Применение отечественного прибора ИПМ
Олег Мацулевич, научный сотрудник Института прикладной физики НАН Беларуси:
Широкое распространение в неразрушающем контроле строительных материалов получили склерометрические методы, основанные на определении прочности материала по его реакции на ударное внедрение жесткого бойка-индентора. Их наиболее совершенной разновидностью является метод динамического индентирования с непрерывной регистрацией процесса удара.
Метод развивается в лаборатории контактно-динамических методов контроля Института прикладной физики НАН Беларуси. Его главной особенностью является регистрация всего процесса взамодействия индентора с материалом, позволяющая достигнуть высокой информативности измерений. Метод дает возможность определить параметры удара, характерные как для метода ударного импульса (максимальное контактное усилие и длительность удара), так и для метода упругого отскока (скорость отскока индентора), а также с высокой достоверностью рассчитать твердость материала.
Применительно к испытаниям строительных материалов метод динамического индентирования с непрерывной регистрацией процесса удара реализован в измерителе прочности материалов ИПМ‑1 Б. Прибор ИПМ‑1 Б предназначен для определения прочности на сжатие бетона и других композитных материалов (раствора, кирпича и др.) с использованием градуировочных зависимостей по методикам СТБ 2264–2012 в промышленно-гражданском и автодорожном строительстве. По сравнению с другими приборами, реализующими метод ударного импульса, измеритель ИПМ‑1 Б имеет значительно более высокую энергию удара (1,4 Дж) и диаметр сферического наконечника индентора (32 мм). Это позволяет уменьшить неопределенность измерения, вызванную структурной неоднородностью бетона, а также влиянием поверхностного слоя.
Конструктивно измеритель прочности ИПМ‑1 Б представляет собой портативный прибор, включающий ударный преобразователь, электронный узел расчета и отображения результатов измерения, автономное питание. Прибор позволяет сохранить восемь индивидуальных градуировочных зависимостей и 64 архива, соответствующих контролируемым участкам объекта. Каждый архив содержит результаты десяти измерений, по которым рассчитываются среднее значение и коэффициент вариации. Передача результатов на персональный компьютер осуществляется с помощью специального программного обеспечения, входящего в комплект поставки. Прибор ИПМ‑1 Б внесен в реестр средств измерений Республики Беларусь. Выпускается по ТУ BY 100289280.021–2010.
Недостатком всех неразрушающих методов контроля прочности бетона является трудоемкость подготовки к испытаниям, связанная с необходимостью построения градуировочной зависимости для конкретного вида бетона. Получение универсальной градуировочной зависимости, или методики контроля, с помощью широко известных методов и приборов затруднительно. Используемые косвенные характеристики прочности подвержены влиянию многих факторов, не всегда имеющих однозначную связь с измеряемыми свойствами материала. Как следствие, одно и то же значение регистрируемого параметра может соответствовать различной прочности объекта, что приводит к снижению достоверности контроля.
Прибор ИПМ‑1 Б позволяет провести исследования по выбору косвенных характеристик прочности (параметров индентирования), наиболее чувствительных к ее изменению, и на основании их анализа рассмотреть возможность разработки методики контроля, которая позволила бы отказаться от необходимости получения индивидуальных зависимостей. Чтобы получить градуировочные зависимости между прочностью на сжатие и параметрами индентирования, нами были проведены испытания бетонных образцов в широком диапазоне классов прочности. Было испытано 50 серий, общее количество образцов – 129, диапазон полученных значений прочности на сжатие – от 10 до 90 МПа.
Анализ полученных градуировочных зависимостей показал, что для всех рассмотренных косвенных характеристик с увеличением прочности наблюдается существенный рост разброса результатов отдельных серий. При этом наиболее вероятным источником рассеивания является неоднозначная связь упругих и прочностных свойств бетона. Неоднозначность проявляется в том, что при одной и той же прочности модуль упругости, оказывающий существенное влияние на параметры индентирования, может отличаться для бетонов разных составов и технологий.
Для повышения достоверности контроля нами предложено, наряду с традиционно используемыми косвенными характеристиками, отражающими как прочностные, так и упругие свойства бетона, учитывать параметры, зависящие в большей степени от его упругих свойств. Разработана многопараметровая методика контроля, позволяющая определять прочность бетонов в широком диапазоне с погрешностью не более 13%.