RU2473878C2

RU2473878C2 - Method for experimental determination of long-term strength gradient of loaded and corroding concrete and device for its realisation

Info

Publication number: RU2473878C2
Application number: RU2011116850/28A
Authority: RU
Inventors: Наталия Витальевна Клюева; Алексей Анатольевич Дорофеев
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-01-27
Also published as: RU2011116850A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: power and corrosive action is created in vertical position of a tested sample. Sample deformations are measured along all four sides by instruments arranged outside a liquid aggressive medium. The experimental sample is aligned with aligning ball supports, hinged-rack guides of movable cross beam plates and stop fixators of face position, and the experimental sample is loaded with double control of the force. The device comprises a frame of a powered package, a spring, a ring dynamometer, a prism, a ball hinge, a journal for load transfer and a distribution cross beam. Bands of the distributing cross beam are arranged in a set with a spring of ring type and boards of the ball hinge and hinged-rack guides. Journals for load transfer are equipped with fixators of prism position. The spring is equipped with indicators of a clock type. The powered package to the depth of the upper surface of the test prism is submerged into a reservoir with a solution of an aggressive liquid. Indicators to measure prism deformations are installed above the aggressive liquid surface on external rods.

EFFECT: invention provides for high accuracy of measurement with double control of a loading force.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, в частности к определению изменения длительной прочности бетона во времени эксплуатируемых под нагрузкой в условиях внешней агрессивной среды бетонных и железобетонных конструкций.The invention relates to the field of construction, in particular to the determination of the change in the long-term strength of concrete in time operated under load in an aggressive environment of concrete and reinforced concrete structures.

Наиболее близким решением к заявленному изобретению является способ экспериментального определения деформаций усадки и ползучести нагруженного и поврежденного коррозией бетона [см. Хмиль Р., Вашкевич Р., Иваниця Ю., Блихарский Я. Методика определения деформаций усадки и ползучести поврежденного коррозией бетона. // Библиотека электронных ресурсов: библиотека Украины им. В.И.Вернадского (Нацiональноï бiблiотеки Украïни iменi В.I.Вернадського), Наукова перiодика Украïни (журнали та збiрники наукових праць) [Электронный ресурс] / - Режим доступа: http://www.nbuv.gov.ua/portal/]. Эти исследования посвящены определению деформативности бетона и установлению зависимостей влияния коррозии на их напряженное состояние с учетом ползучести и усадки-набухания в среде серной кислоты.The closest solution to the claimed invention is a method for the experimental determination of shrinkage deformation and creep of loaded and corroded concrete [see Khmil R., Vashkevich R., Ivanitsya Yu., Blikharsky Ya. Method for determining shrinkage and creep deformations of concrete damaged by corrosion. // Library of electronic resources: library of Ukraine named after V.I. Vernadsky (National Library of Ukraine named after V.I. Vernadskogo), Naukova periodical Ukraine (magazines and bureaus of science prats) [Electronic resource] / - Access mode: http://www.nbuv.gov.ua/portal/ ]. These studies are devoted to determining the deformability of concrete and establishing the dependences of the effect of corrosion on their stress state, taking into account creep and shrinkage-swelling in sulfuric acid.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет определять время от начала приложения заданного уровня силового нагружения и средового воздействия до исчерпания несущей способности образца, а также изменение длительной прочности бетона во времени при различных уровнях одновременного силового нагружения и средового воздействия, т.к. используемый в прототипе принцип суперпозиции при определении суммарных деформаций бетона во времени справедлив лишь при низких уровнях нагружения бетона.The disadvantage of this method is that it does not allow to determine the time from the beginning of the application of a given level of power loading and environmental exposure to the exhaustion of the bearing capacity of the sample, as well as the change in the long-term strength of concrete in time at various levels of simultaneous power loading and environmental exposure, because the superposition principle used in the prototype in determining the total concrete deformations over time is valid only at low levels of concrete loading.

Для получения экспериментальных данных в известном решении использовалась специально разработанная установка, позволяющая определять суммарные деформации бетонных призм в среде 10%-ной серной кислоты при одновременном силовом нагружении призмы. Предложенная в прототипе установка для определения деформаций усадки и ползучести нагруженного и поврежденного коррозией бетона позволяет определять суммарные деформации бетона при длительном действии нагрузки и одновременно протекающих во времени средовых повреждениях.To obtain experimental data in a known solution, a specially developed installation was used, which allows one to determine the total deformation of concrete prisms in a medium of 10% sulfuric acid with simultaneous force loading of the prism. The installation proposed in the prototype for determining shrinkage and creep deformations of loaded and corroded concrete allows determining the total concrete deformations under prolonged load and environmental damage occurring over time.

Недостатком известной установки является то, что процесс приложения нагрузки и коррозионного воздействия разделен по операциям: сначала после закрепления в проектном положении испытываемого образца при нахождении установки в вертикальном положении прикладывается заданное силовое воздействие, а потом установка, используемая в прототипе, переводится в горизонтальное положение для осуществления приложения коррозионного воздействия жидкой агрессивной среды. Для обеспечения центрального приложения нагрузки на бетонный образец в установке использовались сферические шарниры, которые не позволяют осуществлять строгое центрирование из-за отсутствия устройств для дополнительной фиксации призм в проектном положении. Учитывая достаточно большой вес установки, такое устройство даст значительную величину погрешности центрирования образца при переводе установки из вертикального в горизонтальное положение, а при расцентровке даже в несколько миллиметров погрешность в оценке прочности весьма значительна. Кроме того, в таком устройстве при погружении образца в кислотный раствор в агрессивной среде оказываются как минимум по трем граням основные измерительные приборы, что несомненно приводит к дополнительным погрешностям в измерениях. Уместно отметить и то, что принятая в прототипе пружина не позволяет создавать значительные по величине усилия, необходимые для таких испытаний при доведении опытных образцов до разрушения, и высокая деформативность такой пружины не обеспечивает высокую точность измерения.A disadvantage of the known installation is that the process of applying the load and the corrosive effect is divided into operations: first, after fixing the test sample in the design position when the installation is in the vertical position, the specified force is applied, and then the installation used in the prototype is transferred to the horizontal position for implementation application of corrosive effects of liquid aggressive environment. To ensure a central application of the load on the concrete sample, spherical joints were used in the installation, which do not allow strict centering due to the lack of devices for additional fixation of prisms in the design position. Given the rather large weight of the installation, such a device will give a significant value of the error in centering the sample when moving the installation from vertical to horizontal position, and when centered even a few millimeters, the error in the assessment of strength is very significant. In addition, in such a device, when a sample is immersed in an acidic solution in an aggressive environment, at least three facets are found on the main measuring instruments, which undoubtedly leads to additional measurement errors. It is also worth noting that the spring adopted in the prototype does not allow the creation of significant forces required for such tests to bring prototypes to failure, and the high deformability of such a spring does not provide high measurement accuracy.

Задачей настоящего изобретения является создание способа экспериментального определения градиента длительной прочности нагруженного и коррелирующего бетона и устройства для осуществления этого способа без недостатков, присущих известному техническому решению.The objective of the present invention is to provide a method for experimental determination of the gradient of long-term strength of loaded and correlating concrete and a device for implementing this method without the disadvantages inherent in the known technical solution.

Настоящее изобретение предлагает способ экспериментального определения градиента длительной прочности нагруженного и коррелирующего бетона посредством специального устройства, позволяющего осуществлять одновременное силовое нагружение и коррозионное воздействие на образец, не изменяя его положения в пространстве. Поставленная задача в предлагаемом изобретении решается испытанием опытного образца бетонной призмы с помощью устройства, которое позволяет прикладывать расчетное сжимающее усилие на образец, помещенный в жидкую среду заданной агрессивности, сохраняя образец в вертикальном положении. Предлагаемое изобретение устраняет недостатки известного прототипа благодаря тому, что силовое и коррозионное воздействие создают при вертикальном положении испытываемого образца, деформации образца измеряют по всем четырем сторонам приборами, размещенными вне жидкой агрессивной среды, центрирование опытного образца осуществляют центрирующими шаровыми опорами, шарнирно-реечными направляющими пластин подвижной траверсы и фиксаторами-упорами положения граней, а нагружение опытного образца осуществляется с двойным контролем усилия. В свою очередь, главным отличием устройства является то, что тяжи распределяющей траверсы выполнены в комплекте с пружиной кольцевого типа и плитами шарового шарнира и шарнирно-реечными направляющими, пяты для передачи нагрузки снабжены фиксаторами положения призмы, пружина снабжена индикатором часового типа, силовая установка на глубину до верхней поверхности опытной призмы помещена в емкость с раствором агрессивной жидкости, а индикаторы для измерения деформаций призмы установлены выше поверхности агрессивной жидкости на выносных штангах.The present invention provides a method for experimental determination of the gradient of long-term strength of loaded and correlating concrete by means of a special device that allows for simultaneous force loading and corrosive attack on the sample without changing its position in space. The problem in the present invention is solved by testing a prototype of a concrete prism using a device that allows you to apply the calculated compressive force to a sample placed in a liquid medium of a given aggressiveness, keeping the sample in a vertical position. The present invention eliminates the disadvantages of the known prototype due to the fact that the force and corrosion effect are created in the vertical position of the test specimen, deformations of the specimen are measured on all four sides by instruments placed outside the liquid aggressive medium, the prototype is centered by centering ball bearings, articulated guide rails of the movable plate traverses and clamps-stops of the position of the faces, and the loading of the prototype is carried out with double control of the force I am. In turn, the main difference of the device is that the distributing crosshead cords are made complete with an annular spring and ball joint plates and articulated guide rails, the heels for load transfer are equipped with prism position locks, the spring is equipped with a dial type indicator, the power unit is installed at a depth to the upper surface of the experimental prism is placed in a container with a solution of aggressive liquid, and indicators for measuring the deformation of the prism are installed above the surface of the aggressive liquid on remote barbells.

Способ заключается в экспериментальном определении изменения длительной прочности нагруженного расчетной нагрузкой бетонного элемента, находящегося на протяжении всего процесса нагружения в агрессивной среде с заданными характеристиками среды. Способ позволяет также экспериментально определять глубину коррозионного повреждения бетона, подвергающегося одновременному силовому и средовому воздействию, и время от начала приложения нагрузки и коррозионного воздействия среды до разрушения опытного образца в условиях силового и средового воздействия. Для этого в процессе проведения длительных испытаний измеряют время от начала нагружения до разрушения опытного образца, а после разрушения образца с применением известных способов измеряют глубину диффузии агрессивного раствора в глубь сечения.The method consists in the experimental determination of the change in the long-term strength of a concrete element loaded with a calculated load, which is located throughout the entire loading process in an aggressive environment with specified environmental characteristics. The method also allows you to experimentally determine the depth of corrosion damage to concrete subjected to simultaneous force and environmental effects, and the time from the beginning of the application of the load and the corrosive effect of the medium to the destruction of the prototype under conditions of power and environmental exposure. To do this, during long-term tests, the time from the beginning of loading to the destruction of the experimental sample is measured, and after the destruction of the sample using known methods, the diffusion depth of the aggressive solution is measured into the depth of the section.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятными из следующего подробного описания предлагаемой установки для реализации предлагаемого способа, на схеме которой изображено устройство для испытания бетонного образца в виде призмы с приложением к нему внешней нагрузки через специальную траверсу в условиях одновременного воздействия на образец жидкой агрессивной среды.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the proposed installation for implementing the proposed method, the diagram of which shows a device for testing a concrete sample in the form of a prism with an external load applied to it through a special crosshead under conditions of simultaneous exposure to a sample of a liquid aggressive environment.

Устройство для экспериментального определения изменения параметров длительной прочности нагруженного и корродирующего бетона (фиг.1, фиг.3 (разрез фиг.1)) состоит из бетонной призмы 1 с соотношением высоты к размеру сечения призмы равным четырем (h/a=4), которая устанавливается в емкость 2 в специальной жесткой металлической раме 3 нижней плоскостью на неподвижную основу 4, оснащенную центрирующим устройством 5 и шарнирно-реечными направляющими 6 в специальные ограничители-фиксаторы 7. Рама имеет подвижную траверсу 8, также оснащенную центрирующим устройством 5, обеспечивающим центральное приложение нагрузки за счет использования верхних пластин траверсы 8 с вертикальными ограничителями по торцам пластин и шарнирно-реечные направляющие 6, обеспечивающие вертикальное скольжение торцов пластин без перекосов (фиг.4 (узлы фиг.1)). Это принципиальное отличие центрирования от устройства-прототипа позволяет применить шаровую схему опирания призмы по ее торцам и исключить изменяемость системы и трение на длине хода подвижной траверсы 8. Верхняя плоскость призмы посредством центрирующего устройства упирается в нижнюю часть подвижной траверсы 8, также снабженной фиксаторами 7 и передающей усилие сжатия от расположенных выше механического ромбового домкрата через пружину кольцевого типа 9 со встроенным индикатором 10, вызванное нагрузкой от механического ромбового домкрата 11 через верхнюю пластину подвижной траверсы 8. Дополнительный индикатор 12 устанавливается в уровне ромбового домкрата. Нижняя часть конструкции рамы с закрепленным образцом 1 находится в емкости 2, заполненной агрессивным раствором 13 до заданного уровня (фиг.2). На испытываемом образце закрепляются микроиндикаторы на металлических стяжках 14, и измерительная часть прибора выводится вверх за уровень агрессивного раствора, что отличает устройство от прототипа и позволяет устранить один из описанных недостатков последнего. Фиксация нагрузки, передаваемой ромбовым домкратом на длительное время, осуществляется с помощью тяжей 16, жестко соединенных с верхней пластиной подвижной траверсы, гаек и контргаек 15, навинчиваемых на тяжи.A device for the experimental determination of changes in the long-term strength parameters of loaded and corroding concrete (Fig. 1, Fig. 3 (section of Fig. 1)) consists of a concrete prism 1 with a height to size ratio of the prism section equal to four (h / a = 4), which installed in a container 2 in a special rigid metal frame 3 with the lower plane on a fixed base 4, equipped with a centering device 5 and articulated guide rails 6 in special stoppers 7. The frame has a movable crosshead 8, also equipped with a center conductive device 5, providing central application of load through the use of upper plates with vertical crosspiece 8 stops at the ends of plates and pivotally-rack rails 6 ensuring vertical sliding ends of the plates without warps (4 (1 units)). This fundamental difference between the centering from the prototype device allows you to use the ball pattern of supporting the prism along its ends and to exclude system variability and friction on the stroke length of the movable beam 8. The upper plane of the prism abuts against the lower part of the movable beam 8, also equipped with locks 7 and transmitting the compressive force from the mechanical rhombus jack located above through the spring ring type 9 with an integrated indicator 10, caused by the load from the mechanical rhombus to jack 11 through the upper plate of the movable beam 8. An additional indicator 12 is installed at the level of the diamond jack. The lower part of the frame design with the fixed sample 1 is in the tank 2, filled with an aggressive solution 13 to a predetermined level (figure 2). On the test sample, microindicators are fixed on metal ties 14, and the measuring part of the device is brought up beyond the level of the aggressive solution, which distinguishes the device from the prototype and allows one of the described disadvantages of the latter to be eliminated. Fixing the load transmitted by the diamond jack for a long time is carried out using the cords 16, rigidly connected to the upper plate of the movable yoke, nuts and locknuts 15, screwed onto the cords.

Работа устройства, реализующего предлагаемый способ, происходит следующим образом. Бетонная призма 1 устанавливается в емкость 2 в специальной жесткой металлической раме 3 нижней плоскостью на неподвижную основу 4 в специальные ограничители-фиксаторы 7. Производится центрирование призмы для обеспечения центрального приложения осевой силы на образец в процессе нагружения с помощью центрирующих нижнего и верхнего устройств 5 и шарнирно-реечных направляющих 6. После установки призмы и ее центрирования в проектном положении с использованием механического ромбового домкрата 11 через верхнюю пластину подвижной траверсы 8 на пружину кольцевого типа 9 прикладывается заданное расчетное усилие, измеряемое с помощью индикатора 12, и контролируется индикатором 10, установленным в уровне пружины кольцевого типа. Усилие сжатия пружины передается на бетонный образец через нижнюю пластину подвижной траверсы 8 и далее через центрирующее устройство 5. Нагрузка, передаваемая ромбовым домкратом, фиксируется на длительное время с помощью тяжей 16, гаек и контргаек 15 подвижной траверсы. Одновременно с этим емкость 2 заполняется агрессивным раствором 13. Нагруженный фиксированной нагрузкой и средовым воздействием заданной величины образец выдерживают во времени до разрушения. Для измерения деформаций сжатия образца в условиях силового и средового нагружения призма с четырех сторон оснащается микроиндикаторами часового типа 14, выведенными за пределы жидкой среды.The operation of the device that implements the proposed method is as follows. Concrete prism 1 is installed in a container 2 in a special rigid metal frame 3 with the lower plane on a fixed base 4 in special stops-clamps 7. The prism is centered to ensure central application of axial force to the sample during loading using centering lower and upper devices 5 and pivotally rack and pinion guides 6. After installing the prism and centering it in the design position using a mechanical diamond jack 11 through the upper plate of the movable beam 8 on a ring type spring 9 a predetermined design force is applied, measured with indicator 12, and is controlled by an indicator 10 set at the level of the ring type spring. The compression force of the spring is transmitted to the concrete sample through the bottom plate of the movable crosshead 8 and then through the centering device 5. The load transmitted by the diamond jack is fixed for a long time using the strands 16, nuts and locknuts 15 of the movable crosshead. At the same time, the container 2 is filled with an aggressive solution 13. Loaded with a fixed load and environmental exposure of a given value, the sample is held in time until it breaks. To measure the compression deformations of the sample under conditions of power and medium loading, the prism is equipped on four sides with micro-indicators of the watch type 14, taken outside the liquid medium.

Проблема обеспечения центрального приложения усилия в процессе нагружения до момента разрушения призмы решается в предлагаемом устройстве применением шаровых шарниров и пластин подвижной и неподвижной опор с вертикальными ограничителями, скользящими вертикально вдоль шарнирно-реечных направляющих. Это позволяет в отличие от прототипа без изменения устойчивости положения всей установки к первоначальному заполнить образец агрессивной жидкостью, не нарушая центровки усилия. В предлагаемой установке усилие на образец в отличие от прототипа прикладывается через домкрат ромбового типа посредством пружины кольцевого типа со встроенным индикатором 10. Это позволяет создавать значительные по величине усилия, необходимые при таких испытаниях благодаря высокой жесткости кольцевой пружины с доведением образцов до разрушения и обеспечивает высокую точность измерения с двойным контролем усилия нагружения. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить мобильность всей установки в целом по сравнению с известным прототипом.The problem of providing a central application of force during the loading process until the prism breaks down is solved in the proposed device by using ball joints and plates of movable and fixed supports with vertical stops sliding vertically along the articulated guide rails. This allows, unlike the prototype, without changing the stability of the position of the entire installation to the original to fill the sample with aggressive fluid, without violating the alignment of the force. In the proposed installation, the force on the sample, in contrast to the prototype, is applied through a diamond-type jack by means of a ring-type spring with an integrated indicator 10. This allows you to create significant forces required during such tests due to the high stiffness of the ring spring, bringing the samples to failure and ensures high accuracy measurements with double control of loading effort. In addition, the proposed device allows to increase the mobility of the entire installation as a whole compared with the known prototype.

Заявленное изобретение позволит экспериментально определять изменения градиента длительной прочности во времени от начала приложения нагрузки и коррозионного воздействия среды до разрушения опытного образца нагруженного и корродирующего бетона с использованием более усовершенствованной по сравнению с прототипом модели испытательного стенда.The claimed invention will allow to experimentally determine changes in the gradient of long-term strength over time from the beginning of the application of the load and the corrosive effects of the medium to the destruction of the prototype of loaded and corroding concrete using a more advanced test bench model compared to the prototype.

Claims

1. The method of experimental determination of the gradient of changes in the long-term strength of loaded and corroding concrete, characterized in that the force and corrosion effects are created when the test sample is vertical, the deformations of the sample are measured on all four sides by instruments placed outside the liquid aggressive medium, the prototype is centered by centering ball supports, articulated guide rails of the movable traverse plates and clamps-stops of the position of the faces, and loading experience th sample is carried out with dual control efforts.

2. A device for experimental determination of the long-term strength gradient of loaded and corroding concrete, consisting of a power plant frame, a spring, an annular dynamometer, a prism, a ball joint, a heel for load transfer and a distribution crosshead, characterized in that the distribution traverse strands are made complete with a spring ring type and ball joint plates and articulated guide rails, the heels for load transfer are equipped with prism position locks, the spring is equipped with a dial indicator und powerplant to the depth of the upper surface of the experimental prism placed in a container with a solution of an aggressive fluid, and indicators for measuring the deformations of the prism installed above the liquid surface to the aggressive extension rods.