Способ экспериментального определения градиента изменения длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области строительства, в частности к определению изменения длительной прочности бетона во времени эксплуатируемых под нагрузкой в условиях внешней агрессивной среды бетонных и железобетонных конструкций. Сущность: отслеживается разница между деформациями, получаемыми в результате испытания образца на одновременное силовое нагружение и воздействие агрессивной среды, и заранее протарированными данными, полученными испытаниями на длительную прочность образцов в условиях только силового нагружения, осуществляется контроль нагрузки на образец и своевременное ее снижение таким образом, что напряжения в сечении образца остаются постоянными до начала разрушения образца. Устройство содержит резервуар, заполненный агрессивным раствором, раму силовой установки, подвижную и неподвижную траверсы с цилиндрическими шарнирами для реализации сосредоточенного нагружения на железобетонный образец. В качестве нагрузочного устройства использована рычажная система с применением в качестве груза воды, заполняющей резервуар, оборудованный отводной трубкой с вентилем, работа которого регулируется изменением показателей тензометрических приборов на образце. Технический результат: возможность экспериментально определять градиент изменения длительной прочности во времени от начала приложения нагрузки и коррозионного воздействия среды до разрушения опытного образца нагруженного и корродирующего бетона при заданном неизменном значении напряжений в сечении образца с использованием более усовершенствованной по сравнению с прототипом модели испытательного стенда. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, в частности к определению градиента изменения длительной прочности бетона во времени эксплуатируемых под нагрузкой в условиях внешней агрессивной среды бетонных и железобетонных конструкций.

Извесен способ экспериментального определения физико-механических параметров нагруженного и поврежденного коррозией бетона [см. Хмиль Р., Вашкевич Р., Иваниця Ю., Блихарский Я. Методика определения деформаций усадки и ползучести поврежденного коррозией бетона. //Библиотека электронных ресурсов: библиотека Украины им. В.И.Вернадского (Нащонально! б1блютеки Украши 1 меш В.1.Вернадського), Наукова перюдика Украши (журнали та зб1рники наукових праць) [Электронный ресурс] /- Режим доступа: http://www.nbuv.gov.ua/portal/]. Эти исследования посвящены определению деформативности бетона и установлению зависимостей влияния коррозии на их напряженное состояние с учетом ползучести и усадки-набухания в среде серной кислоты. Недостатком известного способа является то, что он не позволяет определять время от начала приложения заданного уровня силового нагружения и средового воздействия до исчерпания несущей способности образца, а также изменение длительной прочности бетона во времени при различных уровнях силового нагружения и одновременного средового воздействия, т.к. при определении суммарных деформаций бетона во времени используется принцип суперпозиции, который справедлив лишь при низких уровнях нагружения бетона. Недостатком предлагаемой установки является то, что процесс приложения нагрузки и коррозионного воздействия разделен по операциям: сначала после закрепления в проектном положении испытываемого образца при нахождении установки в вертикальном положении прикладывается заданное силовое воздействие, а потом установка переводится в горизонтальное положение для осуществления приложения коррозионного воздействия жидкой агрессивной среды, что усложняет процесс проведения экспериментального исследования, в результате чего возникают погрешности в результатах, появляется необходимость в жестком контроле проведения эксперимента на каждом этапе.

Наиболее близким решением к заявленному изобретению является способ экспериментального определения градиента длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона (патент РФ №2473878, кл. G01N 3/08, G01N 17/00) посредством специального устройства, позволяющего осуществлять одновременное силовое нагружение и коррозионное воздействие на образец, не изменяя его положения в пространстве. Поставленная задача в известном изобретении решается испытанием опытного образца бетонной призмы с помощью устройства, которое позволяет прикладывать расчетное сжимающее усилие на образец, помещенный в жидкую среду заданной агрессивности, сохраняя образец в вертикальном положении. Недостатком известного способа является то, что он не позволяет напрямую экспериментально определить градиент изменения длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона при заданном постоянном уровне напряжения в бетоне, что является важным для сопоставительной оценки со стандартными испытаниями на длительную прочность нагруженного бетона. Кроме того, устройство для осуществления известного способа работоспособно в ограниченном диапазоне относительно небольших нагрузок, что не позволяет испытывать призмы нестандартных размеров.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа экспериментального определения градиента изменения длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона и устройства для осуществления этого способа без недостатков, присущих известному техническому решению.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе экспериментального определения градиента изменения длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона отслеживается разница между деформациями, получаемыми в результате испытания образца на одновременное силовое нагружение и воздействие агрессивной среды, и заранее протарированными данными, полученными испытаниями на длительную прочность образцов в условиях только силового нагружения, осуществляется контроль нагрузки на образец и своевременное ее снижение таким образом, что напряжения в сечении образца остаются постоянными до начала разрушения образца. Экспериментальное определение градиента изменения длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона при заданном неизменном значении напряжений в сечении образца выполняется с использованием устройства, состоящего из резервуара, заполненного агрессивным раствором, рамы силовой установки, подвижной и неподвижной траверс с цилиндрическими шарнирами для реализации сосредоточенного нагружения на железобетонный образец, в качестве нагрузочного устройства использована рычажная система с применением в качестве груза воды, заполняющей резервуар, оборудованный отводной трубкой с вентилем, работа которого регулируется изменением показателей тензометрических приборов на образце.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на Фиг. 1 изображен общий вид установки и разрез 1-1 горизонтальной плоскостью, на Фиг. 2 изображены узлы А и Б установки.

Устройство для экспериментального определения изменения параметров длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона (Фиг. 1) состоит из образца - бетонной призмы 1, которая устанавливается в емкость 2 в специальной жесткой металлической раме 3 нижней плоскостью на неподвижную основу 4, оснащенную центрирующим устройством 5 и шарнирно-реечными направляющими 6 в специальные ограничители-фиксаторы 7 (Фиг. 1, Узел Б на Фиг. 2). Рама имеет подвижную траверсу 8, также оснащенную центрирующим устройством 5, обеспечивающим центральное приложение нагрузки за счет использования верхних пластин подвижной траверсы 8 с вертикальными ограничителями по торцам пластин и шарнирно-реечные направляющие 6, обеспечивающие вертикальное скольжение торцов пластин без перекосов (Фиг. 1, узел А на Фиг. 2). Верхняя плоскость образца упирается в нижнюю часть подвижной траверсы 8, также снабженной ограничителями-фиксаторами 7 и передающей усилие сжатия от расположенного выше нагрузочного рычага 9 через пружину кольцевого типа 10 со встроенным индикатором 11 на образец. Нижняя часть конструкции рамы с закрепленной бетонной призмой 1 находится в емкости 2, заполненной агрессивным раствором 12 до заданного уровня. На испытываемом образце закрепляются микроиндикаторы на металлических стяжках 13 тензометрического прибора 14, и измерительная часть прибора выводится вверх за уровень агрессивного раствора. Нагрузочный рычаг 9 с одной стороны имеет жесткое закрепление, находящееся на расстоянии l₁ от оси рамы. С другой стороны на расстоянии l₂ от оси рамы к нагрузочному рычагу 9 подвешен резервуар с водой 15, имеющий отводную трубку 16 с вентилем 17, связанным с измерительной частью тензометрического прибора 14 с использованием прибора 18, позволяющего отслеживать разницу между деформациями, получаемыми в результате испытания образца на одновременное силовое нагружение и воздействие агрессивной среды, и заранее протарированными данными, полученными испытаниями на длительную прочность образцов в условиях только силового нагружения.

Работа устройства, реализующего предлагаемый способ, происходит следующим образом. Бетонная призма 1 устанавливается в емкость 2 в специальной жесткой металлической раме 3 нижней плоскостью на неподвижную основу 4 в специальные ограничители-фиксаторы 7 (Фиг. 1, Узел Б на Фиг. 2). Производится центрирование призмы для обеспечения центрального приложения осевой силы на образец в процессе нагружения с помощью центрирующих нижнего и верхнего устройств 5 и шарнирно-реечных направляющих 6. После установки призмы и ее центрирования в проектном положении с использованием рычажной системы 9 через верхнюю пластину подвижной траверсы 8 на пружину кольцевого типа 10 прикладывается заданное расчетное усилие, контролируемое встроенным индикатором 11. Усилие сжатия пружины передается на бетонную призму 1 через нижнюю пластину подвижной траверсы 8 и далее через центрирующее устройство 5 (Фиг.1, узел А на Фиг. 2). Емкость 2 заполняется агрессивным раствором 12. Для измерения деформаций сжатия образца в условиях силового и средового нагружения бетонная призма 1 с четырех сторон оснащается микроиндикаторами на металлических стяжках 13 тензометрического прибора 14, измерительная часть которых выводится вверх за уровень агрессивного раствора. Нагруженную фиксированной нагрузкой и средовым воздействием заданной величины бетонную призму 1 выдерживают во времени до разрушения. По мере того как происходит процесс коррозии бетона, сечение бетонной призмы 1 уменьшается, приводя тем самым к увеличению деформаций и соответственно возрастанию значения напряжений в сечении образца. Изменение деформаций фиксируется измерительной частью тензометрического прибора 14, прибором 18 производится сопоставление значения деформаций бетонной призмы 1, полученного в результате испытания образца на одновременное силовое нагружение и воздействие агрессивной среды, с заранее протарированными данными, полученными испытаниями на длительную прочность образцов в условиях только силового нагружения. Регистрация прибором 18 разницы в деформациях бетонной призмы 1 приводит к временному открытию вентиля 17 отводной трубки 16. Уменьшение объема воды в резервуаре 15 приводит к уменьшению нагрузки на нагрузочный рычаг 9 и на образец бетонной призмы 1 соответственно. Когда отслеживаемая прибором 18 разница между деформациями, полученными в результате испытания образца на одновременное силовое нагружение и воздействие агрессивной среды, и заранее протарированными данными, полученными испытаниями на длительную прочность образцов в условиях только силового нагружения, достигает значения «0», происходит закрытие вентиля 17 отводной трубки 16. Это позволяет поддерживать постоянный уровень напряжений в сечении образца. Использование рычажной системы с значительным плечом рычага l₂/l₁>10 позволяет испытывать образцы большого сечения.

Предлагаемое изобретение позволяет напрямую экспериментально определить градиент изменения длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона при заданном постоянном уровне напряжения в бетоне, что является важным для сопоставительной оценки со стандартными испытаниями на длительную прочность нагруженного бетона. В свою очередь, главным отличием устройства является то, что нагружение образца производится рычажной системой с применением в качестве груза воды, заполняющей резервуар, оборудованный отводной трубкой с вентилем, работа которого регулируется изменением показателей тензометрических приборов на образце. Благодаря такой схеме установки появляется возможность управлять нагрузкой на образец в процессе проведения эксперимента, отслеживая разницу между деформациями, получаемыми в результате испытания образца на одновременное силовое нагружение и воздействие агрессивной среды, и заранее протарированными данными, полученными испытаниями на длительную прочность образцов в условиях только силового нагружения. Использование рычажной системы со значительным плечом рычага l₂/l₁>10 позволяет испытывать образцы большого сечения.

Заявленное изобретение позволит экспериментально определять градиент изменения длительной прочности во времени от начала приложения нагрузки и коррозионного воздействия среды до разрушения опытного образца нагруженного и корродирующего бетона при заданном неизменном значении напряжений в сечении образца с использованием более усовершенствованной по сравнению с прототипом модели испытательного стенда.

1. Способ экспериментального определения градиента изменения длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона, отличающийся тем, что отслеживается разница между деформациями, получаемыми в результате испытания образца на одновременное силовое нагружение и воздействие агрессивной среды, и заранее протарированными данными, полученными испытаниями на длительную прочность образцов в условиях только силового нагружения, осуществляется контроль нагрузки на образец и своевременное ее снижение таким образом, что напряжения в сечении образца остаются постоянными до начала разрушения образца.

2. Устройство для экспериментального определения градиента изменения длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона при заданном неизменном значении напряжений в сечении образца, состоящее из резервуара, заполненного агрессивным раствором, рамы силовой установки, подвижной и неподвижной траверс с цилиндрическими шарнирами для реализации сосредоточенного нагружения на железобетонный образец, отличающееся тем, что в качестве нагрузочного устройства использована рычажная система с применением в качестве груза воды, заполняющей резервуар, оборудованный отводной трубкой с вентилем, работа которого регулируется изменением показателей тензометрических приборов на образце.