Страница 5: Пособие по оценке физического износа зданий (31443)

деформация образца S, см;

средняя деформация S??, см;

относительная деформация образца

модуль деформации

Приложение 3

Методика применения инструментальных методов испытаний материалов и конструкций

1. Механические методы.

К этим методам относятся:

• ударный с применением испытательных молотков, дисков;

• метод вырыва - с изъятием закладного или заложенного в существующую конструкцию стержня с помощью устройства, выполняющего вырыв детали и замер усилия вырыва.

1. 1. Ударный метод.

Определяется прочность бетона, раствора, естественного камня по тарировочному графику по среднеарифметическому значению отпечатков, образованных при ударе испытательным устройством по поверхности испытываемого материала. На поверхности испытываемого участка конструкции, освобожденного от облицовочного слоя, наносится серия (10-12) ударов с расстоянием между ними не менее 30 мм. Измеряются диаметры образованных лунок на поверхности конструкции, определяется их среднеарифметическое значение и по тарировочной кривой, приложенной к молотку Физделя, устанавливается прочность испытываемого материала (рис. 1).

Рис.1 Тарировочная зависимость

размера отпечатка от прочности бетона

При использовании молотка Кашкарова (эталонный молоток НИИ Мосстроя) определяется среднеарифметическое значение отношения размеров отпечатков (лунок) на поверхностях конструкции и эталонного стержня, перемещаемого после каждого удара в отверстии ударной части молотка; прочность материала в этом случае определяется по тарировочной кривой - среднеарифметическое значение отношений размера отпечатка на эталоне к размеру отпечатка на поверхности конструкции (рис. 2).

Рис. 2 Тарировочная зависимость отношения размера

отпечатка на эталоне к размеру отпечатка на

поверхности конструкции от прочности бетона

1. 2. Метод вырыва.

Метод вырыва основан на гипотезе о связи между прочностью материала и силами сцепления в нем. Сущность метода испытания материала в конструкциях на совместный обрыв и скалывание заключается в оценке прочностных свойств по величине усилия, необходимого при вырывании закрепленного в конструкции разжимного корпуса и специального стержня. Стержень заделывается в конструкцию путем зачеканки или при их устройстве. Косвенным показателем прочности служит величина вырывного усилия (рис. 3).

Для испытания твердого материала на отрыв и скалывание применяется прибор ГПНВ-5. С его помощью вырывают заделанные в конструкцию разъемные конусы или стержни.

Рис.3. Тарировочная зависимость усилия вырыва

от прочности бетона

Величина вырывного усилия определяется по шкале манометра. Переход от косвенных показателей прочности к значению действительной прочности материала в конструкции производится по тарировочным кривым. Прибор ГПНВ-5 может быть применен при проведении комплексных испытаний. Для этого используются выдвижные ножки прибора с шариковыми опорами; в результате применения прибора в таком виде получают второй косвенный показатель прочности - диаметр отпечатка. Прибор ГПНВ-5 разработан и изготовляется Донецким ПромстройНИИпроектом. Следует отметить, что если ударным способом можно определить прочность материала только на поверхности конструкции, то при вырыве закладной детали из конструкции определяется интегральное значение прочности материала на глубину разъемного конуса или стержня, что приближает результаты испытаний к реальным условиям.

1-шарнирное крепление стрелки

2-стрелка

3-шкала

Пластины изготавливаются из пластмассы с делениями и без них

Рис. 3. Методика установки маяков

а) рычажных, б) алебастровых, в) пластинчатых

1.3. Компенсационный метод.

К механическим методам испытаний относится способ определения напряженного состояния материала массивных конструкций, предложенный В.И. Кравцовым и С.Я. Эйдельманом. Этот метод заключается в следующем. Ниже сечения, по которому определяется напряжение, фиксируется по паре точек, расстояние между которыми замеряется с точностью до 0, 01 мм. Затем над одной парой точек пробивается борозда на глубину 30±40 см, что приводит к разгрузке поверхностного слоя конструкции. В этом случае расстояние между точками этой пары увеличивается. После этого производится загружение материала конструкции при введении в борозду компенсатора, представляющего собой стальное жесткое кольцо, перекрытое с двух сторон гибкой или жесткой мембраной, до тех пор, пока расстояние между точками становится равным первоначальному. При этом давление, создаваемое компенсатором, принимается равным напряжению конструкции в этом сечении.

1.4. Метод контроля трещин в конструкциях.

1.4.1. Контроль над трещинами осуществляется с помощью маяков - цементных и алебастровых, рычажных и пластинчатых. Маяки ставятся на очищенную поверхность конструкции перпендикулярно трещине: цементные и алебастровые - не менее двух на трещину и на каждый метр по одному маяку, остальные - на каждые 3 метра по одному маяку, но не менее одного маяка на трещину.

На конструкции и в специальном журнале отмечается номер и дата установки маяка; в журнале, кроме того, записывается ширина раскрытия трещины и приводится схема установки маяков (рис. 3).

При разрыве цементного или алебастрового маяка, что свидетельствует о развитие трещины, ставятся новые маяки, и в журнале указывается дата появления разрыва.

Наблюдение за маяками и установка новых маяков продолжается до прекращения развития трещины.

2. Неразрушающие методы испытаний.

2.1 .Ультразвуковой метод.

Для определения акустических характеристик материала применяется электронно-акустическая аппаратура, в состав которой входят микросекундомер, датчики-приемники импульсов и токоподводящие проводы.

При импульсных акустических (ультразвуковых) испытаниях измеряемой характеристикой является время прохождения акустического сигнала между датчиком и приемником в испытываемом материале.

На экране электронно-лучевой трубки время определяется в интервале между зондирующим импульсом и моментом прохождения соответствующей волны.

Чтобы определить истинное время распространения волны, следует учитывать потери времени, связанные с обработкой информации в приборе. Эти потери оцениваются двумя способами:

первый - перед началом испытаний поверхность датчика и приемника прижимают друг к другу и определяют время между зондирующим импульсом и первым вступлением приходящей волны. Измеряемое время и есть определяемые потери;

второй - на эталонном однородном материале производят прозвучивание с базой измерения в 50 и 100 см. В этом случае

tпр=2t50-t100 (5.5)

где tпр время распространения колебаний при базе измерения 50 см

t50 время распространения колебаний при базе измерения 100 см;

t100 время, затрачиваемое прибором на обработку информации

По известной базе измерения (расстояние между датчиком и приемником в свету) и найденному времени распространения колебаний определяется скорость прохождения импульса (скорость ультразвука)

С=I/t

где I - база измерения.

Перед началом прозвучивания следует определить однородность испытываемого материала, для чего при поверхностном прозвучивании измеряют базу измерения. По данным испытаний строятся годографы продольной волны. Прямолинейный характер годографа свидетельствует о постоянной скорости независимо от базы измерения. При этом, для определения глубины распространения трещины, выходящей на поверхность конструкции, используется способ построения годографа. По локальному увеличению времени (разрыв годографа) прохождения акустического импульса в зависимости от базы измерения при фиксированном положении датчика вычисляется глубина проникания трещины (рис. 4). Невидимые дефекты конструкций (пустоты, инородные включения и т. д.), и зона их распространения выявляются при сквозном прозвучивании методом последовательного приближения, т.е. при перемещении датчиков и приемников вдоль поверхности конструкции определяются границы дефектов по локальному изменению скорости ультразвука.

Рис. 4. Годограф при определении глубины проникания трещины

Прижим датчиков к поверхности конструкции производится вручную с предварительным нанесением слоя солидола, пластилина, технического вазелина на рабочую поверхность датчика и приемника для создания плотного контакта.

По значению скорости ультразвука и тарировочной кривой для бетона соответствующего состава устанавливается прочность однородного (изотропного) материала: тяжелого бетона, раствора, естественных камней изверженного происхождения (гранит, сиенит, диабаз и пр.), металлы. При испытаниях неоднородных (анизотропных, квазиизотропных) материалов (кирпич, кладочные материалы, легкие бетоны и пр.) тарировочные кривые предусматривают зависимость между прочностью материала и его акустическим сопротивлением - комплексной характеристикой, выражающейся произведением скорости ультразвука на плотность материала. Плотность, при этом, определяется с помощью плотномера - прибор радиометрических методов испытаний.

2.2. Радиометрические методы.

2.2.1 .Методика определения плотности материала.

Радиометрический метод определения плотности материала основан на взаимодействии гамма- излучения с исследуемой средой. Взаимодействие излучения с материалом определяется основным законом ослабления ионизирующего излучения, который имеет вид:

J = Joe -??x (5.3)

где интенсивность излучения после и до взаимодействия с материалом

е основание натуральных логарифмов

х толщина испытываемой конструкции

?? линейный коэффициент ослабления ?? = ??1/??

??1 массовый коэффициент ослабления

?? плотность материала

Для определения плотности строительных материалов используются источники Cs-137 и Са-60, энергия которых 0,66 мэв и 1,25 мэв соответственно.

Плотность строительных материалов можно находить двумя способами: методом сквозного просвечивания и методом рассеяния.

Рис. 5. Схема поверхностного просвечивания (рассеяния)

При определении плотности материала в конструкции при возможном подходе к ней с одной стороны используется метод рассеяния, при котором источник излучения и счетчик импульсов находится у одной и той же поверхности конструкции. В качестве датчика для определения плотности применяется выносной элемент типа ИП-3. В качестве счетно-запоминающего устройства применяется радиометры типа Б-3 или Б-4. При определении плотности материала в конструкции необходимо иметь в виду величину насыщения (минимальную толщину конструкции), при которой возможно определение плотности материала методом рассеяния. Значение этой величины для Е=1,25 мэв и Е=0,66 мэв при испытании различных материалов представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Значение глубины насыщения

Значения таблицы 5.1. позволяют выбрать тип источника для того или иного материала и способ просвечивания в зависимости от толщины испытываемой конструкции. При испытаниях материала методом рассеяния (рис. 5) необходимо учитывать влияние граничных условий, имея в виду, что расстояние от края испытываемой конструкции до датчика должно быть не менее величины насыщения.

Определения плотности материала осуществляется по тарировочной кривой J = f(??) для применяемых в строительстве и используемых в существующих зданиях материалов, (рис. 6).

Рис. 6. Тарировочная зависимость.

2.2.2. Методика определения влажности материала.

Нейтронный метод (как разновидность радиометрического метода) основан на эффекте замедления быстрых нейтронов на легких ядрах, к которым относятся ядра водорода. А водород, если он не входит в химический состав испытываемого материала, является составной частью воды. Каменные строительные материалы представляют собой совокупность следующих элементов: железо, кальций, калий, алюминий, магний, натрий, углерод. Замедление нейтронов происходит в связи со сталкиванием c ядрами атомов указанных элементов. Как видно из таблицы 5.2. наибольшее число столкновений связано с наличием в материале атомов водорода, входящего в состав воды определяющей влажность материала.

Таблица 5.2. Характеристика элементов