Ветон

Разрушающие испытания. Для определения механических характеристик бетона на данный момент действует несколько основных стандартов. В ГОСТ 24452—80 регламентированы методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициент Пуассона в процессе эксплуатации при нагреве, насыщении водой, нефтепродуктами и т. п. Изложены методы изготовления (извлечения) и отбора образцов, требования к приборам и оборудованию, процедуры подготовки, проведения и обработки результатов испытаний, формы документов и т. д.

Приборы для измерения поперечных деформаций должны быть установлены по середине высоты образца нормально базам измерения продольных деформаций. Для крепления индикаторов используют приспособления в виде стальных рамок, закрепляемых на образце с помощью четырех упорных винтов — по два с противоположных сторон образца — или опорных вставок, приклеиваемых на образце (рис. 9.1). Для определения деформаций усадки и ползучести (ГОСТ 24544—81) используют установки, приведенные на рис. 9.2, 9.3. Устройство, схема которого приведена на рис. 9.2, предназначено для измерения деформаций усадки образцов с сечением размером более 40 х 40 мм и состоит из уложенной на опоры 7плоской сварной сетки 6, изготовленной из гладких арматурных стержней с ячейками размером не более 20 мм.

Пружинное испытательное устройство, схема которого приведена на рис. 9.3, состоит из стоек 4, верхней траверсы 2 и постамента 10,  образующих жесткую замкнутую раму, внутри которой размещен испытываемый образец. У спиральной пружины 6установлен переносной гидравлический домкрат 9. Средняя 5 и нижняя 7 подвижные  траверсы служат для передачи усилия, установочный винт 1 фиксирует образец до начала его загружения. С помощью домкрата 9создают сжатие предварительно протарированной спиральной пружины и заданное усилие в образце, после чего положение нижней траверсы фиксируют гайками 8, а домкрат освобождают и переносят на следующую установку.

траверсы служат для передачи усилия, установочный винт 1 фиксирует образец до начала его загружения. С помощью домкрата 9создают сжатие предварительно протарированной спиральной пружины и заданное усилие в образце, после чего положение нижней траверсы фиксируют гайками 8, а домкрат освобождают и переносят на следующую установку.

ГОСТ 24545—81 устанавливает методы испытаний на выносливость путем нагружения образцов стандартных размеров многократно повторяющейся осевой сжимающей нагрузкой, составляющей различные доли от разрушающей. Результатом испытаний является либо число циклов до разрушения образца, либо достижение бетоном заданного числа циклов многократного приложения нагрузки (база испытаний) на определенном уровне нагружения. При изучении бетонов результаты испытаний используют для построения линии регрессии выносливости, по которой оценивают бетон. Определение прочности бетона по результатам испытаний контрольных образцов выполняют по нормам (прилож. 1, п. 41). Цель испытаний состоит в измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные образцы бетона при их статическом нагру-жении с постоянной скоростью роста нагрузки и последующем вычислении напряжений при этих усилиях в предположении упругой работы материала. Нагружение образцов производят непрерывно со скоростью, обеспечивающей повышение расчетного напряжения в образце: до его полного разрушения в пределах 0,4—0,5 МПа/с при испытаниях на сжатие и 0,05 ± 0,02 МПа/с при испытаниях на растяжение. При этом время нагружения одного образца должно быть не 

менее 30 с. Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принимают за разрушающую нагрузку.

При испытании на растяжение при изгибе образцы-призмы устанавливают в испытательное устройство по схеме на рис. 9.4 и нагружают до разрушения. Если образец разрушился не в средней трети пролета или плоскость разрушения образца наклонена к вертикальной плоскости более чем на 15°, то при определении средней прочности бетона серии образцов этот результат испытания не учитывают. При испытании на растяжение при раскалывании (рис. 9.5), 

для равномерной передачи усилия на образец между стальной колющей прокладкой и поверхностью куба или между опорными плитами пресса и поверхностью образца-цилиндра допускается дополнительно устанавливать прокладку из фанеры, картона длиной не менее длины образца. Образцы-призмы последовательно раскалывают в нескольких сечениях по длине. Расстояние между сечениями раскалывания должно быть не менее половины высоты призмы. Прочность бетона следует вычислять с точностью до 0,1 МПа при испытаниях на сжатие и до 0,01 МПа при испытаниях на растяжение для каждого образца по формулам:

где F— разрушающая нагрузка, Н; А — площадь рабочего сечения образца, мм2 (см2); а,Ъ,1— соответственно ширина, высота поперечного сечения призмы и расстояние между опорами при испытании образцов на растяжение, при изгибе, мм (см); а, р, у, 8 — масштабные коэффициенты для приведения прочности бетона к прочности бетона в образцах базового размера и формы.

Таблица 9.1. Методы для определения прочности бетона по базовым образцам

По прилож. 1, п. 96, прочность бетона в серии образцов определяют как среднее арифметическое значение в серии из двух образприведенных в табл. 3 прилож. 1, п.114. При испытании методом упругого отскока расстояние от мест проведения испытания до арматуры должно быть не менее 50 мм. Испытание проводят в такой 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 гра-дуировочной 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.

Испытания методом ударного импульса проводят аналогично.

При испытании методом отрыва участки должны располагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматуры. Испытания проводят стандартными приборами (табл. 9.3) в такой последовательности: в месте приклейки диска снимают поверхностный слой бетона глубиной 0,5—1 мм и поверхность очищают от пыли; диск приклеивают к бетону так, чтобы слой клея на поверхности бетона не выходил за пределы диска (рис. 9.6); прибор соединяют с диском; нагрузку плавно увеличивают со скоростью 0,3—1 кН/с; фиксируют показание силоизмерителя прибора; измеряют площадь проекции поверхности отрыва на плоскость диска с погрешностью ±0,5 см2; определяют значение условного напряжения в бетоне при отрыве. Результаты испытаний не учитывают, если при отрыве бетона была обнажена арматура или площадь проекции поверхности отрыва составила менее 80 % площади диска.

Таблица 9.3. Характеристика приборов для методов отрыва, скалывания ребра, отрыва со скалыванием

Испытания методом отрыва со скалыванием проводят в такой 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 (табл. 9.3; прилож.1, п. 114) прибор соединяют с анкерным устройством; нагрузку увеличивают со скоростью 1,5—3 кН/с; фиксируют показание силоизмерителя прибора и глубину вырыва с точностью не менее 1 мм. Если наибольший и наименьший размеры вырванной части бетона в пределах 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 %, результаты испытаний допускается учитывать только для ориентировочной оценки прочности бетона.

Метод определения прочности бетона непосредственно в изделиях и конструкциях путем скалывания ребра, а также устройство для его реализации разработаны НИИСК. Метод основан на определении прочности R бетона неизвестного состава по усилию Р, необходимому для скалывания выступающего угла испытываемого элемента на глубину а = 2—3 см (рис. 9.7). Предложена универсальная опытная зависимость R — Рдля определения прочности тяжелого бетона различного состава с прочностью при сжатии R — 7—70 кН/см2 (рис. 9.8). Результаты испытания не учитывают, если при скалывании бетона была обнажена арматура и фактическая глубина скалывания отличалась от заданной более чем на 2 мм.

ГОСТ 17624—87 устанавливает ультразвуковой импульсный метод определения прочности тяжелого и силикатного бетона классов В7,5 — В35 на сжатие. Контроль прочности бетона конструкций проводят по прилож. 1, п. 107.

Используют способы сквозного или поверхностного прозвучивания (рис. 9.9) и экспериментально установленные градуировочные зависимости. В ГУП НИИЖБ проф. В.А. Клев-цовым разработаны также дополнительные Рекомендации по статистической оценке прочности бетона при испытании неразрушающими методами (МДС 62-1.2001), а также методические рекомендации по контролю прочности бетона монолитных конструкций ультразвуковым методом способом поверхностного прозвучивания (МДС 62-2.2001). Градуировочные зависимости рекомендовано строить по данным параллельных испытаний ультразвуковым методом и испытанию контрольных кубов (рис. 9.10), образцов, вырезанных из конструкций непосредственно перед обследованием или методом отрыва со скалыванием. Прочность бетона определяют на участках конструкций, не имеющих видимых повреждений (отслоения защитного слоя, трещин, каверн и др.) при положительной температуре бетона. 

Ультразвуковые измерения проводят с помощью приборов, предназначенных для измерения времени распространения ультразвука в бетоне и аттестованных в установленном порядке по ГОСТ 8.383—86. Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения времени распространения ультразвука на стандартных образцах, входящих в комплект прибора, не должен превышать Д = ± (0,(Ш+0,1), где t — время распространения ультразвука. Между бетоном и рабочими поверхностям ультразвуковых преобразователей должен быть обеспечен надежный акустический контакт. Способ контакта должен быть одинаковым при контроле бетона в конструкции и установлении градуировочной зависимости. Градуировочную зависимость устанавливают по результатам ультразвуковых измерений в бетонных образцах-кубах и механических испытаний тех же образцов. Механические испытания образца проводят в соответствии с нормативами (прилож. 1, п. 96) непосредственно после ультразвуковых измерений.

Число измерений времени распространения ультразвука в каждом образце должно быть равно трем при сквозном прозвучивании и четырем при поверхностном прозвучивании. Отклонение отдельного результата измерения времени распространения ультразвука в каждом образце от среднего арифметического значения результатов измерений для данного образца не должно превышать 2 %. Результаты измерения времени распространения ультразвука в образцах, не удовлетворяющих этому условию, не учитывают при расчете среднего арифметического значения скорости распространения ультразвука в данной серии образцов. При наличии в серии двух образцов, не удовлетворяющих этому условию, результаты испытаний серии бракуют.

Градуировочную зависимость устанавливают по единичным значениям скорости (времени) ультразвука и прочности бетона. За еди

ничное значение прочности бетона принимают среднюю прочность бетона в серии образцов, определенную по прилож. 1, п. 96. За единичное значение скорости (времени) ультразвука принимают среднее арифметическое значение этих величин в серии образцов, используемых для определения единичного значения прочности. Установление, проверку градуировочной зависимости и оценку ее погрешности проводят в соответствии с методикой, приведенной в обязательном прилож. 4 ГОСТ 17624—87. На каждом контролируемом участке проводят одно измерение времени распространения ультразвука при сквозном и не менее двух при поверхностном про-звучивании. В последнем случае прочность бетона определяют по среднему значению полученных результатов измерения времени распространения ультразвука.

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. Измерение времени распространения ультразвука в бетоне конструкций следует проводить в направлении, перпендикулярном уплотнению бетона и перпендикулярном направлению рабочей арматуры. Концентрация арматуры вдоль линии прозвучивания не должна превышать 5 %. Допускается прозвучивание вдоль линии, параллельной рабочей арматуре, если расстояние от этой линии до арматуры составляет не менее 0,6 длины базы. При контроле прочности бетона в конструкциях по прилож. 1, п Л07 полученное значение прочности принимают за среднюю прочность контролируемого участка конструкции.

Статистическая обработка результатов испытаний. Вне зависимости от примененного метода испытаний (разрушающего или неразру-шающего) при достаточном числе единичных значений должна выполняться статистическая обработка результатов. Это позволяет (в зависимости от целей испытаний) получить экономию цемента при назначении требуемой средней прочности при производстве бетона (в случае стабильных показателей) или принять более высокие расчетные характеристики бетона в поверочных расчетах эксплуатируемых конструкций. В соответствии с «Правилами обследования несущих строительных конструкций» (СП 13-102—2003) статистическая 

оценка прочности бетона при обследовании конструкций применима в следующих случаях:

• прочность бетона определялась на основании испытания отобранных из конструкции образцов в соответствии с ГОСТ 28570;
• прочность бетона определялась методом отрыва со скалыванием;
• прочность бетона определяется по предварительно установленным экспериментально градуировочным зависимостям, по результатам параллельных испытаний одних и тех же участков конструкций методом отрыва со скалыванием и другими методами неразрушаю-щего контроля (ультразвуковым, пластической деформации, упругого отскока или ударного импульса). При этом среднеквадратическое отклонение градуировочной зависимости не должно превышать 15 % среднего значения прочности бетона образцов или участков конструкций, использованных при построении градуировочной зависимости, а коэффициент корреляции должен быть не менее 0,7.

В случае построения градуировочной зависимости по данным параллельных испытаний одних и тех же участков методом отрыва со скалыванием и другим неразрушающим методом, среднеквадратиче-ская ошибка градуировочной зависимости определяется по формуле
где STh m — среднеквадратическая ошибка построенной градуировочной зависимости; STmoc — среднеквадратическая ошибка градуировочной зависимости метода отрыва со скалыванием, принимаемая в зависимости от глубины заделки анкера в пределах 0,04— 0,07. Класс бетона определяется по формуле
где Rm — средняя прочность бетона по результатам испытаний; tQ — коэффициент Стъюдента (табл. 9.4); V — коэффициент вариации прочности, %:
При контроле прочности бетона по образцам или методу отрыва со скалыванием среднеквадратическое отклонение прочности бетона в конструкциях или в партии конструкций вычисляют по формуле

где ST_hm — среднеквадратическая ошибка построенной градуировочной зависимости; S_Tm.o.c — среднеквадратическая ошибка градуировочной зависимости метода отрыва со скалыванием, принимаемая в зависимости от глубины заделки анкера в пределах 0,04— 0,07. Класс бетона определяется по формуле

где R_m — средняя прочность бетона по результатам испытаний; tQ — коэффициент Стъюдента (табл. 9.4); V — коэффициент вариации прочности, %:

При контроле прочности бетона по образцам или методу отрыва со скалыванием среднеквадратическое отклонение прочности бетона в конструкциях или в партии конструкций вычисляют по формуле

где R_i — прочность бетона отдельного образца или участка конструкции, испытанного методом отрыва со скалыванием; R_т — средняя прочность бетона в конструкции или партии конструкций; п — число испытанных образцов или испытанных участков в конструкции.

Таблица 9.4. Значение коэффициента Стьюдента при обеспеченности 0,95 (одностороннее ограничение)

При контроле прочности бетона в конструкции или партии конструкций неразрушающими методами по градуировочной зависимости Sm определяется следующими формулами:

в случае, когда за единичное значение прочности принимается прочность бетона на контролируемом участке

где SH M — среднеквадратическое отклонение прочности, полученное по данным испытаний неразрушающим методом; ST— среднеквад-ратическая ошибка градуировочной зависимости; г — коэффициент корреляции градуировочной зависимости; п — число участков испытаний прочности в конструкциях;

в случаях, когда в качестве единицы прочности бетона может быть принята средняя прочность бетона конструкции или части конструкции, вычисленная как среднее арифметическое значение прочности контролируемых участков конструкций

где Р — число контролируемых участков конструкции.