Випробування вуглецевих сталей

Сталь вуглецеву звичайної якості підрозділяють на три групи: А, Б, В. У сталі групи А гарантуються її механічні властивості, групи Б – хімічний склад, а групи В – хімічний склад та механічні властивості.

Для будівельних цілей використовують в основному сталі групи А (ГОСТ 380-94), механічні властивості яких мають особливо важливе значення при розрахунку конструкцій. Найбільше практичне значення мають випробування на розтягання, твердість та ударну в’язкість.

15.1 Випробування вуглецевої сталі на розтягання (рис. 15.1)

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення границі міцності на розрив та практичне його виконання.

Прилади та обладнання: циліндричні зразки діаметром 3 мм й більш та плоскі зразки, машина розривна ГРМ-1, штангенциркуль.

а – зразок сталі; б – діаграма розтягання низьковуглецевої сталі

Рисунок 15.1 – Випробування сталі на розтягання

Для випробування на розтягання застосовують циліндричні зразки діаметром 3 мм й більш, а також плоскі товщиною 0,5 мм й більш з початковою розрахунковою довжиною – короткі, – довгі, де F₀ – початкова площа поперечного перерізу до руйнування (мм²).

Для випробування зразки вимірюють не менш ніж у трьох місцях (в середині та по краях робочої частини зразка) з точністю до 0,1 мм. Те ж саме роблять і після випробувань. За найменшими з одержаних розмірів обчислюють площу поперечного перерізу зразка. Зразки випробують на розривних та універсальних випробувальних машинах.

Дане випробування проводиться на розрив стрижня арматури або зварного шва.

Підлягають визначенню:

границя текучості фізична – s_m;

часовий опір – R_в;

відносне подовження після розриву – d (%).

Результати випробувань на розрив стрижня записують до лабораторного журналу (табл. 15.1).

Таблиця 15.1 – Визначення границі міцності на розрив сталевої арматури

Показники		Результат
І	ІІ	ІІІ
Початковий діаметр робочої частини зразка до розриву Початкова розрахункова довжина Початкова площа поперечного перерізу зразка до розриву Найбільше розтягуюче навантаження Границя міцності (часовий опір розриву) Середнє значення границі міцності	мм мм мм² кгс кгс/см² кгс/см²

Форма звіту: лабораторний журнал.

15.2 Випробування вуглецевої сталі на твердість

Мета роботи: ознайомлення з методами визначення твердості вуглецевої сталі за способом Роквелла та способом Роквелла і практичне його виконання.

Прилади та обладнання: прес Бринелля, лічильний мікроскоп, прес Роквелла, наждачний папір.

Найбільш поширені наступні способи визначення твердості металів: вдавлювання сталевої кульки з визначенням твердості за діаметром відбитка (спосіб Бринеля) та вдавлювання алмазного конуса або сталевої кульки з визначенням твердості за глибиною відбитка (спосіб Роквелла). Число твердості за Бринелем позначають знаком НВ, за Роквеллом HR.

15.2.1 Спосіб Бринеля. Твердість металів за способом Бринеля визначають вдавлюванням сталевої кульки певного діаметра у випробуваний метал протягом певного часу, як це показано на рис 15.1.

Число твердості за Бринелем (НВ) визначають як середній тиск на сферичній поверхні відбитка кульки та обчислюють в МПа (кгс/см²) за формулою 15.2.

, (15.1)

де P – навантаження на кульку,

НВ (кгс);

D – діаметр кульки, мм;

d – діаметр відбитка, мм.

Преси Бринеля бувають двох видів: гідравлічні (масляні) та важільні.

Перед початком випробувань на пресі Бринеля встановлюють вантажі та кульку. Підбором вантажів можна одержати навантаження в 188,5; 250; 500; 750; 1000 та 3000 кгс.

Діаметр кульки та величину навантаження встановлюють в залежності від твердості металу за табл. 15.2.

Якщо після одержання відбитка бічні або нижній боки зразка виявляться деформованими, випробування вважають недійсним. Його повторюють, використовуючи кульку меншого діаметра та встановлюючи відповідне навантаження.

Діаметри одержаних відбитків мають знаходитися в межах 0,2D < d < 0,6D. Якщо вказані границі не додержані, випробування вважається недійсним. Центр відбитка має знаходитися від краю зразка на відстані не менш 2,5D кульки, а від центра сусіднього відбитка – не менш 4,0 D кульки.

Діаметр відбитка вимірюють за допомогою лічильного мікроскопа у двох взаємно перпендикулярних напрямках та визначають його як середнє арифметичне з двох вимірювань: різниця вимірювань не повинна перевищувати 2 %.

Твердість НВ зразка визначають за формулою 15.1 або за спеціальними таблицями (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных матеріалів. – Киев: Выща шк., 1978, табл. 37 з урахуванням діаметра відбитка, величини навантаження та діаметра кульки.

Результати визначення твердості металу записують до лабораторного журналу на прикладі табл. 15.2.

Таблиця 15.2 – Визначення твердості вуглецевої сталі за методом Бринеля

Показники	Розмірність	Результат
І	ІІ	ІІІ
Товщина зразка Діаметр кульки (D) Навантаження на кульку (для чорних металів К=30) Тривалість витримки від навантаженням Діаметр відбитка (d), Число твердості за розрахунковою формулою Число твердості за таблицею з ГОСТ 9012 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов, - М.: - 1978,табл. 37)	мм мм кгс с мм кгс/мм² кгс/мм²

Форма звіту: лаборатний журнал.

15.2.2 Спосіб Роквелла. При визначенні твердості металів за Роквеллом (рис. 15.3) у випробуваний зразок вдавлюють алмазний конус або сталеву кульку під дією двох послідовно прикладених навантажень – попереднього в 10 кгс та загального (попередній та основний) в 60, 100 та 150 кгс. Діаметр кульки має бути 1,588 мм. Алмазний конус має твірний кут в 120° та закруглену вершину з радіусом закруглення r = 0,2 мм.

Твердість за Роквеллом (НR) вимірюють за шкалами А, В та С (показати на приладі) в умовних одиницях. За одиницю твердості прийнята величина, відповідна осьовому переміщенню накінцівника на 0,002 мм.

НR = 100 - l – за шкалами А та С;

НR = 130 - l – за шкалою В;

Величину l визначають за формулою 15.2.

l , (15.2)

де h – глибина проникнення конуса (кульки) до металу після загального навантаження, мм;

h₁ – глибина проникнення конуса (кульки) до металу після попереднього навантаження, мм.

Число твердості за Роквеллом – абстрактне, позначають його знаком НR з додаванням шкали (А, В, С), за якою здійснювалось випробування (наприклад, НRА, НRВ, НRС). Вибір шкали, за якою випробують метал, залежить від його твердості. При очікуваній твердості металу в границях від 25 до 100 за Роквеллом вживають шкалу В; випробування здійснюють із сталевою кулькою при навантаженні 100 кгс. Якщо очікувана твердість металу знаходиться в границях від 20 до 67 за Роквеллом, то вживають шкалу С; випробують його під навантаженням 150 кгс. При очікуваній твердості металу 70–85 вживають шкалу А, використовуючи алмазний конус при навантаженні 60 кгс. Попереднє та загальне навантаження слід прикладати до зразка плавно, без поштовхів та ударів, нормально до поверхні зразка.

Перед випробуванням поверхню зразка у разі необхідності зачищують наждачним папером, напилком з дрібною насічкою або дрібнозернистим наждачним кругом. Результати відлічують у цілих поділках шкали після зняття основного навантаження; попереднє навантаження залишається прикладеним.

Відстань центра відбитка до краю зразка або від центра іншого відбитка при випробуванні має бути не менш 3,0 мм. Показники твердості за Роквеллом приблизно можна перевести на числа твердості за Бринелем за спеціальною таблицею співвідношення чисел твердості, складеною на основі експериментальних даних.

Результати визначення твердості металу за методом Роквелла заносять до табл. 15.3.

Таблиця 15.3 – Визначення твердості вуглецевої сталі за методом Роквелла

Показники	Розмірність	Результат
І	ІІ	ІІІ
Діаметр сталевої кульки Попереднє навантаження (Р₀) Загальне навантаження (Р) Показник за шкалою В Число твердості за Роквеллом Число твердості за таблицею 37 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов, - М., 1978)	мм кгс кгс кгс/мм² кгс/мм²

15.3 Випробування вуглецевої сталі на ударну в’язкість

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення ударної в’язкості сталі ті його практичне виконання.

Прилади та обладнання: маятниковий копр, брусок квадратного перетину з надрізом посередині, штангенциркуль.

Ударна в’язкість металу визначається роботою, витраченою на злом зразка та віднесеною до робочого перетину зразка в місці надрізу.

Випробування на в’язкість проводять на маятниковому копрі (рис. 15.4) до руйнування стандартного зразка. Зразок має форму бруска квадратного перетину з надрізом посередині (рис. 15.5).

Рисунок 15.4 – Схема маятникового копра

Рисунок 15.5 – Схема випробування стандартного зразка на ударну в’язкість

Зразок обмірюють штангенциркулем або мікрометром з точністю до 0,05 мм, встановлюють надрізом у бік, протилежний удару, точно супротив вістря ножа маятника. За кутами відхилення, масою маятника та його розмірами можна обчислити роботу, витрачену на злом зразка, з точністю до 0,1 кгс×м. Роботу удару (А_З) після руйнування зразка визначають за шкалою (в кгс×м) або за кутами зліту (в градусах) маятника. Значення роботи удару

, (15.3)

де Р – маса маятника, кг;

l – довжина маятника (тобто відстань від його осі до центра тяжіння, м;

a та b – кути підйому маятника відповідно до і після злому зразка, град.

Величину А_З в обох випадках обчислюють з точністю до 0,1 кгс×м.

Ударна в’язкість, Дж/м² (кгс×м/см²)

, (15.4)

де А_З – робота удару, витрачена на злом зразка, Дж або кгс×м;

F – площа поперечного перетину зразка в місці надрізу до випробування, см².

Значення а_З обчислюють з точністю до 0,1 кгс×м/см².

Результати випробування ударної в’язкості заносять до лабораторного журналу (табл. 15.4).

Таблиця 15.4 – Визначення ударної в'язкості сталі

Показники	Розмірність	Результати
І	ІІ	ІІІ

Розміри зразка Товщина ширина висота Площа поперечного перерізу в місці надрізу Вага маятника (Р) Довжина маятника (відстань від його осі до центра тяжіння), м Робота (А_З), витрачена на руйнування зразка Ударна в’язкість сталі Середній результат	см см см см² кгс м м кгс·м кгс×м/см² кгс×м/см²

Форма звіту: лабораторний журнал.

Лабораторна робота 16

НЕРУЙНУЮЧІ методи випробувань

будівельних матеріалів

Мета виконання робіт 16.1.3-16.3.1 полягає в ознайомленні з основними принципами та методами визначення міцності матеріалів сучасними неруйнучими методами.

Форма звіту: оформлення лабораторного журналу.

16.1 МЕХАНІЧНІ НЕРУЙНУЮЧІ методи випробувань

16.1.1 Метод визначення міцності молотком Фізделя

Мета роботи: ознайомлення з неруйнучим методом визначення міцності за допомогою молотка Фізделя та практичне його виконання.

Прилади та обладнання: молоток Фізделя, штангенциркуль.

Метод визначення міцності бетону без руйнування за допомогою молотка Фізделя заснований на вимірюванні величини відбитка кульки від її удару об матеріал, що випробується, та знаходження міцності за тарувальною кривою.

Інженеру Фізделю належить ідея визначення міцності будівельної конструкції без руйнування із застосуванням молотка, оснащеного в боковій частині завальцованою легко обертаючоюся кулькою, що видно на рис. 16.1.

Метод визначення міцності полягає в наступному.

Загостреною частиною молотка з поверхні виробу видаляється неміцний шар затверділого цементного молочка. По найбільш навантажених ділянках площею не менш 100 см² наноситься 5-10 ліктьових ударів молотком, розташованих один від одного на відстані не менш 30 мм. Вимірюють діаметри відбитків кульки на виробі та обчислюють середнє арифметичне значення. Виріб (стандартний зразок бетону або іншого будівельного матеріалу) випробують на міцність під час стиснення за відповідним стандартним методом. За результатами випробувань будують тарувальну криву, де по осі абсцис відкладають міцність при стиску виробу (кгс/см², МПа), а по осі ординат середній діаметр відбитка кульки (мм), згідно з рис. 16.2.

Міцність при стиску, кгс/см²

Під час подальших випробувань будівельних конструкцій, одержаних з тих самих компонентів, що і на стадії попередніх випробувань, за тарувальною кривою та середнім діаметром відбитка легко та швидко визначають міцність будівельної конструкції.

Метод визначення міцності за допомогою молотка Фізделя має позитивні якості та недоліки.

Позитивні якості:

- легке та швидке визначення міцності виробів;

- недороге та доступне інструментальне оснащення;

- легке та швидке набуття навичок обслуговуючим персоналом.

Недоліки методу:

- використання неконтрольованої сили удару;

- визначення міцності виробів тільки з їх поверхні.

Форма звіту: лабораторний журнал.

16.1.2 Метод визначення міцності еталонним молотком Кашкарова

Мета роботи: ознайомлення з не руйнуючим методом контролю міцності еталонним молотком Кашкарова та практичне його виконання.

Прилади та обладнання: еталонний молоток Кашкарова, наждачний папір, лінійка.

Метод заснований на визначенні міцності важкого бетону за величиною співвідношення діаметрів відбитків на поверхні бетону та сталевому еталонному стрижні.

Метод застосовується для визначення міцності бетону в межах 50-500 кгс/см².

Еталонний молоток Кашкарова (рис. 16.3) оснащений еталонним стрижнем з круглої сталі марки ВСТ-ЭСП-2 довжиною 100-150 та діаметром 12 мм.

Випробують бетонну конструкцію на більш навантажених зонах, які включають не менше 12 ділянок. Ці ділянки відчищають від шару затверділого цементного молока. Оператор наносить 5-10 ударів по ділянках площею не менше 100 см² на бетонній конструкції, розташованих на відстані не менше 50 мм від краю конструкції. Удари еталонним молотком наносять на відстані не менше 30 мм один від одного. Відповідні ударам відбитки на сталевому стрижні мають знаходитися на відстані не менше 10 мм.

Величину відбитків (d_s та d_е) на поверхні бетону та еталонному стрижні визначають вимірювальним приладом з похибкою не більше 0,1 мм.

Величину непрямої характеристики міцності бетону для ділянки конструкції обчислюють за формулою 16.1:

, (16.1)

де – сума діаметрів відбитків на бетоні, мм;

– те ж саме на еталоні, мм.

Міцність бетону на ділянці конструкції визначають за градуювальною залежністю (рис. 16.4) відношення величини відбитків на бетоні та еталоні – «міцність», яку будують для обраного складу бетону за результатами паралельних випробувань зразків з бетону еталонним молотком та гідравлічним пресом або за універсальними тарувальними кривими по конструкції, що прикладається.

Форма звіту: лабораторний журнал.

16.1.3 Метод визначення міцності за відскоком та пластичною деформацією

Метод заснований на визначенні міцності важкого бетону (в межах 50-500 кгс/см²) за величиною відскоку бойка від його поверхні та пластичною деформацією під час випробування приладами пружинного та маятникового типу.

Випробування проводять за допомогою приладів типів КМ, як показано на рис. 16.5 та ДПГ-4 (рис.16.6).

1 – бетон, що випробується; 2А та 2Б – змінні ударники; 3 – ударна пружина; 4 – бойок; 5 – шкала з покажчиком; 6 – зворотня пружина Рисунок 16.5 – Схема пружинного приладу типу КМ

Випробують бетон на ділянках конструкції товщиною не менше, відповідно, 100 та 50 мм.

Удар приладами має завдаватись на відстані не менше 50 мм від краю конструкції або бетонного зразка розміром 15×15×15 мм перпендикулярно їх поверхні.

Кількість випробувань на кожній ділянці конструкції або зразка має бути не менше п’яти, а відстань між поряд розташованими відбитками не менше 30 мм.

Величину непрямої характеристики визначають за формулою 16.2.

Н = Н_s ^. К_н , (16.2)

де Н_s – середнє значення величини відскоку або відбитка для ділянки;

К_н – поправочний коефіцієнт, К_н – Н/Н¢ (Н¢ - середня величина 10 вимірювань, Н – середнє значення 10 вимірювань).

Міцність бетону під час стискання визначають, враховуючи непряму характеристику Н, використовуючи градуювальну залежність «величина відскоку (або відбитка) – міцність», побудовану за результатами паралельного випробування контрольних зразків важкого бетону.

16.1.4 Метод визначення міцності відриванням

Метод заснований на визначенні міцності важкого бетону за величиною умовного напруження, яке необхідне для його руйнування під час відривання сталевого диска, приклеєного до його поверхні.

Метод застосовується для визначення міцності бетону в межах 50-500 кгс/см².

Випробування проводять за допомогою приладу типу ГПНВ-5 (рис. 16.7), обладнаного сталевими дисками діаметром 60-80 мм.

Товщина бетонного виробу, який випробується, має бути не менше 50 мм.

Кількість випробувань на кожній ділянці – одне.

Сталеві диски приклеюють до чистої поверхні (з якої заздалегідь видаляють цементну плівку та пил) клеєм, який забезпечує зчеплення з конструкцією та перевищує її когезійну міцність.

Склад клею (в.ч.):

– смола епоксидна – 100;

– поліетиленполіамін – 6-12;

– портландцемент М 400 – 200 (СН 389-68).

Якщо необхідно визначити міцність виробів, розташованих похило або вертикально, то сталеві диски до затвердіння клею, що використовується, закріплюють гіпсовим розчином.

Під час випробування прилад типу ГПНВ-5 з’єднують з приклеєним сталевим диском, який з‘єднується елементом так, щоб дія навантаження була спрямована точно перпендикулярно до поверхні виробу.

Швидкість збільшення навантаження не повинна перевищувати 100 кгс/с. Зусилля відриву фіксується за допомогою манометра. Границю міцності під час відривання знаходять за формулою

, (16.3)

де Р_ВІДР– зусилля, при якому відбулося відривання частини виробу, приклеєного до диска, кгс;

F – площа проекції поверхні відривання бетону на площину диска, см².

Границю міцності під час стиснення визначають на відповідних зразках при випробуванні на гідравлічному пресі.

Результати випробувань при площі проекції відривання менше 80 % площі диска не враховують.

Міцність бетону (виробу) на стиснення визначають за величиною міцності під час відривання за градуювальною залежністю «величина міцності під час відривання – міцність».

16.1.5 Метод визначення міцності сколюванням ребра конструкції

Метод заснований на визначенні міцності важкого бетону на стиснення за величиною зусилля, необхідного для сколювання ділянки бетону на ребрі конструкції.

Метод застосовується для визначення міцності виробу (бетону) в межах 100-700 кгс/см².

Для проведення випробувань використовують прилад типу ГПНВ-5, обладнаний спеціальним пристроєм, який забезпечує збільшення навантаження зі швидкістю 100 кгс/с до максимальної – 500 кгс при положенні цього навантаження під кутом 18° на ділянці довжиною 30 мм (рис. 16.8). Товщина конструкції з важкого бетону має бути не менше 150 мм, а зразки – куби бетону розміром 20×20×20 см. На кожній ділянці проводяться не менше двох випробувань, а на зразках – по одному.

Проведення випробування полягає в закріпленні спеціального пристосування до приладу типу ГПНВ-5 на поверхні ребра та сколюванні ребра зі швидкістю прикладення навантаження не більше 100 кгс/с. За манометром визначають зусилля сколювання та вимірюють фактичну глибину сколювання. Міцність піл час стискання відповідних зразків бетону визначають у процесі випробування на гідравлічному пресі.

Результати випробувань при оголенній арматури або фактичній глибині сколювання, яка відрізняється від величини d не менше, ніж на 1 мм, не враховують.

За середньою величиною зусилля сколювання ребра конструкції, використовуючи градуювальну залежність «зусилля сколювання – міцність», визначають міцність бетону.

16.2 ФІЗИЧНІ НЕРУЙНУЮЧІ методи випробувань

До фізичних методів контролю якості будівельних матеріалів можна віднести: радіаційний, тепловий, оптичний, радіохвильовий та інші.

16.2.1 Радіаційний метод визначення міцності

Радіаційний метод заснований на проникненні через конструкції іонізуючих електромагнітних та корпускулярних випромінювань та їх реєстрації.

Під час радіаційного контролю використовуються різні випромінювання, які можуть бути одержані від різноманітних джерел: електронних, радіоізотопних, реакторів та інших.

Джерела випромінювання на базі електронних пристроїв можуть створювати рентгенівське, гамма- та бета-випромінювання, які, в свою чергу, взаємодіють з атомними ядрами та речовиною, що призводить до появи теплових, іонізаційних, електричних, люмінесцентних, фотохімічних та біологічних ефектів.

Радіоізотопні джерела створюють корпускулярне випромінювання (електрони, протони, нейтрони тощо) з різними енергіями частинок та гамма-випромінювання.

В радіоізотопних джерелах використовуються штучні ізотопи, такі як: ⁶⁰Со, ¹³²Ir,⁵⁵Fe,⁵⁴Mn,¹³⁷Сs,⁹⁰Sr, які поміщуються до герметичних ампул, які встановлюються до спеціальних контейнерів. Це робиться для додержання вимог техніки безпеки обслуговуючого персоналу.

Радіоізотопні джерела мають наступні переваги:

– невеликі габарити;

– невелику масу;

– не потребують додаткових джерел постачання;

– не вимагають спеціальної підготовки.

Однак ці джерела мають й недоліки:

– вимагають спеціальних сховищ;

– зменшують активність з часом.

Реєстрація результатів впливу іонізуючого випромінювання на контрольований об’єкт (будівельний матеріал або виріб) може здійснюватися за допомогою фотоплівки, ксерорадіотрофічних пластин, радіолюмінісцентних індикаторів, електронно-оптичних перетворювачів тощо. Найбільш універсальним та найчастіше використовуваним індикатором є чорно-біла або кольорова фотоплівка, в якій використовується фотохімічний ефект.

Для вирішення ряду специфічних задач використовуються й нетрадиційні методи неруйнуючого контролю якості. До них можна віднести нейтронний, протонний, метод авторадіографії, метод проникних радіоактивних газів, з використанням позитронів тощо.

Тепловий метод

Тепловий неруйнуючий контроль якості будівельного матеріалу або виробу заснований на реєстрації теплових полів, температури та перепаду теплових характеристик.

Методи теплового контролю поділяються на пасивні та активні.

Пасивний контроль використовує тепло самого матеріалу або виробу та дозволяє визначити тепловий режим та відхилення фізико-хімічних та геометричних параметрів. Активний контроль передбачає вплив на контрольований об’єкт теплової енергії від джерела та має більш широкі можливості. У порівнянні з пасивним, активний контроль, крім вже наведених, надає можливість реєструвати неоднорідності в матеріалі та частинах конструкцій, виявити дефекти у вигляді порушень суцільності, зміни в структурі, різних включень тощо.

Для одержання точних та об’єктивних результатів при використанні теплового контролю використовують наступні первісні вимірювальні прилади: термометри, термопари, терморезистори, напівпровідники, електронно-вакуумні прилади, піроелектричні елементи, апаратуру типу «Термопрофіль», термовізор, термоіндикатори тощо.

Теплові методи дозволяють проводити контроль контактним та безконтактним (до 100 м) методами. Їх можна використовувати для контролю товщини виробів, їх дефектів, фізичних параметрів, вивчення будови об‘єкта.

В будівництві тепловий метод використовують для контролю якості дорожніх покриттів, будівельних конструкцій, для виявлення порожнин, нещільностей гідро- та теплоізоляції тощо.

У зв’язку з певною складністю використання теплового контролю він застосовується там, де неможливо використати більш відпрацьовані методи ультразвукових, радіаційних або електромагнітних коливань.

Оптичний метод

Оптичний неруйнуючий контроль заснований на взаємодії світлового випромінювання з будівельним матеріалом або виробом та реєстрації результатів. Його поділяють на наступні методи:

- візуальні та візуально-оптичні – ці методи найбільш прості та найбільш широко застосовуються, але суб’єктивні та залежать від якості дослідження;

- фотометричний, денситометричний, спектральний, телевізійний – вони засновані на результатах апаратурних вимірювань і менш суб’єктивні;

- інтерференційний, дифракційний, рефрактометричний, полярізаційний, голографічний та інші – ці методи контролю мають найбільшу точність вимірювань.

Оптичний метод використовує електромагнітні випромінювання та охоплює діапазони ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного світла.

За допомогою оптичних методів можна здійснювати контроль матеріалів та виробів прозорих та напівпрозорих. У виробі з непрозорих матеріалів можливий контроль зовнішніх поверхонь та розмірів.

Оптичний контроль може бути здійснений у відбитому, проникному, розсіяному або комбінованому освітленні. З цією метою використовують різні джерела світла: лампи розжарювання, газорозрядні лампи, світловипромінюючі діоди. Оптичні квантові генератори (лазери) з використанням пристосувань у вигляді дзеркал, призм, фільтрів, діафрагм тощо.

Реєстрація результатів оптичного контролю проводиться за допомогою фотоплівок, фоторегістерів, фотодіодів, волоконно-оптичних та телевізійних систем.

За допомогою оптичного метода можна здійснювати контроль геометричних розмірів та форм, виявлення дефектів до часток мікрометра, фізико-хімічних властивостей, внутрішньої будови тощо.

Оптичний контроль здійснюється при підвищеному навантаженні ока досліджувача. Тому необхідно додержуватися заходів застереження та застосовувати захисні окуляри, рукавички, спецодяг, а також креми з вмістом титану і цинку та т. п. засоби захисту.

16.2.4 Акустичний метод визначення міцності

Електронно-акустичний метод заснований на використанні зв’язку між міцністю та пружньо-пластичними властивостями матеріалу, з одного боку, та його акустичними характеристиками – з іншого.

Найчастіше на практиці використовуються акустичні методи контролю якості й, зокрема, міцності бетону, які поділяють на імпульсний та резонансний.

16.2.4.1 Акустичний метод визначення міцності

Імпульсний метод заснований на визначенні швидкості поширення пружних хвиль у матеріалі, що випробується, та характеристиці їх поглинання за допомогою ультразвукового приладу.

Принципова схема цього методу наведена на рис. 16.9. Принцип дії методу полягає в наступному.

Збуджувані високочастотним генератором 3 ультразвукові імпульси попадають на випромінювач 2, в якому вони перетворюються на механічні коливання. Коливання проходять через зразок бетону 1 та попадають на приймач 9, де вони перетворюються на електричні імпульси, які, посилюючись у посилювачі, потрапляють на електронну трубку або цифровий індексатор 7. Генератор позначок часу допомагає точно визначити час в мікросекундах проходження ультразвуку через зразок будівельного матеріалу або виробу.

Маючи відтарирований графік та знаючи середню швидкість проходження ультразвуку в бетоні, визначають його міцність.

Найбільш поширені імпульсні ультразвукові прилади типу ДУК, УКБ-1, ЛИМ-3.

В науково-дослідній групі, створеній в 1976 р. при кафедрі будівельних матеріалів, розроблений ряд імпульсних ультразвукових приладів:

– ультразвуковий вимірювач швидкості типу УИС-15М;

– пристрій для контролю управління процесами теплової обробки бетону;

– акустична ручка «Контакт»;

– ультразвуковий вимірювач швидкості типу УИС-18;

– ультразвуковий вимірювач швидкості типу УИС-17 та ін.

Ці малогабаритні переносні прилади набули широкого застосування при визначенні міцності будівельних матеріалів та виробів і технології їх одержання.

16.2.4.2 Резонансний метод визначення міцності

Резонансний метод заснований на вимірюванні міцності будівельних матеріалів та виробів за частотою власних коливань та визначенні характеристики їх затухання.

Користуючись значенням виміряної резонансної частоти коливань зразка матеріалу прямокутного перетину, можна визначити динамічний модуль пружності матеріалу, що випробується, характеризуючий його міцність:

, (16.4)

де l – довжина зразка, см;

b, a – висота та ширина перетину зразка, см;

m – маса зразка, кг;

f – частота коливань згину, Гц;

0,965^.10^-3– коефіцієнт, що враховує характер власних коливань зразка та обрані одиниці величин.

Для визначення динамічного модуля матеріалів використовують прилади типів ИКВТ-2, ИАЗ, ИЧЗ та ін.

Імпульсний метод визначення якості будівельних матеріалів та виробів застосовують більш широко, і тому в цих методичних вказівках йому надається більша увага.

16.3 неруйнуючі методи КОНТРОЛЮ ТВЕРДІННЯ

16.3.1 Ультразвуковий метод контролю твердіння бетону

Ультразвуковий імпульсний метод контролю твердіння бетону застосовується для збірних та монолітних бетонів, залізобетонів під час твердіння в природних умовах процесу термовологої обробки.

Ультразвуковий метод заснований на залежності між міцністю бетону та швидкістю поширення в ньому ультразвуку. Визначення міцності бетону засновано на даних вимірювання швидкості поширення ультразвуку в контрольному виробі та попередньо встановленій градуювальній залежності «Швидкість-міцність» або «час-міцність».

Оптимальну подовженість ізотермічного прогріву бетону обирають за результатами визначення його міцності протягом декількох циклів теплової обробки з варіацією підйому температури ізотермічного прогрівання.

Технологічний момент припинення ізотермічного прогрівання встановлюють або за досягнення заданого значення часу поширення ультразвуку в твердіючому бетоні або за відносної його «стабілізації».

Ультразвукова апаратура повинна мати швидкість поширення ультразвуку більш 2000м/с. Апаратура обладнується термостійкими перетворювачами, що кріпляться на бортоснастці форми (рис. 16.9), або акустичними зондами, що занурюються у бетонну суміш (рис. 16.10), які встановлюються на базі 100-200 мм.

1 – перетворювач; 2 – робоча поверхня перетворювача; 3 – втулка; 4 – акустична ізоляція; 5 – вузол Рисунок 16.9 – Схема № 1 уста-новки апаратури на бортос-настці форми

1 – бетон; 2 – розділюючі листи ка-сети; 3 – перетворювачі; 4 – робоча поверхня перетворювача; 5 – акус-тична ізоляція; 6 – парова сорочка; 7 – теплоізоляція Рисунок 16.10 – Схема № 2 установки апаратури на бортоснастці форми

Для побудови градуювальної залежності заздалегідь заготовлюють не менше 15 серій зразків однакового складу бетону та оброблюють їх у відповідних умовах теплової обробки.

Значення часу поширення ультразвуку (в мкс) визначають за формулою16.5.

(16.5)

де L – база прозвучування під час контролю міцності бетону, виробів, мм;

s_з – швидкість ультразвуку, що відповідає за градуювальною залежністю «швидкість – міцність» міцності R_ВИМ (м/с), яка вимагається.

Контроль твердіння бетону здійснюють у наступному порядку. Спочатку встановлюють у бетонний виріб у процесі формування акустичні зонди, покриті тонким шаром мастила. Ультразвукове прозвучування бетону здійснюють у перпендикулярному напрямку до його ущільнення та розташування апаратури, концентрація якої не повинна перевищувати 5 %. Міцність бетону в процесі термообробки та твердіння визначають за градуювальною залежністю, а момент припинення ізотермічного прогрівання – за заданим часом та стабілізацією поширення ультразвуку.

Форма звіту: Оформлення лабораторного журналу

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:

1 ГОСТ 10181.1-81; ГОСТ 10181.4-81. Смеси бетонные. Методы определения прочности по контрольным образцам.

2 ДСТУ Б.В.2.7-43-96. Бдівельні матеріали. Бетони важкі. Технічні умови. – Київ, 1997.

3 ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний.

4 ДСТУ Б.В.2.7-101-2000. Матеріали рулонні покрівельні та гідроізоляційні. – Київ, 2000.

5 ГОСТ 380-94. Сталь углеродистая обыкновенного качества.

6 Кривенко П.В. и др. Будівельне матеріалознавство: Підручник. – К.: ТОВ. УВПК «ЕксОб», 2004. – 704 С.

7 Попов К.Н. Оценка качества строительных материалов: Физико-механические исптыания стороительных материалов. – М.: Стройиздат, 2001. – 378 с.

8 Методические указания к выполнению лабораторных работ (для студентов дневной формы обучения). – Харьков, ХИСИ, 1990, - 61 с.

9 ДСТУ БВ.2.7-71-98. Щебень і гравій із щільних гірськіх порід і відходів промислового виробництва для будівельних робіт. – Київ, 1999.

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт № 9-16 з дисципліни «Будівельні матеріали та вироби» для студентів спеціальностей: 7.092101 «Промислове і цивільне будівництво», 7.120101 «Архітектура будівель і споруд», 7.092104 «Технологія будівельних конструкцій, виробів і матеріалів», 6.092600 «Водопостачання та водовідведення»

Укладачі: Вандоловський Олександр Георгійович

Казімагомедов Ібрагім Емірчубанович

Вішев Олексій Володимирович

Деденьова Олена Борисівна

Костюк Тетяна Олександрівна

Ліпко Тетяна Артурівна

Рачковський Олександр Васильович

Відповідальний за випуск О.Г. Вандоловський

Редактор Л.І. Христенко

План 2011, поз. 65 Формат 60×84 1/16 Папір друк № 2

Підп. до друку Обл.-вид. арк.

Надруковано на ризографі. Ум. друк. арк.

Тираж 100 прим. Зам. № 1807 Безкоштовно

ХДТУБА, 61002, Харків, вул. Сумська, 40

Підготовлено та надруковано РВВ Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури