Метрология стандартизация и сертификация в строительном материалове

Прочность бетона в серии определяют как среднее арифметическое значение прочности в отдельных образцах:

n

∑ Ri

где Rср – среднее значение прочности испытанного бетона, МПа или кгс/см2; R – прочность бетона в отдельном кубике, МПа или кгс/см2; п – количество образцов, оставшихся в серии после отбраковки аномальных результатов.

Прочность бетона на растяжение определяют по результатам испытаний на растяжение специальных образцов «восьмерок» или на изгиб балочек. Эту же характеристику можно определить путем раскалывания цилиндров или кубов.

Считается, что разрушающий метод контроля отличается наибольшей точностью, и поэтому он принят за эталон при оценке других методов.

Однако высокая точность метода может быть признана только при оценке прочности бетона в самих испытуемых образцах, поскольку данная величина получена непосредственно путем приложения нагрузки до разрушения. Распространение значения прочности бетона в образцах на бетон в конструкциях даже при условии, что использован один замес, приводит к значительным погрешностям. Это, в первую очередь, связано с тем, что условия укладки, уплотнения, термовлажностной обработки и твердения бетона в образцах и конструкциях всегда различны. Сказывается влияние технологических факторов. Даже при максимально возможном подобии бетона в образцах и конструкциях процесс твердения будет зависеть от размеров конструкции, ее открытой поверхности, степени прогрева.

301

Различия между нарастанием прочности бетона в образцах и конструкциях еще более значительны в случае применения предварительного напряжения или центрифугирования бетона. Из этого следует, что прочность бетона в испытуемых образцах и конструкциях всегда неодинаковая. Поэтому контроль прочности бетона по образцам является

внекоторой степени условным и позволяет в основном оценить качество бетонной смеси. Для исключения отмеченных недостатков было предложено вырезать из конструкции алмазной фрезой кубики или цилиндрические керны и их испытывать. В этих случаях прочность бетона

вобразцах максимально будет соответствовать прочности бетона в конструкции.

Все механические методы очень трудоемкие, требуют больших затрат ручного труда и практически не поддаются автоматизации. Несмотря на указанные недостатки, метод контроля прочности бетона путем испытания контрольных кубов нашел широкое распространение в России и странах СНГ и до настоящего времени является основным методом для заводов ЖБИ, в результате чего тысячи кубических метров разрушенного бетона вывозятся на свалку.

5.4.2.Методы с местным (локальным) разрушением бетона

Вэту группу включены методы контроля прочности бетона, основанные на местном (локальном) разрушении бетона в конструкции.

Метод отрыва со скалыванием основан на исполь-

зовании зависимости величины усилия, необходимого для выдергивания из бетона анкерного стержня, от прочности этого бетона:

302

где Р – усилие, при котором вырывается анкерный стержень, кН или кгс; f – аналитическая зависимость усилия от прочности бетона.

При бетонировании конструкции в местах, в которых предполагается определять прочность, устанавливают анкерные стержни и после твердения бетона их выдергивают. Если определяют прочность уже затвердевшего бетона, то в нем сверлят отверстие и вставляют анкерное устройство с разжимным конусом.

Наибольшее применение нашли два типа анкерных устройств. Первый тип – рабочий стержень с анкерной головкой (рис. 5.6, а), применяют для установки в свежеуложенный бетон.

Рис. 5.6. Анкерные устройства: а – первый тип анкера для установки в свежеуложенный бетон; б – второй тип с разжимным конусом

Второй тип – самозаанкеривающееся устройство с применением рифленых сегментных щечек и разжимного конуса (рис. 5.6, б). Такое анкерное устройство применяют для установки в просверленное отверстие при контроле затвердевшегобетона.

303

Расстояние от анкерного устройства до грани конструкции должно быть не менее 150 мм, а от места установки соседнего анкера – не менее 250 мм.

Диаметр шпура (отверстия) в бетоне для постановки анкерного устройства второго типа равен 25 мм, а глубина должна соответствовать величине, указанной в табл. 5.5.

Для изготовления шпуров необходимо применять пневматические или электрические сверлильные машинки с алмазными сверлами. Не рекомендуется применять механизмы ударного действия, поскольку при их работе на стенках отверстия возникают микротрещины и показания будут занижены. Заделка анкерных устройств должна обеспечить надежное сцепление анкера с бетоном конструкции. Анкера выдергивают переносным гидравлическим пресс-насосом ГПНВ-5, конструкция которого разработана в Донецком ПромстройНИИ под руководством И.Д. Вольфа (рис. 5.7).

ГПНВ-5 может создавать усилие в 55 кН и состоит из двух опорных ножек 9, корпуса, внутри которого имеется полость 8, соединяющая между собой ручной винтовой гидравлический насос 7, манометр 5, рабочий цилиндр 4, поршень которого с помощью штока 3 соединен с захватом 2 анкерного устройства 1. Все внутренние полости прибора заполняются моторным маслом.

Работает ГПНВ-5 следующим образом. Прибор устанавливают на поверхности бетонной конструкции, совмещая в одной плоскости обе упорные ножки и анкерное устройство, которое заранее было закреплено в бетоне, и вставляют уширение анкерного устройства в захват 2. С помощью гаек 9 выбирают все люфты и создают небольшое усилие в анкере.

304

ния. После достижения ими предельных значений в бетоне возникает разрушение по образующей конуса от растяжения и скалывания (рис. 5.8)

Рис. 5.8. Характер разрушения бетона при отрыве со скалыванием

Прочность испытанного бетона определяют по фор-

муле

где Р – усилие вырыва анкерного устройства, кH или кгс; α– коэффициент пропорциональности между усилием вырыва и прочностью бетона, определяемый по табл. 5.5; m – коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва, принимается равным 1 при крупности менее 50 мм и более. Нарушенные участки конструкции после испытания заделываются бетоном с прочностью не ниже, чем в конструкции.

Рассмотренный метод сравнительно точный, поскольку в его основе лежит прочностная характеристика бетона. К достоинству метода необходимо отнести и тот фактор, что определяется прочность бетона непосредственно в конструкции. Основными недостатками метода считаются его высокая трудоемкость как при сверлении отверстий, так и при самих испытаниях, а также невозможность ис-

306

пользования его при определении прочности бетона в сжатых элементах конструкции, поскольку происходит частичное разрушение бетона и ослабление поперечного сечения испытуемых элементов.

На практике рассмотренный метод нашел широкое применение в комплексе с другими, например, неразрушающими методами, при градуировке зависимостей косвенных характеристик от прочности бетона.

Метод скалывания ребра конструкции

В основу метода положено использование зависимости величины усилия, необходимого для скалывания ребра конструкции на определенной длине, от прочности бетона.

где Р – усилие, при котором скалывается угол, кН; f – аналитическая зависимость усилия от прочности.

307

Для проведения испытания применяют прибор ГПНВ-5 и специальное устройство, обеспечивающее приложение усилия под углом 18 % к нагружаемой поверхности (рис. 5.9). Длина скалываемого участка равна

30мм, а глубина – 20 мм.

Врезультатах испытания не учитывается, если при скалывании бетона была обнажена арматура или если фактическая глубина скалывания отличается от требуемой (20 мм) более чем на 1 мм.

Рис. 5.9. Устройство для скалывания ребра

Прочность бетона определяют по усилию скалывания, используя градуировочную зависимость (усилие скалывания – прочность).

Преимущества и недостатки метода аналогичны методу отрыва со скалыванием.

Огнестрельный метод

Используют зависимость объема разрушенного бетона в конструкции от удара о него пули, выпущенной из пистолета, от прочности этого бетона:

308

где V – объем разрушенного бетона, см3; f – графическая зависимость объема разрушенного бетона от его прочности.

Последовательность измерения прочности следующая.

Висследуемой конструкции выбирают участок размером 300× 300 мм, на котором необходимо определить прочность бетона, и в этот участок производят три выстрела из пистолета. Во время удара пули часть бетона разрушается, и образуется воронка.

Прочность бетона определяется в зависимости от объема разрушенного бетона по градуировочной кривой. Объем разрушенного бетона принимается равным объему пластилина (или другого пластичного материала), необходимого для заполнения воронки. Градуировочную кривую строят по результатам испытания контрольных кубов огнестрельным и механическим разрушающими методами.

Встесненных условиях, когда нет возможности производить стрельбу с расстояния, можно использовать насадку на ствол пистолета или взрыв электрического детонатора. Порядок определения прочности бетона и построения градуировочной кривой аналогичен приведенному выше. Огнестрельный метод сравнительно точный, слабо зависит от состава бетона, поскольку основан на использовании прочностных характеристик бетона.

К недостаткам метода следует отнести повышенную опасность для жизни испытателя, связанную с возможным рикошетом пули и повреждением осколками разрушенного бетона. Поэтому данный метод нашел широкое применение только при строительстве объектов военного назначения, где имеется опыт владения огнестрельным оружием.

309

5.4.3. Неразрушающие методы определения прочности бетона

Ранее были рассмотрены методы, основанные на полном или местном разрушении бетона.

Но имеется целая группа методов, при которых для получения косвенных характеристик нет необходимости разрушать бетон, а для их получения нужны другие воздействия. К таким воздействиям можно отнести локальный удар, вдавливание другого, более твердого тела, распространение ультразвука и другое. Методы, основанные на использовании косвенных характеристик, получаемых без разрушения бетона, называются неразрушающими.

Косвенные характеристики выбирают таким образом, чтобы они имели как можно более тесную связь своей величины с прочностью бетона, то есть

где Rс – прочность бетона на сжатие; f – функция зависимости косвенной характеристики от прочности, выраженная в аналитическом или графическом видах; Xi – величина косвенной характеристики.

Значение функции определяют экспериментально путем одновременных испытаний контрольных образцов неразрушающим и эталонным (разрушающим) методами. В качестве контрольных образцов чаще всего используют кубы с размером ребра 100 или 150 мм. За единичный показатель принимают усредненное значение пяти измерений, полученных в направлении, перпендикулярном направлению бетонирования (рис. 5.10).

310