УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к приборам для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием при технологическом контроле качества монолитного и сборного железобетона, при обследовании зданий, сооружений, изделий и конструкций.
Из уровня техники известны устройства для оперативного контроля прочности бетона, принцип работы которых основан на существующей зависимости между прочностью бетона и значением усилия, создаваемого при вырыве анкерного устройства, закрепленного в исследуемом бетоне.
Известно устройство для испытания приборов (RU 2212663, МПК G01N 33/08, опубл. 20.09.2003 г.), содержащее корпус с выдвижными опорами и гидроцилиндром, имеющим рабочий поршень с полым штоком, насос, анкерное приспособление, тягу с узлом жесткого закрепления анкерного приспособления, микрометрическую гайку, конструктивно связанную с тягой в районе узла жесткого закрепления анкерного приспособления, быстросъемную шайбу для фиксации тяги, штурвал и регистрирующий прибор.
Недостатком известного устройства являются большой вес и габаритные размеры, что затрудняет его переноску на большие расстояния и эксплуатацию при проведении измерений.
В качестве ближайшего аналога принято силовое устройство для испытания бетона строительных конструкций (RU 2271528, МПК G01N 3/00, опубл. 10.03.2004 г.), содержащее горизонтальный корпус с центральным отверстием для расположенной по вертикальной оси корпуса тягой с возможностью ее продольного перемещения и поворота относительно корпуса, жестко соединенной с анкерным устройством, и механизмом предварительного натяжения анкерного устройства в виде установленного на корпусе штурвала привода тяги, смонтированным на верхнем резьбовом конце тяги. Корпус снабжен равноудаленными от вертикальной оси корпуса выдвижными опорами, выполненными в осевой продольной плоскости корпуса, поршневым насосом с ручным приводом, соединенным выполненными в корпусе каналами с нагружающим устройством, выполненным в виде двух гидроцилиндров, расположенных на одной оси с выдвижными опорами, соединенными со штоками гидроцилиндров, при этом одна опора выполнена П-образной и соединена со штоком гидроцилиндра с возможностью поворота, вторая опора выполнена в виде регулируемого по высоте колпачка с конусом, соединенного со штоком посредством резьбового соединения, а ось поршневого насоса расположена в корпусе параллельно продольной плоскости.
В конструкциях известных устройств установлен один поршневой насос, создающий давление рабочей жидкости, которая по каналам, образованным в корпусе, поступает в гидроцилиндры и связанные с ними опоры. Наличие только одного поршневого насоса ограничивает величину предельного усилия, прилагаемого к анкерному устройству с целью его вырыва из бетона, до 50 кН (5 тонн), что естественно ограничивает сферу применения устройств.
Привод поршневого насоса является ручным: пользователь равномерно крутит рукоятку привода до необходимого нагружения анкерного устройства, либо до вырыва его из бетона. При этом в известных конструкциях не предусмотрены элементы, ограничивающие ход поршня или указывающие на то, что поршень находится в начальном или конечном положениях. Пользователь же, не имея возможности визуального контроля за положением поршня, продолжает крутить рукоятку при нахождении поршня в крайних положениях, что приводит к повреждению поршневого насоса (его заклиниванию, механическому повреждению и т.д.).
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в увеличении значения создаваемого предельного усилия, прилагаемого к анкерному устройству, и повышении надежности работы устройства.
Решение поставленной задачи в устройстве для определения прочности бетона, содержащем корпус с отверстием, в котором установлена с возможностью продольного перемещения и поворота относительно корпуса вертикальная тяга, жестко соединенная одним концом с анкерным устройством, а другим с механизмом предварительного натяжения анкерного устройства, и размещенные в корпусе электронный блок, связанный с датчиком давления, поршневой насос, соединенный посредством образованных в корпусе каналов с, по крайней мере, двумя гидроцилиндрами, штоки которых соосно соединены с опорами, достигается тем, что установлен второй поршневой насос, насосы связаны через редуктор с общим приводом, и в поршневых насосах размещены элементы для контроля положения поршней в начальном и конечном положениях.
Отверстие в корпусе выполнено осевым.
Оси поршневых насосов параллельны продольной плоскости корпуса.
Опоры выполнены равноудаленными от осевого отверстия и размещены в продольной плоскости корпуса.
Опоры выполнены регулирующимися по длине.
Элементы для контроля положения поршней в начальном и конечном положениях выполнены в виде магниторезисторов, связанных с электронным блоком.
Корпус имеет преимущественно форму горизонтально ориентированного параллелепипеда.
Механизм предварительного натяжения анкерного устройства выполнен в виде штурвала, смонтированного на верхнем резьбовом конце тяги.
Поршень поршневого насоса выполнен полым, соединенным посредством резьбового соединения с приводным винтом, взаимодействующим через редуктор с приводом.
Привод поршневых насосов может быть как ручной, так и выполнен в виде электрического привода.
Датчик давления взаимодействует с одним из гидроцилиндров.
Благодаря введению в конструкцию известного устройства второго поршневого насоса, работающего синхронно с первым насосом, обеспечивается повышенная степень нагнетания рабочей жидкости (масла) в систему гидроцилиндров, что приводит к возможности увеличения значения создаваемого предельного усилия, прилагаемого к анкерному устройству, до 100 кН (10 т), при этом массо-габаритные показатели устройства незначительно увеличиваются в сравнении с прототипом. Так прототип с одним поршнем, создающий максимальное усилие до 50 кН (5 т), весит до 4 кг, а устройство согласно настоящей полезной модели с двумя поршнями до 6 кг.
Наличие двух поршневых насосов с общим приводом обеспечивает плавность хода поршней, равномерное распределение создаваемого давления рабочей жидкости между каналами. Введение редуктора обеспечивает снижение усилия, прикладываемого к рукоятке привода, что повышает эксплуатационные качества устройства.
В отличие от прототипа с одним поршнем и двумя каналами, один из которых является «паразитным», т.е. не рабочим, а воспринимающим усилие нагружения рабочей жидкости, созданное поршнем второго канала, в предложенной полезной модели оба канала являются рабочими, что повышает эффективность работы гидравлической системы устройства.
Наличие элементов для контроля положения поршней, выполненных в виде магниторезисторов, связанных с электронным блоком, повышает надежность работы устройства и срок эксплуатации, благодаря тому, что магниторезисторы изменяют свое электрическое сопротивление при нахождении поршней в крайних положениях, электронный блок фиксирует это изменение и выводит на дисплей текстовое предупреждение о возникших перегрузках в работе поршней.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг. 1 - вид сбоку устройства, на фиг. 2 - вид спереди устройства с местными разрезами, на фиг. 3 - вид сверху устройства (продольное сечение А-А).
Устройство для определения прочности бетона содержит корпус 1, выполненный в виде преимущественно горизонтально ориентированного параллелепипеда с центральным осевым отверстием 2, в котором вертикально установлена тяга 3 с возможностью ее продольного перемещения и поворота относительно корпуса 1. Нижний конец тяги 3 соединен посредством резьбового соединения с анкерным устройством (на чертеже не показано), закрепленным в исследуемом материале (бетон). Верхний конец тяги 3 соединен посредством резьбового соединения со съемным штурвалом 4. Тяга 3 установлена с возможностью ее извлечения из отверстия 2 корпуса 1 при снятом штурвале 4. Механизм предварительного натяжения анкерного устройства, включающий тягу 3 и штурвал 4, осуществляет натяжение анкера до начала процесса измерения.
В корпусе 1 установлены две равноудаленные от центрального осевого отверстия 2 регулирующиеся по длине опоры 5, расположенные в осевой продольной плоскости.
В корпусе 1 размещены два поршневых насоса 6, установленные в двух симметрично расположенных каналах 7, связанные через редуктор 8 с ручным приводом с рукояткой 9, ось которого совпадает с продольной плоскостью корпуса 1.
Привод поршневых насосов 6 может быть выполнен в виде маломощного электропривода, например, организованного от электрической дрели, шуруповерта и т.п.
Поршни 10 поршневых насосов бустановлены с возможностью продольного перемещения по каналам 7. Для исключения отклонения от осевого перемещения поршни 10 зафиксированы направляющими шпонками 11.
Поршни 10 выполнены полыми и соединенными посредством резьбового соединения с приводными винтами 12, взаимодействующими через редуктор 8 с приводом 9. При вращении рукоятки привода 9 крутящий момент передается через приводной вал и редуктор 8 на приводные винты 12, которые выкручивают или накручивают поршни 10 (в зависимости от направления вращения рукоятки привода 9), поршни 10, в свою очередь, совершая поступательное движение вдоль каналов 7, уменьшают или увеличивают объем, занимаемый рабочей жидкостью в каналах 7.
Поршневые насосы 6 соединены посредством образованных в корпусе каналов с нагружающим устройством. Нагружающее устройство выполнено в виде двух гидроцилиндров 13, соединенных соосно с опорами 5. При этом одна опора 5 выполнена П-образной (в форме «башмака»), закреплена на штоке 14 гидроцилиндра 13 с возможностью поворота посредством стопорного винта. П-образная опора обеспечивает устойчивость устройства в поперечном направлении при его установке на поверхность бетона при проведении измерения. Вторая опора 5 выполнена регулируемой по высоте, соединена со штоком 14 посредством резьбового соединения. При работе поршневых насосов 6 рабочая жидкость нагнетается в гидроцилиндры 13 из каналов 7.
В рабочем положении устройство базируется опорами 5 на поверхности бетона в трех точках, сцентрировано с тягой 3, жестко соединенной с зафиксированным в шпуре анкерным устройством и поджатой штурвалом 4.
В верхней наружной части корпуса 1 размещен электронный измерительный блок 15 для обработки данных и индикации результатов, связанный с датчиком давления 16, взаимодействующим с одним гидроцилиндром 13. Электронный измерительный блок 15 включает микропроцессор, графический дисплей, клавиатуру и разъем для связи с компьютером. Дисплей и клавиатура электронного измерительного блока размещены на верхней лицевой панели корпуса 1. Дисплей снабжен отключаемой подсветкой.
Поршневые насосы 6 оснащены элементами для контроля положения поршней 17 при прямом (нагружение) и обратном (разгрузка) ходе поршней 10, выполненными в виде магниторезисторов. Магниторезисторы 10 размещены в начальном и конечном положениях поршней 10 насосов 6. При достижении поршнями 10 начального и конечного рабочих положений резко изменяется магнитное поле магниторезисторов 17, вызывая изменение их электрического сопротивления, электронный блок 15 фиксирует это изменение и выводит на дисплей текстовое предупреждение, сопровождаемое звуковым сигналом.
В устройстве предусмотрена защита от перегрузки по усилию: при достижении усилия вырыва равного 100000 Н (100 кН) датчик давления 16 Передает сигнал в электронный блок 15, на дисплее которого отображается предупреждающая надпись, сопровождающаяся прерывистым звуковым сигналом.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Анкерное устройство устанавливают в предварительно подготовленный шпур или бетонируют на стадии изготовления конструкции или объекта согласно ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля».
Шпур выполняют сверлильным или ударно-вращательным инструментом, при этом отклонение его от перпендикулярности не должно превышать 4 мм на высоту 100 мм.
Шпур после бурения тщательно очищают от пыли и бетонной крошки, например, продувкой сжатым воздухом и при необходимости откалибровывают по диаметру, например, шлямбуром.
С помощью специального расточного устройства, подобному тому, который описан в патенте RU 2271528, выполняют кольцевую проточку в шпуре для надежного сцепления бетона с анкерным устройством. Проточку выполняют на заданной глубине захвата.
В шпур устанавливают анкерное устройство в сборе с сегментами, такое, что размеры анкерного устройства соответствуют параметрам шпура, а диаметр шпура не должен превышать диаметр анкерного устройства более чем на 1 мм. Выступы сегментов анкерного устройства должны попасть в проточку.
Навинчивают с натягом на анкерное устройство нижний конец тяги 3.
Устройство устанавливают на поверхность исследуемого материала посредством пропускания закрепленной на анкерном устройстве тяги 3 в центральное отверстие 2 корпуса 1. На верхний резьбовой конец тяги 3 накручивают штурвал 4, производя натягивание анкерного устройства, оставив зазор между торцом штурвала 4 и корпусом 1, соответствующий примерно половине оборота штурвала 4.
Устройство поворачивают вокруг тяги 3 таким образом, чтобы найти устойчивое положение для опор 5 и возможность удобного вращения рукоятки привода 9.
После выбора наилучшего положения регулируют опоры 5, выворачивая их до контакта с поверхностью бетона, затягивают штурвали4, создавая предварительное натяжение тяги 3 с анкерным устройством (до 5 кН), необходимое для надежного базирования устройства на поверхности бетона в трех опорных точках (две опоры 5 и тяга 3).
При затягивании штурвала 4 не должно происходить проскальзывания анкерного устройства в шпуре. В противном случае переустанавливают анкерное устройство после дополнительного углубления проточки для обеспечения надежного сцепления бетона с сегментами.
Включают электронный блок 15 устройства.
С использованием клавиатуры в электронный блок 15 осуществляют ввод значений типоразмера анкерного устройства, вида бетона и условий его твердения (нормальное твердение или тепловая обработка).
В память электронного блока 15 может быть внесена информация о новых материалах, подвергающихся исследованию методом отрыва со скалыванием.
Нажимают клавишу электронного блока 15, устройство переходит в режим измерений.
Равномерно вращая рукоятку привода 9 по часовой стрелке производят нагружение анкерного устройства, при этом поддерживают скорость нагружения в пределах 1,5-3 кН/с, отмеченных на линейном индикаторе нагружения электронного блока 15. В течение всего цикла испытаний осуществляют контроль скорости нагружения по индикатору.
При достижении порогового усилия нагрузки более 2 кН дисплей электронного блока 15 автоматически перейдет в режим индикации процесса нагружения, т.е. будет выводить информацию о значении прочности.
При вращении рукоятки привода 9 крутящий момент через приводной вал и редуктор 8 передается на приводные винты 12. Вращаясь, приводные винты 12 приводят в поступательное движение поршни 10, которые движутся вдоль каналов 7 по направлению от рукоятки 9. Вытесняемая поршнями 10 рабочая жидкость из каналов 7 поступает в гидроцилиндры 13, которые синхронно выталкивают поршни 18 со штоками 14 и опорами 5. Корпус 1 устройства перемещается вдоль опор 5 по направлению от поверхности бетона и через тягу 3 создает вырывающее усилие на анкерном устройстве. При перемещении поршней 18 и соответственно корпуса 1 на некоторое расстояние происходит вырыв анкерного устройства и скалывание куска бетона в области, прилегающей к анкерному устройству.
Нагружение анкерного устройства производят либо до контрольного усилия по прочности бетона, либо до вырыва анкерного устройства с фрагментом бетона.
В процессе измерения датчик давления 16 воспринимает усилие, оказываемое на него поршнем 18 гидроцилиндра 13, связанного с опорой 5, и формирует сигнал, поступающий в электронный измерительный блок 15. Электронный блок 15 автоматически вычисляет значение прочности бетона, отображает его на дисплее и сохраняет в памяти устройства.
Каждый результат содержит условия выполнения измерений: вид материала, вид твердения, ожидаемый класс прочности, размер крупного заполнителя, размеры анкерного устройства; номер, дату и время получения результата.
В устройстве предусмотрено проведение серии измерений от 2 до 5 с вычислением средней прочности бетона и максимального отклонения от среднего значения в процентном соотношении.
Устройство, описанное в настоящей полезной модели, при наличии дополнительных приспособлений также может быть использовано для определения прочности сцепления кирпича и камней в кладке стен, измерения силы вырыва болтов и дюбелей, адгезии покрытий и т.п.
Устройство также используется для уточнения градуировочных характеристик ультразвуковых и ударно-импульсных приборов в соответствии с Методической инструкцией НИИЖБ МДС 62 - 2.01 и ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля».