ИЗМЕРИТЕЛЬ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ВОЛОКОН КОМПОЗИТНОГО СТРЕЖНЯ

Полезная модель относится к устройствам для определения прочности сцепления продольно ориентированных волокон стержня строительной композитной арматуры в процессе ее изготовления. При помощи предлагаемого устройства обеспечивается контроль сохранения стабильности технологического процесса и соответствия его показателям, зарегистрированным при обследовании состояния производства при сертификации продукции.
Основным источником информации о качестве сцепления слоев армированного продольными волокнами материала является испытание на срез (сдвиг) вдоль волокон.
Аналогом предлагаемого технического решения является устройство, обеспечивающее испытание образца композитной арматуры на поперечный срез (срез поперек волокон наполнителя), описание которого приведено в ГОСТ 31938 (Приложение Г). Составными элементами устройства являются основание, подвижный силовой толкатель с зажимом для стержня и тензометрический узел.
Это устройство обеспечивает оперативное проведение испытаний и может применяться для контроля качества изготовления композитной арматуры непосредственно в процессе производства. Однако недостатком применения такого устройства является то, что оно дает информацию о прочности «на срез» поперек волокон наполнителя в стержне. Поскольку стержень представляет собой составную конструкцию, в которой напряжение с наружных слоев передается внутренним через полимерные связи между соприкасающимися слоями ровинга, то существенное значение имеет информация о прочности сцепления этих слоев именно вдоль оси стержня (оси «X»).
Недостатком применения этого устройства является неприменимость для оперативного контроля прочности слоев арматурного стержня строительной композитной арматуры, особенно при небольших (менее 10 мм) диаметрах.
max
Известно устройство для испытания прочности композитного стержня (RU 2565358 опубл. 20.10.2015, Бюл. №29), которое реализуется на цилиндрическом образце, имеющем на одном торце буртик, образованный вытачиванием кольцевой прямоугольной канавки, для размещения захвата разрывной машины, растягивающее усилие замеряют в момент сдвига буртика относительно центральной части образца, включает закрепление образца в захватах разрывной машины, приложение нагрузки и определение прочности по математической формуле: τ=P/π⋅d⋅h
где: τ - прочность сцепления волокон, Па;
max
P - максимальная разрушающая нагрузка, Н;
d - диаметр центральной части образца, м;
h - высота буртика.
Недостатком известного устройства является его трудоемкость и невозможность автоматизации работ.
ni
maxi
ni
ni
ni
ni
Известно другое устройство-аналог для испытания прочностных характеристик силового стержня композитной арматуры (патент на изобретение №2676558 опубл. 09.01.2019, Бюл. №Г), позволяющее выполнять нагружение образца возрастающей нагрузкой и регистрацию величин нагрузка-перемещение, в котором на образце арматуры с одной из сторон формируют цилиндрический участок несущего стержня свободный от силового покрытия с номинальным диаметром тела dн, на нем выполняют последовательно не менее двух ступенчатых проточек шириной вдоль оси h, затем последовательно подвергают буртики сдвигу вдоль продольной оси стержня, регистрируют кривую изменения максимальных усилий F=f(d) по величине которых судят о прочности сцепления силового слоя с несущим стержнем по диаметру d. Устройство для таких испытаний включает основание, матрицу, закрепленную на основании, и подвижный силовой толкатель с пуансоном, имеющем тензоизмерительный узел между тензоизмерительным узлом и стержнем установлен фиксирующий хомут в виде двух С-образных пластин толщиной равной не более ширины проточки h, а радиусы охватывающих С-образных пластин имеют размер r=d/2.
Известное устройство при его применении для оперативного контроля качества арматуры при массовом производстве имеет недостатки. Эти недостатки проявляются, когда номенклатура изделий включает много диаметров стержня, поскольку он достаточно трудоемок. При каждом испытании в этом способе нужно:
- обеспечить надежное крепление образца в держателе разрывной машины, поскольку испытание идет «на отрыв» буртика;
- после каждого испытания заменить хомуты на образце, и только вручную;
- обеспечить перпендикулярность поверхности хомута оси образца стержня, тем более в момент отрыва буртика для гарантированной точности измерений.
Указанные недостатки ограничивают возможности оперативного контроля прочности образца по глубине радиуса в сечении силового стержня, по длине вдоль его оси и снижают точность измерений и производительность работ, что особенно важно для массовых производств композитной арматуры.
сдв
Известно другое устройство для испытания прочности методом сдвига, принятое в качестве прототипа, в котором буртик работает не на «отрыв», а на сдвиг при сжатии образца (RU №2709597, опубл. 18.12.2019, Бюл. №35). Устройство включает основание, смонтированные на нем подвижный суппорт с силовым приводом и кулачковым зажимом образца и неподвижный тензодатчик, отличающееся тем, что между тензодатчиком и ступенчатым концом образца установлена обойма с цилиндрическими гнездами, в каждом из которых смонтирован толкатель, снабженный со стороны образца кольцевым упором, внутренний диаметр которого совпадает, с испытываемым диаметром сдвига d, а со стороны тензодатчика сферическим наконечником.
Для производства такого изделия, как композитная арматура, оперативный контроль подразумевает получение информации о прочностных характеристиках изделия не только в короткий срок, но и с повышенной точностью, чего не позволяет известное устройство-прототип. Поэтому повышение точности измерений при оперативном контроле имеет существенное значение.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении точности измерений прочности сцепления продольно ориентированных волокон по глубине от поверхности стержня (по радиусу R) и длине стержня вдоль волокон (по оси X).
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в устройство для измерения прочностных характеристик стержня строительной композитной полимерной арматуры, включающее основание, матрицу, закрепленную на основании, силоизмерительный датчик под матрицей, подвижный пуансон закреплен в держателе, шарнирно установленном на поворотной кулисе, подвижный конец которой соединен; с основанием при помощи силового линейного привода.
Техническое решение измерителя показано далее на чертежах:
- фиг. 1 - продольный разрез измерителя;
- фиг. 2 - продольный разрез образца, который подвергается испытанию в измерителе;
сдв
- фиг. 3 - график изменения усилия сдвига буртика по времени F=(t), полученный во время реальных испытаний образца.
Предлагаемое устройство содержит основание 1 с регулируемыми опорами 2, матрицу 3 с закрепленным на ней тензодатчиком 4, раму 5,с толкателем 6, поворотную кулису 7 с линейным приводом 8, связывающем ее с основанием 1. На кулисе 7 шарнирно закреплен держатель 9 пуансона 10, между которым и толкателем 6 размещается образец 11.
Кулиса 7 смонтирована шарнирно на оси 12 и имеет ряд отверстий 13, располагаемых на различных расстояниях от оси 12 для крепления линейного привода 8. Образец 11 имеет насадку 14, буртик 15 и хвостовик 16.
Толкатель 6 закреплен на раме 5 при помощи втулки 17 с возможностью свободного осевого перемещения.
Устройство применяется следующим образом.
сдв
Перед началом работы подготавливают образец: обрабатывают заготовку (отрезок стержня композитной арматуры) для получения намеченных к испытаниям диаметру сдвига d и ширине буртика Δh вдоль оси «X».
сдв
сдв
В исходном положении линейный привод 8 вдвинут до положения минимального хода, пуансон 10 в держателе 9 отсутствует. Включают привод 8 на подъем кулисы 7 до такого положения, чтобы образец 11 с надетым на насадку 14 пунсоном 10 можно было вставить хвостовиком 16 в толкатель 6. Включая привод 8 на опускание кулисы 7 прижимают пуансон 10 к буртику 15 с усилием F=0. Величину усилия контролируют и регулируют по показаниям тензодатчика 4. Положение линейного привода 8 для F=0 принимают за величину нулевого хода L=0.
Затем, включают рабочий ход привода 8, увеличивая усилие, которое через кулису 7, держатель 9, пуансон 10, образец 11 и толкатель 6 передается на тензодатчик 4. При достижении разрушающей нагрузки происходит механический сдвиг буртика 15. Испытание завершают, поднимают кулису 7 и извлекают разрушенный образец 11.
Горизонтальность положения основания 1 обеспечивается регулируемыми опорами 2. Матрица 3 сохраняет относительное положение тензодатчика 4 по отношению к основанию 1. Рама 5 через втулку 17 обеспечивает перпендикулярность оси толкателя 6 по отношению к основанию 1, а через хвостовик 16 совпадение осей образца и толкателя 6.
Вследствие этого исключается влияние посторонних сил на достоверность проводимых измерений.
Отверстия 13 используют при наладке измерителя для изменения плеча действия силы привода 8 относительно оси 12 вращения кулисы 7.
Проведя серию испытаний образцов с различной глубиной залегания слоя сдвига от поверхности стержня (по оси R) и по длине волокон вдоль оси стержня (по оси X) можно получить пространственную матрицу сдвиговых напряжений и сделать выводы о качестве технологического процесса.
сдв
Кроем того, существенную информацию дает характер динамики нарастания сдвиговой нагрузки по времени F=(t). Так, например, по графику на фиг. 3 видно:
- нарастание нагрузки по времени неодинаково, поскольку на первых секундах буртик сопротивляется смещению в «пластической» зоне;
cp
- аппроксимирующая кривая имеет пик в районе 29-33 секунд, при котором средний показатель нагрузки (для 5 секунд составляет F=665,48 Н).
Предлагаемое устройство может быть применено в промышленных условиях для оперативного контроля качества технологического процесса, которое гарантируется при сохранении параметров основных технологических операций. При этом исходными для контроля параметрами принимаются те, которые поддерживались при отборе образцов, на основании испытаний которых в специализированной строительной лаборатории изготовитель получил сертификат.
По предлагаемому изобретению разрабатывается проект предложений для включения в ГОСТ 31938 в виде раздела «Средства оперативного контроля качества изготовления композитной полимерной арматуры», подраздел «Определение силы сцепления слоев композита».