СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАДИЕНТА ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ НАГРУЖЕННОГО И КОРРОДИРУЮЩЕГО БЕТОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR EXPERIMENTAL DETERMINATION OF LONG-TERM STRENGTH GRADIENT OF LOADED AND CORRODING CONCRETE AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к области строительства, в частности к определению изменения длительной прочности бетона во времени эксплуатируемых под нагрузкой в условиях внешней агрессивной среды бетонных и железобетонных конструкций.
Наиболее близким решением к заявленному изобретению является способ экспериментального определения деформаций усадки и ползучести нагруженного и поврежденного коррозией бетона [см. Хмиль Р., Вашкевич Р., Иваниця Ю., Блихарский Я. Методика определения деформаций усадки и ползучести поврежденного коррозией бетона. // Библиотека электронных ресурсов: библиотека Украины им. В.И.Вернадского (Нацiональноï бiблiотеки Украïни iменi В.I.Вернадського), Наукова перiодика Украïни (журнали та збiрники наукових праць) [Электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.nbuv.gov.ua/portal/]. Эти исследования посвящены определению деформативности бетона и установлению зависимостей влияния коррозии на их напряженное состояние с учетом ползучести и усадки-набухания в среде серной кислоты.
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет определять время от начала приложения заданного уровня силового нагружения и средового воздействия до исчерпания несущей способности образца, а также изменение длительной прочности бетона во времени при различных уровнях одновременного силового нагружения и средового воздействия, т.к. используемый в прототипе принцип суперпозиции при определении суммарных деформаций бетона во времени справедлив лишь при низких уровнях нагружения бетона.
Для получения экспериментальных данных в известном решении использовалась специально разработанная установка, позволяющая определять суммарные деформации бетонных призм в среде 10%-ной серной кислоты при одновременном силовом нагружении призмы. Предложенная в прототипе установка для определения деформаций усадки и ползучести нагруженного и поврежденного коррозией бетона позволяет определять суммарные деформации бетона при длительном действии нагрузки и одновременно протекающих во времени средовых повреждениях.
Недостатком известной установки является то, что процесс приложения нагрузки и коррозионного воздействия разделен по операциям: сначала после закрепления в проектном положении испытываемого образца при нахождении установки в вертикальном положении прикладывается заданное силовое воздействие, а потом установка, используемая в прототипе, переводится в горизонтальное положение для осуществления приложения коррозионного воздействия жидкой агрессивной среды. Для обеспечения центрального приложения нагрузки на бетонный образец в установке использовались сферические шарниры, которые не позволяют осуществлять строгое центрирование из-за отсутствия устройств для дополнительной фиксации призм в проектном положении. Учитывая достаточно большой вес установки, такое устройство даст значительную величину погрешности центрирования образца при переводе установки из вертикального в горизонтальное положение, а при расцентровке даже в несколько миллиметров погрешность в оценке прочности весьма значительна. Кроме того, в таком устройстве при погружении образца в кислотный раствор в агрессивной среде оказываются как минимум по трем граням основные измерительные приборы, что несомненно приводит к дополнительным погрешностям в измерениях. Уместно отметить и то, что принятая в прототипе пружина не позволяет создавать значительные по величине усилия, необходимые для таких испытаний при доведении опытных образцов до разрушения, и высокая деформативность такой пружины не обеспечивает высокую точность измерения.
Задачей настоящего изобретения является создание способа экспериментального определения градиента длительной прочности нагруженного и коррелирующего бетона и устройства для осуществления этого способа без недостатков, присущих известному техническому решению.
Настоящее изобретение предлагает способ экспериментального определения градиента длительной прочности нагруженного и коррелирующего бетона посредством специального устройства, позволяющего осуществлять одновременное силовое нагружение и коррозионное воздействие на образец, не изменяя его положения в пространстве. Поставленная задача в предлагаемом изобретении решается испытанием опытного образца бетонной призмы с помощью устройства, которое позволяет прикладывать расчетное сжимающее усилие на образец, помещенный в жидкую среду заданной агрессивности, сохраняя образец в вертикальном положении. Предлагаемое изобретение устраняет недостатки известного прототипа благодаря тому, что силовое и коррозионное воздействие создают при вертикальном положении испытываемого образца, деформации образца измеряют по всем четырем сторонам приборами, размещенными вне жидкой агрессивной среды, центрирование опытного образца осуществляют центрирующими шаровыми опорами, шарнирно-реечными направляющими пластин подвижной траверсы и фиксаторами-упорами положения граней, а нагружение опытного образца осуществляется с двойным контролем усилия. В свою очередь, главным отличием устройства является то, что тяжи распределяющей траверсы выполнены в комплекте с пружиной кольцевого типа и плитами шарового шарнира и шарнирно-реечными направляющими, пяты для передачи нагрузки снабжены фиксаторами положения призмы, пружина снабжена индикатором часового типа, силовая установка на глубину до верхней поверхности опытной призмы помещена в емкость с раствором агрессивной жидкости, а индикаторы для измерения деформаций призмы установлены выше поверхности агрессивной жидкости на выносных штангах.
Способ заключается в экспериментальном определении изменения длительной прочности нагруженного расчетной нагрузкой бетонного элемента, находящегося на протяжении всего процесса нагружения в агрессивной среде с заданными характеристиками среды. Способ позволяет также экспериментально определять глубину коррозионного повреждения бетона, подвергающегося одновременному силовому и средовому воздействию, и время от начала приложения нагрузки и коррозионного воздействия среды до разрушения опытного образца в условиях силового и средового воздействия. Для этого в процессе проведения длительных испытаний измеряют время от начала нагружения до разрушения опытного образца, а после разрушения образца с применением известных способов измеряют глубину диффузии агрессивного раствора в глубь сечения.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятными из следующего подробного описания предлагаемой установки для реализации предлагаемого способа, на схеме которой изображено устройство для испытания бетонного образца в виде призмы с приложением к нему внешней нагрузки через специальную траверсу в условиях одновременного воздействия на образец жидкой агрессивной среды.
Устройство для экспериментального определения изменения параметров длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона (фиг.1, фиг.3 (разрез фиг.1)) состоит из бетонной призмы 1 с соотношением высоты к размеру сечения призмы равным четырем (h/a=4), которая устанавливается в емкость 2 в специальной жесткой металлической раме 3 нижней плоскостью на неподвижную основу 4, оснащенную центрирующим устройством 5 и шарнирно-реечными направляющими 6 в специальные ограничители-фиксаторы 7. Рама имеет подвижную траверсу 8, также оснащенную центрирующим устройством 5, обеспечивающим центральное приложение нагрузки за счет использования верхних пластин траверсы 8 с вертикальными ограничителями по торцам пластин и шарнирно-реечные направляющие 6, обеспечивающие вертикальное скольжение торцов пластин без перекосов (фиг.4 (узлы фиг.1)). Это принципиальное отличие центрирования от устройства-прототипа позволяет применить шаровую схему опирания призмы по ее торцам и исключить изменяемость системы и трение на длине хода подвижной траверсы 8. Верхняя плоскость призмы посредством центрирующего устройства упирается в нижнюю часть подвижной траверсы 8, также снабженной фиксаторами 7 и передающей усилие сжатия от расположенных выше механического ромбового домкрата через пружину кольцевого типа 9 со встроенным индикатором 10, вызванное нагрузкой от механического ромбового домкрата 11 через верхнюю пластину подвижной траверсы 8. Дополнительный индикатор 12 устанавливается в уровне ромбового домкрата. Нижняя часть конструкции рамы с закрепленным образцом 1 находится в емкости 2, заполненной агрессивным раствором 13 до заданного уровня (фиг.2). На испытываемом образце закрепляются микроиндикаторы на металлических стяжках 14, и измерительная часть прибора выводится вверх за уровень агрессивного раствора, что отличает устройство от прототипа и позволяет устранить один из описанных недостатков последнего. Фиксация нагрузки, передаваемой ромбовым домкратом на длительное время, осуществляется с помощью тяжей 16, жестко соединенных с верхней пластиной подвижной траверсы, гаек и контргаек 15, навинчиваемых на тяжи.
Работа устройства, реализующего предлагаемый способ, происходит следующим образом. Бетонная призма 1 устанавливается в емкость 2 в специальной жесткой металлической раме 3 нижней плоскостью на неподвижную основу 4 в специальные ограничители-фиксаторы 7. Производится центрирование призмы для обеспечения центрального приложения осевой силы на образец в процессе нагружения с помощью центрирующих нижнего и верхнего устройств 5 и шарнирно-реечных направляющих 6. После установки призмы и ее центрирования в проектном положении с использованием механического ромбового домкрата 11 через верхнюю пластину подвижной траверсы 8 на пружину кольцевого типа 9 прикладывается заданное расчетное усилие, измеряемое с помощью индикатора 12, и контролируется индикатором 10, установленным в уровне пружины кольцевого типа. Усилие сжатия пружины передается на бетонный образец через нижнюю пластину подвижной траверсы 8 и далее через центрирующее устройство 5. Нагрузка, передаваемая ромбовым домкратом, фиксируется на длительное время с помощью тяжей 16, гаек и контргаек 15 подвижной траверсы. Одновременно с этим емкость 2 заполняется агрессивным раствором 13. Нагруженный фиксированной нагрузкой и средовым воздействием заданной величины образец выдерживают во времени до разрушения. Для измерения деформаций сжатия образца в условиях силового и средового нагружения призма с четырех сторон оснащается микроиндикаторами часового типа 14, выведенными за пределы жидкой среды.
Проблема обеспечения центрального приложения усилия в процессе нагружения до момента разрушения призмы решается в предлагаемом устройстве применением шаровых шарниров и пластин подвижной и неподвижной опор с вертикальными ограничителями, скользящими вертикально вдоль шарнирно-реечных направляющих. Это позволяет в отличие от прототипа без изменения устойчивости положения всей установки к первоначальному заполнить образец агрессивной жидкостью, не нарушая центровки усилия. В предлагаемой установке усилие на образец в отличие от прототипа прикладывается через домкрат ромбового типа посредством пружины кольцевого типа со встроенным индикатором 10. Это позволяет создавать значительные по величине усилия, необходимые при таких испытаниях благодаря высокой жесткости кольцевой пружины с доведением образцов до разрушения и обеспечивает высокую точность измерения с двойным контролем усилия нагружения. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить мобильность всей установки в целом по сравнению с известным прототипом.
Заявленное изобретение позволит экспериментально определять изменения градиента длительной прочности во времени от начала приложения нагрузки и коррозионного воздействия среды до разрушения опытного образца нагруженного и корродирующего бетона с использованием более усовершенствованной по сравнению с прототипом модели испытательного стенда.