Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Контроль качества закрепления штанговой крепи.

Контроль прочности крепи из бетона (набрызг-бетона) неразрушающим методом

Неразрушающие методы контроля позволяют оценивать прочность материала крепи в натурных условиях с достаточно высокой степенью достоверности. Показатели прочности бетона отражают изменившийся зерновой и минералогический состав наполнителя, содержание цемента в смеси и другие технологические особенности процессов набрызг-бетонирования и укладки монолитного бетона. Из множества известных неразрушающих методов наиболее распространение получил, в частности, в строительстве при оценке качества бетонных и железобетонных конструкций метод определения прочности бетона эталонным молотком Кашкарова. Этот метод основан на зависимости между прочностью бетона на сжатие и размерами (отпечатков на бетонной поверхности и эталонном стержне (метод двойного отпечатка). Метод используется для определения прочности бетона на месте производства работ в диапазоне от 3 до 50 МПа и не требует изготовления и испытания контрольных образцов (кубиков).

Дальнейшим развитием неразрушающего способа контроля прочности бетона является использование современных микропроцессорных приборов. С точки зрения автоматизации процесса измерений наиболее перспективен метод ударного импульса, сущность которого заключается в преобразовании ударного импульса в электрический сигнал. Форма электрического сигнала (акустического импульса), является комплексной характеристикой, которая зависит от упругих и пластических свойств материала.

Из приборов, работающих по принципу ударного импульса и реализующих этот метод, наиболее известны отечественные сертифицированные приборы ИПС-МГ4, ИПС-МГ4+ и ОНИКС-2.3. Они обеспечивают определение прочности бетонов от 3 до 100 МПа с погрешностью не более 10%. Прибор ИПС-МГ4+ хранит в программном устройстве около 100 градуировочных зависимостей, учитывающих марку и возраст бетона, вид заполнителя и условия его твердения. Прибор оснащен запоминающим устройством, таймером реального времени и программой передачи и просмотра данных на компьютере.

Измерение прочности бетона заключается в нанесении на контролируемом участке серии до 15 ударов. Электронный блок по параметрам ударного импульса, поступающим от склерометра, оценивает твердость и упруго-пластические свойства материала, преобразует параметры импульса в показатели прочности, отображая ее на дисплее прибора в МПа. Конструктивные особенности датчика-склерометра учитывают суровые условия эксплуатации и устойчивы к ударным нагрузкам и абразивному воздействию.

 

3.1. Конструкция и принцип действия эталонного молотка.

Эталонный молоток (рис.1) состоит из корпуса 1 с металлической рукояткой 2, стакана 5 с отверстием для шарика 7 и сменного эталонного стержня 6, головки 3 с пружиной 4 для прижатия шарика к эталонному стержню и к упору головки.

Принцип работы молотка заключается в следующем. Между упором головки молотка и шариком вставляется эталонный стержень. Молотком ударяют по поверхности бетона. Шарик при этом образует лунки на эталонном стержне и поверхности бетона. После каждого удара эталонный стержень передвигают на расстояние не менее 10 мм. Отпечатки располагаются по образующей стержня. На одном эталонном стержне можно получить по четырем образующим линиям до 40 отпечатков.

3.2. Подготовка и проведение испытаний бетона (набрызг-бетона).

Испытания проводят на участке крепи толщиной не менее 70 мм, чтобы элемент крепи был достаточно жестким по направлению удара. В противном случае он будет перемещаться под действием удара, снизится энергия удара и полученные данные будут недостоверны. Поверхность крепи для испытаний (замерная станция) должна быть ровной и сухой. Чистота и влажность влияют на результаты испытаний.

Рис. 1. Схема эталонного молотка Кашкарова с эталонным стержнем (вверху) и линейка с угловым масштабом (внизу): 1 – корпус; 2 – рукоятка; 3 – головка; 4 – пружина; 5 – стакан; 6 - эталонный стержень; 7 – шарик.

Для испытаний монолитного бетона выбирают ровные участки бетонной поверхности на стенках закрепленной выработки. На контролируемом участке набрызг-бетонной крепи поверхность площадью не менее 20х20 см выравнивается металлической пластиной сразу после нанесения последнего слоя. Для удобства испытаний крепи замерные станции закладываются на весь период эксплуатации.

Удар по бетону (набрызг-бетону) наносят перпендикулярно к испытываемой поверхности. При этом удар можно наносить самим эталонным молотком или обычным молотком по головке эталонного молотка.

Удары следует наносить усилием, обеспечивающим получение отпечатка на поверхности крепи размером 0,3 - 0,7 диаметра шарика (d = 15,88 мм) и размера отпечатка на эталонном стержне не менее 2,5 мм. Расстояние между отпечатками должно быть не менее 30 мм на бетоне и 10 мм на эталонном стержне. Отпечатки на бетоне и эталонном стержне измеряют с помощью углового масштаба (рис.1) с ценой деления 0,1 мм.

Для удобства измерений получаемых на бетоне отпечатков, удары по бетону можно наносить через тонкий лист белой и копировальной бумаги. На бетон сначала накладывается копировальная бумага, а на нее – белая бумага. При ударе на бумаге остается черный отпечаток, размер которого измеряется с помощью углового масштаба.

Прочность материала крепи контролируется в возрасте 28 суток, а при использовании ускоряющих добавок через 7 суток. Количество серий испытаний определяется из расчета: одна серия на 100 м3 уложенного бетона и на 1000 м2 набрызгбетона, но не менее одной серии на закрепляемый объект. В серии испытаний (на одной замерной станции) должно быть не менее 5 замеров.

Косвенная характеристика прочности крепи определяется по формуле:

где: - среднее значение величины отпечатков на бетоне для серии испытаний;

- среднее значение величины отпечатков на стержне для серии испытаний.

Прочность бетона на сжатие на контролируемом участке крепи определяют по величине косвенной характеристики , пользуясь градуировочной зависимостью , представленной на рис. 2.

 

Рис.2.Градуировочная зависимость для определения прочности бетона (набрызг-бетона).


3.3. Методика измерений и характеристика склерометра Шмидта (метод упругого отскока).

В последнее время для контроля прочности бетона широкое применение нашли методы, основанные на принципе упругого отскока. Мерой твердости является высота отскока бойка, падающего с постоянной высоты. Величину энергии падения подбирают таким образом, чтобы в точке удара напряжение было больше предела упругости. С возрастанием ударной твердости материала, определяемой его упругими свойствами, увеличивается высота отскока бойка. Метод упругого отскока используют приборы типа КМ, ОМШ, ЦНИИСКа, тестовые молотки (склерометры) Шмидта и др.

Испытание бетона при помощи склерометра Шмидта является одним из наиболее часто используемых методов неразрушающего контроля качества бетонных конструкций, как за рубежом, так и в России. Предел прочности бетона на сжатие определяется с использованием тарировочной зависимости «прочность – величина отскока».

Неразрушающий контроль прочности бетона склерометром Шмидта и его аналогами включены в нормативные документы многих стран: ГОСТ 22690-88, ASTMC 805, BS 1881, DIN 1048, UNE 83.307, DIS 8045, NFP 18417. Имеются несколько модификаций молотков Шмидта, которые отличаются в основном по величине энергии удара для различных обследований (модель N, ND, L, LR, LB, M, P, PT, PM). Появление новых типов оптических датчиков, микропроцессорной технологии и других новшеств в области электроники, в сочетании с современной техникой управления и оценки результатов, позволили создать новое поколение электронных молотков (DIGI- SCHMIDT).

Электронный склерометр DIGI-SCHMIDT 2000 для оперативного определения прочности бетона разработан в соответствии с современной технологией и действующими правилами безопасности. Прибор предназначен для неразрушающего контроля качества бетона исостоит из двух частей – электронного дисплея и собственно молотка, которые соединяются кабелем, и используются как единое устройство.

Тарировочная кривая, заложенная в приборе, построена на измерениях прочности большого количества образцовых кубов. Значения прочности на образцовых кубах были определены молотком и на прессе. Испытываемые образцы изготовлялись из высушенного и просеянного песка, гравия хорошего качества (максимальный диаметр зерен 32 мм) и цемента.

На площадке ПДХ измерения проводились с использованием склерометра Шмидта (DIGI-SCHMIDT 2000) на поверхности несущих конструкций стапельных плит и плит передвижения, а также за пределами стапельной плиты. Общий вид склерометра Шмидта со всеми комплектующими элементами приведен на рис. 3. Результаты измерений обрабатываются с использованием персонального компьютера при помощи программного обеспечения Vista Transfer и Vista Pro.

Техническая характеристика прибора:

· диапазон измерений от 5 до 70 МПа;

· энергия удара 2,207 Нм;

· температурный предел –10 + 60 ºС;

· дисплей с памятью на 5000 измерений;

· дисплей 128х128 мм графический;

· интерфейс RC 232 C.

· 6 батареек по 1,5 В, на 60 часов работы

 

 

Рис.3. Общий вид электронного склерометра Шмидта


 

роль качества возведения штанг, т.е. определение их прочности закрепления осуществляется методом вытягивания арматурных стержней, входящих в комплект штанговой крепи, из шпура штанговыдергивателем механического типа с предельной нагрузкой 11 т и массой в снаряженном состоянии около 10 кг. Основные элементы штанговыдергивателя представлены на рис. 4. Несложная по исполнению конструкция прибора обладает незначительными габаритами, обеспечивает надежную работу в подземных условиях и снятие показаний с погрешностью ± 50 кг. Штанговыдергиватель работает по принципу винтового домкрата. Вращая винт штанговыдергивателя, создают усилие, необходимое для вытягивания штанги из шпура.

 
 

Каждый прибор перед его эксплуатацией тарируют с целью определения зависимости деформации тарельчатых пружин от прикладываемой нагрузки. Характерная тарировочная зависимость показана на рис. 5.

 

Рис. 5. Тарировочная характеристика штанговыдергивателя

В процессе вытягивания штанг по индикатору часового типа фиксируют деформацию тарельчатых пружин и по тарировочной зависимости определяют прочность закрепления штанг. Под прочностью закрепления штанг понимают усилие, равное по величине и противоположное по направлению сопротивлению, которое оказывает штанга при вытягивании ее из шпура.

В конструктивном исполнении арматурный стержень испытываемых штанг должен иметь на наружном конце резьбу или высаженную головку. При резьбовом соединении захват стержня осуществляется непосредственно упорным винтом штанговыдергивателя, а при высаженной головке для захвата арматурного стержня необходимо специальное приспособление. причем, в этом случае штанги, подлежащие испытаниям, должны выступать из шпура на 40-50 мм.

Порядок работ по определению прочности закрепления штанг заключается в следующем. После зацепления штанги устраняют свободный ход винта штанговыдергивателя, плотно прижимают опорную пяту к кровле или стенкам выработки. Устанавливают стрелку индикатора часового типа на «0». Вращая рукоятку штанговыдергивателя, создают усилие, необходимое для выдергивания штанги, замеряют возникающую при этом деформацию тарельчатых пружин и по тарировочной зависимости определяют прочность закрепления штанг. Испытаниям подвергаются не менее 2-3% из числа устанавливаемых в кровле и стенке выработки железобетонных (сталеполимерных) штанг.

Для оперативного контроля качество закрепления железобетонных штанг оценивают через 3 суток с момента возведения крепи, в течение которого происходит набор прочности цементно-песчаной смеси, в результате чего штанга начинает воспринимать нагрузки в пределах 1-2 т. Испытания сталеполимерных штанг производят через 5-6 часов после их возведения. При использовании быстротвердеющих марок цемента, а также ускорителей твердения для цементов обычных марок (жидкое стекло, хлористый кальций, поташ и др.) прочность закрепления железобетонных штанг определяется через 24 часа после возведения.

Если в ходе испытаний выявлено, что прочность закрепления одной из установленных железобетонных штанг через 3 суток ниже 1 т, то испытывается следующая серия штанг в количестве 2-3% от числа установленных. Если при повторных испытаниях прочность закрепления хотя бы одной из штанг окажется ниже 1 т, то вся партия установленных штанг бракуется, а участок выработки перекрепляется. Подвергаемые испытаниям штанги полностью извлекаются из шпура, а при невозможности их извлечения–обрезаются.

Во всех случаях результаты измерений записываются в журнал испытаний штанговой крепи, в котором отражаются место и время проведения испытаний, количество испытываемых штанг, прочность закрепления, фамилии лиц, проводивших испытания. При значении прочности закрепления штанг ниже 1 т устанавливаются причины низкого качества крепежных работ. Техническое обслуживание заключается в систематическом наблюдении за правильностью эксплуатации штанговыдергивателя, ежедневном уходе, регулярном осмотре и устранении возникающих неисправностей

Испытания штанговой крепи производятся в присутствии лиц технического надзора. Место работ должно быть хорошо освещено. При значительной высоте выработки испытания штанг осуществляются с полков или других специальных приспособлений. При нагрузке на штангу более 3 т усилие на штанговыдергиватель передается с помощью рычага, в качестве которого можно использовать металлическую трубу диаметром 25-30 мм и длиной 1.0–1.2 м.

Известны и применяются и лругие конструкции штанговыдергивателей механического и гидравлического типов. Например, гидравлический штанговыдергиватель ВШГ-20 (рис. 6) конструкции ВНИМИ предназначен для испытания анкерной крепи на прочность закрепления арматурных стержней в шпурах, а также для задания постоянного усилия распора замковых анкеров при установке крепи в горных выработках. Штанговыдергиватель представляет собой гидравлический домкрат специальной конструкции, навинчиваемый при работе на штангу. Усилие натяжения в гидрадомкрате создается давлением масла, подаваемого с помощью ручного насоса БН-10.


Техническая характеристика:

Максимальное рабочее усилие, kH 200;

Габаритные размеры, мм 145 х 160 х 390;

Масса, кг 15;

Площадь поршня, см2 36,4;

Рабочий ход поршня не более, мм 90;

Средняя наработка на отказ не менее, час 600.

 

Ручной гидравлический насос БН 10, входящий в комплект штанговыдергивателя, предназначен для создания давления в замкнутых системах разного рода. Максимально развиваемое рабочее давление в системе составляет 100 Мпа., масса насоса 22 кг.

Разработанный британской угольной компанией RMT (Rock Mechanics Technology Ltd) ручной штанговыдергиватель развивает при помощи гидравлического домкрата усилие около 30 тонн. При этом обеспечивается высокая точность измерений растяжения анкеров, т.к. показания снимаются при помощи микрометра.

В качестве основных тенденций в области дальнейшего развития разрушающих методов контроля качества установки анкерной крепи, можно выделить:

· совершенствование конструкций штанговыдергивателей с целью повышения надежности работы прибора;

· снижения веса измерительного прибора;

· разработка надежной конструкции захвата анкера.

В последние годы для испытаний штанговой крепи разрабатываются и внедряются неразрушающие способы контроля штанговой крепи. Так,измерительное устройство Х. Турнера (Германия) в его современном исполнении позволяет контролировать без разрушения анкеры, закрепленные цементным раствором. Устройство состоит из чувствительного элемента, напрессованного на конец анкерной штанги и собственно измерительного прибора. Принцип измерения основан на том, что упругие волны, создаваемые в анкерной штанге, через заделочную массу отдают часть своей энергии в породный массив, вследствие чего их амплитуда уменьшается. Однако большая часть энергии отражается от конца анкера и замеряется расположенным здесь чувствительным элементом. Амплитуда отраженных волн служит мерой качества цемента и степени заполнения кольцевого пространства вокруг арматурного стержня. Кроме того, по разности времени между посылкой сигнала и приемом отраженного сигнала можно определить длину анкера. При систематических измерениях прибор регистрирует три класса качества анкерования; возможно также подключение осциллографа или печатающего устройства. Сравнительные исследования путем выбуривания подтвердили высокую надежность метода. Он пригоден как для контроля ранее установленной анкерной крепи, так и для непосредственного контроля за работами по креплению.

Для проверки состояния анкеров в научно- исследовательском центре «Дойче Монтан Технологи ГмбХ» (ФРГ) применяется ультразвуковой измерительный прибор. Использование ультразвуковой техники контроля за эффективностью крепления впервые позволил применить метод измерений, с помощью которого можно установить выход анкерной крепи из строя вследствие разрушения. Выводы по результатам измерений базируются на метрологической оценке соответствующего типа анкера, как при стендовых, так и при подземном опробовании.

В патенте 5885031 (США) рассматривается метод проверки надежности анкера, разработанный в Квинслендском университете, также с применением ультразвука. Метод позволяет оперативно прогнозировать момент выхода из строя штанг и необходимость замены крепи, т.к. для испытаний требуется не более 1-2 минут.

Компания Rock Mechanics Technology (Канада) наряду с использования ультразвуковых технологий измерения целостности анкерных болтов продолжает исследования анкеров с использованием радиочастотного метода, а также учитывая нарастающие объёмы использования гибких анкеров начала производство гибких тросовых анкеров, оснащенных тензодатчиками. Предполагается установка таких анкеров в различных геолого-технических условиях для накопления информации о механизме нагружения анкеров.

Компания АМЕК (Великобритания) разработала неразрушающую систему испытаний СРА IT. После установки анкера к головке анкера присоединяют акселерометр, для получения данных при пульсирующей нагрузки. С помощью специальной компьютерной программы производится сравнение и оценка полученных данных с тарировочными характеристиками.

Для проверки качества анкеров на угольных шахтах Франции, устанавливаемых в шпурах, заполняемых синтетической смолой, применяются неразрушающие методы контроля. При исследованиях используются волны низкой и высокой частоты. Испытания сталеполимерных штанг проведены в лабораторных и шахтных условиях.

В Германии испытан способ контроля за работой анкеров с помощью волоконно- оптических датчиков. При этом отмечается, что анкера в процессе эксплуатации испытывают большие нагрузки (до 1000 кН). В ходе натурных наблюдений анализировались результаты, связанные с расположением датчиков, и непосредственно процесс измерения нагрузок на крепь.

В США запатентовано устройство датчика нагрузки на анкерный болт крепи горных выработок с определением нагрузки на гайку болта, удерживающую опорную плиту. Устройство включает ряд пружинных шайб, установленных на болт между гайкой и плитой, датчик с индукционной катушкой, охватывающей шайбы, и фиксирующий нагрузку контрольно - измерительный прибор, связанный с катушкой. Положение пружинных шайб определяет некоторое воздушное пространство, объем которого изменяется в зависимости от нагрузки на болт. Индукционная катушка обеспечивает электрическую индикацию изменений объема воздушного пространства, а контрольно-измерительный прибор предоставляет информацию об изменениях нагрузки на анкер.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:1359

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.