Методы испытаний строительных материалов реферат
Обновлено: 05.07.2024
Введение.
Существенное повышение качества строительных материалов, изделий и конструкций может быть достигнуто при условии совершенствования производства и методовконтроля качества на всех этапах строительного производства.
Контроль качества строительных материалов, изделий и конструкций производится двумя основными способами .
1) Состоит в выявлении предельных несущих способностей объектов, что связано с доведением их до разрушения . Этот способ эффективен при проведении стандартных испытаниях образцов из стали, бетона и других конструкционныхматериалов. При испытании моделей сооружений и их фрагментов конструкции могут доводиться до предельных состояний. Что же касается реальных объектов, то их разрушение для выявления предельных несущих способностей экономически не всегда оправдано.
2) Связан с производством испытаний неразрушающими методами, что позволяет сохранить эксплуатационную пригодность рассматриваемого объекта без нарушения его несущейспособности. Этот способ наиболее приемлем при обследовании зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации. Неразрушающими методами можно, например, определить влажность заполнителей бетона, степень уплотнения бетонной смеси в процессе формования, плотность и прочность бетонов в изделиях, провести дефектоскопию конструкций.
В строительном деле неразрушающие методы применяются главным образом для контролясварных металлоконструкций, при изготовлении железобетонных деталей и элементов и т. д. Неразрушающие методы контроля применяются и при освидетельствовании сооружений. Они являются весьма перспективными для контроля на поточных линиях на заводах строительных конструкций (в первую очередь железобетонных) не только для выявления уже допущенных дефектов и отступления от требований ТУ, но и прежде всего, дляпредупреждения самой возможности таких нарушений.
По физическим принципам неразрушающих исследований различают следующие основные методы:
1) при помощи проникающих сред (жидких, газообразных и др.)
2) механические методы испытаний;
3) акустические (ультразвуковые и более низких частот);
4) магнитные, электромагнитные и электрические;
5) при помощи ионизирующих излучений (рентгеновские,радиоизотопные);
6) радиодефектоскопия и инфракрасная дефектоскопия.
Механические методы испытаний.
К неразрушающим методам контроля относятся: ультразвуковые методы, методы местных разрушений и методы ударного воздействия. Но к механическим только два последних.
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. Благодаря своей простоте, удобству и возможности быстрой проверки состояния материала в целом ряде точек на поверхности конструкций эти косвенныеметоды нашли применение и при освидетельствовании сооружений. Полученные при этом данные переводятся в прочностные характеристики исследуемого материала по эмпирическим формулам или с применением соответствующих графиков и таблиц.
1. Методы местных разрушений.
Этот метод, хоть и относится к неразрушающим методам, но связан с определенным ослаблением несущей.
Контроль качества строительных материалов, изделий и конструкций производится двумя основными способами:1) Состоит в выявлении предельных несущих способностей объектов, что связано с доведением их до разрушения. 2)Связан с производством испытаний неразрушающими методами, что позволяет сохранить эксплуатационную пригодность рассматриваемого объекта без нарушения его несущей способности. Этот способ наиболее приемлем при обследовании зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации. Неразрушающими методами можно, например, определить влажность заполнителей бетона, степень уплотнения бетонной смеси в процессе формования, плотность и прочность бетонов в изделиях, провести дефектоскопию конструкций.
Содержание
Введение…………………………………………………………………………………………………. 3
1 Неразрушающие методы испытания строительных конструкций………………………………….4
2 Метод проникающих сред……………………………………………………………………………..4
3 Механические методы испытаний…………………………………………………………………….5
4 Акустические методы испытаний……………………………………………………………………..6
5 Магнитные методы испытания………………………………………………………………………. 7
6 Инфракрасный метод испытания……………………………………………………………………. 9
7 Радиоизотопный метод испытания……………………………………………………………………9
8 Электрофизические методы испытания………………………………………………………………9
9 Использование геодезических приборов и инструментов при освидетельствовании и
испытания конструкций…………………………………………………………………………………10
10 Современные методы и средства неразрушающего контроля качества бетонных и
железобетонных конструкций………………………………………………………………………..…13
Заключение……………………………………………………………………………………………….20
Список использованной литературы……………………………………………………………………21
Работа содержит 1 файл
Неразр методы иссл констр.doc
1 Неразрушающие методы испытания строительных конструкций………………………………….4
3 Механические методы испытаний……………………………………………………… …………….5
4 Акустические методы испытаний……………………………………………………… ……………..6
5 Магнитные методы испытания……………………………………………………… ………………. 7
6 Инфракрасный метод испытания……………………………………………………… ……………. 9
7 Радиоизотопный метод испытания……………………………………………………… ……………9
8 Электрофизические методы испытания……………………………………………………… ………9
9 Использование геодезических приборов и инструментов при освидетельствовании и
10 Современные методы и средства неразрушающего контроля качества бетонных и
Список использованной литературы…………………………………………………… ………………21
Существенное повышение качества строительных материалов, изделий и конструкций может быть достигнуто при условии совершенствования производства и методов контроля качества на всех этапах строительного производства.
Контроль качества строительных материалов, изделий и конструкций производится двумя основными способами.
1) Состоит в выявлении предельных несущих способностей объектов, что связано с доведением их до разрушения. Этот способ эффективен при проведении стандартных испытаниях образцов из стали, бетона и других конструкционных материалов. При испытании моделей сооружений и их фрагментов конструкции могут доводиться до предельных состояний. Что же касается реальных объектов, то их разрушение для выявления предельных несущих способностей экономически не всегда оправдано.
2) Связан с производством испытаний неразрушающими методами, что позволяет сохранить эксплуатационную пригодность рассматриваемого объекта без нарушения его несущей способности. Этот способ наиболее приемлем при обследовании зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации. Неразрушающими методами можно, например, определить влажность заполнителей бетона, степень уплотнения бетонной смеси в процессе формования, плотность и прочность бетонов в изделиях, провести дефектоскопию конструкций.
Качество бетонных и железобетонных изделий и конструкций в значительной степени зависит от эффективности и действенности контроля прочности и однородности бетона, защитного слоя бетона и расположения арматуры, напряжений в арматуре предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Определение прочности бетона может производиться стандартными методами [1] путем изготовления и испытания образцов, однако, достоверность контроля прочности и однородности бетона по стандартным образцам является недостаточной в силу ряда причин: объем испытания стандартных образцов не превышает 0,01 % уложенного в конструкцию бетона, условия виброформования и режимы твердения образцов и конструкций различны, стандартными методами невозможно определить однородность бетона в изделии и прочность отдельных его участков. При обследовании конструкций зданий и сооружений стандартные методы испытания бетона вообще неприменимы.
Перечисленные недостатки стандартных методов испытания прочности бетона обусловили развитие неразрушающих методов контроля и методов, связанных с испытаниями бетона в нестандартных образцах, извлекаемых из конструкции.
1 Неразрушающие методы испытания строительных конструкций.
Неразрушающие методы испытаний построены в основном на косвенном определении свойств и характеристик объектов и могут быть классифицированы 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;
– акустические методы испытаний, связанные с определением параметров упругих колебаний с помощью ультразвуковой нагрузки и регистрацией эффектов акустоэмиссии;
– магнитные методы испытаний (индукционный и магнитопорошковый);
– 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;
– использование геодезических приборов и инструментов при освидетельствовании и испытаниях конструкций.
Рассмотрим каждый из перечисленных методов.
2 Метод проникающих сред.
Основаны на проверке непроницаемости кровли с помощью невязких жидких или легко обнаруживаемых газообразных сред, которые находят сквозные отверстия и каналы в водоизоляционном ковре и беспрепятственно проникают сквозь кровлю сверху вниз или наоборот. К таким методам относятся дымовой, газовый, вакуумный, а также оросительный и гидростатический методы, каждый из которых имеет определенную область применения, свои преимущества и недостатки.
Дымовой метод. Предназначен для испытания рулонных кровель с механическим креплением к воздухонепроницаемому основанию.
Метод основан на закачивании под испытываемый участок водоизоляционного ковра дымовоздушной смеси от дымогенератора с помощью электрического компрессора или вентилятора через приклеенный к водоизоляционному ковру (над отверстием) патрубок. Смесь выходит в атмосферу через трещины и другие сквозные повреждения в кровле и визуально обнаруживается, указывая на места протечек. При повышении давления дымовоздушной смеси под кровлей кроме герметичности можно проверить качество ее крепления к основанию. Недостатком метода является необходимость устройства отверстий в водоизоляционном ковре для закачивания под него дыма, а преимуществом – большая площадь кровли, которая может быть испытана за один раз.
Вакуумный метод применяют при проверке непроницаемости рулонных кровель с помощью подключенной к вакуумному насосу прозрачной камеры разрежения, которая устанавливается на поверхности кровли. Недостатком метода является значительная трудоемкость, а преимуществом – возможность не только выявить точное месторасположение протечки в кровле, но и дать количественную оценку ее проницаемости. В первом случае месторасположение отверстия в кровле указывают пузырьки, появляющиеся над дефектным участком, покрытым формирующей пену специальной жидкостью, а во втором – проницаемость кровли определяют по расходу воздуха, удаляемого из камеры разрежения.
Газовый метод. Область применения метода такая же, как у дымового метода. Вместо дымовоздушной смеси в имеющуюся вентилируемую прослойку под кровлей подается легко обнаруживаемый с помощью специальных датчиков индикаторный газ (например, фреон). Данным методом можно установить факт нарушения непроницаемости кровли, но нельзя определить точное месторасположение возможной протечки. Метод отличается достаточно высокой производительностью.
Оросительный метод. Применим для любых видов кровель. Метод заключается в использовании переставляемой оросительной системы или переносного разбрызгивателя, соответственно, в течение 30 и I5 минут на каждом проверяемом участке. После испытания водой протечки проявляются на потолочной поверхности покрытия. Небольшие протечки можно выявить с помощью влагомера, проверяя влажность материалов покрытия. Недостатки метода: большой расход воды и опасность замачивания нижерасположенных строительных конструкций, а преимущества – универсальность и простота осуществления.
Гидростатический метод. Это традиционный метод проверки водонепроницаемости малоуклонных кровель с внутренним водостоком. Испытание осуществляют водой, заполняя ею кровлю с закупоренными водоотводящими устройствами. Если имеется протечка в кровле, то вода обязательно пройдет через нее. Если вода не будет обнаружена в конструкции под кровлей и уровень воды не падает, кровлю считают водонепроницаемой. Метод осуществим только при положительной температуре наружного воздуха. Преимущество метода заключается в отсутствии необходимости использования специального диагностического оборудования. К недостаткам метода можно отнести опасность замачивания нижерасположенных строительных конструкций и негарантированное совпадение мест протечек со скрытыми дефектами и повреждениями кровли.
3 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
– 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 Ø 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%.
Метод упругого отскока
Метод упругого отскока заимствован из практики определения твердости металла. Для испытания бетона применяют приборы, называемые склерометрами, представляющие собой пружинные молотки со сферическими штампами. Молоток устроен так, что система пружин допускает свободный отскок ударника после удара по бетону или по стальной пластинке, прижатой к бетону. Прибор снабжен шкалой со стрелкой, фиксирующей путь ударника при его обратном отскоке. Энергия удара прибором должна быть не менее 0,75 Н-м; радиус сферической части на конце ударника – не менее 5 мм. Проверку (тарировку) приборов проводят после каждых 500 ударов.
При проведении испытаний после каждого удара берут отсчет по шкале прибора (с точностью до одного деления) и записывают в журнал. Требования к подготовке участков для испытаний, к расположению и количеству мест удара, а также к экспериментам для построения тарировочных кривых такие же, как в методе пластической деформации.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Институт физики и химии
Кафедра физической химии
Реферат по дисциплине Химия строительных материалов,
Выполнил студент 4-го курса,
специальности ХФиММ: Кутюшев Д. Р.
Проверил преподаватель: Арасланкин С. В.
Человечество в течение всего своего развития, использует в своей деятельности законы химии и физики, для решения разнообразных задач и удовлетворения множества потребностей.
В древние времена этот процесс шел двумя различными путями: осознанно, исходя из накопленного опыта или случайно. К ярким примерам осознанного применения законов химии относятся: скисание молока, и его последующие применение для приготовления сырных продуктов, сметаны и прочего; брожение некоторых семян, к примеру, хмеля и последующие изготовление пивоваренных продуктов; брожение соков различных плодов (главным образом, винограда, который содержит большое количество сахара), в итоге давало винные продукты, уксус.
Революцией в жизни человечества стало открытие огня. Люди стали применять огонь для приготовления еды, для термической обработки глиняных изделий, для работы с различными металлами, для получения древесного угля и много другого.
Используя физико-химические методы, изучают физические явления, которые возникают при протекании химических реакциях. К примеру, в колориметрическом методе измеряют интенсивность окраски в зависимости от концентрации вещества, в кондуктометрическом методе измеряют изменение электрической проводимости растворов, оптические методы используют связь между оптическими свойствами системы и ее составом.
Физико-химические методы исследование применяют и для комплексного изучения строительных материалов. Использование таких методов позволяет углубленно изучать состав, структуру и свойства строительных материалов и изделий. Диагностика же состава, структуры и свойств материала на разных этапах его изготовления и эксплуатации позволяет разрабатывать прогрессивные ресурсосберегающие и энергосберегающие технологии [ Галузо, Г.С. Методы исследования строительных материалов: учебно-методическое пособие / Г.С. Галузо, В.А. Богдан, О.Г. Галузо, В.И. Коважнкова. – Минск: БНТУ, 2008. – 227 с. ].
1. Классификация физико-химических методов исследования
Физико-химические методы исследования опираются на тесную связь физических характеристик материала (к примеру, способности поглощать свет, электропроводимости и прочих) и структурной организации материала с точки зрения химии. Бывает так, что из физико-химических методов, как отдельную группу выделяют чисто физические методики исследования, показывая таким образом, что в физико-химических методиках рассматривается некая химическая реакция, в отличие от чисто физических. Данные методы исследования, довольно часто называют инструментальными, потому что они предполагают использование различных измерительных аппаратов. Инструментальные методики исследований, как правило, обладают своей собственной теоретической базой, эта база расходится с теоретической базой химических исследований (титриметрических и гравиметрических). Основанием ей послужило взаимодействие вещества с разнообразными энергиями.
В ходе физико-химических исследований, чтобы получить необходимые данные о составе, структурной организации вещества, экспериментальную пробу подвергают влиянию какой-нибудь энергии. В зависимости от разновидности энергии в веществах изменяются энергетические состояния составляющих его частиц (молекул, ионов, атомов). Это выражается в изменении некоторого определенного набора характеристик (к примеру, цвета, магнитных свойств и прочих). В результате регистрации перемены характеристик вещества, получают данные о качественном и количественном составе исследуемой пробы, либо данные о ее структуре.
По разновидности воздействующих энергий и исследуемых характеристик, физико-химические методы исследования разделяют ниже приведенным способом.
Таблица 1. Классификация физико-химических методов
Кроме приведенных в данной таблице, имеется довольно много частных физико-химических методик, которые не подходят под такую классификацию. На деле наиболее активно используются оптические, хроматографические и потенциометрические методики исследования характеристик, состав и структуры пробы [ Галузо, Г.С. Методы исследования строительных материалов: учебно-методическое пособие / Г.С. Галузо, В.А. Богдан, О.Г. Галузо, В.И. Коважнкова. – Минск: БНТУ, 2008. – 227 с. ].
2. Методы термического анализа
Термический анализ активно используется для изучения различных стройматериалов – минеральных и органических, натуральных и синтетических. Его использование помогает выявить присутствие в материале той или иной фазы, определить реакции взаимодействия, разложения и, в исключительных случаях, получить сведения о количественном составе кристаллической фазы. Возможность получения информации о фазовом составе высокодисперсных и скрытокристаллических полиминеральных смесей без деления на полиминеральные фракции является одним из главных достоинств методики. Термические методы исследования основываются на правилах постоянства химического состава и физических характеристиках вещества, в конкретных условиях, а кроме прочего на законах соответствия и характеристичности.
Закон соответствия говорит о том, что к любому фазовому изменению пробы можно соотнести конкретный термический эффект.
А закон характеристичности гласит о том, что термические эффекты индивидуальны для каждого химического вещества.
Основная идея термического анализа состоит в исследовании преобразований, которые протекают в условиях повышения температурных показателей в системах веществ или конкретных соединениях при разнообразных физических и химических процессах, по сопутствующим им термическим эффектам.
Физические процессы, как правило, основаны на преобразовании структурного строения, либо агрегатного состояния системы при ее постоянном химическом составе.
Химические процессы ведут к преобразованию химического состава системы. К таким принадлежит непосредственно дегидратация, диссоциация, окисление, реакция обмена и прочие.
Изначально термические кривые для известняковых и глинистых пород были получены французским ученым химиком Анри Луи Ле Шателье в 1886 – 1887 годах. В России одним из первых методику термических исследований стал изучать академик Н.С. Курнаков (в 1904 году). Обновленные модификации пирометра Курнакова (аппарат для автоматической записи кривых нагревания и охлаждения) и по сей день применяются в большинстве исследовательских лабораторий. Относительно исследуемых характеристик в результате нагревания или охлаждения выделяют такие методы термического анализа: дифференциально-термический анализ (ДТА) – определяется изменение энергии исследуемого образца; термогравиметрия – изменяется масса; дилатометрия – изменяется объемы; газоволюметрия – изменяется состав газовой фазы; электропроводность – изменяется электрическое сопротивление.
В ходе термических исследований можно параллельно применять сразу несколько способов изучения, каждый из которых фиксирует перемены энергии, массы, объема и прочих характеристик. Всеобъемлющее исследование характеристик системы в процессе нагрева, помогает более подробно и более тщательно изучить основы происходящих в ней процессов.
Одним из самых главных и широко применяемых методов является дифференциально-термический анализ.
Колебания температурных характеристик вещества можно выявить при его последовательном нагреве. Так, тигель заполняют экспериментальным материалом (пробой), помещают его в электрическую печь, которая нагревается, и начинают снимать температурные показатели исследуемой системы при помощи простейшей термопары, соединенной с гальванометром.
На данном схематичном изображении показана пара обыкновенных термопар, которые соединены друг с другом одноименными концами, образующими, так называемый холодный спай. Остальные два конца присоединяются к аппарату, который позволяет зафиксировать преобразования в цепи электродвижущей силы (ЭДС), появляющиеся в результате повышения температуры горячих спаев термопары. Один горячий спай располагается в изучаемом образце, а второй – в эталонном веществе сравнения.
Рисунок 1. Схематичное изображение дифференциальной и простой термопары: 1 – электрическая печь; 2 – блок; 3 – изучаемый экспериментальный образец; 4 – вещество сравнения (эталон); 5 – горячий спай термопары; 6 – холодный спай термопары; 7 – гальванометр для фиксации кривой ДТА; 8 – гальванометр для фиксации температурной кривой.
Если же для изучаемой системы частыми являются какие-нибудь преобразования, которые связаны с поглощением или выделением тепловой энергии, то его показатель температуры в данный момент может быть намного больше или меньше, по сравнению с эталонным веществом сравнения. Данная температурная разница ведет к возникновению различию по значению ЭДС и, как следствие, к отклонению кривой ДТА вверх или вниз от нуля, либо базисной черты. Нулевой называется линия, параллельная оси абсцисс и проведенная через начало хода кривой ДТА, это можно видеть на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема простой и дифференциальной (ДТА) температурных кривых.
На самом деле нередко после завершения какого-нибудь термического преобразования кривая ДТА не возвращается к нулевой линии, а продолжает идти параллельно ей или под неким углом. Данная линия имеет название – базисная линия. Это расхождение базисной и нулевой линии объясняется разными теплофизическими характеристиками изучаемой системы веществ и эталонного вещества сравнения [ Макарова, И.А. Физико-химические методы исследования строительных материалов: учебное пособие / И.А. Макарова, Н.А. Лохова. – Братск: Из-во БрГУ, 2011. – 139 с. ].
3. Методы рентгенофазового анализа
Рентгенографические методы исследования стройматериалов основаны на экспериментах, в которых применяется рентгеновское излучение. Данный класс исследований активно используют для изучения минералогического состава сырья и конечных продуктов, фазовых преобразований в веществе на различных этапах их переработки в готовую к использованию продукцию и в ходе эксплуатации, а кроме прочего для выявления характера структурного строения кристаллической решетки.
Методику рентгенографических исследований, применяемую для определения параметров элементарной ячейки вещества, называют рентгеноструктурной методикой. Методика же, которой придерживаются в ходе изучения фазовых превращений и минералогического состава веществ, носит название рентгенофазового анализа. Методы рентгенофазового анализа (РФА) имеют большое значение при изучении минеральных стройматериалов. По итогам рентгенофазовых исследований получают информацию, о наличие кристаллических фаз, и их количества в образце. Из этого следует, что существует количественный и качественный методы анализа.
Предназначение качественного рентгенофазового анализа, это получение информации о природе кристаллической фазы, изучаемого вещества. Методы базируются на том, что каждый конкретный кристаллический материал имеет определенную рентгенограмму со своим собственным набором дифракционных максимумов. В наше время существуют достоверные рентгенографические данные о большинстве известных человеку кристаллических веществ.
Задачей количественного состава, является получение информации о количестве конкретных фаз в полифазных поликристаллических веществах, он основывается на зависимости интенсивности дифракционных максимумов от процентного содержания исследуемой фазы. При повышении количества какой-либо фазы ее интенсивность отражений становится больше. Но для полифазных веществ зависимость между интенсивностью и количеством этой фазы неоднозначна, так как величина интенсивности отражения данной фазы зависит не только от ее процентного содержания, а также от значения μ, которое характеризует то, на сколько, ослабляется рентгеновский пучок в результате прохождении сквозь исследуемый материал. Это значение ослабления изучаемого материала зависит от значений ослабления и количества прочих фаз, которые также входят в его состав. Из этого следует что, каждая методика количественного анализа должна как то учитывать воздействие показателя ослабления, в результате изменения состава образцов, который нарушает прямую пропорциональность между количеством этой фазы и степени интенсивности ее дифракционного отражения [ Макарова, И.А. Физико-химические методы исследования строительных материалов: учебное пособие / И.А. Макарова, Н.А. Лохова. – Братск: Из-во БрГУ, 2011. – 139 с. ].
Варианты получения рентгенограмм разделяют, исходя из метода регистрации излучения на фотографические и дифрактометрические. Использование методов первого вида подразумевает фоторегистрацию рентгеновского излучения, под влиянием которого наблюдают потемнение фотоэмульсии. Дифрактометрические методы получения рентгенограмм, которые реализуются в дифрактометрах, отличаются с фотографическими методами тем, что дифракционная картина получается последовательно с течением времени [ Пиндюк, Т.Ф. Методы исследования строительных материалов: методические указания к лабораторным работам / Т.Ф. Пиндюк, И.Л. Чулкова. – Омск: СибАДИ, 2011. – 60 с. ].
4. Методы изучения пористой структуры
Стройматериалы обладают разнородным и довольно сложным строением. Несмотря на разновидность и происхождение материалов (бетоны, силикатные материалы, керамика) в их структуре постоянно имеются разнообразные поры.
Основное воздействие на размеры и структуру пористых образований оказывают свойства исходного сырья, состав смеси, технологический процесс производства. Самыми главными характеристиками являются гранулометрический состав, объем связки, процент влажности в исходном сырье, методы формования конечной продукции, условия образования итоговой структуры (спекание, сплавление, гидратация и прочие). Сильное влияние на структуру пористых образований оказывают специализированные добавки, так называемые модификаторы. К ним принадлежат, к примеру, топливные и выгорающие добавки, которые вводят в состав шихты в процессе производства керамических продуктов, а кроме этого ПАВ, их применяют как в керамике, так и в материалах на основе цемента. Поры различаются не только одними размерами, но еще и формой, а создаваемые ими капиллярные каналы обладают переменным сечением по всей своей длине. Все поровые образования классифицируются на закрытые и открытые, а также каналообразующие и тупиковые.
Структура пористых стройматериалов характеризуется совокупностью всех разновидностей пор. Пористые образования могут быть хаотично расположены внутри вещества, а могут иметь некий порядок.
Поровые каналы обладают очень сложным строением. Замкнутые поры отрезаны от открытых пор и никак не связаны друг с другом и с внешней средой. Этот класс пор, является непроницаемым для газообразных веществ и жидкостей и в результате этого не принадлежит к опасным. Открытые же каналообразующие и тупиковые пористые образования водная среда может без труда заполнить. Их заполнение протекает по различным схемам и зависит главным образом, от площади поперечного сечения и длины поровых каналов. В результате обыкновенного насыщения не все пористые каналы могут заполниться водой, к примеру, самые маленькие поры размером меньше 0,12 мкм так и не заполняются из-за присутствия в них воздушной среды. Большие пористые образования очень быстро заполняются, но зато в воздушной среде, в результате невысокого значения капиллярных сил, вода в них плохо удерживается.
Поглощенный веществом объем воды, зависит от размеров пористых образований и от адсорбционных характеристик непосредственно самого материала.
Для определения связи между пористой структурой и физико-химическими характеристиками материала мало знать лишь общее значение объема пористых образований. Общая пористость не обусловливает структуру вещества, здесь важную роль играет принцип распределения пор по размерам и наличие пористых образований конкретного размера.
Геометрические и структурные показатели пористости стройматериалов отличаются как на микроуровне, так и на макроуровне. Г.И. Горчаковым и Э.Г. Мурадовым была разработана экспериментально-расчетная методика для выявления общей и групповой пористости бетонных материалов. Основа методики заключается в том, что в ходе эксперимента определяют уровень гидратации цемента в бетоне при помощи количественного рентгеновского исследования или приблизительно по объему связанной цементным вяжущем воды ω, не испарившейся при сушке под температурой 150 ºС: α = ω/ ω max .
Объем связанной воды при полной гидратации цемента располагается в интервале 0,25 – 0,30 (к массе не прокаленного цемента).
Потом при помощи формул из таблицы 1 высчитывают пористость бетона в зависимости от уровня гидратации цемента, его расхода в бетоне и количества воды [ Макарова, И.А. Физико-химические методы исследования строительных материалов: учебное пособие / И.А. Макарова, Н.А. Лохова. – Братск: Из-во БрГУ, 2011. – 139 с. ].
Таблица 1. Формулы для определения пористости бетона (пористость в долях от объема бетона) [ Макарова, И.А. Физико-химические методы исследования строительных материалов: учебное пособие / И.А. Макарова, Н.А. Лохова. – Братск: Из-во БрГУ, 2011. – 139 с. ].
Одна из важнейших задач испытаний строительных материалов -выявление причин, приводящих к разрушению строительных конструкции и детален. Испытания часто представляют собой единственное средство для определения причин аварий и установления ответственности за них. Выявление причин разрушений связано с большими трудностями, так как не всегда можно получить необходимые пробы, а при взятии образцов строительные материалы подвергаются изменениям, не позволяющим оценить их свойства в естественном состоянии.
При проведении испытаний материалов обычно применяют следующие основные методы.
1. Разрушающие методы испытаний:
а) механические;
б) металломикроскопические;
в) химические (включая коррозионные испытания).
2. Неразрушающие методы испытаний (гаммаграфия, рентгенография).
3. Специальные испытания, которые проводят при изготовлении бетонных изделий для подбора соответствующего состава бетона и проверки его качества. При этом проводят также испытания на схватывание. Указанные испытания в значительной мере регламентированы нормами ДИН 1048 и 1045 и проводятся при определении жесткости, прочности на сжатие и водопроницаемости бетона. He нормированы испытания на морозостойкость и сопротивляемость химическим и физическим воздействиям. Здесь также в зависимости от способа проведения различают разрушающие и неразрушающие методы испытаний бетона.
Обычные испытания для установления прочности на сжатие конструктивного бетона, которые проводят на пробных кубиках (рис.2.1) с длиной стороны 20 см. изготовленных из бетона в возрасте 28 дней, или, как указано в ДИН, на пробных цилиндрах путем сжатия на прессе, имеют, как известно, ряд недостатков (в частности, возникает проблема изготовления многочисленных образцов). Испытания, проводимые для оценки прочности на сжатие, показали, что разрушение всегда происходит одинаковым образом образуются две пирамиды, основаниями которых служат поверхности сжатия, а вершины пирамид находятся внутри образна; прилегающий материал выдавливается наружу.
Прочность на сжатие конструктивного бетона также может быть найдена но буровым кернам, взятым непосредственно из тела конструкции.
Для проведения неразрушающих испытаний бетона применяются различные методы, основанные на определении твердости по способу Шора и использовании ультразвука (акустика напряжений).
Простым методом для проверки постоянства качества бетона в конструкциях и оценки прочности на сжатие бетонов с мелкозернистой структурой является определение твердости по способу Шора. Испытания проводятся с помощью вибромолотка, склероскопа Шмидта (рис. 1.2), пружинного молотка Бауман-Штайнрюка и маятникового молотка Айнбека. На рис. 2.3 показана улучшенная конструкция испытательного молотка — модель NR с регистрирующей лентой. При испытаниях каждый удар фиксируется на регистрирующей ленте.
Определение ожидаемой кубиковой прочности на сжатие с помощью вибромолотка (рис. 2.4-2.5 и табл. 2.1-2.4)
Для испытаний целесообразно выбирать распалубленные, высушенные на воздухе, по возможности плоские поверхности без крупных пор, гнезд или других дефектов; испытываемая поверхность должна быть очищена от несвязанных частиц. С поверхностей, не находящихся в опалубке, снимают с помощью механической мокрой шлифовки богатый жидким известковым тестом верхний слой толщиной от 5 до 10 мм, после этого поверхность высушивают. Размер испытываемой площадки должен быть не менее 2 дм2, а расстояние от края площадки до края конструкции -не менее 5 см. В тонкостенных бетонных элементах для испытаний пригодны только те площадки, расположение которых исключает их упругую податливость.
Известно, что в зависимости от места проведения испытаний могут быть получены различные значения прочности. Поэтому для получения правильных результатов необходимо проводить испытания в нескольких точках и усреднять найденные значения Rн. При этом принимают во внимание положение испытываемой площадки. Прибор пригоден для нанесения удара в горизонтальном направлении, т.е. для испытаний вертикальных поверхностей.
При применении прибора на наклонных поверхностях необходимо корректировать отсчеты Rφ в соответствии с инструкцией (см. рис. 2.4 и табл. 2.2).
Сроднее значение Rm может считаться достоверным, если отклонение 6-7 отдельных измерении от среднего не превышает следующих величин разброса Δ (в делениях шкалы):
Наиболее вероятное значение кубиковой прочности бетона принимаю по эталонным кривым (см. рис.2.5).
Для учета возраста бетона необходимо кубиковую прочность принятую по табл.2.3 и 2.4, умножить на фактор времени αt, приведенный в табл.2.1, так как твердость поверхности бетона с течением времени возрастает быстрее, чем прочность на сжатие. При этом мы получаем прочность бетона на сжатие в момент испытании; для установления марки бетона необходимо провести дальнейшую корректировку (например, учесть возраст, условия хранения, вид марку цемента).
При испытаниях склероскоп с выдвинутым ударным штоком устанавливают перпендикулярно поверхности бетона, затем шток освобождают путем постепенного увеличения давления на заднюю крышку. В этом положении снимают по шкале показание длины отскока Rφ или фиксируют положение стрелки путем нажатия нa кнопку. На каждой испытательной поверхности производят 20 испытательных ударов в точках, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее 3 см. Средняя длина отскока Rφ в зависимости от направления удара корректируется с помощью поправок Rφн по табл. 2.2: Rм=Rφн+ΔRφ.
В зависимости от Rм в табл.2.3 приведены средние значения кубиковой прочности на сжатие Wм, ожидаемые в возрасте бетона, равном одному месяцу, и значения минимальной кубиковой прочности на сжатие ожидаемой с вероятностью 90%. При испытаниях в другом возраст необходимо учитывать фактор времени (см. табл. 2.1).
Численные значения для случая, рассмотренного в примере 2.1 принимаются из заполненного бланка (табл. 2.5).
Более точные результаты могут быть получены при применении статистических методов оценки качества бетона, при которых для большего совпадения с действительностью вместо постоянных величин оперируют переменными, случайными к стохастическими (рассеянными) величинами.
Проведение испытаний с помощью пружинного молотка. Шаровой склероскоп (пружинный молоток) Баумана-Штайнрюка требует частой проверки и юстировки: с этой целью в комплект входит металлическая контрольная деталь. Как правило, испытания проводят с помощью шара диаметром 10 мм при "полной" энергии удара; если шаровой отпечаток превышает 7,0 мм, то используется "половина" энергии удара. При испытаниях шаровой склероскоп с выдвинутым ударным штоком устанавливают перпендикулярно поверхности бетона, затем штoк освобождают путем постепенного давления на заднюю крышку. Hа каждой испытываемой площадке производят 20 испытательных ударов точках, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее 2 см. Диаметр шарового отпечатка измеряется мерной лупой в двух взаимно перпендикулярных направлениях с точностью 0,1 мм. He учитываются нечеткие и явно малые отпечатки, а также отпечатки со значительно разницей в длине диам. В табл. 2.4 приведены ожидаемые средни значения кубиковой прочности на сжатие Wм и ожидаемые с вероятность 90% минимальные значения кубиковой прочности на сжатие W90% пр среднем диаметре отпечатка от горизонтального удара по бетону возрасте одного месяца. При ударах сверху вниз значения W увеличиваются на 5%, а при ударах снизу вверх уменьшаются на 5%. При другом возрасте бетона в момент испытаний необходимо учитывать коэффициент времени (см. табл. 2.1).
Пример 2.1. В процессе строительства было установлено, что в бетонных стенах подвалов и в перекрытиях над подвалами наряду с незначительными поверхностными дефектами образуются внутренние пустоты, полости, а в ряде случаев слой бетона имеет недостаточную толщину (местами видна арматура).
В связи с этим возникает необходимость в оценке качества бетона которая проводится с помощью молотка для испытаний бетона системы Шмидта, модель №2. Испытания пробных кубиков по сравнению с непосредственным испытанием бетона конструкции имеют недостаток, связанный с большим или меньшим отличием условий схватывания и набора прочности кубиков и бетона конструкции; кроме того, нередко наблюдаются непреднамеренные и преднамеренные различия в составе бетона. Число пробных кубиков обычно невелико, и результаты должны рассматриваться только как выборочные.
В результате испытаний в соответствии с протоколом (см. табл.2.5) получены следующие результаты:
- в точках 1, 2 и 3. где требуется бетон марки В 225 (табл.2.6), получена необходимая средняя кубиковая прочность на сжатие Wм и достаточная минимальная прочность W90%:
- в точках 4 и 5, где требуется бетон марки В 160, прочность, полученная в результате испытаний, не соответствует требуемым условиям.
Собственный вес скорлупы составляет 100 кгс/м2 Общая толщина покрытия 14 см. в том числе монолитный бетон 10 см: высота ребер 11 см. максимальное расстояние между ребрами 75 см. При расчете принимают полезную нагрузку величиной 150 кгс/м2.
При осмотре можно было установить, что на нижней поверхности покрытия образовались большие трещины (до 9 мм) и волнистость (в плоскости укладки). Эти трещины четко обозначились на нижней поверхности покрытия благодаря просочившейся влаге (рис.2.7,а).
Трещины, по-видимому, образовались при усадке бетона в результате неправильного изготовления, ухода, транспортирования, хранения строительных материалов и монтажа конструкции. Температурные и усадочные трещины, обычно возникающие в начальной стадии (поверхностные волосяные трещины), как уже указывалось, распространяются вглубь из-за неправильного ухода, возникновения дополнительных напряжений увеличивающих трещины и соединяющих их друг с другом. В зоне надреза повышаются растягивающие напряжения, что приводит к усилению трещинообразования.
После проведения с помощью склероскопа неразрушающих испытаний качества бетона, которые, несмотря на небольшой возраст бетона (4 недели), дали положительные результаты (превышение необходимой марки бетона), для обеспечения надежности предлагается выполнит пробное нагружение.
В пролете перекрытия, где еще не выполнена заливка монолитным бетоном, к железобетонной несущей скорлупе прикладывается сосредоточенная нагрузка 1,84 тс (сборный стеновой элемент размером 1,42x2,59x0,20 м с обьемным весом γв = 2,5 т/м3, рис.2.7,б). После образования небольших трещин (три волосяные трещины) прогиб нижней поверхности покрытая равнялся 4 мм. Этот прогиб исчезает поел разгрузки. Такой результат сам но себе еще не позволяет сделать окончательных выводов, так как нет возможности учесть сжатие монтажных опор. Поскольку упомянутая выше пробная нагрузка соответствует равномерной нагрузке 500кП/м2 (0,2x2,5), то можно сказать, что образование трещин не снижает пригодности и соответственно несущей способности покрытия.
В подобных случаях, учитывая наличие остаточных трещин и малую, толщину защитного слоя (здесь он равен 1 мм), рекомендуется в помещениях с повышенной опасностью коррозии (например, кухнях, ванных, умывальных комнатах и т.п.) предусматривать в нижней части перекрытия выравнивающий слой из искусственной смолы или аналогичного материала, чтобы надежно предотвратить возможные отслоения бетона из-за образования трещин.
5. Использование ультразвука. С помощью ультразвука можно, используя формулу v2=E/d (v-скорость распространения звука в исследуемом элементе, E модуль упругости, d - толщина исследуемого элемента), по найденным значениям E определить прочность.
Ультразвуковые измерения применяют в основном при таких разрушающих воздействиях, как многократные циклы замораживания и оттаивания или другие химические и физические воздействия, чтобы проверить процесс набора бетоном прочности и установить наличие трещин, разрыхление структуры, скопление гравия или другие дефекты.
6. Методы с использованием рентгеновских лучей. Для проверки положения и диаметра арматуры можно использовать рентгеновские лучи. Просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами позволяет, с одной стороны, определить положение и свойства (состояние, степень коррозии) стальной арматуры, а с другой - дополнительно установить зерновой состав (структуру бетона) и составляющие бетонной смеси. По достоверным данным, такие испытания не оказывают отрицательного влияния на бетон и арматуру.
Читайте также: