УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ БЕТОНОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N33/08 

Изобретение относится к области строительства, в частности к испытаниям бетонов и определению их прочности путем местного разрушения при вырыве из бетона специального анкерного устройства, и может использоваться для экспертного определения прочности бетона в изделиях и конструкциях по результатам испытаний на отдельных участках, а также для операционного и приемочного контроля бетонных и железобетонных изделий.

Известны устройства для испытания бетонов в конструкциях, основанные на использовании зависимости между прочностью бетона и значением усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства. Эти устройства осуществляют нагружение равномерно возрастающим усилием закрепленного в бетоне на определенной глубине анкерного устройства до вырыва фрагмента бетона и дальнейшее вычисление по зафиксированному усилию вырыва величины прочности бетона.

Известно устройство для испытания бетона, описанное в а.с. СССР 1436072 "Прибор для механических испытаний твердых строительных материалов" по кл. G 01 N 33/38, з. 13.04.87 г., оп. 07.11.88 г.

Данное устройство содержит корпус с гидроцилиндром, опоры, анкерное приспособление с сегментными щеками и разжимным конусом, регулятор перемещения сегментных щек и регистрирующий прибор в виде манометра.

Недостатком известного устройства является низкая точность испытаний, обусловленная следующим.

Использование в описанном устройстве манометра, в качестве регистрирующего прибора для определения усилия вырыва, не позволяет с достаточной точностью производить измерение приложенного к анкерному приспособлению усилия.

Кроме того, в известном устройстве отсутствуют элементы, позволяющие контролировать скорость нагружения анкерного приспособления. Завышение скорости нагружения вызывает более позднее разрушение бетона, а занижение ее - более раннее, что приводит к значительной погрешности определения усилия вырыва, а значит и прочности бетона.

В данном устройстве также отсутствует конструктивная возможность определения величины проскальзывания анкерного приспособления при его вырыве из бетона, а также соблюдения строгой соосности передачи нагрузки на анкерное приспособление, что также снижает точность определения прочности бетона.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для испытания бетонов, описанное в справочном приложении 1 к ГОСТ 21243-75 (чертеж 3) и выбранное в качестве прототипа. ГОСТ 21243-75 "Бетоны. Определение прочности методом отрыва со скалыванием". Издательство стандартов, 1976 г.

Известное устройство содержит корпус с выдвижными опорами и гидроцилиндром, насос, анкерное приспособление, тягу в виде штока рабочего поршня с шарнирным узлом закрепления анкерного приспособления и регистрирующий прибор, в качестве которого использован манометр.

Использование в данном устройстве манометра не позволяет с установленной ГОСТ 22690-88 точностью (±2%) определять усилие вырыва фрагмента бетона. Кроме этого, конструкция манометра не обеспечивает фиксации и запоминания максимальной нагрузки, соответствующей мгновенному (хрупкому) разрушению бетона при вырыве фрагмента с анкерным приспособлением.

Отсутствие в известном устройстве необходимых конструктивных элементов не позволяет осуществлять с необходимой точностью (±2% от номинала) контроль величины проскальзывания анкерного приспособления. Величина проскальзывания анкерного приспособления при его нагружении и последующем вырыве фрагмента бетона оказывает существенное влияние на точность определения прочности бетона, настолько, что при отличии глубины вырыва от глубины заделки анкерного приспособления более чем на 15%, результаты испытаний можно учитывать только для ориентировочной оценки прочности бетона.

Кроме того, выполнение тяги в виде штока рабочего поршня с шарнирным узлом закрепления анкерного приспособления не обеспечивает соосности передачи усилия на анкерное приспособление, что приводит к несимметричности границ разрушения относительно анкерного приспособления и снижению точности определения усилия вырыва. Причем, если наибольший и наименьший размеры вырванной части бетона от анкерного приспособления до границ разрушения по поверхности конструкции отличаются более чем в два раза, то такие результаты испытаний принимаются только для ориентировочной оценки прочности бетона.

Известное устройство из-за отсутствия необходимых элементов не позволяет контролировать скорость нагружения анкерного приспособления, поддержание которой в пределах 1,5÷3,0 кН/с, согласно требованиям ГОСТа, позволяет осуществлять испытания с необходимой точностью. Завышение или занижение скорости нагружения приводит к неверному определению усилия вырыва анкерного приспособления с фрагментом бетона и, следовательно, прочности бетона.

Таким образом, известное устройство имеет низкую точность испытаний.

Целью заявляемого изобретения является повышение точности испытаний.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для испытания бетонов, содержащее корпус с выдвижными опорами и гидроцилиндром, насос, анкерное приспособление, тягу с узлом закрепления анкерного приспособления и регистрирующий прибор, согласно изобретению введены штурвал, быстросъемная шайба для фиксации тяги, микрометрическая гайка, конструктивно связанная с тягой в районе узла жесткого закрепления анкерного приспособления, шток рабочего поршня гидроцилиндра выполнен полым, а регистрирующий прибор выполнен в виде электронного блока, содержащего последовательно соединенные датчик давления, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, элемент И, реверсивный счетчик, процессор, арифметическое логическое устройство, к первому выходу которого подключены последовательно дешифратор скорости нагружения и индикатор скорости нагружения, а к второму его выходу - первый вход запоминающего устройства результата, а также соединенные последовательно дешифратор результата и индикатор результата, содержащего кроме того генератор тактовых импульсов, подключенный к второму входу процессора, вторым выходом соединенного с вторым входом реверсивного счетчика, третьим выходом - с вторым входом элемента И, четвертым выходом - с входом постоянного запоминающего устройства, а пятым выходом - с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй вход которого подсоединен к второму выходу реверсивного счетчика, а третий вход - к первому выходу клавиатуры, вторым выходом подключенной к третьему входу процессора, а третьим выходом - к второму входу запоминающего устройства результата, выход постоянного запоминающего устройства соединен со вторым входом арифметического логического устройства и с четвертым входом процессора, выход оперативного запоминающего устройства подключен к третьему входу арифметического логического устройства и к пятому входу процессора.

Введение в устройство для испытания бетонов штурвала и быстросъемной шайбы для фиксации тяги, выполнение жестким закрепления анкерного приспособления на тяге и выполнение штока рабочего поршня гидроцилиндра полым позволяет обеспечить необходимую соосность передачи усилия на анкерное приспособление и достичь тем самым симметричности границ разрушения бетона относительно анкерного приспособления, а кроме того, вращением штурвала можно выбрать все возможные зазоры перед нагруженном анкерного приспособления. Введение микрометрической гайки, конструктивно связанной с тягой в районе узла закрепления анкерного приспособления, дает возможность контролировать величину проскальзывания анкерного приспособления в бетоне. Все это позволяет повысить точность определения усилия вырыва и, следовательно, прочности бетона.

Выполнение регистрирующего прибора в виде электронного блока в указанном выше составе дает возможность учитывать при проведении испытаний характеристику анкерного приспособления, вид бетона (тяжелый или легкий), условия его твердения, более точно определять с помощью датчика давления и электронной схемы обработки усилие нагружения анкерного приспособления при вырыве фрагмента бетона, контролировать по индикатору текущую скорость нагружения и поддерживать ее в требуемых ГОСТом пределах, вычислять прочность бетона с учетом всех условий испытания.

В сравнении с прототипом заявляемое устройство для испытания бетонов обладает новизной, отличаясь от него введением штурвала, быстросъемной шайбы для фиксации тяги, микрометрической гайки, конструктивно связанной с тягой в районе узла жесткого закрепления анкерного приспособления, выполнением штока рабочего поршня гидроцилиндра полым и выполнением регистрирующего прибора в виде электронного блока, содержащего последовательно соединенные датчик давления, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, элемент И, реверсивный счетчик, процессор, арифметическое логическое устройство, к первому выходу которого подключены последовательно дешифратор скорости нагружения и индикатор скорости нагружения, а ко второму выходу - первый вход запоминающего устройства результата, а также соединенные последовательно дешифратор результата и индикатор результата, содержащего кроме того генератор тактовых импульсов, подключенный ко второму входу процессора, вторым выходом соединенного с вторым входом реверсивного счетчика, третьим выходом - со вторым входом элемента И, четвертым выходом - с входом постоянного запоминающего устройства, а пятым выходом - с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй вход которого подсоединен ко второму выходу реверсивного счетчика, третий вход - к первому выходу клавиатуры, вторым выходом подключенной к третьему входу процессора, а третьим выходом - ко второму входу запоминающего устройства результата, выход постоянного запоминающего устройства соединен со вторым входом арифметического логического устройства и с четвертым входом процессора, выход оперативного запоминающего устройства подключен к третьему входу арифметического логического устройства и к пятому входу процессора.

Заявителю неизвестны устройства для испытания бетонов, обладающие вышеуказанными отличительными существенными признаками, позволяющими явным образом достичь такого же технического результата, поэтому заявитель считает, что заявляемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемое устройство для испытания бетонов может найти широкое применение в строительной индустрии для точного определения прочности бетона в бетонных и железобетонных изделиях, поэтому оно соответствует критерию "промышленная применимость".

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена функциональная схема устройства для испытания бетонов.

Устройство для испытания бетонов, представленное на чертеже, содержит корпус 1 с выдвижными опорами 2 и гидроцилиндром 3, имеющим рабочий поршень с полым штоком, насос 4, анкерное приспособление 5, тягу 6 с узлом жесткого закрепления анкерного приспособления 5, микрометрическую гайку 7, быстросъемную шайбу 8, штурвал 9 и регистрирующий прибор, содержащий последовательно соединенные датчик 10 давления, усилитель 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, элемент 13 И, реверсивный счетчик 14, процессор 15, арифметическое логическое устройство (АЛУ) 16, а кроме того, генератор тактовых импульсов 17, клавиатуру 18, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 19, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 20, дешифратор 21 скорости нагружения, индикатор 22 скорости нагружения, дешифратор 23 результата, индикатор 24 результата и запоминающее устройство 25 результата. Испытуемый образец 26.

Узлы и элементы регистрирующего прибора связаны между собой следующим образом.

Генератор тактовых импульсов 17 подсоединен ко второму входу процессора 15, вторым выходом соединенного со вторым входом реверсивного счетчика 14, третьим выходом - со вторым входом элемента 13 И, четвертым выходом - с входом постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 19, а пятым выходом - с первым входом оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 20. Второй вход ОЗУ 20 подключен ко второму выходу реверсивного счетчика 14, а третий - к первому выходу клавиатуры 18, вторым выходом соединенной с третьим входом процессора 15. К первому выходу арифметического логического устройства (АЛУ) 16 подключены последовательно соединенные дешифратор 21 скорости нагружения и индикатор 22 скорости нагружения, а ко второму выходу АЛУ 16 - первый вход запоминающего устройства (ЗУ) 25 результата, а также последовательно соединенные дешифратор 23 результата и индикатор 24 результата. Второй вход ЗУ 25 результата подсоединен к третьему выходу клавиатуры 18. Выход ПЗУ 19 соединен со вторым входом АЛУ 16 и с четвертым входом процессора 15, выход ОЗУ 20 подключен к третьему входу АЛУ 16 и к пятому входу процессора 15.

Назначение и выполнение узлов и элементов, входящих в устройство для испытания бетонов, следующее (традиционное выполнение узлов и элементов особо не оговаривается).

Датчик 10 давления служит для формирования сигнала, пропорционального усилию нагружения анкерного приспособления 5.

Усилитель 11 усиливает сигнал с датчика 10 давления.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12 преобразует аналоговый сигнал с усилителя 11 в частотный сигнал, частота которого пропорциональна усилию нагружения.

Элемент 13 И служит для пропускания частотного сигнала с выхода АЦП 12 на первый вход реверсивного счетчика 14 по сигналу длительностью τ, поступающему с процессора 15.

Реверсивный счетчик 14 осуществляет по сигналу с процессора 15 подсчет импульсов за нечетные (1-й и последующие) интервалы времени τ и обратный счет импульсов за четные (2-й и последующие) интервалы времени τ.

Процессор 15 посылает разрешающие сигналы на входы элемента 13 И, реверсивного счетчика 14, осуществляет выбор коэффициентов для расчета прочности бетона, посылаемых на входы ПЗУ 19, ОЗУ 20, а также АЛУ 16.

Арифметическое логическое устройство (АЛУ) 16 вычисляет прочность бетона по величине нагрузки на анкерное приспособление 5 в момент вырыва фрагмента бетона.

Генератор тактовых импульсов 17 посылает тактовые импульсы на процессор 15.

Клавиатура 18 служит для ввода исходных данных для определения прочности бетона в процессе испытаний и управления в процессе испытаний процессором 15 и ЗУ 25 результата.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 19 предназначено для хранения и выдачи в процессор 15 и в АЛУ 16 таблицы соответствия коэффициентов для вычисления прочности бетона, соответствующих характеристикам бетона и анкерного приспособления 5.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 20 осуществляет оперативную запись сигналов с выхода реверсивного счетчика 14, запись максимального за весь цикл испытаний сигнала и ввод в процессор 15 и в АЛУ 16 характеристик бетона и анкерного приспособления 5.

Дешифраторы 21, 23 преобразуют двоичный код с выходов АЛУ 16 в семисегментный код, необходимый для высвечивания на индикаторах 22, 24.

Запоминающее устройство (ЗУ) 25 результата запоминает вычисленное значение прочности вместе с номером испытаний по сигналу с клавиатуры 18.

Устройство для испытания бетонов работает следующим образом (см. чертеж).

Нажатием кнопки или включением в сеть (не показаны) подают напряжение питания на электронные элементы устройства. Генератор 17 начинает посылать тактовые импульсы на второй вход процессора 15.

Нажатием кнопок (не показаны) клавиатуры 18 осуществляют ввод в ОЗУ 20 значений длины анкерного приспособления 5, вида бетона (тяжелый или легкий) и условий его твердения.

Анкерное приспособление 5 закрепляют в отверстии, заранее подготовленном в испытуемом бетонном образце 26, и на резьбовой хвостовик анкерного приспособления 5 навинчивают тягу 6 с микрометрической гайкой 7. Затем корпус 1 с гидроцилиндром 3 устанавливают опорами 2 на поверхность бетонного образца 26 таким образом, чтобы тяга 6 прошла через отверстие в штоке рабочего поршня гидроцилиндра 3, и фиксируют ее быстросъемной шайбой 8. После этого производят выдвижение не касающихся поверхности бетона опор 2, обеспечивая опирание на все опоры 2.

Вращением штурвала 9 выбирают зазоры и производят предварительную затяжку анкерного приспособления 5 в отверстии бетонного образца 26, после чего микрометрическую гайку 7 доворачивают до упора в поверхность бетонного образца 26 и на поверхность наносят риску напротив нулевого деления микрометрической гайки 7.

После подключения датчика 10 давления к насосу 4 нажатием кнопки клавиатуры 18 подают команду "начало испытаний" на третий вход процессора 15. С третьего выхода процессора 15 на второй вход элемента 13 И через определенные интервалы времени поступает сигнал длительностью τ, разрешающий прохождение частотного сигнала с выхода АЦП 12 на первый вход реверсивного счетчика 14.

Вращением рукоятки насоса 4 производят нагружение анкерного приспособления 5, при этом датчик 10 давления воспринимает давление в насосе 4 и формирует сигнал, поступающий через усилитель 11 на вход АЦП 12, где он преобразуется в частотный сигнал, частота которого пропорциональна усилию нагружения. Частотный сигнал проходит через элемент 13 И в течение первого интервала времени τ на первый вход реверсивного счетчика 14, который подсчитывает количество n₁ импульсов за интервал времени τ, затем со второго выхода процессора 15 на реверсивный счетчик 14 поступает команда на реверс счета и в течение следующего интервала времени τ счетчик 14 вычитает из количества n₁ импульсов за первый интервал времени τ количество импульсов n₂ за второй интервал времени τ. Значения n₁ и n₂ записываются в ОЗУ 20, а разность n₁-n₂ поступает на первый вход процессора 15, который в случае отрицательной разности (n₂>n₁) дает команду на ОЗУ 20, разрешающую ввод с выхода ОЗУ 20 в АЛУ 16 значений n₁ и n₂, где происходит расчет величины нагрузки Р по формуле:
P₁=n₁•K и P₂=n₂•K, где (1)
К - коэффициент пропорциональности.

При возрастании усилия нагружения анкерного приспособления 5 n₂>n₁ и Р₂>Р₁. Величина большей нагрузки P₂ в виде двоичного кода поступает с выхода АЛУ 16 на дешифратор 23 результата, где двоичный код преобразуется в семисегментный код и высвечивается на индикаторе 24 результата. Одновременно эта величина может быть записана в ЗУ 25 результата по сигналу с третьего выхода клавиатуры 18.

Параллельно с вычислением величины нагрузки АЛУ 16 производит вычисление скорости нагружения в текущий момент времени по формуле:

значение которой аналогично преобразуется в дешифраторе 21 скорости нагружения и высвечивается на индикаторе 22 скорости нагружения. В течении всего цикла испытаний осуществляют контроль скорости нагружения по индикатору 22 и поддерживают ее в пределах 1,5÷3,0 кН/с вращением с нужной скоростью рукоятки насоса 4.

При дальнейшем увеличении усилия нагружения анкерного приспособления 5 аналогично описанному выше реверсивный счетчик 14 осуществляет вычитание n_n-n_n+1 до тех пор, пока последующее количество импульсов за время τ не окажется меньше предыдущего (n_n-n_n+1>0), что свидетельствует о начале пластических деформаций бетона, предшествующих его разрушению. В этот момент времени процессор 15 прекращает посылать сигналы продолжительностью τ на второй вход элемента 13 И, чем блокирует прохождение частотного сигнала с АЦП 12 на реверсивный счетчик 14, а также подает команду ОЗУ 20 на запоминание значения n_n, как максимального за весь цикл испытаний, и на ввод из ОЗУ 20 в процессор 15 характеристики бетона и анкерного приспособления 5. Одновременно с процессора 15 на вход ПЗУ 19 поступает команда на ввод из ПЗУ 19 в процессор 15 таблицы соответствия коэффициентов m₁ и m₂ характеристикам бетона и анкерного приспособления 5.

Затем процессор 15 выбирает соответствующие значения коэффициентов m₁ и m₂ и с четвертого выхода дает команду ПЗУ 19 на ввод в АЛУ 16 формулы для расчета прочности бетона R и коэффициентов m₁ и m₂, а с первого выхода дает команду на АЛУ 16 на вычисление прочности бетона R по формуле:
R=m₁•m₂•P_max, где (3)
m₁ и m₂ - коэффициенты, учитывающие характеристики бетона и анкерного приспособления,
P_max - максимальная нагрузка, достигнутая при вырыве фрагмента бетона за испытание бетонного образца 26.

Вычисленное АЛУ 16 значение прочности бетона R отображается на индикаторе 24 результата и запоминается вместе с номером испытаний в ЗУ 25 результата. По команде оператора с третьего выхода клавиатуры 18 это значение прочности может быть в любой момент времени отображено на индикаторе 24 результата.

По завершении испытания после отрыва фрагмента бетона поворачивают микрометрическую гайку 7 до поверхности фрагмента, определяют по величине доворота проскальзывание Δh анкерного приспособления 5. Если при этом величина проскальзывания Δh превышает 0,2 h_H, где h_H - глубина захвата бетона анкерным приспособлением 5, то испытание бракуют и выполняют его повторно, закрепляя анкерное приспособление 5 в этом же или соседнем отверстии. Если проскальзывание в пределах нормы, то рассчитывают поправку по формуле:
m₁=h_н ²/(h_н-Δh)² (4)
и заносят ее в протокол испытаний.

Для осуществления следующего испытания с клавиатуры 18 осуществляют ввод в ОЗУ 20 значений длины анкерного приспособления 5, вида бетона, условий его твердения и повторяют все манипуляции, как описано выше.

Заявляемое устройство для испытания бетонов позволяет по сравнению с прототипом более точно определять прочность бетона, а кроме того, оно имеет большую производительность за счет автоматического вычисления прочности бетона с учетом всех условий проведения испытаний, запоминания значений прочности бетона для любого количества испытаний, необходимого для обеспечения достоверности результатов испытаний бетонных изделий.

Изобретение относится к области строительства, в частности к испытаниям бетонов и определению их прочности путем местного разрушения при вырыве из бетона специального анкерного устройства с фрагментом бетона. Техническим результатом является повышение точности испытаний. Для этого устройство содержит корпус с выдвижными опорами и гидроцилиндром, насос, анкерное приспособление, тягу с узлом закрепления анкерного приспособления и регистрирующий прибор. При этом в него введены штурвал, быстросъемная шайба для фиксации тяги, микрометрическая гайка, конструктивно связанная с тягой в районе узла жесткого закрепления анкерного приспособления, шток рабочего поршня гидроцилиндра выполнен полым, а регистрирующий прибор выполнен в виде электронного блока, содержащего последовательно соединенные датчик давления, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, элемент И, реверсивный счетчик, процессор, арифметическое логическое устройство, к первому выходу которого подключены последовательно дешифратор скорости нагружения и индикатор скорости нагружения, а ко второму его выходу - первый вход запоминающего устройства результата. Также соединенные последовательно дешифратор результата и индикатор результата, содержащего кроме того генератор тактовых импульсов, подключенный к второму входу процессора, вторым выходом соединенного с вторым входом реверсивного счетчика, третьим выходом - с вторым входом элемента И, четвертым выходом - с входом постоянного запоминающего устройства, а пятым выходом - с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй вход которого подсоединен к второму выходу реверсивного счетчика, третий вход - к первому выходу клавиатуры, вторым выходом подключенной к третьему входу процессора, а третьим выходом - ко второму входу запоминающего устройства результата, выход постоянного запоминающего устройства соединен с вторым входом арифметического логического устройства и с четвертым входом процессора, выход оперативного запоминающего устройства подключен к третьему входу арифметического логического устройства и к пятому входу процессора. 1 ил.

Устройство для испытания бетонов, содержащее корпус с выдвижными опорами и гидроцилиндром, насос, анкерное приспособление, тягу с узлом закрепления анкерного приспособления и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что в него введены штурвал, быстросъемная шайба для фиксации тяги, микрометрическая гайка, конструктивно связанная с тягой в районе узла жесткого закрепления анкерного приспособления, шток рабочего поршня гидроцилиндра выполнен полым, а регистрирующий прибор выполнен в виде электронного блока, содержащего последовательно соединенные датчик давления, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, элемент И, реверсивный счетчик, процессор, арифметическое логическое устройство, к первому выходу которого подключены последовательно дешифратор скорости нагружения и индикатор скорости нагружения, а ко второму его выходу - первый вход запоминающего устройства результата, а также соединенные последовательно дешифратор результата и индикатор результата, содержащего, кроме того, генератор тактовых импульсов, подключенный к второму входу процессора, вторым выходом соединенного с вторым входом реверсивного счетчика, третьим выходом - с вторым входом элемента И, четвертым выходом - с входом постоянного запоминающего устройства, а пятым выходом - с первым входом оперативного запоминающего устройства, второй вход которого подсоединен к второму выходу реверсивного счетчика, третий вход - к первому выходу клавиатуры, вторым выходом подключенной к третьему входу процессора, а третьим выходом - ко второму входу запоминающего устройства результата, выход постоянного запоминающего устройства соединен с вторым входом арифметического логического устройства и с четвертым входом процессора, выход оперативного запоминающего устройства подключен к третьему входу арифметического логического устройства и к пятому входу процессора.