Применение слоистого полупроводникового кристалла селенида индия в качестве тензодатчика при исследовании деформации твердеющей смеси

 

Использование1 мразрушающий гинтроля процессов твердения смесей, нс.пр1«- мер, бетонных смесей, цементных растворов и т.д. в ходе их формирования. Сущность изобретения: монокристаллы селелида индия помешают в твердеющую смесь и измерро. зависимость относительного измечен /ч сопроти тения во времени, по которой судят о процессах, происхс смщих при за верцев,.чии смеси. 2 ил.

СОЮЗ СОВ ТСКИХ соци.1»Г! ис ически)!

РЕСГГ: ."ИК

1758511 А1,s)ps G 01 М i1/00

ГосудАРСТБ.. -;ый комитет

vo изоьРетгни м и откРь;тиям пРи гкнт сссР

ОПИСАНИЕ ИЗ БРЕ ГЕ .1 ИЯ

К АВТОРГКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 476294 1 /25 (22) 27."; 1,89 (46) 30.08.92. Бюл. ¹ 32 (71) Черновицкое отделение Института проблем материаловедения АН УССР (72) В. В. Драгомерецкий, 3. Д. Колвалюк, 8, К. Кива и А. И. Середюк (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1303860, кл. G 01 1 9/18, 1986.

Исследование цементных и силикатных бетонов для гранспор-ного GTpo .ëeëücòâý.

1 руды ЛИИЖТ, вып. 330.-Л., 19. i, с. 66, (54) ПРИМЕНЕНИЕ СЛОИСТО,"О ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО КРИСТАЛЛА СЕЛЕИзобретение относится к полупроводниковой датчиковой технике v предназначено для повышения чувствительности к внутренним напряжениям, непрерывного и неразрушающего контроля процессов твердения смеси в ходе их формирования (к примеру бетонных смесей, цементных растворов и т.д,).

Известен способ контроля кинетики твердеющих строительных материалов, включающий измерение потенциала металлического электрода, помещенного в исследуемую массу, Через электрод и исследуемый материал периодически пропускают электрический ток, а потенциал измеряют в перерывах пропускания.

Известен способ определения кинетики структурообразования при твердении вяжущих материалов, включающий размещенные в твердеющую массу пары электродов и измерение сопротивления цепочки электроды - твердеющая смесь в процессе формирования бетона.

НИДА ИНДИЯ В КАЧЕСТВЕ ГЕНЗОДАТ - :!lКА ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ДЕг ОР ЛА Ф|ь", ТВЕРДЕЮЦЕЙ СМЕСИ (57) Использование. н.разрушающий контроля процессов твердения смесей, например, бетонных смесей, цементных растворов и т.д. в ходе их фсрмирования.

СущHocTb изобретения; монокристаллы селенида индия помешают в твердеющую смесь и измеря:о зависимост относительного изменения сопрэти-пения во ьремени, по которой судят о роцессах, происхс гящих при затвердев;-;чии смеси, 2 ил.

Наиболее близким к предлагаемому является метод измерения деформации усадки бетона, в котором в качестве чувствительного элемента использован тензорезистор. При этом изменение сопротивления тензорезистора было связано с процессами деформации в ходе усадки твердеющей смеси, Сущность данного метода заключается в. следующем, Тензодатчик, работающий на горизонтальный изгиб помещают в бетонную смесь. B ходе твердения (т,е, в результате усадки бетона, изменяется величина прогиба тензодатчикг, это в свою очередь влечет изменение,-е метрических размеров тенэозлзмен.: вЂ, что с образится на функциональной зависимос!и .".опротивления во времен" !.

Поскольку в основу работы г редложенного решения положен класс,:ческий тензоэффект, то очевидно, что в рез. n," ;ë:-е

Усддки бетоннОЙ смеси чувствительный элемент (ЧЭ) (тензодатчик) ощущ21ает только деформационные эффекты связанные с

1758511

55 усадкой бетонной смеси и никак не реагирует на процессы происходящие внутри твердеющей массы. Эти изменен»я могут серьезно повлиять на прочностные характеристики бетонного образца, Еще одним серьезным недостатком прототипа является неспособность разделять фазы кристаллизации и замерзания твердеющей массы (т.к. процесс кристаллизации и замерзания носит принципиально-разный характер).

Прело>кенный прототип не позволяет разделить стадии формирования твердеющей смеси.

Цель изобретен 1я — повышение чувствительности при разделении фаз замерзания и схватывания бетонной смеси в процессе непрерывного и неразрушающего контроля путем применения слоистого полупроводникового Kp«cranna InSe. В ходе исследований получена временная зависимость сопротивления электрическому току моноселенида индия помещенного в бетонную массу, При этом высокая чувствительность при разделении фаэ замерзания и схватывания твердеющих смесей достигается за счет использования эффекта, возникающего в результате объемных деформаций ЧЭ, Поскольку, в отличие от прототипа, где сущность способа контроля заключалась в использовании классическоro тензоэффектз. для моноселенида индия, погруженного в -«Deppeþùóþ массу. существенным является всестороннее сжатие, чувствительность к которому в lnSe достигае7 значений -10 - Па что на несколько поряд-7 -1, ков выше чем у кремниевых датчиков, Чувствительность к возникающим деформациям, изгибам в InSe также существенно выше чем в лучших тензорезисторах

10, что также значительно превышает з известные разработки, Это достигается тем, что кристаллическая структура слоистого полупроводника

InSe представляет стопу микрослоев последовательности ...Se-!п-ln-Se..Se-ln-ln-Se....

Причем связь в каждом микрослое преимущественно ковалентная, а ме>кдуслоевая связь имеет вандерваальсовую природу.

При механическом воздействии, в отличие от классиЧеского тензоэффекта в полупроводниках и металлах, в слоистом селени,.:е индия имеет место изменение степени перекрытия волновых функций соседних микрослоев, и поскольку интеграл перекрытия входит в закон дисперсии слоистого кристалла, то изменение сопро-,èeëåíèÿ электрическому току будет гораздо большим, чеь» при тензоэффекте в классическом понимании. Таким образом, при измерении сопротивления ЧЭ используют эффект обьемной барической чувствительности полупроводника InSe, Монокристаллы InSe, âûðàùåííûå по модифицированному методу Бриджменг, были помещены в экспериментальную ячейку, которая заливалась бетонной смесью, Измерение электросопротивления проводилось по мостовой схеме вольтметром В

7 — 34 A, Для исследований процесса отвердевания бетонной массы при разных температурах экспериметральная ячейка была заключена в термокамеру ТК-1. Весь ци1:л испытаний проводился в два этапа, На первом этапе проведены исследования процесса отвердевания вяжущих материалов при температурах 20, 10, 5 С, нз втором — при температурах О, -6, — 12, -20 С.

Пример 1. Для определения температурного отвердевания вяжущей смеси ячейка была помещена в термокамеру ТК-1.

Результаты исследований испытуемой системы (ЧЭ - твердеющая смесь) представлены в графической форме на фиг. 1, В процессе схватывания и отвердевания измерялась зависимость относительного изменения сопротивления Ro/Rr во времени, где Ro- начальное значение сопротивления, Р1 — сопротивление в момент времени t.

Приведенные на фиг. 1 кривые описываются .,: ункциональной зависимостью:

— Bt +Ь .+с

Й +g

О < t < (,,29 сут;

0,3 < t < 1 сут, - ie 3 B., с, cl, у — некоторые коэффициенты, причем -7 С< а < -0,5; 0,3< 6<2; с=- 1;

-0,5» с1(-0,25; 1 1,1.

Представленные на фиг. 1 результа-.ы показывают, что на первом участке (1) происходит процесс cxeaòывания и наб ра прочности, на втором (2) процесс схватывания замедляется, что свидетельствует о на1зле кристаллизации и переход от схватывания к твердению смеси, участок 13) характеризуется продвижением фронта кристаллизации вглубь.

Пример 2. Особый интерес представляют испытания твердеющей смеси при отрицательных температурах. В этой цель1о были проведены исследования испь туемой системы при температурах О, -6, -12, -20" С.

I рафическая зависимость относительного изменения сопротивления ЧЗ приведена на фиг. 2. Связь й„/В1с временем можно описать функцией:

Во/йг= à t - Ь1+ с О< (2,5 сут.

2 где 3, в, с - коэффицие .; ы. прич irt

-0," " - a<-ОЯ", 0,03 . в---О, I ".: с — 1

1758511

Сопоставляя группы кривых на фиг. 1, 2, результаты визуальных наблюдений и применяя метод механического разрушения, приходим -. выводу, что при температурах ниже 0ОС вердение вяжущих материалов 5 пре".раща:-: ся, если только в твердеющую массу не добавлены соли, понижающие точку замерзания воды.

Таким образом, использование в качестве датчика, фиксирующего моменты от- 10 вердевания вяжущих смесей. слоистого полупроводникового кристалла позволило. во-первых, повысить точность определения стадий формирования бетонных смесей в процессе непрерывного и неразрушающего контроля; во-вторых, идентифицировать фазы кристаллизации и замерзания бетонных смесей с различными вяжущими.

Формула изобретения

Применение слоистого полупровсдникового кристалла селенида индия в качестве тензодатчика при исследовании деформации твердеющей смеси по зависимости электропроводности кристалла селенида индия от времени с целью повышения чувствительности при разделении фаз замерзания и схватывания.

1758511

Составитель В,Драгомерецкий

Редактор Л.Пчолинская Техред М,Моргентал Корректор C. Патрушева

Заказ 2994 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 1 3035, Москва, Ж 35. Рауйжкая наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патен.", г, ужгород, улХагарина, 101