|
Лабаµ7
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА
A) МЕХАНИЧЕСКИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ
МАТЕРИАЛА В КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Цель работы: изучить механический неразрушающий метод определения и оценки прочности
тяжелого бетона в конструкциях, возводимых и эксплуатируемых зданий и сооружений с помощью
эталонного молотка.
Приборы и инструменты: эталонный молоток Кашкарова (КМ); угловой масштаб или
измерительная лупа; эталонный стержень из стали ВстЗпс диаметром 10 мм.
Метод установлен ГОСТ 22690.2-77 и основан на наличии связи между прочностью бетона и
величиной косвенного показателя, в качестве которого используется отношение диаметров
отпечатков, оставленных при ударе КМ на бетоне и эталонном стержне.
Молоток Н.Л.Кашкарова относится к приборам динамического действия с эталоном. Устройство
молотка позволяет исключить влияние силы удара на результаты измерений, т.к. отпечатки
получаются одновременно на бетоне с неизвестной прочностью и на эталонном стержне с
известными характеристиками.
Оценка прочности бетона с помощью прибора основана на корреляционной связи между
изменяемыми параметрами, т.е. между относительной прочностью поверхности бетона и пределом
прочности бетона на сжатие.
Необходимо знать, что молоток Н.П.Кашкарова оснащен эталонным стержнем из гладкой
арматурной стали длиной 150 мм, диаметром 10-12 мм и шариком диаметром 15,88 мм.
Конструкция эталонного молотка Н.П.Кашкарова приведена на рис.1.
Рисунок 1 – Конструкция эталонного молотока Н.П.Кашкарова:
1 - корпус; 2 - металлическая ручка; 3 - головка; 4 - пружина; 5 - стакан с отверстиями для шарика
и эталонного стержня; 6 - эталонный стержень; 7 -стальной шарик; 8 - резиновая ручка; 9 -
испытываемый бетон.
Эталонный стержень изготовляется из горячекатаной арматурной стали ВстЗсп или ВстЗпс по
ГОСТ 380-94 с временным сопротивлением разрыву .
Отношение диаметров отпечатков практически не зависит от силы скорости и направления удара.
На участке поверхности конструкции следует нанести серию ударов с такой силой, чтобы получить
достаточно крупные удобные для измерения отпечатки. Способы нанесения удара по поверхности
бетона приведены на рис.2а и 2б. После каждого удара эталонный стержень необходимо
сдвинуть на расстояние не менее 10 мм.
Изм
Лист
№ докум
Подп
Дата
Разраб
Лит
Лист
Листов
Проверил
Н.контр
Утвердил
Испытание бетона проводят на участке конструкции, границы которого должны находиться на
расстоянии не менее 50 мм от края конструкции. Расстояние между отпечатками на бетонной
поверхности должно быть не менее 30 мм.
Рисунок 2 - Схемы нанесения удара по поверхности испытываемой конструкции:
а - удар самим эталонным молотком; б- удар слесарным молотком по головке эталонного
молотка.
Для более точного измерения отпечатков на бетоне удар рекомендуется наносить через лист
копировальной бумаги, положенной на поверхность бетона копиркой вверх, с уложенным на нее
листом чистой бумаги.
Диаметр отпечатков на бетоне и эталонном стержне - следует измерять с помощью
углового масштаба, штангенциркуля или другого какого-либо приспособления с погрешностью не
более 0,1 мм. Формы отпечатков на поверхности бетона и эталонном стержне приведены на рис.
3.
Рисунок 3 - Форма отпечатков:
а - на поверхности бетона, б - на эталонном стержне
Порядок выполнения работы
1.По поверхности бетонного образца или конструкции нанести 12 ударов эталонным молотком
КМ в соответствии с требованиями по размещению отпечатков на поверхности испытываемой
конструкции. Для этого выбираем участок на поверхности бетона размером не менее 100х100 мм,
без наплывов бетона и с малым количеством пор на поверхности; в паз эталона молотка
заостренным концом вводится эталонный стержень; на поверхность выбранного участка бетона
укладываются копировальная бумага и чистые листы; после каждого удара продвигаем эталонный
стержень на расстояние не менее 10 мм.
2. Замерить диаметр отпечатков на бумаге и диаметр отпечаткана эталонном стержне (по
большей оси отпечатка с точностью до 0,1 мм) и результаты измерений занести в табл.1.
3. Определить отношение для каждого удара и занести также в табл.1.
Обработка результатов эксперимента
1.Определить прочность бетона: . (1)
2.Определить доверительный интервал измеренной величины прочности бетона исходя из
рассеивания значений .
3.При коэффициенте вариаций больше 12% эксперимент необходимо повторить.
4.Полученное значение прочности бетона перевести в класс бетона исходя из ожидаемой
меньшей прочности бетона.
Лист
Лабораторная работа №
Дата
Подпись
№ докум
Лист
Изм
Таблица№1
Но
мер
изм
ере
ния
Диаметр
отпечатка на
поверхности
бетона,
Диаметр
отпечатка на
эталонном
стержне
Отношение
Результаты
измерений
1.
Класс
бетона
В
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
Лабораторная работа №
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм
Б) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОБРАЗЦАХ, КОНСТРУКЦИЯХ И СООРУЖЕНИЯХ
Цель работы: изучить методику проведения ультразвуковых испытаний и ознакомиться с
применяемой аппаратурой; определить прочность бетона, динамический модуль упругости
различных материалов (бетона, кирпича, гипса, алюминиевого сплава), наличие и расположение
дефектов во фрагментах бетонных конструкций при доступе к ним с двух сторон (метод
сквозного прозвучивания) и с одной стороны (метод продольного профилирования).
Оборудование и приборы: ультразвуковой импульсный прибор УКБ-1, масштабная линейка, весы,
образцы различных материалов. Ультразвуковой импульсный метод (УИМ) основан на
использовании зависимости параметров прохождения ультразвуковых колебаний (волн) в среде
от ее физико-механических свойств. Ультразвук - механические колебания с частотой свыше 20
кГц. В КИМ используются зондирующие импульсы, следующие в среде друг за другом с
определенным интервалом. Частота заполнения зондирующего импульса является
ультразвуковой. Основные исходные параметры ультразвуковых испытаний - скорость
распространения импульса в материале конструкции, которая определяется по формуле:
, (2)
где - расстояние, пройденное ультразвуком в объекте испытаний (база прозвучивания,
измеряется с точностью ; - время прохождения ультразвуковых колебаний (УЗК) на базе
прозвучивания, измеряется в микросекундах . В ультразвуковой технике используются
различные виды волн: продольные, поперечные, поверхностные и т.д. (рис.4). Наиболее
разработана и часто применяется на практике методика ультразвуковых испытаний продольными
волнами.
Рисунок 4 - Схемы прозвучивания бетона
В общем случае зависимость между скоростью продольных ультразвуковых волн и
физическими свойствами материала может быть выражена в виде: ,
(3)
где - динамический модуль упругости; - плотность материала, определяется как
, - объемная масса вещества, -ускорение силы тяжести; - скорость
распространения ультразвука в исследуемой среде; - коэффициент формы образца, при
распространении продольных упругих волн в одномерной среде , в двумерной среде
и в трехмерной среде , - коэффициент Пуассона.
Измеряя скорость распространения ультразвуковых колебаний и их затухания, можно решать
ряд задач, связанных с оценкой прочностных свойств строительных материалов и их
дефектоскопии. Для указанных целей следует применять приборы УКБ-1, ДУК-20, "Бетон-
транзистор", которые позволяют измерять время распространения в материалах продольных волн
ультразвуковой частоты. На рис.5 изображена блок-схема прибора для испытаний строительных
материалов УИМ. Генератор вырабатывает ультразвуковые колебания, усиливающиеся на выходе
из прибора и по высокочастотному кабелю подающиеся на излучатель, в котором преобразуются
в механические (обратный пьезоэффект).
Лист
Лабораторная работа №
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм
Рисунок 5 - Блок-схема прибора для ультразвуковых испытаний строительных материалов:
1 - генератор высокочастотных импульсов; 2 - излучатель; 3 - приемник ультразвукового
колебания (УЗК); 4 - объект испытаний; 5 -усилитель приема; 6 - электронно-лучевая трубка; 7 -
развертка; 8 - устройство отсчета времени распространения УЗК; 9 - метка времени; 10, 11 -
соответственно сигналы посылки и приема импульса УЗК.
Механический ультразвуковой импульс через слой аккустической контактной смазки (меловой
пасты, пластилина и т.п.) или с помощью специального волновода передается объекту испытаний
и в нем распространяется со скоростью, величину которой необходимо определить.
В момент посылки выходного сигнала на пьезоэлемент излучателя на экране электронно-
лучевой трубки ЭЛТ-6 прибора является отметка 10.
После прохождения механического импульса через образец он, вновь пересекая слой
контактной смазки, попадает на пьезоэленент приемника, опять превращается в электрический
импульс (прямой пьезоэффект) и усиливается усилителем приема. В момент прихода импульса на
приемник на экране ЭЛТ появляется отметка 11. Расстояние между отметками 10 и 11
соответствует времени распространения ультразвукового импульса в образце . Устройство
отсчета времени распространения ультразвукового импульса позволяет получать его величину в
микросекундах.
Прочность бетона в образце или конструкции определяется по градуировочной кривой по
измеренной скорости ультразвука (рис.6). Для этого к поверхностям конструкции или образца
(рис.7) присоединяют преобразователи УЗК. Поверхность бетона, на которой устанавливает
ультразвуковые преобразователи, не должна иметь наплывов и вмятин, а также раковин и
воздушных пор глубиной более 3 мм и диаметром более 6 мм. С помощью ультразвукового
прибора определяют время . Измерив базу прозвучивания , по формуле (2) вычисляет скорость
ультразвука . Прочность бетона определяют по градуировочной кривой или по линии регрессии:
, (4)
где - скорость распространения ультразвука в толщине бетона.
Рисунок 6 - Градуировочная
зависимость для определения Прочности
бетона по скорости УЗК
Рисунок 7 - Схема испытаний при
определении прочности бетона
Порядок выполнения работы
1.Определение динамического модуля упругости материала.
1.1.Измерить линейкой поперечное сечение образца и базу прозвучивания, результаты
записать в табл.2.
1.2.Взвесить образец на весах.
1.3.Измерить время прохождения ультразвука. Включить прибор и дать ему прогреться не
менее 15 мин; смазать рабочие поверхности излучателя, издающего монотонные щелчки, и
приемника тонким слоем технического вазелина; соосно, согласно рис.7 поставить и плотно
прижать излучатель и приемник испытываемой конструкции; вращением ручек "Фокус",
"Смещение X " и "Смещение Y " установить необходимую фокусировку линии развертки и
совместить начало развертки с сеткой экрана ЭЛТ прибора. Изображение на экране на различных
этапах измерения приведено на рис.8; ручкой "усиление" установить амплитуду первой половины
сигнала до уровня нижней или верхней горизонтальной риски на сетке ЭЛТ (рис.8б). Ручку
"развертка" плавно перевести в крайнее правое положение (рис.8в); вращая ручку отсчета
"мксек" плавно совместить первое вступление импульса с началом линии развертки (рис.8г).
Лабораторная работа №
Лист
Дата
Подпись
№ документ
Лист
Изм
1.4.Вычислить скорость УЭК.
1.5.Вычислить динамический модуль упругости исследуемого материала.
2.Определение прочности бетона
2.1.Измерить линейкой размеры базы прозвучивания.
2.2.С помощью ультразвукового прибора определить время в соответствии с требованием по
проведению измерений, измерение провести несколько раз.
2.3.Вычислить скорость ультразвука.
2.4.Результаты измерений и вычислений занести в табл.3.
2.6.По формуле (4) уравнения линии регрессии определить прочность бетона на
сжатие.
Рисунок 8 - Этапы настройки и измерения времени прохождения ультразвука через тело бетона:
а - положение луча перед измерением; б -положение уровня сигнала при прохождении
ультразвука через бетон; в - положение луча после развертки сигнала; г - положение луча в период
измерения времени прохождения ультразвука через тело бетонного образца.
2.6.Определить точность полученной прочности бетона, результаты расчета занести в табл.4.
Среднее арифметическое:
. (5)
Среднее квадратическое отклонение:
. (6)
Доверительный интервал значений прочности бетона на сжатие:
, (7)
или
, (8)
где
, (9)
здесь - определяется по таблице в зависимости от числа испытаний и обеспеченности
(надежности) полученного результата.
2.7.Определить прочность и класс бетона разрушающим методом, для чего после испытания
бетонного кубика на прочность молотком КМ и неразрушающим методом - ультразвуковым
импульсным методом, кубик разрушить под прессом. Результаты занести в табл.5.
3.8.Сделать выводы по лабораторной работе.
Лист
Лабораторная работа №
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм
Таблица№2
Материал
Размеры образца, см
Объём
образца
, м3
Масса
образца
, кг
Плотно
сть
материа
ла,
Н*с2/м4
Время,
10-6 с
Ско-
рость,
10-3 м/с
,
МПа
h
m
l
Бетон
Кирпич
красный
Кирпич
силикатный
Гипс
строительный
Алюминие
вый сплав
Таблица№3
Номер
испыта
ния
Размеры образца,
м
База
прозвучи-
вания, м
Время УЗК
, 10-6 с
Скорость
УЗК , м/с
Прочность
при сжатии
, МПа
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Таблица№4
Номер
опыта
1
2
3
4
5
6
Таблица№5
Площадь образца
Сила разрушения
Прочность бетона
Класс бетона
Лабораторная работа №
Лист
Дата
Подпись
№ документ
Лист
Изм
Контрольные вопроси
1.На чем основана методика определения прочности бетона эталонным молотком Кашкарова?
2.Какой косвенный показатель можно найти при работе эталонного молотка Кашкарова для
определения прочности бетона конструкции?
3.Какая точность измерения отпечатков необходима при работе эталонным молотком?
4.Какой формы получается отпечаток на эталонном стержне молотка Кашкарова и как
измеряется ?
5. Каким должно быть расстояние:
а)от отпечатка до края конструкции;
б)между отпечатками на поверхности бетона;
в)между отпечатками на эталонном стержне?
6.Как производится отбраковка анормальных результатов испытаний?
7.Что влияет на определение прочности бетона?
8.В чем заключаются теоретические основы ультразвукового метода определения модуля
упругости материалов?
9.Как оценивается прочность бетона по измеренной в нем скорости ультразвука?
10.По какому признаку можно сделать вывод о наличии дефекта в бетонной конструкции с
применением УЗК?
11.В чем заключается принцип работы ультразвукового прибора для испытаний строительных
конструкций?
12.Как влияет на результат дефектоскопии применение ультразвуковых преобразователей с
различными частотами (25; 60; 150 кГц) при одностороннем и двустороннем доступе к
конструкции?
13.Как можно оценить прочность бетона с помощью УЗК?
Литература
1.Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. - К.: Высш. шк., 1975. - 252 с.
2.Джоне Р., Фэкэоару И. Неразрушающие методы испытаний бетонов. -М.: Стройиздат, 1974. -
326 с.
3.Лещинский М.Ю. Испытание бетона: Справ, пособие. - М.: Стройиздат, 1980. - 360 с.
4.Лужин 0.В. и др. Обследование и испытание сооружений. – М.: Стройиздат, 1987. - 264 с.
5.Почтовик Г.Я., Злочевский А.Б., Яковлев А.И. Методы и средства испытания строительных
конструкций. - М.: Высш. шк., 1973. - 153 с
6.Почтовик Г.Я., Линник В.Г., Филонидоь А.М. Дефектоскопия бетона ультразвуком в
энергетическом строительстве. - М.: Энергия, 1977.- 85 с
7.Руководство по определению и оценке прочности бетона в конструкциях зданий и
сооружений. - М.: Стройиздат, 1979. - 54 с.
8.Неразрушаюшие методы испытаний бетона /О.В.Лужин, В.А.Волохов Г.Б.Шмаков и др. - М.:
Стройиздат, 1985. - 132 с.
9.ГОСТ IOI80-78. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие -расстояние. - Введ.
O1.O1.80. - М.: Изд-во стандартов. 1980. - 23 с.
10.ГОСТ 17624-78. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. - Введ. O1.O1.79. -
М.: Изд-во стандартов, 1980. – 7
Лист
Лабораторная работа №
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм
| |
