Определение прочности бетона методом упругого отскока

Определение прочности бетона: методы и их особенности

Прочность бетона является важнейшей характеристикой, от которой зависят эксплуатационные параметры материала. Под прочностью подразумевают способность бетона противостоять внешним механическим силам и агрессивным средам. Особенно актуальны способы определения этой величины методами неразрушающего контроля: механическими или ультразвуковым.

Правила испытания прочности бетона на сжатие, растяжение и изгиб определяются ГОСТ 18105-86. Одной из характеристик прочности бетона является коэффициент вариации (Vm), который характеризует однородность смеси.

По ГОСТ 10180—67 предел прочности бетона при сжатии определяется при сжатии контрольных кубов с размерами ребер 20 см в 28-суточном возрасте — это так называемая кубиковая прочность. Призменная прочность определяется как 0,75 кубиковой прочности для класса бетона В25 и выше и 0,8 для класса бетона ниже В25

Помимо ГОСТов, требования к расчётной прочности бетона задаются в СНиПах. Так, например, минимальная распалубочная прочность бетона незагруженных горизонтальных конструкций при пролете до 6 метров должна составлять не менее 70% проектной прочности, а свыше 6 метров – 80% проектной прочности бетона.

Механические неразрушающие методы определения прочности бетона

Неразрушающие способы бетона на сжатие основываются на косвенных характеристиках показаний приборов. Испытания прочности бетона проводятся с помощью основных методов: упругого отскока, ударного импульса, отрыва, скалывания, пластической деформации, отрыва со скалыванием.

О том, какие существуют марки бетона по прочности, в этой статье рассказывают специалисты.

Закажите лучший бетон М200 для строительства и изготовления стяжек полов, дорожек, бетонных лестниц.

Рассмотрим виды испытательных приборов механического принципа действия. Таким способом прочность бетона определяется глубиной внедрения рабочего органа прибора в поверхностный слой материала.

Принцип действия молотка Физделя основан на использовании пластических деформаций строительных материалов. Удар молотка по поверхности бетона образует лунку, диаметр которой и характеризует прочность материала. Место, на которое наносятся опечатки, должно быть очищено от штукатурки, шпатлевки, окрасочного слоя. Испытания проводятся локтевыми ударами средней силы по 10-12 раз на каждом участке конструкции с расстоянием между отпечатками не менее 3 см. Диаметр полученных лунок измеряется с помощью штангенциркуля по двум перпендикулярным направлениям с точностью до десятой миллиметра. Прочность бетона определяется с помощью среднего диаметра отпечатка и тарировочной кривой. Тарировочная кривая строится на сравнении полученных диаметров отпечатков и результатов лабораторных исследований на образцах, взятых из конструкции или изготовленных по технологиям, аналогичных примененным.

На свойствах пластической деформации основан и принцип действия молотка Кашкарова. Различие между этими приборами заключается в наличии между молотком и завальцованным шариком отверстия, в которое введен контрольный стержень. Удар молотка Кашкарова приводит к образованию двух отпечатков. Одного — на поверхности обследуемой конструкции, второго — на эталонном стержне. Соотношение диаметров получаемых отпечатков зависит от прочности исследуемого материала и контрольного стержня и не зависит от скорости и силы удара молотка. По среднему соотношению диаметров двух отпечатков с помощью тарировочного графика устанавливают прочность бетона.

Пистолеты ЦНИИСКа, Борового, молоток Шмидта, склерометр КМ, оснащенный стержневым ударником, работают, основываясь на принципе упругого отскока. Измерения величины отскока бойка проводятся при постоянной величине кинетической энергии металлической пружины и фиксируются указателем на шкале прибора. Взвод и спуск бойка происходят автоматически при соприкосновении ударника и испытуемой поверхности. Склерометр КМ имеет специальный боек определенной массы, который с помощью предварительно напряженной пружины с заданной жесткостью ударяет по металлическому ударнику, прижатому другим концом к обследуемой поверхности.

Метод испытания на отрыв со скалыванием позволяет определить прочность бетона в теле бетонного элемента. Участки для испытания подбираются таким образом, чтобы в этой зоне не было арматуры. Для проведения исследований используют анкерные устройства трех типов. Анкерные устройства первого типа устанавливаются в конструкцию при бетонировании. Для установки второго и третьего типов анкерных устройств предварительно подготавливают шпуры, высверливая их в бетоне.

Ультразвуковой метод измерения прочности бетона

Принцип действия приборов ультразвукового контроля основывается на связи, которая существует между скоростью распространения ультразвуковых волн в материале и его прочностью.

В зависимости от способа прозвучивания разделяют две градуировочные зависимости: «скорость распространения волн — прочность бетона», «время распространения ультразвуковых волн — прочность бетона».

Метод сквозного прозвучивания в поперечном направлении применяется для сборных линейных конструкций — балок, ригелей, колонн. Ультразвуковые преобразователи при таких испытаниях устанавливаются с двух противоположных сторон контролируемой конструкции.

Поверхностным прозвучиванием испытывают плоские, ребристые, многопустотные плиты перекрытия, стеновые панели. Волновой преобразователь устанавливается с одной стороны конструкции.

Для получения надежного акустического контакта между испытуемой конструкцией и рабочей поверхностью ультразвукового преобразователя используют вязкие контактные материалы типа солидола. Возможна установка «сухого контакта» с использованием конусных насадок и протекторов. Ультразвуковые преобразователи устанавливают на расстоянии не менее 3 см от края конструкции.

Способы уплотнения бетонной смеси — здесь описано, какие они бывают и какой выбрать.

Цена бетона М400 по этой ссылке, в нашем каталоге.

Приборы для ультразвукового контроля прочности состоят из электронного блока и датчиков. Датчики могут быть раздельными или объединенными для поверхностного прозвучивания.

Скорость распространения ультразвуковой волны в бетоне зависит от плотности и упругости материала, наличия в нем пустот и трещин, отрицательно влияющих на прочность и другие качественные характеристики. Следовательно, ультразвуковое прозвучивание предоставляет информацию о следующих параметрах:

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

Прибор записывает и преобразует в визуальный сигнал принимаемые ультразвуковые волны. Оснащенность контрольного оборудования цифровыми и аналоговыми фильтрами позволяет оптимизировать соотношение сигнала и помех.

Методы разрушающего контроля прочности бетона

Каждый застройщик может выбирать самостоятельно методы неразрушающего контроля, но согласно существующим СНиПам разрушающий контроль является обязательным. Способов организации выполнения требований СНиПов существует несколько.

• Контроль прочности бетона может проводиться на специально изготовленных образцах. Применяется этот метод при производстве сборных железобетонных конструкций и для выходного контроля БСГ (бетонной смеси готовой) на стройплощадке.
• Прочность бетонов может контролироваться на образцах, которые были получены способами выпиливания и вырубывания из самой конструкции. Места взятия проб определяются с учетом снижения несущей способности в зависимости от напряженного состояния. Целесообразно, чтобы эти места указывались самими проектировщиками в проектной документации.
• Испытания образцов, изготовленных на месте проведения работ в условиях, определенных конкретным технологическим регламентом. Однако укладка бетона в кубы для проведения последующих испытаний, его твердение и хранение значительно отличаются от реальных условий укладки, уплотнения и твердения рабочих бетонных смесей. Эти различия существенно снижают достоверность получаемых таким способом результатов.

Самостоятельное измерение прочности бетона

Профессиональные методы определения прочности бетона дороги и не всегда доступны. Существует способ самостоятельного проведения обследования на прочность бетонных конструкций.

Для испытаний потребуется молоток весом 400-800 г и зубило. По приставленному к поверхности бетона зубилу наносится удар средней силы. Далее определяется степень повреждения, нанесенного поверхностному слою. Если зубило оставило лишь небольшую отметину, то бетон можно отнести к классу прочности В25. При наличии более значительной зазубрины бетон можно отнести к классам В15-В25. Если зубило проникнет в тело конструкции на глубину менее 0,5 см, то образец можно отнести к классу В10, если более 1 см — к классу В5. Класс или марка бетона по прочности — это основной показатель качества бетонной смеси, которые определяют среднюю прочность бетона. Например, средняя прочность бетона В30 (М400) составляет 393 кгс / см2.

Ориентировочно определить прочность бетона Rб в на 28 сутки в МПа можно по формуле Боломея-Скрамтаева, которая является основным законом прочности бетона. Для этого необходимо знать марку примененного цемента — Rц и цементно-водное соотношение — Ц/В. Коэффициент А при нормальном качестве заполнителей равен примерно 0,6.

При этом набор прочности бетона во времени подчиняется формуле

n = Марочная прочность *(lg(n) / lg(28)) , где n не менее 3 дней,

на 3 сутки бетон набирает около 30% марочной прочности, на 7 сутки — 60-80%, а 100% предел прочности достигается на 28-е сутки. Дальнейшее повышение прочности бетона происходит, но очень медленно. Согласно СНиП 3.03.01-87, уход за свежим бетоном продолжается до набора 70% прочности или до другого срока распалубливания.

Методы самостоятельного определения прочности бетонных конструкций просты и экономичны. Однако в случае строительства важных объектов целесообразно обратиться к услугам специализированных лабораторий.

Определение прочности бетона

Определение прочности бетона при обследовании зданий и сооружений

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 10180-2012), 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 разделены на три группы:

1. Разрушающие;
2. Прямые неразрушающие;
3. Косвенные неразрушающие.

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 прибегают довольно редко. Основными причинами этого являются существенное нарушение целостности конструкций и высокая стоимость исследований.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

В основном применяются методы неразрушающего контроля. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-2012, методы ударного импульса и упругого отскока по ГОСТ 22690. 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 том числе приведенные в списке литературы [1,2]. В табл. 1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона [3].

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 корреляционнорегрессионным 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.

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

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.

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 [2]. Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рассмотрим прямые методы контроля.

К данной группе по ГОСТ 22690-2015 относится три метода:

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

Контроль прочности бетона методом 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 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 [5, 6] 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.

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

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 [7]:

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

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 применяемый в европейских странах, в нашей стране не используется. Другим отрицательным фактором является необходимость сверления борозды, что дополнительно снижает производительность контроля.

Контроль прочности 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:

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 на любом 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.

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.

Контроль прочности бетона методом 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:

где m — коэффициент, учитывающий крупность заполнителя.

Таблица 2. Сравнительные характеристики прямых методов неразрушающего контроля

Неразрушающие испытания бетона

Испытание готовых бетонных конструкций на сжатие, является одним из факторов оценки состояния зданий и сооружений. С помощью тех или иных технологий проверяется фактическая прочность нового или старого бетонного сооружения.

По результатам испытаний принимается решение о возможности дальнейшей эксплуатации конструкции, возможности ее ввода в эксплуатацию, необходимости усиления и т.п. Неразрушающие испытания бетона – самый популярный и перспективный вид проверки прочности, характеризующийся высокой производительностью, приемлемой точностью, низкой трудоемкостью, невысокой себестоимостью и простотой.

Технологии неразрушающего контроля прочности бетона

Все существующие технологии неразрушающего контроля, регламентированные ГОСТ 22690-2015 основаны на механическом воздействии на поверхность бетона. В отличие от проверки прочности по методике разрушения образцов, технологии неразрушающего контроля являются косвенными.

Фактическую прочность материала определяют по специальным таблицам, составленным на основе эмпирических данных. Отдельной строкой идет технология определения прочности с помощью ультразвуковых волн по ГОСТ 17624-2012.

В этом случае используются специальный прибор, излучающий ультразвуковые волны и измеряющий время и скорость их распространения в толще бетона. Истинную прочность материала определяют по экспериментально установленным зависимостям. Использование показывающих (прочность материала) приборов, действующим ГОСТом не допускается. Это наиболее точный метод неразрушающего контроля.

Виды испытаний бетона неразрушающим методом ГОСТ 22690-2015:

• Упругий отскок. Измеряется значение величины обратного отскока средства измерения после удара о поверхность испытуемой конструкции. Для измерения величины отскока применяют склерометр Шмидта и его аналоги. Количество измерений на участке поверхности для расчета средней величины – 9. Минимальная толщина бетона – 0,1м.
• Пластическая деформация. Измеряются габариты следа от шарика, образовавшегося после удара рабочей частью молотком Кашкарова. Самый простой и дешевый метод. Количество измерений – 5. Минимальная толщина конструкции, при которой разрешено определять прочность данным методом – 0,07 м.
• Ударный импульс. Измеряется значение величины энергии удара в момент удара бойка средства измерения об испытуемую поверхность. Используются приборы: ИПС МГ 4.03, ОНИКС ОС, ОНИКС-2,5. Количество измерений – 10. Минимальная толщина конструкции – 0,05 м.
• Отрыв образца. Измеряется сила напряжения отрыва стального диска приклеенного к бетону. Вследствие сложности технологии, в последнее время используется очень редко. Измерительное оборудование, приборы: ПОС-30-МГ4 и ПОС-50-МГ4. Количество измерений – 1. Минимальная толщина бетона 0,05 м.
• Отрыв образца со скалыванием или скалывание ребра изделия. Измеряется числовое значение силы необходимой для скалывания кусочка ребра или вырыва специального анкера. Самое точное испытание бетона неразрушающим методом. Рекомендуется использовать приборы: ПОС-50МГ4 «Скол», ГПНВ-5, ГПНС-4. 2.6. Количество измерений – 1. Минимальная толщина конструкции – 0,05 м. Глубина заделки анкера: 30, 35, 40 и 48 мм в зависимости от прибора измерения.

Примечание. Измерения осуществляются на участке бетона площадью от 0,1 до 0,9 м2.

Испытание бетона методом неразрушающего контроля ГОСТ 17624-2012

Суть технологии заключается в измерении времени и скорости распространения ультразвуковых волн в толще конструкции или железобетонного изделия. Существует две методики: сквозное прозвучивание и поверхностное прозвучивание.

В первом случае излучатель УЗ-волн и приемник волн располагают с разных сторон проверяемой конструкции.

Во втором случае, излучатель и приемник расположены с одной стороны на определенном расстоянии, регламентированном Гостом как база прозвучивания. Первый вариант применяется для определения прочности тела бетона, а второй для определения прочности бетона в поверхностном слое.

Ультразвуковой метод единственный из видов испытаний бетона на прочность неразрушающим методом, который позволяет получить более-менее точное значение прочности на сжатие не только поверхностного слоя, но толщи сооружения. Приборы для определения прочности ультразвуковым прозвучиванием: УК1401, Бетон-32, УК-14П, УКС-МГ4, УКС-МГ4С.

Виды испытаний. Таблица значений.

Каждому виду технологии неразрушающего контроля прочности соответствует определенный рекомендованный диапазон прочности на сжатие. Максимальный диапазон измерения прочности регламентируется результатами, полученными эмпирически и производителями средств измерения. Для удобства выбора вида испытаний, сводим диапазоны и погрешности измерений в таблицу.

Неразрушающие методы контроля прочности бетона

Рубрика: Технические науки

Статья просмотрена: 28666 раз

Библиографическое описание:

Бербеков Ж. В. Неразрушающие методы контроля прочности бетона // Молодой ученый. — 2012. — №11. — С. 20-23. — URL https://moluch.ru/archive/46/5697/ (дата обращения: 12.11.2019).

В статье ставится задача рассмотреть методы контроля прочности бетона, при которых последний не теряет свои эксплуатационные качества и не нарушается целостность изделия. Выявлена и обоснована необходимость использования неразрушающих методов контроля прочности, описаны принципы проведения испытаний.

Ключевые фразы: бетон, прочность бетона, неразрушающий контроль, методы испытаний, ударный, скол, ультразвуковой.

Бетон — строительный материал, искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент или др.), заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки. Смесь этих материалов до затвердевания называют бетонной смесью. Зерна песка и щебня составляют каменную основу бетона. Цемент­ное тесто, образующееся после затворения бетонной смеси водой, обво­лакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет вначале роль смазки заполнителей, придающей подвижность (текучесть) бетонной смеси, а впоследствии, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень — бетон. Бетон в сочетании со стальной арматурой называют железобетоном.

Неразрушающий контроль — контроль свойств и параметров объекта, при котором не должна быть нарушена пригодность объекта к использованию и эксплуатации. Неразрушающий контроль особенно важен при создании и эксплуатации жизненно важных изделий, компонентов и конструкций.

При проведении определения прочности бетона с помощью методов неразрушающего контроля необходимо учитывать, что все эти методы являются косвенными. Выделить какой-то один метод нельзя, все они обладают своими достоинствами, недостатками и ограничениями в применении. Поэтому лаборатория оснащена приборами неразрушающего контроля, позволяющими использовать все методы. На начальном этапе существования здания обычно осуществляется контроль соответствия проекту линейных размеров и отсутствия их существенных отклонений от нормативных значений. Для этого применяются линейки, рулетки, нутромеры, скобы, штангенциркули, щупы микроскопы и другой специальный инвентарь. Для замеров отклонений конструкций от вертикали и горизонтали обычно используются нивелиры, теодолиты и поверочные линейки. В существующем здании оценка прочностных показателей конструктивных единиц обычно осуществляется двумя способами. Первый основывается на нагружении конструкции вплоть до ее разрушения, и, таким образом, определяется предельная несущая способность. Однако применение такого метода является, по понятным причинам, экономически нецелесообразным. Гораздо более привлекательны в этом плане неразрушающие методы, которые подразумевают применение для оценки состояния конструкций специальных приборов. В этом случае обработка полученных результатов измерений осуществляется при помощи компьютерных программ, что позволяет получить значительную достоверность конечных характеристик. Наиболее весомым фактором, определяющим метод и средства измерения и контроля, является предельно допустимая погрешность измерений. Так же немаловажно удобство проведения работ, простота обработки результатов. Основой неразрушающих методов являются косвенные характеристики, такие как отпечаток на бетоне; энергия, затраченная на удар; напряжение, приведшее к местному разрушению бетона. Рассмотрим подробнее часто применяемые методы неразрушающего контроля для основных строительных материалов.

Методы местных разрушений

Это самые точные из методов неразрушающего контроля прочности, поскольку для них допускается использовать универсальную градуировочную зависимость, в которой изменяются всего два параметра:

1) крупность заполнителя, которую принимают равной 1,0 при крупности менее 50 мм и 1,1 при крупности более 50 мм;

2) тип бетона – тяжелый либо легкий.

Метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции заключаются в регистрации усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции, либо местного разрушения бетона в процессе вырывания из него анкерного устройства.

Метод отрыва со скалыванием является единственным неразрушающим методом контроля прочности, для которого в стандартах прописаны градуировочные зависимости. Метод отрыва со скалыванием характеризуется наибольшей точностью, но и наибольшей трудоемкостью испытаний, обусловленной необходимостью подготовки шпуров для установки анкера. К недостаткам метода следует отнести также невозможность использования в густоармированных и тонкостенных конструкциях.

Метод отрыва стальных дисков может быть использован при испытании бетона в густо-армированных конструкциях, когда метод отрыва со скалыванием, а нередко и метод скалывания ребра конструкции (с учетом его ограничений) не могут быть использованы. Он точен и менее трудоемок по сравнению с методом отрыва со скалыванием. К недостаткам метода следует отнести необходимость наклеивания дисков за 3-24 часа до момента испытания (в зависимости от применяемого клея).

Метод скалывания ребра конструкции используется главным образом для контроля линейных элементов (сваи, колонны, ригели, балки, перемычки и т.п.). В отличие от методов отрыва и отрыва со скалыванием, он не требует подготовительных работ. Однако при защитном слое менее 20мм и повреждениях защитного слоя метод неприменим.

Метод отрыва стальных дисков заключается в регистрации напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве от него металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска. В настоящее время метод используется крайне редко. Недостатки методов местных разрушений: повышенная трудоемкость; необходимость определения оси арматуры и глубины ее залегания; невозможность использования в густоармированных участках; частично повреждает поверхность конструкции.

Методы ударного воздействия на бетон

Самый распространенный метод контроля прочности бетона из всех неразрушающих — метод ударного импульса.

Метод ударного импульса заключается в регистрации энергии удара, возникающей в момент соударения бойка с поверхностью бетона.

Приборы, использующие данный метод, отличаются небольшим весом и компактностью, а определение прочности бетона методом ударного импульса является достаточно простой операцией. Результаты измерений выдаются в единицах измерения прочности на сжатие. Также с их помощью можно определять класс бетона, производить измерение прочности под различными углами к поверхности объекта, переносить накопленные данные на компьютер.

Ударные импульсы – это ударные волны малой энергии, генерируемые подшипниками качения вследствие соударений и изменений давления в зоне качения этих подшипников в течение всего срока службы подшипников и распространяющиеся в материалах деталей подшипника, подшипникового узла и прилегающих к ним деталей.

Основные задачи применения метода ударных импульсов:

— получение заблаговременного предупреждения об ухудшении условий смазки подшипников для осуществления своевременной замены смазки по ее фактическому состоянию;

— получение заблаговременного предупреждения об ухудшении условий работы подшипников вследствие различных внешних воздействий для принятия своевременных мер по устранению этих воздействий (например, перегрузки, существенного дисбаланса, несоосности и т.п.);

— получение заблаговременного предупреждения о появлении дефектов подшипников для планирования своевременных замен подшипников;

— сведение к минимуму простоев оборудования;

— сведение к минимуму рисков отказов оборудования и обеспечение надежности его работы.

Метод упругого отскока заключается в измерении величины обратного отскока ударника при соударении с поверхностью бетона. Типичным представителем приборов для испытаний по этому методу является склерометр Шмидта и его многочисленные аналоги. Метод упругого отскока, как и метод пластической деформации, основан на измерении поверхностной твердости бетона.

Метод упругого отскока заимствован из практики определения твердости металла. Для испытания бетона применяют приборы, называемые склерометрами, представляющие собой пружинные молотки со сферическими штампами. Молоток устроен так, что система пружин допускает свободный отскок ударника после удара по бетону или по стальной пластинке, прижатой к бетону. Прибор снабжен шкалой со стрелкой, фиксирующей путь ударника при его обратном отскоке. Энергия удара прибором должна быть не менее 0,75 Н-м; радиус сферической части на конце ударника – не менее 5 мм. Проверку (тарировку) приборов проводят после каждых 500 ударов.

При проведении испытаний после каждого удара берут отсчет по шкале прибора (с точностью до одного деления) и записывают в журнал. Требования к подготовке участков для испытаний, к расположению и количеству мест удара, а также к экспериментам для построения тарировочных кривых такие же, как в методе пластической деформации.

Метод пластической деформации основан на измерении размеров отпечатка, который остался на поверхности бетона после соударения с ней стального шарика. Метод устаревший, но до сих пор его используют из-за дешевизны оборудования. Наиболее широко для таких испытаний используют молоток Кашкарова. Принцип действия прост. В молоток вставляется металлический стержень определенной прочности, после чего прибором наносят удар по поверхности бетона. С помощью углового масштаба измеряют размеры отпечатков, получившихся на бетоне и стержне. Прочность бетона определяется из соотношения размеров отпечатков (прочность стержня известна).

Приборы, применяемые для испытания методом пластических деформаций, основаны на вдавливании штампа в поверхность бетона путем удара или статического давления заданной силы. Устройства статического давления применяют ограниченно. Приборами ударного действия служат пружинные и ручные молотки со сферическим штампом (шариком) и приборы маятникового типа с дисковым или шариковым штампом. Твердость стали штампов приборов ударного действия должна быть не менее HRC 60, шероховатость — Ra Литература:

ГОСТ 18105-86 Бетоны. Правила контроля прочности бетона. Государственный стандарт союза ССР. 07.10.2007;

ГОСТ 24452-80 Бетоны. Методы испытаний. Государственный стандарт союза ССР. 07.10.2007;

Баженов Ю. М. Технология бетона: учебное пособие для технологических специальностей строительных вузов. Издательство «Высшая школа». 1979

Баженов Ю.М., Алимов Л.А., Воронин В.В. и др. Технология бетона, строительных изделий и конструкций. — М.: Изд-во АСВ, 2004;

Жуков А.Д. Универсальный справочник прораба. Изд-во НТС «Стройинформ», 2006;