Лабораторная работа № 6 электромагнитный метод определения толщины защитного слоя бетона. Освидетельствование элементов сооружения на примере железобетонной балки

6.1 Цель и задачи работы

Цель работы: ознакомление с методикой освидетельствования и экспериментальной оценки состояния и работоспособности элементов сооружения, основанной на применении неразрушающих методов контроля. Поверочные расчеты.

Задачи работы:

Выполнение анализа результатов визуального освидетельствования железобетонной балки.

Определение необходимых и достаточных параметров железобетонной балки неразрушающими методами контроля, для оценки несущей способности конструкции.

Выполнение поверочного расчета железобетонной балки для установления фактической предельной нагрузки для оценки несущей способности с учетом действующих нормативных документов и полученных геометрических, и физико-механических данных экспериментальным путем.

Выполнение ступенчатого загружения железобетонной балки, определение её прогибов, величины раскрытия трещин.

Выполнение анализа и сравнение результатов поверочных расчетов и экспериментальных исследований по 1 и 2 группам предельных состояний.

Дать заключение о возможности дальнейшей эксплуатации конструкций.

Оборудование и приборы: рулетка, линейки металлическая по ГОСТ 427-75, электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4, измеритель защитного слоя бетона ПОИСК-2.3, ультразвуковой тестер УК1401, индикатор часового типа, микроскоп МПБ-3, железобетонная балка прямоугольного сечения, стенд для проведения испытаний.

6.2 Конструкция балки

Железобетонная балка изготовлена из тяжелого бетона, армирована плоским сварным каркасом. Места расположения приборов для измерения прогибов и деформаций показаны на рисунке 6.1. Проектная схема армирования балки приведена на рисунке 6.2. Основные размеры, армирование испытываемой балки по данным обмера заносятся в таблицу 6.1.

Рисунок 6.1 – Конструкция железобетонной балки и места расположения

приборов для измерения прогибов и деформаций

6.3 Физико-механические характеристики бетона и арматуры

Прочность бетона при сжатии определяется при испытании стандартных контрольных кубов или цилиндров в соответствии с ГОСТ 10180-90 или неразрушающими методами (электронный измеритель прочности бетона ИПС-МГ4, ультразвуковой тестер УК-1401).

Рисунок 6.2 – Проектная схема армирования железобетонной балки

Таблица 6.1 – Геометрические характеристики балки

№ п/п	Наименование величин, единицы измерения	Обозначения	Фактические значения
	Длина балки, мм	L	1515
	Ширина сечения, мм	b	78
	Высота сечения, мм	h	155
	Рабочая высота, мм	h0	125
	Расстояние от нижней грани балки до центра тяжести растянутой арматуры, мм	а	30
	Диаметр и класс растянутой арматуры, мм	d	14 (АIII)
	Площадь поперечного сечения растянутой арматуры, мм2	As	1,539
	Диаметр и класс сжатой арматуры, мм	d'
	Площадь поперечного сечения сжатой арматуры, мм2	A's
	Расчетный пролет балки, мм (рисунок 6.1)	L0	1365
	Расстояние от опоры до точки приложения силы, мм (рисунок 6.1)	аF	445

Призменная прочность бетона, прочность бетона при растяжении и начальный модуль упругости определяются при испытании стандартных образцов, изготовленных одновременно с конструкциями из того же бетона. Эти характеристики могут быть определены по эмпирическим формулам при известной кубиковой прочности бетона , выраженной в МПа.

Призменная прочность бетона в МПа равна

. (6.1)

Прочность бетона при растяжении в МПа определяется по формуле Фере

. (6.2)

Начальный модуль упругости определяется с помощью ультразвукового тестера УК-1401:

1.  Определяем динамический модуль упругости бетона.

МПа

где кг/м³;

Кол-во измерений n	Измеренная скорость, м/с	Средняя скорость, м/с	EД, МПа	Е, МПа
1 2 3 4 5	3730 3700 3900 3810 3430	3714	33,8∙103	25,8∙103

Вычисляем статический модуль упругости Е по формулам (5.6, 5.7).

Е = Е_Д – 8 000 = 33 800 – 8 000 = 25 800 МПа.

Прочность бетона измеряем электронным прибором ИПС-МГ4 в МПа:

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	Ср.
Rb	40,2	42,5	48,9	62,2	36,6	47,7	40,9	37,6	44,6	71,7	50,8	44,8

Прочность – 42,8 МПа, класс бетона B30.

Защитный слой бетона определяем электромагнитным методом определения места нахождения арматуры и толщины защитного слоя в железобетонных конструкциях с помощью измерителя защитного слоя бетона ПОИСК-2.3, стальная линейка, стенд железобетонного образца.

Общие сведения

Величина защитного слоя бетона а определяет положение арматуры в поперечных сечениях элементов, которая учитывается в расчетах (рисунок 6.3). Во время изготовления железобетонной конструкции возможно смещение арматуры в сечении, следовательно, и изменение величины защитного слоя бетона по сравнению с проектной. Если уменьшена величина защитного слоя, то ухудшается коррозионная стойкость, и снижается срок службы конструкции (особенно при работе ее на изгиб).

Рисунок 6.3 – Конструктивная схема балки

Толщина защитного слоя бетона определяется в следующих случаях:

- при выполнении проверочных расчетов на несущую способность элементов здания;

• при освидетельствовании состояния железобетонных конструкций;

• при испытании и усилении конструкций;

• при контроле качества изготовленной конструкции.

В настоящее время измерение защитного слоя и диаметра арматуры в железобетонных конструкциях можно осуществить без разрушения бетона электромагнитным, магнитным, радиографическим или рентгенографическим методом.

Электромагнитный метод основан на принципе взаимодействия электромагнитного поля с металлом. На этом принципе разработаны приборы для измерения толщины защитного слоя бетона марки ПОИСК-2.3, ИПА-МГ4.

Измеритель защитного слоя бетона ПОИСК-2.3

Измеритель защитного слоя бетона ПОИСК-2.3 предназначен для измерения толщины защитного слоя бетона, определения расположения и диаметра арматуры в диапазоне 3...50 мм класса A-I (A240), A-II (A300), A-III (A400), A-IV (A600), A-V (A800), A-VI (A1000) ГОСТ 5781-82 в железобетонных изделиях и конструкциях при параметрах проектирования согласно ГОСТ 22904-93 в условиях предприятий, стройплощадок, эксплуатируемых зданий и сооружений.

Технические характеристики

Прибор предназначен для работы в условиях умеренного климата при температуре окружающей среды от -10° до +40°С и максимальной влажности 90% при температуре +25°С.

Таблица 6.2 – Рабочий диапазон защитного слоя и контролируемые диаметры

Диаметр арматуры, мм	Диапазон защитного слоя, мм
3...12	2...100
14...30	3...120
32...50	10...130

Минимальный шаг контролируемой арматуры:

для диаметров 3...10 мм ... шаг 100 мм,

для диаметров 12...50 мм ... шаг 200 мм.

Принцип работы с прибором

Принцип действия прибора заключается в фиксации изменения комплексного сопротивления датчика при взаимодействии его электромагнитного поля с арматурным элементом. Датчик с функциональным преобразователем формируют аналоговый сигнал, пропорциональный толщине защитного слоя. Этот сигнал воспринимается микроконтроллером и преобразуется по заложенному в программу семейству характеристик в значение толщины защитного слоя бетона.

Внешний вид прибора приведен на рисунке 6.4. Прибор состоит из электронного блока с микроконтроллером, размещенного в корпусе, клавишной клавиатуры и графического дисплея с подсветкой, расположенных на лицевой панели; датчика, соединяемого с прибором через разъем, расположенный в верхней торцевой части корпуса. Рядом с разъемом расположено окно инфракрасного канала связи с компьютером для передачи и последующей обработки полученных результатов измерений.

Датчик выполнен в виде прямоугольной призмы, на торце которой установлен ремешок и выведен гибкий соединительный кабель. На чувствительной части датчика установлены четыре стальных шарика для улучшения скольжения по контролируемой поверхности.

Рисунок 6.4 – Внешний вид прибора «Поиск-2.3»

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со структурной схемой, конструкцией и органами управления приборов ПОИСК-2.3.

2. Определить с помощью прибора ПОИСК-2.3 расположение растянутой арматуры внизу, а затем толщину защитного слоя бетона при известном диаметре рабочей арматуры (таблица 6.3).

Таблица 6.3 – Результаты сканирования и определения местоположения арматуры

Диаметр арматуры на стенде	d1 = 14, мм
Установленный на приборе диаметр арматуры	D1 = 14, мм

№ измерения	Сканирование толщины защитного слоя бетона, мм
1.	27,2
2.	28,3
3.	27,0
Среднее	27,5
Толщина защитного слоя бетона по проекту, мм	30