Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ КОНТАКТА АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ ПО ПАРАМЕТРАМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОТКЛИКА НА УДАРНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ

Фурса Т.В. 1 Осипов К.Ю. 2 Мормоев А.Е. 1
1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет
2 Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН
В работе приведены результаты экспериментальных исследований влияния качества контакта арматуры с бетоном на параметры электрического отклика при упругом ударном возбуждении. Исследования выполнены на лабораторных моделях железобетона. Модели представляли собой образцы тяжелого бетона размером 100х100х100 мм, в центр которых помещен один металлический пруток диаметром 10 мм и длиной 120 мм. Искусственное ухудшение качества контакта достигалось путем смазывания армирующего прутка маслом. Предложена методика определения адгезионной прочности контакта арматуры с бетоном в исследуемых моделях. Показано, что адгезионная прочность обычного контакта составляет в среднем 5,7 Мпа, а контакта через масло 3,8 Мпа. Установлено, что ухудшение контакта не приводит к значимому изменению величины сигнала, а ведет к заметному изменению соотношения спектральных пиков электрических откликов. Максимальный коэффициент взаимной корреляции спектров сигналов из сравниваемых моделей составляет 0,6-0,65.
коэффициент корреляции.
адгезионная прочность
электрический отклик
неразрушающий контроль
арматура
Тяжелый бетон
1. Суржиков А.П., Фурса Т.В. Механоэлектрические преобразования при упругом ударном возбуждении композиционных диэлектрических материалов // ЖТФ. - 2008. - Т. 78, № 4. - С. 71-76.
2. Фурса Т.В. О механизме механоэлектрических преобразований при ударном возбуждении композиционных материалов на основе цементного вяжущего // ЖТФ. - 2001. - Т. 71. - Вып. 7. - С. 53-56.
3. Фурса Т.В. Исследование механоэлектрических преобразований в образцах цементного раствора в процессе трещинообразования, вызванного циклическим замораживанием-оттаиванием // Письма в ЖТФ. - 2010. - Т. 36. - Вып. 8. - С. 1-6.
4. Фурса Т.В., Хорсов Н.Н., Романов Д.Б. Взаимосвязь качества контакта элементов композиционных материалов с параметрами электромагнитного отклика на ударное возбуждение // Дефектоскопия. - 2001. - № 9. – С. 23-26.
5. Фурса Т.В., Осипов К.Ю., Данн Д.Д. Разработка неразрушающего метода контроля прочности бетона с дефектной структурой на основе явления механоэлектрических преобразований // Дефектоскопия. - 2011. - № 5. - С. 39–47.
6. Фурса Т.В., Осипов К.Ю., Данн Д.Д. Разработка метода контроля динамики изменения дефектности бетона под действием циклического замораживания-оттаивания на основе явления механоэлектрических преобразований // Письма в ЖТФ. - 2011. - Т. 37. - Вып. 7. - С. 1-7.

При эксплуатации железобетона в условиях воздействия не только значительных механических напряжений, а также влажности и засоленности происходят процессы коррозии арматуры и трещинообразование, что приводит к нарушению контакта арматуры с бетоном, а, следовательно, и снижению прочностных характеристик железобетонного сооружения. Поэтому для решения проблем повышения надежности возводимых железобетонных сооружений и их дальнейшей безаварийной эксплуатации необходимо осуществлять входной и текущий контроль качества контакта арматуры с бетоном. Надежных методов контроля качества арматуры с бетоном в железобетонных конструкциях не существует. Существующие методы неразрушающего контроля бетона и железобетона обладают невысокой точностью и позволяют оценивать только прочность бетона либо наличие в железобетонном сооружении значительных по величине полостей. Для решения этой задачи может быть использовано явление механоэлектрических преобразований при импульсном механическом возбуждении диэлектрических материалов [1; 2]. Проведенные ранее исследования по связи параметров электрического сигнала, возникающего при ударном возбуждении строительных материалов с их структурными и механическими характеристиками [3-6] свидетельствуют о перспективности использования явления механоэлектрических преобразований для разработки неразрушающего метода контроля качества контакта арматуры с бетоном в железобетоне.

Исследования выполнены с помощью лабораторного комплекса, позволяющего производить импульсное механическое возбуждение материалов и регистрацию электрического сигнала. Импульсное механическое возбуждение образцов производится с помощью электромеханического ударного устройства с нормированной силой удара. Для регистрации электрической составляющей переменного электромагнитного поля, возникающего при импульсном механическом возбуждении образцов, используется дифференциальный электрический датчик. Сигналы с электрического датчика регистрируются с помощью многофункциональной платы ввода-вывода «NI PCI-6251», совмещенной с ЭВМ, позволяющей осуществлять оцифровку временной реализации электрического сигнала.

Для проведения исследований были изготовлены лабораторные модели железобетона (рисунок 1). Модели представляли собой образцы тяжелого бетона размером 100х100х100 мм, в которые при формовании образцов было помещено по одному металлическому прутку диаметром 10 мм и длиной 120 мм. Пруток с помощью специально изготовленной направляющей стойки помещался в центр образца параллельно его боковым граням таким образом, чтобы основание металлического стержня находилось на дне формы, а верхняя его часть выступала над поверхностью образца на 20 мм. Перед помещением стержней в образцы концы их были тщательно обработаны таким образом, чтобы они были перпендикулярны боковой поверхности стержней.

По описанной выше методике были изготовлены модели железобетона с различным, искусственно созданным, контактом. В модели М1 металлический пруток не подвергался никакой обработке, а в модели М2 перед помещением в цементный раствор пруток был смазан маслом. Для статистической достоверности было изготовлено по 3 модели каждого типа.

На рисунке 1 приведены типичные электрические отклики из моделей железобетона с различным качеством контакта арматуры с бетоном.

Рисунок 1. Электрические отклики на ударное возбуждение модели: а – М1 и б – М2.

Из рисунка видно, что электрические отклики из образцов с различным качеством контакта близки по величине. Различия составляют в среднем 20-40%. Однако наблюдаются заметные отличия в форме сигналов. Рассмотрим более подробно различия в электрических сигналах с использованием амплитудно-частотного анализа.

На рисунке 2 приведены спектральные характеристики электрических откликов, зарегистрированные из этих же моделей железобетона: а – М1; б – М2.

Рисунок 2. Спектры электрических откликов на ударное возбуждение моделей: а - М1 и б - М2.

Как видно из рисунка, в спектрах сигналов из обеих моделей основной максимум лежит на частоте 16 кГц. Однако по величине эти максимумы отличаются в 2 раза, и соотношение между спектральными пиками имеет значительные различия. Максимальный коэффициент взаимной корреляции спектров сигналов из сравниваемых моделей с разным качеством контакта составляет 0,6-0,65.

Задача настоящих исследований заключается в разработке метода неразрушающего контроля прочности контакта арматуры с бетоном по параметрам электрического отклика на упругое ударное возбуждение.

В рамках решения этой задачи разработана методика определения прочности адгезионного контакта арматуры с бетоном.

Определение прочности адгезионного контакта осуществляется следующим образом. Модельный образец железобетона устанавливается на металлическую подставку высотой 1,5 см с отверстием в центе размером 4 см таким образом, чтобы выступающая часть арматуры находилась сверху. Образец с подставкой помещается на нижнюю плиту пресса, в ее центр. Нагружение производится с помощью компьютеризированного пресса ИП-500 с постоянной скоростью, равной 0,2 кН/с. Таким образом, в процессе нагружения производится выдавливание арматуры из образца в отверстие в подставке, находящейся под образцом. В процессе нагружения с помощью специальной программы производится регистрация нагрузки и смещения с дискретом, по времени равным 1 с.

На рисунке 3 приведены типичные нагрузочные кривые, полученные при разрушении адгезионного контакта арматуры с бетоном в образцах с различным контактом.

Рисунок 3. Зависимость внешней нагрузки от смещения в процессе разрушения адгезионного контакта металлического прутка с бетоном: а – для модели М1; б – для модели М2.

Адгезионная прочность (R) рассчитывалась по формуле: ,

где: Р - величина разрушающей нагрузки; S - площадь контакта прутка с бетоном.

Прочность адгезионного контакта арматуры с бетоном для моделей типа М1 составляет в среднем 5,7 Мпа, а для моделей типа М2 – 3,8 Мпа. Следовательно, ухудшение контакта путем смазывания металлического прутка маслом приводит к уменьшению адгезионной прочности контакта в 1,5 раза.

Проведенные исследования показывают, что амплитудно-частотные характеристики электрического отклика на ударное возбуждение чувствительны к изменению качества контакта металла с бетоном и могут быть использованы для разработки неразрушающего метода контроля армированных материалов.

Работа выполнена в рамках Государственного задания «Наука» (№ 7.1826.2011) и гранта РФФИ (№ 11-08-01102а).

Рецензенты:

Люкшин Борис Александрович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой механики и графики Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, г. Томск.

Суржиков Анатолий Петрович, д.ф.-м.н., профессор, заместитесь директора по научной работе Института неразрушающего контроля Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск.


Библиографическая ссылка

Фурса Т.В., Осипов К.Ю., Мормоев А.Е. РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ КОНТАКТА АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ ПО ПАРАМЕТРАМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОТКЛИКА НА УДАРНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=8837 (дата обращения: 27.11.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074