Лабораторная работа №4 Определение механических свойств материала неразрушающими методами

Цель работы: ознакомиться с методиками неразрушающего определения прочности бетона в конструкциях.

Задачи работы:

• знакомство с методикой определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием;

• знакомство с методикой определения прочности бетона и раствора в конструкциях методом упругого отскока;

• знакомство с методикой определения прочности бетона ультразвуковым методом сквозного прозвучивания бетона;

Оборудование: бетонный образец-куб с ребром 100 мм, прибор ПИБ, склерометр ОМШ-1, прибор для ультразвукового определения прочности бетона (УК-14П).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для более полного контроля за качеством бетона в изделиях недостаточно обычных стандартных методов испытаний. В настоящее время широко распространены неразрушающие методы контроля прочности бетона, которые позволяют ориентировочно определить прочность в любой конструкции или на отдельном участке конструкции без их разрушения.

Неразрушающие методы контроля прочности бетона условно можно разделить на: механические (поверхностные) и физические.

Механические – поверхность изделия или образца подвергается определенному виду механического воздействия, о прочности бетона судят по сопротивлению, которое он оказывает этому воздействию.

Физические методы основаны на оценке прочности бетона по скорости прохождения через него ультразвука или по регистрации колебаний и других физических величин. Эти методы позволяю оценить прочность не только на поверхности, но и глубинных слоев, выявить дефекты в изделии.

1. Прибор пиб

а) Назначение

Прибор ПИБ предназначен для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690-88.

б) Устройство и принцип работы

Метод отрыва со скалыванием предложен М.В. Вольфом, основан на наличии устойчивой зависимости между прочностью бетона при сжатии и усилием, необходимым для местного (на малом участке) разрушения бетона путем вырыва из него стандартного анкера.

Прибор ПИБ применяется для определения прочности бетона при сжатии следующих марок: тяжелого – М100…М1000, легкого – М50…М400. Прибор позволяет проводить испытания бетона на вертикальных, горизонтальных и наклонных поверхностях при условии, что толщина изделия или конструкции на участке испытаний превышает глубину установки анкерного устройства не менее чем в 2 раза.

При испытании бетона в конструкциях для определения его прочности методом отрыва со скалыванием могут применяться анкерные устройства следующих типов:

I - рабочий стержень с анкерной головкой;

II - самозаанкеривающееся устройство с применением рифленых сегментных щек и разжимного конуса;

III - самозаанкеривающееся устройство с применением рифленых сегментных щек и полого разжимного конуса со стержнем для опирания прибора, используемого для вырывания анкерного устройства.

Анкерное устройство типа I предназначено для установки в процессе бетонирования. Конструкция анкера типа II и III должна обеспечить предварительное (до приложения нагрузки) обжатие стенок шпура на глубине захвата и не допустить проскальзывания сегментных щек.

Выбирая тип и глубину заделки анкера необходимо принимать во внимание размеры крупного заполнителя и предполагаемую прочность бетона.

При испытании бетона в строительной конструкции опоры прибора должны отстоять от оси приложения нагрузки на расстояние не менее удвоенной глубины заделки анкера (2 h ) и иметь возможность регулирования по высоте.

Рисунок 1 – Анкерные устройства: 1 – рабочий стержень , 2 – рабочий стержень с разжимным конусом , 3 – рабочий стержень с полым разжимным конусом, 4 – опорный стержень, 5 – щеки сегментные рифленые.

в) Проведение измерений

1. На испытываемой конструкции выбирают ровный участок размером 0,2 × 0,2м и выполняют пробивку отверстия, глубиной 0,055м перпендикулярно испытываемой поверхности.

2. В подготовленное отверстие устанавливают анкерное устройство.

3. Опору прибора выкручивают в поверхность испытываемого материала.

4. Производят вырыв анкерного устройства. В момент разрушения устанавливают максимальное давление по манометру с точностью до 2,5 кгс/см².

Рисунок 2 – Глубина забелки анкерных устройств (h) и характер разрушения бетона при его испытании.

г) Обработка результатов

1) Устанавливают усилие вырыва анкерного устройства, Р, кН.

2) Прочность бетона на сжатие R в испытываемом участке определяется по усилию вырыва из конструкции анкерного устройства с фрагментом бетона. При этом прочность бетона R , МПа, вычисляют по формуле:

R = m ₁ m ₂ m ₃ Р (1)

где Р - усилие вырыва анкерного устройства, кН;

m ₁ - коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва и принимаемый равным 1 при крупности заполнителя менее 50 мм и 1,1 при крупности 50 мм и более;

m ₂ - коэффициент пропорциональности для перехода от усилия вырыва, кН, к прочности бетона на сжатие в МПа.

m ₃ - коэффициент, учитывающий величину фактической глубины вырыва.

(2)

где h _ф – фактическая глубина вырыва, мм;

h _н – номинальная глубина вырыва, мм.

Таблица 1 – Значение коэффициента m₂.

Условие твердения бетона	Тип анкерного устройства	Предполагаемая прочность бетона, МПа	Глубина заделки анкерного устройства, мм	Значение коэффициента m2 для бетона
				тяжелого	легкого
Естественное	I	≤50	48	1,1	1,2
		>50	35	2,4
	II	≤50	48	0,9	1,0
		>50	30	2,5
	III	≤50	35	1,5	-
Тепловая обработка	I	≤50	48	1,3	1,2
		>50	35	2,6
	II	≤50	48	1,1	1,0
		>50	30	2,7	-
	III	≤50	35	1,8	-

3) Устанавливают среднюю фактическую прочность бетона, R_m, МПа:

(3)

где i – число проведенных испытаний на данном участке конструкции.

4) Определяют фактический класс прочности бетона, В_ф, МПа:

(4)

где К_Т – коэффициент требуемой прочности, принимаемый по таблице 2.

В – нормируемое значение прочности бетона, МПа.

Таблица 2 – Коэффициент требуемой прочности.

Коэффициент вариации прочности, %	Коэффициент требуемой прочности
	для всех видов бетона (кроме плотных силикатных и ячеистых) конструкций (кроме массивных гидротехничесиких)	плотный силикатный бетон	ячеистый бетон	Бетон массивных гидротехнических конструкций
6 и менее	1,07	1,06	1,08	1,09
7	1,08	1,07	1,09	1,10
8	1,09	1,08	1,10	1,11
9	1,11	1,09	1,12	1,13
10	1,14	1,12	1,13	1,14
11	1,18	1,14	1,14	1,16
12	1,23	1,18	1,17	1,18
13	1,28	1,22	1,22	1,20
14	1,33	1,27	1,26	1,23
15	1,38	1,33	1,32	1,25
16	1,43	1,39	1,37	1,26
17		1,46	1,43	1,28
18			1,50	1,32
19			1,57	1,36
20				1,39
более 20	Область недопустимых значений

Результаты испытаний заносят в таблицу

Таблица 3 – Результаты определения прочности бетона прибором ПИБ.

№ п/п	Вид бетона, максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва	Значение коэффициента m1	Тип анкерного устройства	Номинальная глубина вырыва h н, мм	Рабочая глубина заделки анкерного устройства, h ф, мм	Значение коэффициента m2	Значение коэффициента m3	Усилие вырыва анкерного устройства, Pi, кН	Единичное значение прочности бетона на участке, МПа	Средняя фактическая прочность бетона, Rm, МПа	Фактический класс прочности бетона, Вф, МПа