全拋釉磚單軸加載破壞聲發射試驗研究

龔 慶 賴于樹 浦 蓉 重慶三峽學院電子與信息工程學院 重慶萬州 404100

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全拋釉磚單軸加載破壞聲發射試驗研究

龔 慶 賴于樹 浦 蓉 重慶三峽學院電子與信息工程學院 重慶萬州 404100

【文章摘要】

為尋找更有效的全拋釉磚質量檢測依據，對全拋釉磚提出更好的設計和使用方案，因此開展全拋釉磚單軸加載破壞全過程聲發射試驗。通過SAEU2S型數字聲發射采集系統直接采集破壞全過程聲發射信號波形，通過對不同狀態下不同質量的全拋釉磚的振鈴計數和能量分析處理，發現聲發射信號產生的快慢、強弱及其變化過程與全拋釉磚的試驗狀態和質量有密切關系，并從聲發射信號裂紋擴展角度闡釋全拋釉磚破壞基理。

【關鍵詞】

全拋釉磚；聲發射；單軸加載；破壞基理

引言

全拋釉磚是通過拋光仿古磚表面的一種特殊配方釉而形成的一種瓷磚，釉面光滑亮潔、圖案豐富、色彩厚重炫麗、層次感好、使用壽命長，結合了拋光磚和仿古磚的優點，可以適用于室內地面、內墻鋪貼，也可以適用于外墻裝飾，應用場合廣泛。

近年來，聲發射技術運用廣泛，但關于全拋釉在破壞過程中聲發射特性的研究還沒有，更多的是對全拋釉材料的研究、工藝探討和發展前景的論述。因此，本試驗利用聲發射技術研究全拋釉磚試樣在加載過程中的聲發射活動規律，闡述全拋釉磚的變形破壞基理，從而尋找到全拋釉磚的質量檢測依據，對全拋釉磚提出更好的設計和使用方案。

1　試驗方案及聲發射信號采集

1.1試驗設備及裝置

試驗采用WES-1000B型微機數顯巖石力學試驗機及SAEU2S型數字聲發射采集系統兩套裝置。該型巖石力學試驗機可輸入最大壓力1000KN，能實現恒位移速度控制。SAEU2S型聲發射系統采用USB2.0實現高速數據傳輸，可解決實時高速多通道聲發射信號波形數據傳輸存儲瓶頸問題。加載過程中全拋釉磚試樣內所產生的聲發射信號首先通過固定在上面的傳感器獲得（傳感器與試樣之間用耦合劑耦合），信號經前置放大器放大后轉送到聲發射信號處理器，形成聲發射事件、振鈴、能量、延續時間等參數，然后傳送給計算機。

1.2試驗內容

對全拋釉磚加載開始后，全拋釉磚聲發射和變形信號出現的快慢、強弱及變化過程，與全拋釉磚內部結構和裂隙發展有密切關系，而加載速率及其恒定程度直接影響全拋釉磚內部裂隙發展及載荷測定。本試驗采用加載速率均勻且測試精度較高的1000KN液壓材料試驗機，試驗采用軸向應力控制，加載速度保持在0.2KN/S。試驗中使用兩組質量不同的全拋釉磚（先從價格和外觀上判斷磚的好壞），分別記為Ⅰ和Ⅱ組，Ⅰ組為質量好的磚，Ⅱ組為質量差的磚。每組的全拋釉磚在兩種狀態下受力，狀態一是對全拋釉磚試樣沉重即均勻受力（地磚放平，對它施加一個均勻的壓力），研究地磚表層釉的破壞基理；狀態二是對全拋釉磚試樣的一部分懸空，研究它在均勻受力時地磚表層的釉的破壞基理。分別記為Ⅰ組1質量好的全拋釉磚均勻受力，Ⅰ組2質量好的全拋釉磚懸空受力，Ⅱ組1質量差的全拋釉磚均勻受力，Ⅱ組2質量差的全拋釉磚懸空受力。全拋釉磚規格都是300×300mm。

1.3聲發射參數的選取

對比和參照巖石聲發射參數的選取，在本研究的測試和分析中，分別采用聲發射率（NR）和能率（ER）兩個參數。并定義能率為信號幅度的平方，能率是反映巖石聲發射信號能量的參數。超過增益門值的脈沖狀信號稱為振鈴。在實驗過程中測得的振鈴數稱為累計振鈴計數，即通常所指的聲發射計數（AE），本實驗設定的增益門值為40dB。

本試驗所用傳感器為SR800型聲發射傳感器，4個傳感器布置在釉面的四個直角，采用4通道同步采集。 用聲發射專用耦合劑將傳感器粘貼于試件表面，且通過斷鉛（HB 0.5mm）實驗檢。

圖1　I組和II組的振鈴計數（X軸：到達時間［s］，Y軸：振鈴計數*10^3）

查傳感器的耦合情況。通過合理設置SAEU2S系統參數，最大限度降低噪聲影響，濾波設為直通，波擊鑒別事件（HDT，為確定Hit信號終點而設的等待時間間隔）設為300μs，波擊閉鎖事件（HLT，為避免反射波或遲到波干擾而設的關閉測量電路時間間隔）設定為2000μs，根據多次實驗的結果，采樣頻率設為1025kHz。經多次試驗該設置可有效排除外部撞擊、摩擦等機械噪聲。試驗數據收集了波形圖和參數表。

1.4試驗結果與數據

Ⅰ組實驗過程中液壓試驗機最大負荷為13.1KN；變形/位移0.01——0.60mm。Ⅱ組試驗過程中液壓試驗機最大負荷為13.9KN；變形/位移0.01——0.33mm。

2　試驗數據分析

實驗的2組全拋釉磚試樣，大部分磚變形的特點和巖石或者混凝土大體相近，都是經歷初始壓密、彈性、塑性和最后破壞4個階段。但全拋釉磚是脆性材料體積小厚度薄，試樣初始壓密和彈性變形階段不明顯。我們所做的2組全拋釉試樣加載初期就有AE活動，小事件數較多，振鈴計數小，能量小。反映了在試件微裂隙閉合過程中，裂縫粗糙面的擠壓破壞產生的聲發射，但能量較小，且具有較大的波動性。2組的不同點在于：質量好的磚最大振鈴計數均勻受力大約是懸空受力的2倍，釋放的最大能量差不多，受力均勻全拋釉磚內部裂隙擴展多，振鈴計數大；懸空時磚體受力不均勻，中心受力較大，直接出現貫穿性裂縫，且內部裂隙擴展少，振鈴計數小見圖1（b）；同時質量好的磚磚體內部密度均勻，釋放的能量差不多，見圖1（a）、（b）和圖2（a）、（b）。質量差的磚最大振鈴計數懸空受力大約是均勻受力的2倍，釋放的最大能量均勻受力大于懸空受力，質量差的磚磚體內部密度不均勻，懸空受力時，出現貫穿性裂隙，振鈴計數大，沉重時，磚體受力均勻，但磚體內部密度不均勻，內部出現的裂隙多，釋放的能量大，見圖1（c）、（d）和圖2（c）、（d）。

從2組實驗中可以看出振鈴計數和能量有很好的對應關系，振鈴計數大的，釋放的能量就多。隨著荷載的逐步增加，不論沉重還是懸空，初始壓密階段和彈性階段都不明顯，但因全拋釉磚試樣內部局部閉合裂紋表面會發生相對滑動，在實驗過程中可檢測到較低的聲發射現象。同時，質量好的磚現象更明顯，沉重比懸空現象明顯。繼續加載，試樣中裂紋之間的相互作用加劇，某些裂紋發生聚合、貫通，導致全拋釉磚斷裂面形成，聲發射很活躍，釋放的能量在破壞時達到最大值，沉重比懸空持續時間長一點，但在最后破壞階段懸空的全拋釉磚局部破壞現象更明顯。

由以上實驗分析可見，2組全拋釉磚試樣聲發射信號產生的快慢、強弱及其變化過程與磚體的內部密度和縫隙的發展有密切關系。沉重時質量好的全拋釉磚最大振鈴計數比質量差的磚大，釋放的最大能量差不多，見圖1（a）、（c）和圖2（a）、（c）；懸空時，質量差的磚最大振鈴計數比質量好的磚大，釋放的最大能量質量好的磚大于質量差的磚，見圖1（b）、（d）和圖2（b）、（d）。同時，全拋釉磚放置不平穩，聲發射顯著增加出現得越早。

圖2　I組和II組的能量（X軸：到達時間［s］，Y軸：能量*10^5）

3　結論

對2組全拋釉磚進行了單軸壓縮實驗。實驗結果表明：

（1） 2組全拋釉磚的聲發射活動規律大體相同。

（2）在單軸壓縮試驗下，加載早期就有聲發射活動，隨著載荷的增加，試件直接進入塑性形變階段；臨近破壞時，聲發射活動大量增加。

（3）全拋釉磚放置不平穩或懸空時，聲發射活動顯著增加出現得越早，對更好的設計和使用全拋釉磚有一定理論指導作用。

（4）均勻受力時質量好的全拋釉磚最大振鈴計數比質量差的磚大，釋放的最大能量差不多；懸空時，質量差的磚最大振鈴計數比質量好的磚大，釋放的最大能量質量好的磚大于質量差的磚，可以作為全拋釉磚的質量檢測依據和研究全拋釉磚材料和性能的一個參考。

【參考文獻】

［1］賴于樹，熊燕，程龍飛.受載混凝土破壞全過程聲發射信號頻帶能量特征［J］.振動與沖擊，2014，10（33）：176-182

［2］ 吳永勝，余賢斌.單軸壓縮條件下巖石聲發射特性的實驗研究［M］.金屬礦山，2008（10）：25-28

［3］呂森鵬，陳衛忠，賈善坡，等.脆性巖石破壞試驗研究［C］巖石力學與工程學報，2009，5（28）：2772-2777

［4］王迪，王永強.瓷質釉面拋光磚的表面硬度及耐磨性改善.廣東建材，2011（10）：84-87

［5］紀洪廣，張天森，張智勇，等.無損檢測中常用聲發射參數的分析與評價［N］無損檢測，2001，7（23）：290-294

［6］杜付成，潘麗敏，李慧文，等.全拋釉瓷質仿古磚斷裂模數影響因素的研究.佛山陶瓷，2013，5（202）：29-30

［7］詹長春，趙達峰，柯美云，等.瓷片全拋釉的工藝技術探討.佛山陶瓷，2012，5 （189）：28-36

［8］陳建忠，盧廣堅，陳華強，王等.超耐磨高硬度全拋釉的制備研究.中國陶瓷，2012，9（9）：39-42

【作者簡介】

通信作者 ：賴于樹（1976- ），教授，碩士生導師，博士， 主要研究聲發射檢測技術及信號處理。