全抛釉砖单轴加载破坏声发射试验研究

2016-06-18赖于树重庆三峡学院电子与信息工程学院重庆万州404100

电子制作 2016年12期

龚庆赖于树浦蓉重庆三峡学院电子与信息工程学院重庆万州 404100

全抛釉砖单轴加载破坏声发射试验研究

龚庆赖于树浦蓉重庆三峡学院电子与信息工程学院重庆万州 404100

【文章摘要】

为寻找更有效的全抛釉砖质量检测依据，对全抛釉砖提出更好的设计和使用方案，因此开展全抛釉砖单轴加载破坏全过程声发射试验。通过SAEU2S型数字声发射采集系统直接采集破坏全过程声发射信号波形，通过对不同状态下不同质量的全抛釉砖的振铃计数和能量分析处理，发现声发射信号产生的快慢、强弱及其变化过程与全抛釉砖的试验状态和质量有密切关系，并从声发射信号裂纹扩展角度阐释全抛釉砖破坏基理。

【关键词】

全抛釉砖；声发射；单轴加载；破坏基理

引言

全抛釉砖是通过抛光仿古砖表面的一种特殊配方釉而形成的一种瓷砖，釉面光滑亮洁、图案丰富、色彩厚重炫丽、层次感好、使用寿命长，结合了抛光砖和仿古砖的优点，可以适用于室内地面、内墙铺贴，也可以适用于外墙装饰，应用场合广泛。

近年来，声发射技术运用广泛，但关于全抛釉在破坏过程中声发射特性的研究还没有，更多的是对全抛釉材料的研究、工艺探讨和发展前景的论述。因此，本试验利用声发射技术研究全抛釉砖试样在加载过程中的声发射活动规律，阐述全抛釉砖的变形破坏基理，从而寻找到全抛釉砖的质量检测依据，对全抛釉砖提出更好的设计和使用方案。

1　试验方案及声发射信号采集

1.1试验设备及装置

试验采用WES-1000B型微机数显岩石力学试验机及SAEU2S型数字声发射采集系统两套装置。该型岩石力学试验机可输入最大压力1000KN，能实现恒位移速度控制。SAEU2S型声发射系统采用USB2.0实现高速数据传输，可解决实时高速多通道声发射信号波形数据传输存储瓶颈问题。加载过程中全抛釉砖试样内所产生的声发射信号首先通过固定在上面的传感器获得（传感器与试样之间用耦合剂耦合），信号经前置放大器放大后转送到声发射信号处理器，形成声发射事件、振铃、能量、延续时间等参数，然后传送给计算机。

1.2试验内容

对全抛釉砖加载开始后，全抛釉砖声发射和变形信号出现的快慢、强弱及变化过程，与全抛釉砖内部结构和裂隙发展有密切关系，而加载速率及其恒定程度直接影响全抛釉砖内部裂隙发展及载荷测定。本试验采用加载速率均匀且测试精度较高的1000KN液压材料试验机，试验采用轴向应力控制，加载速度保持在0.2KN/S。试验中使用两组质量不同的全抛釉砖（先从价格和外观上判断砖的好坏），分别记为Ⅰ和Ⅱ组，Ⅰ组为质量好的砖，Ⅱ组为质量差的砖。每组的全抛釉砖在两种状态下受力，状态一是对全抛釉砖试样沉重即均匀受力（地砖放平，对它施加一个均匀的压力），研究地砖表层釉的破坏基理；状态二是对全抛釉砖试样的一部分悬空，研究它在均匀受力时地砖表层的釉的破坏基理。分别记为Ⅰ组1质量好的全抛釉砖均匀受力，Ⅰ组2质量好的全抛釉砖悬空受力，Ⅱ组1质量差的全抛釉砖均匀受力，Ⅱ组2质量差的全抛釉砖悬空受力。全抛釉砖规格都是300×300mm。

1.3声发射参数的选取

对比和参照岩石声发射参数的选取，在本研究的测试和分析中，分别采用声发射率（NR）和能率（ER）两个参数。并定义能率为信号幅度的平方，能率是反映岩石声发射信号能量的参数。超过增益门值的脉冲状信号称为振铃。在实验过程中测得的振铃数称为累计振铃计数，即通常所指的声发射计数（AE），本实验设定的增益门值为40dB。

本试验所用传感器为SR800型声发射传感器，4个传感器布置在釉面的四个直角，采用4通道同步采集。用声发射专用耦合剂将传感器粘贴于试件表面，且通过断铅（HB 0.5mm）实验检。

图1　I组和II组的振铃计数（X轴：到达时间［s］，Y轴：振铃计数*10^3）

查传感器的耦合情况。通过合理设置SAEU2S系统参数，最大限度降低噪声影响，滤波设为直通，波击鉴别事件（HDT，为确定Hit信号终点而设的等待时间间隔）设为300μs，波击闭锁事件（HLT，为避免反射波或迟到波干扰而设的关闭测量电路时间间隔）设定为2000μs，根据多次实验的结果，采样频率设为1025kHz。经多次试验该设置可有效排除外部撞击、摩擦等机械噪声。试验数据收集了波形图和参数表。

1.4试验结果与数据

Ⅰ组实验过程中液压试验机最大负荷为13.1KN；变形/位移0.01——0.60mm。Ⅱ组试验过程中液压试验机最大负荷为13.9KN；变形/位移0.01——0.33mm。

2　试验数据分析

实验的2组全抛釉砖试样，大部分砖变形的特点和岩石或者混凝土大体相近，都是经历初始压密、弹性、塑性和最后破坏4个阶段。但全抛釉砖是脆性材料体积小厚度薄，试样初始压密和弹性变形阶段不明显。我们所做的2组全抛釉试样加载初期就有AE活动，小事件数较多，振铃计数小，能量小。反映了在试件微裂隙闭合过程中，裂缝粗糙面的挤压破坏产生的声发射，但能量较小，且具有较大的波动性。2组的不同点在于：质量好的砖最大振铃计数均匀受力大约是悬空受力的2倍，释放的最大能量差不多，受力均匀全抛釉砖内部裂隙扩展多，振铃计数大；悬空时砖体受力不均匀，中心受力较大，直接出现贯穿性裂缝，且内部裂隙扩展少，振铃计数小见图1（b）；同时质量好的砖砖体内部密度均匀，释放的能量差不多，见图1（a）、（b）和图2（a）、（b）。质量差的砖最大振铃计数悬空受力大约是均匀受力的2倍，释放的最大能量均匀受力大于悬空受力，质量差的砖砖体内部密度不均匀，悬空受力时，出现贯穿性裂隙，振铃计数大，沉重时，砖体受力均匀，但砖体内部密度不均匀，内部出现的裂隙多，释放的能量大，见图1（c）、（d）和图2（c）、（d）。

从2组实验中可以看出振铃计数和能量有很好的对应关系，振铃计数大的，释放的能量就多。随着荷载的逐步增加，不论沉重还是悬空，初始压密阶段和弹性阶段都不明显，但因全抛釉砖试样内部局部闭合裂纹表面会发生相对滑动，在实验过程中可检测到较低的声发射现象。同时，质量好的砖现象更明显，沉重比悬空现象明显。继续加载，试样中裂纹之间的相互作用加剧，某些裂纹发生聚合、贯通，导致全抛釉砖断裂面形成，声发射很活跃，释放的能量在破坏时达到最大值，沉重比悬空持续时间长一点，但在最后破坏阶段悬空的全抛釉砖局部破坏现象更明显。

由以上实验分析可见，2组全抛釉砖试样声发射信号产生的快慢、强弱及其变化过程与砖体的内部密度和缝隙的发展有密切关系。沉重时质量好的全抛釉砖最大振铃计数比质量差的砖大，释放的最大能量差不多，见图1（a）、（c）和图2（a）、（c）；悬空时，质量差的砖最大振铃计数比质量好的砖大，释放的最大能量质量好的砖大于质量差的砖，见图1（b）、（d）和图2（b）、（d）。同时，全抛釉砖放置不平稳，声发射显著增加出现得越早。