Определение модуля упругости бетона патент: Патент №2442153 — Ультразвуковой способ контроля модуля упругости бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений

Содержание

Патент №2442153 — Ультразвуковой способ контроля модуля упругости бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений

Использование: для ультразвукового контроля модуля упругости бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений. Сущность заключается в том, что контроль модуля упругости бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений включает измерение скорости ультразвука на бетонных образцах-призмах квадратного сечения или цилиндрах круглого сечения с отношением высоты к ширине (диаметру), равным 4, и материале конструкций, механические испытания образцов бетона при действии на них циклично-ступенчатой осевой сжимающей нагрузки до уровня 30% разрушающей нагрузки на гидравлическом прессе, тензометрические испытания по определению приращения упруго-мгновенной относительной продольной деформации образцов бетона при уровне нагрузки, равной 30% разрушающей нагрузки, построение градуировочной зависимости «скорость ультразвука — модуль упругости бетона» по результатам ультразвуковых, тензометрических и механических испытаний образцов бетона и определение модуля упругости бетона конструкции по результатам ультразвуковых измерений и предварительно построенной градуировочной зависимости, при этом определяют по различным сериям образцов бетона среднюю влажность испытанных образцов бетона, среднюю скорость распространения ультразвука в бетонных образцах, а также средний модуль упругости образцов бетона и среднюю влажность бетона контролируемой зоны в конструкции сооружения, после чего величину модуля упругости бетона в конструкции устанавливают по математическим зависимостям.

Технический результат: повышение точности и надежности определения модуля упругости влажного бетона. 3 ил., 1 табл.

Классификация патента

КодНаименование
МПК G01N 29/04Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы — анализ твердых телс использованием акустической эмиссии 29/14

Похожие патенты

Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках

Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностики и контроля качества железобетонных конструкций балочного типа вибрационным методом. Сущность: осуществляют изготовление 5…8 эталонных изделий для конструкций определенного типа, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, установку на стенд, закрепление концов изделия по схеме шарнирного опирания, возбуждение в каждом из эталонных изделий свободных поперечных колебаний на основной частоте (или вынужденных колебаний на первой резонансной частоте).

В каждом из эталонных изделий измеряют коэффициент затухания возбужденных затухающих колебаний и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона — коэффициент затухания колебаний». При диагностике изделия серийного изготовления определяют коэффициент затухания колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона. Технический результат: снижение погрешности определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностики и контроля качества железобетонных конструкций балочного типа вибрационным методом.

Известен способ определения модуля упругости бетона в железобетонной конструкции путем испытания образцов (кубиков), специально изготавливаемых одновременно с бетонированием конструкции либо в заводских условиях, либо на стройплощадке (ГОСТ Р 53231-2008 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности [Текст].

— Взамен ГОСТ 18105.0-86; введ. 2009.02.21. — М.: Стандартинформ, 2010. — 31 с.) [1]. Этот способ имеет недостаток, который заключается в том, что со временем физико-механические свойства бетона изменяются в зависимости от условий эксплуатации и в случае необходимости для определения модуля упругости бетона следует прибегать к другим методам, кроме того данный способ имеет высокую погрешность порядка 10…15%.

Известен также способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках по основной или первой резонансной частоте колебаний балок (Коробко В.И., Коробко А.В., Абашин Е.Г. Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных конструкциях балочного типа. / Патент 2473880 Российская Федерация, С2 МПК G01N 3/30, заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Госуниверситет — УНПК». — №2011116856; заявл. 27.04.2011; опубл. 27.01.2013, Бюл. №3 [2]. Согласно этому способу для конструкций определенного типа изготавливают 5…8 эталонных изделий, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, в каждом из эталонных изделий возбуждают свободные поперечные (или продольные) колебания на основной частоте (или вынужденные колебания на первой резонансной частоте), измеряют эту частоту, и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона — частота колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют его основную (или первую резонансную) частоту колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона.

Этот способ имеет погрешность 5…10%.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении погрешности способа определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках как в заводских условиях при их изготовлении, так и находящихся в условиях эксплуатации.

Это достигается тем, что в способе определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках, заключающемся в изготовлении 5…8 эталонных изделий для конструкций определенного типа, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, установке на стенд, закреплении концов изделия по схеме шарнирного опирания, возбуждении в каждом из эталонных изделий свободных поперечных колебаний на основной частоте (или вынужденных колебаний на первой резонансной частоте), согласно изобретению в каждом из эталонных изделий измеряют коэффициент затухания возбужденных затухающих колебаний, и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона — коэффициент затухания колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют коэффициент затухания колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами, приведенными на фигурах 1, 2.

На фиг. 1 представлена функциональная схема экспериментальной установки для определения коэффициента затухания поперечных колебаний, где 1 -контролируемая железобетонная балка, 2 — излучатель механических колебаний, 3 — приемник механических колебаний, 4 — генератор синусоидальных колебаний, 5 — усилитель мощности, 6 — частотомер, 7 — цифровой вольтамперметр, 8 — предварительный усилитель, 9 — анализатор спектра, 10 — электронный осциллограф.

На фиг. 2 представлен график изменения коэффициента затухания колебаний в зависимости от модуля упругости бетона в железобетонных балках.

Физическую сущность предлагаемого способа можно пояснить следующими рассуждениями.

Коэффициент затухания колебаний α известен из курса физики (Оксогоев А.А. Прикладная Физика. Колебания Элементов Конструкций [Текст] В 3 ч. Ч. I. Теория Линейных Колебаний: учеб. пособие / А.А. Оксогоев, Б.И. Слепов. — Томск: Изд-во НТЛ, 2003. — 300 с.) [3] как один из параметров, учитывающий потери энергии в колебательной системе. Коэффициент затухания определяется по формуле:

где τ — время релаксации (время, за которое амплитуда колебаний уменьшается в е раз, е ≈ 2,72 — основание натурального логарифма).

Коэффициент затухания характеризует величину потери колебательной энергии в конструкции. Вероятно, что изменение модуля упругости бетона окажет прямое влияние на интенсивность затухания свободных колебаний, поскольку с увеличением модуля упругости бетона упругие свойства конструкции начинают преобладать над пластическими. Если обеспечить одинаковые условия опирания и контроля экспериментальных конструкций, то потери энергии за счет различных физических и деформативных свойств изделий проявятся в полной мере, а коэффициент затухания колебаний позволит определить эти свойства с меньшими погрешностями и большей стабильностью, по сравнению с основной частотой колебаний.

Способ осуществляется следующим образом.

Для конструкций определенного типа, например для железобетонных балок марки ПБ, изготавливают 5…8 эталонных изделий, модуль упругости бетона которых постепенно возрастает от Eb=16⋅103 МПа до Eb=32,5⋅103 МПа. Каждую из этих балок устанавливают на испытательном стенде, закрепляют ее концы по схеме шарнирного опирания и возбуждают в ней свободные поперечные затухающие колебания с помощью механического удара или внезапного снятия некоторой статической нагрузки. Используя какой-либо частотомер, например, виброанализатор «Вибран-3», измеряют коэффициент затухания колебаний.

Если используется режим воздействия вынужденными поперечными затухающими колебаниями на первой резонансной частоте, то на контролируемую железобетонную балку 1 в средней части пролета закрепляют с одной стороны излучатель механических колебаний 2, например электродинамический вибровозбудитель поперечных колебаний, а с другой стороны — приемник механических колебаний 3 (первичный преобразователь виброперемещений).

С помощью генератора синусоидальных колебаний 4 и усилителя мощности 5 возбуждают в балке колебания в требуемом диапазоне частот, поддерживая энергию этих колебаний строго на одном уровне. При этом частоту и амплитуду электрического сигнала, подаваемого на вход излучателя механических колебаний 2, контролируют частотомером 6 и цифровым вольтамперметром 7. Сигнал с приемника механических колебаний 3 усиливается с помощью предварительного усилителя 8, а с помощью анализатора спектра 9 снимают амплитудно-частотную характеристику контролируемой балки, по которой определяют коэффициент затухания колебаний. Кроме того, в схему включен электронный осциллограф 10 для визуализации колебательного процесса.

По полученным результатам строят аппроксимирующую функцию «модуль упругости бетона — коэффициент затухания колебаний».

Далее, при диагностике изделия серийного изготовления определяют коэффициент затухания колебаний и с помощью построенной аппроксимирующей функции находят действительный модуль упругости бетона.

Пример реализации способа.

Для проведения испытаний были изготовлены 10 железобетонных балок длиной 2,6 м с поперечным сечением 120×140 мм Балки армированы в нижней зоне одним арматурным стержнем ∅ 12 мм А-400. Модуль упругости балок меняется ступенчато от Eb=16⋅103 МПа до Eb=32,5⋅103 МПа.

Балки испытывались в режиме свободных затухающих поперечных колебаний. При этом возбуждение колебаний осуществлялось с помощью поперечного механического удара.

Экспериментальная кривая Eb-α, представленная на Фиг. 2, является функцией, аппроксимирующей экспериментальные результаты, уравнение которой представляется выражением.

В таблице 1 представлены значения коэффициентов затухания свободных поперечных колебаний железобетонных балок с разными модулями упругости бетона, погрешность определения модуля упругости бетона по предложенному способу

Как видим из таблицы 1 погрешность определения модуля упругости бетона по предложенному способу не превышает 3%.

Таким образом, технический результат — снижение погрешности определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках достигается за счет использования нового динамического параметра — коэффициента затухания колебаний.

Способ определения модуля упругости бетона в упругих железобетонных балках, заключающийся в изготовлении 5…8 эталонных изделий для конструкций определенного типа, модуль упругости которых изменяется в определенном диапазоне значений, установке на стенд, закреплении концов изделия по схеме шарнирного опирания, возбуждении в каждом из эталонных изделий свободных поперечных колебаний на основной частоте (или вынужденных колебаний на первой резонансной частоте), отличающийся тем, что в каждом из эталонных изделий измеряют коэффициент затухания возбужденных затухающих колебаний и по полученным значениям строят аналитическую зависимость «модуль упругости бетона — коэффициент затухания колебаний»; при диагностике изделия серийного изготовления определяют коэффициент затухания колебаний и по полученной аналитической зависимости подсчитывают модуль упругости бетона.

Модуль (коэффициент) упругости бетона: формула для расчета

 

Определение упругости и единицы измерения

Изделия и конструкции из бетона подвергаются большим нагрузкам, причем этот процесс происходит постоянно. Технологи нашли возможность придать бетону упругость, т. е. способность упруго деформироваться при воздействии давления и силы, направленной на сжатие и расширение. Величина, которая характеризует этот показатель, называется модулем упругости бетона и по определению вычисляется с помощью формулы соотношения напряжения и упругой деформации образца: данные занесены в специальную таблицу.

Нормативные сведения также включают данные о:

  • классе материала,
  • его видах (тяжелый, мелкозернистый, легкий, пористый бетон и т. д:.),
  • технологии производства, в частности способах твердения (естественное, автоклавная или тепловая обработка).

В связи с этим модуль упругости бетона В30 может быть различным и определяться исходя из других характеристик. Если взять в качестве примера тяжелые и ячеистые бетоны одного и того же класса прочности, их модули будут иметь абсолютно разные значения.

Таблица утверждена СНиП и составлена на основе результатов опытных исследований.

Таблица начальных модулей упругости E (МПа*10-3) при сжатии и растяжении бетонов с различными эксплуатационными характеристиками

Классы по прочности на сжатие

В3,5

В5

В7,5

В10

В12,5

В15

В20

В25

В30

В35

В40

В45

В50

В55

В60

Характеристики бетона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тяжелые бетоны

Естественное твердение

9,5

13

16

18

21

23

27

30

32,5

34,5

36

37,5

39

39,5

40

Тепловая обработка при атмосферном давлении

8,5

11,5

14,5

16

19

20,5

24

27

29

31

32,5

34

35

35,5

36

Автоклавная обработка

7

10

12

13,5

16

17

20

22,5

24,5

26

27

28

29

29,5

30

Мелкозернистые

Естественное твердение, А-группа

7

10

13,5

15,5

17,5

19,5

22

24

26

27,5

28,5

Тепловая обработка при атмосферном давлении

6,5

9

12,5

14

15,5

17

20

21,5

23

Естественное твердение, Б-группа

6,5

9

12,5

14

15,5

17

20

21,5

23

Автоклавная теплообработка

5,5

8

11,5

13

14,5

15,5

17,5

19

20,5

Автоклавное твердение, В-группа

16,5

18

19,5

21

21

22

23

24

24,5

25

Легкие и поризованные

Марка средней плотности, D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

800

4,5

5,0

5,5

1000

5,5

6,3

7,2

8

8,4

1200

6,7

7,6

8,7

9,5

10

10,5

1400

7,8

8,8

10

11

11,7

12,5

13,5

14,5

15,5

1600

9

10

11,5

12,5

13,2

14

15,5

16,5

17,5

18

1800

11,2

13

14

14,7

15,5

17

18,5

19,5

20,5

21

2000

14,5

16

17

18

19,5

21

22

23

23,5

Ячеистые автоклавного твердения

Марка средней плотности, D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

700

2,9

800

3,4

4

900

3,8

4,5

5,5

1000

6

7

1100

6,8

7,9

8,3

8,6

1200

 

8,4

8,8

9,3

От чего зависит упругость бетона

1. Состав

Бетон с более высоким модулем упругости подвергается меньшей относительной деформации.

Значительную роль в этом играет качество цементного камня и наполнителя – двух компонентов, из которых и состоит бетон. И раствор, и заполнитель берут на себя всю нагрузку. При анализе зависимости модуля упругости бетона от модуля упругости его составляющих, исследователи выяснили, что прочность заполнителя не всегда задействуется для улучшения характеристик готового материала, а вот показатель упругости оказывает значительное влияние.

2. Класс

Начальный модуль упругости бетона при сжатии и расширении зависит от класса изделия по прочности на сжатие.

Эта зависимость устанавливается путем применения эмпирических формул, поэтому для практических целей проще всего получать информацию из готовой таблицы. Даже без сложных математических расчетов можно заметить, что модуль упругости увеличивается пропорционально прочности материала. Другими словами, чем выше класс, тем больше модуль упругости бетона, т. е. материал класса В25 является более устойчивым к относительным деформациям по сравнению с В20.

Расчет модуля упругости в лабораторных условиях

Когда речь идет о модуле упругости, принимают во внимание оба его варианта – динамический и статический. У первого значение выше и определяется в ходе вибрации образца.

Статический модуль, помимо основной информации, предоставляет данные о такой характеристике, как ползучесть бетона – динамика образования деформаций при постоянной нагрузке.

При расчетах учитывают тождество модулей упругости материала как на растяжение, так и на сжатие. Замечено, что если напряжение составляет 0,2 и более максимальной прочности бетона, происходят остаточные деформации. Это приводит к тому, что при сцеплении раствора и наполнителей возникают микротрещины, а это становится причиной крошения и в конечном итоге разрушения.

Во время эксперимента образец подвергают непрерывной нагрузке, имеющей тенденцию к возрастанию, до полного разрушения. Для этого используют особое оборудование – нагружающие установки. В диаграмму вносят данные, показывающие влияние нагрузок на степень деформаций. На завершающем этапе производится расчет среднего модуля упругости всех образцов.

Свойства тяжелого бетона дисперсноармированного синтетическим микроволокном

Рис. 1. Фибриллированные микроволокна, собранные в пучки

Дисперсное армирование бетона фибриллированным синтетическим микроволокном позволяет компенсировать недостатки бетона – образование усадочных трещин, низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения. В результате сравнительных испытаний установлено, что введение микроволокна Фиброфор Хай Грэйд в бетон незначительно повышает предел прочности при сжатии по сравнению с контрольным составом, но значительно увеличивается предел прочности на растяжение при изгибе (до 20%). Наиболее приемлемым расходом микроволокна для исследованного бетона является 0,9 кг/м3 .

Дисперсное армирование бетона позволяет частично компенсировать недостатки бетона как хрупкого материала: низкие значения предела прочности при растяжении, хрупкость разрушения [1–5].

Свойства дисперсно-армированного бетона значительно зависят от свойств армирующих волокон. Для повышения прочностных характеристик дисперсно-армированного бетона следует определить, как влияют характеристики волокон (длина, диаметр и их расход) на свойства бетона. В области разработок дисперсноармированных бетонов проведено много исследований, но эта тема требует дальнейшего изучения при использовании синтетических микроволокон.

Рис. 2. Фибрилляция волокон

На эффективность дисперсного армирования оказывает влияние отношение модулей упругости материалов волокон и матрицы, количество волокон, химическая стойкость материала фибр по отношению к материалу матрицы, геометрические характеристики фибр (длина, диаметр, рельеф поверхности), соотношение размеров армирующих волокон с размерами неоднородностей структуры матрицы. Это делает важным вопрос выбора материала волокон и фибр.

Например, полипропиленовые волокна характеризуются более низким модулем упругости и повышенной деформативностью по сравнению со стальной фиброй. Стальная фибраимеет модуль упругости в 6 раз превышающий модуль упругости бетона. Однако она подвержена коррозии. Синтетические волокна имеют ряд преимуществ по сравнению со стальной фиброй и могут успешно использоваться для ряда задач, например на открытых площадках и бетонных дорогах из-за отсутствия коррозии.

Можно выделить следующие виды композитов, где сегодня исследуется применение полипропиленового волокна: конструкционный легкий бетон [6], теплоизоляционные растворы [7], композиты для тонких армированных оболочек объемных бетонных блоков в объемно-блочном домостроении [8], тампонажные растворы [9]. В этих работах установлено положительное влияние полипропиленового волокна на прочностные характеристики легких бетонов, тампонажных растворов, сухих строительных смесей. Необходимо установить количественное влияние синтетического волокна на прочностные характеристики тяжелых бетонов транспортного строительства. В литературе, посвященной дисперсному армированию, этим вопросам уделено недостаточно внимания. Это определило направление исследований. Целью работы является изучение влияния синтетического микроволокна на свойства тяжелого бетона.

В работе использовано фибриллированное микроволокно Fibrofor High Grade на основе полиолефинов со следующими характеристиками: предел прочности при растяжении 400 МПа, модуль упругости 4900 МПа, длина волокон 19 мм, отношение длины волокна к его диаметру более 100, содержание волокон в 1 кг – более 12 млн шт., температура плавления 150оС. Технологический процесс производства этого микроволокна предполагает направленную физическую и химическую модификацию с целью придания механической прочности самому волокну и химически реакционной активности поверхности волокна к продуктам гидратации цемента. В качестве вяжущего использован портландцемент ПЦ500 Д0 Н, суперводоредуцирующая добавка на поликарбоксилатной основе. Расход добавки выбран с учетом рекомендаций для получения сборного бетона [10–13].

Фибрилляция волокна заключается в отделении от волокон фибрилл, что приводит к увеличению общей наружной поверхности волокна, прочность самих волокон при этом не снижается (рис. 1, 2).

При увеличении удельной поверхности микроволокон повышается их адгезия с цементным камнем. Шероховатость поверхности микроволокон и их фибрилляция могут также способствовать повышению адгезии волокна с цементным камнем.

Исследования по модифицированию синтетических волокон с целью их эффективного использования в составах цементных композитов проводятся многими учеными. Например, вопросы повышения модуля упругости, теплостойкости и гидрофильности полипропиленового волокна представлены в работе [15].

Таким образом, в настоящее время предлагаются технические решения по получению синтетических во- локон, направленные на повышение теплостойкости, прочности, снижения деформативности, повышения адгезии к цементной матрице. Разработаны принципиально новые синтетические микроволокна, применение которых в составах тяжелого бетона требует дополнительных исследований.

Известной технологической проблемой сталефибробетонов является трудность равномерного распределения волокон в объеме бетонной смеси, что приводит к образованию «ежей». Синтетические волокна образуют агрегаты или комки, состоящие из хаотически переплетенных волокон и частиц цемента. В связи с этим были изучены различные способы введения синтетического микроволокна в состав бетона. Наилучшим способом с точки зрения влияния на прочность затвердевшего бетона оказался способ введения микроволокна в сухую смесь.

Изучено влияние расхода фибриллированного микроволокна на удобоукладываемость и сохраняемость смеси. Для оценки удобоукладываемости пробы бетонной смеси для испытаний отбирались на месте ее приготовления согласно ГОСТ 10181–2014 из средней части замеса. Испытание начиналось не позднее чем через 10 мин после отбора пробы. При контроле определялась удобоукладываемость и плотность смеси. Для определения влияния расхода микроволокна на удобоукладываемость и живучесть бетонной смеси были проведены эксперименты, результаты которых представлены на рис. 3. Расход цемента составил 395 кг/м3 , В/Ц=0,39, суперводоредуцирующая добавка в количестве 0,4%; расход синтетического микроволокна – 900, 1000, 1100 г/м3.

Из анализа литературных источников установлено, что расход, например, полипропиленового волокна может составлять до 2 кг/м3 [16]. Для нашего случая применение в составе бетона микроволокна с расходом большем, чем 1,1 кг/м3 приводило к заметному увеличению водопотребности смеси, что ведет к снижению прочности бетона. Очевидно, что на расход волокна будет влиять его длина. Из проведенных экспериментов было установлено, что одним из обязательных условий выбора расхода волокна должно быть условие сохранения водопотребности смеси, сопоставимой с контрольным составом. В противном случае увеличение водопотребности смеси сводит на нет возможности улучшения свойств бетона за счет использования фибриллированного микроволокна Fibro for High Grade.

При введении синтетического микроволокна с расходом 900 и 1000 г/м3 осадка конуса несколько уменьшилась, марка по удобоукладываемости смеси осталась прежней П3. Таким образом, из условия сохранения водопотребности смеси, целесообразно назначать расход волокна 900–1000 г/м3.  

На рис. 4 представлены результаты экспериментов, где использованы равноподвижные смеси, В/Ц отношение изменялось в зависимости от расхода водоредуцирующей добавки, расход микроволокна – 900 г/м3.

При правильном выборе расхода микроволокна не требуется добавление воды затворения для увеличения осадки конуса. Установлено, что с увеличением расхода водоредуцирующей добавки до 1% (от массы цемента) в бетонной смеси, содержащей микроволокно, продол- жительность сохраняемости смеси повышается. Это согласуется с данными об увеличении сроков схватывания смесей с высокими расходами водоредуцирующей добавки [10–13].

Для получения качественного бетона одним из необходимых условий является предотвращение образования усадочных микротрещин при твердении бетона. Доля цементного геля является определяющим факто- ром изменения объема систем [14]. Для решения этой проблемы может подойти фибриллированное микроволокно. В одном кубометре бетона при расходе волокна 0,9 кг/м3 содержится более 10 млн волокон, которые, армируя твердеющий бетон во всех направлениях, могут снижать усадку.

Рис. 5. Деформации усадки цементно-песчаной матрицы:1 – без микроволокна; 2 – с микроволокном

В связи с этим было изучено влияние микроволокна на усадочные деформации бетона. Цементно-песчаная матрица имела следующий состав (на 1 м3 ): портландцемент 500 кг, песок 1550 кг, вода 175 кг, суперводоредуцирующая добавка 2 кг, синтетическое фибриллированное микроволокно – 0,9 кг. Деформации усадки изме- рялись по ГОСТ 24544–81. Испытания проводились в лабораторных условиях при температуре воздуха 20оС и влажности 70%. Деформации усадки цементно-песча- ной матрицы со временем увеличивались по экспоненте (рис. 5) и в возрасте 120 сут. Достигли 30,2–10-5. Для матрицы с микроволокном деформация усадки в возрасте 120 сут составила 24,1–10-5.

Рост во времени деформаций усадки цементно-пес- чаной матрицы и дисперсноармированного бетона но- сит экспоненциальный характер. При этом деформации усадки дисперсноармированного бетона меньше, что позволяет предотвратить появление усадочных трещин. Исходя из этого, для дисперсноармированного микроволокном бетона можно предположить повышение таких характеристик как водонепроницаемость и морозостойкость.

Высокопрочные бетоны имеют опасность хрупкого разрушения конструкций, так как со снижением величины водоцементного отношения увеличивается отношение предела прочности при сжатии к пределу прочности при изгибе [11].

Рис. 6. Образец дисперсноармированного микроволокном бетона

Исследование влияния микроволокна на прочностные характеристики бетона было проведено на бетонной смеси состава БСТ В40, П2. Расход цемента составил 385 кг/м3 ; Щ – 1230 кг/м3 ; П – 640 кг/м3 ; В – 150 кг/м3 ; водоредуцирующей добавки – 0,4%; волокна 900 г/м3 . Образцы бетона имели гладкую поверхность, только с верхней стороны образца можно было определить наличие микроволокна (рис. 6).

Результаты определения предела прочности при сжатии в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут образцов бетона фибриллированного микроволокном и без представлены на рис. 7.

Прочность призм размером 101040 см на растяжение при изгибе соответствовала Вtb=5,2 для образцов с микроволокном и Вtb=4,4 для образцов без волокна.

Введение синтетического микроволокна Fibrofor High Grade в бетон незначительно повышает предел прочности при сжатии по сравнению с контрольным составом. Значительно увеличивается предел прочности на растяжение при изгибе (до 20%). Соответствующие результаты по определению предела прочности при сжатии и на растяжение при изгибе были получены на образцах бетона, которые были подвергнуты тепловлажностной обработке по мягкому режиму, а именно при температуре изотермической выдержки, равной 50оС.

Таким образом, дисперсное армирование бетона фибриллированным микроволокном позволяет компенсировать недостатки бетона – образование усадочных трещин, низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения. В результате сравнительных испытаний установлен различающийся характер разрушения образцов. После испытаний на сжатие от контрольных образцов без микроволокна легко отделялись фрагменты бетона. Дисперсноармированный бетон после потери прочности при сжатии не разрушался и сохранил целостность образцов даже при попытке многократного нагружения. Наиболее приемлемым расходом микроволокна для исследованного бетона является 0,9 кг/м3 . Для дальнейших исследований эффективности применения синтетического фибриллированного микроволокна в составе тяжелого бетона необходимо провести испытания по определению водонепроницаемости, морозостойкости, истираемости.

Список литературы

1. Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д.А., Морозов В.И., Магдеев У.Х. Прочность и деформативность полиар-мированногофибробетона с применением аморфной металлической фибры // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 1. С. 107–111.

2. Клюев А.В. Сталефибробетон для сборно-монолитного строительства // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. С. 60–63.

3. Лукашев Д.В., Смирнова О.М. К вопросу о деформационно-упрочненных цементных композитах // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строитель- ном комплексе региона. 2014. № 4. С. 410–412.

4. Шангина Н.Н., Харитонов А.М. Опыт применения стеклофибробетона для реставрации декорированного подвесного потолка станции метрополитена // Материалы семинара «Проблемы реставрации и обеспечения сохранности памятников культуры и истории». 2012. С. 18–27.

5. Сарайкина К.А., Голубев В.А., Яковлев Г.И., Сычугов С.В., Первушин Г.Н. Повышение коррозионной стойкости базальтового волокна в цементных бетонах // Строительные материалы. 2016. № 1–2. С. 27–31.

6. Патент RU 2548303. Высокопрочный легкий фибробетон / Иноземцев А.С., Королев Е.В. Опубл. 20.04.2015. Бюл. № 11.

7. Патент RU 2570215. Древесно-мраморно-цементная смесь / Андреев А.В., Чалкин А.А., Андреев А.А., Колесников Г.Н. Заявл. 17.06.2014. Опубл. 10.12.2015. Бюл. № 34.

8. Патент RU 2528774. Сухая строительная смесь / Васильев С.М., Щедрин Ю.Н., Бударин В.К. Заявл. 19.06.2012. Опубл. 20.09.2014. Бюл. № 26.

9. Патент RU 2458962. Фиброармированный тампонажный материал для цементирования продуктивных интервалов, подверженных перфорации в процессе освоения скважин / Дружинин М. А., Сажина Е.М. Зуева Н.А., Кудимов И.А., Кузнецова О.Г. и др. Oпубл. 20.08.2012 Бюл. № 23.

10. Смирнова О.М. Высококачественные бетоны для предварительно напряженных железобетонных подрельсовых конструкций. Дисc. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2013. 186 с.

11. Смирнова О.М. Высококачественные бетоны для сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций. Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2014. 67 с.

12. Смирнова О.М. Использование минерального микронаполнителя для повышения активности портландцемента // Строительные материалы. 2015. № 3. С. 30–33.

13. Смирнова О.М., Макаревич О.Е. Выбор водоредуцирующих добавок и их расходов для высокопрочных бетонов сборных конструкций // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2014. № 4. С. 74–77.

14. Комохов П.Г., Харитонов А.М. Влияние внутренних и внешних факторов на влажностную усадку цементных систем // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 2. С. 95–97.

15. Angel M. López-Buendíaa, María Dolores RomeroSánchezb, Verónica Climentc, Celia Guillemb. Surface treated polypropylene (PP) fibres for reinforced concrete // Cement and Concrete Research. 2013. Vol. 54, pp. 29–35.

16. Saeid Kakooeia, Hazizan Md Akilb, Morteza Jamshidic, Jalal Rouhid. The effects of polypropylene fibers on the properties of reinforced concrete structures // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 27. Iss. 1, pp. 73–77.

References

1. Pukharenko Yu.V., Panteleev D.A., Morozov V.I., Magdeev U.Kh. The strength and deformability of the poly-reinforced fiber-reinforced concrete using the amorphous metal fiber. Academia. Arkhitektura i stroitel’stvo. 2016. No. 1, pp. 107–111. (In Russian).

2. Klyuev A.V. Steelfiberconcrete for precast-monolithic construction. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova. 2011. No. 2, pp. 60–63. (In Russian).

3. Lukashev D.V., Smirnova O.M. On the question of the strain-hardened cement composites. Resursoenergoeffektivnye tekhnologii v stroitel’nom komplekse regiona. 2014. No. 4, pp. 410–412. (In Russian).

4. Shangina N.N., Kharitonov A.M. Experience of glassfiber reinforced for the restoration of the decorated ceiling subway station. Proceedings of the seminar “Problems of restoration and preservation of cultural and historical monuments”. 2012, pp. 18–27. (In Russian).

5. Saraykina K.A., Golubev V.A., Yakovlev G.I., Sychugov S.V., Pervushin G.N. The corrosion resistance increase of basalt fiber cement concrete. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 1–2, pp. 27–31.

6. Patent RU 2548303. Vysokoprochnyi legkiyfibrobeton [Highstrength lightweight fiber concrete]. Inozemtsev A.S., Korolev E.V. Published 20.04.2015. Bulletin No.11. (In Russian).

7. Patent RU 2570215. Drevesno-mramorno-tsementnaya smes’ [The wood-marble-cement mix]. Andreev A.V., Chalkin A.A., Andreev A.A., Kolesnikov G.N. Declared 06.17.2014. Published 12.10.2015. Bulletin No.34. (In Russian).

8. Patent RU2528774. Sukhaya stroitel’naya smes’ [Dry mortar]. Vasil’ev S.M., Shchedrin Yu.N., Budarin V.K. Declared 19.06.2012. Published 20.09.2014. Bulletin No. 26. (In Russian).

9. Patent RU 2458962. Fibroarmirovannyi tamponazhnyi material dlya tsementirovaniya produktivnykh intervalov, podverzhennykh perforatsii v protsesse osvoeniya skvazhin [Fiber reinforced backfill material to cement production intervals, subject to the perforations in the course of development wells]. Druzhinin M.A., Sazhina E.M., Zueva N.A., Kudimov I.A., Kuznetsova O.G. i dr. Published 20.08.2012 Bulletin No. 23. (In Russian).

10. Smirnova O.M. High-quality concrete for prestressed concrete under-rail designs. Cand.Diss. (Engineering). Sankt-Petersburg. 2013. 186 p. (In Russian).

11. Smirnova O.M. Vysokokachestvennye betony dlya sbornykh predvaritel’no napryazhennykh zhelezobetonnykh konstruktsii [High-quality concrete for precast prestressed concrete structures]. RGPU im. A.I. Gertsena. 2014. 67 p.

12. Smirnova O.M. The use of mineral micro-filler for increasing the activity of Portland-cement. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 3, pp. 30–33. (In Russian).

13. Smirnova O.M., Makarevich O.E. Selection of water-reducing additives and their costs for high-strength concrete prefabricated. Resursoenergoeffektivnye tekhnologii v stroitel’nom komplekse regiona. 2014. No. 4, pp. 74–77. (In Russian).

14. Komokhov P.G., Kharitonov A.M. The influence of internal and external factors on the humid shrinkage of cement systems. Academia. Arkhitektura i stroitel’stvo. 2009. No. 2, pp. 95–97. (In Russian).

15. Angel M. López-Buendíaa, María Dolores RomeroSánchezb, Verónica Climentc, Celia Guillemb. Surface treated polypropylene (PP) fibres for reinforced concrete. Cement and Concrete Research. 2013. Vol. 54, pp. 29–35.

16. Saeid Kakooeia, Hazizan Md Akilb, Morteza Jamshidic, Jalal Rouhid. The effects of polypropylene fibers on the properties of reinforced concrete structures. Construction and Building Materials. 2012. Vol. 27. Iss. 1, pp. 73–77.

Поделитесь статьёй в социальных сетях

Строительные материалы

O.M. SMIRNOVA, Candidate of Sciences (Engineering) (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.), E.V. ANDREEVA, Engineer Petersburg State Transport University of Emperor Alexander I (9, Moskovsky Avenue, 190031, Saint Petersburg, Russian Federation)

Дисперсное армирование бетона фибриллированным синтетическим микроволокном позволяет компенсировать недостатки бетона – образование усадочных трещин, низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения. В результате сравнительных испытаний установлено, что введение микроволокна Фиброфор Хай Грэйд в бетон незначительно повышает предел прочности при сжатии по сравнению с контрольным составом, но значительно увеличивается предел прочности на растяжение при изгибе (до 20%). Наиболее приемлемым расходом микроволокна для исследованного бетона является 0,9 кг/м3.

Keywords: дисперсноармированный бетон, полипропиленовое волокно, фибриллированное микроволокно, прочностные характеристики.

Дисперсное армирование бетона позволяет частич- но компенсировать недостатки бетона как хрупкого материала: низкие значения предела прочности при растяжении, хрупкость разрушения [1–5].
Свойства дисперсно-армированного бетона значи- тельно зависят от свойств армирующих волокон. Для повышения прочностных характеристик дисперсно-ар- мированного бетона следует определить, как влияют характеристики волокон (длина, диаметр и их расход) на свойства бетона. В области разработок дисперсно- армированных бетонов проведено много исследований, но эта тема требует дальнейшего изучения при использовании синтетических микроволокон.
На эффективность дисперсного армирования ока- зывает влияние отношение модулей упругости материалов волокон и матрицы, количество волокон, химическая стойкость материала фибр по отношению к мате- риалу матрицы, геометрические характеристики фибр (длина, диаметр, рельеф поверхности), соотношение размеров армирующих волокон с размерами неодно- родностей структуры матрицы. Это делает важным во- прос выбора материала волокон и фибр.
Например, полипропиленовые волокна характеризуются более низким модулем упругости и повышенной деформативностью по сравнению со стальной фиброй. Стальная фибраимеет модуль упругости в 6 раз превы- шающий модуль упругости бетона. Однако она подвержена коррозии. Синтетические волокна имеют ряд преимуществ по сравнению со стальной фиброй и могут успешно использоваться для ряда задач, например на открытых площадках и бетонных дорогах из-за отсутствия коррозии.
Можно выделить следующие виды композитов, где сегодня исследуется применение полипропиленового волокна: конструкционный легкий бетон [6], теплоизоляционные растворы [7], композиты для тонких арми- рованных оболочек объемных бетонных блоков в объемно-блочном домостроении [8], тампонажные растворы [9]. В этих работах установлено положительное влияние полипропиленового волокна на прочностные характеристики легких бетонов, тампонажных растворов, сухих строительных смесей. Необходимо устано- вить количественное влияние синтетического волокна на прочностные характеристики тяжелых бетонов транспортного строительства. В литературе, посвящен- ной дисперсному армированию, этим вопросам уделено недостаточно внимания. Это определило направление исследований. Целью работы является изучение влияния синтетического микроволокна на свойства тяжело- го бетона.
В работе использовано фибриллированное микро- волокно Fibrofor High Grade на основе полиолефинов со следующими характеристиками: предел прочности при растяжении 400 МПа, модуль упругости 4900 МПа, дли- на волокон 19 мм, отношение длины волокна к его диаметру более 100, содержание волокон в 1 кг – более 12 млн шт., температура плавления 150оС. Технологи- ческий процесс производства этого микроволокна предполагает направленную физическую и химическую модификацию с целью придания механической прочности самому волокну и химически реакционной активности поверхности волокна к продуктам гидратации цемента. В качестве вяжущего использован портландцемент ПЦ500 Д0 Н, суперводоредуцирующая добавка на по- ликарбоксилатной основе. Расход добавки выбран с учетом рекомендаций для получения сборного бето- на [10–13].
Фибрилляция волокна заключается в отделении от волокон фибрилл, что приводит к увеличению общей наружной поверхности волокна, прочность самих во- локон при этом не снижается (рис. 1, 2).
При увеличении удельной поверхности микроволо- кон повышается их адгезия с цементным камнем. Шероховатость поверхности микроволокон и их фи- брилляция могут также способствовать повышению ад- гезии волокна с цементным камнем.
Исследования по модифицированию синтетических волокон с целью их эффективного использования в со- ставах цементных композитов проводятся многими уче- ными. Например, вопросы повышения модуля упруго- сти, теплостойкости и гидрофильности полипропиле- нового волокна представлены в работе [15].
Таким образом, в настоящее время предлагаются технические решения по получению синтетических во- локон, направленные на повышение теплостойкости, прочности, снижения деформативности, повышения адгезии к цементной матрице. Разработаны принципи- ально новые синтетические микроволокна, применение которых в составах тяжелого бетона требует дополни- тельных исследований.
Известной технологической проблемой сталефибро- бетонов является трудность равномерного распределе- ния волокон в объеме бетонной смеси, что приводит к образованию «ежей». Синтетические волокна образуют агрегаты или комки, состоящие из хаотически перепле- тенных волокон и частиц цемента. В связи с этим были изучены различные способы введения синтетического микроволокна в состав бетона. Наилучшим способом с точки зрения влияния на прочность затвердевшего бе- тона оказался способ введения микроволокна в сухую смесь.
Изучено влияние расхода фибриллированного ми- кроволокна на удобоукладываемость и сохраняемость смеси. Для оценки удобоукладываемости пробы бетон- ной смеси для испытаний отбирались на месте ее при- готовления согласно ГОСТ 10181–2014 из средней ча- сти замеса. Испытание начиналось не позднее чем через 10 мин после отбора пробы. При контроле определялась удобоукладываемость и плотность смеси. Для определе- ния влияния расхода микроволокна на удобоукладывае- мость и живучесть бетонной смеси были проведены эксперименты, результаты которых представлены на рис. 3. Расход цемента составил 395 кг/м3, В/Ц=0,39, суперводоредуцирующая добавка в количестве 0,4%; расход синтетического микроволокна – 900, 1000, 1100 г/м3.
Из анализа литературных источников установлено, что расход, например, полипропиленового волокна может составлять до 2 кг/м3 [16]. Для нашего случая применение в составе бетона микроволокна с расхо- дом большем, чем 1,1 кг/м3 приводило к заметному увеличению водопотребности смеси, что ведет к сни- жению прочности бетона. Очевидно, что на расход волокна будет влиять его длина. Из проведенных экс- периментов было установлено, что одним из обяза- тельных условий выбора расхода волокна должно быть условие сохранения водопотребности смеси, сопоста- вимой с контрольным составом. В противном случае увеличение водопотребности смеси сводит на нет воз- можности улучшения свойств бетона за счет использования фибриллированного микроволокна Fibro for High Grade.
При введении синтетического микроволокна с рас- ходом 900 и 1000 г/м3 осадка конуса несколько умень- шилась, марка по удобоукладываемости смеси осталась прежней П3. Таким образом, из условия сохранения водопотребности смеси, целесообразно назначать рас- ход волокна 900–1000 г/м3.
На рис. 4 представлены результаты эксперимен- тов, где использованы равноподвижные смеси, В/Ц отношение изменялось в зависимости от расхода во- доредуцирующей добавки, расход микроволокна – 900 г/м3.
При правильном выборе расхода микроволокна не требуется добавление воды затворения для увеличения осадки конуса. Установлено, что с увеличением расхода водоредуцирующей добавки до 1% (от массы цемента) в бетонной смеси, содержащей микроволокно, продол- жительность сохраняемости смеси повышается. Это со- гласуется с данными об увеличении сроков схватывания смесей с высокими расходами водоредуцирующей до- бавки [10–13].
Для получения качественного бетона одним из не- обходимых условий является предотвращение образо- вания усадочных микротрещин при твердении бетона. Доля цементного геля является определяющим факто- ром изменения объема систем [14]. Для решения этой проблемы может подойти фибриллированное микрово- локно. В одном кубометре бетона при расходе волокна 0,9 кг/м3 содержится более 10 млн волокон, которые, армируя твердеющий бетон во всех направлениях, могут снижать усадку.
В связи с этим было изучено влияние микроволокна на усадочные деформации бетона. Цементно-песчаная матрица имела следующий состав (на 1 м3): портландце- мент 500 кг, песок 1550 кг, вода 175 кг, суперводореду- цирующая добавка 2 кг, синтетическое фибриллирован- ное микроволокно – 0,9 кг. Деформации усадки изме- рялись по ГОСТ 24544–81. Испытания проводились в лабораторных условиях при температуре воздуха 20оС и влажности 70%. Деформации усадки цементно-песча- ной матрицы со временем увеличивались по экспоненте (рис. 5) и в возрасте 120 сут. Достигли 30,2–10-5. Для матрицы с микроволокном деформация усадки в воз- расте 120 сут составила 24,1–10-5.
Рост во времени деформаций усадки цементно-пес- чаной матрицы и дисперсноармированного бетона но- сит экспоненциальный характер. При этом деформации усадки дисперсноармированного бетона меньше, что позволяет предотвратить появление усадочных трещин. Исходя из этого, для дисперсноармированного микро- волокном бетона можно предположить повышение таких характеристик как водонепроницаемость и морозо- стойкость.
Высокопрочные бетоны имеют опасность хрупкого разрушения конструкций, так как со снижением вели- чины водоцементного отношения увеличивается отно- шение предела прочности при сжатии к пределу проч- ности при изгибе [11].
Исследование влияния микроволокна на прочност- ные характеристики бетона было проведено на бетонной смеси состава БСТ В40, П2. Расход цемента составил 385 кг/м3; Щ – 1230 кг/м3; П – 640 кг/м3; В – 150 кг/м3; водоредуцирующей добавки – 0,4%; волокна 900 г/м3. Образцы бетона имели гладкую поверхность, только с верхней стороны образца можно было определить нали- чие микроволокна (рис. 6).
Результаты определения предела прочности при сжатии в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут образцов бетона фи- бриллированного микроволокном и без представлены на рис. 7.
Прочность призм размером 10 10 40 см на растяже- ние при изгибе соответствовала Вtb=5,2 для образцов с микроволокном и Вtb=4,4 для образцов без волокна. Введение синтетического микроволокна Fibrofor High Grade в бетон незначительно повышает предел прочности при сжатии по сравнению с контрольным составом. Значительно увеличивается предел прочно- сти на растяжение при изгибе (до 20%). Соответствую- щие результаты по определению предела прочности при сжатии и на растяжение при изгибе были получе- ны на образцах бетона, которые были подвергнуты те- пловлажностной обработке по мягкому режиму, а именно при температуре изотермической выдержки, равной 50оС.
Таким образом, дисперсное армирование бетона фибриллированным микроволокном позволяет ком- пенсировать недостатки бетона – образование уса- дочных трещин, низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения. В результате сравнительных испытаний установлен различающийся характер раз- рушения образцов. После испытаний на сжатие от контрольных образцов без микроволокна легко отде- лялись фрагменты бетона. Дисперсноармированный бетон после потери прочности при сжатии не разру- шался и сохранил целостность образцов даже при по- пытке многократного нагружения. Наиболее прием- лемым расходом микроволокна для исследованного бетона является 0,9 кг/м3. Для дальнейших исследова- ний эффективности применения синтетического фи- бриллированного микроволокна в составе тяжелого бетона необходимо провести испытания по определе- нию водонепроницаемости, морозостойкости, исти- раемости.

Список литературы
1. Пухаренко Ю.В., Пантелеев Д.А., Морозов В.И., Магдеев У.Х. Прочность и деформативностьполиар- мированногофибробетона с применением аморфной металлической фибры // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 1. С. 107–111.
2. Клюев А.В. Сталефибробетон для сборно-монолитного строительства // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. С. 60–63.
3. Лукашев Д.В., Смирнова О.М. К вопросу о деформационно-упрочненных цементных композитах // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2014. № 4. С. 410–412.
4. Шангина Н.Н., Харитонов А.М. Опыт применения стеклофибробетона для реставрации декорированного подвесного потолка станции метрополитена // Материалы семинара «Проблемы реставрации и обеспечения сохранности памятников культуры и истории». 2012. С. 18–27.
5. Сарайкина К.А., Голубев В.А., Яковлев Г.И., Сычугов С.В., Первушин Г.Н. Повышение коррозионной стойкости базальтового волокна в цементных бетонах // Строительные материалы. 2016. № 1–2. С. 27–31.
6. Патент RU 2548303. Высокопрочный легкий фибробетон / Иноземцев А.С., Королев Е.В. Опубл. 20.04.2015. Бюл. № 11.
7. Патент RU 2570215. Древесно-мраморно-цементная смесь / Андреев А.В., Чалкин А.А., Андреев А.А., Колесников Г.Н. Заявл. 17.06.2014. Опубл. 10.12.2015. Бюл. № 34.
8. Патент RU 2528774. Сухая строительная смесь / Васильев С.М., Щедрин Ю.Н., Бударин В.К. Заявл. 19.06.2012. Опубл. 20.09.2014. Бюл. № 26.
9. Патент RU 2458962. Фиброармированный тампонажный материал для цементирования продуктивных интервалов, подверженных перфорации в процессе освоения скважин / Дружинин М. А., Сажина Е.М. Зуева Н.А., Кудимов И.А., Кузнецова О.Г. и др. Oпубл. 20.08.2012 Бюл. № 23.
10. Смирнова О.М. Высококачественные бетоны для предварительно напряженных железобетонных подрельсовых конструкций. Дисc. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2013. 186 с. 11. Смирнова О.М. Высококачественные бетоны для сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций. Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2014. 67 с.
12. Смирнова О.М. Использование минерального микронаполнителя для повышения активности портландцемента // Строительные материалы. 2015. № 3. С. 30–33.
13. Смирнова О.М., Макаревич О.Е. Выбор водоредуцирующих добавок и их расходов для высокопрочных бетонов сборных конструкций // Ресурсоэнерго-эффективные технологии в строительном комплексе региона. 2014. № 4. С. 74–77.
14. Комохов П.Г., Харитонов А.М. Влияние внутренних и внешних факторов на влажностную усадку цементных систем // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 2. С. 95–97.
15. Angel M. López-Buendíaa, María Dolores Romero-Sánchezb, Verónica Climentc, Celia Guillemb. Surface treated polypropylene (PP) fibres for reinforced concrete // Cement and Concrete Research. 2013. Vol. 54, pp. 29–35.
16. Saeid Kakooeia, Hazizan Md Akilb, Morteza Jamshidic, Jalal Rouhid. The effects of polypropylene fibers on the properties of reinforced concrete structures // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 27. Iss. 1, pp. 73–77.

References
1. Pukharenko Yu.V., Panteleev D.A., Morozov V.I., Magdeev U.Kh. The strength and deformability of the poly-reinforced fiber-reinforced concrete using the amorphous metal fiber. Academia. Arkhitektura i stroitel’stvo. 2016. No. 1, pp. 107–111. (In Russian).
2. Klyuev A.V. Steelfiberconcrete for precast-monolithic construction. Vestnik BGTU im. V.G. Shukhova. 2011. No. 2, pp. 60–63. (In Russian).
3. Lukashev D.V., Smirnova O.M. On the question of the strain-hardened cement composites. Resursoenergoeffektivnye tekhnologii v stroitel’nom komplekse regiona. 2014. No. 4, pp. 410–412. (In Russian).
4. Shangina N.N., Kharitonov A.M. Experience of glassfiber reinforced for the restoration of the decorated ceiling subway station. Proceedings of the seminar “Problems of restoration and preservation of cultural and historical monuments”. 2012, pp. 18–27. (In Russian).
5. Saraykina K.A., Golubev V.A., Yakovlev G.I., Sychugov S.V., Pervushin G.N. The corrosion resistance increase of basalt fiber cement concrete. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 1–2, pp. 27–31.
6. Patent RU 2548303. Vysokoprochnyi legkiyfibrobeton [Highstrength lightweight fiber concrete]. Inozemtsev A.S., Korolev E.V. Published 20.04.2015. Bulletin No. 11. (In Russian).
7. Patent RU 2570215. Drevesno-mramorno-tsementnaya smes’ [The wood-marble-cement mix]. Andreev A.V., Chalkin A.A., Andreev A.A., Kolesnikov G.N. Declared 06.17.2014. Published 12.10.2015. Bulletin No. 34. (In Russian).
8. Patent RU2528774. Sukhaya stroitel’naya smes’ [Dry mortar]. Vasil’ev S.M., Shchedrin Yu.N., Budarin V. K. Declared 19.06.2012. Published 20.09.2014. Bulletin No. 26. (In Russian).
9. Patent RU 2458962. Fibroarmirovannyi tamponazhnyi material dlya tsementirovaniya produktivnykh intervalov, podverzhennykh perforatsii v protsesse osvoeniya skvazhin [Fiber reinforced backfill material to cement production intervals, subject to the perforations in the course of development wells]. Druzhinin M.A., Sazhina E.M., Zueva N.A., Kudimov I.A., Kuznetsova O.G. i dr. Published 20.08.2012 Bulletin No. 23. (In Russian).
10. Smirnova O.M. High-quality concrete for prestressed concrete under-rail designs. Cand.Diss. (Engineering). Sankt-Petersburg. 2013. 186 p. (In Russian).
11. Smirnova O.M. Vysokokachestvennye betony dlya sbornykh predvaritel’no napryazhennykh zhelezobetonnykh konstruktsii [High-quality concrete for precast prestressed concrete structures]. RGPU im. A.I. Gertsena. 2014. 67 p.
12. Smirnova O.M. The use of mineral micro-filler for increasing the activity of Portland-cement. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 3, pp. 30–33. (In Russian).
13. Smirnova O.M., Makarevich O.E. Selection of water-reducing additives and their costs for high-strength concrete prefabricated. Resursoenergoeffektivnye tekhnologii v stroitel’nom komplekse regiona. 2014. No. 4, pp. 74–77. (In Russian).
14. Komokhov P.G., Kharitonov A.M. The influence of internal and external factors on the humid shrinkage of cement systems. Academia. Arkhitektura i stroitel’stvo. 2009. No. 2, pp. 95–97. (In Russian).
15. Angel M. López-Buendíaa, María Dolores Romero-Sánchezb, Verónica Climentc, Celia Guillemb. Surface treated polypropylene (PP) fibres for reinforced concrete. Cement and Concrete Research. 2013. Vol. 54, pp. 29–35.
16. Saeid Kakooeia, Hazizan Md Akilb, Morteza Jamshidic, Jalal Rouhid. The effects of polypropylene fibers on the properties of reinforced concrete structures. Construction and Building Materials. 2012. Vol. 27. Iss. 1, pp. 73–77.

предел упругости модуля для дробленого известняка

упругих пределов модуля для дробленого известняка

Обжиг извести. Известковые печи. В случае превышения заданных пределов или неполадок в работе оборудования . соответствующая легенда технологической карты начин

Get Price

Модуль упругости стали с235

Также значение модуля упругости для сталей изменяется исходя из вида проката: Проволока высокой прочности – 2,1. Плетенный канат – 1,9. Трос с металлическим сердечником – 1,95.

Get Price

Рекомендации «Рекомендации по проектированию и .

Рекомендации «Рекомендации по проектированию и строительству оснований автомобильных дорог из известняков Поволжья»

Get Price

Некоторые аспекты начального модуля упругости бетонов .

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Бештоков Б.Х., Бирсов М.А., Хутов А.А., Черкесов А.В.. Статья посвящена результатам исследований начального модуля упругости туфобетонов на .

Get Price

Устройство прочности на сжатие Imada

Определение относительного удлинения, предела прочности . Материал Модуль Юнга Е, ГПа Модуль сдвига g, ГПа Коэффициент Пуассона р Предел прочности на разрыв от, ГПа Сжимаемость Р, ГПа-1 Алюминий 70 26 0,34 0,10 0,014 Медь 130 40 0,34 .

Get Price

Самоуплотняющийся бетон

Модуль упругости СУБ примерно на 15% ниже модуля упругости традиционного бетона. Это объясняется повышенным содержанием мелкодисперсной взвеси и связанным с

Get Price

Обжиг извести. Известковые печи. Регенеративные печи для .

Для освещения установки используется дневной свет. Коэффициент дневного света. составляет 1-2 %. Для вертикальной печи для обжига используется естественное (дневное) освещение.

Get Price

Рекомендации: Рекомендации по проектированию и .

Рекомендации предназначены для устройства оснований из минеральных смесей — известняков поволжья, необработанных вяжущими (при строительстве автодорог iv-v категорий и в условиях i типа местности по увлажнению), а .

Get Price

Отделение приготовления сырьевой смеси для

Силос для хранения дробленого известняка: 72,14 Ч 24 = 1731,36 т (52) 1731,36 / 2 Ч 0,8 = 692,5 м 3 (53)

Get Price

Угол внутреннего трения.

Mar 29, 2012  Предел прочности на одноосное сжатие 40 МПа Модуль упругости 0,00027 МПа модуль деформации 5000 МПа Коэффициент Пуассона 0,18 Приведённый радиус выработки = корень (31/3,14)=3,14 м

Get Price

Механические свойства горных пород

Предел прочности при одноосном сжатии образцов горных пород или прочность на сжатие . для известняка и мрамора . • группа деформационных свойств — понятия модуля упругости, модуля .

Get Price[PDF]

АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ОБОГАЩЕНИЯ ИЗВЕСТНЯКОВ ИЗ

ства известняка очень неоднородны, но напрямую зависят от его структуры и текстуры . Плотность известняка 2,6-2,9 т/м3. Предел прочности

Get Price

RU2290303C2 — Способ и устройство для непрерывного .

Discuss; 239000000203 mixtures Substances 0.000 title claims abstract description 177; 238000005365 production Methods 0.000 title claims abstract description 36; 229920001971 ela

Get Price

Механические свойства горных пород

Предел прочности при одноосном сжатии образцов горных пород или прочность на сжатие . для известняка и мрамора . • группа деформационных свойств — понятия модуля упругости, модуля .

Get Price

Рекомендации «Рекомендации по проектированию и .

Рекомендации «Рекомендации по проектированию и строительству оснований автомобильных дорог из известняков Поволжья»

Get Price[PDF]

К ВОПРОСУ НАЗНАЧЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВАНИЕ,

293 известняка-ракушечника, установлено равным . см2. Если принять степенной закон от =Е1 (для известняка. 1,1), то работа дробления составит. А = V0 Г -1 d (а-) =—— от+% J Е Eim +1) 0. Е(т+ 1)

Get Price

Самоуплотняющийся бетон

Модуль упругости СУБ примерно на 15% ниже модуля упругости традиционного бетона. Это объясняется повышенным содержанием мелкодисперсной взвеси и связанным с

Get Price

ГОСТ Р 54401-2020 Дороги автомобильные общего

Методы определения динамического модуля упругости и числа текучести с использованием установки динамического нагружения (ampt) ГОСТ Р

Get Price[PDF]

АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ОБОГАЩЕНИЯ ИЗВЕСТНЯКОВ ИЗ

ства известняка очень неоднородны, но напрямую зависят от его структуры и текстуры . Плотность известняка 2,6-2,9 т/м3. Предел прочности

Get Price

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАЗРАБОТКИ

Для большинства пород предел прочности на сжатие не превышает 20 МПа, на растяжение — в 10-50 раз меньше. . превышающих предел упругости, но меньших разрушающих. . • модуля упругости и сдвига .

Get Price

Современное производство стекла — ТехЛиб СПБ УВТ

Расчетный теоретический предел прочности стекла при растяжении составляет 12000 МПа, практически эта величина ниже в 200300 раз, в зависимости от размера образца колеблется от 30 до 60 МПа (при .

Get Price

Механические свойства строительных материалов Новости

Напряжение, необходимое для разрушения растянутой пластины, возрастает у материалов с высоким модулем упругости и большей поверхностной энергией,

Get Price

Коэффициент — пластичность — Технический словарь Том VI

Для первой ситуации требуемый момент сопротивления поперечного сечения Z Mp / Sau, где S — коэффициент пластичности формы; а — предел текучести для стойки и ригеля рамы.

Get Price

Страница 7: ВСН-195-83. Инструкция по изысканиям и .

Страница 7: ВСН-195-83. Инструкция по изысканиям и проектированию притрассовых автомобильных дорог в условиях сибири и дальнего востока. Скачать бесплатно.

Get Price

Воздействие высокой температуры на конструкции зданий

Хранение и публикация уче. см2. Если принять степенной закон от =Е1 (для известняка. 1,1), то работа дробления составит. А = V0 Г -1 d (а-) =—— от+% J Е Eim +1) 0. Е(т+ 1)

Get Price[PDF]

К ВОПРОСУ НАЗНАЧЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВАНИЕ,

293 известняка-ракушечника, установлено равным . r. с = 0,45 МПа. Среднее арифметическое значение максимального коэффициента

Get Price

Анализ трещиностойкости гранита и известняка с позиций .

Для исследования были изготовлены опытные образцы размером 24х60х300 мм из гранита и 23х43х340 мм из известняка. Из каждого материала было изготовлено по 15 образцов-близнецов.

Get Price[PDF]

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУСКАЛЬНЫХ ПОРОД И

одноосное сжатие для образцов разной прочности (рис. 5). Таким образом, зная стандартную характеристику известняка-ракушечника (предел прочности на одноосное сжатие) можно опре-

Get Price

Методические указания Методические указания по расчету .

Зависимость модуля упругости Е от содержания частиц n размером менее 0,63 мм (или показателя дробимое малопрочного ще. я) для щебеночных и гравийных материалов (смесей). На кривых показано .

Get Price

ВСН 195-83 Инструкция по изысканиям и проектированию .

2. Номограмма для определения общего модуля упругости двухслойной системы. По номограмме рис. 2 уточняют Е общ: или МПа. По номограмме рис. 2 определяют Е общ: или Е общ = 0,46 × 250 = 115 МПа. Рис. 3.

Get Price

ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд

ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд В случае применения материалов, укрепленных комплексными вяжущими, а также медленно твердеющими гидравлическими вяжущими, толщина слоя может быть снижена на 20 %, а .

Get Price

Механические свойства горных пород — Студопедия

Предел прочности при одноосном сжатии образцов горных пород или прочность на сжатие . для известняка и мрамора . • группа деформационных свойств — понятия модуля упругости, модуля .

Get Price

Механические свойства строительных материалов

Механические свойства материалов имеют решающее значение для строительных конструкций, работающих под действием нагрузок. Внешние нагрузки вызывают либо разрушение, либо деформацию материалов.

Get Price

ГОСТ Р 58406.1-2020 Дороги автомобильные общего .

Методы определения динамического модуля упругости и числа текучести с использованием установки динамического нагружения (ampt) ГОСТ Р

Get Price

— Композитные стеклопластиковые трубы Промышленная .

Значения модуля упругости и предела прочности значительно уменьшаются с течением времени и при повышении температуры. Таким образом, проявляются заметные вязко-упругие свойства.

Get Price

Диссертация на тему «Обоснование и разработка метода .

Проскуряков Н.М., Пермяков p.c., Черников А.К. [13] считают, что для соляных пород даже при незначительных нагрузках понятие модуля упругости, используемого для оценки упругого поведения горных .

Get Price

способ определения коэффициента армирования в изделиях из сталефибробетона


Какой минимальный процент армирования железобетонных конструкций?

В строительной отрасли широко применяются конструкции из железобетона, надежность и долговечность которых обеспечивает металлический каркас. Он способен воспринимать значительную нагрузку, если правильно подобрать сечение рифленого прута арматуры, а также выдержать расстояние между арматурой и поверхностью бетона в стенах, колоннах, фундаментах и балках. Зная процент армирования, для вычисления которого выполняются специальные расчеты, несложно определить минимальное количество арматуры. Проектируя каркас, важно уметь определять армирующий показатель.

Определение эффективных параметров армирования железобетонных конструкций

Леонид Скорук К.т.н., доцент, старший научный сотрудник НП ООО «СКАД Софт» (г. Киев).

В настоящее время монолитный железобетон (обеспечивающий произвольную форму изделий, свободу планировочных решений и многое другое) получил большее распространение и применение по сравнению со сборным железобетоном (ограниченная номенклатура сборных изделий и пролет).

В то же время сборные изделия прошли проверку временем по надежности и долговечности, а их армирование является оптимальным с точки зрения некоего условного соотношения «материал/стоимость конструкции».

В монолитных же конструкциях величина арматуры в большинстве случаев является переменной и зависит от многих исходных факторов: геологии, типа фундамента, нагрузки, геометрии здания и т.д.

Это нужно понимать при проектировании монолитных конструкций и не идти на поводу у заказчиков, далеких от инженерного дела и желающих в первую очередь оптимизировать свои расходы на строительство.

Как известно, чтобы обеспечить необходимую прочность и устойчивость здания или сооружения, следует провести соответствующие расчеты и подобрать необходимое количество арматуры для восприятия действующих нагрузок. При этом в конструкциях должны быть соблюдены требования как по 1­й (прочность, устойчивость), так и по 2­й группе (прогибы, ширина раскрытия трещин) предельных состояний.

В практике проектирования сформировался определенный условный параметр, по которому можно оценить затраты металла в конструкции: содержание арматуры в бетоне (как правило, берут вес всей арматуры в конструкции — продольной и поперечной — и делят на объем ее бетона, получая параметр в килограммах на кубический метр (кг/м3)).

При этом в действующих строительных нормах [1­3] такой параметр напрочь отсутствует и никоим образом не регламентируется. В нормативах указывается только необходимость обеспечить в сечении элемента минимальный процент арматуры от площади бетона (min 0,05­0,25%) и опосредованно рекомендован оптимальный процент армирования в конструкциях на уровне примерно 3% (это опять же отклик оптимизации для сборных конструкций).

До какой­то степени величина содержания арматуры в конструкциях отражена в некоторых сметных нормативах [4, 5]. Там величина арматуры в бетоне находится в пределах 190­200 кг/м3 — опять же без привязки к различным изменчивым исходным данным.

Для оценки величины содержания арматуры в бетоне монолитных конструкций проведем небольшой численный эксперимент. Возьмем для примера фрагмент плиты размерами в плане 1,0×1,0 м с двумя арматурными сетками у каждой грани, имеющими шаг стержней 100×100 мм, и проследим изменение содержания арматуры в бетоне в зависимости от изменения некоторых исходных параметров: толщины плиты и диаметра арматуры (рис. 1).

Рис. 1. арматуры в бетоне (кг/м3) для монолитного фрагмента площадью 1 м2 при различных исходных данных: а — при разных диаметрах арматуры; б — при разных толщинах плит

Рис. 2. Интерфейс программы SCAD++. Постпроцессор «Железобетон», режим «Экспертиза железобетона»

Как видно из приведенных данных, даже при «идеальных» условиях проектирования (отсутствие поперечной арматуры, дополнительного армирования, различных элементов локального усиления и т.п.) величина содержания арматуры, например, для элемента толщиной 200 мм с размещенной в нем арматурой из двух сеток диаметром 10 мм составляет 123,2 кг/м3. При наличии же различных дополнительных факторов суммарное содержание арматуры в бетоне будет резко расти.

Таблица 1. Факторы, которые влияют на расход бетона и арматуры

ФакторСледствие
Инженерно­геологические условия строительной площадкиТип фундамента (свайный, плитный, ленточный)
Шаг сетки несущих вертикальных элементовПролет плит, их толщина (жесткость)
Размеры сечения колонн/пилонов/стенУдельный вес арматуры в бетоне
Класс бетона и арматурыРасход арматуры в сечении

Довольно трудоемкую и рутинную работу по определению содержания арматуры в бетоне для некоторых отдельных элементов и всего сооружения в целом на начальном этапе проектирования (еще до начала разработки чертежей стадии КЖ/КЖИ) с довольно высокой точностью можно выполнить в программе SCAD++. В режиме «Экспертиза железобетона» постпроцессора «Железобетон», используя операцию Вес заданной арматуры (рис. 2), можно в реальном времени не только определить расход арматуры, но заодно (что очень важно) и проверить, насколько заданная арматура удовлетворяет необходимым критериям прочности конструкции согласно выбранным нормам проектирования.

Формула процента армирования железобетонных конструкций – соотношение бетона

В процессе длительной эксплуатации строительные конструкции подвергаются воздействию сжимающих и изгибающих нагрузок, а также крутящих моментов. Для усиления выносливости железобетона и расширения сферы его использования выполняется усиление бетона арматурой. В зависимости от массы каркаса, диаметра прутков в поперечном сечении и пропорции бетона изменяется коэффициент армирования железобетонных конструкций.

Разберемся, как вычисляется данный показатель согласно требованиям стандарта.


Для того, чтобы армирование выполняло свое назначение, необходимо расчитать усиление бетона, соответствующий минимальному проценту

Процент армирования колонны, балки, фундаментной основы или капитальных стен определяется следующим образом:

  • масса металлического каркаса делится на вес бетонного монолита;
  • полученное в результате деления значение умножается на 100.

Коэффициент армирования бетона – важный показатель, применяемый при выполнении различных видов прочностных расчетов. Удельный вес арматуры изменяется:

  • при увеличении слоя бетона показатель армирования снижается;
  • при использовании арматуры большого диаметра коэффициент возрастает.

Для определения армирующего показателя на подготовительном этапе выполняются прочностные расчеты, разрабатывается документация и делается чертеж армирования. При этом учитывается толщина бетонного массива, конструкция металлического каркаса и размер сечения прутков. Данная площадь определяет нагрузочную способность силовой решетки. При увеличении сортамента арматуры возрастает степень армирования и, соответственно, прочность бетонных конструкций. Целесообразно отдать предпочтение стержням диаметром 12–14 мм, обладающим повышенным запасом прочности.

Показатель армирования имеет предельные значения:

  • минимальное, составляющее 0,05%. При удельном весе арматуры ниже указанного значения эксплуатация бетонных конструкций не допускается;
  • максимальное, равное 5%. Превышение указанного показателя ведет к ухудшению эксплуатационных показателей железобетонного массива.

Соблюдение требований строительных норм и стандартов по степени армирования гарантирует надежность конструкций из железобетона. Остановимся более детально на предельной величине армирующего процента.

Расчёт армирования.

Основная функция арматуры — не допустить растяжение бетонного изделия. Арматура в бетоне должна быть распределена равномерно, чтобы не было слабых мест в конструкции с плохой перевязкой и тогда нагрузка от бетонного слоя будет передаваться закладным элементам, у которых модуль упругости гораздо выше.
● Бетон обладает отличной прочностью на сжатие. Разрушение бетонного изделия начинается только под очень сильным давлением. Но нагрузка в бетоне распределяется неравномерно и при реальных условиях эксплуатации ж/б изделия невозможно предугадать, какая его точка будет испытывать наибольшую нагрузку. Как правило, максимальное напряжение приходится на точку опоры и при этом действует правило рычага — если подвесить бетонную балку за края, то воздействие на центр балки будет напрямую зависеть от длины этой балки. При этом деформация в разных точках балки будет разной — верхняя её часть при изгибе будет сжиматься, а нижняя — испытывать растяжение. И если сжатие для ж/б балки не страшно, то растяжение может обернуться трещиной или сломом при условии невысоких характеристиках упругости ж/б изделия.

● Определение диаметра и шаг ячейки каркаса. При возведение сооружений с невысокими требованиями, например при строительстве частного жилого дома, применяется система адаптированного расчёта, общий принцип которого заключается в том, что шаг ячейки будет равен десяти Ø стержня, но в местах примыкания и других ответственных элементах необходимо производить усиление дополнительными стержнями.

● Основные виды железобетонных изделий, применяемые в частном домостроении, это плиты и балки. Армирование плит происходит проще — две арматурные сетки из нескольких слоёв разносятся к верхней и нижней плоскостям в соответствии с нормативным защитным слоем. Размеры прутьев и ячеек рассчитываются в зависимости от габаритов плиты, а параметры арматурных сеток из таблицы.

Основные типы арматуры

1. Рабочая арматура выполняет непосредственную функцию армирования и принимает на себя нагрузку в приложенной плоскости. Используются горячекатаные стержни Ø 12–18 мм периодического или гладкого профиля, согласно ГОСТ 5781-82. В зависимости от способа крепления и области применения арматура может быть свариваемой и несвариваемой. Для фундаментных работ наиболее правильно будет применять периодический профиль с высокими показателями сцепления с окружающей массой — бетоном. Вспомогательное армирование чаще всего выполняется гладкими стержнями. Также важны материал, марка стали и класс арматуры — наиболее востребованы классы А400-А600.
2. Конструктивная арматура — для упорядочивания линий рабочего армирования в слое бетона, а при необходимости — для получения дополнительных связей. Конструктивные элементы из проволоки Ø 6-8 мм, распределяют в пространстве и фиксируют рабочие стержни с заданным шагом.

• Благодаря ряду преимуществ находит свои области применения стеклопластиковая арматура.

• При арматурных работах понадобится вязальная проволока. В висячей балке все стержни должны быть одинакового сечения не менее Ø16 мм, в лежачей балке вспомогательные стержни могут быть тоньше. Арматурный каркас висячей плиты — это две зеркально расположенные сетки.

● Как вязать арматуру крючком. Фото.

● Основные параметры армирования. В каждом конкретном расчёте есть ряд ключевых значений, описанных в пособии к СНиП 2.03.01:

• Коэффициент армирования — плотность закладки арматуры — определяется по поперечному срезу изделия как отношение суммы сечений арматурных стержней к сечению бетонной массы. Установленный нормами минимум — 0,05%. Коэффициент может увеличиваться по мере роста отношения длины сегмента к его высоте — до 0,25%.

• Толщина стержней арматуры. При длине сегмента свыше 3-х метров используется арматура диаметром не менее 12 мм, при длине сегмента более 6-ти метров — свыше 14 мм, при длине от 10-ти метров — Ø 16 мм и более.

● Переармирование — это когда прочность железобетонной конструкции преднамеренно завышена в два-три раза. Это делается для того, чтобы в случае каких-либо геоморфологических изменений в данной местности не пострадал строительный объект. Также при возведении частных жилых домов застройщики используют переармирование фундамента для того, чтобы в будущем иметь возможность сделать какие-либо надстройки и перепланировки своего дома без ущерба для всего строения — ведь заранее никто не сможет определить вес будущего строения, если даже хозяин пока не знает, будет ли он надстраивать ещё один этаж через пару-тройку лет.

● Армирующий каркас перед заливкой должен быть закреплён таким образом, чтобы по нему можно было передвигаться без опасения его разрушения. Во время заливки все линии перевязки армокаркаса не должны разрушаться — это уже будет брак.

kirpichdelo.ru

Минимальный процент армирования в конструкциях из железобетона

Рассмотрим, что выражает минимальный процент армирования. Это предельно допустимое значение, ниже которого резко повышается вероятность разрушения строительных конструкций. При показателе ниже 0,05% изделия и конструкции нельзя называть железобетонными. Меньшее значение свидетельствует о локальном усилении бетона с помощью металлической арматуры.

В зависимости от особенностей приложения нагрузки минимальный показатель изменяется в следующих пределах:

  • при величине коэффициента 0,05 конструкция способна воспринимать растяжение и сжатие при воздействии нагрузки за пределами рабочего сечения;
  • минимальная степень армирования возрастает до 0,06% при воздействии нагрузок на слой бетона, расположенный между элементами арматурного каркаса;
  • для строительных конструкций, подверженных внецентренному сжатию, минимальная концентрация стальной арматуры достигает 0,25%.

При выполнении усиления в продольной плоскости по контуру рабочего сечения коэффициент армирования вдвое превышает указанные значения.

Рисунки к патенту РФ 2354977

Изобретение относится к области контроля качества строительных материалов, а именно сталефибробетона.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ контроля распределения стальных фибр с помощью измерителя защитного слоя арматуры в бетоне [Сергеев В.А., Хегай О.Н. Контроль распределения стальных фибр прибором ИЗС. — В кн.: Применение фибробетона в строительстве. — Л.: Знание, 1985. — с.63-67]. Однако показания прибора ИЗС сильно зависят не только от коэффициента армирования, расстояния между датчиком и армируемой фибрами частью изделия, толщины изделия, но и от диаметра фибр и их ориентации.

Технической задачей, решаемой изобретением, является определение коэффициента армирования в изделиях из сталефибробетона.

Сущность изобретения состоит в том, что предварительно измеряют параметры тока, идущего через электромагнитный контур, находящийся на поверхности образцов сталефибробетона с известным коэффициентом армирования, строят калибровочную зависимость параметров тока от коэффициента армирования, затем измеряют параметры тока, идущего через тот же контур, находящийся на поверхности изделия из сталефибробетона с неизвестным коэффициентом армирования, и с помощью калибровочной зависимости определяют коэффициент армирования в этих образцах. При этом коэффициент армирования определяют в изделиях из сталефибробетона с известной толщиной сталефибробетона и с известным расстоянием от поверхности изделия до армированной фибрами части изделия.

Изобретение основано на том, что при внесении сталефибробетона в переменное поле электромагнитного контура стальные фибры намагничиваются, а также в них возникают индукционные токи и выделяется теплота Джоуля-Ленца. Поэтому индуктивность и активное сопротивление электромагнитного контура изменяется в зависимости от коэффициента армирования сталефибробетона. Соответственно меняются параметры переменного тока, идущего через контур.

Электромагнитный контур изготавливают в виде круглой многовитковой катушки, чтобы исключить влияние ориентации фибр. В ИЗС контур линейной формы [паспорт измерителя защитного слоя ИЗС-10Н Бобруйского завода весоизмерительных приборов «ВЕСОПРИБОР», 1988]. Длина катушки должна быть меньше ее диаметра не менее чем в 10 раз, так как в этом случае наибольшая часть сталефибробетона находится в магнитном поле катушки. Диаметр катушки должен превосходить длину фибр не менее чем в два раза, чтобы в магнитном поле катушки находилось достаточное для уверенного измерения количество фибр. Максимальный диаметр катушки определяется размером области образца сталефибробетона, в котором необходимо определять коэффициент армирования. Частота тока через катушку должна находится в диапазоне от 2 до 50 кГц (В ИЗС 500 Гц). При меньшей частоте чувствительность способа сильно зависит от диаметра фибр, при большей частоте чувствительность уменьшается за счет уменьшения емкостного сопротивления катушки.

Параметры тока измеряют любыми микроамперметрами или милливольтметрами переменного тока или напряжения с использованием предназначенных для таких измерений электрических схем.

Предлагаемый способ иллюстрирует схема установки по измерению коэффициента армирования (чертеж), где 1 — образец сталефибробетона, 2 — катушка, 3 — электроемкость, 4 — генератор переменного напряжения, 5 — микроамперметр, 6 — резистор.

Пример.

Формуют образцы сталефибробетона толщиной 2, 4, 6 см с коэффициентами армирования 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200 кг/м 3. После твердения к образцам прикладывают тонкую многовитковую катушку диаметром 12 см. С помощью последовательно соединенной емкости, катушка настроена на резонансную частоту 20 кГц генератора переменного напряжения. Микроамперметром с резистором измеряют значение силы тока. В таблице приведены результаты измерений силы тока в мкА. По полученным данным, шкала микроамперметра градуируется в единицах измерения коэффициента армирования. Изготавливают образец сталефибробетона толщиной 4 см с неизвестным коэффициентом армирования. Определяют коэффициент армирования по предлагаемому способу 53 кг/м3, образец разрушают, подсчитывают количество фибр и коэффициент армирования 51 кг/м3 . Точность определения коэффициента составляет 4%.

Предлагаемый способ позволяет определить коэффициент армирования в сталефибробетоне с известной толщиной изделия и известным расстоянием между поверхностью изделия и армируемой фибрами частью изделия. Он может быть использован для контроля распределения фибр при производстве изделий из сталефибробетона.

Таблица
Расстояние от катушки до образца, смТолщина образца, смКоэффициент армирования, кг/м3
020406080100120140160180200
0 0 0 1 26 4 2 4 48074686256504438323620
8075706560555045403530
8076726763595450464137
80746856
80777468

Какова величина защитного слоя бетона

Для предотвращения коррозионного разрушения силового каркаса следует выдерживать фиксированное расстояние от стальной решетки до поверхности бетонного массива. Этот интервал называется защитным слоем.

Его величина для несущих стен и железобетонных панелей составляет:

  • 1,5 см – для плит толщиной более 10 см;
  • 1 см – при толщине бетонных стен менее 10 см.

Размер защитного слоя для ребер усиления и ригелей немного выше:

  • 2 см – при толщине бетонного массива более 25 см;
  • 1,5 см – при толщине бетона меньше указанного значения.

Важно соблюдать защитный слой для опорных колонн на уровне 2 см и выше, а также выдерживать фиксированный интервал от арматуры до поверхности бетона для фундаментных балок на уровне 3 см и более.

Величина защитного слоя различается для различных видов фундаментных оснований и составляет:

  • 3 см – для сборных фундаментных конструкций из сборного железобетона;
  • 3,5 см – для монолитных основ, выполненных без цементной подушки;
  • 7 см – для цельных фундаментов, не имеющих демпфирующей подушки.

Строительные нормы и правила регламентируют величину защитного слоя для различных видов строительных конструкций.

Процент армирования конструкций из железобетона

Арматурный каркас является необходимой частью в железобетонных конструкциях. Цель его использования — усиление и повышение прочности бетонных изделий. Арматурный каркас изготавливается из стальных прутьев или готовой металлической сетки. Необходимое количество усиления рассчитывается с учетом возможных нагрузок и воздействий на изделие. Расчетная арматура называется рабочей. При укреплении в конструктивных или технологических целях производится монтажное армирование. Чаще используются оба типа для обеспечения более равномерного распределения усилий между отдельными элементами арматурного каркаса. Арматура выдерживает нагрузку от усадки, колебаний температур и прочих воздействий.

Минимальный армирующий процент

Под предельно минимальным армирующим процентом принято понимать степень преобразования бетона в железобетон. Недостаточная величина этого параметра не дает права считать изделие усиленным до ЖБИ. Это будет простым упрочнением конструкционного типа. Площади сечения бетонного изделия учитываются в минимальном проценте усиления при использовании продольного армирования в обязательном порядке:

  1. Усиление прутьями будет соответствовать 0,05 процентам от площади разреза изделия из бетона. Это актуально для объектов с внецентренно изгибаемыми и растянутыми нагрузками, когда оказывается продольное давление за пределами действительной высоты.
  2. Армирование прутьями равно не менее 0,06 процентам, когда давление во внецентренно растянутых изделиях осуществляется на пространство между армирующими прутьями.
  3. Упрочнение будет составлять 0,1—0,25 процента, если железобетонные материалы усиливаются во внецентренно сжатых частях, то есть между арматурами.

При расположении продольного усиления по периметру сечения, то есть равномерно, степень армирования должна равняться величинам, вдвое большим указанных для всех перечисленных выше случаев. Это правило аналогично и для усиления центрально-растянутых изделий.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения коэффициента армирования в изделиях из сталефибробетона, отличающийся тем, что предварительно измеряют параметры тока, идущего через электромагнитный контур, находящийся на поверхности образцов сталефибробетона с известным коэффициентом армирования, строят калибровочную зависимость параметров тока от коэффициента армирования, затем измеряют параметры тока, идущего через тот же контур, находящийся на поверхности изделия из сталефибробетона с неизвестным коэффициентом армирования и с помощью калибровочной зависимости определяют коэффициент армирования в этих образцах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент армирования определяют в сталефибробетоне с известной толщиной изделия и известным расстоянием между поверхностью изделия и армируемой фибрами частью изделия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что электромагнитный контур изготавливают в виде многовитковой круглой катушки, а частота пропускаемого через катушку тока лежит в диапазоне от 2 до 50 кГц.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что диаметр катушки больше длины фибры не менее чем в 2 раза, а длина катушки меньше ее диаметра не менее чем в 10 раз.

Максимальный армирующий процент

При армировании нельзя укреплять бетонную конструкцию слишком большим количеством прутьев. Это приведет к существенному ухудшению технических показателей железобетонного материала. ГОСТ предлагает определенные нормативы максимального процента армирования.

Максимально допустимая величина усиления, вне зависимости от марки бетона и типа арматуры, не должна превышать пяти процентов. Речь идет о расположении в разрез сечения изделия с колоннами. Для других изделий допускается максимально четыре процента. При заливке арматурного каркаса, бетонный раствор должен проходить сквозь каждый отдельный конструкционный элемент.

Определение типа опирания балки

В зависимости от типа опирания (см. Устройство буронабивных свай) выбирается метод расчета. Рассмотрим основные типы опор железобетонных балок на несущие конструкции.

Шарнирный тип опирания.

Таковым считается случай, когда в проектное положение устанавливают предварительно изготовленную железобетонную балку.

Причем конструкцией не предусмотрены никакие закладные детали для последующего жесткого соединения с конструктивными элементами здания. Как правило при таком типе опирания ширина плоскости опирания на несущие конструкции (стены, колонны) не превышает 20см.

Жестко защемленная балка.

Чтобы считать балку жестко защемленной на концах, условия должны быть следующими: балка бетонируется одновременно с прилегающими конструкциями в составе монолитной стены, в ее конструкции имеются закладные детали для последующего жесткого соединения с остальными конструктивными элементами.

При бетонировании создает монолитные узлы соединений конструкций.

Многопролетное опирание.

При необходимости перекрыть несколько последовательно расположенных пролетов опирание балки выполняется на несколько опорных конструкций (колонны, простенки между окон).

Такое опирание рассчитывается как многопролетное в случае, если опоры шарнирные). Если опоры жесткие, то расчет ведется по каждому отдельному пролету, как по самостоятельной балке.

Консольное опирание.

Речь о таком типе опирания ведется, когда один или оба конца балки не имеют опор, а так же при отступе опор от концов на некоторое расстояние (свес с опоры).

Например: часть плиты перекрытия выпущена за пределы стены в виде козырька. Такую плиту можно рассматривать балкой с консольной опорой.

Защитный слой бетона

Для защиты арматуры от коррозии, влаги и прочих неблагоприятных внешний воздействий, бетон должен полностью покрывать стальной каркас. Толщина бетонного пласта над металлическим скелетом в монолитных стенах более 10 см должна составлять максимально 1,5 см. Для плит толщиной до 10 см величина слоя составляет 1 см. Если речь идет о 25-сантиметровых ребрах, слой бетона должен достигать 2 см. При армировании балок до 25 см пласт цементного раствора равен 1,5 см, но для балок в фундаментах — 3 см. Для колонн стандартных размеров следует заливать бетон слоем более 2 см.

Что касается фундаментов, то для монолитных конструкций с прослойкой из цемента требуемая толщина слоя над арматурным каркасом составляет 3,5 см. При обустройстве сборных основ — 3 см. Монолитные базы без подушки требуют 7-сантиметровый слой бетона над скелетом из арматуры. При использовании толстых защитных слоев бетона рекомендуется проводить дополнительное усиление. Для этого используется стальная проволока, вязанная в виде сетки.

При дальнейшей обработке железобетонных конструкций алмазными кругами важно учитывать расположение каждого армирующего элемента и структуру его скелета. Это особенно касается процессов сверления отверстий в железобетоне и его резки. Такая обработка материалов может снизить потенциальную прочность изделия. Когда железобетон демонтируется полностью, учет перечисленных выше требований не производится.

1.Статический расчет

За расчетную схему принята балка, лежащая на двух опорах (рис. 3.1).

Определяем максимальные усилия, действующие на балку, по формулам 3.1 и 3.2.

где:q

-расчетное значение равномерно распределенной нагрузки, кН/м;

l0

-расчетная длина элемента, м

,(3.13)

где: -глубина опирания элемента, мм;

l

-длина элемента, мм.

2.Расчет прочности по нормальному сечению

рис.3.2 Расчетное сечение.

Определяем расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры), по классу бетона, при расчете необходимо учесть коэффициент — условий работы бетона, тогда:

,

Определяем расчетную высоту сечения, по формуле:

, (3.14)

где: -высота сечения, см;

a

-расстояние, от центра тяжести рабочего стержня до крайнего нижнего волокна бетона, cм (2 …3 см).

Определением коэффициент α

, по формуле:

,(3.15)

где: -ширина сечения, см;

α <�αR

-если условие выполняется, следовательно армирование одиночное, если не выполняется – двойное (
αR
— граничный коэффициент, зависит от класса арматуры, коэффициента и класса бетона).

Производим расчет площади поперечного сечения рабочей арматуры, по формуле:

,(3.16)

где: -коэффициент зависящий от α ,

определяется по таблице;

Rs

-расчетное сопротивление арматуры осевому растяжению (СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры), кН/см2;

По значению As

, по сортаменту, определяем диаметр и количество стержней, конструктивно устанавливая их в элементе в зависимости от ширины сечения.

3.Расчет прочности по наклонному сечению

По диаметру рабочего стержня подбираем, из условия свариваемости, диаметр поперечного стержня (хомута) и определяем Asw

,cм2 — площадь поперечного сечения 1го стержня хомута;
Rsw
— расчетное сопротивления арматуры на действие поперечной силы
Q
(СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры), кН/см2;

Необходимость расчета проверяем по условию:

Q

, (3. 17)

где: Rbt

-расчетное сопротивление бетона сжатию, кН/см2;

-коэффициент, принимаемый равным 0,3;

-ширина сечения, см;

h

-расчетная высота сечения, см;

Если условие (3.17) выполняется, дальнейший расчет не требуется, если не выполняется, то необходимо проверить условие:

Q

,(3.18)

где:Qb

-поперечные усилия, воспринимаемые бетоном в наклонном сечении, кH

,(3.19)

где: -коэффициент, принимаемый 1,5.

Длина проекции наклонной трещины:

,(3.20)

Qsw

–усилие, для поперечной арматуры, нормальной к продольной оси элемента, кH

, (3.21)

где: -усилие в хомутах на единицу длины элемента, кН/см;

-коэффициент, принимаемый равным 0,75.

Определяем усилия в поперечных стержнях на единице длины элемента, по формуле:

, (3.22)

где:S

-шаг поперечных стержней на приопорных участках, см

если мм, S

= ,
S
мм

если мм, S

= ,
S
мм

Если условие (3. 18) выполняется, следовательно, прочность выполняется, если условие не выполняется, то необходимо либо увеличить диаметр хомута, либо уменьшить шаг хомута, либо сделать то и другое.

В графической части:

На 1 листе опалубочного чертежа изобразить чертеж балки и сечения, с указанием размещение каркасов, так же составляется спецификация сборочных единиц.

На 2 листе — арматурный чертеж каркаса балки, спецификация арматурных изделий, ведомость расхода стали на элемента (на листах формата A4).

Метод и устройство для неразрушающего измерения модуля упругости и / или прочности на сжатие образцов кладки

В данной заявке испрашивается приоритет предварительной заявки США сер. № 62/279,934, подана 18 января 2016 г.

Настоящее изобретение относится к неразрушающему контролю (NDT) образцов каменной кладки с целью определения модуля упругости и / или прочности на сжатие образцов. .

Прочность на сжатие и модуль упругости признаны важными показателями для контроля качества кладки. Неразрушающий аспект неразрушающего контроля позволяет чаще проверять большее количество образцов, поскольку образец не приносится в жертву. Кроме того, стандартные методы разрушающего контроля требуют много времени и большого дорогостоящего испытательного оборудования, которое не везде доступно. В некоторых местах это привело к досадному отсутствию испытаний и строительства опасно слабых зданий. В этих обстоятельствах разработка и внедрение надежных и недорогих неразрушающих испытаний может помочь защитить общественную безопасность и предотвратить значительный ущерб и смертность в случае землетрясения.Даже в странах, где тестирование лучше, наличие надежных недорогих НК может дополнить и улучшить существующие программы тестирования.

Ряд методов неразрушающего контроля был описан в литературе, такой как М. Форде, «Отчет ACI 228.2R-13 о методах неразрушающего контроля для оценки бетона в конструкциях», Американский институт бетона, 2013 г. Однако, похоже, нет упоминание об использовании звуковых сигналов для измерения прочности бетона. Качественная оценка в ходе осмотра образца может включать в себя постукивание образца, но такая оценка направлена ​​в первую очередь на обнаружение локальных структурных несоответствий, и систематический анализ «звука» постукивания не применяется.Существует признанная методология систематического анализа реакции на постукивание, но опять же, она направлена ​​на характеристику структурных несоответствий. В большинстве этих методов используются акселерометры, прикрепленные к тестируемому объекту. В описании И. Хертлина и Д. Шульце «Тестирование акустического резонанса: предстоящий метод неразрушающего контроля с ориентацией на объем» в International Конференция по разрушающим испытаниям, отличным от , , Рио-де-Жанейро, Бразилия, 2003 г., но в этой статье не упоминается измерение прочности.

Метод, который имеет некоторое сходство с нашей методологией, можно найти в ASTM, «C215-02: Стандартный метод испытаний для фундаментальных, продольных и крутильных резонансных частот бетонных образцов», ASTM International, 2002, где описан метод измерения поперечные, продольные и крутильные резонансные частоты бетонных образцов. Один из вариантов этого метода включает удары по образцу молотком и анализ сигнала, который улавливается акселерометром, прикрепленным к образцу.Эти данные можно использовать для оценки динамического модуля упругости, динамического модуля упругости и динамического коэффициента Пуассона по резонансным частотам, массе и размерам образца. Однако не упоминается об измерении прочности образца на сжатие, и не упоминается использование звукового сигнала, передаваемого по воздуху, для анализа.

Есть несколько патентов, связанных с ультразвуковым контролем, например:

U.S. Pat. № 7,587,943, Х. Виггенхаузер и А. Самокрутов, «Устройство для испытания компонентов без разрушения»;

U.С. Пат. № 7,587,943, 15 сентября 2009 г .;

Патент США. No. 7,677,104 B2, В. Э. Маки и Дж. Дж. Мун-младший, «Система акустических преобразователей для неразрушающего контроля цемента»;

Патент США. No. 7,677,104 B2, 16 марта 2010 г .;

UK1279865 Дж. Вайншток, Н. Мизрохи и И. И. Силкин, «Усовершенствования в аппаратуре ультразвукового контроля»;

Патент Соединенного Королевства 1 279 865, 28 июня 1972 г., UK 1262343, Преобразователь для испытания материалов с использованием ультразвуковых колебаний »;

Патент Соединенного Королевства 1,262,343, 2 февр.1972;

DE19629485, R. Krompholz, B. Kaesner, J. Oecknick и G. Gebauer, «Ультразвуковое измерение прочности бетона на сжатие для определения времени извлечения застывающего бетона»; и

Европейский патент 19 629 485, 22 января 1998 г.

Методы, устройства и цели этих вышеупомянутых патентов значительно отличаются от наших.

Патенты, относящиеся к испытаниям на прочность бетонной суспензии или затвердеванию бетона, такие как: (i) Патент США. № 6,112,599, В. Маки-младший, «Способ и устройство для измерения образца цемента с использованием узла с одним датчиком»; (ii) У.С. Пат. No. 6,112,599, 5 сентября 2000 г .; (iii) Патент США. № 6,510,743, R. G. McAfee и R. E. Carpenter Jr, «Многоразовое использование монолитного бетона. Устройство и метод испытания образцов»; (iv) Патент США. No. 6,510,743, 28 января 2003 г .; (v) US2007 / 0046479 A1, Дж. Х. Хайнс, «Система мониторинга зрелости бетона с использованием пассивных беспроводных датчиков температуры поверхностных акустических волн»; и (vi) Патент США 2007/0046479 A1, 1 марта 2007 г., также сильно отличаются от наших, как и методы обнаружения встроенных дефектов в бетонных конструкциях, такие как (i) U.С. Пат. № 4896303, Д. Лесли, Дж. А. Е. Де Селье де Моранвиль и Д. Дж. Питтман, «Метод оценки цементирования с использованием акустической связи и ослабления»; (ii) Патент США № 4896303, 23 января 1990 г. (iii) Патент США. № 4,748,855, Р. М. Барнофф, «Устройство для испытания бетона на месте»; и (vi) Патент США. No. 4,748,855, 7 июня 1988 г.

Патент США. В US 4342229 описывается изобретение для измерения ухудшения структурной целостности объектов, которые могут быть подвержены небольшим структурным дефектам или усталостным повреждениям.Хотя описан метод акустической импульсной характеристики и сигналы могут быть записаны с помощью акселерометров или микрофонов, их метод основан на сравнении скорости затухания импульсной характеристики с эталонными значениями для такого затухания. Этот анализ значительно отличается от настоящего изобретения, и здесь не упоминается измерение прочности на сжатие.

Патент США. В US 5285687 описывается изобретение, в котором используются акустические испытания на повреждение монолитных несущих элементов из пористого керамического материала для использования в производстве катализаторов для отработанных газов.Хотя методы включают акустические импульсные характеристики, применение, аппаратура и методы анализа принципиально различаются, а прочность на сжатие не упоминается.

Наконец, Патент США. № 6,990,845, W. S. Voon, R.U. Spjado, A.M.S. Hamouda, M. M. H. Ahmad и T. K. Sheng, «Pendum Impact Test Rig», 31 января 2006 г., описывает маятниковый тестер, в котором анализируется импульсная характеристика испытуемого образца. Однако это в первую очередь описывается для моделирования условий столкновения с отдельными автомобильными компонентами.Тестируемый компонент обычно повреждается или разрушается в предусмотренном приложении, и не упоминается о неразрушающем контроле бетона.

Патентов, направленных на неразрушающее измерение прочности на сжатие образцов бетона, похоже, нет. Систематическое использование звукового сигнала, передаваемого по воздуху, для этого типа испытаний также остается неизученным. Даже при использовании методов, использующих акселерометры, связь с прочностью на сжатие не была выявлена.

Согласно первому аспекту изобретения предлагается устройство для неразрушающего измерения образца кладки с заданными физическими характеристиками, содержащее:

стимулятор, выполненный с возможностью применения неразрушающего стимула к образцу, который будет вызвать акустический отклик;

— датчик отклика, выполненный с возможностью захвата звуковых сигналов из акустического отклика на указанный неразрушающий стимул и генерирования ответного сигнала, который представляет зарегистрированные звуковые сигналы;

процессор сигналов, оперативно связанный с датчиком отклика для приема ответного сигнала от ответного датчика и приспособленный для выполнения программных инструкций, хранящихся в нем, чтобы:

анализировать ответный сигнал и количественно определять соответствующие характеристики ответного сигнала, и

вычисляет прочность образца на сжатие на основе указанных предписанных физических атрибутов и соответствующих характеристик, количественно определяемых процессором сигналов.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается устройство для неразрушающего измерения образца кладки с заданными физическими характеристиками, содержащее:

стимулятор, выполненный с возможностью применения неразрушающего стимула к образцу, который вызовет акустический отклик;

— датчик отклика, содержащий преобразователь, который выполнен с возможностью захвата звуковых сигналов в воздухе в диапазоне слышимых частот от акустического отклика до упомянутого неразрушающего воздействия и генерирования отклика, который является репрезентативным для захваченных звуковых сигналов в воздухе;

процессор сигналов, оперативно связанный с датчиком отклика для приема ответного сигнала от ответного датчика и приспособленный для выполнения программных инструкций, хранящихся в нем, чтобы:

анализировать ответный сигнал и количественно определять соответствующие характеристики ответного сигнала, и

вычисляет свойство материала образца на основе указанных предписанных физических атрибутов и соответствующих характеристик, количественно определяемых процессором сигналов.

В одном варианте осуществления свойство материала, вычисленное процессором сигналов, представляет собой динамический модуль упругости.

Предпочтительно, процессор сигналов количественно оценивает соответствующие характеристики ответного сигнала согласно одному или нескольким предписанным режимам колебаний. В этом случае устройство дополнительно содержит опору для образца, предназначенную для поддержки образца на ней, чтобы уменьшить влияние упомянутой одной или нескольких форм колебаний.

Подставка для образца может быть устроена так, чтобы поддерживать образец на соответствующей поверхности опоры для образца, которая не будет чрезмерно сочувственно вибрировать с образцом, когда образец стимулируется стимулятором.

Стимулятор может включать ударный элемент, который выполнен с возможностью вибрации в ответ на неразрушающий стимул к образцу таким образом, чтобы его можно было легко отличить от вибрации самого образца.

Поражающий элемент предпочтительно поддерживается таким образом, чтобы отскакивать по существу неограниченным образом от образца в ответ на указанный неразрушающий стимул к образцу.

Стимулятор может быть выполнен с возможностью вызывать акустический отклик, который доминирует в одном режиме вибрации.В этом случае количественно определенные уместные признаки соответствуют доминирующему режиму вибрации.

Датчик отклика может содержать преобразователь, приспособленный для прикрепления к указанному образцу и выполненный с возможностью генерирования ответного сигнала в ответ на вибрации указанного образца в слышимом диапазоне частот.

В качестве альтернативы, датчик отклика может содержать преобразователь, который выполнен с возможностью генерировать ответный сигнал в ответ на звуковые сигналы в воздухе в диапазоне слышимых частот.

Процессор сигналов может быть дополнительно выполнен с возможностью: (i) выполнения спектрального анализа ответного сигнала с последующим выводом атрибутов одной или нескольких форм колебаний в ответном сигнале, (ii) выполнения вейвлет-анализа ответного сигнала. с последующим выводом атрибутов любых доминирующих вейвлетов в ответном сигнале, (iii) компенсировать мешающие эффекты упомянутого устройства на упомянутый ответный сигнал, возникающие в результате поддерживающих элементов, которые поддерживают образец, или случайные колебания ударного элемента стимулятора, ) сравнить ответный сигнал с критериями проверки и определить, согласуется ли ответный сигнал с действительным тестом, и (v) любое или все вышеперечисленное в комбинации.

Соответствующие характеристики, количественно оцениваемые процессором сигналов, могут включать в себя количественные оценки выбранных атрибутов во временной области сигнала ответа, например величин и / или длительностей указанного сигнала ответа.

Соответствующие характеристики, количественно оцениваемые процессором сигналов, могут также включать количественные оценки выбранных свойств вычисленных частотных спектров ответного сигнала, например, в которых выбранные свойства являются оценками частоты или ширины полосы одного или нескольких резонансных пиков в указанном частотном спектре. .

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предоставляется способ неразрушающего измерения динамического модуля упругости и / или прочности на сжатие образца с заданными физическими характеристиками, включающий:

применение неразрушающего воздействия к указанный образец вызывает акустический отклик;

генерируют ответный сигнал, который представляет акустический ответ на указанный стимул, путем улавливания звуковых сигналов;

анализ сгенерированного ответного сигнала для количественной оценки соответствующих характеристик ответного сигнала; и

расчет свойства материала образца на основе заданных физических атрибутов образца и определенных количественных характеристик сигнала отклика, в котором свойством материала является динамический модуль упругости и / или прочность на сжатие указанного образца.

Предпочтительно, свойство материала представляет собой динамический модуль упругости или прочность на сжатие указанного образца.

Ответный сигнал предпочтительно генерируется путем захвата звуковых сигналов, передаваемых по воздуху.

Способ может включать в себя поддержку образца таким образом, чтобы уменьшить помехи с колебательными модами образца, которые используются при расчете указанного материала свойство образца, и / или поддерживать образец на несущей конструкции, которая не излишне вибрируют сочувственно, когда образец стимулируется.

Предпочтительно стимулировать образец с помощью ударного элемента таким образом, чтобы вибрации указанного ударного элемента можно было отличить от колебаний самого образца с помощью сигнального процессора.

Место удара может быть выбрано таким образом, чтобы (i) акустический отклик был доминирующим в одном режиме вибрации, так что соответствующие характеристики соответствовали доминирующему режиму вибрации, или, альтернативно, один режим вибрации, так что соответствующие характеристики соответствуют упомянутым более чем одному доминирующему режиму вибрации.

Ответный сигнал может быть проанализирован посредством (i) использования спектрального анализа с последующим выводом атрибутов колебательных мод в сигнале, (ii) использования вейвлет-анализа с последующим выводом атрибутов доминирующих вейвлетов в сигнале, (iii) компенсации мешающих эффектов устройства на захваченных звуковых сигналов, (IV), компенсируя, чтобы уменьшить нежелательное влияние образца несущей конструкции, которая поддерживает образец, (v) компенсирующего, чтобы уменьшить нежелательный эффект совпадающих колебаний поразительный элемент, используемый для нанесения стимул к образцу, (vi) компенсация отклонений от ожидаемых физических свойств образца, которые могут быть обнаружены в указанной акустической реакции, и (vii) любое или все вышеперечисленное в комбинации.

Анализ ответного сигнала может включать сравнение свойств акустического отклика с критериями валидации, чтобы определить, согласуется ли указанный акустический отклик с правильно проведенным тестом или указанный акустический отклик является ошибочным. В этом случае способ может включать в себя уведомление оператора, когда акустический отклик определен как дефектный, и / или оценку достоверности акустического отклика и уведомление оператора об оценке вместе с рассчитанными свойствами материала образца.

Соответствующие характеристики ответного сигнала могут быть определены количественно путем определения выбранных атрибутов во временной области ответного сигнала, например величин и / или длительностей ответного сигнала.

Соответствующие характеристики сигнала отклика также могут быть определены количественно путем определения выбранных свойств вычисленных частотных спектров сигнала отклика, например оценок частоты одного или нескольких резонансных пиков в указанном спектре частот или оценок полосы пропускания одного или более резонансных пиков в указанном частотном спектре.

Предписанные физические атрибуты образца могут быть количественно определены путем измерения свойств размера и формы, которые влияют на указанные соответствующие характеристики, или путем определения стандартного размера и формы, которые описывают образец.

Расчет свойства материала образца может быть выполнен путем применения математических функций упомянутых соответствующих характеристик и мер размеров и свойств формы, которые влияют на упомянутые соответствующие характеристики, или путем применения математической функции упомянутых соответствующих характеристик, выбранных из набора таких математических характеристик. функции, основанные на индикаторах, которые определяют стандартный размер и форму, которые описывают исследуемый образец.

Когда кладка образец установлен внутри окружающей опорной конструкции, способ предпочтительно включает введение градиента влияния, представляющее окружающую опорную конструкцию в анализ ответного сигнала и в расчет указанного свойства материала образца.

Более конкретно, когда образец кладки включает кирпичную единицу, поддерживаемую в пределах окружающей несущей конструкции, образованной множеством других единиц кладки, соединенных друг с другом раствором, способ включает включение граничного условия, характерного для раствора вокруг образца кладки, в анализ ответного сигнала и расчет указанного свойства материала образца.

Настоящее изобретение обеспечивает способ и устройство для определения прочности на сжатие блоков каменной кладки на основе свойств передаваемых по воздуху акустических сигналов, создаваемых коротким механическим импульсом, стимулирующим испытательный образец. Этот метод и устройство были успешно продемонстрированы как на бетонных цилиндрах, так и на бетонных блоках, а также могут быть использованы для других элементов кладки. Анализ цилиндров связал прочность на сжатие со скоростью звука как продольной, так и крутильной акустической скорости, v = 2Lf, где f — измеренная частота.Этот метод был применен к 64 цилиндрическим образцам с пределом прочности на сжатие от 3 до 30 МПа, и было продемонстрировано, что прочность на сжатие строго следовала экспоненциальной зависимости от акустических скоростей образца. Линеаризованный график зависимости ln f c ′ от акустических скоростей имел коэффициент корреляции r-квадрат Пирсона 0,95.

Это доказательство концепции было дополнено исследованием 2-ячеечных бетонных блоков. Их форма позволила получить более богатые акустические спектры, генерируемые короткими импульсами, приложенными к образцу, которые варьировались от места падения к месту удара.Было показано, что для образцов одинакового размера и формы прочность на сжатие также имеет экспоненциальную зависимость от резонансных частот, измеренных в стандартизированных местах прорывов. Эта демонстрация подтвердила, что эта процедура определения прочности кирпичной кладки может использоваться для систематической эмпирической калибровки, чтобы надежно определить прочность на сжатие по резонансным частотам вибрации испытуемого образца.

Описанный подход представляет собой новый метод и устройство для акустических неразрушающих испытаний прочности на сжатие для каменных блоков.Сильные стороны включают простую процедуру испытания, которая не требует больших затрат и легко реализуется, четкая и сильная корреляция между прочностью на сжатие и несколькими измеренными параметрами (форма испытуемого образца, частоты резонансной вибрации и место удара) и неразрушающая способность.

Изобретение, а также его другие особенности и преимущества будут лучше всего поняты при обращении к нижеследующему описанию, читаемому вместе с прилагаемым чертежом, на котором:

Фиг.1 — схематическая диаграмма устройства для испытания каменной кладки, иллюстрирующая общие функции устройства.

РИС. 2 содержит три простых режима вибрации для цилиндрической каменной кладки, соответствующие (A) продольной моде, (B) крутильной моде и (C) поперечной моде колебаний.

РИС. 3 — текущий вариант устройства для испытания каменных блоков.

РИС. 4 — график воздушного акустического сигнала от бетонного цилиндра (A) и БПФ этого сигнала (B).В БПФ этого сигнала преобладает частота продольной моды (5671 Гц) с небольшим вкладом от крутильной моды (3448 Гц).

РИС. 5 — БПФ воздушного акустического сигнала от одного и того же образца, пораженного в разных местах. (A) является результатом удара о плоскую торцевую поверхность цилиндра, вызывающего продольную вибрацию, в то время как (B) возникает при ударе о боковую поверхность цилиндра, что приводит к крутильным / поперечным колебаниям.

РИС. 6 — график натурального логарифма прочности на сжатие ln (f c ′) как функции акустической скорости резонансной формы колебаний в бетонных цилиндрических образцах.Треугольники — это результаты для крутильной моды, а кружки — данные для продольной моды.

РИС. 7 приведены размеры бетонных блоков для испытательных образцов, изготовленных в BCIT.

РИС. 8 содержит места удара, используемые для акустических испытаний бетонных блоков. Каждому месту был дан механический импульс, как описано в тексте, полученный в результате воздушный звук был записан, и было выполнено БПФ для извлечения частотных составляющих.

РИС. 9 содержит графики спектров БПФ, полученных из акустических сигналов, записанных при ударе о единственный бетонный блок в 10 различных местах, показанных на фиг.8. Обратите внимание, что точка 5 (в кружке), соответствующая удару по центральной перемычке блока со стороны торцевой оболочки, дает простейший акустический спектр, в котором преобладает одиночная низкочастотная мода колебаний.

РИС. 10 — график зависимости ln f c ‘от резонансных частот, извлеченных из акустических сигналов, генерируемых бетонными блоками. Черные квадраты — это результаты из местоположения 5 , черные треугольники — из местоположения 7 , а черные кружки — из местоположения 8 .

Сначала обратимся к РИС. На фиг.3 показан один иллюстративный вариант устройства для неразрушающего измерения модуля упругости и прочности на сжатие образца кладки. В этом случае предусмотрена поддерживающая конструкция для поддержки образца 23, в виде рамы 21 , имеющей две разнесенные боковые направляющие, которые параллельны друг другу и соединены между собой двумя поперечинами, чтобы определить зону испытания между ними. Два опорных троса 22 пролегают под натяжением через испытательную площадку между боковыми рельсами на противоположных сторонах рамы, так что тросы параллельны и разнесены друг от друга в продольном направлении рельсов на регулируемую величину, определяемую монтажом. расположение концов проводов на соответствующих направляющих каркаса.

Образец 23 , который является удлиненным в продольном направлении, обычно поддерживается в зоне испытания рамы между двумя боковыми направляющими посредством опоры на двух опорных тросах 22 на ближайших противоположных концах образца. Таким образом, продольное направление образца совмещено перпендикулярно опорным тросам 22 и параллельно боковым направляющим 21 рамы. Образцу могут быть предоставлены уже известные физические атрибуты, относящиеся к размеру, форме и типу материала, или эти свойства могут быть определены с использованием инструмента определения физических свойств, например, для измерения размеров и идентификации материала.

Устройство дополнительно включает в себя стимулятор, имеющий поразительный элемент 24 в виде шарикового подшипника, подвешенный маятник кабеля расположены по отношению к несущей конструкции образца таким образом, что маятник смещает ударный элемент в целом в продольном направлении образца и в продольном направлении боковых направляющих рамы в точке удара поражающего элемента с образцом. Таким образом, поражающий элемент может свободно отскакивать от образца после удара по существу неограниченным образом, чтобы минимизировать влияние поражающего элемента на колебания, вызываемые внутри образца.В показанном варианте осуществления ударный элемент поддерживается по отношению к несущей конструкции, которая поддерживает образец на нем таким образом, что ударный элемент выполнен с возможностью удара образца в месте, которое производит один доминирующий режим колебаний.

Устройство дополнительно включает в себя датчик отклика в виде микрофона 25 , иначе описываемый здесь как приемник акустического отклика. Когда он представлен в виде микрофона 25 , датчик отклика представляет собой преобразователь, способный улавливать звуковые сигналы, передаваемые по воздуху, и генерировать сигнал отклика, который представляет собранные звуковые сигналы, передаваемые по воздуху, которые определяют акустический отклик на удар поражающего элемента. 24 с образцом, иначе именуемым здесь стимулом, вызывающим акустический отклик.

Сигнальный процессор , 26, устройства предоставляется в виде компьютерного устройства, имеющего память в нем, и компьютерного процессора, выполненного с возможностью выполнения программных инструкций, хранящихся в памяти, для выполнения различных функций устройства, как описано в данном документе. Компьютерное устройство дополнительно включает в себя ввод пользователя для приема инструкций от оператора устройства и ввод сигнала микрофона, образующий проводное соединение с микрофоном для приема сигнала ответа, генерируемого микрофоном в компьютерном устройстве.Экран дисплея также предусмотрен для отображения результатов оператору и для отображения других промежуточных данных, относительно которых оператор может делать выбор. Компьютерное устройство обычно обеспечивает функцию анализатора сигнала акустического отклика для количественной оценки соответствующих характеристик в сигнале отклика и измерителя прочности образца, который определяет и / или рассчитывает одно или несколько свойств материала, относящихся к образцу, на основе определенных физических атрибутов образца и количественные соответствующие характеристики ответного сигнала. В частности, сигнальный процессор 26 использует установленную корреляцию между прочностью на сжатие и акустической частотой, измеренной по воздушному сигналу, для вычисления прочности на сжатие образца с использованием количественно определенных характеристик образца вместе с предписанными физическими характеристиками образца. образец.

Общая функция устройства теперь будет описана со ссылкой на фиг. 1. Как показано, обычно предоставляется держатель для образца 12 , на который опирается испытуемый образец 3 .Подставка для образца , 12, может представлять собой раму 21, с натянутыми проволоками 22 , как описано выше, или, альтернативно, может иметь форму поддерживающей поверхности, которая не вибрирует симпатично акустическому отклику на стимул, приложенный к образцу. В еще дополнительных вариантах осуществления образец может быть подвешен на тросах поддерживающей конструкции. Использование тугих проводов или кабелей подвесков имеет эффект минимизации помех колебаний между образцом и опорной конструкцией.

В других вариантах реализации держатель образца 12 может принимать форму окружающей конструкции, внутри которой установлен образец. В этом случае могут потребоваться специальные приспособления при расчете свойств материала образца, как более подробно описано ниже.

Чтобы инициировать испытание образца для определения свойств материала образца, предоставляется стимулятор 1 с поражающим элементом, который мгновенно воздействует на образец, вызывая акустический отклик в виде звуковых сигналов.Стимулятор 1, может иметь форму маятникового ударного элемента 24 , как показано на фиг. 3, или другой вид ударного элемента, который ускоряется по направлению к образцу для создания удара с помощью подходящей пружины, также как описано в данном документе. В любом случае ударный элемент предпочтительно поддерживается относительно несущей конструкции, которая поддерживает на ней образец, так что поражающий элемент может свободно отскакивать от образца после удара по существу неограниченным образом.

Устройство согласно фиг. 1 дополнительно включает в себя устройство для сбора акустического отклика 5 , которое улавливает звуковые сигналы, формирующие акустический отклик на воздействие стимулятора. Когда приемник представляет собой микрофон 25 , он способен улавливать звуковые сигналы, передаваемые по воздуху, однако приемник 5 может также иметь форму любого другого подходящего преобразователя, способного улавливать звуковые сигналы для генерации ответного сигнала, представляющего захваченные звуковые сигналы. например акселерометр, закрепленный на образце.

Ответный сигнал 6 , сгенерированный накопителем 5 , передается на анализатор сигнала акустического отклика 7 процессора сигналов 26 . Анализатор сигналов 7 идентифицирует пики в ответном сигнале 6 и выполняет другой анализ сигнала, как описано в данном документе, для определения соответствующих характеристик 8 в ответном сигнале 6 . Анализатор сигналов 7 может идентифицировать вибрации модели репрезентативных колебаний ударного элемента или колебаний несущей конструкции для поддержки образца на нем, чтобы обеспечить компенсацию этих интерферирующих колебаний до определения соответствующих функций в пределах оставшегося сигнала отклика 6 , который представляет собой колебания акустического отклика внутри самого образца.

Измеритель прочности образца 11 процессора сигналов 26 собирает данные от анализатора сигнала акустического отклика в виде количественно определенных характеристик 8 , а также заданных физических свойств 10 образца, которые могут быть известными свойствами, вводимыми оператором посредством пользовательского ввода процессора сигналов 26, , или могут быть измеренными свойствами, которые определяются определителем физических свойств 9 .В любом случае процессор сигналов объединяет соответствующие данные и выполняет подходящие вычисления с использованием выбранных формул, как более подробно описано ниже, для расчета или вывода динамического модуля упругости и прочности на сжатие испытываемого образца.

Таким образом, блок-схема на фиг. 1 схематично представлена ​​функция согласно одному типичному варианту осуществления изобретения для неразрушающего измерения модуля упругости и / или прочности на сжатие испытуемого образца ( 3 ).Исследуемый образец ( 3 ) может быть каменным кирпичом или блоком, которые обычно используются в строительстве во всем мире.

Стимулятор ( 1 ) применяет неразрушающий стимул ( 2 ) к исследуемому образцу ( 3 ). Стимулятор ( 1 ) активен, чтобы вызвать акустический отклик ( 4 ) в испытуемом образце ( 3 ). В одном варианте осуществления изобретения стимулятор ( 1 ) содержит маятник, используемый для удара по испытуемому образцу.В другом варианте стимулятор ( 1 ) содержит подпружиненный ударник. Конкретный вариант подпружиненного бойка представляет собой цилиндрический ударник с тупым концом весом несколько унций, который содержится вместе с пружиной в свободно закрывающейся втулке, размер которой примерно равен ручке. Пружина сжимается при подготовке к срабатыванию. Цилиндрический ударник при срабатывании сначала ускоряется пружиной. После ускорения ударник отходит от пружины и ударяет по испытуемому образцу за счет собственного импульса.После этого ударник может беспрепятственно отскакивать назад, избегая таким образом влияния на акустический отклик испытуемого образца. Подпружиненный ударник оптимально спроектирован для минимизации шума, создаваемого собственными вибрациями во время работы. В другом варианте стимулятор ( 1 ) представляет собой молоток. Хотя этот вариант может показаться наиболее привлекательным, вибрация молота после удара по испытуемому образцу ( 3 ) создает звуковой сигнал, который может мешать звуковому сигналу, производимому блоком.В рамках изобретения требуются дополнительные обрабатывающие элементы для уменьшения таких помех, и, в зависимости от молотка, получение точного результата может оказаться невозможным.

Acquirer Acquirer ( 5 ) активен для обнаружения акустического отклика ( 4 ) и создания одного или нескольких сигналов акустического отклика ( 6 ) для последующего анализа. Одним из вариантов осуществления Acquirer акустического отклика ( 5 ) является аудиомикрофон, активный для обнаружения звукового сигнала, передаваемого по воздуху, который создается при применении стимула ( 2 ).Другой вариант осуществления Acquirer акустического отклика ( 5 ) включает один или несколько акселерометров, стратегически расположенных на исследуемом образце ( 3 ) и активных для обнаружения передаваемого блоком звукового сигнала, который создается при появлении стимула ( 2 ) применяется. В этом варианте осуществления акселерометры расположены таким образом, чтобы улавливать выбранный режим вибрации испытуемого образца ( 3 ). Этот выбранный режим вибрации может быть, а может и не быть режимом, который вносит основной вклад в воздушный звуковой сигнал.

Анализатор сигнала акустического отклика ( 7 ) активен для получения соответствующих характеристик ( 8 ) из сигнала акустического отклика ( 6 ). Один вариант осуществления анализатора сигнала акустического отклика ( 7 ) включает применение методов анализа спектра для получения оценки частотного спектра сигнала акустического отклика ( 6 ). За этим следует определение частот наибольших пиков в частотном спектре, называемых здесь доминирующими резонансными пиками или модами.Другие характеристики также могут быть получены из сигнала акустического отклика ( 6 ), например, ширина полосы резонансных мод, временные атрибуты или характеристики, полученные из вейвлет-анализа. Анализатор сигналов акустического отклика ( 7 ) также активен для оценки того, согласуются ли свойства звукового сигнала в совокупности с правильно выполненным тестом. Обычно это включает сравнение сигнала с определенными критериями, которые устанавливают, правильно ли был проведен тест.Рейтинг достоверности также может быть сгенерирован путем определения того, насколько близко сигнал соответствует определенным критериям, чтобы присвоить уровень достоверности результатам теста и / или попросить пользователя повторить попытку. В некоторых случаях можно определить вероятную причину некорректного сигнала и либо компенсировать недостаток, либо дать пользователю указания относительно того, почему тест был отклонен. В некоторых случаях это также может использоваться для выявления и компенсации отклонений от ожидаемых физических свойств испытуемого образца или условий испытания.

В анализатор сигналов акустического отклика ( 7 ) может быть включена дополнительная обработка, чтобы компенсировать нежелательное влияние держателя образца ( 12 ) на соответствующие характеристики ( 8 ). Дополнительная обработка может также быть включена в анализатор сигналов акустического отклика ( 7 ) для компенсации нежелательного влияния совпадающих акустических сигналов, которые исходят из стимулятора ( 1 ).

Измеритель прочности образца ( 11 ) активен для измерения динамического модуля упругости и прочности на сжатие образца на основе соответствующих характеристик ( 8 ) и физических свойств ( 10 ) испытуемого образца. .В одном варианте осуществления используются выбранные резонансные режимы, полученные из одного или нескольких акустических откликов, для которых Стимулятор ( 1 ) применяется к одному или нескольким позициям на испытуемом образце. Эти соответствующие характеристики математически комбинируются с измерениями размера и геометрии образца для получения меры прочности на сжатие образца. Вариант этого варианта осуществления заключается в выборе математической функции для измерения прочности на сжатие из набора таких математических функций на основе индикаторов, которые идентифицируют стандартный размер и форму, которые описывают испытываемые элементы кладки.В этом варианте воплощения физические факторы неявно учитываются в математических функциях и, таким образом, не требуются в качестве входных данных для математических функций.

Конструкция держателя образца ( 12 ) может повлиять на точность и надежность результатов, а также на сложность анализа сигналов, необходимого для получения результатов. Образец должен быть оптимально физически отделен от поддерживающего устройства, чтобы минимизировать случайные колебания поддерживающего устройства и позволить свободную (свободную) вибрацию образца.В литературе по модальному анализу это иногда называют «бесплатно-бесплатно». Кроме того, акустические сигналы, возникающие в результате резонанса опорного устройства должны быть относительно небольшими и / или существенно отличаться от ожидаемых резонансных частот образца при испытании, так что колебания случайных устройств можно отличить от колебаний образца. В одном из вариантов держателя образца образец подвешивают на проволоке, подвешенной под устройством в виде стола. В другом варианте осуществления образец может быть помещен на туго натянутую опорную проволоку или опорные точки, прикрепленные к раме, так что взаимное влияние на основные виды вибрации образца сводится к минимуму.В еще одном варианте осуществления образец может быть помещен на амортизирующий материал, такой как пена или наполненная воздухом подушка, чтобы позволить образцу вибрировать независимо от окружающего твердого материала. Однако, помимо этих предпочтительных условий опоры, изобретение все же может применяться, когда образец помещается на землю или на твердую поверхность, такую ​​как бетонный пол.

В некоторых случаях полная оценка может включать комбинацию результатов более чем одной стимуляции.

Изобретение может быть использовано для испытания элемента кладки, встроенного в конструкцию кладки, путем применения стимула и анализа производимого звукового сигнала.Испытуемый образец ( 3 ) представляет собой элемент кладки, который получает стимул, а держатель образца ( 12 ) неявно является остальной частью конструкции. Хотя это не всегда возможно, тот факт, что образец и держатель образца в этом случае тесно связаны (обычно с раствором), можно решить, приняв стратегии анализа в Анализаторе сигналов акустического отклика ( 7 ), прочности образца. Измеритель ( 11 ) и Определитель физических свойств ( 10 ), которые учитывают влияние сильной связи на звуковой сигнал.Другие аспекты конструкции кладки также могут потребоваться во внимание, такие как наличие материала или армирующих элементов в пустотах блоков кладки.

Изобретение также может быть включено как часть режима испытаний бетонной стены или другой конструкции. Принцип заключается в том, что на некоторые аспекты звука, производимого при ударе по конструкции во время испытания, в большей степени будут влиять свойства материала вблизи точки удара, чем свойства материала, находящегося дальше от точки удара.«Граница» между испытуемым образцом и опорой для образца в этом случае больше не существует, скорее, она заменяется градиентом влияния испытуемого материала на соответствующие акустические свойства. Как и прежде, хотя это не всегда возможно, эти условия можно решить, применив стратегии анализа в анализаторе сигналов акустического отклика ( 7 ), измерителе прочности образца ( 11 ) и определителе физических свойств ( 10 ). ) с учетом обстоятельств испытания.Также может потребоваться учитывать другие аспекты стены, такие как пустоты, изменение толщины стенки или наличие усиливающих элементов.

Принципы работы и методология.

Следующее описание конкретного варианта осуществления изобретения в сочетании с аналитическими и экспериментальными результатами, полученными при разработке и использовании такого варианта осуществления, полезно для понимания принципов действия изобретения.

Пример выполнения и проверка подхода с использованием цилиндров.Установлено, что нормальные режимы вибрации каменной кладки тесно связаны с преобладающими частотами сигнала воздушного звукового сигнала, создаваемого ударом по каменной кладке. Это соотношение было подтверждено теоретическими и экспериментальными результатами, полученными для сплошного цилиндра, который является одной из простейших стандартных форм, используемых для испытаний кладки. Для цилиндра длиной L и диаметром D можно использовать известные принципы физики для получения естественных или нормальных форм колебаний, т.е.е. продольная мода, крутильная мода и поперечная мода, как показано на фиг. 2.

Как показано в [15], скорость звука при продольных колебаниях v long для цилиндра из материала с модулем упругости E и плотностью ρ задается как

vlong = Eρ (1)

Аналогично, скорость крутильного режима задается как v tor = √ {квадратный корень из (G / ρ)}, где G — модуль сдвига материала. Поскольку модуль сдвига ниже модуля упругости, продольная скорость больше скорости крутильной моды.

Для изолированного цилиндра резонансные продольные колебания будут возникать, когда длина волны колебаний λ совпадает с длиной цилиндра L,

L = n2λ, где n = 1,2,3 ,… (2)

Объединяя это с соотношением между длиной волны, частотой и скоростью волны, получаем:

vlong = λf = 2nLf (3)

Уравнение (3) обеспечивает метод для измерение скорости продольной нормальной моды волн в кирпичных цилиндрах на основе длины цилиндра и определение резонансных частот колебаний f для каждого порядка (n = 1, 2, 3.. . ) колебания. Для моды низшего порядка (n = 1) имеем v long = 2Lf.

Обратите внимание, что уравнение (3) в сочетании с уравнением (1) подразумевает, что, зная длину цилиндра и резонансную частоту, можно определить акустическую скорость и получить представление о свойствах испытуемого материала.

Одна из задач, решаемых в этом изобретении, заключается в обеспечении того, чтобы звуковой сигнал определялся в первую очередь вибрациями образца кладки при его стимуляции. Вибрации устройства, используемого для стимуляции образца, и устройства, используемого для поддержки образца, приведут к искажающим сигналам, зарегистрированным в воздушном звуке. Более того, предположения о размере и форме образца могут оказаться недействительными, если поддерживающее устройство физически соединено с образцом таким образом, что существенно влияет или ограничивает естественную свободную вибрацию образца. Пример того, как можно управлять этими факторами, показан на фиг. 2, где кладка (бетонный цилиндр или бетонный блок) помещается поверх двух проволок, чтобы облегчить относительно свободную вибрацию образца и механически изолировать образец от окружающей среды.Здесь используется стальная рама, на которой установлены две регулируемые проволочные опоры. Хотя этот вариант осуществления используется в настоящее время, каменная кладка может также поддерживаться пенопластовой изоляцией или резиновым покрытием и т.д., которые в равной степени способны выполнять эту функцию поддержки и изоляции.

Акустическая стимуляция осуществляется путем подачи короткого механического импульса путем ударов по испытуемому образцу шарикоподшипником или подпружиненным ударником. Хотя молоток может показаться привлекательной альтернативой, вибрации самого молотка часто создают звук, который мешает сигналу, производимому пробитым сэмплом.Масса молотка также имеет тенденцию приводить к более длительному стимулу, который подавляет возбуждение высокочастотных мод колебаний образца.

Один вариант подпружиненного бойка может быть выполнен из ручного осветительного устройства размером с ручку, которое обычно носят туристы и люди, работающие на открытом воздухе в местах, где могут быть нападения крупных животных, таких как медведи. Эти устройства имеют небольшой цилиндрический металлический ударник, который перемещается внутри металлической гильзы. Вы сдвигаете ударник назад, чтобы сжать пружину, расположенную внутри гильзы за штифтом.Когда штифт отпущен, пружина толкает его вперед. Ударник для этого варианта был создан путем разборки факельного устройства и поворота ударника таким образом, чтобы тупой конец ударял по образцу. Для достижения наилучших результатов ударный элемент, то есть ударник, должен отходить от пружины и свободно перемещаться под собственным импульсом внутри втулки в момент удара по образцу. Это позволяет поражающему элементу быстро отскакивать после удара и оставаться вне контакта с образцом.

Импульс заставляет кирпичную кладку вибрировать в некоторой комбинации нормальных режимов вибрации. Например, для цилиндра он возбуждает комбинацию продольной моды, крутильной моды и поперечной моды. Звук, генерируемый этим импульсом, записывается микрофоном (USB-микрофон Blue Yeti Studio, 16 бит, частота дискретизации 48 кГц), подключенным к цифровому компьютеру. Звук оцифровывается с помощью кроссплатформенного программного пакета с открытым исходным кодом (Audacity). Спектральный анализ, основанный на быстром преобразовании Фурье (БПФ), используется для получения оценки спектра сигнала.Частота дискретизации 48 кГц устанавливает теоретический верхний предел 24 кГц для обнаружения частоты. Записанный сигнал подготавливается для анализа БПФ путем заполнения нулями начала и конца импульсной характеристики, чтобы гарантировать, что количество точек данных равно степени 2. Обработка данных выполняется специально написанным кодом Python (Python 2.7), полагаясь на программное обеспечение с открытым исходным кодом из модуля Python scipy.fftpack. Частотные компоненты ниже 400 Гц или выше 20 кГц игнорируются, поскольку они либо ненадежны, либо подвержены искажению из-за окружающего или инструментального шума.

Пример акустического сигнала от бетонного цилиндра (длина 30 см, диаметр 15 см) и его БПФ показаны на фиг. 4. Этот образец ударяли по центру одного плоского конца, который наиболее эффективно вводит входной импульс в продольную моду колебаний цилиндрического образца. Частотный спектр, полученный с помощью БПФ, демонстрирует явное свидетельство преобладающего продольного резонанса более высокой частоты и гораздо меньшего вклада крутильной моды более низкой частоты.

Место удара важно. Механический импульс, приложенный к образцу, будет вызывать колебания в различных нормальных режимах вибрации, в зависимости от того, где импульс попадает в образец. Как проиллюстрировано выше, удары по цилиндрическому образцу в середине торца предпочтительно возбуждают колебания продольной моды. Напротив, удары по цилиндру сбоку будут передавать энергию преимущественно в торсионную и поперечную моды колебаний. ИНЖИР. 5 показывает этот вариант. Таким образом, для каждой формы испытываемой каменной кладки указывается стандартное место удара.Это гарантирует, что один и тот же режим (ы) колебаний будет запрашиваться от образца к образцу, и позволяет избежать вводящих в заблуждение результатов из-за сравнения различных режимов.

Эта процедура акустических испытаний была проведена на более чем 60 бетонных цилиндрах, изготовленных в отделе гражданского строительства BCIT. Состав бетона был изменен для каждого образца, чтобы получить диапазон прочности на сжатие. После акустических испытаний образцы были подвергнуты разрушающим испытаниям для определения их прочности на сжатие, f c ′, с использованием стандартной машины для испытания кирпичной кладки Test Mark TM-6000-DB. Это разрушающее испытание показало, что прочность на сжатие колеблется от 3 до 30 МПа. Скорости звука для продольных и крутильных мод колебаний, наблюдаемых для цилиндрических испытательных образцов, были выведены из измеренных резонансных частот и уравнения. (3). Эти скорости сравнивались с измеренными значениями прочности на сжатие. Была обнаружена сильная корреляция между натуральным логарифмом прочности на сжатие (ln f c ′) и скоростями. Результаты показаны на фиг.6. Находим,


ln f c ′ = −0,40 (8) +0,00103 (3) · [2 Lf long ] (4)

для продольной моды колебаний, и


ln f c ′ = −0,20 (7) +0,00162 (4) · [2 Lf tor ] (5)

для крутильного режима.

Выбор линеаризации графика упрощает анализ и позволяет применить простой регрессионный анализ к набору данных. Для этих данных коэффициент корреляции r-квадрат Пирсона был равен 0.95. То есть 95% вариации ln f c ′ объяснялось изменением измеренных акустических скоростей.

Значения крутизны (0,00103) и (0,00162) для продольной и крутильной мод колебаний соответственно различаются. Это является следствием уравнения (1), которое гласит, что скорость продольной моды волны пропорциональна квадратному корню из модуля упругости материала, в то время как крутильная (и поперечная мода) пропорциональна квадратному корню из (меньшего) модуль сдвига.Если эти константы (или одна из них и коэффициент Пуассона) известны для испытуемых образцов, то скорости различных режимов могут быть связаны друг с другом после стандартного анализа упругих констант для изотропных материалов [16]. Анализ набора метаданных повысит эффективность корреляции, но значительно усложнит методологию калибровки кладки. В зависимости от приложения эта дополнительная сложность может не стоить затраченных усилий, учитывая сильную корреляцию, полученную при использовании более простого подхода.

Извлеченные константы подгонки будут зависеть от материала, используемого для создания кладки, формы кладки и режима колебаний. Таким образом, индивидуальные составы и формы каменных блоков могут быть откалиброваны, указав место удара и выполнив процедуру калибровки, описанную выше. Обратите внимание, что уравнения (4) и (5) могут быть повторно выражены через измеренные акустические частоты при условии, что форма (в данном случае длина) фиксируется от образца к образцу. То есть, поглощая (постоянный) коэффициент формы 2L на склонах, получаем


ln f c ′ = -0.40 (8) +0,00618 (18) · [ f long ] (6)


и


ln f c ′ = −0,20 (7) +0,00972 (24) · [ f тор ] (7)

для продольной и крутильной форм колебаний соответственно. То есть для фиксированной формы существует сильная корреляция между прочностью на сжатие и акустической частотой, измеренной по воздушному сигналу.

Расширение для использования на изолированных блоках.

Результаты, описанные выше для цилиндров, предоставляют убедительные доказательства в поддержку использования изобретения при испытании элементов каменной кладки более сложных форм. Для цилиндров была продемонстрирована сильная корреляция между частотой резонансных мод и прочностью на сжатие, и обоснование этой корреляции было прослежено до свойств материала цилиндра в сочетании с размером. Более сложная форма, такая как кирпичные блоки, которые обычно используются в строительстве, также должна демонстрировать такое же поведение. То есть, зная размер и форму бетонного блока, резонансы, вызванные импульсной стимуляцией блока, можно использовать для оценки прочности блока.

Для более сложных форм точное соотношение между частотой и силой может быть несколько более эмпирическим. Для цилиндров можно воспользоваться преимуществами основанного на физике анализа резонансных свойств, но для блоков или других сложных форм аналитический подход, основанный на физике, может быть чрезвычайно сложным. Одна из альтернатив — использование методов конечно-элементного анализа для получения взаимосвязей. Другая альтернатива предлагается уравнениями (6) и (7): для фиксированного размера и формы кирпичной кладки можно было бы ожидать, что, поскольку размеры не меняются, соотношение может быть выражено как


ln f c ′ = a + b · [ f ] (8)

Параметры a и b можно откалибровать в соответствии с процедурой, описанной для цилиндров. Этот подход является чисто эмпирическим и не полагается на аналитические методы для отделения внешних (формных) факторов от внутренних (внутренние свойства материала переносятся в акустических частотах). Параметр b содержит информацию о геометрической форме кирпичной кладки. При условии, что форма постоянна, b будет допустимой константой для определения прочности. Преимуществом такого эмпирического подхода является простота реализации. Хотя он менее гибкий, чем полный физический анализ или метод анализа методом конечных элементов, он может быть применен любым, кто хочет использовать описанную здесь процедуру неразрушающего акустического контроля.Одним из недостатков является то, что можно было бы ожидать увидеть немного меньшую корреляцию между измеренными резонансными частотами и прочностью на сжатие из-за различий в размерах образцов от одного блока кладки к другому, не компенсируемого напрямую в уравнении калибровки (8). Это незначительный недостаток для типичных коммерческих элементов кладки, размер которых незначительно меняется.

Пример эмпирической калибровки для испытания бетонных блоков.

Как отмечалось для цилиндров, расположение стимуляции важно, и при сложной форме будет больше видов колебаний.Хотя наличие нескольких мод в сигнале импульсного отклика может быть согласовано с помощью более сложного уравнения, связывающего мощность с частотой, можно упростить решение, выбрав место стимуляции, которое предпочтительно возбуждает очень мало мод. Для большей простоты желательно наносить удары по каменной кладке в месте, которое производит только один или несколько доминирующих видов вибрации. Использование стандартной формы и стандартного места удара облегчает реализацию метода эмпирической калибровки, описанного в предыдущем разделе.В качестве подтверждения этого подхода процедура испытаний была применена к двухэлементным бетонным блокам, изготовленным в BCIT, с размерами, указанными на фиг. 7. Чтобы определить оптимальное место удара, одиночный образец стимулировали подпружиненным ударником в 10 различных местах, показанных на фиг. 8. Были записаны передаваемые по воздуху сигналы из каждого местоположения, а резонансные частоты извлечены с использованием анализа БПФ. Спектры, показанные на фиг. 9, демонстрируют сложность наблюдаемых акустических режимов вибрации, отражающих сложную форму кирпичной кладки.На основании этих данных в месте удара 5 вдоль центральной перемычки со стороны лицевой оболочки обнаружена единственная сильная мода колебаний. Другие места прорывов вдоль центральной сети (места 7 и 8 ) также показали более простые спектры БПФ по сравнению с другими положениями прорывов. Таким образом, они были приняты в качестве оптимальных испытательных площадок для демонстрации калибровки. Для других форм кирпичной кладки аналогичное обследование может быть выполнено для определения оптимального места удара.

Всего 31 бетонный блок был испытан в соответствии с процедурой, описанной в разделе о цилиндрах этого документа. Доминирующий частотный пик из анализа БПФ для ударов блоков в точках 5 , 7 и 8 — все они расположены вдоль центральной стенки образцов — сравнивали с их измеренной прочностью на сжатие. Для этого набора образцов прочность на сжатие снова составляла от 3 до 30 МПа. В соответствии с уравнением (8) были построены натуральные логарифмы прочности на сжатие как функция доминирующих резонансных частот для каждого из трех мест простирания.Как показано на фиг. 10, существует сильная корреляция между ln f c ′ и частотами f, что соответствует нашим ожиданиям.

Регрессионный анализ данных, представленных на фиг. 10 дали результаты подгонки, перечисленные в следующей таблице. Как и в случае с бетонными цилиндрами, результаты блоков подтверждают экспоненциальную зависимость между прочностью на сжатие и измеренными акустическими частотами. Корреляция, извлеченная для этих данных, по своим характеристикам сопоставима с данными цилиндров.Ожидается немного худшая корреляция, поскольку не было попытки связать измеренные частоты со скоростями акустических волн. Таким образом, изменение размеров от одного образца к другому не компенсируется в этом подходе. Зависимость наклона от режима колебаний согласуется с гипотезой о том, что скорость акустической волны определяется уравнением. (1) и (3). Для каждой другой моды акустическая скорость волны будет зависеть от различных внутренних факторов, таких как модуль упругости или модуль сдвига, коэффициент Пуассона для материала, а также соответствующий размер L, участвующий в режиме колебаний.

46 −1 905 cn 905 + 0,00254 (7) f
Пирсон в квадрате
Место удара Параметры подгонки Коэффициент
0,93
7 ln f ‘ c = -0,41 (4) + 0,00150 (2) f 0,98
8 ln ln = −0,28 (7) + 0.00110 (3) f 0,94

В приведенной выше таблице параметры подгонки линейной регрессии перечислены в соответствии с корреляцией между измеренной прочностью на сжатие бетонных блоков (в f c ′) и преобладающие акустические частоты, обнаруженные от импульсных ударов в местах расположения блоков 5 , 7 и 8 (см. фиг. 8). Коэффициенты r-квадрат Пирсона снова демонстрируют сильную корреляцию между этими двумя параметрами.

Анализ данных не ограничивается этим простым подходом к исследованию одного режима колебаний. Сила корреляции и достоверность прогнозов могут быть улучшены путем выполнения многорежимного анализа, который включает данные из различных режимов колебаний, чтобы создать более надежный предсказатель прочности на сжатие. Наличие нескольких режимов также может быть использовано для подтверждения того, что образцы действительно были отбиты в правильном месте. В сочетании с анализом мод колебаний кирпичной кладки методом конечных элементов можно идентифицировать различные режимы и согласовывать их с измеренными резонансами.Такой подход упростил бы анализ сигналов от различных мест столкновения (либо в виде отдельных наборов данных, либо в комбинации), что дает более богатую акустическую информацию.

Поскольку в мое изобретение могут быть внесены различные модификации, как описано здесь выше, и сделано много очевидно сильно отличающихся вариантов его осуществления, предполагается, что все содержание, содержащееся в сопроводительном описании, должно интерпретироваться только как иллюстративное, а не в ограничивающем смысле.

Процессы отверждения глины и бетонных материалов Патенты и заявки на патенты (класс 264 / DIG43)

Номер патента: 5686037

Abstract: Настоящее изобретение относится к новой керамической массе или материалу и их использованию в промышленности строительных материалов для производства кирпича, керамического камня, кровельной черепицы, больших блоков и т.п.Формовочную керамическую массу получают путем смешивания глины, наполнителя, такого как песок, гидроксида кальция, который может быть в форме гашеной извести, и водного раствора агента, активирующего отверждение. Затем формуемой массе придают форму, например путем формовки пластика в неотвержденные строительные элементы, которые, в свою очередь, подвергаются термообработке, включая предварительную сушку, термическую обработку в атмосфере насыщенного пара и последующий нагрев и сушку с постепенным снижением влажности. Предварительную сушку проводят при температуре 60-70 ° С. C. снизить влажность до 12-14%. Термическую обработку проводят при температуре 95-100 ° С. С.

Тип: Грант

Зарегистрирован: 3 ноября 1995 г.

Дата патента: 11 ноября 1997 г.

Цессионарий: ООО «Экспресс-Керамика»

Изобретателей: Семен Константинович Комков, Семен Анатольевич Рябинки

% PDF-1. 3 % 1 0 obj > endobj 7 0 объект > endobj 2 0 obj > endobj 3 0 obj > транслировать конечный поток endobj 4 0 obj > endobj 5 0 obj > endobj 6 0 obj > endobj 8 0 объект > endobj 9 0 объект / Счетчик -2 / След. 21 0 R /Заголовок / Родитель 4 0 R / Первые 22 0 Р / Последние 23 0 руб. >> endobj 10 0 obj / Количество -290 /Заголовок / Родитель 4 0 R / Назад 24 0 Р / Первые 25 0 Р / Последний 26 0 руб. >> endobj 11 0 объект > endobj 12 0 объект > endobj 13 0 объект > endobj 14 0 объект > endobj 15 0 объект 54 0 Прав 55 0 Прав 56 0 Прав 57 0 Прав 58 0 Прав 59 0 Прав 60 0 Прав 61 0 Прав 62 0 Прав 63 0 Прав 64 0 Прав 65 0 Прав 66 0 Прав 67 0 Прав 68 0 Прав 69 0 R 70 0 R 71 0 R 72 0 R 73 0 R 74 0 Прав 75 ​​0 Прав 76 0 Прав 77 0 Прав 78 0 Прав 79 0 R 80 0 R 81 0 R 82 0 R 83 0 R 84 0 Прав 85 0 Прав 86 0 Прав 87 0 Прав 88 0 Прав 89 0 R 90 0 R 91 0 R 92 0 R 93 0 R 94 0 Прав 95 0 Прав 96 0 Прав 97 0 Прав 98 0 Прав 99 0 Прав 100 0 Прав 101 0 Прав 102 0 Прав 103 0 Прав 104 0 правый 105 0 правый 106 0 правый 107 0 правый 108 0 правый 109 0 R 110 0 R 111 0 R 112 0 R 113 0 R 114 0 R 115 0 R 116 0 R 117 0 R] / Лимиты [] >> endobj 16 0 объект 118 0 R 119 0 R 120 0 R 121 0 R 122 0 R 123 0 справа 124 0 справа 125 0 справа 126 0 справа 127 0 справа 128 0 R 129 0 R 130 0 R 131 0 R 132 0 R 133 0 R 134 0 R 135 0 R 136 0 R 137 0 R 138 0 R 139 0 R 140 0 R 141 0 R 142 0 R 143 0 R 144 0 R 145 0 R 146 0 R 147 0 R 148 0 R 149 0 R 150 0 R 151 0 R 152 0 R 153 0 R 154 0 R 155 0 R 156 0 R 157 0 R 158 0 Прав 159 0 Прав 160 0 Прав 161 0 Прав 162 0 Прав 163 0 Прав 164 0 Прав 165 0 Прав 166 0 Прав 167 0 Прав 168 0 R 169 0 R 170 0 R 171 0 R 172 0 R 173 0 R 174 0 R 175 0 R 176 0 R 177 0 R 178 0 R 179 0 R 180 0 R 181 0 R] / Лимиты [] >> endobj 17 0 объект 182 0 R 183 0 R 184 0 R 185 0 R 186 0 R 187 0 R 188 0 R 189 0 R 190 0 R 191 0 R 192 0 R 193 0 R 194 0 R 195 0 R 196 0 R 197 0 R 198 0 R 199 0 R 200 0 R 201 0 R 202 0 R 203 0 R 204 0 R 205 0 R 206 0 R 207 0 R 208 0 R 209 0 R 210 0 R 211 0 R 212 0 R 213 0 R 214 0 R 215 0 R 216 0 R 217 0 R 218 0 R 219 0 R 220 0 R 221 0 R 222 0 R 223 0 R 224 0 R 225 0 R 226 0 R 227 0 R 228 0 R 229 0 R 230 0 R 231 0 R 232 0 R 233 0 R 234 0 R 235 0 R 236 0 R 237 0 R 238 0 R 239 0 R 240 0 R 241 0 R 242 0 R 243 0 R 244 0 R 245 0 R] / Лимиты [] >> endobj 18 0 объект 246 0 R 247 0 R 248 0 R 249 0 R 250 0 R 251 0 справа 252 0 справа 253 0 справа 254 0 справа 255 0 справа 256 0 R 257 0 R 258 ​​0 R 259 0 R 260 0 R 261 0 R 262 0 R 263 0 R 264 0 R 265 0 R 266 0 R 267 0 R 268 0 R 269 0 R 270 0 R 271 0 R 272 0 R 273 0 R 274 0 R 275 0 R 276 0 R 277 0 R 278 0 R 279 0 R 280 0 R 281 0 R 282 0 R 283 0 R 284 0 R 285 0 R 286 0 $ 287 0 $ 288 0 $ 289 0 $ 290 0 $ 291 0 R 292 0 R 293 0 R 294 0 R 295 0 R 296 0 R 297 0 R 298 0 R 299 0 R 300 0 R 301 0 R 302 0 R

Модуль упругости бетона — определение и важность при проектировании

Модуль упругости бетона (Ec) определяется как отношение приложенного напряжения к соответствующей деформации. Он не только демонстрирует способность бетона противостоять деформации из-за приложенного напряжения, но и его жесткость. Другими словами, он отражает способность бетона упруго отклоняться. Модуль упругости бетона зависит от пропорций заполнителя и смеси бетона.

При проектировании бетонных конструкций очень важен модуль упругости, который требует определения. Линейный расчет элементов, основанный на теории упругости, используется в некоторых случаях для удовлетворения требований предельного состояния по прочности и пригодности к эксплуатации, например, при проектировании предварительно напряженных бетонных конструкций.

Общие применимые нормы по всему миру, такие как Кодекс ACI, Европейский Кодекс, Британские стандарты, Канадская ассоциация стандартов и Индийский стандарт, предоставили формулу для расчета модуля упругости бетона.

Расчет модуля упругости бетона

Расчет модуля упругости бетона с использованием уравнений различных кодов представлен ниже:

1.

Модуль упругости на основе ACI 318-14

Согласно ACI 318-14 раздел 19.2.2 модуль упругости бетона оценивается следующим образом:

Для бетона удельный вес (wc) колеблется от 1440 до 2560 кг на кубический метр.

Для бетона с нормальным весом:

2. Модуль упругости на основе CSA

Модуль упругости для бетона с нормальным весом согласно Канадской ассоциации стандартов (CSA A23.3):

Для высокопрочного бетона:

3. Модуль упругости согласно EC

.

Модуль упругости бетона по Еврокоду можно оценить с помощью следующего выражения:

Где,

Ecm: средний модуль упругости

фут · см: средняя прочность бетона на сжатие через 28 дней в соответствии с таблицей 3.1 BS EN 1992-1-1: 2004

4. Модуль упругости согласно британскому стандарту

Значение модуля упругости при 28-дневном возрасте бетона приведено в BS 8110: Часть II 1985:

.

Где:

ko: составляет 20 кН на квадратный миллиметр для нормального бетона

fcu, 28: прочность бетона на сжатие через 28 дней.

5. Модуль упругости на основе IS 456

Модуль упругости бетона по индийскому стандарту можно рассчитать с помощью следующего выражения:

Важность проектирования бетонных конструкций

Очень важно определить модуль упругости бетона при проектировании бетонной конструкции.Линейный анализ элементов, основанный на теории упругости, используется для удовлетворения требований предельного состояния как по пределу прочности, так и по эксплуатационной пригодности, например, в случае предварительно напряженного бетона, который демонстрирует сечение без трещин вплоть до разрушения.

В дополнение к вычислению прогибов, которые должны быть ограничены в соответствии с требованиями эксплуатационной пригодности для всех конструкций. Наконец, знание модуля упругости высокопрочного бетона очень важно для предотвращения чрезмерной деформации, обеспечения удовлетворительной эксплуатационной пригодности и избегания наиболее экономичных конструкций.

Нанотехнологии в цементной промышленности

Цемент — один из наиболее широко используемых материалов в строительной индустрии. В 2011 году ожидаемый общий объем мирового производства цемента составил 3 400 миллионов тонн. Китай является крупнейшим производителем, на долю которого приходится 2 миллиарда тонн производства, на втором месте Индия (210 миллионов тонн), за которой следуют США (68 миллионов тонн) 1. Несмотря на широкое распространение, материалы на основе цемента имеют плохие механические свойства и обладают высокой проницаемостью для воды и других агрессивных химикатов, что снижает их долговечность.Более того, цементная промышленность является одним из значительных источников выбросов CO2, на который ежегодно приходится 5-6% глобальных антропогенных выбросов CO2. Однако растущий спрос на конструкционные материалы и компоненты с высокими эксплуатационными характеристиками привел к быстрой разработке новых классов материалов.

Нанотехнологии могут играть значительную роль в строительной отрасли и занимают восьмое место по числу наиболее значимых областей применения нанотехнологий2. Нанотехнология материалов на основе цемента может привести к выдающимся или интеллектуальным свойствам.Внедрение нанотехнологий в цементной промышленности может решить некоторые из проблем, таких как выбросы CO2, низкая трещиностойкость, длительное время отверждения, низкая прочность на разрыв, высокое водопоглощение, низкая пластичность и многие другие механические характеристики. Заметное улучшение механических свойств и долговечности вяжущих материалов можно наблюдать при введении таких наноматериалов, как нано-SiO2, ZnO2, Al2O3, TiO2, углеродные нанотрубки, наноглины, углеродные нановолокна и другие наноматериалы.

Патентный анализ
Текущий патентный анализ был проведен, чтобы получить обзор патентного ландшафта для применения нанотехнологий в цементной промышленности с акцентом на выявление наноматериалов для улучшения свойств, новых тенденций, основных правопреемников и приложений в этой области. Все ключевые слова, относящиеся к цементным материалам, а также возможные синонимы и сокращения были собраны путем изучения полного текста выбранных патентов, которые точно относятся к концепции гидравлических цементов.

Рост количества патентов
В результате анализа патентной активности в области применения нанотехнологий в цементной промышленности было получено 368 патентов. На рисунке 1 изображена тенденция патентования в области применения нанотехнологий в цементной промышленности. С 2007 года можно наблюдать резкое увеличение количества выданных / опубликованных патентов по годам благодаря коммерческому успеху использования наноразмерных материалов в качестве вяжущих ингредиентов. Число выданных 154 патента из общего списка 368 патентов ясно показывает высокий результат коммерциализации и исследований в этой области.

Патентный анализ ограничен применением нанотехнологий в гидравлическом цементе (цемент, который затвердевает и затвердевает после смешивания с водой). Наноматериалы широко используются в промышленности портландцемента (получаются путем нагревания глины и известняка в печи и измельчения смеси) по сравнению с непортландцементами, что четко видно из количества патентных заявок в обоих классах. Большинство патентов зарегистрировано в области композитного цемента (74 патента) и обычного портландцемента (OPC) (71 патент) соответственно, за которыми следует цемент на основе гипса с 27 патентными заявками.

Географическое распространение
Китай является мировым лидером по подаче патентных заявок, на его 154 патентные заявки приходится 41% от общего числа заявок, что представляет собой крупного и активного участника НИОКР в области наноразмерных цементных материалов. Южная Корея является второй ведущей страной с 55 патентами (15% патентных заявок) на цемент с наночастицами, за ней следуют США с 51 патентом. Россия, Германия, Япония, Франция и Индия являются другими ведущими странами-подателями патентов с 37, 18, 11, 9 и 5 патентами соответственно, в то время как остальные патенты представляют собой незначительный вклад со стороны остального мира.

Анализ правопреемников
Дагестанский государственный университет (Россия) является ведущим правопреемником с 15 патентами, которые в основном сосредоточены на разработке жаропрочных и высокопрочных бетонных материалов. На втором месте компания Halliburton Energy Services Inc (США) с 14 патентами, направленными на цементирование ствола газовых, нефтяных или водяных скважин с использованием наноцементных материалов. Другими основными правопреемниками являются университеты или компании из Китая. Среди всех правопреемников компании вносят 60% (221 патент) от общего числа патентов, поданных на применение нанотехнологий в цементной промышленности во всем мире, что свидетельствует о высоком уровне коммерциализации и крупномасштабных НИОКР, в то время как университеты / академические институты владеют 24% (89 патентов). ) патентов, а остальные патенты поданы индивидуальными изобретателями.

Технологический анализ
Введение наноразмерных материалов в цементные материалы появилось как многообещающее решение для улучшения свойств и характеристик цементных материалов. Список различных наноматериалов, добавляемых в цемент в качестве наполнителей, а также их влияние на свойства приведен в таблице 1.

Патенты разделены по характеристическим свойствам, которые придают встроенные наноматериалы, и представлены в виде пузырьковой диаграммы, как показано на рис.3 ниже. Процент патентов, указанный в таблице, основан на размере пузыря, то есть больший размер указывает на большее количество патентных заявок, соответствующих этому конкретному атрибуту.

Анализ показывает, что наноматериалы в основном используются для улучшения различных механических свойств вяжущих материалов. Введение углеродных нанотрубок (УНТ) в цемент приводит к улучшению различных механических свойств, а также придает цементу чувствительные характеристики.Однако плохая дисперсия УНТ является основным препятствием для достижения хороших механических характеристик композита. Эффективные методы диспергирования УНТ, такие как обработка ультразвуком и использование поверхностно-активного вещества, обсуждаются в предшествующем уровне техники для приготовления высокопрочного бетона.

Нанокремнезем все чаще используется в качестве замены микрокремнезема в цементной промышленности. Из-за его высокой реакционной способности и ультратонкой природы он обычно используется в больших количествах в бетонных смесях, тем самым снижая содержание цемента на 40%, что приводит к меньшим выбросам CO2 и загрязнению окружающей среды.Включение нанокремнезема в цементный раствор дает улучшенные механические свойства, более низкую пористость и проницаемость, которые являются решающими факторами повышения долговечности.

Нанотитан известен своей химической стабильностью и низкой токсичностью. Более того, он действует как окислитель в ближнем УФ-излучении. Бетон, содержащий наночастицы диоксида титана, показал эффективное самоочищающееся свойство, и он используется в качестве основного компонента в полимерцементном растворе для фотокаталитического разложения оксида азота (NOx) и других загрязняющих веществ.

Нано-оксид алюминия широко используется в цементных растворах для увеличения модуля упругости вяжущего материала. Продукт для заливки из алунд-муллита обладает высокой прочностью на сжатие, хорошей стойкостью к стирке, коррозионной стойкостью и высокой термостойкостью, а также выдерживает резкие перепады температур.

Добавление карбоната кальция в водный композит на цементной основе обеспечивает улучшенную твердость и стойкость к истиранию. Прочность на сжатие композиции, содержащей нанокарбонат кальция, увеличилась по меньшей мере на 25% и показала улучшение водоотдачи на 40% по сравнению с цементной композицией без нанокарбоната кальция
.

Карбонат кальция также используется в качестве наномодификатора для сокращения периода индукции гидратации C3S, что приводит к повышению устойчивости бетона к высокотемпературной деградации. Нанокомпозиты полимер-глина демонстрируют улучшение механических свойств и барьерных свойств цемента с наночастицами.

Нанокремнезем, углеродные нанотрубки, нанокарбонат кальция, наночастицы диоксида титана, нанокомпозиты из алюминия и полимера / глины являются наиболее часто используемыми наноматериалами. Эти наноматериалы в основном используются для улучшения различных механических свойств вяжущих материалов, таких как трещиностойкость, коррозионная стойкость, прочность на разрыв и прочность на сжатие.

Выводы
Первый патент на цемент с наночастицами был опубликован в 1996 году, и с тех пор патентная активность постоянно росла с экспоненциальным ростом после 2007 года. Китай стал основным участником в этой области с 41% мировых патентных заявок. Также интересно отметить, что 60% патентов подаются корпорациями, что свидетельствует о явной тенденции к высокой степени коммерциализации.

Появление нанотехнологий в цементной промышленности уже продемонстрировало заметное влияние на механические свойства вяжущих материалов с помощью запатентованных коммерческих продуктов, таких как Cor-Tuf®, HuberCrete®, Alpol, Nycon-G Nano и т. Д.уже доступны на рынке. Эти продукты показали значительное улучшение прочности на разрыв, коррозионной стойкости, трещиностойкости, термостойкости, высокой прочности и многих других механических свойств вяжущих материалов. Более того, нанотехнологии могут помочь преодолеть основные экологические проблемы, с которыми сталкиваются обычные цементные материалы, делая их более экологичными, с уменьшенными выбросами CO2 и длительным сроком службы.

Хотя применение нанотехнологий в цементной промышленности является новой областью, тенденции в патентных данных указывают на то, что коммерческая адаптация этой технологии уже началась, и в ближайшем будущем цемент с нанотехнологиями готов занять большое место в цементной промышленности. .$% / M چ HYq8Dz [ uUqLGMGixF y ؇; ‘ubK ڑ W! AVXçΏ0)% = M [3eJ. m_ * kdq2cU / xendstream endobj 2 0 obj > endobj 3 0 obj > endobj 4 0 obj > endobj 5 0 obj > endobj 6 0 obj > транслировать конечный поток endobj 7 0 объект > транслировать x +

Высокоэффективный модуль упругости бетона

Высокоэффективный модуль упругости бетона Высококачественный бетон — Бетон с высоким модулем упругости

Разработка бетона с высокими эксплуатационными характеристиками года.Много десятилетий назад бетон с прочностью на сжатие 5000 psi считался высокой прочностью. В настоящее время прочность на сжатие составляет приближается к 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Высокопрочный бетон преимущественно используется в колонны многоэтажных домов. Он также используется в мостовых балках, морские буровые конструкции и плотины.

Модуль упругости — очень важное механическое свойство конкретный. Чем выше значение модуля, тем жестче материал. является.Таким образом, сравнивая бетон с высокими эксплуатационными характеристиками с бетоном нормальной прочности, видно, что модуль упругости для бетона с высокими эксплуатационными характеристиками будет быть выше, тем самым делая бетон более жестким. Жесткость — это желаемое свойство бетона, потому что прогиб конструкции может стаж уменьшится. Однако деформации, такие как ползучесть, повышение прочности бетона (Невилл 608).

Модуль упругости бетона обычно рассчитывается из испытание бетонного образца на прочность при сжатии.Из этих испытаний на прочность, напряжения и деформации измеряются и наносятся на график. Соотношение стрессов в зависимости от деформации на этих диаграммах называется модулем упругости, E. Поскольку бетон обычно не действует линейно упруго, на диаграмме зависимости напряжения от деформации нет участка, где крюки закон может быть применен для определения модуля упругости.

s = Ee Hookes Закон

(где s = напряжение, e = напряжение)

Следовательно, несколько методов используются для определения значения модуля упругости по напряжению по сравнению с диаграмма деформации.Также есть несколько уравнений которые были разработаны для вычисления значения модуля упругости после определения прочности на сжатие испытательного цилиндра.

Следующие параметры могут влиять на значение, полученное для модуля эластичности:

Хотя все эти свойства влияют на модуль упругости, не все из эти свойства являются решающими факторами.

LEAVE A REPLY

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *