Механические методы неразрушающего контроля

Прочность бетона определяют по предварительно установленным градуировочным зависимостям между прочностью бетонных образцов и косвенными характеристикам прочности. В зависимости от применяемого метода косвенными характеристиками прочности являются:

· значение усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства (метод отрыва со скалыванием);

· значение усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции (метод скалывания ребра);

· параметр ударного импульса (метод ударного импульса).

Механические методы неразрушающего контроля, рассматриваемые в данной работе, следует выбирать согласно табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Рекомендуемые диапазоны прочности бетона для применения методов испытания

Наименование метода	Предельные значения прочности бетона, МПа
Отрыв со скалыванием	5-100
Скалывание ребра	10-70
Ударный импульс	10-70

 

Приборы, предназначенные для определения косвенных характеристик, должны отвечать общим требованиям, приведённым в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Требуемые технические характеристики для приборов механических

методов контроля

Наименование характеристик приборов	Характеристика приборов для метода
Отрыв со скалыванием	Скалывание ребра	Ударного импульса
Допуск перпендикулярности при приложении нагрузки на высоте 100мм, мм		-
Энергия удара, Дж, не менее	-	-	0,02
Скорость увеличения нагрузки, кН/с	1,5-3,0	0,5-1,5	-
Погрешность измерения нагрузки от измеряемой нагрузки, %, не более			-

 

Число испытаний на одном участке, расстояние между местами испытаний на участке и от края конструкции, толщина конструкции на участке испытания должны быть не меньше значений, приведенных в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Требования к количеству измерений на участке и выбору расположения

мест испытаний

Наименование метода	Число испытаний на участке	Расстояние между местами испытаний, мм	Расстояние от края конструкции до места испытания, мм	Толщина конструкции, мм
Отрыв со скалыванием		5 глубин вырыва		Удвоенная глубина установки анкера
Скалывание ребра			-
Ударный импульс

 

Метод отрыва со скалыванием

В методе рекомендуется использовать стандартные анкерные устройства типов I, II, III (Рис. 1.2). Допускается применять также другие анкерные устройства, глубина заделки которых должна быть не менее максимального размера крупного заполнителя бетона испытываемой конструкции.

Рис. 1.2. Стандартные типы анкерных устройств:

а) – тип I, б) – тип II, в) – тип III,

1 - пята, 2 – стержень, 3 – сегментные щёки, 4- разжимной конус.

 

Таблица 1.4.

Глубина заделки анкерных устройств

Тип анкерного устройства	Глубина заделки анкерных устройств, мм
рабочая h	полная h'
I	35; 48	37; 50
II	30; 48	37; 55
III

 

Отрыв анкерного устройства осуществляется плавно возрастающим усилием со скоростью 1.5…3.0 кН/с, создаваемым гидравлическим пресс-насосами ГПНС-4 (Рис. 1.3) или ГПНВ-5 (Рис. 1.4).

Рис. 1.3. Пресс-насос типа ГПНС-4:

1 – испытываемая конструкция, 2 – скалываемый бетон, 3 – устройство УРС, 4 – прибор ГПНС-4

Рис. 1.4. Пресс-насос типа ГПНВ-5:

1 – головка анкера, 2 – захват, 3, 6 – гидроцилиндры, 4 – манометр, 5 – ручка, 7 – опоры

 

Испытания проводятся в следующей последовательности:

- в испытываемой конструкции устанавливается анкерное устройство на глубину, зависящую от его типа и предполагаемой прочности бетона;

- гидравлический пресс-насос соединяют с анкерным устройством и плавно увеличивают нагрузку до усилия вырыва;

- фиксируют показания силоизмерителя прибора и глубину вырыва с точностью не менее 1мм.

Если наибольший и наименьший размеры вырванной части бетона от анкерного устройства до границ разрушения по поверхности конструкции отличаются более чем в два раза, а также если глубина вырыва отличается от глубины заделки анкерных устройств более чем на 5%, то результаты испытаний допускается учитывать только для ориентировочной оценки прочности бетона.

Для метода отрыва со скалыванием, при использовании стандартных анкерных устройств, прочность бетона вычисляется по градуировочной зависимости:

f_c = m₁ × m₂ × P (1.2)

где m₁ - коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва и принимаемый равным 1 при крупности менее 50мм и 1,1 при крупности 50 мм и более;

m₂ - коэффициент пропорциональности, определяемый согласно табл. 1.5 для перехода от усилия вырыва (кН) к прочности бетона (МПа);

P – усилие вырыва анкерного устройства, кН.

Таблица 1.5.

Значения коэффициента m₂

Условие твердения бетона	Тип анкерного устройства	Предполагаемая прочность бетона, МПа	Глубина заделки анкерного устройства, мм	Значения коэффициента m2 для бетона
Тяжёлого	Лёгкого
Естественные	I	£ 50		1.1	1.2
> 50		2.4	-
II	£ 50		0.9	1.0
> 50		2.5	-
III	£ 50		1.5	-
Тепловая обработка	I	£ 50		1.3	1.2
> 50		2.6	-
II	£ 50		1.1	1.0
> 50		2.7	-
III	£ 50		1.8	-

 

Метод скалывания ребра

В методе применяется прибор реализации скалывания (см. рис. 1.3), состоящий из устройства УРС и силовозбудителя с силоизмерителем ГПНС-4. Устройство УРС (Рис. 1.5) должно иметь следующие параметры:

- глубину скалывания a, равную (20 ± 2)мм;

- ширину скалывания b, равную (30 ± 0,5)мм;

- угол между направлением действия нагрузки и нормалью к нагружаемой поверхности конструкции бета, равный (18±1)°.

Рис. 1.5. Устройство реализации скалывания (УРС)

 

При испытании методом скалывания ребра на участке испытания не должно быть трещин, сколов бетона, наплывов или раковин высотой (глубиной) более 5 мм. Испытание проводят в следующей последовательности:

- прибор закрепляют на конструкции, прикладывают плавную увеличивающуюся нагрузку со скоростью не более (1 ± 0,3) кН/с;

- фиксируют показание силоизмерителя прибора в момент скалывания;

- измеряют фактическую глубину скалывания;

- определяют среднее значение усилия скалывания.

Результаты испытания не учитывают, если при скалывании бетона была обнажена арматура либо фактическая глубина скалывания отличалась от заданной более чем на 2 мм.

При соблюдении стандартных параметров нагружения прочность бетона на гранитном и известковом щебне вычисляется по градуировочной зависимости:

f_c = 0,058×m×(30×P+P²) (1.3)

где m - коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя и принимаемый равным 1 при крупности заполнителя менее 20 мм; 1,05 при крупности заполнителя от 20 до 30 мм и 1,1 при крупности заполнителя от 30 до 40 мм;

P – усилие скалывания, кН.

 

Метод ударного импульса

Косвенной характеристикой прочности бетона в методе являются параметры ударного импульса, создаваемого индентором средства испытания. В качестве такого средства испытания широко используется в практике контроля прочности прибор «Оникс-2.3» (Рис. 1.6). Принцип работы прибора заключается в обработке импульсной переходной функции электрического сигнала, возникающего в чувствительном элементе при ударе индектором о бетон. Преобразование получаемого электрического параметра в прочность или другой эквивалентный параметр производится по формулам:

f_c=(A_o+ A₁×B+ A₂×B²)×К_в×К_ф (1.4)

B=V×a_k, (1.5)

где f_c – прочность, Мпа;

В – условная твёрдость материала, Мпа;

V – эквивалент электрического параметра;

a_k – коэффициент калибровки;

К_в – коэффициент возраста бетона;

К_ф – коэффициент формы;

A_o, A₁, A₂ – коэффициенты аппроксимирующего полинома.