6500

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Ямбаев И.А.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Методы и средства измерений и контроля»

для обучающихся по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация

Нижний Новгород

2022

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Ямбаев И.А.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Методы и средства измерений и контроля»

для обучающихся по направлению подготовки 27.03.01 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

УДК 624.014 (075)

Ямбаев И.А. Методы и средства измерений и контроля: Учебное пособие. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / И.А. Ямбаев; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 29 с. : ил. – Текст : электронный.

В учебном пособии дается систематизированное описание современных средств и методов неразрушающего контроля, применяемых для определения различных характеристик и свойств бетонных и железобетонных конструкций.

© И.А. Ямбаев, 2022 © ННГАСУ, 2022.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1Прочность бетона

2Классификация методов контроля

3Общие положения проведения испытаний методом “Отскока”

4Ультразвуковой метод и техника проведения испытаний, основанных на нем

5Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры

6Порядок подготовки и проведения испытаний магнитным методом Термины и определения

Приложение 1. Технологическая карта контроля прочности образца – куба прибором “Оникс – 2.5” Приложение 2. Технологическая карта контроля прочности образца – куба прибором “Пульсар- 1.1”

Приложение 3. Технологическая карта контроля образца с повреждением прибором “Пульсар- 1.1” Приложение 4. Технологическая карта определения диаметра и ориентации арматуры прибором “ Поиск-2.5” Литература

ВВЕДЕНИЕ

Технический уровень методов и средств измерений, испытаний и контроля, применяемых на всех стадиях строительного производства в значительной степени определяет уровень самого строительства.

Впроцессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений возникает необходимость оценки прочностных показателей материалов конструкций и их элементов.

До последнего времени система контроля была основана на разрушении специально взятых образцов, например кубиков бетона, стержней арматуры,

атакже выборочных испытаниях разрушающей нагрузкой отдельных конструкций. Такой контроль является громоздким, требует больших затрат труда и материалов и в то же время, как правило, не обеспечивает получения требуемых объективных и точных показателей качества материала непосредственно в конструкциях.

Внастоящее время для определения различных физико-механических характеристик строительных материалов и конструкций применяются разнообразные и сложные средства испытаний и контроля неразрушающими методами, основанные на последних достижениях науки и техники.

Специалист в области дефектоскопии и неразрушающего контроля должен грамотно использовать новейшие методы и разработки без ущерба качеству, точности и надежности получаемых при исследовании строительных конструкций результатов.

Внастоящем учебном пособии дается систематизированное описание современных средств и методов неразрушающего контроля, применяемых для определения различных характеристик и свойств бетонных и железобетонных конструкций.

Авторы надеются, что данные указания помогут специалистам быстрее и полнее ориентироваться в вопросах неразрушающего контроля качества в строительстве, будут способствовать повышению эффективности и качества строительного производства.

Данное учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки 221700.62 Стандартизация и метрология, профиль Стандартизация и сертификация.

Учебное пособие может быть также использовано студентами специализаций «Исследование и проектирование зданий и сооружений» и «Информационные технологии в строительстве» с профилем «Металлические конструкции», при выполнении магистерских диссертаций, а также экспертными организациями при выполнении диагностических работ.

1. ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Бетон - искусственный материал, полученный в результате твердения смеси из песка, щебня, цемента и воды, составленной в определенной пропорции. В некоторых случаях в состав бетона вводят дополнительные материалы, называемые добавками [2].

Одной из основных характеристик бетона является прочность на сжатие.

Прочность - свойство материала воспринимать, не разрушаясь внешние механические нагрузки и воздействия (сжатие, растяжение, сдвиг и др.) [1].

Предел прочности - максимальное значение механической нагрузки, приведенной к единице площади рабочего сечения, при достижении которой материал разрушается[1].

Предельное значение прочности обозначается R (так называемая кубиковая прочность) и имеет размерность МПа или кгс\см2.

Легкие бетоны (керамзитобетон, пенобетон) обладают прочностью на сжатие в диапазоне 5-20 МПа, тяжелые бетоны, в которых в качестве крупного заполнителя используется щебень, имеют прочность 7-40 МПа, а на гранитном заполнителе-10-60 МПа. У специальных бетонов прочность на сжатие может достигать величины 120 МПа. Прочность бетона зависит от его состава, прочностных и геометрических характеристик исходного материала, активности цемента и других факторов[1, 2].

Различают прочность образцов – кубов R – кубиковая прочность и образцов призм Rb призменная прочность. В инженерных расчетах конструкций используется обычно призменная прочность [1].

Класс бетона по прочности - показатель, характеризующий прочность бетона (призменная прочность), устанавливаемый техническими нормами в зависимости от основных эксплуатационных характеристик или свойств материалов[1].

Согласно СНиП 52.01-2003, при проектировании строительных конструкций принимаются классы по прочности: В3,5 ; В5; В7,5 ; В10; В12,5;

В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Классы характеризуются прочностью R (кубиковая прочность), которая является исходной величиной для определения Rb (призменная прочность на сжатие), Rbt (призменная прочность на расстяжение), Rbp (призменная прочность на сжатие) и др. и исходной величиной для расчета состава бетонной смеси. Фактическая прочность бетона R должна соответствовать (но не равна) значению прочности заданного класса с определенной степенью обеспеченности, величина которой нормируется и, в соответствии с ГОСТ 25192 – 82 и составляет 0,95.

По своей природе бетон является неоднородным материалом, и в одной конструкции прочность может изменяться в некоторых пределах.

Определить фактическую прочность бетона непосредственно в строительных конструкциях можно путем использования косвенных величин, связанных с прочностью. Одной из косвенных величин является

усилие (Р), при достижении которого разрушается бетонный кубик или цилиндр. Данную величину можно замерить различными способами. Разделив усилие на площадь поперечного сечения, получим искомое значение прочности бетона на сжатие, из которого изготовлен кубик [11].

В качестве косвенных характеристик можно использовать диаметры отпечатков, усилие вырыва анкера, величину отскока упругого тела, скорость ультразвука.

Таблица 1 Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие и растяжение

и марками в соответствии с ГОСТ 25192 – 82.

Таблица 1 Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие и растяжение

и марками в соответствии с ГОСТ 25192 – 82.

* Средняя кубиковая прочность бетона R рассчитана при коэффициенте вариации V, равном 13,5 %, и обеспеченности 95 % для всех видов бетонов, а для массивных гидротехнических конструкций при коэффициенте вариации V, равном 17 %, и обеспеченности 90%.

2.КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

Внастоящее время разработано значительное количества методов оценки прочности бетона. Каждый из существующих методов имеет определенную область применения, свои достоинства и недостатки.

Основным признаком классификации является физическая сущность, положенная в основу метода.

По способу воздействия на конструкцию методы принято разделять на

разрушающие, с местным разрушением и неразрушающие [2]. Такая классификация более полно отражает сущность метода и исходит из следующих условий. Если после испытаний образец разрушен и не пригоден для дальнейшего использования по своему назначению, такой метод классифицируется как разрушающий. Если конструкция остается пригодной

кэксплуатации, но после испытания требуется ее ремонт, такой метод следует отнести к методам с местным (локальным) разрушением.

Неразрушающие методы предусматривают воздействие на конструкцию, которое не отражается на ее эксплуатационной способности. Имеется целая

группа методов, у которых для получения косвенных характеристик нет необходимости разрушать бетон, а для их получения нужны другие воздействия. К таким воздействиям можно отнести локальный удар, вдавливание другого, более твердого тела, распространение ультразвука и др. Косвенные характеристики выбираются таким образом, чтобы они имели как можно более тесную связь своей величины с прочностью бетона, т.е [1, 2, 3].

где: Rс- прочность бетона на сжатие; f - функция зависимости косвенной характеристики от прочности, выраженная в аналитическом или графическом видах; X i - величина косвенной характеристики.

Значение функции определяется экспериментально, путем одновременных испытаний контрольных образцов неразрушающим и эталонным (разрушающим) методами.

Точность неразрушающих методов складывается из точности измерения принятой косвенной характеристики Xi и точности используемой зависимости f, по которой вычисляется прочность. Необходимым условием применения любого метода является достаточная точность измерения определяемой характеристики Xi. Для ряда методов нужна специальная аппаратура с высокой точностью измерения. Однако точность измерения имеет пределы, за которыми ее повышение уже не способствует более точному определению прочности. Большое влияние на точность имеет непостоянство зависимости величины косвенной характеристики от прочности, связанной с изменением состава бетона, различными свойствами составляющих компонентов, условиями твердения, состоянием поверхности и другими факторами. Такое положение в ряде случаев требует определения зависимости Xi от Rc экспериментальным путем в каждом конкретном случае для конкретного состава бетона, что иногда затрудняет или исключает полностью применение метода [11].

Метод упругого отскока основан на использовании зависимости величины (высоты) отскока условно упругого тела при ударе его о поверхность бетона от прочности этого бетона, т.е [1, 2, 3].

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. Чтобы начальная энергия удара распределялась таким образом, масса бетона должна быть бесконечно большой по сравнению с массой ударника, что должно исключить затрату энергии на перемещение бетонной массы.

Метод ударного импульса. Исследователями было замечено, 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.

Сущность метода заключается в следующем.

Рис. 1. Схема работы бойка:

а - конструкция бойка; 1 - масса бойка; 2 - пружина; 3 - исследуемый бетон; 4 - электромеханический преобразователь; б - формы электрического импульса; 1 - при ударе в бетон прочностью 25 МПа; 2-то же прочностью 10 МПа

Боек 1 см. рис. 1 имеющий сферическую поверхность ударника, под действием пружины 2 ударяется о поверхность бетона 3, при этом вся энергия удара (не считая пренебрежимо малых тепловых потерь) расходуется на упругие и пластические деформации бетона. В результате пластических деформаций образуется лунка, а упругих - возникает реактивная сила F.

Чем выше пластические свойства бетона, тем большая часть энергии удара расходуется на пластические деформации, увеличивается время действия удара и уменьшаются прочностные свойства бетона; и наоборот, чем выше упругие свойства, возрастает величина силы F, сокращается время действия удара и увеличивается прочность бетона. При нормированном ударе величина реактивной силы F и длительность действия удара могут служить показателями прочности материала, по которому наносится удар. Для измерения этих величин в конструкцию бойка включен

электромеханический преобразователь 4 (рис.1) (пьезоэлектрический или

магнитострикционный), который механическую энергию удара преобразует в электрический импульс. Амплитуда А, пропорциональна силе F , а время t пропорционально длительности действия удара. На рис. 1, б приведены формы электрических импульсов при ударе бойка о бетон прочностью 25