СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ БЕТОНА В ИЗДЕЛИИ
METHOD OF DETERMINING PARAMETERS OF CRACK RESISTANCE OF CONCRETE IN AN ARTICLE

Изобретение относится к области строительства.
Известен способ определения прочности тяжелых и легких бетонов, заключающийся в скалывании ребра изделия путем прикладывания нагрузки к ребру изделия, фиксации величины нагрузки в момент скола ребра и последующее измерение фактической глубины скалывания (см. ГОСТ 22690-88 "Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля" / Введен: 01.01.91; с. 8).
Недостатком данного способа является низкая точность и достоверность определения критического коэффициента интенсивности напряжений исследуемого материала в результате того, что во время испытаний в зоне скола возникают касательные напряжения вдоль линии действия силы, которые искажают точность и достоверность определения критического коэффициента интенсивности напряжений.
Известен способ определения критического коэффициента интенсивности напряжений, заключающийся в том, что в образце прямоугольного сечения выполняют зону концентраций напряжений, которую нагружают до разрушения, после чего по полученным данным определяют критический коэффициент интенсивности напряжений. При этом зону концентрации напряжений выполняют на противоположных гранях в плоскости, перпендикулярной продольной оси образца, а перед нагружением зоны образец закрепляют консольно (см. авт. св. СССР №1257448, G01N 3/00).
Недостатком известного способа является низкая точность и достоверность определения критического коэффициента интенсивности напряжений в исследуемом изделии в результате того, что при извлечении образца из изделия, особенно в промышленных условиях, по всему объему образца образуются микротрещины, которые снижают силы сцепления межатомных связей, что приводит к преждевременному разрушению образца, а следовательно, к искажению получаемых данных.
Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является способ определения критического коэффициента интенсивности напряжений, заключающийся в том, что в изделии прямоугольного сечения выполняют зону концентрации напряжений, которую нагружают до разрушения и по полученным данным определяют критический коэффициент интенсивности напряжений, отличающийся тем, что зону концентрации напряжения в изделии выполняют в виде углового сегмента в месте пересечения его перпендикулярных граней, образованную зону нагружают по поверхности углового сегмента до его отлома, после чего замеряют разрушающую нагрузку и параметры отломленного углового сегмента, а критический коэффициент интенсивности напряжения в изделии определяют по формуле.
Недостатком известного способа является низкая точность и достоверность определения параметров трещиностойкости бетона вследствие определения характеристики бетона только по одному параметру и узкая область применения способа так как зону концентрации напряжений выполняют только на пересечении перпендикулярных граней.
Целью изобретения является повышение точности и достоверности определения критического коэффициента интенсивности напряжения в изделии и расширение области использования способа.
Поставленная цель решается тем, что в известном способе определения характеристик трещиностойкости бетона в изделии, зону концентрации напряжения в изделии выполняют на поверхности бетона в виде прямоугольного трапецеидального призматического элемента длиной 5 диаметров наибольшей крупности заполнителя и высотой в одни диаметра наибольшей крупности заполнителя, но не менее 20 мм, с углом наклона стороны трапеции в 45 градусов, меньшая сторона которого монолитно связана с бетоном, а верхнюю большую сторону нагружают по поверхности до отлома призматического элемента по меньшей стороне от тела бетона, причем во время нагружения одновременно измеряют деформацию верхней стороны и соответствующее ей усилие, а параметры трещиностойкости бетона определяют по полученному графику «деформация-усилие».
На фиг. 1 показаны:
1 - Прорези на поверхности бетонного элемента.
2 - Прямоугольный трапециедальный призматический элемент, полученный в теле бетона после выполнения пропилов.
3 - Прямоугольный призматический блок, приклеенный к призматическому бетонному элементу 2.
4 - Силовой рычаг, жестко соединенный с прямоугольным блоком 3.
5 - Измерительные рычаги жестко соединенный со стальным блоком 3
6 - Винтовые домкраты или домкраты другого типа, оказывающие давление на силовой рычаг 4, упираясь в тело бетона. Усилие в силовом рычаге измеряют любым известным способом - установкой датчиков на рычаг, измерением даваления в силовом элементе, измерением усилия на бетон.
7 - Индикаторы, закрепленные на измерительных рычагах 5 для измерения перпмещений L.
L1, L2, L3, L4 - величины смещения измерительных рычагов 5 по отношению к поверхности бетона. Измерение смещений в нескольких точках позволяет определить положение линии трещины, неравномерность смещения устья трещины, дает дополнительную (избыточную информацию для повышения точности измерения. Схема измерений с помощью полученной устройством информации показана на фиг. 2.
Отличительный признак, характеризующий действие выполнения зоны концентрации напряжений на поверхности бетона в виде прямоугольного трапецеидального призматического элемента в известных технических решениях не обнаружен. При этом выполнение вышеуказанной зоны в исследуемом изделии позволяет осуществлять последующее нагружение этой зоны до ее отлома непосредственно на поверхности изделия, а не в месте пересечения его перпендикулярных граней. Это позволяет выбрать наиболее рациональную зону работы элемента (угловые зоны наиболее подвержены разрушению), сохранить целостность структуры материала изделия, а следовательно, повысить точность и достоверность полученных результатов.
Для определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона известен прием нагружения торцевой поверхности прямоугольного изделия путем создания на его поверхности однозначных сжимающих или растягивающих напряжений (см. ГОСТ 24452-80 "Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона" / Введен: 01.01.1982, с. 7).
В заявляемом способе нагружают не изделие, а прямоугольную трапецеидальную призму, образованную на поверхности изделия. Указанный отличительный признак в заявляемом способе проявляет новое техническое свойство, заключающееся в создании зоны разнозначных нормальных напряжений в исследуемой зоне изделия, а именно сжатых и растягивающих напряжений в разрушающемся сечении материала изделия при отсутствии касательных напряжений, что обеспечивает рост трещины отрыва без сдвига ее берегов от начала растянутой зоны. Это позволяет повысить точность и достоверность определения критического коэффициента интенсивности напряжения в изделии за счет создания в последнем чистого напряженного состояния, характеризующегося растяжением при отсутствии сдвига.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ определения критического коэффициента интенсивности напряжения в изделии при нормальном отрыве не следует явным образом из известного уровня техники, а, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Для осуществления заявляемого способа определения критического коэффициента интенсивности напряжений в изделии предлагается использовать специальное устройство.
Сущность: в изделии прямоугольного сечения выполняют зону концентрации напряжений, которую нагружают до разрушения и по полученным данным определяют критический коэффициент интенсивности напряжений. Зону концентрации напряжения в изделии выполняют в виде углового сегмента в месте пересечения его перпендикулярных граней. Образованную зону нагружают по поверхности углового сегмента до его отлома, после чего замеряют разрушающую нагрузку и параметры отломленного углового сегмента, а критический коэффициент интенсивности напряжения в изделии определяют по формуле. Технический результат: повышение точности и достоверности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 Приведена аксонометрия схемы устройства определения характеристик трещиностойкости бетона изделия;
- на фиг 2. - Прямоугольный трапецеидальный призматический элемент;
- на фиг. 3 - Схема измерений развития трещины.
Обработку полученных графиков можно проводить известными методами. Например в соответствии с ГОСТ 29167-91.
Во время отлома сегментов измеряется усилие отлома F и смещение трещины V. По результатам измерений строится диаграмма F- V. Вид диаграммы показан на фиг. 3. На фиг. 4 показана трансформированная диаграмма, полученная при местном сбросе нагрузки. Диаграммы используют в общем методе диагностики конструкции.
Для фиг. 4 и 5:
D - точка начала прямого участка
СА - параллельна ОТ, СН - перпендикулярна OV.
OTCDK - расчетная диаграмма
X' и X '' - получают параллельным переносом из X по линии разгрузки.
0
где ϕ=b/L - относительная высота образца;
- относительная длина начального надреза.
Используя полученные диаграммы, приведенные на рис. 3 и 4, рассчитывают энергозатраты на развитие и рост трещины.
m
Энергозатраты на процессы развития и слияния микротрещин до формирования магистральной трещины статического разрушения W (МДж) определяют по площади ОТСА.
e
Энергозатраты на упругое деформирование до начала движения магистральной трещины статического разрушения W (МДж) определяют по АСН.
t
Энергозатраты на локальное статическое деформирование в зоне магистральной трещины W(МДж) определяют по HCDK.
Расчетные энергозатраты на упругое деформирование сплошного образца  (, (МДж) определяют по
ce
Полные упругие энергозатраты на статическое деформирование до деления на части W (МДж) определяют по ONC'X'O.
По полученным энергозатратам определяются:
2
1. Статический джей-интеграл, МДж/м.
0,5
2. Статический критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа⋅м .
0,5
3. Критический коэффициент интенсивности напряжений при максимальной нагрузке, МПа⋅м
4. Критерий хрупкости, м
Получение вышеприведенных характеристик позволяет оценивать состояние конструкций на соответствие их теоретическим моделям.