ТЕХНОЛОГИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Определение прочности

Прочность теплоизоляционных материалов является важным показателем их свойств, обеспечивающим транспортабельность изделий и их службу в теплоизо­ляционных конструкциях. Обычно прочность теплоизо­ляционных материалов невелика и чаще всего колеб­лется в пределах от 0,3—0,5 МПа до 1—1,5 МПа, неко­торые материалы обладают пределом прочности до 5 и лишь отдельные — до 10 МПа и выше.

Прочность теплоизоляционных материалов характе­ризуется показателями пределов прочности при сжатии Rem, при изгибе Rmr и при растяжении (разрыве)

^раст-

Обычно при оценке прочности теплоизоляционных материалов ячеистого строения ограничиваются одним показателем прочности — величиной Rcnt. Прочность жестких изделий волокнистого строения чаще всего вы­ражают величиной Rii3T, а предел прочности при растя­жении служит главным образом для характеристики прочности гибких теплоизоляционных изделий, напри­мер войлока, матов из минеральной ваты. В ряде слу­чаев прочность материалов характеризуется (независимо от их строения и вида) двумя показателями: Rcm и

RUst- ЭТО ОТНОСИТСЯ Преимущественно К ТЄПЛОИЗОЛЯЦИ-

Опно-конструктивным материалам.

Определение предела прочности при сжатии произ­водят следующим образом. Из изделий выпиливают образцы с размером ребра 10 или 7 см (если толщина изделия не позволяет получить такие размеры ребер, то ограничиваются величиной ребра образца в 5 см). Образцы высушивают до постоянной массы при темпе­ратуре 105—110° С. Две противоположные грани образ­цов, соответствующие верхней и нижней поверхностям изделия, выравнивают, шлифуя на абразивном круге. Образцы устанавливают на пресс таким образом, чтобы направление прилагаемой нагрузки было перпендику­лярно отшлифованным поверхностям этих образцов. Давление на образец должно возрастать плавно, без толчков и сотрясений со скоростью не более 0,1 МПа в секунду, вплоть до разрушения образца.

Для испытания образцов теплоизоляционных мате­риалов на прочность при сжатии может быть использо­ван любой пресс, позволяющий измерять приложенное давление с точностью до 1 %.

Величина предела прочности при сжатии (Па)

RCX=H/F,

Где Я — разрушающая сила, Н; /' — площадь сечения образца, перпендикулярная направлению разрушающей силы, м2.

За величину предела прочности при сжатии прини­мают среднее арифметическое значение не менее чем шести определений.

Чу дроби в емкость 3

Определение предела прочности при изгибе произ­водят путем испытания образцов в виде балочек, выпи­ленных из изделий, или целых изделий. Для определе­ния предела прочности при изгибе пользуются прибо­ром, изображенным на рис. 16.

Образец размером в плане 250 X 50 и толщиной, равной толщине изделия, из которого он вырезан, укла­дывают в горизонтальное положение на опоры так, чтобы концы образца выходили за оси опор на 25 мм. Расстояние между осями опор должно составлять 75% от длимы образца (оно принимается равным 200 мм). К образцу посередине пролета прикладывают нагруз­ку, подвешивая на специальной скобе сосуд, в который загружают дробь. Опоры и ось скобы, соприкасающиеся с образцом, должны иметь округлую форму. Их выпол­няют в виде цилиндров диаметром 10 мм. Нагружение образца производят постепенно соскоростьюі—1,1 Н-с.

При разрушении образца сосуд с дробью падает на Педаль дробницы, прекращая тем самым истечение дроби.

Предел прочности образца при изгибе (Па)

/?„зг = ЗЯ//2&А2,

Где Р — вес разрушающего груза (сосуда, скобы и дро­би), Н; I — расстояние между осями опор, м; B — шири­на образца, м; H — толщина образца, м.

Предел прочности при изгибе для изделий данной партии вычисляют как среднее арифметическое резуль­татов испытаний не менее чем шести образцов (по два образца из каждого изделия) или трех натурных образ­цов (например, плит).

Если предел прочности при изгибе определяют на натурных крупноразмерных изделиях, то испытание производят следующим образом.

Каждую из трех плит, по которым производилось определение средней плотности (объемной массы), уста­навливают на две горизонтальные параллельные опоры, находящиеся на одном уровне. Расстояние между осью опоры и краем плиты должно составлять 50 мм. Плиту нужно опирать на опору по всей ее ширине.

На середину плиты устанавливают платформу с двумя пуансонами (рис. 17) так, чтобы расстояния от осей соответствующих опор были равны. Расстояние между осями пуансонов принимают равным 200 мм. Длина пуансонов должна быть равна ширине плиты. Загружают плиту с помощью пресса или путем посте­пенного наполнения песком (водой) сосуда, установлен­ного на середине платформы. Загружение ведут до на­чала потрескивания плиты. Если после двухминутного перерыва плита не сломается, то нагружение продол­жают до полного ее разрушения.

Предел прочности при изгибе при такой схеме на - гружения (Па)

RB3r—{3Pa--0,75Gl)lbh2,

Где Р — вес разрушающего груза (с учетом веса плат­формы и пуансонов), Н; G — вес целой плиты, Н; а — расстояние от оси опоры до оси пуансона, м; I — рас­стояние между осями опор, м; b — ширина плиты, м; H — толщина плиты, м.

Определение предела прочности при растяжении (разрыве). Для определения предела прочности при

Растяжении из изделия вдоль волокон вырезают три образца размером 260 X 50 мм каждый. У каждого образца определяют средние значения ширины и тол­щины, после чего произ­водят испытание на спе­циальном приборе (рис. 18) [2].

Прибор состоит из ма­ятника 1, коромысла 5, зажимов 6, ручного при­вода 7 и измерительного устройства 2, 3 и 4.

Образец закрепляют в зажимах прибора так, чтобы расстояние между зажимами в свету равня­лось 180 мм. Вращением рукоятки 5 растягивают образец до полного раз­рыва, в момент которого по шкале 4 с помощью стрелок 2 и 3 фиксируют разрывающее усилие. Ве-

Личина предела прочности материала при разрыве (Н/м2, Па, МПа)

RpMP = Plbh,

Где Р — разрывающее усилие, Н; Ь — ширина образца, м; H — толщина образца, м.

Предел прочности при разрыве (растяжении) для од-
ного изделия вычисляют как среднюю арифметическую величину по результатам испытания трех образцов, а для данной партии изделий — как среднюю арифметиче­скую величину по результатам испытания всех отобран­ных для этой цели изделий.

Ультразвуковой импульсный метод определения проч­ности. Этот метод контроля прочности строительных ма­териалов находит все более широкое применение на за­Водах строительных материалов и строительных площад-

Ках, так как позволяет сравнительно несложным путем с достаточной точностью производить измерение прочно­сти и однородности структуры строительных материалов в процессе их изготовления и во время службы в строи­тельных конструкциях без разрушения изделий.

Этот метод применим для штучных или монолитных твердых материалов. Сущность его заключается в изме­рении скорости распространения ультразвуковых импуль­сов в материале, которая зависит от плотности данного материала и связана определенной зависимостью с его прочностью. При использовании этого метода производят замер скорости прохождения продольных' ультразвуко­вых волн в испытуемом материале.

Для возбуждения в материале волн ультразвуковой частоты и измерения времени их распространения в нем применяют установку, упрощенная блок-схема, которой показана на рис. 19.

Генератор импульсов 3 подает кратковременный сиг­нал на пьезокристаллический излучатель 2, в котором этот импульс превращается в ультразвуковые механиче­ские волны, поступающие в образец /. Пройдя через ма-
терна л, ультразвуковые волны-воздействуют на приемник 5, в котором механические колебания превращаются в электрические импульсы, усиливаемые затем блоком 4. В приборе смонтировано специальное устройство, назы­ваемое «ждущей задержанной разверткой», которое дает возможность наблюдать на экране осциллографа 6 изо­бражение ультразвуковых импульсов, как поступающих - в материал (в левой части экрана), так и прошедших че­рез него (в правой части экрана). Особое электрическое устройство создает на нижней строчке экрана изображе­ние шкалы времени с малыми отметками (в мкм), соот­ветствующими микросекундам, и кратными им больши­ми отрезками через 10 мкм.

Прибор смонтирован в металлическом ящике, на пе­редней панели которого имеются ручки управления и эк­ран индикатор электронной трубки. Излучатель 2 и при­емник вделаны в специальные щупы, которые присоеди­няются к прибору экранированными кабелями длиной до 5 м каждый, что дает возможность производить изме­рения на базе до 6—7 м.

Чаще всего используют следующие импульсные уль­тразвуковые приборы: УЗП-64 типов ПИК, ИКЛ, ЛИМ-Б и др.

Испытание прочности материала в изделиях сводится к построению тарировочного графика и определению прочности материала с помощью этого графика по ре­зультатам прозвучивания изделия одним из импульсных ультразвуковых приборов, указанных выше.

На скорость распространения ультразвуковых волн в материале влияет ряд факторов, важнейшими из кото­рых являются плотность материала и его влажность. Так, например, результаты многочисленных исследований по­казывают, что при снижении средней плотности обычного бетона на 2% скорость распространения ультразвуковых волн в нем снижается на 1%, а при изменении средней плотности газобетона с 1100 до 400 кг/м3 скорость ультра­звуковых волн изменяется в пределах от 2,5 до 1,5 км/с.

Увеличение влажности материала приводит к некото­рому снижению скорости распространения ультразвуко­вых волн.

Значительное влияние на скорость распространения ультразвука в изделии или образце оказывают упруп> пластичные свойства сырьевых материалов, из которых

Изготовлены данное изделие или образец, поэтому для Каждого материала (например, для газобетона, ячеистого стекла, пенокерамики и т. д.) необходимо строить свою тарировочную кривую.

Тарировочный график «скорость ультразвука — проч - ' ность материала» строят следующим образом.

Образцы формуют из той же массы, из которой изго­товляют изделия, подлежащие испытанию. Желательно, чтобы технологические параметры изготовления образцов и изделий были одинаковыми. Образцы изготовляют двух видов: кубические с размером ребра 10 см и в виде ба­лочек размером 10X10X30 см. Кубические образцы ис­пользуют для построения тарировочной кривой, по кото­рой будет определяться прочность изделий при сжатии, а балочки для построения тарировочной кривой, исполь­зуемой при определении прочности этих же изделий при изгибе.

Для каждого значения средней плотности формуют (или вырезают из изделий) по три образца-близнеца обо­их видов. Например, при испытании изделий из газобе­тона изготовляют образцы со значениями средней плот­ности 400, 500, 600, 700 кг/м3 и т. д.

Готовые образцы высушивают до заданной влажности и затем прозвучивают.

Прозвучивание производят по трем точкам (рис. 20) в направлении, перпендикулярном направлению укладки формовочной смеси в формы. При испытании между дат­чиками (щупами) и поверхностью образца должен быть акустический контакт, который достигается путем смазы­вания торцевой поверхности щупов тонким слоем тех­нического вазелина.

По шкале, изображенной на экране осциллографа, оп­ределяют время прохождения ультразвукового импульса через слой материала в микросекундах. Слой материала, расположенный между щупами, равен размеру образца (замеряется перед испытаниями) и соответствует длине распространения ультразвука в материале (в мм).

Скорость распространения ультразвука в материале (км/с)

V = Sft,

Где S — длина распространения ультразвука в материале, мм; t—время прохождения ультразвукового импульса через материал, с.

По трем измерениям выводят среднее арифметиче­ское значение скорости ультразвука для одного образца. Среднее арифметическое значение по испытанию трех об­разцов принимают за скорость ультразвука в данном ма­териале при данном значении средней плотности.

По окончании ультра­звуковых измерений для определения прочности контрольных образцов на сжатие и изгиб произво­дят их испытание на соот­ветствующих прессах по методике, приведенной выше.

По результатам па­раллельных ультразвуко­вых и механических ис­пытаний контрольных об­разцов строят тарировоч­ный график «скорость ультразвука — прочность материала» (рис. 21).

При определении прочности материала в изделии про­звучивание производят тем же прибором, которым испы- тывались контрольные образцы, и, пользуясь тарировоч - ными кривыми, находят их прочность.

Места прозвучивания изделий определяют в каждом отдельном случае в зависимости от конструктивных осо­бенностей.