Определение прочности материалов конструкций неразрушающими методами

При обследовании строительных конструкций одним из показателей их состояния является фактическая, или остаточная, прочность материалов, из которого они изготовлены. Как правило, фактическая прочность не совпадает с проектной и с начальной. Например, железобетон изменяет свои прочностные и деформационные характеристики под нагрузкой и во времени, кроме того, это может произойти под воздействием особых условий эксплуатации и случайных факторов.

Определение фактической прочности железобетона производится различными методами разрушающего и не разрушающего контроля, в зависимости от вида конструкции. Особую сложность представляет собой работа с сильно (густо) армированными конструкциями.

1. Прочность материала

Что такое прочность материала?

Прочность — это способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок. При этом не стоит забывать, что прочность зависит не только от самого материала, но и от вида напряженного состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.), от условий эксплуатации (температура, воздействие окружающей среды и т.д.).

2. Методы определения прочности

В настоящее время существуют следующие методы определения прочности, с помощью которых производится контроль качества строительных материалов, изделий и конструкций.

Первый способ носит название разрушающего метода и состоит в выявлении предельных несущих способностей с испытание контрольных образцов до их полного разрушения. Разрушающий метод является наиболее точным и результаты, полученные в процессе его выполнения, максимально приближены к реальным физическим характеристикам материалов. К сожалению, далеко не всегда его возможно применить на практике, поэтому наибольшее распространение в обследовании получил другой метод.

Второй способ связан с производством испытаний неразрушающими методами и позволяет сохранить эксплуатационную пригодность рассматриваемого объекта без нарушения его несущей способности, что наиболее приемлемо при обследовании зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации.

3. Виды неразрушающего контроля

прочность деформация пластический контроль

13 стр., 6363 слов

Анализ эффективности методов отбора кернового материала при бурении ...

... Общая часть 1.1 Особенности режима бурения при отборе керна В большинстве случаев отбор керна производится при бурении породы колонковым методом, а само бурение с отбором керна - колонковым. Внутри колонковой ... анализ кернового материала, поступающего в большом количестве при бурении со сплошным отбором. В связи с этим основной задачей является надежное сохранение в керне начальной водонасыщенности ...

Неразрушающий контроль построен на косвенном определении свойств и характеристик материалов и может быть классифицирован по следующим видам:

  • метод проникающих сред, основанный на регистрации индикаторных жидкостей или газов, находящихся в материале конструкции;
  • механические методы испытаний, связанные с анализом местных разрушений, а также изучением поведения объектов в резонансном состоянии (методы скалывания ребра, отрыва со скалыванием, упругого отскока, ударного импульса, пластических деформаций);
  • неразрушающее определение прочности бетона чаще всего выполняется с помощью данных методов;
  • акустические методы испытаний, связанные с определением параметров упругих колебаний с помощью ультразвуковой нагрузки и регистрацией эффектов акустоэмиссии;
  • магнитные методы испытаний (индукционный, магнитопорошковый и т.д.);
  • радиационные испытания, связанные с использованием нейтронов и радиоизотопов;
  • радиоволновые методы, построенные на эффекте распространения высококачественных и сверхчастотных колебаний в излучаемых объектах;
  • электрические методы, основанные на оценке электроемкости, электроиндуктивности и электросопротивления изучаемого объекта.

Механические методы испытаний

К механическим неразрушающим методам контроля относятся: метод пластических деформаций, метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции и метод упругого отскока. Применение данных методов, позволяет получить достоверную оценку прочности строительных материалов, не нарушая целостность элементов конструкций. Назначение необходимого количества контролируемых участков и их расположение осуществляется в соответствии с ГОСТ 18105-86, а также из конструктивных особенностей конструкций (в наиболее нагруженных и поврежденных участках) и условий доступности к ним.

Метод пластической деформации

Ряд приборов, позволяющих определить твердость поверхностного слоя бетона с использованием метода пластической деформации достаточно разнообразен. При проведении работ по обследованию зданий и сооружений применяются следующие приборы:

— шариковый молоток И.А. Физделя: определение прочности сводится к нанесению серии ударов по предварительно подготовленной поверхности (не менее пяти) и замеру диаметров отпечатков. После статистической обработки определяется кубиковая прочность бетона на сжатие с использованием тарировочной кривой. Прибор характеризуется малой трудоёмкостью проведения испытания, но относительно не высокой точностью показаний за счёт большой вариации силы удара.

— эталонный молоток Кашкарова: его рабочим органом является шарик подшипника диаметром 15 мм, твердостью не менее 60 HCR. Эталоном служит стальной стержень O 10, из арматурной стали класса А-I. Выполняя замеры диаметров отпечатков — на эталоне и на бетоне, с точностью не менее 0,1 мм, определяем их соотношение. По среднему арифметическому значению этих отношений при пяти ударах и тарировочным кривым определяем кубиковую прочность бетона на сжатие. Тарировочные кривые, составлены для бетона влажностью 2 — 6%. При отклонении фактической влажности материала от данных значений выполняется корректировка, полученных значений прочности бетона. Точность измерения прочности молотком Кашкарова составляет ±15%.

7 стр., 3115 слов

Обзор методов контроля качества бетона в монолитном домостроении

... бетонной смеси. Но основным контролируемым параметром для бетонов является прочность на сжатие. При использовании методов неразрушающего контроля для определения прочности бетонов руководствуются следующими стандартами: ГОСТ 18105-86 «Бетоны. Правила контроля прочности», ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля», ...

Метод упругого отскока

Метод упругого отскока заимствован из практики определения твердости металла. Для определения прочности бетона методом упругого отскока используем склерометр ОМШ-1. Принцип действия прибора основан на ударе с нормированной энергией бойка о поверхность бетона и измерении высоты его отскока в условных единицах шкалы прибора, являющейся косвенной характеристикой прочности бетона на сжатие.

Метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции

Определение прочности материала осуществляется с помощью ПОС-50МГ4 «Скол». Данный метод является наиболее точным, по сравнению с другими существующими неразрушающих методов определения прочности бетона. Метод отрыва со скалыванием основан на линейной (в достаточно широком диапазоне) зависимости между сопротивлением бетона одноосному сжатию и отрыву конусного фрагмента бетона в поперечном направлении. Данный метод применяют для корректировки (тарировки) в натурных условиях градировочных зависимостей других механических средств неразрушающего контроля по ГОСТ 22690 обладающих меньшей трудоёмкостью при проведении испытаний.

Использование метода скалывания ребра позволяет определять прочность бетона путем местного (локального) разрушения (скалывания) выступающего ребра (угла).

Преимущество этого способа перед методом отрыва со скалыванием состоит в том, что он не требует сверления скважин в бетоне. Метод получения значений прочности бетона путем его скалывания ребра учитывают не только прочностные свойства растворной составляющей бетона, но и влияние крупного заполнителя на его сцепление с раствором. На каждом участке проводят не менее двух сколов, расстояние между которыми в осях должно быть не менее 200 мм. Величину скола определяют как среднее арифметическое значение. Этот метод применяют для определения прочности как тяжёлого, так и лёгкого бетона в диапазоне от 10 до 70 МПа.

Акустические методы испытаний

При определении прочности бетона ультразвуковым методом используем электронный ультразвуковой прибор Пульсар 1.1, работа которого основана на импульсном ультразвуковом методе. Этот метод относится к физическим методам определения прочности бетона, который нашел широкое применение для неразрушающих испытаний железобетонных конструкций. Данный метод основан на измерении скорости распространения в бетоне продольных ультразвуковых волн и степени их затухания.

Скорость ультразвука связана функциональной зависимостью с динамическим модулем упругости бетона первого рода. Значение можно вычислить по формулам, если известны длина ультразвуковой волны в бетоне, поперечные размеры тела и измеренная в опыте скорость ультразвука.

С помощью ультразвукового импульсного метода можно выявить внутренние дефекты конструкции (пустоты, каверны, участки с пониженной плотностью) и определить глубину трещин.

Метод ударного импульса

Для этого метода применяется прибор ИПС — МГ4. Он предназначен для неразрушающего контроля прочности бетона, железобетонных изделий, конструкций и строительной керамики (кирпича) методом ударного импульса. Прибор позволяет также оценивать физико-механические свойства строительных материалов в образцах и изделиях (прочность, твердость, упруго-эластические свойства), выявлять неоднородности, зоны плохого уплотнения и др. Цикл замеров на одном участке состоит из 10 …15 замеров. После выполнения 15 замеров прибор автоматически производит обработку результата. Прибор производит математическую обработку результатов которая включает в себя: усреднение результатов, отбраковку результатов, более чем ±10% отклонения от среднего значения прочности на участке (изделий), усреднение оставшихся после обработки измерений. По окончанию цикла измерения прибор представляет результат.

7 стр., 3300 слов

Методы неразрушающего контроля прочности бетона

... зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой. Градуировочную зависимость устанавливают для бетонов одного проектного возраста и приготовленных из одинаковых материалов по результатам испытаний на прочность образцов-кубов. Итак, все методы неразрушающего контроля прочности бетона требуют построения ...

Магнитные методы испытания

С помощью магнитометрического метода, основанного на взаимодействии магнитного поля с введенным в него ферромагнетиком — феррозондом (металлом) можно определить расположение и сечение арматуры, размер защитного слоя бетона. Магнитные методы нашли широкое применение для построения газоанализаторов на кислород, магнитная восприимчивость которого на два порядка превышает восприимчивость других газов.

Схема кулонометрической установки для определения толщины гальванопокрытий, они основаны на принципе вихревых токов, изменении магнитного потока, изменения силы притяжения магнита.

Применяют в основном для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов, находящихся в намагниченном состоянии.

Основаны на измерении силы отрыва магнита от поверхности деталей из ферромагнитного металла, покрытых слоем немагнитного или слабомагнитного материала, либо на измерении магнитного потока в цепи, образованной сердечником электромагнита, покрытием и металлом детали.

Находят широкое применение в решении проблем химии, металлургии и геологии.

Магнитопорошковая дефектоскопия, Магнитная толщинометрия, Магнитная структуроскопия, Индукционный метод

Индукционными магнитными методами измеряют по существу наведенный в детектирующих катушках потенциал, возникающий при воздействии на образец переменного поля. Для этого метода используется прибор ИПА — МГ4, который позволяет измерять толщину защитного слоя бетона или определения диаметр арматурного стержня. Прибор оборудован выносным щупом, который плавно перемещают по поверхности контролируемого объекта, добиваясь минимального значения цифрового кода нижней строки индикатора и максимального тона звукового сигнала. Также, зная расположение оси и диаметр арматурного стержня, определяется толщина защитного слоя и соответственно наоборот, зная величину защитного слоя, определяется диаметр арматуры.

Инфракрасный метод испытания

Его можно применять при поиске скрытых протечек в рулонных кровлях с любым основанием. Инфракрасный метод позволяет определить местонахождение скоплений влаги в верхних слоях покрытия поиском зон повышенных температур поверхности кровли, поскольку участки покрытия, содержащие влагу, имеют более высокую теплопроводность и теплоемкость, чем сухие участки. В теплое время года тепловая энергия от солнца лучше поглощается влажными участками покрытия и затем сохраняется в течение нескольких часов после заката, поэтому при осуществлении инфракрасного метода кровлю, как правило, сканируют ночью. Основными преимуществами инфракрасного метода являются достигаемая сплошность обследования кровли и высокая производительность, а недостатками — высокая стоимость инфракрасных камер, существенная зависимость метода от погоды, возможность его применения только в ночное время суток (как правило, до полуночи).

31 стр., 15043 слов

Контроль качества при устройстве кровли

... Контроль качества работ должен охватывать все операции, начиная от подготовки покрытия и кончая сдачей кровли в эксплуатацию. 2. Требования к качеству и приемке работ Производственный контроль качества работ по устройству рулонных кровель включает входной контроль ... кровельных работ, выданы наряды на особо опасные работы с мероприятиями по технике безопасности; указаны производителем работ ...

Радиоизотопный метод испытания

Предпочтительнее других методов применять при проверке влагосодержания балластных и инверсионных кровель. Ограничено применение метода на кровлях из материалов, в состав которых входят углеводороды (в том числе битум).

Метод основан на проверке присутствия водородных молекул (водяного пара) в верхних слоях покрытия. Метод осуществляется с помощью радиоизотопного влагомера, который способен определять влажность материала по количеству медленных отраженных нейтронов (выпущенных из быстрого нейтронного источника), так как при увеличении влажности материала количество отраженных нейтронов увеличивается, и показания радиоизотопного влагомера, соответственно, возрастают. Преимуществом метода является возможность его применения в широком диапазоне погодных условий и при любом уклоне кровли, а недостатком — его экологическая опасность.

Электрофизические методы испытания

Основаны на проверке электроизоляционных свойств водоизоляционного ковра, которые резко ухудшаются в местах скрытых протечек кровли. К таким методам относятся метод разности потенциалов, а также высоковольтный и емкостной методы. Метод разности потенциалов (низковольтный метод).

Предназначен для обнаружения скрытых протечек в кровлях, в которых водонепроницаемый ковер не является электрическим проводником, а основание выполнено из металла или железобетона.

Поиск скрытых протечек осуществляют измерением разности потенциалов в различных точках переменного электрического поля, создаваемого на поверхности кровли с помощью низковольтного импульсного генератора тока (напряжением до 40 В), один из выводов которого соединен с основанием кровли. А другой — с электропроводящим контуром (из гибкого неизолированного электрического провода), укладываемым на смоченную водой поверхность обследуемого участка кровли (рис. 2).

Применение метода особенно эффективно на участках кровли, где протечки продолжались в течение продолжительного времени и ее основание оказалось обильно смоченным водой. Недостатком метода является невозможность его осуществления на участках кровли с выступающими над ее поверхностью заземленными элементами инженерного оборудования из электропроводных материалов.

Высоковольтный метод

По области применения и физической сущности высоковольтный метод подобен низковольтному методу. Отличие первого метода от второго заключается в том, что на поверхность кровли подается положительный высоковольтный заряд с безопасным по величине электрическим током (от аккумулятора или источника постоянного тока), причем не на электропроводящий контур, а на щеточный электрод с щетиной из медной проволоки (рис. 3).

Положительными сторонами метода являются достаточно высокая его производительность, а также возможность точно определять местонахождение скрытых протечек. Недостаток метода — невозможность его применения при обследовании кровель в утепленных покрытиях и кровель с защитным слоем из гравия или с загрязненной поверхностью.

Емкостной метод

Применяют для определения местонахождения областей повышенного содержания влаги в толще покрытия на глубине до 50 мм, которые в большинстве случаев могут быть приняты как наличие протечки кровли. Метод основан на создании переменного электрического поля и измерении его напряженности в верхних слоях покрытия с помощью переставных или сканирующих электронных влагомеров емкостного типа. Большим значениям напряженности электрического поля соответствуют участки покрытия с увлажненным основанием под кровлей, а значит, с поврежденным или дефектным водоизоляционным ковром. Емкостным методом можно достаточно легко определить границы сырых мест с точностью до нескольких сантиметров. Недостатком метода являются высокая стоимость электронных емкостных влагомеров. Влагомер может быть использован для измерения влажности широкой номенклатуры твёрдых и сыпучих материалов при их дополнительной градуировке, разработке и аттестации методики выполнения измерений. Принцип работы влагомера основан на диэлькометрическом методе измерения влажности, а именно на корреляционной зависимости диэлектрической проницаемости материала от содержания в нем влаги при положительных температурах.

8 стр., 3885 слов

Виды современных кровельных покрытий

... и, при бесчердачных (совмещенных) крышах и теплых чердаках, теплоизолирующие функции. Кровля (кровельное покрытие) - это верхний элемент крыши, предохраняющий здание от проникновения атмосферных ... кровельным материалам. При написании курсовой работы были использованы следующие методы: монографические, аналитические, синтез, сравнение. Структура и объем курсовой работы обусловлены целью и задачами, ...

При взаимодействии с измеряемым материалом емкостный преобразователь вырабатывает сигнал пропорциональный диэлектрической проницаемости, который регистрируется измерительным блоком и преобразуется в значение влажности.

Результаты измерений выводятся на экран дисплея влагомера.

Заключение

Важность промышленного неразрушающего контроля и технической диагностики в различных отраслях деятельности человека приобретает все большее значение во всем мире, и особенно возросла в век техногенных катастроф. Сейчас многие промышленные отрасли остро нуждаются в современных приборах и оборудовании для неразрушающего контроля.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/metodyi-opredeleniya-prochnosti-materiala-konstruktsii/

1. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности бетона методами неразрушающего контроля.

2. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.

3. К.Н. Попов, М.Б. Каддо, О.В. Кульков. Оценка качества строительных материалов. — М., Ассоциация строительных ВУЗов, 1999.

4. А.В. Гулунов. Методы и средства НК бетона и железобетонных изделий. — В мире НК. 2002. №2 (16).

С. 24-25

5. В.А. Клевцов, М.Г. Коревицкая. Об организационно-технических проблемах НК прочности бетона. — В мире НК. 2002. №2 (16).

С. 16-17

6. В.Г. Штенгель. О методах и средствах НК для обследования эксплуатируемых железобетонных конструкций. — В мире НК. 2002. №2 (16).

С. 12-15.