Устройство для определения прочности бетона

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к приборам для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием при технологическом контроле качества монолитного и сборного железобетона, при обследовании зданий, сооружений, изделий и конструкций. Полезная модель направлена на увеличение значения создаваемого предельного усилия, прилагаемого к анкерному устройству, и повышение надежности работы устройства. Устройство для определения прочности бетона содержит корпус с отверстием, в котором установлена с возможностью продольного перемещения и поворота относительно корпуса вертикальная тяга, жестко соединенная одним концом с анкерным устройством, а другим с механизмом предварительного натяжения анкерного устройства. В корпусе размещены электронный блок, связанный с датчиком давления, два поршневых насоса, соединенных посредством образованных в корпусе каналов с, по крайней мере, двумя гидроцилиндрами, штоки которых соосно соединены с опорами. Поршневые насосы связаны через редуктор с общим приводом. В поршневых насосах размещены элементы для контроля положения поршней в начальном и конечном положениях. Наличие второго поршневого насоса обеспечивает возможность увеличения значения создаваемого предельного усилия, прилагаемого к анкерному устройству, до 100 кН (10 т), равномерное распределение создаваемого давления рабочей жидкости между каналами. Введение редуктора снижает усилие, прикладываемое к рукоятке привода, что повышает эксплуатационные качества устройства.

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к приборам для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием при технологическом контроле качества монолитного и сборного железобетона, при обследовании зданий, сооружений, изделий и конструкций.

Из уровня техники известны устройства для оперативного контроля прочности бетона, принцип работы которых основан на существующей зависимости между прочностью бетона и значением усилия, создаваемого при вырыве анкерного устройства, закрепленного в исследуемом бетоне.

Известно устройство для испытания приборов (RU 2212663, МПК G01N 33/08, опубл. 20.09.2003 г.), содержащее корпус с выдвижными опорами и гидроцилиндром, имеющим рабочий поршень с полым штоком, насос, анкерное приспособление, тягу с узлом жесткого закрепления анкерного приспособления, микрометрическую гайку, конструктивно связанную с тягой в районе узла жесткого закрепления анкерного приспособления, быстросъемную шайбу для фиксации тяги, штурвал и регистрирующий прибор.

Недостатком известного устройства являются большой вес и габаритные размеры, что затрудняет его переноску на большие расстояния и эксплуатацию при проведении измерений.

В качестве ближайшего аналога принято силовое устройство для испытания бетона строительных конструкций (RU 2271528, МПК G01N 3/00, опубл. 10.03.2004 г.), содержащее горизонтальный корпус с центральным отверстием для расположенной по вертикальной оси корпуса тягой с возможностью ее продольного перемещения и поворота относительно корпуса, жестко соединенной с анкерным устройством, и механизмом предварительного натяжения анкерного устройства в виде установленного на корпусе штурвала привода тяги, смонтированным на верхнем резьбовом конце тяги. Корпус снабжен равноудаленными от вертикальной оси корпуса выдвижными опорами, выполненными в осевой продольной плоскости корпуса, поршневым насосом с ручным приводом, соединенным выполненными в корпусе каналами с нагружающим устройством, выполненным в виде двух гидроцилиндров, расположенных на одной оси с выдвижными опорами, соединенными со штоками гидроцилиндров, при этом одна опора выполнена П-образной и соединена со штоком гидроцилиндра с возможностью поворота, вторая опора выполнена в виде регулируемого по высоте колпачка с конусом, соединенного со штоком посредством резьбового соединения, а ось поршневого насоса расположена в корпусе параллельно продольной плоскости.

В конструкциях известных устройств установлен один поршневой насос, создающий давление рабочей жидкости, которая по каналам, образованным в корпусе, поступает в гидроцилиндры и связанные с ними опоры. Наличие только одного поршневого насоса ограничивает величину предельного усилия, прилагаемого к анкерному устройству с целью его вырыва из бетона, до 50 кН (5 тонн), что естественно ограничивает сферу применения устройств.

Привод поршневого насоса является ручным: пользователь равномерно крутит рукоятку привода до необходимого нагружения анкерного устройства, либо до вырыва его из бетона. При этом в известных конструкциях не предусмотрены элементы, ограничивающие ход поршня или указывающие на то, что поршень находится в начальном или конечном положениях. Пользователь же, не имея возможности визуального контроля за положением поршня, продолжает крутить рукоятку при нахождении поршня в крайних положениях, что приводит к повреждению поршневого насоса (его заклиниванию, механическому повреждению и т.д.).

Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в увеличении значения создаваемого предельного усилия, прилагаемого к анкерному устройству, и повышении надежности работы устройства.

Решение поставленной задачи в устройстве для определения прочности бетона, содержащем корпус с отверстием, в котором установлена с возможностью продольного перемещения и поворота относительно корпуса вертикальная тяга, жестко соединенная одним концом с анкерным устройством, а другим с механизмом предварительного натяжения анкерного устройства, и размещенные в корпусе электронный блок, связанный с датчиком давления, поршневой насос, соединенный посредством образованных в корпусе каналов с, по крайней мере, двумя гидроцилиндрами, штоки которых соосно соединены с опорами, достигается тем, что установлен второй поршневой насос, насосы связаны через редуктор с общим приводом, и в поршневых насосах размещены элементы для контроля положения поршней в начальном и конечном положениях.

Отверстие в корпусе выполнено осевым.

Оси поршневых насосов параллельны продольной плоскости корпуса.

Опоры выполнены равноудаленными от осевого отверстия и размещены в продольной плоскости корпуса.

Опоры выполнены регулирующимися по длине.

Элементы для контроля положения поршней в начальном и конечном положениях выполнены в виде магниторезисторов, связанных с электронным блоком.

Корпус имеет преимущественно форму горизонтально ориентированного параллелепипеда.

Механизм предварительного натяжения анкерного устройства выполнен в виде штурвала, смонтированного на верхнем резьбовом конце тяги.

Поршень поршневого насоса выполнен полым, соединенным посредством резьбового соединения с приводным винтом, взаимодействующим через редуктор с приводом.

Привод поршневых насосов может быть как ручной, так и выполнен в виде электрического привода.

Датчик давления взаимодействует с одним из гидроцилиндров.

Благодаря введению в конструкцию известного устройства второго поршневого насоса, работающего синхронно с первым насосом, обеспечивается повышенная степень нагнетания рабочей жидкости (масла) в систему гидроцилиндров, что приводит к возможности увеличения значения создаваемого предельного усилия, прилагаемого к анкерному устройству, до 100 кН (10 т), при этом массо-габаритные показатели устройства незначительно увеличиваются в сравнении с прототипом. Так прототип с одним поршнем, создающий максимальное усилие до 50 кН (5 т), весит до 4 кг, а устройство согласно настоящей полезной модели с двумя поршнями до 6 кг.

Наличие двух поршневых насосов с общим приводом обеспечивает плавность хода поршней, равномерное распределение создаваемого давления рабочей жидкости между каналами. Введение редуктора обеспечивает снижение усилия, прикладываемого к рукоятке привода, что повышает эксплуатационные качества устройства.

В отличие от прототипа с одним поршнем и двумя каналами, один из которых является «паразитным», т.е. не рабочим, а воспринимающим усилие нагружения рабочей жидкости, созданное поршнем второго канала, в предложенной полезной модели оба канала являются рабочими, что повышает эффективность работы гидравлической системы устройства.

Наличие элементов для контроля положения поршней, выполненных в виде магниторезисторов, связанных с электронным блоком, повышает надежность работы устройства и срок эксплуатации, благодаря тому, что магниторезисторы изменяют свое электрическое сопротивление при нахождении поршней в крайних положениях, электронный блок фиксирует это изменение и выводит на дисплей текстовое предупреждение о возникших перегрузках в работе поршней.

Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг. 1 - вид сбоку устройства, на фиг. 2 - вид спереди устройства с местными разрезами, на фиг. 3 - вид сверху устройства (продольное сечение А-А).

Устройство для определения прочности бетона содержит корпус 1, выполненный в виде преимущественно горизонтально ориентированного параллелепипеда с центральным осевым отверстием 2, в котором вертикально установлена тяга 3 с возможностью ее продольного перемещения и поворота относительно корпуса 1. Нижний конец тяги 3 соединен посредством резьбового соединения с анкерным устройством (на чертеже не показано), закрепленным в исследуемом материале (бетон). Верхний конец тяги 3 соединен посредством резьбового соединения со съемным штурвалом 4. Тяга 3 установлена с возможностью ее извлечения из отверстия 2 корпуса 1 при снятом штурвале 4. Механизм предварительного натяжения анкерного устройства, включающий тягу 3 и штурвал 4, осуществляет натяжение анкера до начала процесса измерения.

В корпусе 1 установлены две равноудаленные от центрального осевого отверстия 2 регулирующиеся по длине опоры 5, расположенные в осевой продольной плоскости.

В корпусе 1 размещены два поршневых насоса 6, установленные в двух симметрично расположенных каналах 7, связанные через редуктор 8 с ручным приводом с рукояткой 9, ось которого совпадает с продольной плоскостью корпуса 1.

Привод поршневых насосов 6 может быть выполнен в виде маломощного электропривода, например, организованного от электрической дрели, шуруповерта и т.п.

Поршни 10 поршневых насосов бустановлены с возможностью продольного перемещения по каналам 7. Для исключения отклонения от осевого перемещения поршни 10 зафиксированы направляющими шпонками 11.

Поршни 10 выполнены полыми и соединенными посредством резьбового соединения с приводными винтами 12, взаимодействующими через редуктор 8 с приводом 9. При вращении рукоятки привода 9 крутящий момент передается через приводной вал и редуктор 8 на приводные винты 12, которые выкручивают или накручивают поршни 10 (в зависимости от направления вращения рукоятки привода 9), поршни 10, в свою очередь, совершая поступательное движение вдоль каналов 7, уменьшают или увеличивают объем, занимаемый рабочей жидкостью в каналах 7.

Поршневые насосы 6 соединены посредством образованных в корпусе каналов с нагружающим устройством. Нагружающее устройство выполнено в виде двух гидроцилиндров 13, соединенных соосно с опорами 5. При этом одна опора 5 выполнена П-образной (в форме «башмака»), закреплена на штоке 14 гидроцилиндра 13 с возможностью поворота посредством стопорного винта. П-образная опора обеспечивает устойчивость устройства в поперечном направлении при его установке на поверхность бетона при проведении измерения. Вторая опора 5 выполнена регулируемой по высоте, соединена со штоком 14 посредством резьбового соединения. При работе поршневых насосов 6 рабочая жидкость нагнетается в гидроцилиндры 13 из каналов 7.

В рабочем положении устройство базируется опорами 5 на поверхности бетона в трех точках, сцентрировано с тягой 3, жестко соединенной с зафиксированным в шпуре анкерным устройством и поджатой штурвалом 4.

В верхней наружной части корпуса 1 размещен электронный измерительный блок 15 для обработки данных и индикации результатов, связанный с датчиком давления 16, взаимодействующим с одним гидроцилиндром 13. Электронный измерительный блок 15 включает микропроцессор, графический дисплей, клавиатуру и разъем для связи с компьютером. Дисплей и клавиатура электронного измерительного блока размещены на верхней лицевой панели корпуса 1. Дисплей снабжен отключаемой подсветкой.

Поршневые насосы 6 оснащены элементами для контроля положения поршней 17 при прямом (нагружение) и обратном (разгрузка) ходе поршней 10, выполненными в виде магниторезисторов. Магниторезисторы 10 размещены в начальном и конечном положениях поршней 10 насосов 6. При достижении поршнями 10 начального и конечного рабочих положений резко изменяется магнитное поле магниторезисторов 17, вызывая изменение их электрического сопротивления, электронный блок 15 фиксирует это изменение и выводит на дисплей текстовое предупреждение, сопровождаемое звуковым сигналом.

В устройстве предусмотрена защита от перегрузки по усилию: при достижении усилия вырыва равного 100000 Н (100 кН) датчик давления 16 Передает сигнал в электронный блок 15, на дисплее которого отображается предупреждающая надпись, сопровождающаяся прерывистым звуковым сигналом.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Анкерное устройство устанавливают в предварительно подготовленный шпур или бетонируют на стадии изготовления конструкции или объекта согласно ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля».

Шпур выполняют сверлильным или ударно-вращательным инструментом, при этом отклонение его от перпендикулярности не должно превышать 4 мм на высоту 100 мм.

Шпур после бурения тщательно очищают от пыли и бетонной крошки, например, продувкой сжатым воздухом и при необходимости откалибровывают по диаметру, например, шлямбуром.

С помощью специального расточного устройства, подобному тому, который описан в патенте RU 2271528, выполняют кольцевую проточку в шпуре для надежного сцепления бетона с анкерным устройством. Проточку выполняют на заданной глубине захвата.

В шпур устанавливают анкерное устройство в сборе с сегментами, такое, что размеры анкерного устройства соответствуют параметрам шпура, а диаметр шпура не должен превышать диаметр анкерного устройства более чем на 1 мм. Выступы сегментов анкерного устройства должны попасть в проточку.

Навинчивают с натягом на анкерное устройство нижний конец тяги 3.

Устройство устанавливают на поверхность исследуемого материала посредством пропускания закрепленной на анкерном устройстве тяги 3 в центральное отверстие 2 корпуса 1. На верхний резьбовой конец тяги 3 накручивают штурвал 4, производя натягивание анкерного устройства, оставив зазор между торцом штурвала 4 и корпусом 1, соответствующий примерно половине оборота штурвала 4.

Устройство поворачивают вокруг тяги 3 таким образом, чтобы найти устойчивое положение для опор 5 и возможность удобного вращения рукоятки привода 9.

После выбора наилучшего положения регулируют опоры 5, выворачивая их до контакта с поверхностью бетона, затягивают штурвали4, создавая предварительное натяжение тяги 3 с анкерным устройством (до 5 кН), необходимое для надежного базирования устройства на поверхности бетона в трех опорных точках (две опоры 5 и тяга 3).

При затягивании штурвала 4 не должно происходить проскальзывания анкерного устройства в шпуре. В противном случае переустанавливают анкерное устройство после дополнительного углубления проточки для обеспечения надежного сцепления бетона с сегментами.

Включают электронный блок 15 устройства.

С использованием клавиатуры в электронный блок 15 осуществляют ввод значений типоразмера анкерного устройства, вида бетона и условий его твердения (нормальное твердение или тепловая обработка).

В память электронного блока 15 может быть внесена информация о новых материалах, подвергающихся исследованию методом отрыва со скалыванием.

Нажимают клавишу электронного блока 15, устройство переходит в режим измерений.

Равномерно вращая рукоятку привода 9 по часовой стрелке производят нагружение анкерного устройства, при этом поддерживают скорость нагружения в пределах 1,5-3 кН/с, отмеченных на линейном индикаторе нагружения электронного блока 15. В течение всего цикла испытаний осуществляют контроль скорости нагружения по индикатору.

При достижении порогового усилия нагрузки более 2 кН дисплей электронного блока 15 автоматически перейдет в режим индикации процесса нагружения, т.е. будет выводить информацию о значении прочности.

При вращении рукоятки привода 9 крутящий момент через приводной вал и редуктор 8 передается на приводные винты 12. Вращаясь, приводные винты 12 приводят в поступательное движение поршни 10, которые движутся вдоль каналов 7 по направлению от рукоятки 9. Вытесняемая поршнями 10 рабочая жидкость из каналов 7 поступает в гидроцилиндры 13, которые синхронно выталкивают поршни 18 со штоками 14 и опорами 5. Корпус 1 устройства перемещается вдоль опор 5 по направлению от поверхности бетона и через тягу 3 создает вырывающее усилие на анкерном устройстве. При перемещении поршней 18 и соответственно корпуса 1 на некоторое расстояние происходит вырыв анкерного устройства и скалывание куска бетона в области, прилегающей к анкерному устройству.

Нагружение анкерного устройства производят либо до контрольного усилия по прочности бетона, либо до вырыва анкерного устройства с фрагментом бетона.

В процессе измерения датчик давления 16 воспринимает усилие, оказываемое на него поршнем 18 гидроцилиндра 13, связанного с опорой 5, и формирует сигнал, поступающий в электронный измерительный блок 15. Электронный блок 15 автоматически вычисляет значение прочности бетона, отображает его на дисплее и сохраняет в памяти устройства.

Каждый результат содержит условия выполнения измерений: вид материала, вид твердения, ожидаемый класс прочности, размер крупного заполнителя, размеры анкерного устройства; номер, дату и время получения результата.

В устройстве предусмотрено проведение серии измерений от 2 до 5 с вычислением средней прочности бетона и максимального отклонения от среднего значения в процентном соотношении.

Устройство, описанное в настоящей полезной модели, при наличии дополнительных приспособлений также может быть использовано для определения прочности сцепления кирпича и камней в кладке стен, измерения силы вырыва болтов и дюбелей, адгезии покрытий и т.п.

Устройство также используется для уточнения градуировочных характеристик ультразвуковых и ударно-импульсных приборов в соответствии с Методической инструкцией НИИЖБ МДС 62 - 2.01 и ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля».

1. Устройство для определения прочности бетона, содержащее корпус с отверстием, в котором установлена с возможностью продольного перемещения и поворота относительно корпуса вертикальная тяга, жестко соединенная одним концом с анкерным устройством, а другим с механизмом предварительного натяжения анкерного устройства, и размещенные в корпусе электронный блок, связанный с датчиком давления, поршневой насос, соединенный посредством образованных в корпусе каналов с, по крайней мере, двумя гидроцилиндрами, штоки которых соосно соединены с опорами, отличающееся тем, что установлен второй поршневой насос, насосы связаны через редуктор с общим приводом, а в поршневых насосах размещены элементы для контроля положения поршней в начальном и конечном положениях.

2. Устройство для определения прочности бетона по п. 1, отличающееся тем, что отверстие в корпусе выполнено осевым.

3. Устройство для определения прочности бетона по п. 1, отличающееся тем, что оси поршневых насосов параллельны продольной плоскости корпуса.

4. Устройство для определения прочности бетона по п. 1, отличающееся тем, что опоры выполнены равноудаленными от осевого отверстия и размещены в продольной плоскости корпуса.

5. Устройство для определения прочности бетона по пп. 1 и 4, отличающееся тем, что опоры выполнены регулирующимися по длине.

6. Устройство для определения прочности бетона по п. 1, отличающееся тем, что элементы для контроля положения поршней в начальном и конечном положениях выполнены в виде магниторезисторов, связанных с электронным блоком.

7. Устройство для определения прочности бетона по п. 1, отличающееся тем, что корпус имеет преимущественно форму горизонтально ориентированного параллелепипеда.

8. Устройство для определения прочности бетона по п. 1, отличающееся тем, что механизм предварительного натяжения анкерного устройства выполнен в виде штурвала, смонтированного на верхнем резьбовом конце тяги.

9. Устройство для определения прочности бетона по п. 1, отличающееся тем, что поршень поршневого насоса выполнен полым, соединенным посредством резьбового соединения с приводным винтом, взаимодействующим через редуктор с приводом.

10. Устройство для определения прочности бетона по пп. 1 и 9, отличающееся тем, что поршневой насос выполнен с ручным приводом.

11. Устройство для определения прочности бетона по пп. 1 и 9, отличающееся тем, что поршневой насос выполнен с электрическим приводом.

12. Устройство для определения прочности бетона по п. 1, отличающееся тем, что датчик давления взаимодействует с одним из гидроцилиндров.