Плотности некоторых материалов
ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОНА
Методические указания и задания к лабораторным работам для студентов безотрывной формы обучения специальности 08.03.01 – Строительство
Санкт-Петербург
УДК 666.972; 691.54; 69.04
Технология бетона: методические указания и задания к лабораторным работам для студентов безотрывной формы обучения специальности 08.03.01 – Строительство/ сост. Ю.В. Пухаренко, Д.А. Пантелеев, М.И. Жаворонков; СПБГАСУ. – СПб, 2016. – 52 c.
Даются рекомендации по самостоятельному изучению дисциплины «Технология бетона» и выполнению лабораторных работ, связанных с изучением основных свойств сырьевых материалов, проектированием составов тяжелых бетонов и определении их прочности разрушающими и неразрушающими методами контроля. Приведены тридцать вариантов заданий для лабораторных работ.
Табл. 18 Ил. 17 Библиогр.: назв. 4
© Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2016
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие предназначено для использования при выполнении учебных лабораторных работ по курсу «Технология бетона».
Целью изучения дисциплины «Технология бетона» является приобретение самостоятельных навыков в выборе методов и форм изучения отдельных технологических приемов для совершенствования технологии изготовления бетонных и железобетонных изделий, улучшения их качества и эффективности применения. Предусматривается также получение знаний по теоретическим основам дисциплины для решения возникающих задач в профессиональной области.
Для изучения дисциплины студентам необходимо иметь учебную литературу, ГОСТы по разделам курса, методические указания и задание для лабораторных работ. Полностью усвоив программу курса, студент может приступить к выполнению лабораторных работ.
Номер варианта задания для лабораторных работ студент получает на занятии. Отчет о выполнении лабораторных работ оформляется в виде расчетно-пояснительной записки, который может быть оформлен, как в ручную, так и в печатном виде (шрифт – times new roman, размер шрифта – 14, выравнивание – по ширине, отступ – 1,25, интервал – 1,5 строки, поля – слева 25 мм, справа 10 мм, сверху 20 мм, снизу – 25 мм). На титульном листе необходимо указать полное название университета, факультет, кафедру, название работы, фамилию, номер варианта и зачетной книжки, год выполнения работы.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Бетоны – это искусственные каменные материалы, полученные в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси вяжущего вещества с водой, мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. Смесь этих материалов до затвердевания называют бетонной смесью.
Согласно ГОСТ 25192 «Бетоны. Классификация и общие технические требования» бетоны классифицируются по:
·Средней плотности (особо тяжелые ρср > 2500 кг/м3, тяжелые ρср = 2000-2500 кг/м3, легкие ρср = 800-2000 кг/м3, особо легкие ρср < 800 кг/м3);
·Виду вяжущего (бетоны на неорганических и органических вяжущих). К бетонам на неорганических вяжущих относят цементные, известковые, гипсовые и шлаковые; к бетонам на органических вяжущих – асфальтобетоны на битуме и полимербетон на синтетических смолах;
· Виду заполнителей (на плотных, пористых и специальных заполнителях);
·Структуре (бетоны с плотной структурой, поризованной, ячеистой и крупнопористой);
·Назначению (конструкционные и специальные – теплоизоляционные, радиационностойкие, декоративные и т.д.);
·Условиям твердения (в естественных условиях, в условиях тепловой обработки при атмосферном давлении и автоклавного твердения);
·Прочности (средней прочности – класс бетона при сжатии B ≤ 50 и высокопрочные – класс прочности при сжатии B ≥ 55);
·Морозостойкости (низкая – менее F50; средняя – F50-F300; высокая – более F300);
·Водонепроницаемости (низкая – менее W4; средняя – W4-W12; высокая – более W12);
·Истираемости (низкая – G1; средняя – G2; высокая – G3).
Для получения бетонов высокого качества необходимо знать их свойства и факторы, влияющие на эти свойства. Поэтому настоящие методические указания определяют порядок выбора материалов для бетона и основной метод подбора составов тяжелого бетона различных классов по прочности на сжатие.
Лабораторная работа №1
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ БЕТОНА»
Заполнители являются важной составной частью бетона. Занимая до 80% объема бетона, заполнители могут оказывать значительное влияние на его свойства и стоимость. Свойства бетона в значительной степени зависят от качества мелкого заполнителя (песка), который вместе с крупным заполнителем (щебнем, гравием) образует каркас, снижает усадку и расход вяжущего вещества при изготовлении изделий. В связи с этим правильный выбор заполнителя обеспечивает получение бетона с требуемыми физико-механическими и эксплуатационными характеристиками.
В качестве крупных заполнителей для тяжелых бетонов используют щебень из природного камня, гравий (ГОСТ 8267 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия»), а также щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578 «Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов. Технические условия»). В качестве мелкого заполнителя для бетонов применяют природные пески (ГОСТ 8736 «Песок для строительных работ. Технические условия» и ГОСТ 22856 «Щебень и песок декоративные из природного камня. Технические условия»).
Песок – неорганический зернистый сыпучий строительный материал с размером зерен 0,14 – 5,0 мм. Щебень – неорганический зернистый сыпучий строительный материал, получаемый дроблением изверженных или осадочных горных пород, гравия или искусственных камней на куски размером от 5 до 70 мм, а иногда до 120 мм. Гравий – рыхлая смесь зерен округлой формы размером от 5 до 70 мм, образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых горных пород.
Испытания мелкого и крупного заполнителя проводятся согласно ГОСТ 8269 «Щебень из природного камня, гравий и щебень из гравия для строительных работ. Методы испытаний» и ГОСТ 8735 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».
1. Определение истинной плотности
Истинная плотностьчисленно равна массе единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии без пор, пустот и трещин. Следовательно, истинная плотность – это плотность вещества, из которого состоит сам материал.
Для определения этого показателя используют предварительно высушенную в сушильном шкафу, при температуре 105°С, до постоянной массы и измельченную пробу материала. Чем больше степень измельчения, тем плотнее расположение частиц в объеме, а соответственно, меньше ошибка опыта.
Прибор Ле-Шателье (рис. 1) наполняют водой до нижней риски. Избыток жидкости удаляют с помощью фильтрованной бумаги, свёрнутой в трубку.
Рис. 1. Прибор Ле-Шателье
Отвешивают пробу испытуемого материала и аккуратно, малыми порциями, высыпают в воронку прибора, следя за тем, чтобы не образовывались пробки и не было потерь, до того момента, пока уровень вытесняемой жидкости не поднимется до риски с делением 20 мл. Для удаления вовлеченного воздуха прибор поворачивают несколько раз вокруг его оси. Остаток материала, не вошедший в прибор, взвешивают. Все взвешивания производят с погрешностью 0,01 г. После чего вычисляют истинную плотность материала по формуле (1), г/см3:
 | (1) |
где, m1 – масса первоначальной навески заполнителя, г; m2 – масса остатка, г; V – объем воды, вытесненной заполнителем, см3.
2. Определение средней плотности
Средняя плотностьчисленно равна массе единицы объема материала в естественном состоянии (с пустотами и порами) с точностью до 1 г.
Объем образца правильной формырассчитывают, замеряя геометрические размеры при помощи штангенциркуля. На основании полученных данных среднюю плотность ρср, г/см3, вычисляют по формуле (2):
 | (2) |
где, m – масса образца, г; V – объем образца, см3.
Объем образцов неправильной формы, например,зерна щебня, определяют при помощи весов для гидростатического взвешивания (рис. 2). Согласно закону Архимеда на тело, находящееся в жидкости, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости.
Для определения объема предварительно взвешенный высушенный образец покрывают тонким слоем расплавленного парафина с целью гидроизоляции открытых пор, проникновение воды в которые может повлиять на достоверность полученных результатов.
После парафинирования производят взвешивание образца сначала на воздухе, подвесив его на нити к левому коромыслу гидротехнических весов, а затем в воде, исключая соприкосновение с воздухом, стенками и дном емкости.
Рис. 2. Весы для гидростатического взвешивания
Расчет средней плотности проводят в следующей последовательности. Объем парафина Vп, см3, затраченного на покрытие образца (3):
 | (3) |
где, т2 – масса высушенного образца, г; m1 – масса образца, покрытого парафином на воздухе, г; ρп – плотность парафина, принимаемая 0,93 г/см3.
Объем образца с парафином Vобр, см3 (4):
 | (4) |
где, m1 – масса образца, покрытого парафином, на воздухе, г; m3 – масса образца в воде, г; ρв – плотность воды, равная 1 г/см3.
На основании полученных результатов формул (3), (4) рассчитывают среднюю плотность образца ρср, г/см3 (5):
 | (5) |
3. Определение насыпной плотности
Песок, щебень, гравий используют в строительстве в виде рыхлозернистых смесей. Поэтому для таких материалов определяют не только среднюю плотность зерен, но и насыпную.
Насыпная плотность – это масса рыхлозернистых материалов в единице объема в свободном, неуплотненном состоянии.
Насыпную плотность находят путем взвешивания определенного объема заполнителя данной фракции, высушенного до постоянной массы. Размеры мерного цилиндра выбирают в зависимости от наибольшей крупности заполнителя (табл. 1). При определении насыпной плотности песка используют мерный сосуд вместимостью 1 л.
Таблица 1
Размеры мерного цилиндра
| Объем мерного цилиндра, V, л | Размеры цилиндра, мм | Фракция заполнителя, мм | |
| Диаметр, d, мм | Высота, h, мм | ||
| От 5 до 10 мм | |||
| От 10 до 20 мм | |||
| От 20 до 40 мм | |||
| Св. 40 мм |
Заполнитель, высушенный до постоянной массы, насыпают с высоты 10 см, через стандартную воронку (рис. 3), в предварительно взвешенный цилиндр до образования конуса, который снимается вровень с краями. Затем определяют массу цилиндра с заполнителем.
Рис. 3. Стандартная воронка для определения насыпной плотности:
1 – корпус; 2 – трубка; 3 – задвижка; 4 – мерный цилиндр
Насыпную плотность заполнителей ρн, г/см3, рассчитывают по формуле (6):
 | (6) |
где, m1 – масса мерного цилиндра с заполнителем, г; m2 – масса мерного цилиндра, г; V – объем мерного цилиндра, см3.
Плотности некоторых материалов приведены в табл. 2.
Таблица 2
Зерновой состав песка
| Наименование остатка | Размеры отверстий сит, мм | Проходит через сито 0,14 мм, % по массе | ||||
| 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | ||
| Частный, г | ||||||
| Частный, % | a2,5 | a1,25 | a0,63 | a0,315 | a0,14 | |
| Полный, % | A2,5 | A1,25 | A0,63 | A0,315 | A0,14 |
По полученному значению модуля крупности Мк в соответствии с ГОСТ 8736 устанавливают группу природного песка (табл. 4).
Таблица 4
Требования к гранулометрическому составу мелкого заполнителя
| Размер отверстия сита, мм | 2,5 | 1,25 | 0,63 | 0,315 | 0,14 | Проход через сито 0,14 | Модуль крупности, Мк |
| Полные остатки на ситах, % по массе | 0-20 | 5-45 | 20-70 | 35-90 | 90-100 | 0-10 | 1,5-3,25 |
Рис. 4. График гранулометрического состава мелкого заполнителя: 1 – нижняя граница крупности песка (Mк = 1,5); 2 – нижняя граница крупности песка (Mк = 2,0); 3 - нижняя граница крупности песка (Mк = 2,5); 4 – верхняя граница крупности песка (Mк = 3,25).
Для каждой группы природного песка полный остаток на сите 0,63 мм, модуль крупности Mк и проход через сито 0,14 мм должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 6.
Таблица 6
Классификация песка
| Группа песка | Полный остаток на сите 0,63 мм, % по массе | Модуль крупности, Mк | Проход через сито 0,14 мм, % по массе |
| Крупный | более 50 | более 2,5 | до 10 |
| Средний | от 30 до 50 | от 2,0 до 2,5 | от 10 до 15 |
| Мелкий | от 10 до 30 | от 1,5 до 2,0 | от 15 до 20 |
| Очень мелкий | менее 10 | от 1,0 до 1,5 | более 20 |
Для испытания крупного заполнителя в качестве аналитической пробы используют лабораторную пробу по табл. 7, высушенную до постоянной массы, без ее сокращения.
Таблица 7
Зерновой состав щебня
| Наименование остатка | Размеры отверстий сит, мм | Проходит через сито 5 мм, % по массе | ||||
| Частный, г | ||||||
| Частный, % | a2,5 | a1,25 | a0,63 | a0,315 | a0,14 | |
| Полный, % | A2,5 | A1,25 | A0,63 | A0,315 | A0,14 |
Качество зернового состава щебня или гравия оценивается значением полных остатков, %, на ситах с контрольными отверстиями: Dнаим, 0,5(Dнаиб и Dнаим), Dнаиб и 1,25Dнаиб.
Содержание различных фракций в крупном заполнителе при подборе состава бетона должно соответствовать указанному в табл. 9.
Таблица 9
Требования к гранулометрическому составу крупного заполнителя
| Размер отверстий сит, мм | Dнаим | 0,5(Dнаим+Dнаиб) | Dнаиб | 1,25Dнаиб | ||
| для фракций с наименьшим размером зерен | одна фракции | смесь фракции | ||||
| 5 мм | 10 мм и более | |||||
| Полный остаток на ситах, % по массе | 95-100 | 95-100 | 40-80 | 50-70 | 0-10 |
Щебень или гравий признаётся пригодным по зерновому составу для приготовления бетона, если кривая его зернового состава располагается в области, ограниченной стандартной кривой (рис. 5).
Рис. 5. График зернового состава крупного заполнителя
5. Определение пустотности
Пустотность важнейшая характеристика правильности подбора зернового состава заполнителей для бетона, от которых зависит расход вяжущего. Пустотностъ – это отношение суммарного объема пустот в зернистом материале ко всему объему, занимаемому этим материалом, определяется по формуле (10):
 | (10) |
где, ρн – насыпная плотность, г/см3; ρи – истинная плотность, г/см3.
Задание
Определить гранулометрический состав, модуль крупности и пустотность песка, а так же гранулометрический состав и пустотность щебня, используя данные, приведенные в приложении 1.
Лабораторная работа №2
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА МЕТОДОМ АБСОЛЮТНЫХ ОБЪЕМОВ»
Проектирование состава бетона заключается в определении расхода исходных компонентов на 1 м3 уплотненной бетонной смеси. От правильности проектирования состава бетона зависят его физико-механические и деформативные характеристики.
Для определения состава бетона предварительно определяют такие данные, как прочность бетона; гранулометрический состав и пустотность заполнителей; влажность, насыпную и истинную плотность заполнителей; марку портландцемента; удобоукладываемость (табл. 10) бетонной смеси.
Таблица 10
Компоненты бетонной смеси
| Компоненты | Портландцемент | Щебень | Песок | Вода |
| Содержание, кг/м3 |
Задание
Запроектировать состав тяжелого бетона, используя данные, приведенные в приложении 2.
Лабораторная работа №3
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА РАЗРУШАЮЩИМ МЕТОДОМ»
Маркой бетона называется установленное стандартами значение предела прочности в кгс/см2 бетонных кубиков размером 15x15x15 см в возрасте 28 суток, твердевших при нормальных условиях твердения (температура 20±2ºС, относительная влажность не менее 95%). При определении прочности бетона на кубиках других размеров, а также цилиндрах учитывают масштабный фактор (табл. 16).
Таблица 16
Задание
Определить марку Rm (прочность бетона в партии) бетона, используя данные, приведенные в приложении 3.
Лабораторная работа №4
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССА БЕТОНА»
Марка соответствует средней прочности бетона, а класс – его гарантированной прочности с обеспеченностью 0,95, с учетом фактической однородности прочности, характеризуемой величиной коэффициента вариации. Классы бетона по прочности введены с целью обеспечения статистического контроля прочности. Статистический метод контроля прочности бетона позволяет достичь постоянства принятых при расчете конструкций нормативных сопротивлений (прочности) бетона.
Контроль прочности бетона, согласно ГОСТ «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности», проводят по одной из следующих схем:
· схема А – определение характеристик однородности бетона по прочности, когда используют не менее 30 единичных результатов определения прочности, полученных при контроле прочности бетона предыдущих партий БСГ (бетонная смесь, готовая к применению) или сборных конструкций в анализируемом периоде;
· схема Б – определение характеристик однородности бетона по прочности, когда используют не менее 15 единичных результатов определения прочности бетона в контролируемой партии БСГ или сборных конструкций и предыдущих проконтролированных партиях в анализируемом периоде;
· схема В – определение характеристик однородности бетона по прочности, когда используют результаты неразрушающего контроля прочности бетона одной текущей контролируемой партии конструкций;
· схема Г – без определения характеристик однородности бетона по прочности, когда при изготовлении отдельных конструкций или в начальный период производства невозможно получить число результатов определения прочности бетона, предусмотренное схемами А и Б, или при проведении неразрушающего контроля прочности бетона без построения градуировочных зависимостей, но с использованием универсальных зависимостей путем их привязки к прочности бетона контролируемой партии конструкций.
В соответствии с требованиями ГОСТ 26633 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия» для конструкций прочность бетона характеризуется классами. Между классом бетона В и прочностью бетона в партии Rm, МПа, принимаемой за расчетную, имеется зависимость:
 | (23) |
где, t – коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бетона (при обеспеченности 95% – t = 1,64); v – коэффициент вариации прочности бетона, %.
Контроль прочности бетона по схеме А производят в следующей последовательности. Зная, среднюю прочность бетона в партии и среднее квадратическое отклонение, определяют текущий коэффициент вариации прочности бетона в партии (24):
 | (24) |
где, Sm – среднее квадратическое отклонение прочности бетона в партии,МПа; Rm – прочность бетона в партии,МПа.
Фактическая прочность бетона в партии Rm (марка бетона), вычисляют по формуле (25):
 | (25) |
где, Ri – единичное значение прочности бетона, МПа; п – общее число единичных значений прочности бетона в партии.
Среднее квадратическое отклонение прочности бетона в партии определяется по формуле (26):
 | (26) |
Если число единичных значений прочности бетона в партии от двух до шести, значение Sm вычисляют по формуле (27):
 | (27) |
где, Wm – размах единичных значений прочности бетона в контролируемой партии, определяемый как разность между максимальным и минимальным единичными значениями прочности, МПа; α – коэффициент, зависящий от числа единичных значений п и принимаемый по табл. 17.
Таблица 17
Значения коэффициента α
| Число единичных значений, n | |||||
| Значение коэффициента α | 1,13 | 1,69 | 2,06 | 2,33 | 2,5 |
Класс бетона по прочности Bнорм рассчитывают по формуле (28):
 | (28) |
где, Rт – прочность бетона в партии, МПа; KТ – коэффициент требуемой прочности (табл. 18).
Таблица 18
Коэффициент требуемой прочности KТ при контроле
Прочности бетона по схеме А
| Средний коэффициент вариации прочности υ ,% | Бетон всех видов, кроме плотных силикатных и ячеистых |
| 6 и менее | 1,07 |
| 1,08 | |
| 1,09 | |
| 1,11 | |
| 1,14 | |
| 1,18 | |
| 1,23 | |
| 1,28 | |
| 1,33 | |
| 1,38 | |
| 1,43 |
Партия БСГ подлежат приемке по прочности бетона, если фактическая прочность бетона в партии Rm не ниже требуемой прочности RT (29), а минимальное единичное значение прочности – не менее величины (RT - 4) и не менее нормируемого класса бетона по прочности (30):
| Rт ≥ RТ | (29) |
| Bнорм < Rimin ≥ (RT - 4) | (30) |
Задание
Определить фактический класс бетона, используя полученные в предыдущих лабораторных работах, данные.
Лабораторная работа №5
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ»
В соответствии с положениями ГОСТ 22690 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля» неразрушающие методы испытаний прочности бетона подразделяются на прямые и косвенные.
Прямыми методами называются такие методы, в процессе применения которых не требуется обязательное использование установленной градуировочной зависимости.
Косвенными методами считаются такие, при использовании которых требуется использовать градуировочную зависимость между прочностью бетона, определенную по одному из прямых неразрушающих методов или разрушающими методами, и косвенной характеристикой.
Классификация неразрушающих методов представлена на рис. 6.
Рис. 6. Классификация неразрушающих методов
Косвенной характеристикой считается величина отскока, энергия удара, отпечаток, скорость прохождения ультразвука или другой показатель прибора при измерении прочности бетона.
Градуировочная зависимость – графическая или аналитическая зависимость, связывающая косвенный показатель с прочностью бетона.
Метод отрыва со скалыванием
Метод основан на использовании зависимости величины усилия, необходимого для выдергивания из бетона анкерного стержня, от прочности этого бетона (31):
 | (31) |
где, Rсж – прочность испытываемого бетона; Р – усилие, при котором вырывается анкерный стержень, кН или кгс; f – аналитическая зависимость усилия от прочности.
При бетонировании конструкции в местах, в которых предполагается определять прочность, устанавливаются анкерные стержни, и после твердения бетона они выдергиваются. Если определяется прочность уже затвердевшего бетона, то в нем сверлится отверстие и вставляется анкерное устройство с разжимным конусом.
Наибольшее применение нашли два типа анкерных устройств. Первый тип – рабочий стержень с анкерной головкой (рис. 7, а), применяется для установки в свежеуложенный бетон. Второй тип – самозаанкеривающееся устройство с применением рифленых сегментных щёчек и разжимного конуса (рис. 7, б). Такое анкерное устройство применяется для установки в просверленное отверстие при контроле затвердевшего бетона.
Рис. 7. Анкерные устройства: а - первый тип анкера для установки в свежеуложенный бетон; б - второй тип с разжимным конусом
Выдергивание их осуществляется переносным гидравлическим пресс-насосом или другим устройством, обеспечивающим возможность приложения к анкеру нагрузки необходимой для его вырыва.
После достижения нагрузкой предельных значений в бетоне возникает разрушение по образующей конуса от растяжения и скалывания (рис. 8).
Рис. 8. Характер разрушения бетона при отрыве со скалыванием
Прочность испытанного бетона определяется по формуле (32):
 | (32) |
где, Р – усилие вырыва анкерного устройства, кН или кгс ; m1 – коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва; m2 – коэффициент пропорциональности между усилием вырыва и прочностью бетона.
Рассмотренный метод сравнительно точный, поскольку в его основе лежит прочностная характеристика бетона. К достоинству метода необходимо отнести и тот фактор, что определяется прочность бетона непосредственно в конструкции. Основными недостатками метода считается высокая трудоемкость, как при сверлении отверстий, так и при самих испытаниях, а также невозможность использования его при определении прочности бетона в сжатых элементах конструкции, поскольку происходит частичное разрушение бетона и ослабление поперечного сечения испытуемых элементов.
Метод скалывания ребра конструкции
В основу метода положено использование зависимости величины усилия, необходимого для скалывания ребра конструкции на определенной длине от прочности бетона (33):
| | (33) |
где, Р – усилие, при котором скалывается угол, кН; f – аналитическая зависимость усилия от прочности.
Для проведения испытания применяются нагружающее устройство и специальное приспособление, обеспечивающее приложение усилия под углом к нагружаемой поверхности (рис. 9).
Рис. 9. Устройство для скалывания ребра
Результаты испытания не учитываются, если при скалывании бетона обнажается арматура.
Прочность бетона определяют по усилию скалывания, по формуле (34):
 | (34) |
где, Р – усилие вырыва анкерного устройства, кН или кгс ; m1 – коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне скола ребра.
В рассмотренных методах (отрыв со скалыванием, скалывание ребра) прочность бетона можно определять как по предложенным формулам так и по градуировочным зависимостям нагрузки Р от прочности бетона
Метод упругого отскока
Метод упругого отскока основан на использовании зависимости величины (высоты) отскока условно упругого тела при ударе его о поверхность бетона от прочности этого бетона.
В результате удара движущейся массы о поверхность бетона происходит перераспределение начальной кинетической энергии таким образом, что одна ее часть поглощается бетоном при проявлении пластических деформаций, а другая часть передается ударной массе в виде реактивной силы, преобразующейся в кинетическую энергию отскока.
Таким образом, можно сказать, что величина упругого отскока будет большей при более высокой прочности бетона, поскольку в этом случае начальная кинетическая энергия будет перераспределяться таким образом, что меньшая ее часть будет затрачиваться на пластические деформации, а большая ее часть преобразуется в реактивную силу.
Для определения прочности бетона с использованием метода отскока наибольшее распространение получил прибор Шмидта (молоток Шмидта, склерометр Шмидта). Продольный разрез прибора приведен на рис. 10.
Рис. 10. Прибор Шмидта: 1 – боек; 2 – бетонная поверхность; 3 – корпус прибора; 4 – ползунок; 5 – шкала; 6 – кнопка; 7 – стержень; 8 –; 9 – крышка; 10 – пружина; 11 –; 12 – крючок; 13 – подвижная масса; 14 –; 15 – головка болта.
На высоту отскока бойка кроме величины реактивной силы влияет гравитационная сила подвижной массы, т. е. показание зависит от положения в пространстве (вертикально вниз, под углом, горизонтально или вертикально вверх), что учитывается путем использования коэффициентов или отдельных градуировочных зависимостей.
Метод ударного импульса
Метод упругого отскока учитывает только упругие свойства бетона, но прочность любого материала является многопараметровой функцией. Известно, что если проводить комплексные испытания и использовать несколько косвенных характеристик, то точность измерения повышается.
Метод ударного импульса позволяет учитывать как пластические, так и упругие свойства бетона. В ходе испытания по исследуемой конструкции производится удар специальным бойком, имеющим сферическую поверхность. Нанесение удара обеспечивается действием пружины. В процессе ударного воздействия прибором контролируются параметры ударного импульса.
Сущность метода заключается в том, что чем выше пластические свойства бетона, тем большая часть энергии удара расходуется на пластические деформации, увеличивается время действия удара и уменьшаются прочностью свойства бетона; и наоборот, чем выше упругие свойства, тем больше величина силы F, сокращается время действия удара и увеличивается прочность бетона.
Для измерения этих величин в конструкцию бойка включен электромеханический преобразователь (рис. 11), который механическую энергию удара преобразует в электрический импульс.
Рис. 11. Схема работы бойка: 1 – боек; 2 – пружина; 3 – поверхность бетона; 4 – электромеханический преобразователь.
Амплитуда А будет пропорциональна силе F , а время t пропорционально длительности действия удара. На рис. 12 приведены формы электрических импульсов при ударе бойка о бетон прочностью 25 МПа (линия 1) и 10 МПа (линия 2). Следовательно, амплитуда А и время t могут служить косвенными характеристиками прочности бетона.
Рис. 12. Параметры ударного импульса
Корпус прибора, как правило, имеет форму пистолета (рис. 13) и состоит из ствола, внутри которого свободно перемещается боек с электромеханическим преобразователем, рычагом взвода и фиксатором. Боек поджат пружиной, усилие сжатия которой регулируется.
Рис. 13. Конструкция прибора: 1 – корпус прибора; 2 - боек с электромеханическим преобразователем, рычагом взвода и фиксатором; 3 – электронная схема; 4 – цифровой индикатор; 5 – элементы питания.
К достоинствам метода следует отнести его оперативность, низкие трудозатраты, удобство в работе, отсутствие сложных вычислений, слабую зависимость от состава бетона.
Недостатком метода является определение прочности в поверхностном слое бетона глубиной только до 50 мм.
Метод пластических деформаций
Метод пластических деформаций основан на оценке местных деформаций, вызванных приложением к конструкции сосредоточенных усилий. Этот метод основан на зависимости размеров отпечатка на поверхности элемента, полученного при вдавливании индентора ударным воздействием, от прочностных характеристик материала. Достоинство этого метода заключается в его технологической простоте, недостаток - суждение о прочности материала по состоянию поверхностных слоев.
Большое применение в практике находит молоток К. П. Кашкарова, схема которого представлена на рис. 14.
С целью устранения влияния силы удара в конструкции прибора предусмотрена установка эталонного стержня и во время удара одновременно образуются отпечатки на бетонной поверхности и на эталоне.
Рис. 14. Конструкция молотка К.П. Кашкарова: 1 – корпус молотка; 2 – наковальня; 3 – ручка; 4 – ручка; 5 – обойма; 6 – стакан; 7 – пружина; 8 – шарик; 9 – стержень; 10 – копировальная бумага; 11 – белая бумага.
Всего наносят на одном участке не менее 5 ударов, при этом расстояние между отпечатками должно быть не ближе 30 мм друг от друга и от края конструкции. После каждого удара эталонный стержень передвигают, чтобы расстояние между центрами соседних отпечатков было не менее 10 мм.
Прочность бетона определяется по градуировочной зависимости, с учетом величины отношения отпечатков на бетоне и эталоном стержне dб/dэ.
К недостатк