Определение прочности бетона при обследовании зданий и сооружений. Определение прочности бетона


Прочность бетона по ГОСТ - методы определения

Способность бетона противостоять механическому и температурному воздействию называется прочностью. Эта важнейшая характеристика, влияющая на эксплуатационные параметры конструкции.

Методы исследования прочности бетона

Все правила, касающиеся проведения испытаний бетона на растяжение, сжатие и изгиб прописаны в ГОСТ18105-86. Важной характеристикой надежности материала выступает коэффициент вариации, характеризующий однородность смеси (Vm).

Коэффициент вариации прочности бетона

где Sm - квадратичное отклонение прочности, Rm – прочность бетона в партии.

Согласно ГОСТ10180-67 определяется кубиковая прочность материала при сжатии. Она вычисляется при сжатии контрольных образцов-кубов, имеющих ребра жесткости в возрасте 28 дней. Для класса В25 и выше призменный показатель должен равняться 0,75, для составов классом ниже В25 – 0,8.

Требования по расчетной прочности кроме ГОСТов прописаны еще и в СНиПах. Например, распалубный показатель незагруженных горизонтальных конструкций, имеющих пролет менее 6 метров, должен быть не менее 70% от проектной прочности, если длина пролета превышает 6 метров – 80%.

Испытание образцов дает возможность определить качество смеси, но не характеристики бетона в составе конструкции. Проводятся такие исследования согласно ГОСТ18105-2010 и используют следующие методы:

  • разрушающие,
  • косвенные разрушающие,
  • прямые разрушающие.

Значительной популярностью пользуются прямые методы неразрушающего контроля. К основным методам данного типа относят ультразвуковые или механические.

Методы контроля прочности бетона по ГОСТ22690-88

  • отрыв;
  • отрыв со скалыванием;
  • скалывание ребра.

Инструменты, необходимые для проведения исследований

  • электронный блок;
  • прибор для отрыва с устройством для приклеивания к бетону;
  • датчики;
  • дюбели и анкеры;
  • эталонный металлический стержень.

График набора прочности бетона

График отражает набор прочности материала во времени, при этом линия A – это вакуумная обработка, B - естественное твердение, C – изменение показателя после прохождения вакуумной обработки.

Проверка прочности бетона методом отрыва

В основе данного типа исследования лежит измерение максимального усилия для отрыва части бетонной конструкции. Причем отрывающая нагрузка должна применяться к ровной поверхности путем приклеивания диска прибора. Для приклеивания используют клеевые составы на эпоксидной основе. В ГОСТ22690-88 указываются клеи ЭД16 и ЭД20 с цементным наполнителем. Также можно применять двухкомпонентные составы. Площадь отрыва определяется после проведения каждого испытания. После отрыва и вычисления усилия измеряют прочность бетона (Rbt) на растяжение. Используя эмпирическую зависимость и данный показатель, можно вычислить показатель R - прочность на сжатие. Для этого следует воспользоваться формулой:

Rbt = 0,5∛(R^2 )

Отрыв со скалыванием

После отвердения бетона в заранее высверленное отверстие ставят анкерное устройство, после чего вырывают его с частью бетона. Этот метод во многом схож с описанным ранее. Основное отличие - способ крепления инструмента к поверхности. Отрывающее усилие создается за счет лепестковых анкеров. Анкер укладывается в шпур и измеряется P  - разрушающее усилие. В ГОСТ 22690 указан переход прочности бетонного состава на сжатие по формуле:

R = m1 * m2 *P,

где m2 – коэффициент перехода прочности на сжатие, зависящий от условий затвердевания и вида бетона, m1 – коэффициент, отражающие максимальные параметры большого заполнителя (сыпучие каменные материалы).

Ограничениями для использования данного способа исследования является густое армирование и незначительная толщина конструкции. Толщина поверхности должна превышать удвоенную длину анкера.

 

Метод скалывания ребра

Прочность бетона при данном методе определяется по усилию (P), требуемому для скалывания части конструкции, размещенной на ребре внешней стороны. Прибор крепится на поверхности с помощью анкерного болта с дюбелем. Для определения показателя используется следующая формула:

R = 0,058 * m * (30P + P2),

где под m понимают  коэффициент, отражающий крупность заполнителя.

Ультразвуковой метод

Действие ультразвуковых приборов контроля основано на взаимосвязи между скоростью, с которой распространяются волны по конструкции и ее прочностью. На основе данного метода определено, что скорость, также как и время распространения волн отвечают прочности бетона.

Ультразвуковое исследование прочности бетона

Для сборных линейных конструкций применяется метод сквозного просвечивания. При этом ультразвуковые преобразователи располагаются с противоположных сторон конструкции. Плоские, многопустотные и ребристые плиты перекрытия, а также стеновые панели исследуют поверхностным просвечиванием, при котором волновой преобразователь (дефектоскоп) ставят с одной стороны конструкции.

Для обеспечения максимального акустического контакта с рабочей поверхностью выбирают вязкие контактные материалы (например, солидол). Возможен сухой вариант с применением протекторов и конусных насадок. Инсталляция ультразвуковых приборов производится на удалении не менее 3 см от края.

Метод исследования с помощью молотка Кашкарова

Метод исследования с помощью молотка Кашкарова

Испытания проводятся согласно ГОСТ22690.2-77. Определение прочности бетона производится в пределах 5-50 Мпа. По ровной испытываемой поверхности наносится удар, в результате чего образуются два отпечатка: на эталонном металлическом стержне и на поверхности основания. С каждым ударом стержень перемещают на 10 мм в отверстие корпуса молотка. Удары по основанию наносятся через белую копировальную бумагу. Для измерения отпечатков на бумаге используют угловой масштаб.

Для исследований на основе упругого отскока используют молоток Шмидта, пистолеты Борового, ЦНИИСКа, склерометр КМ со стержневым ударником. Взвод и пуск бойка происходят автоматически в момент прикосновения ударника к испытываемому основанию. Величина отскока бойка фиксируются специальным указателем на шкале аппарата. 

aquagroup.ru

Основные методы определения прочности тяжелого бетона на сжатие в сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкциях и изделиях

Рассмотрим некоторые основные методы и приборы определения прочности бетона в конструкциях, которыми пользуются на практике. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля осуществляется согласно ГОСТ 22690-88 «БЕТОНЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ», определения прочности ультразвуковым методом неразрушающего контроля осуществляется по ГОСТ 17624-87 «БЕТОНЫ. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ», определение прочности по бетонным образцам, выбуренным или выпиленным из конструкций, осуществляется по ГОСТ 28570-90 «БЕТОНЫ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ПО ОБРАЗЦАМ, ОТОБРАННЫМ ИЗ КОНСТРУКЦИЙ».

Неразрушающие методы определения прочности на сжатие бетонных конструкций основаны на косвенных характеристиках показаний приборов, основанных на методах упругого отскока, ударного импульса, пластической деформации,отрыва, скалывания ребра и отрыва со скалыванием, скорости прохождения ультразвука. Определение прочности на сжатия по образцам, отобранным из конструкций, подразумевает испытание их на прессе.

Для определения класса и марки бетона в зависимости от прочности сжатия или растяжения, можно использовать табл.6, приложения 1, ГОСТ 26633-91 «БЕТОНЫ ТЯЖЕЛЫЕ И МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ»

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ КЛАССАМИ БЕТОНА ПО ПРОЧНОСТИ НА СЖАТИЕ И РАСТЯЖЕНИЕ И МАРКАМИ

Таблица 6

Класс бетона по прочности

Средняя прочность бетона ()*, кгс/см2

Ближайшая марка бетона по прочности М

Отклонение ближайшей марки бетона от средней прочности класса, %,

Сжатие

В3,5

45,8

M50

+9,2

В5

65,5

M75

+14,5

В7,5

98,2

M100

+1,8

В10

131,0

M150

+14,5

B12,5

163,7

M150

-8,4

B15

196,5

M200

+1,8

В20

261,9

M250

-4,5

В22,5

294,7

M300

+1,8

В25

327,4

M350

+6,9

В27,5

360,2

M350

-2,8

В30

392,9

M400

+1,8

В35

458,4

M450

-1,8

В40

523,9

М550

+5,0

В45

589,4

M600

+1,8

B50

654,8

M700

+6,9

В55

720,3

M700

-2,8

В60

785,8

M800

+1,8

В65

851,3

M900

+5,7

В70

916,8

M900

-1,8

В75

982,3

М1000

+1,8

В80

1047,7

M1000

-4,6

____________

• Средняя прочность бетона R рассчитана при коэффициенте вариации V, равном 13,5 %, и обеспеченности- 95 % для всех видов бетона, а для массивных гидротехнических конструкций- при коэффициенте вариации V, равном 17 %, и обеспеченности- 90%.

Методы и приборы неразрушающего контроля

Для определения прочности бетона на сжатие данные показаний необходимо преобразовывать с помощью предварительно установленных градуировочных зависимостей между прочностью бетона и косвенной характеристикой прочности (в виде графика, таблицы или формулы), по методикам, указанным в ГОСТ 22690-88 и по прилагаемым графикам градуировочных зависимостей к приборамб, установленным на заводе-изготовителей прибора.

Испытание прочности приборами неразрушающего контроля выполняют, непосредственно, в местах расположения конструкций, однако, также можно выполнять испытание бетона проб из конструкций. Испытание бетона в пробах рекомендуется для определения его прочности в труднодоступных зонах конструкций и в конструкциях, находящихся при отрицательной температуре. Пробу вмоноличивают в раствор, прочность которого на день испытания должна быть не менее половины прочности бетона пробы (для предотвращения разрушения пробы при испытании). Вмоноличивание проб в раствор удобно производить с использованием стандартных форм, для изготовления бетонных контрольных образцов по ГОСТ 10180-90. Расположение проб после распалубки представлено на рис.1.

Рис.1. 1 - проба бетона; 2 - наиболее удобная для испытания сторона пробы 3 - раствор, в котором закреплена проба

Обычно приборы поставляются с графиками градуировочной зависимости или с базовыми настройками для тяжелого бетона средних марок. Для обследования конструкций допускается применять методы упругого отскока, ударного импульса или пластической деформации, используя градуировочную зависимость, установленную для бетона, отличающегося от испытываемого (по составу, возрасту, условиям твердения, влажности), с уточнением ее в соответствии с методикой, приведенной в приложении 9 (ГОСТ 22690-88). Для ультразвуковых приборов требуется градуировка и корректировка согласно ГОСТ 17624, ГОСТ 24332 и методических рекомендаций МДС 62-2.01 ГУП «НИИЖБ» по контролю прочности бетона монолитных конструкций ультразвуковым методом поверхностного прозвучивания.

Согласно ГОСТ 22690-88 п. 4.4. для методов неразрушающего контроля число испытаний на одном участке, расстояние между местами испытаний на участке и от края конструкции, толщина конструкции на участке испытания должны быть не меньше значений, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Наименование метода

Число испытаний на участке

Расстояние между местами испытаний, мм

Расстояние от края конструкции до места испытаний, мм

Толщина конструкции

Упругий отскок

5

30

50

100

Ударный импульс

10

15

50

50

Пластическая деформация

5

30

50

70

Скалывание ребра

2

200

-

170

Отрыв

1

2 диаметра диска

50

50

Отрыв со скалыванием

1

5 глубин вырыва

150

Удвоенная глубина установки анкера

Метод упругого отскока

При испытании методом упругого отскока, расстояние, от мест проведения испытания до арматуры, должно быть, не менее 50 мм.Испытание проводят в следующей последовательности:

  • прибор располагают так, чтобы усилие прикладывалось, перпендикулярно к испытываемой поверхности, в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора;
  • положение прибора, при испытании конструкции относительно горизонтали, рекомендуется принимать таким же, как при испытании образцов для установления градуировочной зависимости; при другом положении, необходимо вносить поправку на показания в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора;
  • фиксируют значение косвенной характеристики, в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора;
  • вычисляют среднее значение косвенной характеристики на участке конструкции.

Определение прочности бетона прибором "Склерометр – ОМШ1"

Прибор для определения прочности бетона «Склерометр – ОМШ1»

Склерометр предназначен для определения прочности бетона и раствора методом упругого отскока по ГОСТ 22690-88. Пределы измерений для данного метода- от 5, до 50 МПа (для марок бетона от М50 до М500)

Прибор представляет собой цилиндрический корпус со шкалой, в котором размещены ударный механизм с пружинами и стрелка – индикатор. Испытания проводят путем нажатия приставленного к бетону склерометра и после удара бойка и величине его отскока, зафиксированного стрелкой-индикатором по графику, определяют прочность бетона(раствора). Продолжительность одного испытания- 20 сек.

К склерометру прилагается график, определяющий зависимость между твердостью при ударе и прочностью бетона. График, построен путем выполнения большой серии испытаний на кубиках, причем каждый кубик раздавливался в прессе непосредственно, после испытания склерометром (до ± 32%).

Отрыв со скалыванием

При испытании, методом отрыва, участки должны располагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или усилием обжатия, предварительно напряженной арматуры.

Испытания проводят в следующей последовательности:

  • если анкерное устройство не было установлено до бетонирования, то в бетоне сверлят или пробивают шпур, размер которого выбирают в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора в зависимости от типа анкерного устройства;
  • в шпуре закрепляют анкерное устройство на глубину, предусмотренную инструкцией по эксплуатации прибора, в зависимости от типа анкерного устройства;
  • прибор соединяют с анкерным устройством;
  • нагрузку увеличивают, со скоростью 1,5 - 3,0 кН/с;
  • фиксируют показание силоизмерителя прибора и глубину вырыва с точностью не менее 1 мм.

Если наибольший и наименьший размеры вырванной части бетона от анкерного устройства до границ разрушения по поверхности конструкции отличаются более чем в два раза, а также если глубина вырыва отличается от глубины заделки анкерных устройств более чем на 5 %, то результаты испытаний допускается учитывать только для ориентировочной оценки прочности бетона.

Еслис прибором применяются анкерные устройства в соответствии с приложением 2 ГОСТ 22690-88, то допускается использовать следующую градуировочную зависимость:

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Рекомендуемое

ГРАДУИРОВОЧНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ДЛЯ МЕТОДА ОТРЫВА СО СКАЛЫВАНИЕМ

При использовании анкерных устройств, приведенных в приложении 2, прочность бетона R, МПа можно вычислять по градуировочной зависимости по формуле

(1)

где m1 - коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва и принимаемый равным 1 при крупности менее 50 мм и 1,1 при крупности 50 мм и более;

m2 - коэффициент пропорциональности для перехода от усилия вырыва, кН, к прочности бетона, МПа;

Р - усилие вырыва анкерного устройства, кН.

При испытании тяжелого бетона прочностью 10 МПа и более и керамзитобетона прочностью от 5 до 40 МПа значения коэффициента пропорциональности m2 принимают по табл. 9.

Таблица 9

Условие твердения бетона

Тип анкерного устройства

Предполагаемая прочность бетона, МПа

Глубина заделки анкерного устройства, мм

Значение коэффициента m2 для бетона

тяжелого

легкого

Естественное

I

? 50

48

1,1

1,2

> 50

35

2,4

-

II

? 50

48

0,9

1,0

> 50

30

2,5

-

III

? 50

35

1,5

-

Тепловая обработка

I

? 50

48

1,3

1,2

> 50

35

2,6

-

II

? 50

48

1,1

1,0

> 50

30

2,7

-

III

? 50

35

1,8

-

Прибор для определения прочности бетона «ПИБ»

Прибор для определения прочности бетона «ПИБ»

На испытываемой конструкции выбирают ровный участок размером 0,2x0,2 м и выполняют пробивку отверстия, глубиной 55x10-3 м перпендикулярно испытываемой поверхности. Допускается отклонение оси отверстия от нормали испытываемой поверхности до 1 градуса. Пробивку отверстия выполняют шлямбуром с оправкой или механизированным (электромеханическим) инструментом, обеспечивающим выполнение заданных требований.

В подготовленное отверстие устанавливается анкерное устройство, состоящее из конуса и 3-х сегментов, и накручивают гайку-тягу с усилием, предотвращающим проскальзывание анкерного устройства при испытании.

Опору прибора закручивают до упора в рабочий цилиндр. Винт поршневого насоса выкручивают в крайнее верхнее положение. Присоединяют прибор к гайке-тяге и выкручивают опору 4 до упора в поверхность испытываемого материала.

После проведения подготовительных операций производят вырыв анкерного устройства (тип 1 или 2). Вращают ручку поршневого насоса со скоростью, обеспечивающей приложение нагрузки равной 1,5 ... ЗкН/с.

В момент разрушения испытываемого материала визуально устанавливают максимальное давление по манометру. Снятие показаний по манометру следует выполнять с точностью до 2,5 кгс/см2.

При проведении испытаний необходимо следить за тем, чтобы не происходило проскальзывания анкерного устройства. Результаты испытаний не учитываются, если произошло проскальзывание анкерного устройства более 5x10-3 м. Повторное испытание данного отверстия не допускается из-за возможности получения заниженных результатов. После вырыва анкерного устройства необходимо уточнить глубину разрушения бетона, используя для ее определения две линейки, одну из которых устанавливают ребром на поверхность бетона в зоне испытаний, другой - замеряют глубину.

Ультразвуковой метод

Ультразвуковой метод основан на связи между скоростью распространения ультразвуковых колебаний в бетоне и его прочностью. Прочность бетона в конструкциях определяют по экспериментально установленным градуировочным зависимостям "скорость распространения ультразвука - прочность бетона" или "время распространения ультразвука - прочность бетона" в зависимости от способа прозвучивания.

Ультразвуковые измерения в бетоне проводят способами сквозного или поверхностного прозвучивания. Сборные линейные конструкции (балки, ригели, колонны и др.) испытывают, как правило, способом сквозного прозвучивания в поперечном направлении. Изделия, конструктивные особенности которых затрудняют осуществление сквозного прозвучивания, а также плоские конструкции (плоские, ребристые и многопустотные панели перекрытия, стеновые панели и т. д.) испытывают способом поверхностного прозвучивания. При этом база прозвучивания при измерениях на конструкциях должна быть такой же, как на образцах при установлении градуировочной зависимости.

Между бетоном и рабочими поверхностями ультразвуковых преобразователей должен быть обеспечен надежный акустический контакт, для чего применяют вязкие контактные материалы (солидол по ГОСТ 4366, технический вазелин по ГОСТ 5774 и др.).

Градуировочную зависимость "скорость - прочность" устанавливают при испытании конструкций способом сквозного прозвучивания. Градуировочную зависимость "время - прочность" устанавливают при испытании конструкций способом поверхностного прозвучивания.

Допускается при испытании конструкций способом поверхностного прозвучивания использовать градуировочную зависимость "скорость - прочность" с учетом коэффициента перехода, определяемого в соответствии с приложением 3.

Измерение времени распространения ультразвука в бетоне конструкций следует проводить в направлении, перпендикулярном уплотнению бетона. Расстояние от края конструкции до места установки ультразвуковых преобразователей должно быть не менее 30 мм. Измерение времени распространения ультразвука в бетоне конструкций следует проводить в направлении, перпендикулярном направлению рабочей арматуры. Концентрация арматуры вдоль выбранной линии прозвучивания не должна превышать 5 %. Допускается прозвучивание вдоль линии, расположенной параллельно рабочей арматуре, если расстояние от этой линии до арматуры составляет не менее 0,6 длины базы.

Пульсар 1.2.

Рис. 2. Внешний вид прибора Пульсар-1.2: 1 - вход приемника; 2 - выход излучателяРис. 2. Внешний вид прибораПульсар-1.2: 1 - вход приемника;2 - выход излучателя

Прибор состоит из электронного блока (см. рис. 3.2) и ультразвуковых преобразователей - раздельных или объединенных в датчик поверхностного прозвучивания. На лицевой панели электронного блока расположены: 12-ти клавишная клавиатура и графический дисплей. В верхней торцевой части корпуса установлены разъёмы для подключения датчика поверхностного прозвучивания или отдельных УЗ преобразователей для сквозного прозвучивания. На правой торцевой части прибора расположен разъем USB интерфейса. Доступ к аккумуляторам осуществляется через крышку батарейного отсека на нижней стенке корпуса.

Работа прибора основана на измерении времени прохождения ультразвукового импульса в материале изделия от излучателя к приемнику. Скорость ультразвука вычисляется делением расстояния между излучателем и приемником на измеренное время. Для повышения достоверности в каждом измерительном цикле автоматически выполняется 6 измерений и результат формируется путем их статистической обработки с отбраковкой выбросов. Оператор выполняет серию измерений (от 1 до 10 измерений по его выбору), которая также подвергается математической обработке с определением среднего значения, коэффициента вариации, коэффициента неоднородности и с отбраковкой выбросов.

Скорость распространения ультразвуковой волны в материале зависит от его плотности и упругости, от наличия дефектов (трещин и пустот), определяющих прочность и качество. Следовательно, прозвучивая элементы изделий, конструкций и сооружений можно получать информацию о:

  • прочности и однородности;
  • модуле упругости и плотности;
  • наличии дефектов и их локализации.
  • форме А-сигнала

Возможны варианты прозвучивания со смазкой и сухим контактом (протекторы, конусные насадки), см. рис. 3.1.

Рис. 3. Варианты прозвучивания

Прибор осуществляет запись и визуализацию принимаемых УЗК, имеет встроенные цифровые и аналоговые фильтры, улучшающие соотношение «сигнал-помеха». Режим осциллографа позволяет просматривать сигналы на дисплее (в задаваемом масштабах времени и усиления), вручную устанавливать курсор в положение контрольной метки первого вступления. Пользователь имеет возможность вручную изменять усиление измерительного тракта и смещать ось времени для просмотра и анализа сигналов первого вступления и огибающей.

Оформление результатов для методов определения прочности неразрушающего контроля

Результаты испытаний прочности бетона заносят в журнал, в котором должно быть указано:

  • наименование конструкции, номер партии;
  • вид контролируемой прочности и ее требуемое значение;
  • вид бетона;
  • наименование неразрушающего метода, тип прибора и его заводской номер;
  • среднее значение косвенной характеристики прочности и соответствующее значение прочности бетона;
  • сведения об использовании поправочных коэффициентов;
  • результаты оценки прочности бетона;
  • фамилия и подпись лица, проводившего испытание, дата испытания.

Для ультразвукового метода определения прочности нужно воспользоваться формой журнала, установленной в приложениях №8-9, ГОСТ 17624-87 «БЕТОНЫ. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ»

sklerometr.ru

Определение прочности бетона — Мегаобучалка

Определение прочности бетона состоит в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью роста нагрузки и последующем вычислении напряжений при этих усилиях в предположении упругой работы материала.

Форма и номинальные размеры образцов в зависимости от метода определения прочности бетона должны соответствовать указанным в табл. 32.

Таблица 32. Форма и размеры образцов для испытания на сжатие

Метод Форма образца Размеры образца, мм
Определение прочности на сжатие и на растяжение при раскалывании     Куб   Длина ребра: 100; 150; 200; 300
Цилиндр   Диаметр d: 100; 150; 200; 300
Высота h, равная 2d

 

Перед использованием форм их внутренние поверхности должны быть покрыты тонким слоем смазки, не оставляющей пятен на поверхности образцов и не влияющей на свойства поверхностного слоя бетона.

Укладку и уплотнение бетонной смеси следует производить не позднее, чем через 20 мин после отбора пробы.

Все образцы следует изготавливать из одной пробы бетонной смеси и уплотнять их в одинаковых условиях.

После окончания укладки и уплотнения бетонной смеси в форме верхнюю поверхность образца заглаживают мастерком или пластиной. Образцы после изготовления до распалубливания хранят в формах, покрытых влажной тканью или другим материалом, исключающим возможность испарения из них влаги, в помещении с температурой воздуха (20±5)°С.

При определении прочности бетона на сжатие образцы распалубливают не ранее чем через 24 ч для бетонов класса В7,5 (М100) и выше, и не ранее чем через 48 ч - для бетонов класса В5 (М75) и ниже, а также для бетонов с добавками, замедляющими их твердение в раннем возрасте.

После распалубливания образцы должны быть помещены в камеру, обеспечивающую у поверхности образцов нормальные условия, т. е. температуру (20±3)°С и относительную влажность воздуха (95±5)%. Допускается хранение образцов под слоем влажных песка, опилок или других систематически увлажняемых гигроскопичных материалов.

Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру, устанавливая наличие дефектов в виде околов ребер, раковин и инородных включений. Образцы, имеющие трещины, околы ребер глубиной более 10 мм, раковины диаметром более 10 мм и глубиной более 5 мм (кроме бетона крупнопористой структуры), а также следы расслоения и недоуплотнения бетонной смеси, испытанию не подлежат. Наплывы бетона на ребрах опорных граней образцов должны быть удалены напильником или абразивным камнем. Результаты осмотра записывают в ведомость испытаний. В случае необходимости фиксируют схему расположения дефектов.

На образцах выбирают и отмечают грани, к которым должны быть приложены усилия в процессе нагружения.

Визуальный осмотр образцов

Определение отклонений от плоскостности и перпендикулярности рабочих граней образцов

Отклонения опорных граней образцов от плоскости, принимаемой за прилегающую, измеряют прибором с погрешностью не более 0,01 мм на 100 мм длины, который при любом исполнении должен иметь три фиксированные опоры по углам и не менее двух индикаторов часового типа по ГОСТ 577 или других измерителей перемещений той же точности - один по четвертому углу и один в середине (рис.21).

Рис.21. Схема прибора для измерения отклонений от плоскостности

 

 

 

1 - корпус (рамка) ; 3 - индикатор; - опора; - база прибора

 

 

Перед измерением образца прибор устанавливают на поверочную плиту в трех точках и приводят показания стрелок всех индикаторов в нулевое положение.

Прибор приставляют к измеряемой грани образца и фиксируют, опирая в трех точках. Вслед за тем снимают отсчеты по двум индикаторам.

Отклонение граней от перпендикулярности определяют с помощью уголка. Отклонение от перпендикулярности граней образца соответствует норме, если не превышает 1 мм независимо от размеров образца.

Отклонения от перпендикулярности определяют по опорным граням относительно смежных граней.

Перед установкой образца на пресс или испытательную машину удаляют частицы бетона, оставшиеся от предыдущего испытания на опорных плитах пресса. Образцы-кубы устанавливают одной из выбранных граней на нижнюю опорную плиту пресса (или испытательной машины) центрально относительно его продольной оси, используя риски, нанесенные на плиту пресса, дополнительные стальные плиты или специальное центрирующее устройство.

Нагружение образцов производят непрерывно со скоростью, обеспечивающей повышение расчетного напряжения в образце до его полного разрушения в пределах (0,6±0,4) МПа/с. При этом время нагружения одного образца должно быть не менее 30 с.

Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принимают за разрушающую нагрузку.

Разрушенный образец необходимо подвергнуть визуальному осмотру и отметить в ведомости испытаний:

§ характер разрушения;

§ наличие крупных (объемом более 1 см3) раковин и каверн внутри образца;

§ наличие зерен заполнителя размером более 1,5D, комков глины, следов расслоения.

Результаты испытаний образцов, имеющих перечисленные дефекты структуры и характер разрушения, учитывать не следует.

Рис.22. Схема характера разрушений образцов при испытаниях на сжатие

 

 

 

 

1 - нормальное разрушение; 2-5 - дефектные разрушения

 

Прочность бетона, МПа (кгс/кв.см), следует вычислять с точностью до 0,1 МПа по формуле:

где P - разрушающая нагрузка, кН;

S - площадь рабочего сечения образца, см2;

– коэффициент, учитывающий размеры образца;

kw – коэффициент, учитывающий влажность ячеистого бетона (для тяжелого бетона равен 1)

Прочность бетона (кроме ячеистого) в серии образцов определяют как среднее арифметическое значение в серии:

§ из двух образцов - по двум образцам;

§ из трех образцов - по двум наибольшим по прочности образцам;

§ из четырех образцов - по трем наибольшим по прочности образцам;

§ из шести образцов - по четырем наибольшим по прочности образцам.

При отбраковке дефектных образцов прочность бетона в серии образцов определяют по всем оставшимся образцам, если их не менее двух. Результаты испытания серии из двух образцов при отбраковке одного образца не учитывают. Марку и класс бетона определяют по табл.33.

Таблица 33. Соотношения классов и марок для тяжелого бетона

Класс Bb, МПа Марка Класс Bb, МПа Марка
Bb3,5 4,5 Mb50 Bb30 39,2 Mb400
Bb5 6,5 Mb75 Bb35 45,7 Mb450
Bb7,5 9,8 Mb100 Bb40 52,4 Mb500
Bb10 Mb150 Bb45 58,9 Mb600
Bb12,5 16,5 Mb150 Bb50 65,4 Mb700
Bb15 19,6 Mb200 Bb55 Mb700
Bb20 26,2 Mb250 Bb60 78,6 Mb800
Bb25 32,7 Mb300      

 

Таблица 34. Сводная таблица результатов испытаний

Показатель Ед. изм. Обозначение Значение
Удобоукладываемость бетонной смеси (подвижность, жесткость)      
Средняя плотность бетонной смеси      
Пористость бетонной смеси (расчетная)      
Отклонение опорных граней образцов от плоскостности Верхняя Нижняя        
     
     
Отклонение граней образцов от перпендикулярности Первая Вторая Третья Четвертая      
     
     
     
     
Прочность бетона по образцам: 1      
     
     
     
     
     
Средняя прочность серии образцов      

 

Вывод: Марка и класс бетона:

megaobuchalka.ru

Как определить прочность бетона?

Очень важной характеристикой бетона является его прочность, так как от нее зависят эксплуатационные параметры материала. Под прочностью подразумевается способность бетона противостоять внешним механическим силам и агрессивным средам. В наше время бетон используется повсеместно: в процессе строительства, реконструкции и капитального ремонта, также повсеместно фиксируются и нарушения в технологии производства работ. Чрезмерное увлажнение, несоблюдение пропорций противоморозных добавок, чрезмерное нагружение конструкций, преждевременное снятие опалубки — все это может привести к изменению прочностных характеристик бетона. Как же определить прочность бетона?

Как определить прочность бетона неразрушающим методом

Прочность конструкций из бетона на данный момент можно определить при помощи механических неразрушающих и разрушающих методов. Неразрушающие методы на сжатие основываются на косвенных характеристиках показаний приборов. Испытания прочности бетона в основном проводят при помощи таких методов: ударного импульса, скалывания, отрыва, упругого отскока, пластической деформации, отрыва со скалыванием.

Итак, рассмотрим основные виды испытательных приборов механического принципа действия. Прочность бетона в этом случае определяется глубиной внедрения рабочего органа прибора в поверхностный слой материала.

Действие молотка Физделя основывается на использовании пластических деформаций строительных материалов. В результате удара молотка по поверхности бетона образуется лунка, диаметр которой характеризует прочность материала. Место, на которое будут наноситься опечатки, необходимо очистить от штукатурки, шпаклевки, окрасочного слоя. Испытания следует проводить локтевыми ударами средней силы по 10-12 раз на каждом участке конструкции, расстояние между опечатками должно составлять не менее 3 см. Диаметр полученных лунок можно измерить с помощью штангенциркуля по двум перпендикулярным направлениям с точностью до десятой миллиметра. После этого определяют прочность бетона с помощью среднего диаметра отпечатка и тарировочной кривой. Как правило, эту кривую строят на сравнении полученных диаметров отпечатков и результатов лабораторных исследований на образцах, которые взяты из конструкции или изготовлены по технологиям, аналогичных примененным.

Принцип действия молотка Кашкарова также основывается на свойствах пластической деформации. Основное отличие между этими приборами заключается лишь в наличии между молотком и завальцованным шариком отверстия, в которое введен контрольный стержень. В результате удара этого инструмента образуется сразу два отпечатка, один — на поверхности обследуемой конструкции, а другой — на эталонном стержне. Соотношение диаметров полученных отпечатков не зависит от скорости и силы удара молотка, а от прочности исследуемого материала и контрольного стержня. Прочность бетона в этом случае определяют по среднему соотношению диаметров двух отпечатков с помощью тарировочного графика.

На принципе упругого отскока работают пистолет Борового, молоток Шмидта, склерометр КМ, оснащенный стержневым ударником. Величина отскока бойка измеряется при постоянной величине кинетической энергии металлической пружины и фиксируется указателем на шкале прибора. Взвод и спуск бойка происходят автоматически при соприкосновении ударника и испытуемой поверхности. Специальный боек определенной массы имеет склерометр КМ, который при помощи предварительно напряженной пружины с заданной жесткостью ударят по металлическому ударнику, который другим концом прижат к обследуемой поверхности.

Прочность бетона в теле бетонного элемента можно определить методом испытания на отрыв со скалыванием. Участки для испытания необходимо подобрать так, чтобы в этой зоне не было арматуры. В этом случае применяются анкерные устройства трех типов. Анкерные устройства первого типа должны устанавливаться в конструкцию при бетонировании, а чтобы установить устройства второго и третьего типа, заранее нужно подготовить шпуры, высверливая их в бетоне.

Ультразвуковой метод измерения прочности бетона

Ультразвуковой способ измерения прочности бетона заключается в регистрации скорости прохождения ультразвуковых волн. Можно выделить две техники проведения испытаний: сквозное ультразвуковое прозвучивание (датчики располагаются с разных сторон тестируемого образца) и поверхностное прозвучивание (датчики расположены с одной стороны). В первом случае можно контролировать прочность не только в приповерхностных слоях бетона, но и прочность тела бетонной конструкции. Помимо контроля прочности бетона, ультразвуковые приборы часто применяют для дефектоскопии, контроля качества бетонирования и определения глубины. Скорость распространения ультразвука в бетона достаточно велика, может достигать 4,5 км/c.

Градуировочную зависимость между скоростью распространения ультразвука и прочностью бетона на сжатие нужно определять заранее для конкретного состава бетона. Дело в том, что использование 2-х градуировочных зависимостей для бетонов разных составов может привести к ошибкам в определении прочности. При применении ультразвукового контроля необходимо учитывать несколько факторов: количество и зерновой состав заполнителя, способ приготовления бетонной смеси, изменение расхода цемента более чем на 30%, степень уплотнения бетона и напряженное состояние бетона.

При помощи данного метода можно осуществлять массовые испытания изделий любой формы многократно, вести непрерывный контроль нарастания или снижения прочности. Недостатком ультразвукового метода можно назвать погрешность при переходе от акустических характеристик к прочностным. Ультразвуковые приборы не стоит применять для контроля качества высокопрочных бетонов, поскольку диапазон контролируемых прочностей ограничивается классами В7,5…В35 (10…40 МПа).

Определение прочности бетона разрушающим методом

Наиболее достоверным считается разрушающий метод определения прочности бетона, с его помощью можно определить максимальную прочность бетона при разрушении образцов в лабораторных условиях (используется гидравлический пресс). Но стоит отметить и некоторые недостатки этого способа, связанные с трудоемкостью изъятия опытных образцов из существующих конструкций. В некоторых конструкциях очень часто невозможно произвести отбор проб из-за расположения большого числа конструктивной арматуры. По этой причине разрушающий метод применяется в исключительных случаях, когда конструкция позволяет изъять комплект цилиндрических образцов, а также в случаях испытания заранее заготовленных на строительной площадке образцов бетона каждой партии бетонной смеси, поставляемой на объект строительства. На данный момент наиболее удачным и технологичным является способ комбинации механического разрушающего и неразрушающего методов определения прочности бетона, ведь погрешность в этом случае составляет не более 1%.

Прочность бетонных конструкций вполне можно определить самостоятельно, но в случае строительства важных объектов желательно обратиться к услугам специализированных лабораторий.

estroyka.com

10. Определение прочности бетона

10.1. Основные сведения к лабораторной работе

В соответствии требованиями СНиП при строительстве зданий и сооружений необходимо систематически проверять прочность бетона. Для этого используются различные методы. В зависимости от воздействия на структуру материала они подразделяются на разрушающие и неразрушающие.

Разрушающие методы основаны на механических испытаниях, приводящих к существенному нарушению структуры бетона (разрушению). Наиболее распространенными на них и обязательными при определении средней прочности в проектном возрасте являются испытания статической нагрузкой в соответствии с ГОСТ 10180-90. Образцы, как правило, специально изготовляются из бетонной смеси, но при необходимости могут быть высверлены или вырублены из готового изделия или конструкции.

Неразрушающие методы основаны на определении прочности по косвенным характеристикам физических или механических свойств, которые устанавливаются в результате испытаний, не вызывающих существенного изменения структуры бетона. Основное назначение этих методов – контроль прочности бетона непосредственно в конструкциях. Наиболее эффективным из них является ультразвуковой метод (ГОСТ 17624-87).

Неразрушающие методы применяются наряду с разрушающими или взамен их – для контроля передаточной и отпускной прочности.

По степени гарантирования фактической прочности различаются два метода контроля – статистический и нестатистический.

Статистический контроль основан на достаточно большом количестве испытаний. Он позволяет гарантировать прочность бетона с учетом ее фактической однородности, которая характеризуется коэффициентом вариации прочности kv (определяется методами математической статистики – гл. I). Метод позволяет в случае высокой однородности бетона (kv < 13,5%) получать нормируемые значения показателей прочности бетона при более низких значениях его фактической средней прочности, что приводит к сокращению расхода цемента или улучшению других технико-экономических показателей качества бетона.

Унифицированными статистическими характеристиками прочности бетона являются его классы по прочности на сжатие В, осевое растяжение Вt и растяжение при изгибе Вtb. Установленные СНиП значения этих классов бетона приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Классификация тяжелого бетона по прочности

Вид класса бетона

Унифицированные обозначения классов

По прочности на сжатие

По прочности на осевое растяжение

По прочности на растяжение при изгибе

В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60

Вt0,8; Вt1,2; Вt1,5; Вt2; Вt2,4; Вt2,8; Вt3,2

Вtb2,8; Вtb3,2; Вtb3,6; Вtb4,0; Вtb4,4; Вtb4,8; Вtb5,2; Вtb5,6; Вtb6,0; Вtb6,4

Неунифицированными характеристиками прочности бетона при статистическом контроле являются средняя (фактическая) прочность партии , средний уровень прочностии требуемая прочность бетона. Средняя прочность партии определяется по методике, приведенной в пп. 3.2-3.4.

Средний уровень прочности соответствует среднему статистическому значению прочности бетона, на которое подбирается его номинальный состав и которое поддерживается в процессе его производства в течение контролируемого периода. Средний уровень прочности назначается на каждый контролируемый период с учетом межпартийной вариации прочности бетона в предшествующем анализируемом периоде. Правила назначения среднего уровня прочности установлены ГОСТ 18105-86.

До начала производства бетона, когда еще нет достаточного для ведения статистического контроля числа результатов испытаний, средний уровень прочности для тяжелого и легкого цементных бетонов может быть определен по формуле

, (10.1)

где Bn – нормируемое значение класса бетона.

Требуемая прочность соответствует минимально допустимому значению средней (фактической) прочности бетона, которое определяется при статистическом контроле прочности в зависимости от ее коэффициента вариации в партии бетона (в партии сборных конструкций или контролируемых участков монолитных конструкций – при неразрушающем методе контроля). Она вычисляется по формуле

,

где kd – коэффициент требуемой прочности, определяемый по методике, установленной ГОСТ 18105-86.

В начальный период контроля для цементных тяжелого и легкого бетонов требуемая прочность может быть найдена по формуле

. (10.2)

Нестатический контроль основан на испытании одной или нескольких серий контрольных образцов или единичных изделий и конструкций, когда нет возможности получить достаточное для вычисления статистических характеристик количество результатов этих испытаний.

Характеристикой прочности при нестатистическом контроле является средняя прочность серии образцов , определяемая по методике, установленной ГОСТ 10180-90. Эта же характеристика принимается в качестве единичного значения прочности, учитываемого при получении ее статических характеристик. Переход от класса бетона к соответствующей ему средней прочности, определяемой на производстве при нормативном коэффициенте вариации прочности 0,135, для цементных тяжелого и легкого бетонов может быть выполнен по формуле

. (10.3)

В соответствии с ГОСТ 18105-86 приемка бетона путем сравнения его фактической прочности с нормируемой без учета характеристик однородности прочности не допускается.

Партия бетона принимается, если фактическая средняя прочность в ней будет не ниже требуемой прочности, т.е. соблюдается условие.

В лабораторной работе оценивается прочность бетона с использованием различных методов ее определения и учетом влияющих факторов: прочности бетона на сжатие, осевое растяжение и растяжение при изгибе с использованием разрушающих испытаний образцов, прочности на сжатие с использованием ультразвукового импульсного метода испытаний, водоцементного отношения.

studfiles.net

Определение прочности бетона при обследовании зданий и сооружений

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург)

В предлагаемой статье рассмотрены основные методы неразрушающего контроля прочности бетона, применяемые при обследовании конструкций зданий и сооружений. Приведены результаты экспериментов по сопоставлению данных, получаемых неразрушающими методами контроля и испытанием образцов. Показывается преимущество метода отрыва со скалыванием перед другими методами контроля прочности. Описываются мероприятия, без выполнения которых применение косвенных неразрушающих методов контроля недопустимо.

Прочность бетона на сжатие является одним из наиболее часто контролируемых параметров при строительстве и обследовании железобетонных конструкций. Имеется большое число методов контроля, применяемых на практике. Более достоверным, сточки зрения авторов, является определение прочности не по контрольным образцам (ГОСТ 10180–90), изготовляемым из бетонной смеси, а по испытанию бетона конструкции после набора им проектной прочности. Метод испытания контрольных образцов позволяет оценить качество бетонной смеси, но не прочность бетона конструкции. Это вызвано тем, что невозможно обеспечить идентичные условия набора прочности (вибрирование, прогрев и др.) для бетона в конструкции и бетонных кубиков образцов.

Методы контроля по классификации ГОСТ 18105–2010 ("Бетоны. Правила контроля и оценки прочности") разделены на три группы:

  • Разрушающие;
  • Прямые неразрушающие;
  • Косвенные неразрушающие.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

Наименование метода Диапазон применения*, МПа Погрешность измерения**
1 Пластической деформации 5 – 50 ± 30 – 40%
2 Упругого отскока 5 – 50 ± 50%
3 Ударного импульса 10 – 70 ± 50%
4 Отрыва 5 – 60 Нет данных
5 Отрыва со скалыванием 5 – 100 Нет данных
6 Скалывания ребра 5 – 70  Нет данных
7 Ультразвуковой 5 – 40 ± 30 – 50%

*По требованиям ГОСТ 17624–87 и ГОСТ 22690–88;

**По данным источника без построения частной градуировочной зависимости 

К методам первой группы относится упомянутый метод контрольных образцов, а также метод определения прочности путем испытания образцов, отобранных из конструкций. Последний является базовым и считается наиболее точным и достоверным. Однако при обследовании к нему при бегают довольно редко. Основными причинами этого являются существенное нарушение целостности конструкций и высокая стоимость исследований.

Измерители прочности бетона на нашем сайте.

В основном применяются методы определения прочности бетона неразрушающим контролем. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по ГОСТ 17624–87, методы ударного импульса и упругого отскока по ГОСТ 22690–88. Однако при использовании указанных методов редко соблюдаются требования стандартов по построению частных градуировочных зависимостей. Некоторые исполнители не знают этих требований.

Другие знают, но не понимают, насколько велика ошибка результатов измерений при использовании зависимостей, заложенных или прилагаемых к прибору, вместо зависимости, построенной на конкретном исследуемом бетоне. Есть «специалисты», которые знают об указанных требованиях норм, но пренебрегают ими, ориентируясь на финансовую выгоду и неосведомленность заказчика в данном вопросе.

Про факторы, влияющие на ошибку измерения прочности без построения частных градуировочных зависимостей, написано много работ. В табл.1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона.

В дополнение к обозначенной проблеме использования несоответствующих ("ложных") зависимостей обозначим еще одну, возникающую при обследовании. Согласно требованиям СП 13-102-2003 обеспечение выборки измерений (параллельных испытаний бетона косвенным и прямым методом) на более чем 30 участках является необходимым, но не достаточным для построения и использования градуировочной зависимости. Необходимо, чтобы полученная парным корреляционно­ регрессионным анализом зависимость имела высокий коэффициент корреляции (более 0,7) и низкое СКО (менее 15% от средней прочности). Чтобы данное условие выполнялось, точность измерений обоих контролируемых параметров (например, скорость ультразвуковых волн и прочность бетона) должна быть достаточно высокой, а прочность бетона, по которому строится зависимость, должна изменяться в широком диапазоне.

При обследовании конструкций указанные условия выполняются редко. Во-первых, даже базовый метод испытания образцов нередко сопровождается высокой погрешностью. Во-вторых, за счет неоднородности бетона и других факторов [4] прочность в поверхностном слое (исследуемая косвенным методом) может не соответствовать прочности того же участка на некоторой глубине (при использовании прямых методов). И наконец, при нормальном качестве бетонирования и соответствии класса бетона проектному в пределах одного объекта редко можно встретить однотипные конструкции с прочностью, изменяющейся в широком диапазоне (например, от В20 до В60). Таким образом, зависимость приходится строить по выборке измерений с малым изменением исследуемого параметра.

В качестве наглядного примера вышеуказанной проблемы рассмотрим градуировочную зависимость, представленную на рис. 1. Линейная регрессионная зависимость построена по результатам ультразвуковых измерений и испытаний на прессе образцов бетона. Несмотря на большой разброс результатов измерений, зависимость имеет коэффициент корреляции 0,72, что до­пустимо по требованиям СП 13-102-2003. При аппроксимации функциями, отличными от линейной (степенной, логарифмической и пр.) коэффициент корреляции был менее указанного. Если бы диапазон исследуемой прочности бетона был меньше, например от 30 до 40 МПа (область, выделенная красным цветом), то совокупность результатов измерений превратилась бы в «облако», представленное в правой части рис. 1. Данное облако точек характеризуется отсутствием связи между измеряемым и искомым параметрами, что подтверждается максимальным коэффициентом корреляции 0,36. Иными словами, градуировочную зависимость здесь не построить.

Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн

РИС. 1. Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн

Также необходимо отметить, что на рядовых объектах количество участков измерения прочности для построения градуировочной зависимости сопоставимо с общим количеством измеряемых участков. В данном случае прочность бетона может быть определена по результатам только прямых измерений, а в градуировочной зависимости и использовании косвенных методов контроля уже не будет смысла.

Таким образом, без нарушения требований действующих норм для определения прочности бетона при обследовании в любом случае необходимо в том или ином объеме использовать прямые неразрушающие либо разрушающие методы контроля. Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рас­ смотрим прямые методы контроля.

К данной группе по ГОСТ 22690–88 относится три метода:

  1. Метод отрыва.
  2. Метод отрыва со скалыванием.
  3. Метод скалывания ребра.

Метод отрыва

Метод отрыва основан на измерении максимального усилия, необходимого для отрыва фрагмента бетонной конструкции. Отрывающая нагрузка прилагается к ровной поверхности испытываемой конструкции за счет приклеивания стального диска (рис. 2), имеющего тягу для соединения с прибором. Для приклеивания могут использоваться различные клеи на эпоксидной основе. В ГОСТ 22690–88 рекомендуются клеи ЭД20 и ЭД16 с цементным наполнителем. На сегодняшний день могут применяться современные двухкомпонентные клеи, производство которых хорошо налажено (POXIPOL, «Контакт», «Момент» И др.). В отечественной литературе по испытанию бетона методика испытания предполагает приклеивание диска к участку испытания без дополнительных мероприятий по ограничению зоны отрыва. В таких условиях площадь отрыва является непостоянной и должна определяться после каждого испытания. В зарубежной практике перед испытанием участок отрыва ограничивается бороздой, создаваемой кольцевыми сверлами (коронками). В данном случае площадь отрыва постоянна и известна, что увеличивает точность измерений.

После отрыва фрагмента и определения усилия определяется прочность бетона на растяжение (R(bt)) , по которой с помощью пересчета по эмпирической зависимости может быть определена прочность на сжатие (R). Для перевода можно воспользоваться выражением, указанным в пособии: испытание на отрыв

Для метода отрыва могут применяться различные приборы, используемые и для метода отрыва со скалыванием, такие как ПОС-50МГ4, ОНИКС­ОС, ПИБ, DYNA (рис. 2), а также старые аналоги: ГПНВ-5, ГПНС-5. Для проведения испытания необходимо наличие захватного устройства, соответствующего тяге, расположенной на диске.

ПОС-50МГ4

Рис. 2. Прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону

В России метод отрыва не нашел широкого распространения. Об этом свидетельствует и отсутствие серийно выпускаемых приборов, приспособленных для крепления к дискам, а также самих дисков. В нормативных документах отсутствует зависимость для перехода от усилия вырыва к прочности на сжатие. В новом ГОСТ 18105–2010, а также предшествующем ГОСТ Р 53231–2008 метод отрыва не включен в перечень прямых методов неразрушающего контроля и вообще не упоминается. Причиной этому, по всей видимости, является ограниченный температурный диапазон применения метода, что связано с продолжительностью твердения и (или) невозможностью использования эпоксидных клеев при низкой температуре воздуха. Большая часть России расположена в более холодных климатических зонах, чем страны Европы, поэтому данный метод, широко при меняемый в европейских странах, в нашей стране не используется. Другим отрицательным фактором является необходимость сверления борозды, что дополнительно снижает производительность контроля.

Метод отрыва со скалыванием

Испытание бетона методом отрыва со скалыванием

Рис. 3. Испытание бетона методом отрыва со скалыванием

Данный метод имеет много общего с описанным выше методом отрыва. Основным отличием является способ крепления к бетону. Для приложения отрывающего усилия используются лепестковые анкеры различных размеров. При обследовании конструкций анкеры закладываются в шпур, пробуренный на участке измерения. Так же, как и при методе отрыва, измеряется разрушающее усилие (Р). Переход к прочности бетона на сжатие осуществляется по указанной в ГОСТ 22690 зависимости: R=m1•m2•P, где m1 — коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя, m2 — коэффициент перехода к прочности на сжатие, зависящий от вида бетона и условий твердения.

В нашей стране данный метод нашел, пожалуй, самое широкое распространение благодаря своей универсальности (табл.1), относительной простоте крепления к бетону, возможности испытания практически налюбом участке конструкции. Основными ограничениями для его применения являются густое армирование бетона и толщина испытываемой конструкции, которая должна быть больше, чем удвоенная длина анкера. Для выполнения испытаний могут использоваться приборы, указанные выше.

Таблица 2. Сравнительные характеристики прямых методов неразрушающего контроля

Преимущества Метод
Отрыв Отрыв со скалыванием Скалывание ребра
Определение прочности бетонов классом более В60 +
Возможность установки на неровную поверхность бетона (неровности более 5 мм) +
Возможность установки на плоский участок конструкции (без наличия ребра) + +
Отсутствие потребности в источнике электроснабжения для установки +* +
Быстрое время установки + +
Работа при низких температурах воздуха + +
 Наличие в современных стандартах + +

*Без сверления борозды, ограничивающей участок отрыва.

Помимо более простого и быстрого крепления к бетону конструкции по сравнению с методом отрыва, не требуется обязательное наличие ровной поверхности. Главным условием является необходимость того, чтобы кривизна поверхности была достаточной для установки прибора на тягу анкера. В качестве примера на рис. 3 представлен прибор ПОС-МГ4, установленный на деструктированную поверхность устоя гидротехнического сооружения.

Метод скалывания ребра

Последним прямым методом неразрушающего контроля является модификация метода отрыва — метод скалывания ребра. Основное отличие заключается в том, что прочность бетона определяют по усилию (Р), необходимому для скалывания участка конструкции, расположенному на внешнем ребре. В нашей стране долгое время выпускались приборы типа ГПНС-4 и ПОС-МГ4 Скол, конструкция которых предполагала обязательное наличие двух рядом расположенных внешних углов конструкции.

Захваты прибора подобно струбцине крепились на испытываемый элемент, после чего через захватывающее устройство прилагалось усилие к одному из ребер конструкции. Таким образом, испытание можно было проводить только на линейных элементах (колонны, ригели) или в проемах на краях плоских элементов (стены, перекрытия). Несколько лет назад была разработана конструкция прибора, которая позволяет устанавливать его на испытываемый элемент с наличием только одного внешнего ребра. Закрепление осуществляется к одной из поверхностей испытываемого элемента при помощи анкера с дюбелем. Данное изобретение несколько расширило диапазон применения прибора, но одновременно с этим уничтожило основное преимущество метода скалывания, которое заключалось в отсутствии необходимости сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность бетона на сжатие при использовании метода скалывания ребра определяется по нормированной зависимости: R=0,058•m•(30P+P2),

где m — коэффициент, учитывающий крупность заполнителя.

Для наглядности сравнения характе­ристики прямых методов контроля представлены в табл. 2.

По данным, приведенным в таблице, видно, что наибольшим числом преимуществ характеризуется метод отрыва со скалыванием.

Однако, несмотря на возможность применения данного метода по указаниям норм без построения частной градуировочной зависимости, у многих специалистов возникает вопрос о точности получаемых результатов и соответствии их прочности бетона, определяемой методом испытания образцов. Для исследования этого вопроса, а также сопоставления результатов измерений, полученных прямым методом, с результатами измерений косвенными методами проведен эксперимент, опиcанный далее.

Результаты сравнения методов 

В лаборатории «Обследование и испытание зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «СПБГПУ» были проведены исследования при использовании различных методов контроля. В качестве объекта исследования использован фрагмент бетонной стены, выпиленный алмазным инструментом. Габариты бетонного образца — 2,0×1,О х 0,3 м.

Армирование выполнено двумя сетками арматуры диаметром 16 мм, расположенной с шагом 100 мм с величиной защитного слоя 15–60 мм. В исследуемом образце применен тяжелый бетон на заполнителе из гранитного щебня фракции 20–40.

Для определения прочности бетона использован базовый разрушающий метод контроля. Из образца с помощью установки алмазного сверления выбурены 11 кернов различной длины диаметром 80 мм. Из кернов изготов­ лены 29 образцов — цилиндров, удовлетворяющих по своим размерам требованиям ГОСТ 28570–90 ("Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций"). По результатам испытания образцов на сжатие выявлено, что среднее значение прочности бетона составило 49,0 МПа. Распределение значений прочности подчиняется нормальному закону (рис. 4). При этом прочность исследуемого бетона имеет высокую неоднородность с коэффициентом вариации 15,6% и СКО равным 7,6 МПа.

Для неразрушающего контроля применены методы отрыва, отрыва со скалыванием, упругого отскока и ударного импульса. Метод скалывания ребра не применялся по причине близкого расположения арматуры к ребрам образца иневозможности выполнения испытаний. Ультразву­ ковой метод не использован, так как прочность бетона выше допустимого диапазона для применения данного метода (табл.1). Выполнение измере­ ний всеми методами производилось на грани образца, срезанной алмазным инструментом, что обеспечива­ ло идеальные условия с точки зрения ровности поверхности. Для определе­ ния прочности косвенными методами контроля использовались градуиро­ вочные зависимости, имеющиеся в паспортах приборов, или заложен­ ные в них.

На рис. 5. представлен процесс измерения методом отрыва. Результаты измерений всеми методами представлены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты измерения прочности различными методами

№ п/п Метод контроля (прибор) Количество измерений, n Среднее значение прочности бетона, Rm, МПа Коэффициент вариации, V, %
1 Испытание на сжатие в прессе (ПГМ-1000МГ4) 29 49,0 15,6
2 Метод отрыва со скалыванием (ПОС-50МГ4) 6 51,1 4,8
3 Метод отрыва (DYNA) 3 49,5
4 Метод ударного импульса (Silver Schmidt) 30 68,4 7,8
5 Метод ударного импульса (ИПС-МГ4) 7 (105)* 78,2 5,2
6 Метод упругого отскока (Beton Condtrol) 30 67,8 7,27

 *Семь участков по 15 измерений на каждом.

По данным, представленным в табли­це, можно сделать следующие выводы: среднее значение прочности, по­лученной испытанием на сжатие и прямыми методами неразрушающего контроля, различается не более чем 5%; по результатам шести испытаний методом отрыва со скалыванием разброс прочности характеризуется низким значением коэффициента вариации 4,8%; результаты, полученные всеми кос­венными методами контроля, за­вышают прочность на 40–60%. Одним из факторов, приведших к дан­ному завышению, является карбонизация бетона, глубина которой на исследуемой поверхности образца составила 7 мм.

Выводы

1. Мнимая простота и высокая про­изводительность косвенных методов неразрушающего контроля теряются при выполнении требований построения градуировочной зависимости и учете (устранении) влияния факторов, искажающих результат. Без выполнения этих условий данные методы при обсле­довании конструкций можно при менять только для качественной оценки проч­ности по принципу «больше — меньше». 2. Результаты измерений прочности базовым методом разрушающего конт­роля путем сжатия отбираемых образ­цов также могут сопровождаться боль шим разбросом, вызванным как не­однородностью бетона, так и другими факторами. 3. Учитывая повышенную трудоем­ кость разрушающего метода и под­ твержденную достоверность результа­ тов, получаемых прямыми методами неразрушающего контроля, при обсле­ довании рекомендуется при менять по­ следние. 4. Среди прямых методов неразру­ шающего контроля оптимальным по большинству параметров является ме­ тод отрыва со скалыванием.

Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие

Рис. 4. Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие.

Измерение прочности методом отрыва

Рис. 5. Измерение прочности методом отрыва.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург), журнал "Мир строительства и недвижимости, №47, 2013 г.

Все публикации Архив по годам: 2006; 2008; 2013; 2015; 2016; 2018;

www.stroypribor.com


Смотрите также