Обработка результатов измерений

Министерство образования и науки Российской Федерации

Волгоградский государственный ТЕХНИЧЕСКИй университет

Институт архитектуры и строительства

Кафедра строительных конструкций, оснований и надежности сооружений

Лабораторный практикум по курсу

«Обследование и испытание зданий и сооружений»

Лабораторная работа № 11

«Определение прочности бетона в бетонных и железобетонных
конструкциях с помощью приборов механического действия»

Выполнил студент: Тулупников. А.А

группа: ПГС-13

Волгоград

2018 г.

Цель работы

Целью работы является определение прочности бетона железобетонной конструкции без ее разрушения приборами механического действия.

Общая часть

Прочность является основной физико-механичеекой характеристикой бетона. Во многих случаях определяет несущую способность конструктивных элементов зданий, поэтому методы испытания прочности имеют первостепенное значение при организации контроля качества бетонных и железобетонных конструкций.

Оценка прочностных свойств бетона строящихся сооружений, изготавливаемых или усиливаемых обетонированием конструкций, может быть произведена путем испытания специальных образцов, изготовленных по ГОСТ 10180, с переносом полученных данных на бетон исследуемой конструкции (рис. 1). Однако такой способ контроля имеет ряд существенных недостатков, в основе которых лежит всегда объективно существующие различие свойств бетона, образца и конструкции, хотя и выполненных из одной и той же исходной бетонной смеси.

Методы испытания бетона непосредственно в исследуемых конструкциях позволяют оценить величину R как в процессе строительства, так и на стадии эксплуатации сооружений. Эти многочисленные приемы косвенного контроля прочности основаны на местном разрушении бетона, либо на определении его упругих или пластических свойств.

Извлечение из затвердевшего бетона образцов правильной (керны) и неправильной формы с последующим механическим испытанием образцом по ГОСТ 10180, в промышленном и гражданском строительстве применяется относительно редко, основная область использования такой методики – гидротехническое и дорожное строительство. При этом особое внимание уделяется сохранению исходной структуры материала и сведению к минимуму количества возникающих в ней микро- и макроразрушений, для чего подбирается режим резания, регулируются температурный и влажностный режимы бетона и т.д.

Метод упругого отскока широко известен в практике определения твердости металлов. Принципиальная суть этого метода заключается в следующем. Пусть на некотором расстоянии от поверхности исследуемого материала находится ударник, обладающий начальной потенциальной энергией В самом простом случае это может быть энергия растянутой пружины. Предоставим теперь ударнику возможность взаимодействовать с материалом, т.е. нанести удар по поверхности материала. Потенциальная энергия ударника преобразуется в кинетическую энергию , идущую на упругое или упругопластическое деформирование материала и сообщение ударнику кинетической энергии отскока после взаимодействия. Ударник отскакивает на некоторою высоту над поверхностью контролируемого материала, приобретая потенциальную энергию после взаимодействия. Очевидно, что соотношение и позволяет судить о величине части энергии, израсходованной на деформирование материала, и тем самым, о его упругопластических свойствах. В практике проведения испытаний обычно ограничиваются измерением , связывая в дальнейшем ее величину с твердостью или прочностью материала.

В частности, метод контроля по ГОСТ 22690 основан на зависимости между и высотой отскока бойка от ударника, прижатого к бетону. В настоящее время метод упругого отскока реализуется в строительстве с помощью молотков (склерометров) Шмидта, прибора КМ, маятникового прибора В.В. Царицына и др.

Метод пластической деформации основан на взаимосвязи между и размерами отпечатка на бетонной поверхности конструкции при вдавливании в нее индентора (штампа) под действием статической или динамической нагрузки . В качестве индентора обычно применяют стальные шарики определнного диаметра , образующие на поверхности

Рис. 1. Наиболее употребительные методы контроля прочности бетона

бетона сферические отпечатки диаметром и глубиной (рис. 2а). Наиболее часто измерят величину .

Вдавливание штампа может производиться при и . Первый способ нагружения используется в ГОСТ 22690 и реализуется с помощью дисковых приборов ДПГ, пружинных молотков ПМ и КМ, приборов типа «штамп НИИЖБа» и др. Для определения прочности бетона исследуемой конструкции используют однозначные зависимости , устанавливаемые экспериментально дли каждых конкретных условий испытания ( , ). Характерный вид такой зависимости для прибора ПМ-2 представлен на рис. 6.

В случае после действия нагрузки измеряют размер отпечатков (рис. 2б) как на исследуемой поверхности ( ), так и на каком-либо эталоне ( ) с известной твердостью, и величину определяют в зависимости от отношения размеров отпечатков по заранее установленным эмпирическим зависимостям . Такая методика регламентируется ГОСТ 22690 и реализуется с помощью эталонного молотка Н.П. Кашкарова.

Методы контроля прочности бетона на основе оценки его упругих или пластических свойств принципиально просты, легко осуществимы на практике, приборы несложны по устройству и технике обращения с ними.

В то же время точность определения невысока и реально составляет 15-20%. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, речь идет о методе контроля прочности бетона, а на самом деле измеряется твердость растворной составляющей, поэтому простые, на первый взгляд, зависимости фактически представляют собой сложные многопараметровые связи вида « ». Во-вторых, эти связи носят статистический характер, на них влияет и конкретный состав раствора, и состояние поверхностного слоя исследуемой конструкции, и климатические параметры окружающей среды в процессе испытания. В приборах, использующих условие , весьма сложно обеспечить постоянство во времени силы удара из-за ослабления рабочей пружины, изменения сил трения в движущихся частях приборов ввиду их износа и т.д.

Метод испытания бетона по ГОСТ 22690 основан на определении по усилия , необходимого для отрыва и скалывания куска бетона из исследуемой конструкции. Для осуществления метода в теле бетона устанавливают анкерное устройство, которое затем выдергивают с помощью, например, гидравлического пресса-насоса. При этом за счет отрыва со скалыванием вместе с анкерным устройством отделяется часть (кусок) бетона. Измеряют усилие вырыва и по зависимости вычисляют искомую прочность бетона. Анкерные устройства устанавливают в конструкцию до бетонирования или в специально просверленные отверстия-шпуры в готовые конструкции.

Так же как и другие неразрушающие методы, данный метод использует зависимость «косвенная характеристика – прочность». Однако связь « »более тесная и меньше зависит от влияния различных факторов, чем при использовании других косвенных характеристик, поэтому возможно использование заранее нормированных зависимостей (с учетом различных факторов) без построения их для каждого исследуемого бетона. Это обеспечивает повышение точности определения до ± 5-8% и делает пригодным метод отрыва со скалыванием для экспертного контроля. Очевидно, что повышение точности и надежности измерений с помощью описываемого метода сопряжено с большей трудоемкостью испытаний за счет установки анкерных устройств и последующей заделки мест испытаний.

Приборы и принадлежности

Контролируемая железобетонная конструкция (куб), прибор ПМ-2, молоток Кашкарова, эталонный стержень, слесарный молоток, электронный склерометр ИПС-МГ4, угловой масштаб, листы белой и копировальной бумаги, линейка, штангенциркуль.

Прибор ПМ-2 (рис. 3) представляет собой ударный механизм с двумя пружинами (возвратной 9 и рабочей 4), помешенной внутри дюралевого корпуса 6. Перемещающийся внутри корпуса по штоку 5 боек 7 соединен рабочей пружиной 4 с неподвижной относительно корпуса втулкой 3. Шток 5 бойка 7 переходит в ударник 2, на лопус которого находится стальной шарик (индентор) 1 диаметром 17,46 мм.

Рис. 2. Схемы испытаний бетона методом пластической деформации

При упоре прибора в поверхность исследуемой конструкции и плавном нажатии на заднюю крышку 11 корпус прибора перемещается вниз относительно штока с ударником, растягивая рабочую пружину 4 и сжимая возвратную 9. Растяжение рабочей пружины происходит до тех пор, пока защелка 8 не войдет, в контакт с коническим упорным регулировочным винтом 10. При этом защелка выходит из зацепления с бойком 7, который под действием энергии растянутой рабочей пружины 4, бьет по ударнику 2. От удара индентор 1 оставляет на бетонной поверхности отпечаток. При прекращении надавливания на заднюю крышку 11 корпус прибора под действием возвратной пружины 9 поднимается вверх и механизм возвращается в исходное состояние.

Эталонный молоток Н.П. Кашкарова (рис. 4) снабжен стальным шариком 2 диаметром 15,88 мм твердостью не менее НРС 60 и параметром шероховатости поверхности P_а 0,32 мкм. В стакане 4 молотка между головкой 7 и шариком 2 имеется отверстие, в которое вставляют эталонный стержень 3. В качестве последнего использует заостренные с одного конца (для удобства введения в отверстие) стержни Ø12 мм, длиной 10-15 см из круглой прутковой стали ВСт3сп2 или ВСт3пс2 с временным сопротивлением разрыву 42-46 кгс/мм².

Склерометр ИПС-МГ4 предназначен для измерения прочности бетона методом ударного импульса по ГОСТ 22690. Он состоит из выносного преобразователя и электронного блока. Корпус преобразователя пистолетного типа прижимается тремя шаровыми опорами к бетонной поверхности испытуемой конструкции. Боек преобразователя со стальным шариком-индентором на конце находится во взведенном с помощью специального рычага положении. При нажатии на курок энергия сжатой пружины толкает боек, шарик которого ударяет по поверхности бетона и отскакиваетю При этом косвенная характеристика бетона оценивается по параметрам сигнала, поступающего от катушки, закрепленной на бойке.

Прибор имеет встроенную память для хранения результатов испытаний и возможность передачи накопленных данных на кмпьютер для последующей их обработки.

Рис. 3. Принципиальное устройство прибора ПМ-2

а) прибор в исходном состоянии; б) прибор во время нанесения удара;

1 – шарик (индентор); 2 – ударник; 3 – втулка; 4 – рабочая пружина; 5 – шток; 6 – корпус; 7 – боек; 8 – защелка; 9 – возвратная пружина; 10 – упорный винт; 11 – задняя крышка.

Рис. 4. Эталонный молоток Н.П. Кашкарова с эталонным стержнем

1 – испытываемый бетон; 2 – индентор (шарик); 3 – эталонный стержень; 4 – стакан; 5 – пружина; 6 – корпус; 7 – головка.

Порядок выполнения работы

4.1. Визуально освидетельствовать участок конструкции, подлежащий контролю (указывается преподавателем).

4.2. Произвести испытание конструкции с помощью прибора ПМ-2. Для этого упереть прибор в исследуемую конструкцию перпендикулярно ее поверхности в пределах указанного участка и плавно нажимать на заднюю крышку до тех пор, пока не будет нанесен механический удар[1] по поверхности бетона. Пронумеровать отпечаток, затем переставить прибор, на новое место и нанести другой отпечаток, и т.д. Количество испытаний должно быть не менее 10, а расстояние между отпечатками – не менее 30 мм. С помощью углового масштаба измерить диаметры всех отпечатков с погрешностью не более ± 0,1 мм. Результаты измерений занести в таблицу 2.

4.3. Произвести испытание конструкции с помощью молотка Кашкарова. Вставить в прибор эталонный стержень таким образом, чтобы последующие отпечатки d_э наносились бы по одной образующей цилиндрической поверхности стержня, номер которой, указывает лаборант. Молоток установить на поверхность конструкции в пределах указанного участка и нанести слесарным молотком удар по головке прибора. Головка эталонного молотка, должна быть расположена перпендикулярно к бетонной поверхности. Пронумеровать отпечаток на бетоне, эталонный стержень передвинуть в стакане молотка, затем переставить прибор на новое место и нанести другой удар, и т.д. Количество испытаний должно быть не менее 10, расстояние между центрами соседних отпечатков d_э на эталонном стержне должны быть 10 мм, на поверхности бетона расстояние между отпечатками d_б должно быть ≥ 30 мм. Сила удара должна быть такова, чтобы обеспечивалось получение отпечатка на бетоне размером 0,3-0,7 диаметра шарика и наибольшего размера отпечатка на эталоне не менее 2,5 мм. Измерения d_э выполнить с помощью углового масштаба с погрешностью не более ± 0,1 мм. Результаты всех измерений занести в таблицу 2.

4.4. Произвести испытание конструкции с помощью прибора ИПС-МГ4. Для этого подключить преобразователь к разъему электронного блока и включить питание прибора. При этом прибор переходит в режим измерений с введенными ранее (до выключения питания) установками (градуировочная зависимость, направление удара бойка, режим ТВО и возраст бетона, коэффициент совпадения Кс). При необходимости скорректировать текущие установки. Взвести рычаг бойка до щелчка и прижать его опоры к поверхности бетонного образца. Усилие прижатия должно быть таким, чтобы в момент нажатия на спусковой крючок и удара бойка по поверхности бетона не происходило отрыва опорных точек под действием реактивной силы. После удара бойка на экране прибора высвечивается текущее значение прочности бетона. Переместить преобразователь на расстояние 2-3 см и повторить испытания до завершения цикла (обычно из 10-15 ударов), по окончании которого производится математическая обработка результатов испытаний и на экране высвечивается средненное значение прочности бетона на участке. Математическая обработка результатов, производимая микропроцессором прибора, включает: усреднение результатов измерений, отбраковку промежуточных результатов с отклонением более 10% от среднего значения прочности на участке, усреднение оставшихся после отбраковки результатов. Зафиксировать показания прибора в протоколе лабораторной работы.

Обработка результатов измерений

5.1. Контроль прочности бетона с помощью прибора ПМ-2:

– установить наличие аномальных результатов испытания в полученной совокупности d_б1, d_б2, ... d_б_n, для чего определить среднее арифметическое значение диаметра отпечатка

, [мм]

где – число измеренных диаметров отпечатков. Найти все значения отклонений . Вычислить среднее квадратичное отклонение

. [мм]

Результат испытания признать аномальным, если величина

превышает допустимое значение , приведенное в таблице 1.

Очевидно, что проверку аномальности отдельных результатов следует начинать с максимального отклонения;

Таблица 1

Количество измерений	3	4	5	6	7	8	9	10
	1,74	1,94	2,08	2,18	2,27	2,33	2,39	2,44

– при отсутствии аномальных результатов окончательное среднее арифметическое значение диаметра отпечатка принять равным . При наличии аномальных результатов их следует исключить из рассмотрения и повторить все вышеприведенные вычисления для совокупности оставшихся результатов;

– используя зависимость вида представленную на рис. 6 или по формуле , по найденной величине установить прочность бетона .

5.2. Контроль прочности бетона с помощью молотка Кашкарова:

– установить наличие аномальных результатов испытания в полученной совокупности отношений d_б1/d_э1, d_б2/d_э2, ... d_б_n/d_э_n (аналогично п. 5.1);

– используя зависимость вида , представленную рис. 7 или по формуле по величине найденного отношения m=d_б/d_э установить прочность бетона .

Сопоставить значения , и , сделать вывод о сходимости результатов, указать возможные причины расхождений, дать оценку точности контроля прочности бетона приборами механического действия. Изложить свои соображения о методике ведения испытаний, особо остановиться на негативных ее сторонах.

Таблица 2

№ исп.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Испытания прибором ПМ-2
d_б, мм
Испытания молотком Кашкарова
d_б, мм
d_э, мм
d_б/ d_э

, мПа (кгс/см²)

Рис. 5. График R ~ d_б /d_э для молотка Кашкарова

Прочность бетона на осевое сжатие R, кгс/см²

Рис. 6. Зависимость

для тяжелых бетонов средней прочности (ПМ-2)

Прочность бетона на осевое сжатие R, кгс/см²

Рис. 7. Зависимость вида

для тяжелых бетонов средней прочности (Молоток Кашкарова)

, где

[1] для облегчения последующего измерения диаметров отпечатков удар по бетону может наноситься через листы копированной и белой бумаги (лист копирки красящей стороной вниз – лист белой бумаги – поверхность бетона)

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 874; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!