Метрология стандартизация и сертификация в строительном материалове

В Самарской государственной архитектурно-строи- тельной академии под руководством В.А. Зубкова разработан метод ударного импульса, позволяющий учитывать как пластические, так и упругие свойства бетона.

Сущность метода заключается в следующем. Боек 1 (рис. 5.18), имеющий сферическую поверхность ударника, под действием пружины 2 ударяется о поверхность бетона 3, при этом вся энергия удара (не считая тепловых потерь) расходуется на упругие и пластические деформации бетона. Врезультате пластических деформаций образуется лунка, а в результате упругих – возникает реактивная сила F.

Чем выше пластические свойства бетона, тем большая часть энергии удара расходуется на пластические деформации, увеличивается время действия удара и уменьшаются прочностные свойства бетона. И наоборот, чем выше упругие свойства, тем более возрастает величина силы F, сокращается время действия удара и увеличивается

Рис. 5.18. Схема работы бойка прибора ИП-1: а – конструкция бойка: 1 – масса бойка; 2 – пружина; 3 – исследуемый бетон; 4 – электромеханический преобразователь; б – формы электрического импульса: 1 – при ударе о бетон прочностью 25 МПа; 2 – то же прочностью 10 МПа

331

прочность бетона. Следовательно, при нормированном ударе величина реактивной силы F и длительность действия удара могут служить показателями прочности (твердости) материала, по которому наносится удар. Однако замерить силу F и время действия удара прямым путем технически сложно.

Для измерения этих величин в конструкцию бойка включен электромеханический преобразователь 4 (см. рис. 5.18) (пьезоэлектрический или магнитострикционный), который механическую энергию удара преобразует в электрический импульс. Амплитуда А будет пропорциональна силе F, а время t пропорционально длительности действия удара. На рис. 5.18, б приведены формы электрических импульсов при ударе бойка о бетон прочностью 25 и 10 МПа. Следовательно, амплитуда А и время t могут служить косвенными характеристиками прочности бетона,

Поскольку косвенные характеристики учитывают как упругие, так и пластические свойства бетона, в отличие от ранее рассмотренных методов данная функция носит практически линейный характер и слабо зависит от состава бетона, что позволило впервые в отечественной практике разработать прибор ИП-1, который выдает результаты в единицах прочности (кг/см2 или МПа). На строительных площадках и заводах ЖБИ прибор ИП-1 известен как «пистолет В.А. Зубкова».

Прибор имеет форму пистолета (рис. 5.19) и состоит из ствола, внутри которого свободно перемещается боек

332

с электромеханическим преобразователем, рычагом взвода и фиксатором. Боек поджат пружиной, усилие сжатия которой регулируется. В ручке прибора находятся четыре элемента питания А-343. Обработка электрического сигнала осуществляется электронной схемой.

Рис. 5.19. Конструкция прибора ИП-1 (пистолета В.А. Зубкова): 1 – корпус; 2 – боек с электромеханическим преобразователем; 3 – блок электронных плат; 4 – цифровой индикатор прочности бетона, МПа; 5 – элементы питания

ИП-1 работает следующим образом. Выключателем включают питание, при этом на цифровом индикаторе высвечивается произвольное трехразрядное число. С помощью рычага взвода сжимают пружину, и в таком состоянии боек фиксируется. В это время показания индикатора устанавливаются на ноль. Далее прибор прикладывают к поверхности железобетонной конструкции и нажатием на спусковой крючок производят удар бойка о бетон. Электромеханический преобразователь вырабатывает электрический импульс, форма его анализируется электронной схемой, и в зависимости от амплитуды и длительности сигнала оп-

333

ределяется прочность, которая регистрируется цифровым индикатором. На одно измерение, с учетом записи в журнал, требуется не более 5 секунд.

Для повышения надежности результатов за единичный показатель прочности принимают усредненное значение из пяти измерений, при этом выброс в большую или меньшую стороны не учитывают. Это означает, что боек ударился в щебень или раковину.

Настройку прибора производят путем одновременных испытаний кубов прибором ИП-1 и на прессе. Результаты таких испытаний приведены на рис. 5.20.

Рассмотренный способ определения прочности бетона и конструкция прибора защищены патентами России.

Рис. 5.20. Результаты испытаний кубов с ребром 100 мм прибором ИП-1 и на прессе

Производство прибора ИП-1 организовано в Самарской государственной архитектурно-строительной академии по заявкам строительных организаций.

334

К достоинствам метода следует отнести его оперативность, низкие трудозатраты, удобство в работе, отсутствие сложных вычислений, слабую зависимость от состава бетона.

Недостатком метода является определение прочности в поверхностном слое бетона глубиной до 50 мм.

Каждый из рассмотренных методов имеет свои достоинства и недостатки. Грамотный специалист должен квалифицированно принять решение, каким методом пользоваться для оценки прочности бетона на его объекте. Более подробно методы определения прочности бетона приведены в [7].

5.4.4. Оценка прочности и однородности бетона

По своей природе бетон является неоднородным материалом, то есть прочностные характеристики бетона одного и того же состава могут значительно различаться. Это зависит от однородности составляющих материалов, качества дозировки, степени уплотнения, режима тепловой обработки и т.д.

Однородность бетона влияет на несущую способность и надежность конструкций и сооружений в целом. Поэтому однородность является одной из основных характеристик и показателей качества строительных конструкций. В конструкциях она характеризуется среднеквадратичным отклонением прочности бетона σу и коэффициентом вариации прочности.

Согласно ГОСТ 21217 однородность бетона Sk и коэффициент вариации V определяют следующим образом:

335

– для отдельной конструкции:

– для партии конструкций при выборочном контроле:

В целом значения среднеквадратичного отклонения прочности бетона Sn и коэффициента вариации определяют с учетом погрешности при построении градуировочной кривой,

336

где Sk, Sm, Sn – соответственно среднеквадратичное отклонение прочности бетона для отдельной конструкции, партии конструкций и в целом за определенный промежуток времени; Vl, Vm, Vn – коэффициенты вариации прочности бетона соответственно для отдельной конструкции, партии конструкций; Sn – усредненное значение квадратичного отклонения прочности бетона по всем партиям; Sm – среднее квадратичное отклонение прочности по градуировочной зависимости (5.33); rn – средняя прочность бетона по всем партиям за анализируемый период; Rn – средняя прочность бетона в конструкциях одной партии; R1n – средняя прочность бетона в одной конструкции; n – число контролируемых участков в одной конструкции; N – число контролируемых участков во всех конструкциях одной партии; Rin – прочность бетона в одном i-м участке одной конструкции; RiN – прочность бетона в одном i-м участке во всей партии конструкций.

Оценку однородности бетона по прочности на предприятиях сборного железобетона и на стройках следует производить отдельно для каждого вида конструкций и для каждого технологического комплекса.

Однородность прочности бетона для партии или отдельных конструкций в контролируемом возрасте признается удовлетворительной, если коэффициент вариации не превышает 20 %. Если коэффициент вариации превышает 20 %, то необходимо срочно принимать меры к отладке технологических режимов, проверить качество поступаемых материалов, а вопрос об использовании конструкций, изготовленных с повышенной неоднородностью бетона, необходимо решать с той организацией, которая их проектировала.

337

Однородность бетона в значительной степени зависит от культуры производства на заводах ЖБИ и строительных площадках, от соблюдения технологического режима. Так, при монолитном домостроении, при плохо подобранном составе бетона его однородность по высоте колонны может превышать 20 % в результате расслаивания бетонной смеси. Величина однородности бетона влияет на требуемую среднюю его прочность.

5.4.5. Особенности определения прочности бетона при обследовании и реконструкции зданий и сооружений

Практически при всех обследованиях зданий и сооружений одной из задач является определение фактической прочности бетона. Решить эту задачу в данном случае значительно сложнее, чем если бы она решалась во время строительства. Сложность заключается в том, что с момента изготовления конструкций и до их обследования проходит некоторое время, иногда более 50 лет, и за этот срок в бетоне произошли различные деструктивные изменения. В большинстве случаев неизвестны состав бетона, технология его приготовления, способы уплотнения и способы термовлажностной обработки. Отсутствие таких показателей затрудняет, а иногда делает невозможным определение градуировочных зависимостей величин косвенных характеристик от прочности обследуемого бетона. За время, прошедшее с момента изготовления конструкции до ее обследования, прочность бетона может увеличиться за счет продолжения гидратации цемента или уменьшиться вследствие сульфатной коррозии или воздействия агрессивных

338

сред. Эти обстоятельства необходимо учитывать при выборе метода контроля.

Каждое обследование сугубо индивидуальное и зависит от характера объекта, его назначения. Поэтому очень сложно разработать типовые методики оценки фактической прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях. Сложность заключается еще и в том, что, как правило, работа по обследованию проводится на действующих предприятиях с различными технологиями и температурновлажностными режимами. Потребность в проведении работ по обследованию в последнее время возрастает, что связано с изменением технологии производства и реконструкцией зданий и сооружений.

Большой опыт, накопленный авторами при обследовании строительных объектов, позволил разработать некоторые рекомендации по определению фактической прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях. Эти рекомендации неоднократно проверены при многочисленных обследованиях зданий и сооружений гражданского, социального и производственного назначения.

Обследование начинается с предварительного изучения проектно-технической документации, актов скрытых работ, актов приемной комиссии, заключений по предыдущим обследованиям, режимов эксплуатации и наличия агрессивных сред. Определяют проектную прочность бетона в конструкциях, способы их изготовления, используемую технологию, состояние бетона и наличие коррозии и, если это возможно, поднимают архивные документы по составу бетона и результатам его испытания.

Получив некоторые сведения о бетоне и способах изготовления конструкций, можно приступать непосредст-

339

венно к определению прочности бетона. Руководствуясь рекомендациями, приведенными в разделе 4.4, назначают участки, в которых предполагается определять прочность бетона. С помощью шлифовальной машинки на выбранных участках удаляют поверхностный слой на площади 200× 200 мм и обнажают структуру бетона. Глубина шлифовки составляет 3–4 мм и зависит от степени карбонизации бетона, которую определяют известными способами.

Далее выбирают один из рассмотренных выше методов или комплекс из двух-трех методов для определения прочности бетона. Этот этап обследования очень важный, поскольку от него зависят точность контроля и степень трудоемкости. На выбор метода влияют несколько факторов, к основным из которых можно отнести доступность участков, полноту собранной информации, состояние бетона и тот факт, отличается ли прочность бетона в поверхностном слое от прочности бетона, расположенного в середине сечения. Последний фактор можно оценить только ультразвуковым импульсным методом путем поверхностного прозвучивания на базе 115 мм при частоте колебания 60 кГц и сквозного прозвучивания с соосным или диагональным расположением преобразователей. Если скорость ультразвука при поверхностном прозвучивании выше, чем при сквозном, то можно предположить, что прочность бетона в поверхностном слое больше, чем в середине сечения. В этом случае необходимо отдать предпочтение ультразвуковому методу с соосным расположением преобразователей, который учитывает состояние бетона по всему сечению.

Если скорость ультразвука в поверхностном слое равна или ниже, чем в середине сечения, можно принять

340