СПОСОБ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ И КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G01N33/38 G01N3/00 

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству и эксплуатации зданий и сооружений, в частности к исследованию прочностных свойств материала, а именно к анализу структуры и контролю прочности бетона, и может быть использовано при оценке прочности бетонов, применяемых в конструкциях и изделиях при изготовлении, строительстве, обследовании и испытании, а также при эксплуатационном контроле за состоянием сооружений после длительной их эксплуатации.

Известен способ по патенту Российской Федерации №2235322, кл. G01N 33/38, 2004 г., включающий определение и сравнение параметров бетонных образцов, характеризующих их физические свойства после высушивания в воздушно-сухой среде и в состоянии полного водонасыщения, и оценку состояния по коэффициенту трещиностойкости, а в качестве указанных параметров используют величины поверхностной энергии, замеренные после высушивания до стабилизации массы и в состоянии полного водонасыщения при атмосферном давлении при одном составе бетона. Величину поверхностной энергии определяют сравнением времени высверливания углублений в образцах при условии, что параметры высверливаемых углублений - диаметр и глубина - будут одинаковыми в испытываемом образце и в эталонном образце с известным значением поверхностной энергии.

Недостатками способа являются отсутствие предварительной подготовки исследуемой поверхности, что искажает полученные показатели, а используемое высверливание проб бетона не позволяет получить послойные показатели состояния бетона, отсутствует возможность получения контрольного бетонного образца.

Известен способ анализа структуры и прочности бетона по патенту Российской Федерации №2179722, кл. G01N 33/38, 2002 г., принятый заявителем за прототип. Он включает бурение бетона алмазной бурильной установкой и измерение поверхностной прочности бетона, перед испытанием на месте взятия пробы буровым инструментом на некоторое время замачивают участок исследуемого бетона и поверхностную прочность определяют с учетом его влажности, устанавливают на это место бурильную установку и включают в работу при постоянной нагрузке на буровой инструмент, в процессе взятия проб бурением одновременно измеряют мощность, идущую на бурение, а также величину и скорость перемещения бурового инструмента, которые обрабатывают вычислительной машиной путем сравнения получаемых данных с известной измеренной поверхностной прочностью бетона, занесенной перед бурением в память машины, с выдачей данных в виде графиков мощности, перемещения, скорости бурового инструмента, характеризующих структуру и послойную прочность бетона, на мониторе вычислительной машины с выдачей цифровых данных по каждому графику.

Однако испытания бетона проводят на неподготовленной поверхности, на которой могут быть и неровности, и выступать щебень и арматура, нет возможности получить контрольный бетонный образец для проведения дальнейших испытаний и определения прочности по контрольным образцам в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 18105-86, ГОСТ 10180-90.

Известно устройство для измерения прочности бетона по авторскому свидетельству СССР №1807392, кл. G01N 33/38, 1993 г., содержащее размещенный в корпусе боек, нижний конец которого связан через пружину с ударником, верхний - с узлом управления ударом, и фиксатор отскока, боек выполнен с упором, соединенным с фиксатором отскока, устройство снабжено соединенным с фиксатором отскока преобразователем перемещения, задатчиком угла наклона оси корпуса к исследуемой поверхности, стрелочным индикатором с блоком компенсации погрешности и задания диапазона измерения, масштабным делителем, тремя ключами, реле времени, декадным счетчиком числа ударов, суммирующим счетчиком импульсов, пусковым блоком и формирователем нормирующих импульсов, выполненным в виде последовательно соединенных интегратора и компоратора, вход интегратора является входом формирователя нормирующих импульсов, выходом которого является выход компоратора, причем выход преобразователя перемещения через задатчик угла наклона подключен к стрелочному индикатору и через размыкающий контакт первого ключа к входу пускового блока, один выход которого подключен к входу реле времени, другой - через масштабный делитель к входу формирователя нормирующих импульсов, выход которого подключен к входу второго ключа, первый замыкающий контакт которого включен в цепь сброса интегратора формирователя нормирующих импульсов, второй замыкающий контакт второго ключа подключен к счетному входу суммирующего счетчика импульсов, выход реле времени подключен через первый ключ к входу третьего ключа, размыкающий контакт которого включен в цепь подачи питания в устройство.

Однако устройство несколько сложно выполнено, имеет сложную измерительную схему с аналоговым выходом.

Известно устройство для анализа прочности бетона в процессе взятия проб из бетонных конструкций методом бурения по патенту Российской Федерации №2198399, кл. G01N 33/38, 2003 г., принятый заявителем за прототип. Оно содержит алмазную бурильную установку для бурения бетона и измеритель поверхностной прочности бетона, бурильная установка оборудована датчиком перемещения бурового инструмента, датчиком для измерения активной мощности, потребляемой электродвигателем привода, и контроллером с ЭВМ, при этом выходы датчика перемещения и датчика измерения активной мощности подключены к контроллеру, соединенному с ЭВМ, измеритель поверхностной прочности предназначен для измерения поверхностной прочности бетона с учетом его влажности, которая заносится в память ЭВМ, бурильная установка выполнена с возможностью установки на месте определения поверхностной прочности бетона и с возможностью работы при постоянной нагрузке на буровой инструмент, датчики для измерения мощности и величины перемещения предназначены для одновременного измерения соответствующих величин в процессе взятия проб бурением, ЭВМ предназначена для обработки полученных данных путем сравнения с учетом измеренной поверхностной прочности бетона и выдачи данных в виде графиков мощности, перемещения и скорости бурового инструмента, характеризующих прочность бетона, и графика, характеризующего послойную прочность бетона.

Однако при взятии проб из бетонных конструкций данным устройством могут возникнуть некоторые неточности в измерениях из-за неподготовленной поверхности, которая может содержать неровности, обусловленные выступающими щебнем и арматурой, что приводит к искаженным результатам анализа структуры и контроля прочности бетона, а также это устройство не позволяет получить контрольный бетонный образец, используемый для проведения дальнейших испытаний в соответствии с ГОСТ 18105-86, ГОСТ 10180-90.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа, который бы повысил точность проведения анализа структуры и контроля прочности бетона строительных конструкций, обладал бы минимальной трудоемкостью и стоимостью, а также технической задачей изобретения является создание устройства, позволяющего получить точные выходные данные для проведения послойного анализа структуры бетона изделия, достаточную точность измерения и контроля прочности бетона изделия за счет предварительной подготовки исследуемого участка поверхности изделия, кроме того, создать устройство, позволяющее получить в процессе испытаний контрольный бетонный образец для проведения дальнейших испытаний и определения прочности бетона в лабораторных условиях в соответствии с требованиями ГОСТ 18105-86, ГОСТ 10180-90.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом решении перед проведением испытаний на исследуемом участке бетонного изделия, выбранного для определения структуры и прочности бетона, осуществляют предварительную подготовку поверхности, для чего шлифуют исследуемый участок и определяют его поверхностную прочность в сухом состоянии, затем замачивают данный участок исследуемой поверхности бетонного изделия и определяют поверхностную прочность бетона с учетом его влажности, затем устанавливают на исследуемый участок буровую установку для бурения бетона, и посредством бурения определяют послойную структуру и послойную прочность бетона во влажном состоянии, причем в результате бурения получают дополнительно цилиндрический контрольный бетонный образец, который используют для дальнейших испытаний при определении прочности контрольного бетонного образца на сжатие или осевое растяжение, при этом сравнивают показания испытаний в лабораторных условиях в соответствии с требованиями ГОСТ 18105-86, ГОСТ 10180-90 с показаниями, полученными другими предыдущими способами, а контрольный бетонный образец предварительно высушивают.

Кроме того, в начале бурения для управления процессом приема данных отображают текущие настройки приборов, а в процессе бурения получают мгновенные значения измерений параметров и направляют полученную информацию по интерфейсу передачи данных в персональный компьютер или микроконтроллер для обработки и вычисления результатов об удельных энергозатратах на единицу перемещения режущего бурового инструмента при бурении бетонного изделия и построения графика мощности и графика перемещения режущего бурового инструмента.

Кроме того, цилиндрический контрольный бетонный образец для дальнейших испытаний в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 10180-90 получают посредством использования для бурения бетонного изделия пустотелого цилиндрического режущего бурового инструмента с заданными внутренними диаметрами режущего бурового инструмента в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-90.

Кроме того, буровая установка устройства для анализа структуры и контроля прочности бетона строительных конструкций снабжена регулятором перпендикулярности движения режущего бурового инструмента, стабилизатором давления на режущий буровой инструмент, измерительным преобразователем сигналов, агрегатом рециркуляции смазочно-охлаждающей жидкости, а режущий буровой инструмент выполнен в виде пустотелого цилиндра, на одном торце которого выполнен соединительный элемент для подсоединения к приводу подачи и установлено устройство подачи СОЖ, а на другом торце закреплены твердосплавные режущие пластины.

Кроме того, твердосплавные режущие пластины режущего бурового инструмента установлены с возможностью получения в процессе бурения заданного диаметра цилиндрического контрольного бетонного образца, причем каждая твердосплавная режущая пластина закреплена на цилиндре режущего бурового инструмента симметрично для повышения точности измерений параметров путем снижения погрешностей в зависимости от зернового состава щебня, заполнителей бетона, и исключения потери мощности буровой установки от трения режущего бурового инструмента при бурении о боковую поверхность бетонного изделия, а ширина каждой твердосплавной режущей пластины более, по крайней мере, на 1 мм толщины стенки цилиндра режущего бурового инструмента.

Кроме того, твердосплавные режущие пластины размещены на цилиндре режущего бурового инструмента с возможностью образования заданного внутреннего диаметра обработки равным наружному диаметру контрольного бетонного образца в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-90 или 100+0,1 мм, или 150+0,1 мм, или 200+0,1 мм, или 300+0,1 мм.

Кроме того, твердосплавные режущие пластины установлены с возможностью их замены по мере износа.

Кроме того, измерительный преобразователь сигналов снабжен регулятором плавности хода с первичным преобразователем перемещений, первичным преобразователем тока, первичным преобразователем напряжения, первичным преобразователем частоты вращения, коммутатором, интерфейсными блоками, буферными усилителями, аналого-цифровым преобразователем, интерфейсом персонального компьютера или микроконтроллера, причем первичный преобразователь тока, первичный преобразователь напряжения и первичный преобразователь перемещений последовательно соединены, каждый из них, с буферным усилителем, выход каждого из которых соединен со входом коммутатора, первичный преобразователь частоты вращения последовательно соединен с буферным усилителем, выход которого соединен со входом микроконтроллера, а выход коммутатора соединен со входом буферного устройства, выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, один выход которого соединен со вторым входом коммутатора, а другой выход - со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, третий выход микроконтроллера последовательно соединен интерфейсными блоками, через фильтр, с персональным компьютером.

На фиг.1 изображена принципиальная схема установки для проведения испытаний и получения контрольного бетонного образца;

на фиг.2 - узел 1 на фиг.1 - схема бурения бетона и получения цилиндрического бетонного образца посредством пустотелого цилиндрического режущего бурового инструмента;

на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2 - сечение пустотелого цилиндрического режущего бурового инструмента с твердосплавными режущими пластинами, указывающими на заданный диаметр внутренней обработки бетонного изделия и получения цилиндрического контрольного бетонного образца;

на фиг.4 - размещение твердосплавной режущей пластины на пустотелом цилиндрическом режущем буровом инструменте;

на фиг.5 - цилиндрический контрольный бетонный образец;

на фиг.6 - блок-схема устройства;

на фиг.7 - изображен график перемещений;

на фиг.8 - изображен график энергозатрат на бурение одного миллиметра материала;

на фиг.9 - изображено сглаживание графика при использовании большего значения интервала;

на фиг.10 - блок-схема измерительного преобразователя сигналов.

Устройство для анализа структуры, измерения и контроля прочности бетона состоит из собственно буровой установки 1, агрегата рециркуляции смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) 2, электронно-вычислительной машины (ЭВМ), персонального компьютера 3 с контроллерами и электрической измерительной схемой с выходом на персональный компьютер 3.

Буровая установка 1 содержит основание 4, на котором закреплены и вертикально установлены направляющие 5. На направляющих 5 с возможностью линейного перемещения по ним установлен привод подач 6, который выполнен также с возможностью одновременной подачи вращения на вал 7, выходящий из привода подач 6. На выходном конце вала 7 закреплен режущий буровой инструмент 8 и устройство подачи СОЖ 9 на режущий буровой инструмент 8. Буровая установка 1 снабжена регулятором 10 перпендикулярности движения режущего бурового инструмента 8 к основанию 4. А для крепления основания 4 к испытываемому образцу или бетонному изделию 11 буровая установка 1 снабжена элементами крепления 12. Такая конструкция позволяет легко и просто монтировать буровую установку 1, бурить строго перпендикулярные отверстия на горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностях, очень компактна.

Режущий буровой инструмент 8 выполнен в виде пустотелого цилиндра, на одном торце которого выполнен соединительный элемент 13 для подсоединения режущего бурового инструмента 8 к валу 7 привода подач 6, а на другом торце размещены твердосплавные режущие пластины 14. Твердосплавные режущие пластины 14 установлены с возможностью получения в процессе бурения заданного диаметра цилиндрического контрольного бетонного образца 15. Причем ширина твердосплавной режущей пластины 14 более толщины стенки цилиндра режущего бурового инструмента 8, по крайней мере, на 1 мм. Закреплены твердосплавные режущие пластины 14 на цилиндре режущего бурового инструмента 8 симметрично для повышения точности измерений параметров путем снижения погрешностей в зависимости от зернового состава (крупности) щебня, заполнителей бетона, и исключения потери мощности буровой установки 1 от трения режущего бурового инструмента 8 при бурении о боковую поверхность бетонного изделия 11.

Твердосплавные режущие пластины 14 размещены на цилиндре режущего бурового инструмента 8 с возможностью образования заданного внутреннего диаметра обработки равным наружному диаметру контрольного бетонного образца в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-90 или 100±0,1 мм, или 150±0,1 мм, или 200±0,1 мм, или 300±0,1 мм. Причем твердосплавные режущие пластины 14 установлены с возможностью их замены по мере износа.

Агрегат рециркуляции смазочно-охлаждающей жидкости 2 выполнен в виде герметичной емкости, которая шлангом 16 соединена с устройством подачи СОЖ 9, установленном на валу 7, и снабжена шлангом 17 с коллектором 18 для сбора СОЖ и бетонной пыли из зоны бурения и сбора ее в герметичную емкость агрегата 2. Используемая для охлаждения СОЖ проходит через фильтр, чтобы вернуться к месту бурения через систему замкнутого цикла. Агрегат рециркуляции СОЖ 2 может работать независимо от водопровода, имеет систему автоматической очистки, легко транспортируется и экономичен за счет оборотной рециркуляции СОЖ.

Возможна регулировка подачи СОЖ в процессе бурения, которая осуществляется при помощи крана 19, благодаря чему возможно использование магистральных водопроводов или переносных емкостей для охлаждения режущего бурового инструмента 8. Коллектор 18 для сбора СОЖ имеет переходник для присоединения к промышленному пылесосу (на схеме условно не показан) и позволяет после завершения цикла охлаждения собрать практически всю СОЖ. Использование СОЖ для охлаждения режущего бурового инструмента 8 значительно продлевает его ресурс, а коллектор 18 для сбора СОЖ позволяет выполнить работу экологически чисто, без пыли и грязи.

Электронно-вычислительная машина, персональный компьютер 3 выполнен и установлен для фиксирования и обработки полученных в ходе испытаний показаний.

Электрическая измерительная схема служит для измерения и снятия показаний, обозначенных в программе испытаний, и передачи их для обработки в персональный компьютер 3. Она включает систему управления подачей 20 и систему управления частотой вращения 21 режущего бурового инструмента 8.

Система управления подачей 20 содержит блок управления скоростью подачи 22, последовательно соединенные с ним механизм подачи 23 и датчик давления инструмента 24, который снабжен обратной связью с блоком управления скоростью подачи 22.

Система управления частотой вращения 21 режущего бурового инструмента 8 содержит блок управления частотой вращения 25, последовательно соединенные с ним механизм вращения 26 режущего бурового инструмента 8 и датчик скорости вращения 27, который снабжен обратной связью с блоком управления частотой вращения 25.

В электрическую измерительную схему входят персональный компьютер 3 и контроллер 28, соединенный с персональным компьютером 3. К входу персонального компьютера 3 подсоединены блок управления скоростью подачи 22 и блок управления частотой вращения 25. К контроллеру 28 подсоединены датчик перемещения 29, датчик напряжения питания 30 и датчик крутящего момента 31. При размещении датчика крутящего момента 31 между приводным двигателем и системой передачи крутящего момента на режущий буровой инструмент 8 в режиме холостого хода датчик крутящего момента 31 позволяет определить мощность потерь на привод инструмента. А если датчик крутящего момента 31 разместить непосредственно перед режущим буровым инструментом 8, то механические потери автоматически учитываются при определении мощности.

В состав электронной измерительной схемы буровой установки 1 входит измерительный преобразователь сигналов 32, который осуществляет питание буровой установки 1 и одновременно определяет потребляемую ею мощность. Его используют как измерительный преобразователь сигналов с неоднородной архитектурой массива выборки для измерения характеристик высокоскоростных сигналов, которые применяются в регистраторах быстропротекающих процессов. Использование такого преобразователя повышает производительность процесса испытания.

Измерительный преобразователь сигналов 32 включает регулятор плавности хода 33 с первичным преобразователем перемещений 34, первичный преобразователь тока 35, первичный преобразователь напряжения 36, первичный преобразователь частоты вращения 37, коммутатор 38, буферные усилители 39, 40, 41, 42, аналого-цифровой преобразователь 43, интерфейс 44 персонального компьютера 3 или интерфейс 45 микроконтроллера 46.

Причем первичный преобразователь тока 35, первичный преобразователь напряжения 36 и первичный преобразователь перемещений 34 последовательно соединены, каждый из них, с буферным усилителем: первичный преобразователь тока 35 - с буферным усилителем 39, первичный преобразователь напряжения 36 - с буферным усилителем 40, а первичный преобразователь перемещений 34 - с буферным усилителем 41. Выход каждого из буферных усилителей 39, 40, 41 соединен со входом аналого-цифрового коммутатора 38. Первичный преобразователь частоты вращения 37 последовательно соединен с буферным усилителем 42, выход которого соединен со входом микроконтроллера 46, а выход коммутатора 38 соединен со входом буферного устройства 47, выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем 43. Выход аналого-цифрового преобразователя 43 соединен со вторым входом микроконтроллера 46, один выход которого соединен со вторым входом коммутатора 38, а другой выход - со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 43. Третий выход микроконтроллера 46 последовательно соединен интерфейсными блоками 44 и 45, через фильтр 48, с персональным компьютером 3. Измерительный преобразователь сигналов 32 включает блок питания 49.

Способ анализа структуры и контроля прочности бетона осуществляют следующим образом.

Для проведения испытаний, анализа структуры и контроля прочности бетона выбирают участок для исследования строительной бетонной конструкции, выравнивают его, например шлифуют с помощью режущего инструмента, например, фрезы. В случае когда выбирают инструмент для подготовки поверхности, шлифующий или полирующий бетонные поверхности, или удаляющий предшествующую отделку, имеют в виду тяжелую работу, требующую больших усилий. Таким образом проводят предварительную подготовку исследуемого участка. Затем на уже подготовленном участке определяют его поверхностную прочность в сухом состоянии. После этого замачивают данный участок и определяют его поверхностную прочность уже с учетом его влажности. Полученные значения вводят в ЭВМ 3.

После этого на исследуемый участок бетонного изделия 11 устанавливают буровую установку 1 для снятия показаний послойной структуры и прочности бетона во влажном состоянии и закрепляют ее с помощью элементов крепления 12. На место бурения из агрегата рециркуляции 2 через устройство подачи 9 подают СОЖ к пустотелому цилиндрическому режущему буровому инструменту 8 и начинают процесс бурения. Во время процесса бурения на экране монитора персонального компьютера 3 вырисовываются графики мощности, перемещения и скорости, характеризующие структуру и прочность бетона.

Испытания бетонного изделия 11 осуществляют в следующей последовательности.

1. Включают буровую установку 1 в работу, в зависимости от размещения датчика крутящего момента 31 определяют потери мощности - мощность холостого хода.

2. Задают скорость бурения, устанавливая заданное численное значение скорости в персональном компьютере 3.

3. Выбирают режим бурения: или осуществляют «подачу с постоянным заданным давлением», или «подачу с постоянной заданной скоростью перемещения».

4. Если выбран режим бурения «подача с постоянным заданным давлением», - задают в персональном компьютере 3 постоянное давление режущего бурового инструмента 8 на бетонное изделие 11. Давление подачи могут выбирать автоматически в зависимости от ряда параметров, таких как, например, предполагаемая марка бетона, из которого изготовлено изделие, и т.д. Автоматически, или оператором вводится начальная скорость линейного перемещения режущего бурового инструмента 8.

5. На максимальной скорости подачи подают режущий буровой инструмент 8 до касания инструмента бетонного изделия 11.

6. Переходят на заданную скорость линейного перемещения режущего бурового инструмента 8 при бурении.

7. Считывают в блок управления скоростью подачи 22 значения с датчика давления инструмента 24.

8. Если давление подачи больше заданного значения, то уменьшают скорость подачи режущего бурового инструмента 8.

9. Если давление подачи меньше заданного значения, то увеличивают скорость подачи режущего бурового инструмента 8.

10. Если в результате этих действий не достигли заданной глубины бурения, то выполняют повторно п.п.7, 8, 9, а именно: считывают в блок управления скоростью подачи 22 значения с датчика давления инструмента 24; если давление подачи больше заданного значения, то уменьшают скорость подачи режущего бурового инструмента 8; если давление подачи меньше заданного значения, то увеличивают скорость подачи режущего бурового инструмента 8.

11. Если достигли заданной глубины бурения, то останавливают буровую установку 1. Бурение закончено.

12. Если выбран режим бурения «подача с заданной постоянной скоростью линейного перемещения», задают величину постоянной скорости линейного перемещения режущего бурового инструмента 8 во время бурения. Скорость линейного перемещения могут выбирать автоматически.

13. Выполняют п.п.5 и 6, а именно: на максимальной скорости подачи подают режущий буровой инструмент 8 до касания инструмента бетонного изделия 11;

переходят на заданную скорость линейного перемещения режущего бурового инструмента 8 при бурении.

14. Считывают в контроллер 28 величину линейного перемещения режущего бурового инструмента 8 за интервал времени и передают в персональный компьютер 3. Персональный компьютер 3 рассчитывает скорость линейного перемещения режущего бурового инструмента 8.

15. Если скорость линейного перемещения меньше заданного значения, то увеличивают скорость подачи.

16. Если скорость линейного перемещения больше заданного значения, то уменьшают скорость подачи.

17. Если в результате этих действий не достигли заданной глубины бурения, то выполняют п.п.14, 15, 16, а именно: считывают в контроллер 28 величину линейного перемещения режущего бурового инструмента 8 за интервал времени и передают в персональный компьютер 3, который рассчитывает скорость линейного перемещения режущего бурового инструмента 8; если скорость линейного перемещения меньше заданного значения, то увеличивают скорость подачи; если скорость линейного перемещения больше заданного значения, то уменьшают скорость подачи.

18. Если достигли заданной глубины бурения, то останавливают буровую установку 1. Бурение закончено.

При выполнении п.п.6-10 и 12-17 непрерывно считывают в контроллер 28 информацию с датчиков: крутящего момента 31, датчика перемещения 29 и датчика напряжения питания 30 и передают ее в персональный компьютер 3. Одновременно, синхронно, в персональный компьютер 3 считывают из блока управления скоростью подачи 22 значения давления подачи, а из блока управления частотой вращения 25 считывают частоту вращения. По полученным значениям рассчитывают мощность, в персональном компьютере 3 определяют скорость линейного перемещения режущего бурового инструмента 8, энергию, затраченную на бурение, и выдают в виде графиков и значений на монитор.

ЭВМ 3, которая управляет работой устройства для анализа структуры, измерения и контроля прочности бетона, позволяет сделать распечатку в графическом виде как всего процесса бурения, обработки, так и любого отрезка испытаний, задаваемого оператором. В процессе бурения ЭВМ 3 имеет возможность приостановить формирование выходного файла, а также и в процессе обработки входной информации ЭВМ 3 имеет возможность исключить из расчетов любой интервал, с сохранением непрерывности перемещения.

При загрузке рабочей программы и при правильной настройке программы и подключенном контроллере отображается определяемая мощность, перемещение, частота вращения режущего бурового инструмента 8, напряжение питания, количество принятых от контроллера байтов данных. Для начала формирования выходного файла необходимо дать команду, после которой начнется определение мощности холостого хода, то есть того значения, которое будет вычитаться из полной мощности в процессе бурения. В ходе бурения строится график текущей мощности за вычетом мощности холостого хода и перемещения.

При первичной обработке данных решаются следующие задачи:

- удаление неинформативного участка бурения из обработки;

- восстановление непрерывности значений перемещения;

- получение возрастающих значений перемещения;

- получение значений перемещений, начинающихся с «0», при этом принимается за «0» и все остальные аддитивно корректируются;

- коррекция измеренных значений по мощности и перемещению. После завершения работы с исходным файлом результат обработки сохраняют. На этом первичная обработка исходного файла закончена.

Для того чтобы после обработки иметь возрастающие значения перемещения, они инверсируются по алгоритму: d1=L(1)+L(N), L(i)=d1-L(i), где L(1) и L(N) - значения перемещения в 1 и последней точке. Обрабатывается весь файл, независимо от масштабирования графика. Затем производят расчет удельных энергозатрат. Полученные данные обрабатывают с целью вычисления энергозатрат на бурение одного миллиметра материала в Дж/мм. На графике фиг.8 по горизонтальной оси откладывают значения перемещения, а по вертикальной - энергозатраты. При этом имеется возможность изменить интервал вычисленных величин, для чего нужно ввести значение интервала. Минимальное значение интервала равно 5, максимальное не ограничено. При большем значении интервала происходит более сильное сглаживание графика, что показано на фиг.9.

Результаты расчетов можно сохранить в файл с расширением «rez». На графике фиг.8 отображено среднее значение удельных энергозатрат и их разброс, при этом учитывают тот интервал перемещения, который в данный момент отображен.

После окончания бурения и в результате бурения пустотелым цилиндрическим режущим буровым инструментом 8 получают дополнительно цилиндрический контрольный бетонный образец 15. Цилиндрический контрольный бетонный образец 15 подвергают дополнительному испытанию в лабораторных условиях с определением прочности бетонного контрольного образца на сжатие или осевое растяжение в соответствии с ГОСТ 18105-86, ГОСТ 10180-90, которую, прочность, анализируют в ЭВМ 3, при этом сравнивают показания с показаниями, полученными другими предыдущими способами, а цилиндрический контрольный бетонный образец 15 высушивают. Наилучший результат достигается посредством бурения с промывкой, так как СОЖ охлаждает режущий буровой инструмент 8 и удаляет буровую муку, максимально уменьшая износ цилиндрического режущего бурового инструмента 8.

Использование предлагаемого технического решения позволило создать способ, по которому повысилась точность определения структуры и контроль послойной прочности бетона, а созданное устройство для осуществления этого способа позволяет получить точные выходные данные для проведения анализа структуры бетона изделия, достаточную точность измерения и контроля прочности бетона изделия за счет предварительной подготовки исследуемой поверхности, а также предлагаемое техническое решение позволило создать устройство, позволяющее одновременно дополнительно получить в процессе бурения цилиндрический контрольный бетонный образец, используемый затем для последующего испытания его в лабораторных условиях на сжатие или осевое растяжение. Кроме того, предлагаемый способ обусловлен минимальной трудоемкостью и стоимостью. Предлагаемое решение, кроме того, позволяет даже при бурении сильно армированного бетонного изделия контролировать послойную прочность и получать идеально ровные отверстия именно того диаметра, который требуется ГОСТами. А полное отсутствие бетонной пыли, которая давно признана одной из самых вредных для здоровья субстанций, делает данный процесс испытаний одним из самых экологически чистых из всех возможных в подобных случаях технологий. Кроме того, это высокая точность работы буровой установки, чистота, относительная тишина. Работа буровой установки осуществляется практически без вибраций инструмента, поэтому нет опасности появления трещин в чувствительных участках бетонного изделия, требуется низкая выходная мощность.

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к строительству и эксплуатации зданий и сооружений, в частности к исследованию прочностных свойств материала при изготовлении, строительстве, обследовании и испытании, а также при эксплуатационном контроле за состоянием сооружений после длительной их эксплуатации. Способ включает смачивание бетона, бурение бетона, определение мощности, идущей на бурение, измерение величины и скорости перемещения бурового инструмента с выдачей данных в виде графиков мощности, перемещения, скорости бурового инструмента, характеризующих структуру и послойную прочность бетона с выдачей цифровых данных по каждому графику, причем перед проведением испытаний на исследуемом участке бетонного изделия, выбранного для определения структуры и прочности бетона, осуществляют предварительную подготовку поверхности бетонного изделия, для чего шлифуют исследуемый участок и определяют его поверхностную прочность в сухом состоянии, затем замачивают данный участок исследуемой поверхности бетонного изделия и определяют поверхностную прочность бетона с учетом его влажности, затем устанавливают на исследуемый участок буровую установку для бурения бетона, и посредством бурения определяют послойную структуру и послойную прочность бетона во влажном состоянии, причем в результате бурения получают дополнительно цилиндрический контрольный бетонный образец, который используют для дальнейших испытаний при определении прочности контрольного бетонного образца на сжатие или осевое растяжение, при этом сравнивают показания с показаниями, полученными другими предыдущими способами, а контрольный бетонный образец предварительно высушивают. Также представлено устройство аналогичного назначения. Достигается повышение точности и надежности анализа и контроля. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ анализа структуры и контроля прочности бетона строительных конструкций, включающий смачивание бетона, бурение бетона, определение мощности, идущей на бурение, измерение величины и скорости перемещения бурового инструмента с выдачей данных в виде графиков мощности, перемещения, скорости бурового инструмента, характеризующих структуру и послойную прочность бетона, с выдачей цифровых данных по каждому графику, отличающийся тем, что перед проведением испытаний на исследуемом участке бетонного изделия, выбранного для определения структуры и прочности бетона, осуществляют предварительную подготовку поверхности бетонного изделия, для чего шлифуют исследуемый участок и определяют его поверхностную прочность в сухом состоянии, затем замачивают данный участок исследуемой поверхности бетонного изделия и определяют поверхностную прочность бетона с учетом его влажности, затем устанавливают на исследуемый участок буровую установку для бурения бетона и посредством бурения определяют послойную структуру и послойную прочность бетона во влажном состоянии, причем в результате бурения получают дополнительно цилиндрический контрольный бетонный образец, который используют для дальнейших испытаний при определении прочности контрольного бетонного образца на сжатие или осевое растяжение, а контрольный бетонный образец предварительно высушивают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в начале бурения для управления процессом приема данных отображают текущие настройки приборов, а в процессе бурения получают мгновенные значения измерений параметров и направляют полученную информацию по интерфейсу передачи данных в персональный компьютер или микроконтроллер для обработки и вычисления результатов об удельных энергозатратах на единицу перемещения режущего бурового инструмента при бурении бетонного изделия и построения графика мощности и графика перемещения режущего бурового инструмента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический бетонный образец для дальнейших испытаний получают посредством использования для бурения бетонного изделия пустотелого цилиндрического режущего бурового инструмента.

4. Устройство для анализа структуры и контроля прочности бетона строительных конструкций, содержащее буровую установку с приводом подачи линейного перемещения и вращения режущего бурового инструмента, измеритель поверхностной прочности бетона, датчик перемещения бурового инструмента, датчики для определения мощности, потребляемой приводом, и контроллером с ЭВМ, отличающееся тем, что буровая установка снабжена регулятором перпендикулярности движения режущего бурового инструмента, стабилизатором давления на режущий буровой инструмент, измерительным преобразователем сигналов, агрегатом рециркуляции смазочно-охлаждающей жидкости, а режущий буровой инструмент выполнен в виде пустотелого цилиндра, на одном торце которого выполнен соединительный элемент для подсоединения к приводу подачи и установлено устройство подачи смазочно-охлаждающей жидкости, а на другом торце закреплены твердосплавные режущие пластины.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что твердосплавные режущие пластины режущего бурового инструмента установлены с возможностью получения в процессе бурения заданного диаметра цилиндрического контрольного бетонного образца, причем каждая твердосплавная режущая пластина закреплена на цилиндре режущего бурового инструмента симметрично, а ширина каждой твердосплавной режущей пластины более, по крайней мере, на 1 мм толщины стенки цилиндра режущего бурового инструмента.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что твердосплавные режущие пластины размещены на цилиндре режущего бурового инструмента с возможностью образования заданного внутреннего диаметра обработки равным или (100±0,1) мм, или (150±0,1) мм, или (200±0,1) мм, или (300±0,1) мм.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что твердосплавные режущие пластины установлены с возможностью их замены по мере износа.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что измерительный преобразователь сигналов снабжен регулятором плавности хода с первичным преобразователем перемещений, первичным преобразователем тока, первичным преобразователем напряжения, первичным преобразователем частоты вращения, коммутатором, интерфейсными блоками, буферными усилителями, аналого-цифровым преобразователем, интерфейсом персонального компьютера или микроконтроллера, причем первичный преобразователь тока, первичный преобразователь напряжения и первичный преобразователь перемещений последовательно соединены, каждый из них - с буферным усилителем, выход каждого из которых соединен со входом коммутатора, первичный преобразователь частоты вращения последовательно соединен с буферным усилителем, выход которого соединен со входом микроконтроллера, а выход коммутатора соединен со входом буферного устройства, выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, один выход которого соединен со вторым входом коммутатора, а другой выход - со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, третий выход микроконтроллера последовательно соединен интерфейсными блоками через фильтр с персональным компьютером.