Физико-механические свойства бетона

Физико-механические свойства бетона

Бетон для ЖБК должен обладать вполне определенными, наперед заданными физико-механическими свойствами: необходимой прочностью, хорошим сцеплением с арматурой, достаточной непроницаемостью для защиты арматуры от коррозии. Кроме того, в зависимости от назначения конструкции и условий эксплуатации могут быть предъявлены еще и специальные требования: морозостойкость при многократном замораживании и оттаивании (например, в панелях наружных стен зданий, открытых сооружениях и др.), жаростойкость при длительном воздействии высоких температур, коррозионная стойкость при агрессивном воздействии среды и др.

Чтобы получить бетон, обладающий заданной прочностью и удовлетворяющий перечисленным выше требованиям, подбирают по количественному соотношению необходимые составляющие материалы: цементы различного вида, крупные и мелкие заполнители, добавки различного вида, обеспечивающие удобоукладываемость смеси или морозостойкость, и т. п.

Кислотостойкий бетон — стойкий в условиях водной, паровоздушной среды, содержащей пары кислот. В зависимости от степени концентрации кислот в качестве вяжущих примняют пуццолановый портландцемент, шлаковый портландцемент, жидкое стекло.

Полимербетон. В качестве вяжущего применяют полимерные материалы (различные эмульсии, смолы и т. п.), существенно повышающие его прочность на сжатие и растяжение, улучшающие сцепление с арматурой, значительно повышающие стойкость в агрессивных средах.

Признаки, по которым классифицируют бетоны

Согласно ГОСТ 25192-2012, ГОСТ 7473-2010 (ранее 7473-94) классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего вещества, виду заполнителей, структуре и условиям твердения:

По назначению бетоны бывают следующих видов:

-конструктивные - для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаменты, колонны, балки, плиты, панели перекрытий и др.);

-специальные - гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.). бетоны напрягающие, бетонополимеры, полимербетоны.

По виду вяжущего вещества различают цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, (полимербетон) и др.

По виду заполнителя различают бетоны: на плотных заполнителях, пористых и специальных, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т. п.).

По структуре: плотная, поризованная, ячеистая и крупнопористая.

По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие в естественных условиях; в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

Дополнительно к классификации ГОСТ 25192-2012 используется следующая классификация.

По объёмной массе бетоны подразделяют на: особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³); тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м³); облегченные (плотность 1800—2200 кг/м³); легкий (плотность 500—1800 кг/м³) - керамзитобетон, пенобетон, газобетон, пемзобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый; особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³).

По зерновому составу: крупнозернистые, мелкозернистые

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на: тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя); жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя); товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

Специальный — напрягающий

Классы и марки бетона

Класс по прочности на осевое сжатие В; указывают в проекте во всех случаях как основную характеристику;

класс по прочности на осевое растяжение Вt; назначают в тех случаях, когда эта характеристика имеет главенствующее значение и контролируется на производстве;

марка по морозостойкости F; назначают для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременных замораживания и оттаивания (открытые конструкции, ограждающие конструкции и т. п.). Характеризуется числом выдерживаемых бетоном циклов попеременных замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии.

марка по водонепроницаемости W; назначают для конструкций, к которым предъявляются требования ограниченной проницаемости (резервуары и т. п.). Характеризуется предельным давлением воды (кг/см²), при котором еще не наблюдается ее просачивание через испытываемый образец.

марка по средней плотности D; назначают для конструкций, к которым кроме требований прочности предъявляются требования теплоизоляции, и контролируют на производстве.

Заданные класс и марку бетона получают соответствующим подбором состава бетонной смеси с последующим испытанием контрольных образцов.

Оптимальные класс и марку бетона выбирают на основании технико-экономических соображений в зависимости от типа ЖБК, ее напряженного состояния, способа изготовления, условий эксплуатации и др. Рекомендуется принимать класс бетона для железобетонных сжатых стержневых элементов - не ниже В15; для конструкций, испытывающих значительные сжимающие усилия (колонн, арок и т. п.) - В20...В30; для предварительно напряженных конструкции в зависимости от вида напрягаемой арматуры — В20..В40; для изгибаемых элементов без предварительного напряжения (плит, балок) - В15. Для железобетонных конструкций нельзя применять: тяжелый и мелкозернистый бетоны класса по прочности на сжатие ниже 7,5; легкий бетон класса по прочности на сжатие ниже 3,5.

Легкие бетоны на пористых заполнителях и цементном вяжущем при одинаковых классах и марках по морозостойкости и водонепроницаемости применяют в сборных и монолитных ЖБК наравне с тяжелыми бетонами. Во многих случаях они весьма эффективны, так как приводят к снижению массы конструкции.

Вид и классы арматуры

Устанавливается преимущественно для восприятия растягивающих усилий и усиления сжатых зон конструкций.

По функциональному назначению арматура подразделяется на рабочую, конструктивную и монтажную. Основной является рабочая арматура, предназначена для восприятия растягивающих усилий (реже сжимающих), устанавливается по расчету.Устанавливаемая по конструктивным соображениям — монтажная. Монтажная арматура обеспечивает проектное положение рабочей арматуры в конструкции и более равномерно распределяет усилия между отдельными стержнями рабочей арматуры. Кроме того, монтажная арматура может воспринимать обычно не учитываемые расчтом усилия от усадки бетона, изменения температуры конструкции и т. п.

Арматуру классифицируют по четырем признакам.

В зависимости от технологии изготовления различают стержневую и проволочную арматуру. Под стержневой в данной классификации подразумевают арматуру диаметра в пределах 6...40 мм.

В зависимости от способа последующего упрочнения горячекатаная арматура может быть термически упрочненной или упрочненной в холодном состоянии — вытяжкой, волочением.

По форме поверхности арматура может быть периодического профиля и гладкой. Выступы в виде ребер на поверхности стержневой арматуры периодического профиля, рифы или вмятины на поверхности проволочной арматуры значительно улучшают сцепление с бетоном.

По способу применения бывает напрягаемая и ненапрягаемая.

Шесть классов: А-I (имеет гладкий профиль), A-II, A-III, A-IV, A-V, A-VI. Термическому упрочнению подвергают стержневую арматуру четырех классов, обозначается индексом «т»: Aт-III, Aт-IV, Aт-V, Aт-VI. Дополнительной буквой С указывается на возможность стыкования сваркой, буквой К-на повышенную коррозионную стойкость. Подвергнутая вытяжке в холодном состоянии стержневая арматура класса A-III отмечается индексом В.

Каждому классу арматуры соответствуют определенные марки арматурной стали с одинаковыми механическими характеристиками, но различным химическим составом. В обозначении марки стали отражается содержание углерода и легирующих добавок. Г- сталь легировала марганцем, далее его содержание(в процентах); С – наличие кремния; Х- хрома; Т- титана; Ц- циркония.

Арматурную проволоку диаметром 3...8 мм подразделяют на два класса: Вр-1 — обыкновенная арматурная проволока (холоднотянутая, низкоуглеродистая), предназначенная для изготовления сварных сеток; В-II, Вр-II - высокопрочная арматурная проволока (многократно волоченая, углеродистая), применяется в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных элементов. «р» - периодический профиль.

Арматурные изделия

Арматурные изделия – это полуфабрикаты и готовые конструкции из арматурных элементов, используемые для производства сборных и монолитных ЖБ элементов.

Чем большую степень готовности имеет изделие, тем меньшими трудозатратами можно обойтись на стройплощадке. Выделяют следующие виды арматурных изделий:

Арматурные сетки – сварные и вязаные;

Каркасы – плоские и пространственные;

Хомуты;

Монтажные петли;

Канаты и пучки предварительно напрягаемой арматуры с анкерами и без них;

Закладные элементы.

Сварные сетки

Сварные сетки изготовляют из арматурной проволоки и стержней, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях и соединенных в местах пересечений сваркой.

В одном направлении сетки имеют стержни одинакового диаметра.

Сетки с диаметром продольных стержней менее 5 мм и поперечных менее 10 мм выпускают рулонными и плоскими, более этих величин — только плоскими. Ячейки сетки изготавливают квадратными или прямоугольными.

Сетки изготовляют с расположением рабочей арматуры:

1.в одном направлении (продольном или поперечном) и распределительной арматурой в другом направлении;

2.в обоих направлениях.

В зависимости от величины диаметра проволоки и стержней сетки условно разделяются на легкие и тяжелые. К легким относятся сетки с диаметром элементов до 10 мм. Если хотя бы в одном направлении применялись стержни свыше 12 мм, то такие сетки принадлежат к категории тяжелых.

Каркасы арматурные

Арматурный каркас — это конструкция, которая состоит из соединенных между собой при помощи сварки или вязки стальных арматурных стержней или сеток. Арматурные каркасы собираются заранее или непосредственно на месте (например, в опалубке).

Каркасы бывают плоскими и объемными.

 

В сварных плоских каркасах поперечные стержни располагаются в одной плоскости. В зависимости от числа продольных стержней каркасы подразделяют на двух-, трех- или четырехветвевые.

Соединяют стержни контактной сваркой, осуществляемой на многоэлектродных сварочных машинах. При их отсутствии используют электродуговую сварку или способ ручной вязки.

Плоские каркасы чаще всего применяют для армирования различных линейных конструкций: балок над проемами, оконных или дверных перемычек, прогонов, ригелей и других конструкций.

Пространственные каркасы - это конструкция из двух или более плоских каркасов, которые соединены монтажными стержнями или кольцами.

В пространственных арматурных каркасах поперечные стержни находятся в различных плоскостях. Изготавливают эти изделия способом сборки отдельных стержней, арматурных сеток, плоских каркасов, хомутов, закладных элементов, монтажных петель. Все детали соединяют сваркой — контактной точечной или электродуговой, возможно применение вязки.

Пространственные каркасы применяют для армирования колонн, тяжелых балок и ригелей, различных фундаментов.

Арматурные канаты

Арматурный канат — наиболее эффективная напрягаемая арматура, он состоит из группы проволок, свитых так, чтобы было исключено их раскручивание. Вокруг центральной прямолинейной проволоки по спирали в одном или в нескольких концентрических слоях располагают проволоки одного диаметра. В процессе изготовления каната проволоки деформируются и плотно прилегают друг к другу.

Наибольшее распространение получили изготовляемые промышленностью семипроволочные канаты класса К-7 из проволок диаметром от 1,5 до 5 мм. Диаметр каната класса К-7 равен трем диаметрам составляющих проволок. Обозначают такие канаты в зависимости от их диаметра и количества использованных проволок: 9К7, 12К7, 15К7.

Периодический профиль арматурных канатов обеспечивает их надежное сцепление с бетоном, а практически большая длина позволяет применять их в длинномерных конструкциях без стыков.

Свойства железобетона

Железобетонные изделия обладают следующими свойствами:

Прочность – за счёт устойчивости бетона к сжимающей нагрузке и сопротивления арматуры к растяжению. С течением времени его прочность только увеличивается.

Огнестойкость – при кратковременном действии высоких температур и огня (пожар) железобетон может в течение нескольких часов сохранить свою несущую способность. Предел огнестойкости зависит от размеров конструктивной схемы железобетонного элемента, вида арматуры и особенно от толщины защитного слоя бетона, который предохраняет арматуру от непосредственного действия огня. Также для защиты используются специальные добавки, например, доменные шлаки, шамот, базальт, диабаз и пр.

Сейсмическая стойкость – изделия из железобетона обладают высокой жесткостью и монолитностью.

Технологичность – изделия из железобетона легко обрабатываются, железобетону можно придать любую форму. Этот факт и возможность использования местных материалов существенно снижает расходы.

Высокая устойчивость к атмосферным воздействиям и сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам.

Химическая и биологическая стойкость.

Массив из бетона обладает таким важным свойством, как низкая теплопроводность, что позволяет защитить арматуру от температурных перепадов и не дает возникнуть коррозии арматуры.

Недостатки железобетона: большая плотность, высокая тепло- и звукопроводность, трудоемкость переделок и усилений; необходимость выдержки до приобретения прочности, появление трещин вследствие усадки и силовых воздействий.

 

Дополнительно к №10:

Плотность железобетона принимается равной 2500 кг/м3, в случае укладки бетонной смеси без вибрирования — 2400 кг/м3. При значительном содержании арматуры (свыше 3%) плотность железобетона определяют как сумму масс бетона и арматуры в 1 м3 объема конструкции. Средняя плотность легкого железобетона определяется так же, как сумма масс бетона и арматуры в 1 м3 объема конструкции.

Железобетону присуще образование трещин в бетоне в растянутых зонах конструкций даже при эксплуатационных нагрузках небольшой интенсивности. Раскрытие этих трещин во многих случаях невелико и не мешает нормальной эксплуатации конструкций. Однако в определенных условиях необходимо предотвратить образование таких трещин или ограничить ширину их раскрытия. Для этого до приложения нагрузки бетон растянутых зон подвергают предварительному интенсивному обжатию посредством растяжения рабочей арматуры. Такой железобетон называют предварительно напряженным.

Способы соединения арматуры

Для надежного соединения армирующих элементов между собой используются 3 основных способа: при помощи сварки, внахлест без применения сварки и механический.

Сварка.

Нельзя сваривать термически упрочненную арматуру классов Ат-V, Ат-VI и высокопрочную проволоку, так как сварка приводит к утрате эффекта упрочнения Хорошо свариваются контактной сваркой горячекатанная арматура классов от А-I до А-VI, Ат-IIIC, Ат-IVC.

Система соединения может быть стыковая, нахлестная, тавровая и крестовая. Стыковая (когда стержни совмещаются встык) и тавровая (боковой стержень торцом упирается в продольную арматуру) сварка не рекомендуется из-за низкой прочности на изгиб и производится только в случаях крайней необходимости. Основная арматура обычно сваривается внахлест, а поперечные стержни привариваются к ней при укладке крестом.

Излишний перегрев может привести к ненужным структурным изменениям в металле. Качество каждого шва необходимо тщательно проверить на прочность.

Сам сварной шов имеет повышенную хрупкость и плохо работает на изгиб, что может привести к его повреждению уже на стадии уплотнения бетона путем вибрации. Такой эффект приводит к тому, что сваривать арматуру для фундамента в болотистой местности не рекомендуется.

Основное преимущество сварки – быстрота операции, что очень важно при больших объемах строительства. Кроме того, правильный выбор арматуры (с индексом С) позволяет значительно снизить негативные последствия и обеспечить нужное качество. На плотных грунтах способ сварки армирующих элементов остается наиболее востребованным.

Механическая стыковка

Данный способ является наиболее выгодным, соответственно, и наиболее часто используемым. Если сравнить процесс механического соединения арматуры со стыковкой арматуры внахлест, то главное преимущество здесь заключается в том, что не происходит значительная потеря материала. Стыковка внахлест приводит к потере определенного количества арматуры (примерно 27%).

Если сравнивать механическое соединение арматуры со стыковкой при помощи сварки, то в этом случае выигрывает скорость работы, на которую затрачивается намного меньше времени. К тому же, сварку должны выполнять только профессиональные сварщики, чтобы избежать некачественной работы, которая в будущем способна привести к негативным последствиям.

Еще в результате такого способа соединения получается достаточно прочная конструкция. Получить равнопрочное соединение, используя этот метод, можно при различных погодных условиях и в любое время года.

Технология механического соединения достаточно простая и заключается в следующем:

·на арматурный стержень надевается стальная муфта;

·она обжимается гидравлическим прессом;

·для второго стержня процесс снова повторяется.

В результате времени на создание механического соединения уходит очень мало. Вместо соединительных муфт допускается использование толстостенных стальных труб или муфт, которые имеют перегородку по центру, что значительно упрощает монтаж.

Прочная механическая стыковка возможна для арматурных прутьев разного диаметра. Это осуществляется благодаря наличию сменных штампов в гидравлическом прессе

Расчетные факторы

Расчетные факторы — нагрузки и механические характеристики бетона и арматуры (временное сопротивление, предел текучести)-обладают статистической изменчивостью (разбросом значений). Нагрузки и воздействия могут отличаться от заданной вероятности превышения средних значений, а механические характеристики материалов - от заданной вероятности снижения средних значений. В расчетах по предельным состояниям учитывают статистическую изменчивость нагрузок и механических характеристик материалов, факторы нестатистического характера и различные неблагоприятные или благоприятные физические, химические и механические условия работы бетона и арматуры, изготовления и эксплуатации элементов зданий и сооружений. Нагрузки, механические характеристики материалов и расчетные коэффициенты нормируют.

Значения нагрузок, сопротивления бетона и арматуры устанавливают по главам СНиП «Нагрузки и воздействия» и «Бетонные и железобетонные конструкции».

Классификация нагрузок

Постоянные нагрузки.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки делят на постоянные и временные.

Постоянными нагрузками являются вес несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, вес и давление грунтов, воздействие предварительного напряжения железобетонных конструкций.

Вопрос № 16

Степень ответственности зданий и сооружений определяется размером материального и социального ущерба, возникающего в случае достижения ими предельного состояния. При проектировании это учитывают путём введения в расчёт коэффициента надёжности по назначению _n, значение которого зависит от класса ответственности здания или сооружения. На коэффициент _n надо умножать расчётные значения нагрузок, усилий или иных воздействий.

СНиП 2.01.07-85* установлено три класса ответственности для зданий и сооружений:

Класс I, _n = 1,0 и более; к этому классу относятся главные корпуса ТЭС, АЭС, телевизионные башни, промышленные трубы высотой более 200 м, резервуары для нефти и нефтепродуктов вме­стимостью свыше 10 тыс. м3, крытые спортивные сооружения с трибунами, здания театров, кинотеатров, цирков, крытых рын­ков, учебных заведений, детских дошкольных учреждений, боль­ниц, родильных домов, музеев, государственных архивов и т. п.;

Класс II, _n = 0,95; к этому классу относятся здания и сооружения объектов, имеющих важное народнохозяйственное и (или) социальное значение (объекты промышленного, сельскохозяйственного, жилищно-гражданского назначения и связи, не вошедшие в I и III классы);

Класс III, _n = 0,9; к этому классу относятся здания и сооружения, имеющие ограниченное народнохозяйственное и (или) социальное значение: склады без процессов сортировки и упаковки для хранения сельскохозяйственных продуктов, удобрений, химикатов, угля, торфа и др., теплицы, парники, одноэтажные жилые дома и т. п.

Вопрос № 17

При проведении испытаний по определению прочности материала конструкции, как правило, пользуются следующими неразрушающими методами:

· метод упругого отскока;

· метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции;

· ультразвуковой метод определения прочности;

· метод ударного импульса.

Использование указанных методов, позволяет получить достоверную оценку прочности строительных материалов, не нарушая целостность элементов конструкций. Назначение необходимого количества контролируемых участков и их расположение осуществляется в соответствии действующими нормативными документами, а также из особенностей конструкций и условий доступности к ним. Методом упругого отскока, с использованием различных приборов, возможно, определять как прочностные характеристики бетона, так и металла. Метод отрыва со скалыванием ребра конструкции используется для наиболее точного определения прочностных характеристик бетона в железобетонных конструкциях.

К механическим методам испытаний относятся методы местных разрушений, пластических деформаций и упругого отскока. Метод местных разрушений связан с некоторым ослаблением несущей способности конструкций, поскольку образцы для испытаний извлекаются непосредственно из самой конструкции. Отбор образцов обычно производят из наименее напряженных элементов конструкций, например, из верхних поясов балок у крайних шарнирных опор, из нулевых стержней ферм и т.п. После извлечения образцов из тела конструкции необходимо сразу же восстановить конструкцию, а испытания образцов осуществить немедленно. В противном случае необходимо принять меры для консервации образцов.

Рациональной является также установка бездонных форм, закладываемых в тело конструкции при ее бетонировании и извлекаемых затем для проведения испытаний. А меньшей мере подвергаются внешним возмущениям конструкции при использовании приемов, основанных на косвенном определении механических характеристик. Так, прочность бетона может быть испытана на отрыв со скалыванием. Эти испытания связаны с извлечением из тела бетона заранее установленных анкеров, либо с отрывом из массива некоторой его части. Прием, основанный на определении прочности бетона отрывом, менее трудоемок, В этом случае на поверхности бетона с помощью эпоксидного клея крепят стальной диск, а определение класса бетона производят по градуировочной зависимости условного напряжения R = 4P/πd2 при отрыве. Скорость нагружения диска не должна превышать 1 кН/с. На каждом образце проводят испытания на отрыв на двух противоположных гранях. Прочность бетона может быть установлена путем скалывания участка ребра конструкции усилием Р. При ширине площадки скалывания 30 мм ребро конструкции повреждается на участке 60 – 100 мм. Для получения приемлемых результатов проводят испытания на двух соседний участках и берут среднее значение, а для построения градуирочной зависимости усилия скалывания от прочности бетона на сжатие испытывают стандартные бетонные кубы со стороной 200 мм. Метод пластических деформаций основан на оценке местных деформаций, вызванных приложением к конструкции сосредоточенных усилий. Этот метод основан на зависимости размеров отпечатка на поверхности элемента, полученного при вдавливании инпендера статистическим или динамическим воздействием, от прочности материала. Достоинство этого метода – в его технологической простоте, недостаток – в оценке прочности материала по состоянию поверхностных слов. При определении прочности бетона пользуются приборами как статистического действия (штамп НИИЖБа и прибор М.А. Новгородского), так и ударного (молоток К.П, Кашкарова). Принцип действия штампа НИИЖБа заключается в том, что между испытываемой поверхностью и штампом прокладываются листы белой и копировальной бумаги так, чтобы на белой бумаге оставался отпечаток штампа при его вдавливании в тело бетона гидравлическим домкратом. По диаметру отпечатка с помощью градуировочной кривой в зависимости от радиуса штампа r и силы Р вдавливания определяют класс бетона. Большее применение в практике находит молоток К.П. Кашкарова. Принцип определения прочности бетона с его помощью аналогичен описанному выше. Отличие заключается в том, что удар молотком наносят вручную, и в зависимости от отношения диаметра отпечатка d0 на бетоне и диаметра отпечатка на эталонном стержне dЭ молотка (d0/dЭ) по градуировочной кривой определяют прочность бетона.

Наиболее стабильные и приемлемые результаты при использовании молотка К.П. Кашкарова получают, если бетон испытывается в возрасте 28 суток и при влажности 2 – 6 %. В других случаях прочность бетона на сжатие R можно определить по формуле: R = KB Kt K28 где KB – коэффициент, учитывающий влажность в бетона; Kt – коэффициент, учитывающий возраст бетона. Эти методы рекомендуется определять опытным путем. Метод упругого отскока основан на существовании зависимости между параметрами, характеризующими упругие свойства материала, и параметрами, определяющими прочность на сжатие. Существует два принципа построения приборов. Один основан на отскакивании бойка от ударника – наковальни, прижатого к поверхности испытуемого материала, другой - на отскакивание от поверхности испытуемого материала. Наиболее распространен первый принцип, который реализован в молотке Шмидта, широко применяемом за рубежом. В нашей стране этот молоток известен как склерометр Шмидта. Склерометры Шмидта выпускают в основном пружинного типа. Молоток состоит из алюминиевого корпуса, в котором по штоку перемещается ударник. При вдавливании ударника пружина растягивается, и после освобождения энергия растянутой пружины передается ударнику. После удара по испытываемому материалу ударник отскакивает на расстояние, которое фиксируется стрелкой на шкале прибора, и по специальной тарировочной шкале или диаграмме, приданной данному прибору, определяется прочность материала.

Вопрос №18

Магнитные методы основаны на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами или на определении магнитных изделий. Магнитные методы испытаний можно классифицировать по способам регистрации магнитных полей рассеяния или определения магнитных свойств контролируемых изделий. Основными являются следующие методы: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, индукционный. Магнитопорошковый метод - один из самых распространенных для обнаружения дефектов (типа нарушения сплошности металла). Он применяется только для контроля деталей из ферромагнитных материалов. Этот метод позволяет выявлять дефекты без разрушения изделий: неметаллические и шлаковые включения, пустоты, расслоения, дефекты сварки и трещины. Метод особенно эффективен в резервуаростроении. Магнитографический метод состоит в записи магнитных полей рассеяния над дефектом на магнитную ленту. Этот метод применяется для проверки сплошности сварных швов различных сооружений изготовленных из ферромагнитных сталей с толщиной стены до 18 мм. Феррозондовый метод основан на преобразовании градиента или напряженности магнитного поля в электрический сигнал. Индукционный метод основан на том, что выявление полей рассеяния в намагниченном контролируемом металле осуществляется с помощью катушки с сердечником, которая питается переменным током и является элементом мостовой схемы. Индукционный метод применяют для выявления трещин, непроваров и включений при контроле сварных швов.

Вопрос №19

Ультразвуковые акустические методы основаны на изучении характера распространения звука в конструкционных материалах. Звук – колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой и твердой среде. Упругие волны подразделяются на инфразвуковые, частота которых находится в пределах то 2 Гц до 20 кГц, и ультразвуковые с частотой от 20 кГц до 100 МГц. При испытании бетона и керамики применяют ультразвуковые колебания с частотой от 20 до 200 кГц, при испытании металлов и пластмасс – с частотой от 30 кГц до 10 МГц. В практике определения прочностных свойств бетона в основном применяется измерение скорости распространения продольных ультразвуковых волн. Сущность ультразвукового импульсного метода состоит в том, что измеряют скорость распространения через бетон переднего фронта ультразвуковой волны v. Исходя из зависимости R = f (v), по измеренной v определяют прочность бетона. Для измерения v необходимо знать время прохождения ультразвука на участке определенной длины, называемой базой прозвучивания l. Поскольку скорость ультразвука в бетоне велика (до 5 м/с), при обычных значениях l (до 1,5 м) приходится определять весьма малые интервалы времени, измеряемые в микросекундах. Для возбуждения ультразвуковых волн и измерения времени их проождения через бетон применяют специальную аппаратуру, принцип работы которой состоит в том, что электронный генератор высокочастотных импульсов периодически посылает электронные импульсы на излучатель, который преобразует эти импульсы в ультразвуковые механические волны. Из излучателя ультразвуковые волны проходят через исследуемый бетонный элемент и попадают на щуп-приемник. В приемнике ультразвуковые колебания преобразуются в электрические импульсы, направляемые в усилитель. Усиленный импульс попадает на индикатор – электронно-лучевую трубку. Имеющееся в приборе электронное устройство, называемое «ждущей задержанной разверткой», включается одновременно с пуском импульсного генератора. Развертка смещает электронный луч по экрану электронно-лучевой трубки слева на право; при этом в левой части экрана индикатора возникает вертикальная отметка, соответствующая моменту посылки импульсов, а в правой – изображение прошедших через бетон ультразвуковых импульсов. Электронный генератор создает на экране индикатора электронную шкалу меток времени в виде вертикальных отметок с интервалами, по числу которых определяется время прохождения ультразвукового импульса через бетон. В приборах последних моделей амплитуду временного интервала между зондирующим и прошедшим через бетон импульсами измеряют малогабаритным цифровым вольтметром. Прибор выполнен на полупроводниковых элементах и интегральных микросхемах. Контроль метрологических характеристик ультразвуковых приборов – определение основной и дополнительных погрешностей, измерение времени прохождения ультразвуковых колебаний следует проводить согласно действующим рекомендациям, выпускаемым заводами-изготовителями вместе с приборами. Применяют различные методики для определения прочности бетона, например, ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-78, который наиболее предпочтителен для тяжелых, легких, ячеистых и плотных силикатных бетонов, а также методику ВНИИФТРИ-МИСИ-ВЗПИ. Однако независимо от метода испытаний всегда необходимо соблюдать следующие общие положения, принятые при построении зависимости «v - Rсж». Поверхность бетона, на которой устанавливают щупы (ультразвуковые преобразователи), не должна иметь наплывов и вмятин, а также раковин и воздушных пор глубиной более 3 мм и диаметром более 6 мм. С поверхности должны быть удалены декоративное покрытие или облицовочный материал. Для обеспечения надежного акустического контакта между бетоном и рабочей повер­хностью щупов применяют вязкие контактные среды (смазки) или эластичные прокладки. При испытаниях конструкций и образцов, применяемых для построения зависимости «v - Rсж», должна использоваться одинаковая контактная смазка. Измерение базы прозвучивания проводят с погрешностью не более ±0,5%. При испытании кубов прозвучивание ведут в направлении, пер­пендикулярном направлению укладки бетонной смеси в форму. Определение производится в кубах на трех уровнях по высоте, при этом разброс не должен превышать 5%.

Вопрос №20

Метод основан на использовании γ-лучей, источником которых являются радиоактивные изотопы. Метод эффективен при инженерно-геологических изысканиях, а также определении объемной массы тяжелых, легких и ячеистых бетонов. Большой опыт применения радиационного метода испытаний накоплен во Владимирском филиале Московского института изысканий.

Радиодефектоскопия основана на проникающих свойствах волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Этим методом обнаруживаются поверхностные дефекты, состоящие неметаллических материалов. От генератора, работающего в непрерывном или импульсном режиме, радиоволны проникают в конструкцию и с помощью усилителя регистрируются приемным устройством. Радиоволновым методом возможно определить влажность материала. Для диагностики состояния конструкций зданий или сооружений используют инфракрасные излучения.

Электрические методы измерения неэлектрических величин широко распространены при контроле и определении физико-механических характеристик строительных материалов, изделий и конструкций. По замеренному электрическому сопротивлению можно, судить о влажности древесины в конструкциях. Электрический метод используют также для определения влажности песка. Однако более точными являются методы определения влажности, основанные на термоэлектрических и диэлектрических эффектах. Термоэлектрический метод основан на функциональной связи теплопроводности песка с его влажностью, диэлектрический метод— на измерении электроемкости конденсатора, между пластинками которого помешается проба песка различной влажности. Электрический метод часто используют для определения содержания воды в бетонной смеси.

Физико-механические свойства бетона