Испытания проб-образцов материалов, отобранных из конструкций

 

При использовании метода отбора проб из конструкций (с. 13, 14, 19, 20) проводят стандартизированные лабораторные испытания образцов материалов.

Марку полнотелого и пустотелого глиняного обыкновенного и силикатного кирпича определяют в таком порядке.

Отбирают из кладки пять кирпичей, очищают их, распиливают поперёк на две равные части. Складывают половинки по постелям распилами в разные стороны, предварительно покрыв одну из постелей цементным тестом слоем не более 5 мм (портландцемент марки 200). Этим же цементным тестом покрывают верхнюю и нижнюю поверхности кирпича, предварительно смочив их водой. После выравнивания слоя цементного теста покрывают его листом влажной бумаги и накрывают стеклом, немного прижимая руками. Подготовленные образцы выдерживают при комнатной температуре в течение 3-4 дней.

Определяют прочность на сжатие на гидравлическом прессе как среднее арифметическое из пяти испытаний. Умножают её и наименьший результат испытаний на 1,2.

Определяют прочность на изгиб, для чего отбирают из кладки пробу также из пяти кирпичей, очищают их. На каждом кирпиче наносят цементным тестом по три полоски шириной 2…3 см: одну посередине на верхней постели, две других – на нижней постели на расстоянии 25 мм от торцов. Затем кирпичи выдерживают при комнатной температуре 3-4 дня.

Кирпич устанавливают на две опоры из металлических стержней диаметром 20…30 мм и прикладывают нагрузку также через стержень, установленный на полоску посередине.

Вычисляют предел прочности при изгибе по формуле

R _изг = 3 Pl / (2 bh ²),

где P  -разрушающая сила, Н;

  l  - длина пролёта между опорами, 20 см;

  b   - ширина кирпича, см;

  h  - толщина кирпича, см.

 

Марку кирпича определяют по таблице:

 

Марка кирпича	Предел прочности, МПа, не менее
	На сжатие		На изгиб
	Средний для пяти «двоек», умнож. на 1,2	Наименьший для одной «двойки», умнож. на 1,2	Средний для пяти образцов	Наименьший для одного образца
200 150 125 100 75	20 15 12,5 10 7,5	15 12,5 10 7,5 5	3,4 2,8 2,5 2,2 1,8	1,7 1,4 1,2 1,1 0,9

 

 

Прочность бетона конструкций методом отбора проб определяют таким образом.

Выпиливанием (или высверливанием) отбирают из конструкции образцы-кубы (или цилиндры).

Если при реконструкции здания или сооружения производят бетонные работы, то от каждого замеса отбирают по три серий кубов, в каждой из которых не менее 3-х образцов (т.е. не менее 9 кубов).

Определяют прочность на сжатие на гидравлическом прессе как среднее арифметическое всех испытаний.

Для повышения точности испытания мощность пресса выбирают так, чтобы ожидаемое разрушающее усилие на образец составляло не менее 10 % от предельного усилия пресса (т.е. чтобы заставить пресс работать в как можно более широком диапазоне).

Образец-куб устанавливают на пресс теми гранями, которые при бетонировании являлись боковыми; извлечённый из конструкции куб устанавливают на пресс любыми гранями; нагрузку подают непрерывно и равномерно со скоростью 0,6 МПа/с.

Предел прочности кубов с ребром, отличным от 15 см, приводят к прочности эталонного куба умножением на переводные (масштабные) коэффициенты (см. с. 19). Переводные коэффициенты к прочности эталонного куба установлены и для цилиндров различных диаметров (см. с. 19).

Размеры образцов определяют штангенциркулем с точностью до 0,01мм, массу образцов - с точностью до 0,5 г.

Как перейти от кубиковой прочности к классу бетона, показано на с. 34.

Призменную прочность определяют на образцах с размерами 10х10х40 см, 15х15х60 см и 20х20х80 см (в зависимости от крупности зерен). Перед испытанием на боковые грани устанавливают индикаторы на базе, тензометры или тензорезисторы. Должен осуществляться контроль равенства деформаций граней (в пределах 2...3х10^-5 до нагрузок, составляющих 10...20 % ожидаемой разрушающей. 

На этих же образцах определяют начальный модуль упругости бетона путё нагружения равными ступенями по 10 % ожидаемой разрушающей. После каждой ступени дается выдержка 5...6 мин, в начале и в конце которой берут отсчеты по приборам. Е = при напряжениях, равных 0,2 R_b.

Определение предела прочности бетона при растяжении производится испытанием на изгиб бетонных образцов-балочек с размерами, как у призм (10х10х40 см при крупности заполнителя до 20 мм, 15х15х60 см - эталонный, при крупности заполнителя до 40 мм, 20х20х80 см - при крупности заполнителя до 70 мм).

Испытывают балочки по схеме чистого изгиба (с нагружением в третях пролета, пролет - 30, 45 или 60 см) с использованием жесткой верхней траверсы с двумя цилиндрическими опорами. Скорость нагружения 0,05±0,02 МПа/с.  

Если в третях пролета L /3 прикладываются две силы по Р/2, то предел прочности можно определить по формуле

или по формуле

;

коэффициентом «а» учитываются пластические деформации бетона растянутой зоны, а = 1,7.

Существует стандартный способ определения прочности бетона при растяжении и путём сжатия-раскалывания образцов-кубиков и цилиндров.

 

Если при реконструкции здания или сооружения производят бетонирование массивных конструкций, то для определения прочностных характеристик бетона не обязательно отбирать образцы от замесов, а можно воспользоваться двумя методами, предложенными И.В. Вольфом.

1. При формовании бетонной смеси в неё погружают бездонные металлические цилиндры, смазанные машинным маслом. После затвердения бетона цилиндры вынимают, а образовавшиеся

бетонные «пеньки», соединенные с окружающим бетоном лишь своим основанием, отрывают специальными клещами, снабженными динамометром (для фиксирования усилия отрыва). Установлена эмпирическая зависимость: прочность бетона R = f (усилия отрыва).

2. При формовании бетонной смеси в неё погружают несколько металлических цилиндров (один над другим, на требуемую глубину), боковые поверхности которых испещрены отверстиями

в шахматном порядке и имеющими дно; в дно самого верхнего цилиндра вворачивается стержень, пропускаемый внутри трубки, расположенной по оси цилиндра. Бетон, заполняя цилиндры, затвердевает в отверстиях. По этим отверстиям и происходит срез бетона при последовательном выдергивании цилиндров, начиная с верхнего, с замером усилия среза. Установлена эмпирическая зависимость: прочность бетона R = f (усилия среза). Эти же образцы, взятые из конструкции, могут быть испытаны на сжатие на гидравлическом прессе.

 

 

2.12. Метрологические требования к средствам измерений

   (необходимые определения)

Метрология - это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Средства измерений - это технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормативные метрологические характеристики.

Поверка средств измерений - определение метрологическими органами погрешностей средств измерений и установление их пригодности к применению.

Метрологическая аттестация средств измерений -  исследование средств измерений, выполняемое метрологическими органами для определения метрологических свойств этих средств измерений, и выдача документа с указанием полученных данных.

Измерение - процесс нахождения какой-либо физической величины с помощью технических средств и сравнения её с эталоном.

При обследовании конструкций могут измеряться прогиб, размеры сечений, длина или пролет конструкции, ширина раскрытия и глубина трещин, диаметр арматуры, толщина её защитного слоя, плотность, прочность, водонепроницаемость, теплопроводность, влажность материалов и другие величины, характеризующие физико-механические свойства и структуру материалов, геометрические размеры конструкций, точность их сборки и монтажа.

При испытании конструкций кроме многих из уже перечисленных могут подлежать измерению также линейные фибровые деформации материалов, углы поворота сечений, контролироваться значения прикладываемых испытательных нагрузок и другие величины.

Большое количество величин приходится измерять при изготовлении строительных материалов, конструкций и деталей, при производстве большинства видов строительно-монтажных работ.

Измерения физических величин, которые можно провести непосредственно, называются прямыми (так можно измерить перемещение, скорость, деформацию и др.).

Но есть ряд величин, которые измерить непосредственно нельзя, они условны (например, напряжение, жесткость и др.). Их можно установить лишь с помощью косвенных измерений (например, напряжение определяют по деформации, используя в упругой стадии работы материала закон Гука, в пластической стадии - функциональную зависимость). Достоверность результата косвенных измерений зависит не только от инструментальной погрешности (см. ниже), но и от методической (в какой степени справедлива функциональная зависимость).

Косвенными являются, например, все неразрушающие методы контроля (измеряется не само контролируемое свойство, например, прочность бетона, величина защитного слоя арматуры и т.д., а какой-то косвенный показатель - скорость ультразвука, степень ослабления ионизирующего потока и др.).

Параметры измерения:

- погрешность -разность между истинными и измеренными значениями величин;

- точность -степень приближения результатов измерений к истинному значению;

- достоверность - вероятность отклонения измерения от истинного значения;

- диапазон измерения - область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средств измерений;

- цена деления шкалы - разность значений величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы;

- предел измерений - наибольшее и наименьшее значения диапазона измерения;

- чувствительность измерительного прибора - отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

Классы измерений:

- особо точные (эталонные);

- высокоточные (градуировка измерительных систем);

      - технические (применяются при испытаниях).

Никакое измерение с помощью технического средства не может быть выполнено абсолютно точно, так как любой измерительный прибор или преобразователь обладают какими-то конструктивными допусками, сказывается и погрешность градуировки. Это - инструментальная погрешность.

Методические погрешности возникают от того, что прибор неправильно воспринимает или искажает измеряемую величину (примеры: несоответствие базы прибора задачам эксперимента; струнный тензометр внутри твердого тела сам вносит искажение в исследуемое напряженное состояние).

Погрешность прибора, возникающая при нормальных условиях эксплуатации или аттестации (t = 20⁰С и W = 60 %) называется основной.

Погрешности, возникающие при t, отличной от 20^оС, и W, отличной от 60 %, а также от других помех, называются дополнительными.

Как основная, так и дополнительная погрешности (каждая из них) включает в себя:

- случайную составляющую (случайную погрешность);

- систематическую составляющую (систематическую погрешность).

Погрешность является случайной, если её значения различны даже в результате измерений, выполненных одинаковым образом. Для уменьшения влияния случайных погрешностей увеличивают число измерений, дублируют показания приборов.

Систематические погрешности - это такие погрешности, которые остаются постоянными или изменяются по определённому закону при многократном повторении одних и тех же измерений. Любое округление чисел, например, является систематической погрешностью. Причины, вызывающие систематические погрешности, обычно известны, поэтому такие погрешности могут быть уменьшены или вовсе исключены за счет применения более чувствительных приборов, учета влияния какого-то фактора и т.п. Уменьшить же систематическую погрешность увеличением числа измерений невозможно.

Промахами являются грубые ошибки по вине экспериментатора. При обработке результатов измерений промахи исключают. Один из методов выявления промахов при ограниченном числе измерений основан на вычислении критерия Романовского В.И. По заданной вероятности Р (Р = 0,95; 0,99; 0,995) в зависимости от числа измерений  n по таблице сначала определяют коэффициент t^/ (Стьюдента). Значения этого коэффициента приведены в таблице:

 

f = n - 1	P = 0,95	Р = 0,99	Р = 0,995
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	15,56 4,97 3,56 3,04 2,78 2,62 2,51 2,47 2,37   2,29   2,24   2,2   2,17   2,15 1,96	77,96 11,46 6,53 5,04 4,36 3,96 3,71 3,54 3,41   3,23   3,12   3,04   3   2,93 2,58	779,7 36,5 14,46 9,43 7,41 6,37 5,73 5,31 5,01   4,62   4,37   4,2   4,07   3,98 3,29

               

Затем выполняют следующие операции:

1. Результаты измерения записывают в отдельную таблицу.

2. Определяют среднее арифметическое значение величины x^/.

3. Находят погрешности отдельных измерений

                                D x_i = x_i - x^/.

4. Вычисляют квадраты погрешностей отдельных измерений

                                (D x_i)².

5. Определяют среднее квадратичное отклонение

                            

6. Если окажется, что х^/ - х_max > S t^/, то х_max считают промахом и исключают из ряда наблюдений. Вновь выполняют п. 2, 3, 4 (уже исключив промах). Вновь выполняют п. 5 (уже при меньшем значении n).

7. Находят погрешность измерений

                            t^/

и границы доверительного интервала

                            х = х^/ ± Dх.

8. Определяют относительную погрешность (в %)

                       ,

характеризующую точность измерений.

9. Сравнивают погрешность измерений Dх с величиной погрешности прибора d (или e с условной границей допустимой относительной погрешности e_у, например 5 %). Если точность измерения недостаточна, приходят к выводу о необходимости увеличения числа измерений.