Определение прочности бетона механическими методами

 

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего

профессионального образования 

«Ярославский государственный  технический университет»

Кафедра «Строительные конструкции»

 

 

 

 

Контрольную работу защитил

с оценкой ____________

Преподаватель,

 доцент

(_________)  Г. Н. Голубь

__________

 

 

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ  БЕТОНА МЕХАНИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

 

 

Контрольная работа по дисциплине

«Обследование и испытания зданий и сооружений»

 

ЯГТУ 270102.065-06 к/р

 

 

 

Работу выполнил

студент гр. ЗПГС-65

(_________)  Д.В. Дормаков

__________

 

 

 

 

 

 

2013 

Механические методы неразрушающего контроля при обследовании конструкций  применяют для определения прочности  бетона всех видов нормируемой прочности, контролируемых по ГОСТ 18105-86.

В зависимости от применяемого метода и приборов косвенными характеристиками прочности являются:

• значение отскока бойка от поверхности бетона (или прижатого к ней ударника);
• параметр ударного импульса (энергия удара);
• размеры отпечатка на бетоне (диаметр, глубина) или соотношение диаметров отпечатков на бетоне и стандартном образце при ударе индентора или вдавливании индентора в поверхность бетона;
• значение напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве приклеенного к нему металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска;
• значение усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции;
• значение усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства.

В таблице 1 приведены рекомендуемые методы контроля прочности бетона.

При проведении испытаний механическими  методами неразрушающего контроля следует  руководствоваться указаниями ГОСТ 22690-88.

Таблица 1 – Методы контроля прочности  бетона

 

В таблице 2 приведены методы определения  прочности бетона в зависимости  от ожидаемой прочности испытуемых элементов.

Таблица 2 – Методы определения  прочности бетона

В зависимости от метода обследования 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  таблице 3.

Таблица 3 – Значения толщины  конструкций на участке испытания

К приборам механического  принципа действия относятся: эталонный  молоток Кашкарова, молоток Шмидта, молоток Физделя, пистолет ЦНИИСКа, молоток Польди и др. Эти приборы  дают возможность определить прочность  материала по величине внедрения  бойка в поверхностный слой конструкций  или по величине отскока бойка  от поверхности конструкции при  нанесении калиброванного удара (пистолет ЦНИИСКа).

Молоток Физделя (рисунок 1) основан на использовании пластических деформаций строительных материалов. При ударе молотком по поверхности конструкции образуется лунка, по диаметру которой и оценивают прочность материала. То место конструкции, на которое наносят отпечатки, предварительно очищают от штукатурного слоя, затирки или окраски. Процесс работы с молотком Физделя заключается в следующем: правой рукой берут за конец деревянной рукоятки, локоть опирают о конструкцию. Локтевым ударом средней силы наносят 10-12 ударов на каждом участке конструкции. Расстояние между отпечатками ударного молотка должно быть не менее 30 мм. Диаметр образованной лунки измеряют штангенциркулем с точностью до 0,1 мм по двум перпендикулярным направлениям и принимают среднее значение. Из общего числа измерений, произведенных на данном участке, исключают наибольший и наименьший результаты, а по остальным вычисляют среднее значение. Прочность бетона определяют по среднему измеренному диаметру отпечатка и тарировочной кривой, предварительно построенной на основании сравнения диаметров отпечатков шарика молотка и результатов лабораторных испытаний на прочность образцов бетона, взятых из конструкции по указаниям ГОСТ 28570-90 или специально изготовленных из тех же компонентов и по той же технологии, что материалы обследуемой конструкции.

Рисунок 1 - Молоток Физделя

На рисунке 2 приведена тарировочная кривая для определения предела прочности при сжатии молотком Физделя.

Рисунок 2 - Тарировочная кривая для определения предела прочности при сжатии молотком Физделя.

 

 

 К методике определения прочности  бетона, основанной на свойствах пластических деформаций, относится также молоток  Кашкарова ГОСТ 22690-88.

Отличительная особенность молотка  Кашкарова (рисунок 3) от молотка Физделя заключается в том, что между металлическим молотком и завальцованным шариком имеется отверстие, в которое вводится контрольный металлический стержень.

При ударе молотком по поверхности  конструкции получаются два отпечатка: на поверхности материала с диаметром dd и на контрольном (эталонном) стержне  с диаметром dэ.

 

 

 

 

Рисунок 3 - Определение прочности материала, с помощью молотка К.П. Кашкарова: 1 - корпус, 2 - метрическая рукоятка; 3 - резиною ручка; 4 - головка; 5 - стальной шарик, 6 - стальной эталонный стержень; 7- угловой масштаб

 

Отношение диаметров получаемых отпечатков зависит от прочности обследуемого материала и эталонного стержня  и практически не зависит от скорости и силы удара, наносимого молотком. По среднему значению величины dd/dэ  из тарировочного графика (рисунок 4) определяют прочность материала.

Рисунок 4 – Тарировочная кривая для определения прочности бетона молотком Кашкарова

 

На участке испытания  должно быть выполнено не менее пяти определений при расстоянии между  отпечатками на бетоне не менее 30 мм, а на металлическом стержне - не менее 10 мм.

К приборам, основанным на методе упругого отскока, относятся пистолет ЦНИИСКа (рисунок 5), пистолет Борового (рисунок 6), молоток Шмидта, склерометр КМ со стержневым ударником и др. Принцип действия этих приборов основан на измерении упругого отскока ударника при постоянной величине кинетической энергии металлической пружины. Взвод и спуск бойка осуществляются автоматически при соприкосновении ударника с испытываемой поверхностью. Величину отскока бойка фиксирует указатель на шкале прибора.

 

Рисунок 5 - Пистолет ЦНИИСКа

Рисунок 6 - Пружинный пистолет С.И. Борового

 

Отличительная особенность склерометра  КМ заключается в том, что специальный  боек определенной массы при помощи пружины с заданной жесткостью и  предварительным напряжением ударяет  по концу металлического стержня, называемого  ударником, прижатого другим концом к поверхности испытываемого  бетона. В результате удара боек отскакивает от ударника. Степень  отскока отмечается на шкале прибора  при помощи специального указателя.

Зависимость величины отскока ударника от прочности бетона устанавливают  по данным тарировочных испытаний бетонных кубиков размером 15´15´15 см, и на этой основе строится тарировочная кривая.

Прочность материала конструкции  выявляют по показаниям градуированной шкалы прибора в момент нанесения  ударов по испытываемому элементу.

Методом испытания на отрыв со скалыванием  определяют прочность бетона в теле конструкции. Сущность метода состоит  в оценке прочностных свойств  бетона по усилию, необходимому для  его разрушения, вокруг шпура определенного  размера при вырывании закрепленного  в нем разжимного конуса или специального стержня, заделанного в бетоне. Косвенным  показателем прочности служит вырывное усилие, необходимое для вырыва заделанного  в тело конструкций анкерного  устройства вместе с окружающим его  бетоном при глубине заделки h (рисунок 7).

 

 

 

Рисунок 7 - Схема испытания методом отрыва со скалыванием при использовании анкерных устройств

 

При испытании методом отрыва со скалыванием участки должны располагаться  в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или  усилием обжатия предварительно напряженной арматуры.

Прочность бетона на участке допускается  определять по результатам одного испытания. Участки для испытания следует  выбирать так, чтобы в зону вырыва не попала арматура. На участке испытания  толщина конструкции должна превышать  глубину заделки анкера не менее  чем в два раза. При пробивке отверстия шлямбуром или высверливанием толщина конструкции в этом месте  должна быть не менее 150 мм. Расстояние от анкерного устройства до грани  конструкции должно быть не менее 150 мм, а от соседнего анкерного устройства - не менее 250 мм.

При проведении испытаний используются анкерные устройства трех типов (рисунок 8)

Рисунок 8 - Типы анкерных устройств 1 - рабочий стержень; 2 - рабочий стержень с разжимным конусом; 3 - рабочий стержень с полным разжимным конусом; 4 - опорный стержень, 5 - сегментные рифленые щеки

 

Анкерные устройства типа I устанавливают  на конструкции при бетонировании; анкерные устройства типов II и III устанавливают  в предварительно подготовленные шпуры, пробитые в бетоне высверливанием. Рекомендуемая глубина отверстий: для анкера типа II - 30 мм; для анкера типа III - 35 мм. Диаметр шпура в  бетоне не должен превышать максимальный диаметр заглубленной части анкерного  устройства более чем на 2 мм. Заделка  анкерных устройств в конструкциях должна обеспечить надежное сцепление  анкера с бетоном. Нагрузка на анкерное устройство должна возрастать плавно со скоростью не более 1,5-3 кН/с вплоть до вырыва его вместе с окружающим бетоном.

Наименьший и наибольший размеры  вырванной части бетона, равные расстоянию от анкерного устройства до границ разрушения на поверхности конструкции, не должны отличаться один от другого  более чем в два раза. Единичное значение Ri прочности бетона на участке испытаний определяют в зависимости от напряжений сжатия в бетоне sd и значения Ri0. Сжимаемые напряжения в бетоне sd, действующие в период испытаний, определяют расчетом конструкций с учетом действительных размеров сечений и величин нагрузок (воздействий).  

При определении класса бетона методом  скалывания ребра конструкции применяют прибор типа ГПНС-4 (рисунок 9). Схема испытания приведена на рисунок 10.

Рисунок 9 - Прибор для определения прочности бетона методом скалывания ребра 1 - испытуемая конструкция, 2 - скалываемый бетон, 3 - устройство УРС, 4 - прибор ГПНС-4

Параметры нагружения следует принимать: а = 20 мм; b = 30 мм, a = 18°.

На участке испытания необходимо провести не менее двух сколов бетона. Толщина испытываемой конструкции  должна быть не менее 50 мм. Расстояние между соседними сколами должно быть не менее 200 мм. Нагрузочный крюк должен быть установлен таким образом, чтобы величина "а" не отличалась от номинальной более чем на 1 мм. Нагрузка на испытываемую конструкцию должна нарастать плавно со скоростью не более (1±0,3) кН/с вплоть до скалывания бетона. При этом не должно происходить проскальзывания нагрузочного крюка. Результаты испытаний, при которых в месте скола обнажалась арматура, и фактическая глубина скалывания отличались от заданного более 2 мм, не учитываются.

 

Рисунок 10 - Схема испытания бетона в конструкциях методом скалывания ребра конструкции

 

При испытании методом  скалывания ребра на участке испытания  не должно быть трещин, сколов бетона, наплывов или раковин высотой (глубиной) более 5 мм. Участки должны располагаться  в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или  усилием обжатия предварительно напряженной арматуры.