Спосіб визначення міцності матеріалів

1 Спосіб визначення МІЦНОСТІ матеріалів, який включає утворення в конструкції заглиблення у вигляді кільцевої порожнини, відділення циліндричного керна від конструкції з виміром зусилля відриву і наступне випробування зразка традиційними методами, який відрізняється тим, що перед відділенням керна від конструкції в ньому утворюють ослаблений переріз шляхом установлення на циліндричному керні жорсткої обойми без можливості зміщення на довжині захоплення не менше одного діаметра керна з відступом від днища кільцевої порожнини на відстань не менше 20 % діаметра керна 2 Спосіб за п 1 , який відрізняється тим, що ослаблений переріз утворюють шляхом механічного проточування на калібрований розмір частини керна в МІСЦІ примикання до конструкції, рахуючи від днища кільцевої порожнини, на довжині менше 20 % його діаметра 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що перед установленням жорсткої обойми поверхню циліндричного керна додатково калібрують шляхом механічного проточування, а жорстку обойму установлюють насухо 4 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що між циліндричним керном і жорсткою обоймою розміщують кільцеву пружно-пластичну прокладку 5 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що між циліндричним керном і жорсткою обоймою утворюють клейовий термопластичний прошарок, наприклад поліуретановий, що розм'якшується при температурі 40-50 °С 6 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що жорстку обойму виконують із матеріалів з високим коефіцієнтом ЛІНІЙНОГО розширення і перед установленням на циліндричному керні додатково нагрівають 7 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що після відділення циліндричного керна від конструкції частину ослабленого перерізу, яка залишилася усередині кільцевої порожнини, зрізають шляхом механічного проточування до днища кільцевої порожнини, після чого процес випробувань по глибині конструкції при однотипному устаткуванні багаторазово повторюють 8 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що після відділення від конструкції циліндричного керна, перед вийманням його із жорсткої обойми, частину ослабленого перерізу, яка залишилася, зрізають шляхом механічного проточування на калібрований розмір до торця жорсткої обойми Винахід відноситься до області виміру механічних властивостей кам'яних і бетонних матеріалів будівельних конструкцій будинків і споруд Відомий спосіб визначення МІЦНІСНИХ характеристик гірських порід [1] шляхом утворення наскрізного отвору з виміром глибини, максимального і мінімального діаметра лунки виколу Здійснення зазначеного способу на натурних конструкціях будинків і споруд при всій його простоті не знайшло поширення, тому що обумовлює крупні локальні руйнації і потребу створення великих відривних зусиль При цьому результати вимірів на різних ділянках конструкцій різняться і потребують застосування поправочних індивідуальних залежностей для узгодження зі стандартними нормами випробувань по визначенню і контролю МІЦНОСТІ кам'яних і бетонних матеріалів, виконуваних у лабораторних умовах на зразках (кубах, циліндрах, призмах і т д ) Відомий комплексний спосіб визначення МІЦНІ О О> 1 ю 57119 сних характеристик бетону гідравлічним преснасосом [2] шляхом одночасного одержання поверхневих відбитків від його кульових опор і зусилля відриву при статичному висмикуванні з глухого отвору мірних розмірів розтискного трикулачкового конуса Зазначений спосіб знайшов практичне застосування при ІСПИТІ натурних конструкцій, проте мас недоліки руйнація поверхонь бетону на глибину до 50мм з утворенням широких лунок навколо анкерного пристрою, приблизність результатів оцінки МІЦНОСТІ з необхідністю введення різноманітних по фізичному змісту поправочних коефіцієнтів (масштабних, структурних, геометричних), трудомісткість випробувань, обмеженість КІЛЬКОСТІ МІСЦЬ визначень на поверхні конструкцій (у тому числі через арматуру), що ускладнюють використання методів статистичного аналізу, неможливість визначення тривкості матеріалів будівельних конструкцій по їхній глибині З відомих рішень найбільш близьким по своїй технічній суті є спосіб двохступеневого випробування бетонних матеріалів [3, с 10, 13, мал 2л, м, н] шляхом зрізу, сколювання або відриву виділеної частини бетону безпосередньо статичним навантаженням у конструкції (перший ступінь) із наступним випробуванням відокремлених зразків на стиск на гідравлічних пресах у лабораторних умовах (другий ступінь) На першому ступені, наприклад, зріз бетону проводиться прес-насосом системи ВольфаДавидова за пропозицією І В Вольфа і Б Г Скрамтаєва, сколювання бетону виконується пристосуванням М Є Іванова, а відрив бетону - кліщами 1 В Вольфа Як недолік такого способу слід зазначити розкид відривних зусиль на першому ступені ІСПИТІВ за рахунок неможливості точної установки застосовуваного устаткування і нерівномірності розподілу радіальних напруг стиску при зосередженому обхваті по периметру утвореного бетонного керна, а також за рахунок відсутності на ньому ненавантаженої, ослабленої зони в МІСЦІ очікуваного відділення від масиву конструкції, неможливість правильного визначення МІЦНОСТІ матеріалу, розташованого на різній глибині від поверхні натурної конструкції з розрахунку зберігання однакових випробних умов, що ведуть до МІНЛИВОСТІ і порушенню достовірності системи поправочних коефіцієнтів, складність устаткування і велика трудомісткість механічного підготування зразків до випробування на другому ступені з відібраних від натурної конструкції кернів, а також пошкоджуваність їх природної структури при відділенні від конструкції і наступному обробленні, розкид зусиль стиску на гідравлічних пресах на другому ступіні випробування за рахунок прояву механічної пошкодженності зразків Зазначені недоліки при роздільному або спільному сполученні обумовлюють недостатньо високу достовірність визначення МІЦНОСТІ матеріалу і, як наслідок цього, ускладнене узгодження з нормативними характеристиками МІЦНОСТІ При цьому через складність виконання на натурній конструкції достатньо великої КІЛЬКОСТІ проб при розкиді відривних зусиль є труднощі задоволення стандартних вимог і умов статистично го аналізу В основу винаходу поставлена задача удосконалення відомого способу визначення МІЦНОСТІ бетонних будівельних матеріалів, який включає улаштування у конструкції поглиблення у виді кільцевої порожнини, відділення циліндричного керна від конструкції з виміром зусилля відриву з наступним випробуванням зразка традиційними методами в лабораторних умовах, котра вирішується тим, що перед відділенням керна від конструкції в ньому утворюють ослаблений переріз шляхом установлення на циліндричному керні жорсткої обойми без можливості зміщення на довжині захоплення не менше одного діаметра керна з відступом від днища кільцевої порожнини на відстань не менше 20% діаметра керна, чим забезпечується підвищення достовірності визначення МІЦНОСТІ будівельних матеріалів при використанні винаходу за рахунок точної установки жорсткої обойми, зниження нерівномірності розподілу радіальних напруг стиску по периметру циліндричного керна і підвищення рівномірності його обтиснення на довжині захоплення жорсткої обойми, утворення ненавантаженої ослабленої зони в МІСЦІ очікуваного відділення від масиву конструкції, чіткої передачі зусиль відриву на ослаблений перетин, виключення пошкоджуваності природної структури циліндричного керна при його відділенні від натурної конструкції, а також виключення пошкоджуваності прилеглого масиву конструкції У частковому випадку удосконалення відомого способу вирішується тим, що ослаблений переріз утворюють шляхом механічного проточування на калібрований розмір частини керна в МІСЦІ примикання до конструкції, рахуючи від днища кільцевої порожнини, на довжині менше 20% його діаметра, чим забезпечують при використанні винаходу більш чітку передачу зусиль відриву на ослаблений переріз і формування в ньому поверхні руйнації за рахунок більш високої концентрації поздовжніх напруг відриву біля днища кільцевої порожнини в порівнянні з перерізом біля торця жорсткої обойми, а також забезпечують однакові ВИХІДНІ умови випробувань у різних спробах (при контролі каліброваного розміру ослабленого перерізу) У другому частковому випадку удосконалення відомого способу вирішується тим, що перед установленням жорсткої обойми поверхню циліндричного керна додатково калібрують шляхом механічного проточування, а жорстку обойму "встановлюють насухо, чим забезпечують спрощення і зниження трудомісткості процесу, збільшення його продуктивності і надійну роботу, наприклад, із таким гідрофобним бетонним матеріалом, де ІНШІ конкретні форми виконання при використанні винаходу менш раціональні Також у частковому випадку удосконалення відомого способу вирішується тим, що між циліндричним керном і жорсткою обоймою розмішують кільцеву пружнопластичну прокладку, наприклад, із полизобутиленової гуми, чим забезпечують за рахунок розвиткусил тертя збільшення МОНОЛІТНОСТІ спряження жорсткої обойми з циліндричним керном, рівномірність обтиснення, спрощення і зниження трудомісткості процесу і надійну роботу, наприклад, із таким пористим легкобетонним ма 57119 теріалом, де ІНШІ конкретні форми виконання при використанні винаходу менш зручні Ще в окремому випадку удосконалення відомого способу вирішується тим, що між циліндричним керном і жорсткою обоймою, утому числі при необхідності між їхніми торцевими поверхнями, влаштовують клейовий термопластичний прошарок, наприклад, поліуретановий, що розм'якшується при температурі 40-50°С, чим забезпечують за рахунок прояву структурних зв'язків і сил молекулярного зчеплення збільшення МОНОЛІТНОСТІ спряження жорсткої обойми з циліндричним керном, рівномірність і невеличку величину радіального обтиснення керна жорсткою обоймою, рівномірність передачі поздовжніх зусиль відриву по всій площі керна на ослаблений перетин і надійну роботу, наприклад, із таким грубозернистим щільним важким бетонним матеріалом, де ІНШІ конкретні форми виконання при використанні винаходу менш практичні жорстку обойму ВІДПОВІДНО до величини і форми напруг обтиснення і коефіцієнта концентрації поздовжніх напруг, що уточнюють в конкретних умовах виконання теоретичним або експериментальним шляхом в залежності від будівельної конструкції і властивостей и матеріалу Отже на першій стадії за рахунок каліброваності ослабленого перерізу і ідентичності всіх випробувань одержують уточнені відривні зусилля з малим розкидом у пробах, що характеризуються лише властивостями самого матеріалу На другій стадії за рахунок збереженої природної структури матеріалу в зразках одержують уточнені зусилля стиску (розколювання) цього ж матеріалу, чим у цілому при великій повторювальності ідентичних ослаблених перетлів кернів і відокремлених зразків із каліброваними розмірами забезпечують підвищення достовірності визначення МІЦНОСТІ будівельного матеріалу з повним використанням можливостей статистичного аналізу Іще в окремому випадку удосконалення відомого способу вирішується тим, що жорстку обойму виконують із матеріалів з високим коефіцієнтом ЛІНІЙНОГО розширення, наприклад, з алюмінієвих сплавів і перед установленням на циліндричному керні додатково нагрівають, чим забезпечують при охолодженні жорсткої обойми збільшення ЩІЛЬНОСТІ спряження з циліндричним керном прямо або через клейовий термопластичний прошарок при використанні винаходу Далі в частковому випадку удосконалення відомого способу вирішується тим, що після відділення циліндричного керна від конструкції, частину ослабленого перерізу, яка залишилася усередині кільцевої порожнини, зрізають шляхом механічного проточування аж до днища кільцевої порожнини, після чого процес випробувань по глибині конструкції при однотипному устаткуванні багаторазово повторюють, чим забезпечують при використанні винаходу збільшення КІЛЬКОСТІ проб на одній площі натурної конструкції, зондування властивостей матеріалу по глибині, збільшення продуктивності процесу, скорочення механічного оброблення в лабораторних умовах при виготовленні зразків із відібраних кернів Запропонованим способом просто і продуктивно визначають МІЦНІСТЬ матеріалу в натурній конструкції з зондуванням його властивостей по глибині масиву конструкції з високою достовірністю узгодження МІЦНІСНИХ характеристик із нормативними показниками При цьому поверхневі руйнації конструкцій незначні, мають правильну форму і легко ліквідуються оздоблювальними ремонтами в будь-який час року При мінімальній КІЛЬКОСТІ поглиблень на обмеженій площі натурної конструкції здійснюють максимальну КІЛЬКІСТЬ ДОСЛІДІВ у натурних і лабораторних умовах, чим забезпечують надійність способу Крім цього в окремому випадку удосконалення відомого способу вирішується тим, що, після відділення від конструкції циліндричного керна, перед витягом його з жорсткої обойми, частину ослабленого перерізу, яка залишилася, зрізають шляхом механічного проточування на калібрований розмір аж до торця жорсткої обойми, чим забезпечують при використанні винаходу спрощення процесу, зниження пошкоджуваності керна перед наступним іспитом на другому ступені і скорочення механічної обробки на верстатах у лабораторних умовах при виготовленні зразків із відібраних кернів Суть запропонованого способу, таким чином, складається в тому, що жорсткою обоймою без можливості зміщення на циліндричному керні зберігають природну структуру матеріалу на довжині захоплення не менше одного діаметра і утворюють поруч на довжині керна не менше 20% його діаметра ослаблений переріз В останньому додатково формують калібрований ослаблений переріз і утворюють відрив від конструкції, діючи через Запропонований спосіб ефективно застосовують як для різноманітних нових конструкцій із ВІДМІННИХ штучних і природних бетонних і кам'яних матеріалів, так і для старих конструкцій експлуатованих будинків і споруджень, у яких матеріал знаходиться на різних стадіях руйнації На фіг 1 зображений вертикальний розтин фрагмента будівельної конструкції з визначенням МІЦНОСТІ матеріалу в поверхневому прошарку h i , на фіг 2 - аналогічний розтин із визначенням МІЦНОСТІ матеріалу по глибині конструкцій в прошарку п2 У будівельній конструкції, виготовлені із матеріалу 1, виконана кільцева порожнина 2 з утворенням циліндричного керна 3, на якому встановлена без можливості зміщення жорстка обойма 4, зафіксована в поздовжньому напрямку обмежувачем 5 на довжині захоплення не менше діаметра керна d При цьому між днищем кільцевої порожнини 2 і торцем жорсткої обойми 4 на циліндричному керні З утворений ослаблений переріз на довжині не менше 20% діаметра керна d У окремому випадку при конкретній формі виконання на частині керна в МІСЦІ примикання до конструкції на довжині менше 20% його діаметра, рахуючи від днища кільцевої порожнини, утворений додатково ослаблений переріз шляхом механічного проточування 6 на калібрований розмір dK Жорстка обойма 4 у залежності від конкретних форм виконання може бути встановлена на циліндричному керні 3 або насухо, або через кільцеву пружнопластичну прокладку 7 або клейовий термопластичний прошарок 8 (по бічній поверхні керна 3 умовно сполучено з про 57119 кладкою 7) До жорсткої обойми 4 приєднаний силовимірювальний устрій 9, яким на обраному плечі Н прикладені можливі комбінації зусиль відриву 10 Спосіб визначення МІЦНОСТІ матеріалів реалізують, наприклад, таким чином На будівельній конструкції в МІСЦІ дослідження на круглій площадці діаметром D зрізають поверхневий прошарок на глибину ho і перпендикулярно до неї в матеріалі 1 високоміцною трубчатою фрезою висведлюють поглиблення ЗОВНІШНІМ діаметром D у виді кільцевої порожнини 2 При необхідності бічну поверхню керна 3 додатково калібрують по напрямній за допомогою високоміцної трубчатої розгортки На керні 3 установлюють без можливості зсуву жорстку обойму 4 на довжині захоплення не менше одного діаметра керна 3, що забезпечують безпосереднім упором в обмежувач 5 При цьому одержують ослаблений переріз на частині керна 3, що залишилася, довжиною не менше 20% його діаметра, рахуючи від днища кільцевої порожнини 2 до торця жорсткої обойми 4 При необхідності ослаблення перерізу керна З попередньо в МІСЦІ примикання до конструкції на довжині менше 20% його діаметра, рахуючи від днища кільцевої порожнини 2, збільшують шляхом механічного проточування 6 на калібрований розмір dK наприклад, за допомогою високоміцної спеціальної трубчатої розгортки з рухливим зубцюватим уширювачем У залежності від структури і стану матеріалу 1 жорстоку обойму 4 установлюють на циліндричному керні 3 при температурі навколишнього середовища, або з попереднім нагріванням жорсткої обойми 4 При цьому використовують або каліброване сполучення насухо, або з'єднання через кільцеву пружнопластичну прокладку 7 або клейовий термопластичний прошарок 8 При цьому поверхню керна 3 шляхом механічного проточування обробляють один або декілька разів, а якість з'єднання одержують вибором розмірів і режимів проточування і швидкостей обертання і подачі Після установлення жорсткої обойми 4 до неї приєднують силовимірювальний устрій 9 і створюють зусилля відриву (перший ступінь) р залежності від наміченої схеми випробувань (чистий розтяг, розтяг зі сколюванням, стиск, стиск зі сколюванням) аж до відділення керна 3 від конструкції При цьому руйнацію керна 3 формують у межах ослабленого перелізу, що контролюють за формою і макроструктурою поверхні руйнації ЛІНІЙНИМИ розмірами захоплення жорсткої обойми 4 і 8 ослабленого перерізу, а також конкретною формою сполучення з циліндричним керном 3 на основі проведення пробних випробувань або використання подібних результатів При визначенні тривкості матеріалу сил 9 вимірювальним устроєм 9 підтримують стандартну швидкість навантаження аж до руйнації ослабленого перерізу Випробуваний і відокремлений від конструкції керн 3 перед витягом із жорстокої обойми 4 спочатку шляхом механічного проточування зрізають на калібрований розмір аж до торця обойми 4, після чого використовують у якості підготовленого стандартного циліндричного зразка для випробувань на гідравлічному пресі на стиск або розколювання в лабораторних умовах (другий ступінь) Діставання зразка з жорсткої обойми 4 здійснюють шляхом використання обернених операцій у конкретних формах виконання сполучення Таким чином, з одного прошарку hi будівельної конструкції одержують два результата різних випробувань що погоджують між собою за допомогою поправочних коефіцієнтів на основі тарувальних залежностей і паспортів тривкості матеріалу [4, с 58-64] Далі подібні випробування в даному МІСЦІ продовжують по глибині конструкції в прошарку п2 шляхом послідовного зачищення порожнини, після чого вищеописаний процес випробувань багаторазово повторюють При цьому використовують однотипний силовимірювальний устрій 9 на обраному плечі Н с подібними комбінаціями утворюваних зусиль відриву Джерела інформації 1 С 473930 СРСР, МКИ G01n 3/12, Е21с 39/00 Спосіб визначення тривкосних характеристик гірських порід / В И Солод, К М Первое, К І Шахова, Є В Александров, А К Костін (СРСР) №1659508/22-3, заявлено 27 05 71, опубл 14 06 75, Бюл №22 2 Інструкція з визначення тривкості бетону в конструкціях комплексным методом /І В Вольф, В Д Лихачов, С Я Хомутченко Донецьк рот-нт ДонпромбудНДІпроекта, 1971 - с 34 3 Вольф І В , Лихачов В Д , Хомутченко С Я Випробування МІЦНОСТІ бетону в конструкціях комплексним методом - Київ Будівельник, 1969 с 35 4 Турчаншов Н А, Медведев В В , Панін В І Сучасні методи комплексного визначення фізичних властивостей гірських порід Л Надра, 1967 с 200 57119 10 менше 20% d Комп'ютерна верстка Е Ярославцева Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна