Испытание и контроль бетона. Методы и средства измерений радиального и торцевого биений

В результате удара движущейся массы о поверхность  бетона происходит перераспределение  начальной кинетической энергии  таким образом, что одна ее часть  поглощается бетоном при проявлении пластических деформаций, а другая часть передается ударной массе  в виде реактивной силы, преобразующейся  в кинетическую энергию отскока. Чтобы начальная энергия удара  распределялась таким образом, масса  бетона должна быть бесконечно большой  по сравнению с массой ударника, что должно исключить затрату  энергии на перемещение бетонной массы.

Для определения  прочности бетона с использованием метода отскока наибольшее распространение  получил прибор Шмидта.

Прибор Шмидта

                 Испытание молотком Шмидта

 а - схема молотка, 1- ударник, 2- возвратная пружина,

3- корпус, 4- указатели высоты  отскока бойка,

5- измерительное устройство, 6- пружина, 7- защелка, 

8- спусковая кнопка, 9- шток, 10- боёк, 11- образец бетона;

б-тарировочные кривые, n- показания прибора

 

Известно очень много  приборов, основанных на этом принципе. На

рис. 8, а приведена схема молотка Шмидта. Прижимая боек молотка к бетону, взводят ударник, смещая его в крайнее положение. Затем нажатием на спусковую кнопку освобождают защелку, ударник под действием пружин ударяет по бойку, после чего отскакивает вверх, перемещая одновременно указатель измерительного устройства, которое затормаживается в крайнем верхнем положении, регистрируя высоту отскока. Последняя зависит от упругих свойств бетона. Возвратная пружина обеспечивает перемещение после отскока ударника в первоначальное положение, что важно, если проводят испытания бетона на вертикальных или потолочных поверхностях. Молотки выпускают с разной энергией удара, что позволяет использовать их для различных условий испытания. Молотки с энергией удара 0,736 Дж применяют для контроля качества тонкостенных конструкций и бетона с прочностью менее 10 МПа; 2,207 Дж - для обычных конструкций; 29,43 Дж - для массивных сооружений.

Прочность бетона, определяют по тарировочным кривым (рис. 8, б). Кривые учитывают положение молотка при испытании, так как величина отскока будет в известной мере зависеть от его направления, поскольку на нее в определенной мере влияет сила тяжести. Среднюю величину отскока вычисляют по данным пяти измерений, выполненных на определенном участке поверхности бетона. При этом частные значения не должны отличаться от среднего более чем на ±15%.

Современные приборы Шмидта комплектуются электронно-вычислительным блоком, который запоминает и статистически обрабатывает результаты испытаний.

В России был разработан прибор КМ, действие которого основано на принципе упругого отскока. Но ввиду сложности изготовления он не нашел широкого распространения.

Точность  измерения прочности бетона с  применением метода упругого отскока  значительно выше, чем у метода пластических деформаций, поскольку  в данном случае учитываются упругие  свойства бетона, которые имеют более  тесную связь с прочностью, чем  пластические свойства. Однако в приборах используется сравнительно сложная  механическая система, требующая высокой  точности при изготовлении, бережного  обращения и частого технического обслуживания при эксплуатации. Трущиеся поверхности покрываются пылью, что приводит к увеличению сопротивления  скольжения и изменению показания. В настоящее время разрабатывается  прибор, у которого подвижная масса  перемещается в вакуумной камере.

 

1.4.3.3 Ультразвуковой импульсный метод

Наибольшее распространение получил ультразвуковой импульсный метод (рис. 9, а). По этому методу электронный генератор создает высокочастотные электрические импульсы, которые в специальном излучателе преобразуются в ультразвуковые механические волны. Излучатель плотно прижимается к образцу или изделию, посылая в него ультразвуковые колебания, которые в приемнике вновь преобразуются в электрические. Через усилитель эти колебания подаются на измерительное устройство, где суммируются с сигналом, посылаемым генератором. Измерительное устройство позволяет определить время прохождения ультразвука через образец t. Скорость распространения ультразвука

где t₀ - время прохождения ультразвука при сомкнутых щупах, определяющее задержку сигнала в местах контакта щупов с бетоном; l - база измерения.

Затем по тарировочным зависимостям (рис. 9, б) определяют прочность бетона. Чем плотнее бетон, тем выше его прочность и скорость распространения ультразвука. Так как на прочность бетона и скорость ультразвука изменение его состава, например, содержания и вида щебня, технология изготовления, влажность бетона и другие факторы оказывают различное влияние, то следует стремиться к использованию тарировочных зависимостей, полученных для данных конкретных условий производства.

Испытание бетона ультразвуковым методом:

а – схема испытания: 1 – электронный  генератор высокочастотных импульсов;

2 – излучатель; 3 – образец; 4 –  приемник; 5 – усилитель;

6 – измерительное устройство; 7 –  изображение принятого сигнала; 8 – то же, посланного импульса;

9 – блок питания; б – тарировочные зависимоти: 1 – бетон на гранитном щебне;

2 – бетон на известняковом  щебне; 3 – бетон на гравии

 

1.4.3.4 Метод ударного импульса

Разновидность импульсного  метода - ударный метод, который заключается в том, что по образцу наносят удар или серию ударов ручным или электрическим молотком, возбуждая звуковые волны. В двух звукоприемниках, установленных на разном расстоянии от места удара, преобразуют звуковой импульс в электрический. С помощью регистрирующего электронного устройства определяют время прохождения сигнала между звукоприемниками и затем вычисляют скорость распространения звуковой волны в бетоне. Прочность бетона определяют по соответствующей тарировочной кривой. Ударный метод в отличие от ультразвукового позволяет проводить испытания конструкций большой длины, в частности, мостовых и дорожных.

 

1.4.3.5 Вибрационные методы

Вибрационные методы основаны на измерении частоты собственных колебаний бетонных образцов или изделий и на определении характеристик их затухания. При этом результаты испытания зависят от качества бетона во всем объеме и являются как бы интегральным показателем качества. На основе подобных испытаний можно судить о появлении в бетоне микродефектов, изменении его структуры и свойств.

В вибрационных методах  обычно возбуждают и регистрируют изгиб-ные колебания. В зависимости от вида возбуждения колебаний различают резонансный метод.и метод затухания колебаний (рисунок 10).

Схемы вибрационных испытаний бетона

а – резонансным  способом; б – затухающими колебаниями; 1 – образец; 2 – возбудитель колебаний; 3 – приемник колебаний; 4 – измерительный  генератор; 5 – индикатор резонанса  колебаний; 6 – устройство, формирующее  импульсы; 7 – генератор стандартной  частоты; 8 – электронный измеритель частоты; 9 - ударник

 

При первом методе с помощью  электродинамического возбудителя  колебаний, чаще всего устанавливаемого в середине пролета, в образце возбуждаются незатухающие колебания, частоту которых можно изменять с помощью генератора звуковой частоты. На некотором расстоянии от возбудителя устанавливают приемник, преобразующий колебания изделий в электрический сигнал, который поступает на индикатор резонанса. При изменении частоты возбуждаемых колебаний наступает момент, когда частота этих колебаний совпадает с частотой собственных колебаний образца или изделия и возникает резонанс, которому соответствует максимальная величина амплитуды колебаний. Этот момент регистрирует индикатор резонанса, а по показаниям измерительного генератора звуковой частоты определяют частоту колебаний, сответствующую максимальной амплитуде А_тах. Регистрируемая частота соответствует частоте собственных колебаний образца, которая зависит от состава и свойств бетона и условий испытания. По частоте собственных колебаний вычисляют динамический модуль упругости Е_д, а по тарировочной зависимости определяют прочность бетона: R₆=f(E_Д). Для каждого прибора в зависимости от условий испытаний применяют свою методику определения динамического модуля упругости. Прочность бетона связана с этой характеристикой выражением

R₆=(E_Д/k)ⁿ,

для обычного бетона ориентировочно принимают n=3, k=52·10².

Испытания методом затухания  колебаний проводят с помощью  ударного приспособления, которым наносят удар по образцу, и специальной аппаратурой регистрируют частоту колебаний. По тарировочным кривым определяют прочность бетона.

К физическим методам относят  также радиометрические методы, которые получили распространение главным образом для контроля правильности расположения арматуры в железобетонных конструкциях и определения толщины защитного слоя.

 

1.4.4 Контроль за деформациями бетона

 

Внутренние процессы, происходящие в бетоне при твердении, эксплуатации, нагружении, замерзании и самых различных воздействиях, часто находят свое внешнее выражение в виде деформаций всего материала или его отдельных составляющих. По характеру деформаций можно судить происходящих в бетоне изменениях и о его качестве. Обычно для измерения деформаций применяют традиционные способы: механические или электрические тензометры, компараторы, дилатометры (рис. 11).

Весьма прост по устройству компаратор стрелочного типа, получивший широкое распространение в практике строительных лабораторий. На специальном штативе между нижним неподвижным упором и верхним подвижным (ножка стрелочного индикатора) устанавливают образец бетона, в торцы которого заделаны реперы, обеспечивающие точность и надежность измерений. В качестве реперов используют стальные или стеклянные шарики диаметром 5…8мм, стальные или пластмассовые конусы. Стрелочные индикаторы могут также непосредственно закрепляться на образце бетона. Они позволяют производить измерения с точностью до 0,01 ... 0,001 мм. При базе измерений более 10 см это позволяет измерить относительные деформации порядка 10 ^-4...10^-5, которые характерны для бетона.

 

 Приборы  для измерения деформаций бетона

 

а - компаратор; б - стрелочный индикатор, закрепленный непосредственно на образце; в - электрический тензодатчик сопротивления;

1 - образец; 2 – стрелочный индикатор; 3 - устройство для установки образца; 4 - измеритель статических деформаций; 5 - тензодатчик.

 

Дилатометры применяют  для измерения температурных  деформаций. Они представляют собой сложные приборы с высококачественной системой измерения и специальными устройствами дли нагрева и охлаждения образца; используются главным образом в исследовательских лабораториях.

Большое распространение  в последнее время получили электрические проволочные тензодатчики, представляющие собой несколько витков проволоки, наклеенной на бумагу, ткань или пленку. Датчики приклеивают к поверхности материала и присоединяют к приборам, позволяющим регистрировать электрическое сопротивление датчика. При деформации поверхности бетона соответствующим образом деформируется тензодатчик (проволока либо растягивается, либо укорачивается) и меняется его омическое сопротивление. По величине изменения сопротивления датчика судят о деформации. Для изготовления датчиков применяют тонкую константановую, мангановую или нихромовую проволоку диаметром 0,02 ... 0,05 мм. База датчиков, на которой проводят измерения, обычно составляет 5, 10, 20 и 50 мм. Для измерения общих средних деформаций бетона используют датчики с большей базой, для измерения местных деформаций - малые датчики.

На основе стрелочных индикаторов  и электрических тензометров  в лабораториях создают приборы, позволяющие измерять деформации образцов и изделий из бетона и железобетона. По результатам измерений, обычно дополняемым результатами других испытаний (измерением скорости ультразвука, изменением массы и т. д.), ориентировочно судят о качестве бетона или об изменении его структуры и свойств в процессе обработки. Например, чем меньше остаточная деформация бетона после тепловой обработки, тем в меньшей степени происходили в нем деструктивные процессы в ходе прогрева и тем лучше при прочих равных условиях его конечные структура и свойства.

Для контроля трещиностойкости бетона и в ряде других случаев желательно наблюдать все поле деформаций на поверхности образца или конструкции. Большинство известных методов определения деформаций бетона, в том числе механическими и электрическими тензометрами, позволяет измерять деформации в отдельных точках или на небольших отрезках поверхности бетона. Для получения общей картины деформаций приходится применять большое количество датчиков или приборов, возрастает трудоемкость проведения замеров и их камеральной обработки, снижается оперативность получения информации и соответствующего обратного воздействия на процесс с целью нейтрализации подмеченных недостатков.

 

 

 

 

 

1.5 Приборы для контроля  и испытания бетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измерители прочности  бетона

ИПС-МГ4.01, ИПС-МГ4.02, ИПС-МГ4.03

 

 

 

 

 

 

- вычисление класса бетона В

- ввод коэффициента совпадения Кс

- маркировка измерений типом изделия

- 44 базовые зависимости

- 20 индивидуальных зависимостей

- память 16000 результатов измерений

 Прибор  внесен в Госреестр РФ под

№ 29456-08. Внесен в Госреестры Казахстана, Украины, Беларуси.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Измерители прочности

 бетонаПОС-50МГ4«Скол»,

 ПОС-50МГ4.ОПОС-50МГ4.П, 

ПОС-50МГ4.У, ПОС-50МГ4.Д

 

- Электронный силоизмеритель

- Возможность предустановки вида, условий твердения бетона,  типоразмера анкера

- Память результатов измерений

- Погрешность ± 2%

Утвержден тип  СИ

                                           Внесен в Госреестр под № 27498-09

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ультразвуковые приборы  для

контроля прочности  материалов