ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

НПО «ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ»

(НПО «ВНИИФТРИ»)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНОВ ПРИ ОДНООСНОМ КРАТКОВРЕМЕННОМ СТАТИЧЕСКОМ СЖАТИИ И РАСТЯЖЕНИИ

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

МИ 11-87

Москва ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ 1989

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

НПО «ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ»

(НПО «ВНИИФТРИ»)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНОВ ПРИ ОДНООСНОМ КРАТКОВРЕМЕННОМ СТАТИЧЕСКОМ СЖАТИИ И РАСТЯЖЕНИИ

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

МИ 11-87

Москва ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ 1989

Значение К_р в образцах одной серии не должно отличаться от среднего более, чем на 0,005.

Рекомендации по изготовлению образцов с заданным коэффициентом уплотнения бетонной смеси приведены в приложении 4.

2.2.3.    При выпиливании и выбуривании образцов следует применять алмазный инструмент. Для бетонов с пределами прочности на сжатие менее 20 МПа допускается применение твердосплавного инструмента.

2.2.4.    При выбуривании образцов алмазными коронками линейная скорость вращения по периметру инструмента не должна превышать 5 м/с, а при выпиливании алмазными пилами — 25 м/с.

2.2.5.    При выбуривании усилие подачи алмазного инструмента при прочности бетона на сжатие менее 20 МПа не должно превышать 2 МПа, а при большей прочности — 5 МПа.

2.2.6.    При выпиливании алмазными дисковыми пилами скорость подачи инструмента не должна превышать 50 мм/мин.

2.2.7.    При выпиливании и выбуривании образцов со скоростями более 1 м/с следует применять охлаждающие жидкости для охлаждения режущего инструмента и вымывания продуктов резки бетона.

Охлаждающую жидкость следует подавать под давлением 0,3—0,4 МПа внутрь коронки или на поверхность пилы: не менее, чем 0,8 л/мин на 1 см² режущей поверхности инструмента при выпиливании (выбуривании) образцов из тяжелого бетона и не более 0,5 л/мин на 1 см² поверхности — из легкого бетона.

2.2.8.    Отбор образцов ячеистых бетонов из специальных блоков следует проводить по ГОСТ 10180-78, а из конструкций и сооружений — по приложению 6.

2.3. Твердение, хранение и транспортирование образцов

2.3Л. Условия твердения образцов после изготовления должны быть определены программой испытаний. Если условия твердения не заданы, то принимают нормальные по ГОСТ 10180-78.

Сведения о режиме твердения и его параметрах (температуре,, влажности, давлении, продолжительности и т. п.) заносят в журнал по форме приложения 3.

2.3.2. Условия хранения образцов после окончания твердения п до начала испытания (температура, влажность, продолжительность и т. п.) должны быть определены программой испытаний. Если условия хранения не заданы, то образцы следует хранить в нормальных условиях по ГОСТ 10180-78.

Продолжительность хранения рекомендуется выбирать из ряда: (7± 1); (14±2); (28±3); (90±Ю); (180±20); (360±40) сут.

Сведения о режиме хранения и его параметрах заносят в журнал по форме приложения 3.

2.3.3. Образцы следует транспортировать в вертикальном положении в упаковке, предохраняющей их от механических повреждений, изменения влажности и замораживания.

3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

3.1.    При выполнении измерений и подготовке к ним должны быть применены средства измерений и испытаний, приспособления и вспомогательные устройства, обеспечивающие с заданной точностью: изготовление образцов, измерение их геометрических характеристик и массы, проведение испытаний, включая нагружение образцов и измерение нагрузки, деформаций, времени распространения переднего фронта ультразвуковых волн, собственной частоты колебаний, параметров акустической эмиссии, а также регистрацию измеряемых величин.

3.2.    При изготовлении образцов из бетонной смеси следует при-•менять формы по ГОСТ 22685-77, виброплощадки по ГОСТ 10181.1—81 или другие средства уплотнения, предусмотренные программой испытаний, вспомогательные устройства и приспособления по ГОСТ 10180-78.

При выпиливании и выбуривании образцов из сооружений, конструкций, изделий следует применять оборудование по приложению 6.

Оборудование и аппаратуру, применяемые при твердении и хранении образцов, принимают по ГОСТ 10180-78.

3.3.    При измерении геометрических размеров следует применять средства, обеспечивающие измерение линейных размеров с погрешностью не более 0,1 %.

3.4.    При измерении массы следует применять весы и разновесы, обеспечивающие ее измерение с погрешностью не более 0,1 %.

3.5.    При нагружении образцов и измерении нагрузки следует применять следующие средства испытания, приспособления и устройства.

3.5.1.    Прессы, испытательные машины или другие нагружающие устройства, соответствующие требованиям ГОСТ 8905-82 и ГОСТ 10180—78, обеспечивающие: погрешность измерения нагрузки не более 1 % и поддержание заданной нагрузки с погрешностью не более 1 % в течение не менее 15 мин при ступенчатом нагружении в случае определения модуля упругости, коэффициента Пуассона, коэффициента упругости.

3.5.2.    Прессы, испытательные машины и другие нагружающие устройства, удовлетворяющие п. 3.5.1 и обеспечивающие дополнительно нагружение с контролем деформаций для получения нисходящего участка диаграммы деформирования бетона. Для этой цели рекомендуется применять жесткие испытательные машины или машины со следящей системой.

Собственная жесткость жесткой испытательной машины В _т должна быть не менее жесткости образца.

•2*

Испытательные машины со следящей системой должны обеспечивать непрерывное нагружение образца со скоростью деформирования не более Ь10“⁶с”¹. Указанными характеристиками обладают испытательные машины фирм Инстрон (Великобритания), МТС (США), Шимадзу (Япония), Шенк (ФРГ) и др. Допускается использовать стандартные испытательные машины и прессы по п. 3.5.1, снабженные упругими перераспределяющими устройствами по приложению 7.

3.5.3.    Дополнительные динамометры, устанавливаемые при проведении испытаний на стандартных испытательных машинах или других нагружающих устройствах, обеспечивающие измерение нагрузки с погрешностью не более 1 % в заданном диапазоне.

Рекомендуется применять для этих целей образцовые динамометры по ГОСТ 9500-84, тензорезисторные динамометры по ГОСТ 15077-78, например, типа 1778.

3.5.4.    Дополнительные опорные устройства с шаровыми шарнирами диаметром не более 0,2а или 0,25d при испытании на сжатие по приложению 8 для улучшения условий центрирования образца.

3.5.5.    Квазигидрошарниры в соответствии с приложением 9, обеспечивающие при испытании на сжатие передачу на торец образца равномерно распределенной (типа гидростатической) нагрузки с целью уменьшения зоны влияния опор Д/г.

3.5.6.    Устройства для центрирования образца в нагруженном состоянии по приложению 10.

3.5.7.    Захваты, обеспечивающие при испытании на растяжение: крепление образца без проскальзывания в процессе нагружения; отсутствие концентрации напряжений, вызывающих разрушение образца в зоне захвата или непосредственно прилегающей к ней; передачу нагрузки с эксцентриситетом не более 0,01а или ОДЫ.

Рекомендуемые схемы захватов приведены в приложении 11.

3.6. Для измерения деформаций следует применять следующие средства измерения, приспособления и регистрирующие приборы.

3.6.1. Первичные тензоизмерительные преобразователи, обеспечивающие измерение относительных деформаций с погрешностью не более Ы0~⁵ в диапазоне от Ы0~⁵ до 1000*10~⁵ при сжатии и 0,5*10”⁵ в диапазоне от Ы0“⁵ до 200-10"⁵ при растяжении, например, тензометры по ГОСТ 18957-82, тензорезисторы по ГОСТ 21616—76, а также применяемые для измерения деформаций средства измерения линейных перемещений — индикаторы часового типа по ГОСТ 577-68, рычажно-зубчатые индикаторы по ГОСТ 5584—75, многооборотные индикаторы по ГОСТ 9696-82 и др.

Верхний предел диапазона измерений определяется деформационными свойствами исследуемого бетона и программой испытаний.

Собственная база первичных тензоизмерительных преобразователей должна обеспечивать измерение на базе не менее, чем в 5 раз превосходящей средневзвешенный диаметр зерна крупного заполнителя для обычных тяжелых бетонов и в 3 раза для легких бетонов на пористых заполнителях или не менее, чем в 5 раз — средне-

взвешенный диаметр пор ячеистого бетона. Допускается перекрывать базу измерения цепочкой первичных тензоизмерительных преобразователей с меньшими значениями собственной базы.

3.6.2.    Устройства для крепления первичных тензоизмерительных преобразователей к образцу, не вносящие дополнительных погрешностей в результаты измерения деформаций, что должно подтверждаться расчетом или соответствующим экспериментом. Усилие прижатия первичных преобразователей к образцу не должно превышать 30 н.

Рекомендуемые типы крепежных приспособлений приведены в приложении 12.

3.6.3.    Вторичные приборы для усиления, преобразования и регистрации информации, получаемой от первичных тензоизмерц-тельных преобразователей. В зависимости от целей эксперимента вторичные приборы должны обеспечивать дискретную или непрерывную регистрацию деформаций. При обработке информации от нескольких первичных тензопреобразователей вторичные приборы, должны быть многоканальными или быть укомплектованы ручными или автоматическими переключателями каналов измерения.

Суммарная погрешность первичных тензопреобразователей, вторичной аппаратуры и системы коммутации не vДoлжнa превышать указанной в л. 3.6.1.

Вторичная аппаратура должна обеспечивать диапазон измерения деформаций по п. 3.6.1.

При дискретной регистрации деформаций цена наименьшего деления шкалы вторичного прибора или значение единицы наименьшего разряда его цифрового индикатора, цифропечатающего устройства, перфоратора и т. п. не должна превышать 1-10~⁵ при измерении деформаций сжатия и 0,5-10"⁵ — деформаций растяжения.

При непрерывной регистрации деформаций цена 1 мм записи на диаграмме или осциллограмме не должна превышать 1*10~⁵ при измерении деформаций сжатия и 0,5-10~⁵ — деформаций растяжения.

В качестве вторичных приборов для дискретной регистрации деформаций рекомендуется применять приборы типа АИД-4, ИД, ИДЦ-1, ЦТМ-3, ЦТМ-5, СИИТ; для непрерывной — осциллографы Н-115, Н-117, Н-700, Н-10М в комплекте с тензоусилителями типа 8АНЧ, «Топаз-1», «Топаз-3», УТС-12 или двухкоординатные самописцы типа Н-307, Н-306, ПДС-21М.

3.7. Для ультразвуковых измерений следует применять следующие приборы, преобразователи (датчики) и дополнительные устройства.

3.7.1. Приборы для измерения времени распространения-переднего фронта ультразвуковых воли с ценой наименьшего деления шкалы или единицей наименьшего разряда цифровой индикаций не более 0,1 мкс и основной абсолютной погрешностью А не более Д= ± (0,01т+0,1) мкс, где т — время распространения переднего фронта ультразвуковых волн в образце, мкс.

13

Допускается дополнительная учтенная постоянная систематическая погрешность за счет смещения начала отсчета времени.

При измерении времени распространения йереднего фронта мродольных ультразвуковых волн рекомендуется применять приборы с цифровой индикацией типа «Бетон 12», «Бетон 8-УР», «УФ-55МЦ, УФ-50, УК-14П, УК-10П, а при измерении времени распространения переднего фронта поперечных воли — приборы с электронно-лучевой трубкой типа УКБ-1М, ДУК-20, Приборы с электронно-лучевой трубкой допускается применять и при измерении времени распространения переднего фронта продольных волн.

3.7.2.    Ультразвуковые преобразователи (датчики) для приема и передачи продольных ультразвуковых волн с номинальной частотой от 25 до 150 кГц, входящие в комплект стандартных ультразвуковых приборов.

Допускается применение преобразователей с волноводами (концентраторами), обеспечивающими акустический контакт с бетоном на площади (2±:0,4) мм² при условии их согласования с остальными элементами измерительного тракта.

3.7.3.    Ультразвуковые преобразователи для приема и передачи поперечных (сдвиговых) ультразвуковых волн с использованием в качестве первичных преобразователей кристаллов У — среза кварца или сегнетовой соли, а также крестообразных пьезокерамических пластин.

3.7.4.    Для обеспечения акустического контакта с бетоном первичных преобразователей по п. 3.7.2, не имеющих волноводов, применяют смазки по ГОСТ 17624-87, а для передачи и приема поперечных волн — неотвержденную эпоксидную смолу ЭД-6 или воско-канифольный компаунд.

3.7.5.    Приспособления для крепления и прижима к бетонной поверхности первичных ультразвуковых и акустоэмиссионных преобразователей, обеспечивающие неизменный в процессе испытания акустический контакт и не вносящие дополнительных погрешностей в результаты измерения.

3.8. Для акустоэмиссионных измерений применяют средства измерения параметров акустической эмиссии, обеспечивающие в диапазоне частот 0,01—0,5 МГц регистрацию суммарного числа импульсов и активности АЭ соответственно в диапазонах 10—10⁴ имп и 10—(3,5—4,0) *10³ имп/с с динамическим диапазоном не менее 40 дБ и чувствительностью не более 40 мкВ, позволяющие осуществлять ступенчатую частотную и амплитудную селекцию импульсов АЭ.

Рекомендуются следующие марки акустоэмиссионных приборов, удовлетворяющие заданным требованиям: Эффект-3, РМ-1, РМ-2, АВН-1, АВН-2, АВН-3, АФ-15.

Для проверки работоспособности средств измерения параметров АЭ необходимо предусмотреть стандартные образцы (имитаторы АЭ или калибровочные устройства).

3.9.    При резонансных измерениях применяют следующую аппаратуру и приспособления для возбуждения в бетонном образце механических колебаний переменной регулируемой частоты и измерения частоты и амплитуды этих колебаний.

3.9.1.    Генераторы, обеспечивающие плавную регулировку вырабатываемой частоты в диапазоне от 50 Гц до 20 кГц с погрешностью поддержания заданной частоты не более ±1 %, например, генераторы типа ГЗ-4 (ЗГ-12); ГЗ-ЗЗ;

3.9.2.    Усилители возбуждения, позволяющие получать на выходе тракта возбуждения мощность не менее 10 Вт и плавно регулировать ее от нуля до максимального значения, например, усилители ТУ-50, ТУ-100.

3.9.3.    Электронные частотомеры с дискретностью отсчета частоты не более 0,1 Гц и точностью не менее 1 %, например, частотомеры 43—33, 43—28.

3.9.4.    Преобразователи—возбудители и приемники колебаний, пьезоэлектрического или электродинамического типа, снабженные, насадками — волноводами для передачи и приема механических колебаний от возбудителя к образцу и от образца к приемнику. Масса вибрирующих частей возбудителя и приемника не должна превышать 1 % массы образца.

3.9.4.    Усилители приема, увеличивающие мощность сигнала, снятого с приемника, до 20 дБ.

3.9.5.    Катодные осциллографы, например, типа С-1—1.

3.9.6.    Измерители амплитуды колебаний образца, например, аналоговый вольтметр ВЗ-2А.

3.9.7.    Приспособления для крепления или установки образцов и преобразователей согласно приложению 13.

3.10.    Все нестандартные средства измерения и испытания должны быть аттестованы по ГОСТ 8.001-80 и ГОСТ 8.326-78.

4. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

4.1.    При выполнении измерений, связанных с изготовлением образцов и определением прочностных, деформационных и структурно-механических характеристик бетона, должны быть соблюдены требования безопасности по ГОСТ 12.1.003-83, ГОСТ 12.1.012-78 (СТ СЭВ 1932—79, СТ СЭВ 2602—80), ГОСТ 12.1.019-79, (СТ СЭВ 4830—84), ГОСТ 12.3.013-77, «Правил техники безопасности и производственной санитарии в промышленности строительных материалов», а также требования по безопасности, приведенные в. паспортах и инструкциях по эксплуатации применяемых средств, измерения и испытаний.

4.2.    При выполнении измерений на прессах и испытательных машинах следует устанавливать защитные экраны или другие устройства, защищающие операторов и измерительную аппаратуру от осколков образца, разлетающихся при его разрушении.

15

5. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ОПЕРАТОРОВ

5.1.    К выполнению измерений и обработке их результатов могут быть допущены лида, обученные правилам работы с машинами и прессами для испытания строительных материалов, тензометрическими, ультразвуковыми и акустическими средствами измерения, 'используемыми при испытании строительных материалов и конструкций, и прошедшие соответствующую аттестацию.

5.2,    К выполнению работ по изготовлению образцов могут быть допущены лица, имеющие квалификацию лаборанта и прошедшие соответствующую аттестацию.

6. УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИИ

6.1.    При выполнении измерений должны быть соблюдены следующие условия: температура окружающей среды (25± 10) °С; относительная влажность воздуха (70±20) %; в рабочем пространстве должны отсутствовать сквозняки.

6.2.    Колебания температуры в процессе выполнения измерений те должны превышать 2°С, а влажности — 3 %.

6.3.    Для образцов, хранящихся в нормальных условиях, продолжительность т испытания партии образцов должна быть ограничена условием, что естественный прирост предела прочности к концу испытания не должен превышать 5 %.

Значение т, в зависимости от вида напряженного состояния, вида цемента и водоцементного отношения, находят по приложению 14.

6.4.    Колебания напряжения и частоты в сети питания средств измерения не должны превосходить значений пределов, указанных в паспортах используемых средств измерения.

7. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ

7.1.    При подготовке к выполнению измерений должны быть выполнены следующие работы: визуальный осмотр и отбраковка образцов; подготовка и разметка поверхности образцов к проведению испытаний, наклейке, установке измерительных приборов и преобразователей; установка на образце измерительных преобразователей; сборка измерительной схемы; опробование средств измерения, установка дополнительных устройств и приспособлений в испытательные установки, центрирование образца в прессе или испытательной машине; градуирование применяемой аппаратуры.

7.2.    Перед началом испытаний образцы осматривают, устанавливая имеющиеся дефекты, измеряют линейные размеры и проверяют соответствие формы образцов требованиям п. 2.1.8 настоящей методики по ГОСТ 10180-78; определяют среднюю плотность бетона образцов по ГОСТ 12730.1-78, измеряя при этом размеры по

16

п. 3.3 настоящей методики, и проводят отбраковку по этим показателям в соответствии с требованиями разд. 2. Средняя плотность образцов из обычного тяжелого бетона не должна отличаться от средней по серии более, чем на 1 %, а образцов из легких и ячеистых бетонов — более, чем на 2 %.

7.3. Отбраковку образцов в серии по неоднородности их сред* ней плотности допускается проводить по времени распространения переднего фронта ультразвуковых волн. С этой целью измеряю» время их прохождения в каждом образце, устанавливая ультразвуковые преобразователи в центрах торцевых граней образца. В каждом образце измерения повторяют три раза, и их среднее арифметическое принимают за единичное значение времени распространения ультразвука для данного образца т/. По результатам единичных измерений вычисляют среднее значение времени распространения ультразвука в серии % и отклонения Дт, единичных значений от среднего

Дт_£=(т-Т,).    (7.1)

При этом должно соблюдаться условие

Дт, <(0,047+0,1),    (7.2)

где т в мкс.

Образцы, для которых условие (7.2) не соблюдается, отбраковывают.

Аналогичным образом рекомендуется оценивать неоднородность плотности бетона по отдельным сечениям образца в направлении укладки бетонной смеси (рис. 2). В этом случае за единичное значение времени распространения ультразвука для данного сечения %_t принимают среднее арифметическое всех результатов измерения в данном сечении (четырех — для образцов горизонтальной бетонировки и двух — вертикальной), а % — принимают равным среднему арифметическому всех результатов измерений для данного образца. При проведении измерений рекомендуется использовать ультразвуковые преобразователи (датчики) с волноводами по п. 3.7.2.

7.4. Перед проведением ультразвуковых и акустоэмиссионных измерений выполняют следующие операции.

7.4.1.    Выравнивают слоем гипсового раствора, пластилина или клея, которым будут крепиться преобразователи к образцу, мелкие шероховатости до 0,1 мм и раковины до 2 мм на поверхности образца в местах, где будут устанавливаться преобразователи. Большие неровности следует устранять механическим путем

7.4.2.    Наносят на поверхность образцов разметку мест установки преобразователей с погрешностью не более 1 % согласно приложению 15:

при измерении структурно-механических характеристик — в зоне однородного напряженного состояния соосно на противополож-

J7

иых боковых гранях образца не менее, чем в двух сечениях по его высоте, в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом сечении;

при определении динамического модуля сдвига — в центре одной из торцевых граней; линию перемещения второго преобразователя наносят по оси одной из боковых граней;

при определении динамического модуля упругости — в центре торцевых граней.

7.4.3.    Устанавливают в соответствии с разметкой преобразователи, крепящиеся стационарно: преобразователи ультразвуковых импульсов крепят с помощью клеев и приспособлений по п. 3.7.4, а преобразователь АЭ — с помощью клеев или приспособлений по п. 3.7.5 со смазкой по ГОСТ 17624-87.

7.4.4.    Нестационарное крепление преобразователей осущесг* вляют после установки образца в пресс после начала нагружения. Для обеспечения акустического контакта в этом случае преобразо.-ватели устанавливают через тонкий слой контактной смазки по ГОСТ 17624-87.

7.4.5.    В тех случаях, когда в результате измерения времени рас-, пространения ультразвуковых волн определяют скорость, перед началом измерений следует исключить аппаратурным путем или учесть поправку на время их прохождения через слой контактной смазки и приемно-передаточный тракт. Для этого измеряют время прохождения ультразвуковых волн через прижатые друг к другу излучатель и приемник, рабочие поверхности которых покрыты* слоем контактной смазки толщиной в два раза большей, чем между преобразователем и поверхностью бетона. Если между излучателем и приемником конструктивно существует гальваническая связь, то между ними помимо смазки прокладывают еще и полиэтиленовую, лавсановую, целлофановую или другую аналогичную пленку толщиной не более 0,05 мм.

7.5.    При установке на образец средств измерения деформаций проводят следующие операции.

7.5.1.    В зоне однородного напряженного состояния на образце размечают места установки тензометров или наклейки тензорезис-торов. При этом погрешность разметки баз тензометров не должна превышать 1 мм (или должны определяться фактические размеры баз с точностью до 1 мм). Непараллельиость между линиями разметки для наклейки продольных тензорезисторов и продольной осью образца не должна превышать 2 мм на 100 мм, а неперпенди-кулярность линий разметки для наклейки поперечных тензорезисторов к продольной оси образца не должна превышать 1 мм- на 100 мм.

7.5.2.    Базу измерения продольных деформаций принимают по п. 3.6.1. При испытании на растяжение желательно принимать базу измерения равной ho.

7.5.3.    Подготавливают поверхность бетона в местах наклейки тензорезисторов, тщательно на всю глубину заделывая поры в бетоне быстротвердеющим материалом (например, раствором гипса), и грунтуют ее тонким слоем клея, которым будут наклеиваться тензорезисторы.

7.5.4.    В соответствии с нанесенной разметкой на образце с помощью специальных приспособлений и крепежных устройств устанавливают тензометры или наклеивают на его поверхность тензорезисторы согласно инструкции по их эксплуатации или паспорту.

19

РАЗРАБОТАНЫ НПО «ВНИИФТРИ», Всесоюзным институтом «Орг» энергоетрой», Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС), Московским инженерностроительным институтом им. В. В. Куйбышева, Институтом строительной механики и сейсмостойкости им. К. С. Завриева АН ГССР, Всесоюзным научно-исследовательским институтом строительных материалов и конструкций.

ИСПОЛНИТЕЛИ:

Р. О. Красновский, канд. техн. наук; А. и. Марков, канд. техн. наук; С. А. Рудниченко; Г. Г. Соловьева; Н. Н. Лазутина; И. С. Кроль; В. Л. Чернявский; Г. Б. Муравин, д-р техн. наук; Е. Н. Щербаков, д-р техн. наук; Н. В. Смирнов, канд. техн. наук; Я. В. Симкин, В. В. Гурьев, А. Л. Ерменсон, Г. Б. Шмаков, канд. техн. наук; М. Б. Чернопыжский, канд. техн. наук; 3. Н. Цилосани, д-р техн. наук; Д. Д. Дугели, Б. П. Сариго, М. Н. Тутевадзе; В. Н. Гусаков, д-р техн. наук; К. Л. Ковлер, канд. техн. наук; А. С. Бычков, канд. техн. наук; И. А. Харичев.

ПОДГОТОВЛЕНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ сектором научно-методических основ стандартизации м координации работ по метрологическому обеспечению

Нач. сектора Крупин Б. И.

Инженер Зкаткова О. В.

УТВЕРЖДЕНЫ НПО «ВНИИФТРИ» 23 мая 1987 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ГСИ. Прочностные и деформационные характеристики бетонов при одноосном кратковременном статическом сжатии и растяжении

Методика выполнения измерений

МИ 11-87

Редактор Н. А. Еськова Технический редактор В. Н. Прусакова Корректор Е. И, Морозова

Н/К

Сдано в набор 28.09 88 Подгт, в печ. 17.01.89 Формат 60><90 >/₁₆. Бумага типографская № I. Гарнитура литературная. Печать высокая 5,0 уел. печ. л. 5,13 уел. кр.-огг. 5,19 уч.-изд. л. Тираж 3000 Цена 35 к. Изд. № 10290/4.

Ордена «Знак Почета» Издательство стандартов, 123840, Москва, ГСП, Новопресненский пер., 3.

Калужская типография стандартов, ул. Московская, 256. Зак, 2243

Допускается устанавливать цепочки измерительных преобразователей, имеющих меньшую базу, чем указанная, при условии, что суммарная база цепочки будет не меньше требуемой.

7.5.5. Установленные на образец средства измерения опробова-ют до установки образца в пресс или испытательную машину.

7.6.    На пресс или испытательную машину устанавливают дополнительные устройства для передачи нагрузки на образец (дополнительные шарниры, захваты, перераспределяющие устройства, динамометр и т. п.).

При испытаниях на растяжение захваты могут быть установлены на образец до его установки в испытательную машину.

7.6.1.    Если при испытании на сжатие нагрузку на образец передают через два дополнительных шарнира, расположенных один сверху, а другой снизу образца, то основной шарнир пресса должен быть заглушен.

7.6.2.    Для обеспечения равномерной передачи нагрузки по всей опорной площади образца рекомендуется устанавливать квазигидрошарниры по приложению 9 или применять прокладки из картона толщиной 2—4 мм, которые устанавливают между торцами образца и опорными плитами испытательной машины или дополнительных опорных устройств.

7.6.3.    После установки на прессе или испытательной машине дополнительных опорных устройств или захватов проверяют их соосность. Эксцентриситет не должен превышать 1 мм при растяжении и 2 мм при сжатии.

7.7.    На опорные устройства или в захваты устанавливают испытываемый образец (или образец с заранее установленными захватами в машину), подключают первичные преобразователи с электрическим выходом к регистрирующим приборам и проводят опробование средств измерения.

7.7.1.    Опробование средств измерения скорости распространения ультразвуковых импульсов и сигналов АЭ проводят без приложения нагрузки, а средств измерения деформаций, как без нагрузки, так и с приложением усилия, равного (10± 5) % от ожидаемого максимального.

7.7.2.    При опробовании без приложения нагрузки средств измерения, ймеЮщих первичные преобразователи с электрическим выходом, проверяют стабильность показаний при переключении каналов измерения и при выдержке в течение не менее 1 мин. При этом показания не должны измениться более, чем на 0,5 деления шкалы.

7.7.3.    При опробовании без приложения нагрузки средств измерения деформаций с механическими первичными преобразователями или с преобразователями, крепящимися к образцу с помощью 'Механических крепежных приспособлений, постукиванием карандаша по преобразователям и крепежным приспособлениям проверяют надежность их установки. При этом показания не должны измениться более, чем на 0,5 деления шкалы.

УДК 539.383:691.3

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНОВ ПРИ ОДНООСНОМ КРАТКОВРЕМЕННОМ СТАТИЧЕСКОМ СЖАТИИ И РАСТЯЖЕНИИ

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ МИ 11—87

Взамен МИ 11—74

Настоящая методика распространяется на все виды применяемых в строительстве бетонов на неорганических вяжущих и устанавливает методы определения предела прочности, модуля упругости, коэффициента Пуассона, коэффициента упругости и структурно-механических характеристик при одноосном кратковременном статическом сжатии и растяжении, с применением ультразвукового, резонансного и акутоэмиссионного методов. Методика предназначена для научных работников, инженеров, аспирантов при проведении научно-исследовательских работ.

Методика соответствует ГОСТ 24452-80 и СТ СЭВ 3978—83, развивая и дополняя их в части определяемых механических характеристик бетона, средств и методов их определения и обработки результатов испытания..

В методике учтены рекомендации «Методических рекомендаций по определению основных механических характеристик бетонов при кратковременном и длительном нагружении» (НИИЖБ, 1984) и «Методики определения предела прочности и модуля упругости бетона при растяжении» (ВНИИФТРИ, 1982).

1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ

1.1.    Прочностные, деформационные и структурно-механические характеристики бетона определяют на специально изготовленных образцах. Форма и размеры образцов обеспечивают проведение измерений на статистически представительном объеме бетона, а методика их изготовления и хранения — получение однородной структуры без дополнительно внесенных искажений.

1.2.    Применяемые при испытаниях методика, средства измерения и испытания, вспомогательные устройства и приспособлений обеспечивают определение измеряемых характеристик с требуемой

(£) Издательство стандартов, 1989

3

точностью на статистически представительном объеме бетона, находящегося в условиях заданного однородного «напряженно-деформированного состояния.

1.3. Для определения механических характеристик используют механический, ультразвуковой импульсный, резонансный, акусто-эмиссионный методы измерения и испытания.

1.3.1.    При механическом методе испытания образец нагружают до разрушения (ступенями или непрерывно) осевой нагрузкой с одновременным измерением деформации бетона.

1.3.2.    При ультразвуковом импульсном методе измеряют на нагруженном или некагруженном образце время распространения переднего фронта продольных и (или) поперечных ультразвуковых волн на заданной базе измерения.

1.3.3.    При резонансном методе в ненагруженном образце возбуждают продольные, изгибные или крутильные колебания и измеряют частоту колебаний образца.

1.3.4.    При акустоэмиссионком методе измеряют интенсивность акустических импульсов, возникающих в образце в процессе его нагружения.

1.4.    Прочностные характеристики определяют только механическим методом; деформационные — механическим, ультразвуковом и резонансным; структурно-механические — механическим, ультразвуковым и акустоэмиссионным.

1.5: При определении деформационных характеристик механическим методом значения измеряемых деформаций зависят от скорости нагружения (деформирования) из-за влияния деформаций быстронатекающей ползучести.

1.5.1. Для исключения погрешности измерения деформаций, обусловленной деформациями быстронатекающей ползучести, нагружение образца проводят с равновесной скоростью деформирования бетона.

*3а равновесную скорость деформирования г_сг принимают наибольшую скорость роста продольных деформаций при непрерывном нагружении, при которой в случае остановки нагружения и выдержки нагрузки в течение (15 + 5) мин при уровне напряжения, не превосходящем 70 % от предела прочности, не проявляются (с точностью до погрешности измерения) деформации быстронатекающей ползучести.

1.5.2: Равновесной скорости деформирования соответствует эквивалентная ей скорость роста напряжения а_СГ , обеспечивающая достижение некоторого значения деформации ец при данном уровне напряжения r\—'o/R_bn (г} = o/R_btn )> одинакового как при нагружении образца с контролем деформаций, так и с контролем рацряжений. Эквивалентная скорость роста напряжений нелинейно зависит от относительного уровня напряжения, уменьшаясь с его* .увеличением.

4

1.5.3. Параметры ступенчатого нагружения (скорость подъема нагрузки со ступени на ступень и время выдержки на ней) принимают из условия обеспечения равновесной скорости деформирования и эквивалентной ей средней скорости роста напряжения.

1.6.    При определении деформационных характеристик ультразвуковым и резонансным методами скорость роста напряжения в бетоне, примерно, в 10^е раз больше, чем при статическом нагружении механическим методом, а уровень напряжения при этом соответственно меньше. Это позволяет считать бетон при этих методах испытания практически ненагружениым.

1.7.    Различие в скоростях и уровнях напряжения при резонансном и ультразвуковом методах испытания, с одной стороны, и механическом, с другой, приводит к различию значений деформационных характеристик, и в том числе модулей упругости, до 20 %, В связи с этим деформационные характеристики, определенные ультразвуковым и резонансным методами, называют динамическими и обозначают Е _bd и v _bd .

Различие в значениях деформационных характеристик, определенных ультразвуковым и резонансным методами, не превышает 3 % и не учитывается в расчетах.

Значение динамических деформационных характеристик приводят с помощью эмпирических зависимостей к статическим Е _ь и v₆ , которые в соответствии со СНиП 2.03.01—84 используют при расчете бетонных и железобетонных конструкций.

1.8.    При определении прочностных, деформационных и структурно-механических характеристик в зависимости от применяемого метода измерения проводят следующие измерения.

1.8.1.    При определении прочностных характеристик — пределов прочности при осевом кратковременном сжатии (призменной прочности) R _Ъп и растяжении R ьы (приложение 1) измеряют предельное максимальное значение нагрузки при непрерывном или ступенчатом нагружении и размеры поперечного сечения ненагру-женного образца. При этом измерения деформаций в процессе нагружения не проводят.

1.8.2.    При определении деформационных и структурно-механических характеристик механическим методом измеряют одновременно деформации бетона вдоль ei и перпендикулярно ег.оси образца, а также размеры поперечного сечения ненагруженного образца.

С целью выделения упругой составляющей деформации z_ei из-' мерения при определении модуля упругости Е_ь (Е_ы), коэффициента Пуассона v_b (v^) и коэффициента упругости %_Ьи проводят при ступенчатом нагружении.

Для определения продольной деформации е_и/, соответствующей призменной прочности, измерения проводят при нагружении с контролем деформаций.

5

При определении структурно-механических характеристик измерения проводят либо при непрерывном, либо при ступенчатом нагружении.

1.8.3.    При определении деформационных характеристик и Уы ультразвуковым методом на ненагруженном образце измеряет время распространения переднего фронта продольных и (или) поперечных ультразвуковых волн, а также геометрические размеры образца.

1.8.4.    При определении деформационных характеристик Е^_а и резонансным методом в ненагруженном образце измеряют

собственную частоту продольных, изгибных или крутильных колебаний, соответствующую их максимальной амплитуде, а также геометрические размеры и массу образца.

1.8.5.    При определении структурно-механических характеристик R°_b сгс ^и ^ьсгс ультразвуковым методом в процессе нагружения образца ступенчатой нагрузкой измеряют одновременно время распространения переднего фронта продольных ультразвуковых волн и действующую нагрузку, а также геометрические размеры ненагруженного образца.

1.8.6.    При определении структурно-механических характеристик акустоэмиссионным (АЭ) методом в процессе нагружения образца одновременно измеряют число импульсов акустической эмиссии Ms и действующую нагрузку.

1.9. Вычисление значений прочностных, деформационных и структурно-механических характеристик по результатам испытаний и измерений проводят следующими способами.

1.9.1.    Пределы прочности R _Ьп и R_btn вычисляют по формулам, приведенным в ГОСТ 10180-78 и ГОСТ 24452-80.

1.9.2.    Деформационные характеристики находят на основании диаграмм деформирования по результатам измерений, проводимых механическим методом по п. 1.8.2.

Модуль упругости Е ь или Е _bt вычисляют как тангенс угла наклона к оси деформаций начального линейного участка диаграммы упругих деформаций о—z_lei , где z_lel — упругая составляющая продольной деформации.

Коэффициент Пуассона v _ъ или vtt вычисляют как отношение тангенсов углов наклона линейных участков диаграмм упругих продольных о—&_lei и упругих поперечных <у—г _2е[ деформаций, где е 1 _ei и е _2(?/    —    упругие    составляющие    соответственно про

дольной и поперечной деформаций.

Коэффициент упругости X _Ьи вычисляют как отношение упругой частц полной продольной деформации при нагрузке, соответствующей призменной прочности, г г_ei_nt к полной продольной деформации при этой нагрузке г_1и .

1.9.3.    Упругие деформационные характеристики по результатам ультразвуковых и резонансных измерений по пп. 1.8.3 и 1.8.4 вы-

6.

числяют по формулам механики деформируемого твердого тела с эмпирическими поправками на форму и размеры образца.

1.9.4. Структурно-механические характеристики R°_bcrc и Rbcrc находят по результатам измерений, проводимых механическим по п. 1,8.2, ультразвуковым по п. 1.8.5 и акустоэмиссион-ным по п. 1.8.6 методами путем построения диаграмм изменения соответствующих характеристик при росте напряжения а и нахождения на этих диаграммах характерных точек, соответствующих

R%,crc 'Чете

При механическом методе измерения по полным деформациям «1 и 82 строят диаграмму ei—82 или вычисляют объемную деформацию 0 и (или) ее приращение Д® и строят диаграммы а—© и (или) <с—Д0.

При ультразвуковом методе вычисляют приращение скорости переднего фронта ультразвуковых волн >6 _с (или времени 6_Х ) и строят диаграмму а—б_с (или а—б % ).

При акустоэмиссионном методе строят диаграмму 0—ДД^ ,

2. ОБРАЗЦЫ

2.1.    Форма и размеры образцов

2.1.1.    Образцы должны иметь форму правильной четырехугольной призмы или цилиндра. При испытании на осевое растяжение допускается испытание образцов с галтелями.

2.1.2.    Минимальный размер стороны основания призмы а или диаметра цилиндра d из условия получения образца статистически представительного объема принимают не менее, чем в 5 раз превышающим средневзвешенный или в 3 раза максимальный размер зерна крупного заполнителя (для обычных тяжелых и легких бетонов на пористых заполнителях) или поры (для ячеистых бетонов) .

2.1.3.    Максимальный размер a(d) определяется техническими характеристиками испытательного оборудования (размерами рабочего пространства испытательных машин, создаваемыми нагрузками и т. п.).

2.1.4.    Размеры and следует выбирать из ряда 40/70, 100, 150, 200 мм. В обоснованных случаях допускается принимать другие значения а и d при соблюдении требований пп. 2.1.2—2.1.3.

2.1.5.    Высоту (длину) образца h в зависимости от метода и программы испытаний следует принимать кратной а или d в пределах (3—6) а или (3—6)d.

2.1.6.    При механическом методе испытания высота (длина) образца h включает в себя рабочую зону (зону однородного напряженного состояния) ho и зоны влияния опор (захватов) Дh:

ft=h₀+2Ah.    (2.1)

Длина рабочей зоны Л₀ должна быть не менее а или d и не более 4а или Ad.

7

Длину ДИ при испытаниях на сжатие следует принимать равной не менее 0,7а или 0,7d, а при использовании квазигидрошарниров 0,05 Л.

При испытании на растяжение, в зависимости от конструкции захватов (рис. 1), Д/г принимают равной;

Рис. 1. Расположение зон однородного напряженного сос* тояния (fto) и влияния захватов ДА при испытаниях с использованием приклеиваемых (а), анкерных (б), цанговых (в) захватов и на образцах с галтелями (г)

У—образец; 2—захват; 5—анкер

«

нулю при приклеиваемых к торцам образца захватах (рис. 1,я);

длине анкеров, закладываемых в образец при его изготовлении (рис. 1, б);

длине зоны контакта образца с захватом при удержании образца в захвате за счет трения (рис. 1, в);

hg+0,5# или h_g +0,5d для образцов с галтелями (рис. 1, г), где h _g— длина галтели.

2.1.7.    При использовании ультразвукового импульсного метода для определения динамических модуля упругости и коэффициента Пуассона высоту образца h принимают не менее 1,5Я, где X — длина продольной ультразвуковой волны, которая в бетоне равна 30—150 мм.

При использовании резонансного метода h принимают по п. 2.1.5.

2.1.8.    Допускаемые отклонения размеров образцов от номинальных по п. 1.1.3. и отклонение перпендикулярности боковых и торцевых поверхностей образцов, испытываемых на сжатие или на растяжение с приклеиваемыми захватами, следует принимать по ГОСТ 10180-78 (СТ СЭВ 3978—83).

2.1.9.    Образцы изготавливают сериями.

Число образцов в серии при испытаниях ультразвуковым, резонансным и механическим методом на сжатие должно быть не менее трех, а при испытаниях на растяжение — не менее шести.

Минимальное число образцов в серии в зависимости от принимаемой доверительной вероятности, погрешности результатов испытания и коэффициента вариации определяемой характеристики может быть уточнено по приложению 2.

2.2. Изготовление образцов

2.2.1.    Образцы изготавливают из бетонной смеси по ГОСТ 10180—78, если программой испытания не предусмотрен другой метод, или выбуривают (выпиливают) их из изделий, конструкций, сооружений.

В журнале по форме приложения 3 приводят сведения об исходных материалах, составе бетонной смеси, способе и технологии изготовления образцов.

2.2.2.    При изготовлении образцов из бетонной смеси обеспечивают во всех образцах требуемое значение коэффициента ее уплотнения К_р:

(2.2)

где у _f — средняя плотность бетонной смеси, фактически полученная после уплотнения; y_d — расчетное значение средней плотности бетонной смеси, вычисленное из условия, что в ней не содержится вовлеченного воздуха.

Значение К_р, если оно не задано, рекомендуется принимать не менее 0,98.

2 Зак. 2243