بررسی مقاومت ضربه‌ای کاشی پرسلانی | مقاومت ضربه ای کاشی های پرسلانی، یکی از خصوصیات تکنیکی مهم در این دسته از مواد ساختمانی محسوب می گردد که البته در کاشی های سایز بزرگ و هم چنین با ضخامت کم که امروزه مورد توجه بازار است اهمیت بیشتری دارد.
تست های استاندارد برای بررسی این خصوصیت، استاندارد ایزو ۵-۱۰۵۴۵ است که در این آزمایش از نمونه های کوچک ۷۵ در ۷۵ میلی متری که بر روی بستر سیمانی قرار داده شده است، استفاده می شود و نمونه ها تحت ضربه با قدرت ۰/۲۷ ژول قرار می گیرد.
این روش، اطلاعات مشخصی از نحوه شکست کاشی ناشی از ضربه را در اختیار ما قرار نمی دهد. بدین منظور و برای بررسی موارد مربوط به نحوه شکست کاشی، آزمایشاتی ترتیب داده شد تا شکست کاشی تحت شرایط مختلف ضربه مورد بررسی قرار گیرد.
برای این تست، نمونه هایی از کاشی های پرسلانی بدون لعاب در ابعاد مختلف (۱۲ در ۱۲ سانتی متر، ۲۵ در ۲۵ سانتی متر و ۶۰ در ۶۰ سانتی متر) با ضخامت های ۳/۵، ۵ و ۸ میلی متر بر روی پایه سیمانی قرار داده شد و براساس شرایطی مطابق استاندارد ایزو ۵-۱۰۵۴۵ مورد بررسی قرار گرفت.
استحکام ضربه ای با استفاده از آزمایش سقوط گلوله های فلزی با وزن ۵۰، ۸۰، ۲۰۰ و ۵۰۰ گرم انجام شد که ضربه ای بین ۰/۲ تا ۶ ژول را به سطح کاشی وارد می نماید.
سرعت سقوط این گلوله ها نیز بین ۱/۹ تا ۵/۵ متر بر ثانیه می باشد. تاثیر سقوط گلوله ها با مشاهده ترکهای شعاعی، متحدالمرکز و … مورد بررسی قرار گرفت.
برای تاثیر آسیب ناشی از ضربه با اندازه گیری قطر حلقه های ایجاد شده ناشی از ضربه های وارد شده بر کاشی، تعداد، طول و سطح ترکهای شعاعی و مخروطی شکل مورد بررسی قرار گرفت.
رابطه خطی بین انرژی وارد بر سطح کاشی ناشی از ضربه گلوله ها و طول ترک و سطح آن وجود دارد به طوری که قطر حلقه ترک و تعداد ترک ایجاد شده از قوانین معادلات درجه دو پیروی می نماید.
طول ترک وابستگی به ضخامت کاشی دارد ولی اندازه نمونه نیز می تواند بر روی خصوصیات مکانیکی آن و رفتار نمونه براثر ضربه تاثیرگذار باشد. بدین منظور یک مقیاس هفت مرحله ای برای بررسی و توضیح بهتر رفتار نمونه ترسیم شد تا بتوان نوع و روش صحیح را برای انواع کاشی در هنگام بررسی تست ضربه بدست آورد.
مقدمه ای برای استحکام کاشی:
بررسی استحکام کاشی موضوع بسیار مهمی است که مخصوصا در هنگامی که با کاشی های سایز بزرگ و یا کاشی های با ضخامت کم سر و کار داریم نمود بیشتری می یابد ولی مطالعات کافی در این زمینه هنوز انجام نشده است و استانداردسازی برای تست های مربوطه نهایی نشده است.
مطالعاتی در این زمینه توسط Silva بر روی رفتار مکانیکی کاشی ها تحت ضربات مکانیکی انجام شده است که نتایج نهایی آن حاکی از این موضوع است که مکانیزم شکست پیزوپلاستیک و Hertzian وابسته به لایه های تشکیل دهنده کاشی و جنس آن و رفتار ماده در مقابل ضربه می باشد.
همچنین متغیرهای تاثیر گذار بر روی تخریب سطح کاشی براثر ضربه، به هندسه جسم ضربه زننده و هم چنین خود کاشی، سرعت برخورد جسم با کاشی در هنگام ضربه و … بستگی دارد.
هم چنین در تحقیقات دیگر انجام شده توسط Cantavella این نتیجه گیری حاصل شد که پارامترهای محدودی بر روی رفتار کاشی و سرامیک در هنگام ضربه تاثیر گذارند و می توان فرایند ضربه را به صورت یک فرایند شبه تعادلی تعریف کرد که در آن کاشی تحت تنش زیادی به هنگام ضربه قرار می گیرد که بیشتر این میزان تنش در نزدیکی محل ضربه جسم بر روی کاشی ایجاد می گردد.
بدنه کاشی نقش بسیار مهمی در بحث مربوط به خصوصیات مربوط به مقاومت نسبت به ضربه کاشی را به عهده دارد و نقش لایه لعاب و طبیعت شکننده آن تاثیر کمتری دارد.
بدنه های کاشی با مدول الاستیسیته بالاتر در هنگام مواجه شدن با ضربه خصوصیات بهتری از خود به نمایش می گذارند که به عنوان بدنه های پرسلانی استنور خصوصیات بهتری از نظر مقاومت به ضربه نسبت به کاشی های استنور نشان میدهند.
آزمایش های استاندارد برای کاشی براساس استاندارد ایزو ۵-۱۰۵۴۵ با نمونه های در ابعاد ۷۵ در ۷۵ میلی متر که بر روی پایه س یمانی متصل شده اند می باشد که با ضربه هایی در حدود ۰/۲۷ ژول این تست انجام می گیرد.
این تست جزو تستهای غیر مخرب محسوب شده و بسیار به نحوه اتصال کاشی با سطح زیرین آن وابسته است و البته استحکام ضرب های کاشی را نشان نمی دهد. با استفاده از این تست استاندارد نمی توان اطلاعات مفیدی از نحوه شکست کاشی در زیر تست ضربه حاصل نمود.
به همین دلیل برای پر کردن خلا اطلاعاتی که در این تست وجود دارد، این آزمایشات صورت پذیرفت تا بتوان مراحل شکست کاشی براثر شرایط مختلف ضربه وارد شده بر روی کاشی را مورد بررسی قرار داد و رابطه ای بین مشخصات کاشی و انرژی ای که بر روی سطح کاشی براثر ضربه وارد می شود برقرار نمود.
کارهای تجربی:
برای انجام آزمایشات در این زمینه سه نمونه از کاشی های استنور پرسلانی بدون العاب باضخامت های مختلف ۳/۵، ۵ و ۸ میلی متر انتخاب شد.
این نمونه ها در ابعادهای مختلف ۱۲ در ۱۲ سانتی متر، ۲۵ در ۲۵ سانتی متر و ۶۰ در ۶۰ سانتی متر برش زده شدند و بر روی یک پایه سیمانی مطابق استاندارد ایزو ۵-۱۰۵۴۵ متصل شدند.
رفتار نمونه ها براثر ضربه ناشی از سقوط گلوله دایره ای شکل فلزی با وزن های مختلف ۵۰، ۸۰، ۲۰۰ و ۵۰۰ گرم بر روی سطح کاشی براساس استاندارد ایزو ۱۰۵۴۵-۵ مورد بررسی قرار گرفت.
قطر این گلوله ها بین ۱۰ تا ۵۰ میلی متر در نظر گرفته شد و ارتفاع سقوط گلوله ها نیز بین ۳۸ تا ۱۳۵ سانتی متر در نظر گرفته شد و در نتیجه انرژی وارد شده بر روی سطح کاشی بین ۲/۰ تا ۶ ژول در این آزمایش می باشد.
سرعت گلوله ها در هنگام برخورد با سطح کاشی نیز بین ۱/۹ تا ۵/۵ متر بر ثانیه بسته به نوع گلوله و اندازه آن متغیر می باشد.
بعد از ضربه نیز مشخصات کاشی از نظر قطر حلقه ایجاد شده ناشی از ضربه و همچنین ریزساختار داخلی کاشی و ریز شکست های درونی در مناطق ضربه از نظر تعداد و طول ترک های ایجاد شده به صورت شعاعی و مخروطی مورد بررسی قرار گرفت که در شکل ۱ نشان داده شده است.
سطح جدید تشکیل شده براثر ضربه براساس طول ترکها با فرض عمق سه میلی متری مورد بررسی قرار گرفت. ضریب سختی Roesler یا (۲/۳P/R) باتوجه به شیب انرژی ضربه و نسبت شعاع اثر ضربه بر حسب میلی متر مورد بررسی قرار گرفت (۳/۲ R).
بحث و نتیجه گیری:
سه نمونه کاشی استنور پرسلانی برای بررسی مشخصات ضریب شکست با ضخامت ۵/۳ میلی متر، ۵ میلی متر و هشت میلی متر مورد بررسی قرار گرفت. برای این گروه از کاشیها استاندارد مشخصی همانند استانداردهای ایزو ۱۳۰۰۶ و یا ۱۴۴۱۱ EN وجود ندارد.
میزان آسیب براثر شدت ضربه افزایش می یابد و براساس مشاهدات بدست آمده از قسمت های ضربه خورده در نمونه ها، هفت طبقه بندی برای تاثیر ضربه بر روی سطح کاشی می توان در نظر گرفت که در شکل ۲ نشان داده شده است.
هنگامی که انرژی ضربه وارد شده بر روی سطح کاشی کم است ( به عنوان مثال ۰/۳ ژول)، گلوله می تواند بر روی سطح کاشی یک حلقه کوچک ایجاد کند و تاثیر چندانی بر روی لایه های زیرین سطح کاشی برجای نگذارد.
در مرحله بعدی حلقه دایره ای تشکیل می شود و ترک های ریزی در لبه های آن ایجاد می شود (کلاس ۲). در ادامه شاهد ایجاد ترک های شعاعی کوچک خواهیم بود که معمولا به چهار عدد در اطراف حلقه می رسد (کلاس سه).
با افزایش شدت انرژی ضربه، تعداد و طول ترک های شعاعی افزایش می یابد و شاهد تکه تکه شدن در حلقه هستیم (کلاس ۴).
با افزایش ضرب، شاهد ایجاد اولین حلقه در اطراف محل ضربه خواهیم بود (کلاس ۵) و با افزایش میزان ضربه، تعداد حلقه ها در اطراف محل ضربه بیشتر شده و ترکهای متحدالمرکز ایجاد می گردد (کلاس ۶) که به شکل مخروطی بر روی سطح کاشی ایجاد می گردند.
در نهایت در کلاس ۷ شاهد ایجاد رفتار شبه پلاستیک در س طح کاشی خواهیم بود که در آن حلقه های ناشی از ضربه بزرگ بوده و مناطق داخلی سطح کاشی نیز دارای ریزترک می باشد و ممکن است ترکهای شعاعی کوتاه نیز در این بین مشاهده شود.
هنگامی که انرژی ضربه افزایش می یابد، نوع و کلاس آسیب بر روی سطح کاشی های استنور پرسلانی بسته به تفاوت ضخامت کاشی می تواند متفاوت باشد. طبقه بندی آسیب روی سطح کاشی به صورت خطی برای کاشی های با ضخامت ۸ میلی متر افزایش می یابد.
در مقابل کاشی های با ضخامت ۵ میلی متر، با یک میزان میزان انرژی ضربه ای، شاهد ایجاد آسیب بر روی سطح کاشی، در یک کلاس بالاتر تا ۵ ژول خواهیم بود.
انتظار میرود که کاشی های با ضخامت ۳/۵ میلی متر مستعد آسیب بیش تر باشند، اما این حالت تنها در ضربه های کمتر با انرژی پایین تر مشاهده شد. در ضربه های وارد شده کمتر از ۵ ژول تقریبا می توان این گونه عنوان کرد که کلاس آسیب بر روی سطح کاشی در تمامی نمونه های کاشی مشابه میباشد.
قطر آسیب ایجاد شده بر اثر ضربه بر روی سطح کاشی، با افزایش میزان انرژی ضربه بیشتر می شود. این میزان افزایش در قطر آسیب ایجاد شده بر روی سطح کاشی، برای انرژی های ضعیف تر، سریع تر ایجاد می شود و برای تمامی ابعاد نمونه های کاشی و هم چنین کاشی های با ضخامت های مختلف به صورت مشابه عمل می کند.
هنگامی که انرژی وارد شده بر روی سطح کاشی از یک ژول بیشتر باشد، رفتار نمونه های کاشی بسته به میزان ضخامت و همچنین ابعاد کاشی با یکدیگر متفاوت می شود. شیب قطر اثر ایجاد شده بر روی سطح کاشی ناشی از ضربه در کاشی های با ضخامت کمتر تندتر است.
به عنوان مثال برای ضربه به میزان ۶ ژول، در کاشی های با قطر ۵/۳ میلی متر، اندازه قطر اثر ضربه ۱۲ میلی متر است و برای کاشیهای با ضخامت ۵ میلی متر این میزان ۹ میلی متر بوده و برای کاشی های با ضخامت ۸ میلی متر، به میزان ۸ میلی متر می باشد.
جالب توجه است که این موضوع به سایز و اندازه کاشی نیز وابسته است. به طور مثال برای کاشی های اندازه ۶۰ در ۶۰ سانتی متر این میزان آسیب بیشتر از کاشی های سایز ۲۵ در ۲۵ سانتی متر و ۱۰ در ۱۰ سانتی متر است.
رفتار ضربه وارد شده به سطح کاشی، به صورت خطی به ضخامت کاشی بستگی دارد. همان طور که در ضریب Roesler نشان داده شد در منطقه ای که دارای ترکهای ریز در داخل آن است نیز این موضوع مشخص است.
رفتار نمونه های با ضخامت میلی متر شباهت بیشتری به نمونه ۸ میلی متری دارد و در نمونه ۳/۵ میلی متری افزایش بیشتری در شدت ضریب Roesler و منطقه ای که در آن ترک های زیاد وجود دارد مشاهده می شود.
اگرچه در ضربه های با انرژی پایین تر زیر سه ژول) تقریبا می توان گفت که داده های نمونه ها با یکدیگر هم پوشانی دارد.
با در نظر گرفتن ترکهای شعاعی، یک افزایش غیرخطی در تابع انرژی ضربه ناشی از گلوله بر س طح کاشی مشاهده می شود.
در کاشی های با اندازه ضخامت ۵ و ۸ میلی متر این موضوع بیشتر نمود دارد ولی تعداد ترکها و اندازه آنها و طول نهایی ترکهای شعاعی دارای قطعیتی در نمونه های اندازه گیری شده نیست.
کاشی های نازک دارای تعداد بیشتری از ترکهای شعاعی هستند، حتی در مواقعی که انرژی ضربه گلوله های فلزی کم باشد، همچنین ترک های ایجاد شده در این نمونه ها نیز بزرگ تر بوده و بنابراین هم از نظر تعداد و هم مقدار طول ترک رقم بیشتری را نشان میدهد.
سطح جدید ایجاد شده بر اثر ضربه، با فرض این که عمق ترکهای شعاعی و متحدالمرکز یکسان است، مورد بررسی قرار گرفته است.
با قطعیت نمی توان عنوان کرد ولی سطوح جدید ایجاد شده پس از وارد شدن ضربه بر روی کاشی، در انواع کاشی های استفاده شده در این آزمایش در هنگامی که از انرژی های ضربه ای پایین استفاده میشود، تقریبا مشابه است (انرژی های ضربه ای زیر ۲ ژول).
برای ضربه‌های با انرژی بالاتر، در کاشی های با ضخامت پایین، سطح شکست ایجاد شده نسبت به کاشی های با ضخامت ۵ و ۸ میلی مترعریض تر می باشد.
نتیجه گیری:
کاشی های استنور پرسلانی در مقابل ضربه های متفاوت و با میزان انرژی مختلف که بر روی سطح کاشی وارد میشود رفتار پیچیده ای از خود نشان میدهند.
مقاومت ضربه ای کاشیهای پرسلانی به عواملی چون ضخامت کاشی بستگی دارد ولی این رابطه به صورت خطی نمی باشد ولی برای کاشی های با ضخامت کمتر از ۵ میلی متر میزان آسیب وارد شده به کاشی بیشتر است.
میزان استحکام کاشی نسبت به ضربه هم چنین تحت تاثیر اندازه کاشی نیز قرار دارد. به نظر می رسد که کاشی های با سایز بزرگ تر نسبت به ضربه حساسیت بالاتری دارند که البته این موضوع به میزان شدت ضربه، سرعت برخورد گلوله و اندازه آن نیز بستگی دارد.
همان طور که بیان شد، خواص الاستیک و پیزو پلاستیک می تواند به صورت همزمان بر روی کاشی های استنور پرسلانی تاثیر گذار باشد.
در صورتی که این مطلب برای شما مفید بود برای دوستان خود نیز به اشتراک بگذارید
نظرات ۰