СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ОБРАЗЦОВ БЕТОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01N3/02 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при определении прочности образцов из бетона.

Прочность бетонного изделия можно установить двумя способами:

- прессовыми испытаниями образцов - кубов размером 100×100×100 мм или 150×150×150 мм, кернов, выбуренных из бетонных изделий, призм 100×100×300 мм; при этом непосредственно получают значение прочности бетона на сжатие;

- изделие подвергается частичным механическим разрушениям, а контроль осуществляется косвенно путем измерения и пересчета усилий локального разрушения в прочность в соответствии с ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля».

Первый способ предусматривает изготовление образцов - кубиков размерами 100×100×100 мм (150×150×150 мм) по ГОСТ 10180-78. Образцы для испытаний изготавливают из бетонной смеси, применяемой при производстве контролируемого изделия. Пробы берут из одного замеса или из одного миксера автомобиля, перевозящего бетонную смесь. Образцы, изготовленные из бетонной смеси, испытывают через 28 суток нормального твердения. На прессе, например ПГМ-100МГ4, нагружение ведут непрерывно и равномерно с заданной скоростью до разрушения образца. Разрушающая нагрузка фиксируется, и затем по ней рассчитывают прочность бетона (см. http://www.stroypribor.ru/produkt/catalog/beton/beton_7.html, копия прилагается).

К недостаткам данного способа можно отнести большие разрушающие усилия (до 100 тс) и необходимость в наличии массивного, дорогостоящего, стационарно устанавливаемого пресса.

Ко второму способу, наряду с методом отрыва со скалыванием, относится метод скола ребра. Этот метод не предусматривает изготовление образцов и заключается в регистрации усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре готовой бетонной конструкции и дальнейшего определения прочности по известным зависимостям.

Существуют приборы для определения прочности бетонных конструкций методом скалывания ребра, например прибор ПОС-50МГ4 "Скол", выпускаемый ООО СКБ Стройприбор», Челябинск (http://www.ckpr.ru/prickb/ipc.html, копия прилагается), и прибор «Измеритель прочности бетона сколом ребра ОНИКС-СР», выпускаемый ООО НПП «Интерприбор», Челябинск (http://www.mterpribor.ru/onikssr.php, копия прилагается).

Приборы «Скол» требуют базу для их установки на объект контроля, соответствующую расстоянию между гранями, и крепятся путем охвата контролируемой конструкции за две противоположных грани.

Приборы «ОНИКС-СР» устанавливаются на угол конструкции, что делает их более компактными и удобными, а база и условия крепления не зависят от наличия двух граней для охвата конструкции и от расстояния между ними.

Эти приборы предназначены для работы только с бетонными конструкциями. Они не пригодны для определения прочности образцов.

В качестве прототипа для заявляемого способа определения прочности образцов бетона выбран традиционный прессовый способ, включающий подготовку образца в виде кубика, например, размером 100×100×100 мм, приложение постепенно увеличивающейся нагрузки к противоположным граням кубика (перпендикулярно направлению бетонирования) и фиксацию разрушающего усилия в соответствии с ГОСТ 10180-90 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам» (http://www.stroypribor.ru/produkt/catalog/beton/beton_7.html).

Недостатком способа-прототипа является невозможность проведения испытаний на объектах строительства и в мобильных условиях вследствие необходимости в приложении больших разрушающих усилий (до 100 тс), больших габаритов и массы применяемого оборудования, необходимости в сетевом питании и т.п., однократное использование образца, а также зависимость результатов от геометрии образцов.

Прототипом заявляемого устройства для определения прочности образцов бетона выбран прибор «ОНИКС-СР», выполненный в виде единого конструктива, включающего в себя: основание, монтируемое на угол конструкции с помощью анкера ⌀10 типовой конструкции, силовое устройство с гидроприводом и встроенную электронику, а также анкеры для быстрого крепления на основании (http://www.interpribor.ru/onikssr.php).

Недостатком устройства-прототипа является невозможность его использования для испытаний образцов.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности измерения прочности образцов бетона с использованием метода скола ребра при одновременном обеспечении высокой мобильности оборудования, снижении его габаритов, массы и стоимости.

Указанная задача решается за счет того, что в способе определения прочности образцов бетона путем приложения нагрузки и фиксирования разрушающего усилия согласно изобретению предлагается производить частичное разрушение образца в виде кубика путем скола ребра его граней, а испытания повторять путем последующего поворота образца и поочередного испытания, например, 4 граней кубика, причем полученная серия результатов статистически усредняется.

Указанная задача решается также за счет того, что устройство для определения прочности бетона, включающее прибор для определения прочности методом скалывания, состоящий из основания, монтируемого на угол испытываемого изделия, силового устройства с гидроприводом и встроенной электроники, снабжено несущей конструкцией для зажима образца в виде кубика и установки прибора.

Таким образом, заявляемые способ и устройство определения прочности образцов бетона по сравнению с существующими способами обеспечивают следующие преимущества:

- не требуется дорогостоящий, стационарно устанавливаемый пресс;

- измерения можно проводить в любых условиях, в том числе в передвижных лабораториях, в условиях строительной площадки, заводской лаборатории;

- многократное испытание одного кубика и статистическая обработка результатов по числу испытываемых граней (не менее трех);

- многократно (более чем в 30 раз) уменьшаются разрушающие усилия.

При этом использование существующего метода определения прочности бетона путем скола ребра в испытаниях на прочность образцов не является очевидным для специалистов в данной области техники. Реализация такого метода стала возможной благодаря особенностям конструкции нового испытательного малогабаритного «пресса», выполненного на базе прибора «ОНИКС-СР», разработанного и выпускаемого заявителем, а также дополнительному оснащению этого прибора специальной несущей конструкцией для установки испытуемого образца и прибора «ОНИКС-СР».

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведен внешний вид заявляемого устройства с зажатым в нем образцом - кубиком из бетона.

Заявляемое устройство включает несущую конструкцию 1 для установки испытываемого образца (кубика из бетона) и его фиксации посредством винтового механизма фиксации 2, а также для установки прибора 3, снабженного силовым цилиндром. Скалывающий элемент 4 прибора 3 жестко связан с поршнем силового цилиндра. В комплект прибора 3 входит электронный блок 5.

Работа устройства и реализация заявляемого способа осуществляются следующим образом. Изготавливают образец - кубик размером 100×100×100 мм. Подготовленный обычным образом образец устанавливается в несущую конструкцию 1 и зажимается винтовым механизмом фиксации 2. В этой же несущей конструкции 1 размещен прибор 3. Скалывающий элемент 4, жестко связанный с поршнем силового цилиндра прибора 3, приводится в контакт с нагружаемой поверхностью 6 бетонного кубика (образца) под заданным углом к этой поверхности. Посредством силового цилиндра прикладывают нагрузку к скалывающему элементу 4 со скоростью (1±0,3) кН/с в течение 15-30 секунд до момента скола ребра, при этом усилие от силового гидроцилиндра 4 непосредственно передается к скалывающему элементу 4 и постепенно возрастает от нуля до критического скалывающего значения. Величина прикладываемого текущего усилия индицируется встроенным электронным блоком 5. В момент скалывания ребра электронный блок 5 фиксирует усилие разрушения.

Затем образец извлекается из устройства, поворачивается на 90° и снова зажимается в несущей конструкции 1, только при этом скалывающий элемент 4 контактирует с другой неразрушенной гранью кубического образца. Далее процесс испытаний повторяется с фиксацией разрушающего усилия. Таких испытаний может быть несколько, оптимальным признано четырехкратное испытание. Затем полученные результаты усредняются.

Полученный результат характеризует прочность бетона, из которого изготовлен образец.

Пример конкретного выполнения способа.

При выполнении измерений на образце из бетона марки 200 фиксируются усилия разрушения на 4 гранях: R₁=25,8 МПа; R₂=23,4 МПа; R₃=20,7 МПа; R₄=24,0 МПа. Средняя прочность

Область использования: измерительная техника, в частности определение прочности образцов из бетона. Технический результат: обеспечение возможности измерения прочности образцов бетона с использованием метода скола ребра при одновременном обеспечении высокой мобильности оборудования, снижении его габаритов, массы и стоимости. Устройство для определения прочности изделия из бетона содержит прибор для определения прочности изделия из бетона методом скалывания ребра с основанием, монтируемым на угол испытуемого изделия, и силовым устройством с гидроприводом и встроенной электроникой. Также оно содержит несущую конструкцию с винтовым механизмом фиксации для зажима испытуемого изделия, при этом основание и несущая конструкция с винтовым механизмом выполнены с возможностью монтажа и фиксации в качестве испытуемого изделия образца из бетона и возможностью извлечения и поворота упомянутого образца на 90°. 1 ил.

Устройство для определения прочности изделия из бетона, содержащее прибор для определения прочности изделия из бетона методом скалывания ребра с основанием, монтируемым на угол испытуемого изделия, и силовым устройством с гидроприводом и встроенной электроникой, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит несущую конструкцию с винтовым механизмом фиксации для зажима испытуемого изделия, при этом основание и несущая конструкция с винтовым механизмом выполнены с возможностью монтажа и фиксации в качестве испытуемого изделия образца из бетона и возможностью извлечения и поворота упомянутого образца на 90°.