вологи до серединної лінії зразка, швидкість деформації вигину сповільнюється, а потім, після переходу через серединну лінію, знову зростає, оскільки починається деформування зразка в зворотному напрямку. Процес реєстрації серії інтерферограм ведуть, наприклад, до того часу, поки в процесі деформації зразка, після переходу серединної лінії фронтом розповсюдження вологи, на інтерферограмі поверхні, яку 2 UA 102343 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 досліджують, не виявляють більше однієї інтерференційної смуги за значний інтервал часу між експозиціями, наприклад, більше однієї години. Отримані інтерферограми обробляють і розшифровують за відомими, традиційними методиками. Потім будують графіки полів переміщень, наприклад, у вигляді серії 3-Д графіків. Отриману серію графіків поля переміщень порівнюють із серією графіків переміщень тієї ж поверхні, отриманої шляхом математичного моделювання деформації геометрично подібного тіла для умов, які імітують деформування зразка при його пошаровому розширенні, починаючи від нижньої площини. На підставі порівняння серії експериментальних і розрахункових полів переміщень, з урахуванням тривалості інтервалу часу від початку просочення до моменту переходу фронтом переміщення вологи серединної лінії, виконують побудову графіка зміни положення фронту переміщення вологи по товщині зразка залежно від часу просочення. Визначення залежності швидкості та прискорення поширення фронту вологи за зразком, виконують, наприклад, графічним диференціюванням, що є тривіальним завданням математичного аналізу. При необхідності, марка бетону по водонепроникності може бути визначена на основі отриманих даних із застосуванням, наприклад, відомої методики, викладеної в ГОСТ 12730.584. Запропонований спосіб може бути використаний не тільки для дослідження водонепроникності цементних матеріалів, а і інших пористих будівельних і конструкційних матеріалів. Реалізація способу передбачає використання відомих і доступних засобів експериментального дослідження, в тому числі порівняно простих і недорогих лазерноголографічних пристроїв і лабораторних комп'ютерів. Для підвищення оперативності досліджень та зменшення трудомісткості експериментальних робіт, реалізація запропонованого способу може бути виконана із застосуванням інших, більш оперативних способів реєстрації полів переміщень і деформацій, наприклад, методів електронної кореляційної спеклінтерферометрії. Крім того, застосування цього методу дозволяє проводити вимірювання в режимі "реального часу", що істотно збільшує інформаційну насиченість процесу визначення проникнення вологи по товщині зразка. Застосування винаходу дозволяє істотно підвищити точність і достовірність дослідження процесу проникнення вологи в цементні матеріали для вимірювання вологонепроникності, оскільки в процесі вимірювань контролюється: - механічна цілісність зразка (наявність тріщин, розшарувань, несуцільностей та інших аномалій, які суттєво впливають на проникнення вологи); - рівномірність проникнення вологи по перетину зразка, що дозволяє виявити наявність зон локальної підвищеної провідності вологи, які можуть спотворювати результати вимірювань при використанні традиційних методів; - проникнення вологи, за допомогою оцінки деформаційної характеристики зразка, що визначає працездатність конструкцій і споруд з цього матеріалу. Крім того, вимірювання проникнення вологи проводиться без впливу істотного надлишкового тиску, що не порушує природне протікання процесу проникнення вологи. Реєстрації положення, швидкості та прискорення фронту переміщення вологи забезпечує можливість більш точного прогнозування працездатності конструкцій і споруд не тільки в умовах впливу вологи, а й під дією знакозмінних температур. Авторами проведено ряд досліджень, які підтверджують ефективність використання запропонованого способу. Наприклад, описаний спосіб було використано при дослідженні вологонепроникності бетонів, що містять добавку "Адінол-ДМ" (гідроізолятор для бетонів і розчинів) спільно з поліпропіленової фіброю, а також бетонів з компонентом "Адіпласт" (багатофункціональна латексна добавка). При необхідності матеріали досліджень можуть бути надані експертизі на її прохання. Джерела інформації:: 1. ГОСТ 12730.5. Бетони. Методи визначення водонепроникності. Розділ 2. 2. ГОСТ 12730.5. Бетони. Методи визначення водонепроникності. Додаток 4. 3. Рекомендации МИ 300.5-94 "Безнапорный метод определения показателей водонепроницаемости бетона и раствора для средне- и низконапорных сооружений" (введено в дію 01.01.1995). 3 UA 102343 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Спосіб визначення водонепроникності цементних матеріалів, що включає висушування зразка до постійної маси, гідроізоляцію його бічних поверхонь і водонасичення, який відрізняється тим, що зразок встановлюють на фіксовані опори всередині посудини для водонасичення, заповнюють ємність водою для забезпечення рівномірного контакту нижньої поверхні зразка з водою протягом усього циклу вимірювань, реєструють серію голографічних інтерферограм поверхні зразка, яка не змочується в процесі водонасичення, а положення, швидкість і прискорення фронту переміщення вологи визначають шляхом порівняння зміни поля переміщень зареєстрованої поверхні, отриманого за інтерферограмами, з розрахунковим полем переміщень геометрично подібного зразка. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4