24.01.2021

Контрольно-измерительная аппаратура для определения деформационных характеристик бетона


При проведении статических испытаний бетона с целью определения его деформативных характеристик при кратковременной и длительной нагрузках, а также измерения деформаций усадки может применяться разнообразная измерительная аппаратура, основанная главным образом на механическом, электрическом и комбинированном принципах работ.

Для измерения деформаций применяют приборы, называемые тензометрами. ГОСТ 18957—73 подразделяет тензометры, предназначенные для измерения линейных деформаций строительных материалов и конструкций, по способу преобразования измеряемой деформации на TMPC (механические, рычажно-стрелочные); TMPЛ (механические, рычажно-лимбовые); ТМИ (механические, индикаторные); ТОМП (оптико-механические, призменные) и ТЭМТ (электро-механические, тензорезисторные).

К приборам для измерений деформаций бетона предъявляют следующие основные требования:

1) возможность проводить измерения с точностью не ниже 2*10в-5 и диапазоне 0,1—1000 единиц относительной деформации — е.о.д. (1 е.о.д. равна 10в-8, или 0,0001 мкм/м);

2) небольшие размеры и масса при широком диапазоне базы измерений от 0,5 до 300 мм, а иногда и более;

3) линейность характеристики на всем диапазоне измерений и малая инерционность;

4) минимальное искажение поля напряжений и деформаций в месте измерений;

5) нечувствительность к влиянию внешней среды;

6) возможность сравнительно быстрой и надежной установки и подключения к регистрирующей аппаратуре.

ГОСТ 18957—73 устанавливает, что каждый тензометр сопровождают паспортом, инструкцией по эксплуатации и выпускным аттестатом, где в последнем приводятся сведения о действительной цене деления прибора, полученной в результате градуировки (для тензометров с условными шкалами); размеры призм, расстояние от зеркала до шкалы и таблица расчета поправок для каждой базы для оптико-механических тензометров; номера комплектующих индикаторов с указанием их цены деления (для индикаторных тензометров).

Тензометры всех типов должны поставляться комплектно. Все разъемные детали тензометра имеют клеймо с номером прибора, в комплект которого они входят.

При необходимости определения характеристик тензорезисторов эти испытания проводят по ГОСТ 21615—76, который также регламентирует требования по технике безопасности при их проведении.

При исследованиях бетона наибольшее применение получили следующие приборы.

Индикатор (мессура) часового типа (рис. IV.1) состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого располагается система шестеренок передаточного механизма, измерительный стержень и основная шкала с большой стрелкой и ободком, который смещается со шкалой относительно корпуса. Для отсчета полных оборотов большой стрелки имеется вторая, малая шкала со стрелкой.

Индикаторы выпускают с ценой деления основной шкалы 0,01; 0,002 и 0,001 мм. Пределы измерения индикаторов 0—10 мм; 0—5 мм; 0—2 мм (для микронных 0—1 и 0—2 мм).

Индикаторы довольно удобны в работе, сравнительно просто крепятся на образцах (способы крепления рассмотрены ниже), обладают высокой точностью измерений.

Перед работой следует проверить постоянство показаний путем 2—3-кратного поднятия и опускания измерительного стержня. Если стрелка отклонится от нулевого положения, следует снова совместить с нею нулевую отметку шкалы.

Индикаторы наиболее часто применяют для измерения кратковременных и длительных деформаций бетонных образцов. Индикатор используется как основная часть переносных деформометров (компараторов).

Тензометр Гугенбергера (рис. IV.2) представляет собой двойную рычажную систему, обеспечивающую измерение деформаций на базе 20 мм (при помощи специальных удлинителей базу можно увеличить до 250 мм) с точностью 0,001 мм. Установленное на шкале тензометра зеркальце уменьшает возможность погрешностей при снятии отсчета.

Если отсчет берется правильно (глаз испытателя при этом должен быть направлен перпендикулярно к плоскости шкалы и зеркала), то стрелка совместится со своим отражением в зеркале. Тензометр характеризуется малой массой, небольшими размерами и высокой точностью измерений. Однако хрупкость, легкая повреждаемость отдельных узлов, требование чрезвычайной осторожности ограничивают применение тензометров Гугенбергера.

Эти тензометры, так же как и тензометры Н.Н. Аистова, чаще всего используют при испытаниях конструкций.

Электрические тензометры наиболее часто представлены проволочными датчиками сопротивления (тензорезисторами), в которых использована зависимость между деформацией проволоки и ее относительным изменением сопротивления.

Тензорезистор представляет собой тонкую (папиросную) бумагу или пленку, на которую приклеена проволока диаметром 0,02—0,05 мм с высоким удельным сопротивлением. К концам проволоки припаивают проводники и поверх них приклеивают тонкую бумагу. Так как концевые участки проволочной петли создают чувствительность тензодатчиков к поперечным деформациям, проволочную решетку изготовляют в виде остроконечных зигзагов. Применяют также тензорезисторы с непетлевой решеткой: проволочки, расположенные параллельно на расстоянии 0,2—0,6 мм, соединяются последовательно низкоомными перемычками из фольги. Известны также фольговые датчики.

К основным характеристикам тензорезисторов относятся омическое сопротивление R, база l и коэффициент тензочувствительности S. R в применяемых датчиках равно 100, 200 и 400 Ом; l — 5, 10, 20, 30, 50, 75 и 200 мм; S — обычно от 1,8 до 2,3 (есть датчики с S до 5,6); эта величина зависит не только от параметров проволоки, но и от основы, клея и других показателей. Масса тензорезистора 0,01 г.

Существуют тензорезисторы для измерения деформаций по разным направлениям при сложном напряженном состоянии. Специальные гидроизолированные датчики могут применяться для исследования деформаций в условиях повышенной влажности.

Довольно сложным и трудоемким процессом, требующим большой точности, квалификации и внимания, является наклейка тензорезисторов. Порядок их приклеивания на бетонную поверхность следующий.

Бетонную поверхность зачищают шлифовальным бруском и очищают от пыли. Фосфат-цементом или (что хуже) гипсовым раствором зашпатлевывают раковины; после затвердения гипса поверхность шлифуют шкуркой. После этого поверхность протирают тампоном, смоченным в ацетоне или толуоле, а затем промывают спиртом. Когда поверхность высохнет, ее грунтуют несколькими слоями клея, который должен хорошо просохнуть. Желательно применять тот же клей, каким склеен тензорезистор. Для бетона рекомендуется кремненитроглифталевый клей 192-Т, карбинольный, циан-акрилатный клей циакрин, хуже целлулоидный (табл. IV.1).

На подготовленную поверхность наносят слой клея и дают ему подсохнуть (15 мин для бакелито-фенольного и 3 мин для ацетоно-целлулоидного). Затем протирают спиртом поверхность датчика и смазывают ее тонким слоем клея, после чего накладывают на бетонную поверхность и прикатывают через фильтровальную бумагу резиновым валиком. Датчик должен быть приклеен по всей поверхности, без пропусков. Для обеспечения плотного прилегания применяют прижим 0,2—0,4 МПа. Толщина клеевого шва не должна превышать 0,2 мм. При необходимости поверх наклеенного датчика наносят гидроизоляцию. Поверхности, на которые наносят гидроизоляцию, должны быть чистыми и сухими.

Для гидроизоляционных покрытий рекомендуются следующие составы:

- парафино-вазелиновая смесь состоит из 85—90% технического вазелина и 10—15% парафина (по массе). Смешивают их в нагретом до 70—80° С состоянии. При этой же температуре 2—3 слоя смеси наносят на изолируемую поверхность бетона и тензорезисторов. Такое покрытие защищает даже при кратковременном действии атмосферных осадков;

- сложная парафиновая смесь имеет следующий состав (% по массе): парафин 32; воск 8; тавот 15; канифоль 35 и машинное масло 10. Условия приготовления и применения такие же, как и парафино-вазелиновой смеси, но прочность покрытия более высокая;

- воск и восковые смеси наносят на поверхности, предварительно разогретые до 60—80° С. Воск при нанесении должен иметь температуру 40—50° С; его наносят в 2—3 слоя, после чего поверхность покрывают слоем тавота или технического вазелина. Такое покрытие препятствует попаданию влаги через трещины в восковом покрытии, которые возникают при отрицательной температуре;

- карбинольно-цементная смесь состоит (по массе): из карбинольного сиропа 95; перекиси бензоила 3 и портландцемента 25—50. В начале при температуре 30—40° С приготавливают карбинольный клей, а затем после 1—2-часовой выдержки добавляют цемент, тщательно перемешивая массу. Смесь готова через 20—30 мин после завершения перемешивания. Затвердевание — ~3 сут при температуре 15—20° С. Рекомендуется повторно нанести смесь через 1 сут, а после затвердевания перекрыть одним-двумя слоями битумного лака;

- цементно-эпоксидная смесь включает (ч. по массе) эпоксидную смолу ЭД-5 или ЭД-6 100; портландцемент 50/60 и полиэтиленполиамин 6/10. Вначале смолу тщательно перемешивают с цементом, после чего добавляют полиэтиленполиамин и снова смешивают. Смесь должна быть использована в течение 30 мин. Покрытие затвердевает через сутки;

- кабельные массы МБ-70 и МБ-90 образуют наиболее надежные гидроизоляционные покрытия, но требуют нагрева до 200° С.

Поскольку в процессе наклейки тензодатчиков возможны их повреждения, должна быть выполнена проверка:

1) проволочной цепи на предмет выявления обрывов с помощью омметра;

2) сопротивления изоляционного слоя (клей и основа) между проволочной решеткой и бетоном на предмет выявления возможности утечки тока (это возможно при сопротивлении менее 50 МОм) с помощью мегомметров типа MOM-3, MOM-4, Е6-3 или Е6-4А.

Аппаратура для измерения изменения сопротивления тензорезистора при деформации бетона основана на использовании мостовых схем. Чаще применяются схемы, работающие на переменном токе.

Для измерения деформаций применяют приборы типа ИД-2, ИД-59, ИД-62, ИСД-2, ИСД-3 и др., обеспечивающие измерение в диапазоне от 10 до 10в4 е.о.д.; цена деления 10 е.о.д. В приборах применяется ручное уравновешивание моста.

Измеритель статических деформаций (ИСД-3) рассчитан на работу с тензорезисторами сопротивлением 50—500 Ом. В приборе имеется переключатель на 20 положений. В качестве источника питания применяют батарею 336-Л.

Электронные измерители деформаций с автоматической балансировкой моста типов АИ-1 и АИ-2, АИД-1М, АИД-2М, АИД-4 уменьшают трудоемкость замеров и увеличивают скорость снятия отсчетов измерения в диапазоне 10—10в15 е.о.д., цена деления 10 е.о.д..

При измерении длительных деформаций тензодатчик применять не рекомендуется, в частности, в силу «дрейфа» нуля с порядком (1/2)10в5.





Яндекс.Метрика