Способ определения модуля упругости и характеристики ползучести бетонов и растворов

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания бетонов и растворов на деформативность. Для определения модуля упругости и характеристики ползучести бетонов и растворов балку из бетона или раствора нагружают на изгиб грузами поочередно с увеличением массы груза, измеряют прогибы балки в направлении действия нагрузки с определением области условно-линейной зависимости «масса груза - прогиб», определяют модуль упругости бетона или раствора, МПа, по формуле: E=((P_max·L³)/(48·f_el·I))·K. Балку нагружают грузом массой P_max в течение 180 суток, периодически измеряют ее прогибы в направлении действия нагрузки и определяют коэффициент ползучести по формуле: ϕ=(f₁₈₀-f_el)/f_el и меру ползучести, МПа^-1, по формуле: С₀=ϕ/Е. Здесь Р_max - наибольшее значение массы груза из указанной области, кг, L - рабочий пролет балки, см, f_el - прогиб балки при Р_max, см, I - момент инерции сечения балки, равный (b·h³)/12, см⁴, b - ширина балки, см, h - высота балки, см, K - коэффициент, см²·МПа/кг, f₁₈₀ - прогиб балки через 180 суток, см. Технический результат - сокращение продолжительности и трудоемкости испытаний, повышение достоверности их результатов, отказ от сложного дорогостоящего оборудования. 2 табл., 4 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания бетонов и растворов на деформативность, и может быть использовано для ускоренного определения коэффициента и меры ползучести и модуля упругости бетона.

Известен способ определения модуля упругости бетонов, включающий изготовление образцов, выдерживание в течение определенного времени, например 28 суток, в установленных программой испытаний условиях, например нормальных (при температуре 18...22°С и относительной влажности окружающей среды не менее 95%), испытание образцов на центральное осевое сжатие возрастающей нагрузкой с помощью гидравлического пресса, измерение деформаций образца в процессе нагружения посредством механических или тензометрических датчиков, построение диаграммы «напряжения - деформации» и расчет модуля упругости бетона по формуле (ГОСТ 24452 «Бетоны. Методы испытаний», с.7). Данный способ обладает существенными недостатками, такими как необходимость использовать сложное громоздкое дорогостоящее оборудование (гидравлический пресс, оборудование для измерения деформаций), высокие трудоемкость, длительность и стоимость испытаний.

Известен способ определения ползучести бетонов, включающий изготовление образцов, выдерживание в течение определенного времени, например 28 суток, в установленных программой испытаний условиях, например нормальных (при температуре 18-22°С и относительной влажности окружающей среды не менее 95%), определение предела кратковременной прочности бетона посредством испытания одной серии образцов на центральное осевое сжатие возрастающей нагрузкой до разрушения (например, по ГОСТ 24452), нагружение второй серии образцов центральной осевой сжимающей нагрузкой, составляющей примерно 40% предела кратковременной прочности бетона с помощью специальных пружинных или гидравлических установок в течение длительного времени, например 180 суток (ГОСТ 24544-81 «Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести», с.5), измерение деформаций образца в процессе длительного нагружения посредством механических или тензометрических датчиков, построение диаграммы «напряжения - деформации» и расчет меры и характеристики ползучести бетона по формуле (ГОСТ 24544-81^* «Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести», с.8). Данный способ обладает существенными недостатками, такими как необходимость использовать сложное громоздкое дорогостоящее оборудование (гидравлический пресс, оборудование для измерения деформаций), высокие трудоемкость, длительность и стоимость испытаний.

Наиболее близким техническим решением является способ определения модуля упругости металлов (патент РФ №2169355), включающий нагружение исследуемого образца - балки - на изгиб поочередно двумя грузами разной величины, измерение максимальных прогибов образца в направлении действия нагрузки и определение расчетным путем модуля упругости материала.

Однако данное решение не предусматривает измерение модуля упругости бетонов и растворов и не предусматривает измерение коэффициента и меры ползучести.

Задачи изобретения - сокращение продолжительности и трудоемкости испытаний, отказ от сложного дорогостоящего оборудования, повышение достоверности результатов испытаний.

Сущность данного изобретения состоит в том, что способ определения модуля упругости и характеристики ползучести бетонов и растворов реализуют посредством нагружения исследуемого образца - балки (далее - балки) из бетона или раствора на изгиб грузами поочередно с увеличением массы груза, при этом измеряют прогибы балки в направлении действия нагрузки с определением области условно-линейной зависимости «масса груза - прогиб», модуль упругости бетона или раствора, МПа, определяют по формуле:

где

Р_max - наибольшее значение массы груза из указанной области, кг;

L - рабочий пролет балки, см;

f_el - прогиб балки при Р_max, см;

I - момент инерции сечения балки,

см⁴;

b - ширина балки, см;

h - высота балки, см;

K - размерный коэффициент для перевода из в МПа,

затем осуществляют нагружение балки грузом массой Р_max в течение 180 суток, периодически измеряют прогибы балки в направлении действия нагрузки и определяют коэффициент ползучести по формуле:

и меру ползучести, МПа^-1, по формуле:

где f₁₈₀ прогиб балки в возрасте 180 суток, см.

Сущность изобретения поясняется чертежами,

где на фиг.1 представлено испытательное устройство;

фиг.2 - фотография опытного испытательного устройства, в схематичном виде, представленном на Фиг.1;

фиг.3 - испытуемый образец - балка;

фиг.4 - представлен график зависимости «масса груза - прогиб», полученный по результатам измерений.

Устройство состоит из испытываемой балки 1, установленной на жесткой раме 2, опор 3, индикатора часового типа с ценой деления 0,001 мм 4, груза 5.

Предлагаемый способ определения модуля упругости, коэффициента и меры ползучести бетонов и растворов реализован следующим образом.

Изготавливают из бетонной смеси балки, например, размером 100×100×800 мм.

Балки до момента испытаний, например, в проектном возрасте 28 суток твердеют в условиях, заданных программой испытаний, например нормальных условиях (температура 18-22°С и относительная влажность окружающей среды не менее 95%).

В установленные программой испытаний сроки балки подвергают испытаниям. Подготовка к испытаниям включает определение предела прочности бетона (раствора) на изгиб любым известным способом. Определение предела прочности на изгиб выполняется на образцах-близнецах. Далее определяется масса груза по формуле:

где Р - масса груза, кг; b - ширина балки, см; h - высота балки, см; L - рабочий пролет балки, см (расстояние между опорами, L>6h); R_f - предел прочности бетона (раствора) при изгибе, МПа.

В срок испытаний балку 1 помещают в испытательное устройство (фиг.1, 2), состоящее из жесткой рамы 2, опор 3, индикатора часового типа (например, ИЧ-10) 4, снимают показания индикатора 4, нагружают грузом 5 и снова снимают показания индикатора 4.

Производят разгрузку балки, увеличивают массу груза примерно на 15%, нагружают балку, снимают показания индикатора 4. Процедуру измерений повторяют не менее 5 раз с возрастающей каждый раз массой груза.

По результатам испытаний строят зависимость «масса груза - прогиб» (фиг.4) и определяют максимальное значение массы груза, при котором сохраняется условно-линейная зависимость «масса груза - прогиб».

Определяют модуль упругости бетона (раствора) по формуле:

где Р_max - наибольшее значение массы груза, при котором сохраняется линейная зависимость «масса груза - прогиб» (кг); L - рабочий пролет балки (см); f_el - прогиб (см) балки при массе груза Р_max; I - момент инерции сечения балки b - ширина балки (см); h - высота балки (см); K - размерный коэффициент для перевода в МПа

Устанавливают нагрузку на балку Р_max и периодически, например через 1, 3, 7, 14, 28 и т.д., до 180 суток, осуществляют измерение прогиба образца - балки. Характеристику ползучести бетона определяют по результатам измерений, например, в возрасте 180 суток по формуле:

где ϕ - характеристика ползучести бетона; f₁₈₀ и f_el - соответственно величина прогиба образца в возрасте 180 суток и при измерении модуля упругости бетона (раствора).

Величину меры ползучести бетона, МПа^-1, определяют по формуле:

Приведенный выше ход испытания поясняется примером.

Необходимо измерить модуль упругости бетона, например, класса В40. Из бетонной смеси заданного состава, например Ц:П:Щ:В=1:2:3,5:0,5 (цемент:песок:щебень:вода), изготавливается шесть балок размером 100×100×800 мм. Балки выдерживаются в формах в течение 20...22 часов и после распалубки помещаются в нормальные условия твердения (температура 18...22°С, относительная влажность воздуха не менее 95%). После выдерживания в указанных условиях в течение 27 суток приступают к испытаниям. Три балки из шести испытывают на изгиб, например, по ГОСТ и определяют предел прочности при изгибе R_f (таблица 1).

Таблица 1
Предел прочности при изгибе, МПа
Предел прочности при изгибе
1-й образец	2-й образец	3-й образец	средний
4,48	4,54	4,53	4,52

Определяется масса груза по формуле:

Балка устанавливается в испытательное устройство и нагружается грузом с рассчитанной выше массой. С помощью индикатора определяется величина прогиба. Разгружается испытательное устройство. Затем, каждый раз увеличивая массу груза на 15 кг, делается еще 4 замера с такой же последовательностью действий.

Масса груза, кг	Величина прогиба, мм
100	0,016
115	0,0185
130	0,0215
145	0,0253
160	0,0293

По данным, приведенным в таблице, строится зависимость «масса груза - прогиб» (фиг.4).

Далее определяется модуль упругости бетона по формуле:

Далее, чтобы определить характеристику ползучести бетона, осуществляется нагружение балки на изгиб нагрузкой 130 кг, и в возрасте 3, 7, 14, 28 и т.д., до 180 суток, снимаются показания. Коэффициент ползучести бетона определяется по относительной разнице прогибов в соответствующие моменты испытаний, например:

Масса груза, кг	Величина прогиба в возрасте 180 суток, мм
130	0,082

Величина меры ползучести составит:

Технический результат изобретения заключается в снижении трудозатрат, сокращении сроков испытаний, снижении себестоимости испытаний и повышении достоверности результатов испытаний.

Способ определения модуля упругости и характеристики ползучести бетонов и растворов, включающий нагружение исследуемого образца - балки из бетона или раствора на изгиб грузами поочередно с увеличением массы груза, измерение прогибов балки в направлении действия нагрузки с определением области условно-линейной зависимости «масса груза - прогиб», определение модуля упругости бетона или раствора, МПа, по формуле

,

где P_max - наибольшее значение массы груза из указанной области, кг;

L - рабочий пролет балки, см;

f_el - прогиб балки при P_max, см;

I - момент инерции сечения балки,

, см⁴;

b - ширина балки, см;

h - высота балки, см;

K - размерный коэффициент для перевода из в МПа, ;

затем нагружение балки грузом массой Р_max в течение 180 сут, периодическое измерение прогибов балки в направлении действия нагрузки и определение коэффициента ползучести по формуле

,

и меры ползучести, МПа^-1, по формуле

,

где f₁₈₀ - прогиб балки через 180 сут, см.