Способ определения твердости и модуля упругости бетона

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ И МОДУЛЯ УПРУГОСТИ БЕТОНА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Рудницкий Валерий Аркадьевич Мацулевич Олег Владимирович Крень Александр Петрович Леонович Сергей Николаевич Снежков Дмитрий Юрьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(56) МАЦУЛЕВИЧ О.В. и др. Актуальные проблемы прочности.Международная конференция. - Витебск Беларусь, 2007. - С. 135-138.2288458 1, 2006.1057862 , 1983.1154474 , 1997. РУДНИЦКИЙ В.А. и др. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1995. - Т. 61. -11. - С. 59-61. РУДНИЦКИЙ В.А. Контроль физикомеханических характеристик материалов и изделий по параметрам динамического контактного деформирования Автореф. дисс.докт. техн. наук. М., 1993. - С. 10-13, 22-25.(57) Способ определения твердости и модуля упругости бетона, заключающийся в том, что наносят удар жестким индентором с заданной кинетической энергиейпо бетонной конструкции записывают диаграмму изменения текущих значений скорости индентораот 16469 1 2012.10.30 временив процессе удара получают по данным диаграммыдиаграмму зависимости значений контактной силыот глубины вдавливания индентораопределяют по диаграммемаксимальную предударную скорость индентора 0 и скорость отскока индентора 1, а по диаграмме- максимальную контактную силуи остаточную глубину вдавливанияопределяют твердость бетонаи модуль упругости бетонав соответствии с выражениями 0,1 где- диаметр контактного наконечника индентора- коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала индентора,1,6. 5 4 Изобретение относится к испытательной технике, в частности к определению физикомеханических характеристик строительных материалов (бетона, асфальтобетона, кирпича и др.) твердости и модуля упругости. Наиболее подходящая область применения - строительные материалы малой и средней прочности. Известны способ определения материалов на твердость и устройство для ею осуществления 1. Способ заключается в нанесении удара жестким индентором по испытуемому объекту, измерении скорости отскока и скорости падения индентора, по отношению которых судят о твердости материала. Однако этот способ не может быть применен для определения твердости бетона ввиду сильной зависимости результатов измерений от модуля упругости, величина которого не является постоянной величиной как, например, для стали, а сильно зависит от состава технологии изготовления. Известен способ определения прочности бетона механическими методами неразрушающего контроля 2, согласно которому прочность бетона определяется по максимальной силе при соударении индентора с бетонной конструкцией. Однако этот метод обладает невысокой точностью из-за зависимости контактной силы от направления удара индентора. Кроме того, этот способ имеет ограниченные функциональные возможности,поскольку по одному параметру (максимальной силе) можно определить только одну механическую характеристику (прочность). Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ определения прочности бетона с помощью динамического индентирования 3, согласно которому наносят удар жестким индентором с заданной кинетической энергией по испытуемому образцу,определяют диаграмму изменения текущей скорости индентора в процессе удара, по данным полученной диаграммы получают диаграмму зависимости значений контактной силы от глубины вдавливания индентора, определяют максимальную контактную силу и максимальную глубину вдавливания, по которым судят о прочности бетона. Недостатком этого способа является определение только одной механическом характеристики - прочности. Техническая задача изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, т.е. обеспечении возможности измерять с высокой точностью по данным одного испытательного удара твердость и модуль упругости бетонных конструкций. Сущность предлагаемого способа определения физико-механических характеристик бетона заключается в следующем наносят удар жестким индентором с заданной кинетической энергиейпо бетонной конструкции записывают диаграмму изменения текущих значений скорости индентораот временив процессе удара получают по данным диаграммыдиаграмму зависимости значений контактной силыот глубины вдавливания ин 2 16469 1 2012.10.30 дентораопределяют по диаграммемаксимальную предударную скорость индентора 0 и скорость отскока индентора 1, а по диаграмме- максимальную контактную силуи остаточную глубину вдавливанияопределяют твердость бетонаи модуль упругости бетонав соответствии с выражениями 034,1 где- диаметр контактного наконечника индентора- коэффициент, зависящий от физико-механических свойств материала индентора,1,6. Новым является дополнительный учет остаточной глубины вдавливанияпри вычислении твердости бетона. Это дает возможность оценить твердость бетона, как функцию только пластической деформации, и при этом величина твердости не будет зависеть от значения контактной силы . Т.е. при контроле образца бетона с увеличением контактной силыво столько же раз увеличивается и остаточная глубина вдавливания ,а рассчитываемая величина твердости будет одной и той же. Модуль упругости определяют как функцию только упругой деформации, что позволяет решить поставленную выше техническую задачу. Новым является учет пластических свойств контролируемого образца в формуле при вычислении модуля упругости путем использования твердости,что позволяет оценить чисто упругие свойства, каким является модуль упругости бетона. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения физикомеханических характеристик бетона. На фиг. 2 представлена диаграмма изменения текущей скорости индентораво время испытательного удара. На фиг. 3 представлена диаграмма изменения контактной силыот глубины вдавливания индентораво время испытательного удара. Основным элементом устройства, реализующего предложенный способ, является корпус 1 (фиг. 1) в виде полого цилиндра, в котором может перемещаться под действием пружины 2 индентор 3 с вмонтированным постоянным магнитом 4. В нижней части корпуса 1 расположена катушка индуктивности 5, которая последовательно электрически соединена с блоком аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, процессором 7 и дисплеем 8. Позицией 9 обозначена поверхность испытуемого материала. Данное устройство позволяет определять скорость перемещения индентора в процессе испытательного удара путем регистрации аналогового сигнала в катушке индуктивности 5, наведенного постоянным магнитом 4. Рассмотрим последовательность реализации предлагаемого способа определения физико-механических характеристик бетона на конкретном примере испытания образца бетона. Производим удар индентором 3 (фиг. 1) с заданной кинетической энергией 1,18 Дж по бетонному образцу, имеющему прочность, равную 26,2 МПа. Контактный наконечник индентора имеет диаметр 0,032 м. Под действием пружины 2 индентор 3 разгоняется до максимальной скорости 03,72 м/с, соответствующей моменту начального контакта с бетонным образцом. Изменение аналогового электрического сигнала,пропорционального текущей скорости индентора в процессе удара, фиксируем катушкой индуктивности 5, переводим в цифровое значение в АЦП 6 и обрабатываем в процессоре 7. Изменение текущей скорости инденторав графическом виде представлено на фиг. 2. Далее процессором производится обработка диаграммы изменения скорости, в результате чего получаем диаграмму зависимости контактной силы от глубины вдавливания индентора, представленную на фиг. 3. Из диаграммы изменения текущей скорости 5 4 16469 1 2012.10.30 выбираем значения максимальной предударной скорости 03,72 м/с и скорости отскока 11,52 м/с. Из диаграммывыбираем значения максимальной контактной силы 7,55 кН и остаточной глубины вдавливания индентора 263 мкм. По полученным данным вычисляем значение твердости 1 Как показали исследования, величина твердости, вычисленная по предлагаемой формуле не зависит от , поскольку при изменении направления удараменяется в той же пропорции, что и остаточная глубина вдавливания . Таким образом, предложенный способ позволяет с высокой точностью определять твердость и модуль упругости бетонных конструкций, произвольным образом ориентированных в пространстве. 5 4 Источники информации 1. Патент Великобритании 1485218, МПК 01 3/52. 2. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. Государственный стандарт СССР ГОСТ 22690-88. 3. МАЦУЛЕВИЧ О.В. и др. Актуальные проблемы прочности.Международная конференция. - Витебск, Беларусь, 2007. - С. 135-138. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4