Сопротивление ударным нагрузкам

Сопротивление материала ударным нагрузкам характеризует работа, которую необходимо затратить на его разрушение. Но работа выражается произведением силы на пройденный ею путь. Сила, которую нужно приложить для разрушения материала, пропорциональна пределу его прочности, а путь силы пропорционален деформационной способности материала. Деформационную способность материала при растяжении характеризует его относительное удлинение, предельная величина которого, по данным Л. Н. Пицкеля * и Т. М, Берковича **, ε = n· 10—4, где n в зависимости от процентного содержания и марки асбеста в асбестоцементе, плотности и возраста последнего изменяется в пределах от 2 до 4. Величина n возрастает с увеличением процентного содержания в асбестоцементе асбеста и длины его волокон, а также с уменьшением плотности асбестоцемента и снижается с увеличением его возраста.

Приведенные данные показывают, что деформативность асбестоцемента невелика и она определяет относительно невысокую его сопротивляемость ударным нагрузкам.

Помимо небольшой величины ударной вязкости асбестоцемент при воздействии на него ударных нагрузок обнаруживает еще следующие отрицательные свойства. Под воздействием удара, сила которого приближается к разрушающей, но еще недостаточна для разрушения, асбестоцементное изделие сохраняет форму, и при внешнем осмотре каких-либо признаков нарушения его целостности не обнаруживается. Однако при последующем испытании оказывается, что в результате этого удара оно потеряло до 60—80% прочности, т. е. уже непригодно для использования. Небольшие удары мало влияют на прочность изделий, но все же несколько снижают ее. Указанное свойство асбестоцемента объясняется его структурой. Он является цементным камнем, армированным тончайшими волокнами асбеста, которые, хотя и ориентированы преимущественно в линейном направлении по их длине, но в основной своей массе расположены друг к другу под различными углами.

При приложении к асбестоцементному телу растягивающей (или изгибающей) нагрузки волокна асбеста нагружаются неравномерно: те из них, направление которых совпадает с направлением напряжений, возникающих в асбестоцементном изделии под действием нагрузки, будут разорваны, когда эта нагрузка возрастет, первыми. Следовательно, при воздействии ударной нагрузки, близкой по величине к разрушающей, значительная часть волокон асбеста будет разорвана, а цементный камень покроется сетью невидимых для глаза микротрещин. Однако целостность изделие сохранит, так как будет связано сохранившимися волокнами, направленность которых составляет некоторый угол с направлением вызванных ударной нагрузкой напряжений. Чем ближе величина ударной нагрузки к разрушающей, тем больше будет этот угол, тем большая часть волокон асбеста будет разорвана, а следовательно, тем в меньшей степени сохранит изделие свою начальную прочность. Поэтому при транспортировании, разгрузке и монтаже всех видов асбестоцементных изделий необходимо оберегать их от ударов и не бросать их.

Сопротивляемость асбестоцементных изделий ударным нагрузкам определяют на маятниковом копре. Для этого из испытываемых изделий вырезают плоские призматические образцы.

В НИИАсбестцементе (Г. С. Блох) ударную вязкость определяли на копре МК-0,5. Эти исследования привели его к следующим выводам.

С увеличением влажности асбестоцемента его ударная вязкость возрастает, что можно объяснить повышением его деформативности. С достаточной для практического использования точностью эта зависимость выражается следующей формулой:

где Rуд — величина ударной вязкости сухого асбестоцемента;
ω — влажность испытываемого образца, выраженная в %.

С возрастанием влажности увеличивается также и коэффициент однородности ударной вязкости асбестоцемента. Поэтому целесообразно асбестоцементные образцы перед их испытанием на ударную вязкость выдерживать около суток в воде.

С увеличением возраста прочность асбестоцемента при растяжении, изгибе и сжатии возрастает, а деформативность снижается за счет кристаллизации геля гидратированного цемента. В результате ударная вязкость асбестоцемента с увеличением его возраста несколько снижается. Например, за 360 суток ударная вязкость снизилась на 9% по сравнению с величиной ударной вязкости в 28-суточном возрасте.

Для характеристик величины ударной вязкости асбестоцемента (как материала) независимо от толщины его образцов, испытываемых на маятниковом копре, следует пользоваться расчетной формулой, предложенной Г. С. Блохом:

где А — работа, затраченная копром на излом образца, выраженная в кг·см;
b — ширина испытываемого образца в см;
h — толщина испытываемого образца в см;
Rуд — ударная вязкость асбестоцемента в кг/см³/2.

Приведенная формула проверена на большом количестве образцов асбестоцемента с толщиной от 5 до 10 мм, что соответствует большинству асбестоцементных листов, применяемых в строительстве, и только при этих толщинах образцов следует ею пользоваться.

Маятниковый копер МК-0,5 имеет два сменных молота № 1 и № 2. Вес первого молота 0,804 кг, второго 0,402 кг. Исследования показали, что при одинаковом угле их зарядки как при первом, так и при втором молоте результаты определений ударной вязкости асбестоцемента существенно не различаются. Угол же зарядки маятника (угол его отклонения от вертикальной линии), как показали исследования, существенно влияет на результат определений. Объясняется это тем, что с возрастанием угла зарядки скорость движения маятника в момент соприкосновения с испытываемым образцом возрастает. В результате увеличивается количество энергии, затрачиваемой на приведение в движение его обломков. Поэтому для получения сопоставимых результатов определения ударной вязкости асбестоцемента необходимо все испытания проводить при одной и той же величине угла зарядки маятника.

Подавляющее количество асбестоцементных листовых изделий вырабатывается в виде волнистых листов. Существенной характеристикой надежности их службы является величина ударной вязкости асбестоцемента, из которого они изготовлены. В связи с этим крайне важно установить, как следует испытывать образцы волнистых листов.

Исследования большого количества образцов различной формы показали, что для характеристики ударной вязкости асбестоцемента в волнистых листах следует вырезать образцы из гребня или впадины волнистого листа и устанавливать их на маятниковом копре вогнутостью в сторону молота. Ударную вязкость в этом случае рассчитывают по той же формуле, которая приведена для расчета ударной вязкости плоских образцов.