Отбор и испытания образцов и материалов из конструкций

В процессе обследования отбирают образцы бетона и стали для проведения в лабораторных условиях физико-механических и физико-химических исследованиях. Для оценки степени агрессивных воздействий отбирают также пробы грунтов, грунтовых вод, пыли, технической воды и др.

Количество образцов бетона, отбираемых для дальнейших физико-химических исследований, должно составлять не менее трех из каждой генеральной совокупности. Кроме того, дополнительно отбирают образцы (не менее трех) на участках, где состояние конструкций отличается от состояния основной массы однотипных элементов.

Если по результатам определения показателей (глубины нейтрализации, величины рН и т. д.) значения, установленные на основе испытаний трех образцов одной партии, отличаются между собой более чем на 30 %, из этой конструкции дополнительно отбирают не менее шести образцов.

Количество образцов арматурной стали, отбираемых для лабораторных исследований (с целью контроля класса стали), должно составлять не менее трех для каждого проверяемого класса арматуры, примененного при строительстве объекта. Для определения прочностных и деформативных характеристик арматуры неизвестного класса число образцов должно быть не менее десяти. Длина вырезаемых стержней должна быть не менее / = + 200 мм, где d—диаметр арматуры.

Отбор образцов арматуры и стружки для химического анализа производится на участках конструкций с возможно меньшими напряжениями с последующим восстановлением площади сечения стержней накладками. Стружку отбирают, как правило, с помощью ручной электродрели после тщательной зачистки поверхности до металлического блеска в соответствии с прилож. 1, п. 48. Если из существующих элементов извлекают образцы арматуры, стружку рекомендуется отбирать из этих образцов указанной выше длины; допускается отбор отрезков меньшей длины с последующим изготовлением образцов.

При отборе образцов арматуры классов А-II и А-III для испытания на растяжение из сварных каркасов рекомендуется выбирать отрезки стержней арматуры с включением участков поперечной приварки с целью выявления влияния сварки на прочностные деформа-тивные свойства арматуры. Образцы с участками сварки особенно желательны при наличии коррозии арматуры.

Отбор образцов бетона из существующих конструкций производится отколом, выпиливанием или высверливанием. Для выпиливания используют участки конструкций без арматуры.

Метод извлечения образцов выбирают в зависимости от вида испытания, массивности сооружения и наличия инструментов, способных обеспечить извлечение образцов и целостность исследуемой конструкции.

Глубина отбора проб бетона назначается с учетом результатов колориметрических испытаний. Размер проб должен выбираться с учетом максимальной крупности заполнителя.

Взятые пробы бетона для химических исследований должны сразу помещаться в полиэтиленовые пакеты или бюксы и герметизироваться. Масса каждого образца назначается в зависимости от видов намеченных исследований.

При определении прочности бетона ультразвуковым методом, методом пластической деформации или упругого отскока требуется обязательная привязка градуировочных зависимостей параллельным испытанием отобранных образцов или методом местных разрушений для конкретных групп или участков конструкций.

Оценка однородности бетона и области скрытых дефектов производится ультразвуковым методом согласно прилож. 1, п. 77.

Фактическая прочность в зависимости от состояния бетона для группы однотипных конструкций, одной конструкции или отдельной ее зоны определяется из среднего значения (ускоренная оценка) конкретных испытаний бетона.

Среднее значение прочности бетона вычисляется как среднее арифметическое конкретных испытаний бетона:

При ускоренной оценке прочности бетона, исходя из средней прочности, должно выполняться условие:

(R_{i max} - R_{i min})/R ≤ Q,             (6.4)

где q — коэффициент, учитывающий объем испытаний.

Если условие (6.4) не выполняется, рекомендуется увеличить количество испытаний или исключить из расчета максимальную прочность.

При достаточном для статистической оценки прочности бетона объеме испытаний, кроме среднего значения прочности вычисляется среднеквадратичное отклонение:

Тогда условный класс бетона по прочности на сжатие определяется по формуле

B' = R-p>S,

где р — коэффициент, учитывающий число единиц прочности бетона, определяется по нижеприведенным данным:

n.......... 9 10 11 12 15 20 30 ;>50

а......... 2,58 2,50 2,44 2,39 2,28 2,16 2,04 1,94

При лабораторных исследованиях образцов, отобранных из железобетонных конструкций, определяют: прочность, влажность, водопо-глощение и пористость бетона; щелочность бетона, водораствори-мость компонентов, содержание ионов SO 4, С1 и других веществ; расчетные параметры стальной арматуры.

Определение прочности бетона производят испытанием на сжатие образцов, извлеченных из конструкций (кубов, цилиндров).

Результаты испытания приводят к кубиковой прочности бетона умножением на коэффициент, определяемый по соотношению прочности бетона кернов (соответствующих по форме и размерам кернам, отобранным из конструкций), высверленных из кубов, и прочности самих кубов.

Отобранные из конструкций образцы бетона для определения его водопоглощения и пористости в зависимости от крупности зерен заполнителя должны иметь следующую массу:

Наибольший размер зерен заполнителя, мм. . . . 10 20 40

Масса пробы, r..................... 100 200 400

Дифференциальный термический анализ производят на пирометрах ФПК или скоростных установках типа УТА. Фазовый рентгеновский анализ выполняют на дифрактометрах УРС с гониометром типа ГУР. Для каждого исследуемого участка образца производится 3—5 определений.

Оптико-микроскопические исследования выполняют на прозрачных плоскопараллельных шлифах с целью количественной и качественной оценки структуры цементного бетона, для чего планиметрическим путем определяют процентное содержание пор и трещин размером не менее 10~3 см, негидратированных частиц вяжущего и продуктов коррозии вне зависимости от состава в соответствии с прилож. 1, п. 102. Для исследований используют микроскопы типа МБК-6 и др.

Определение в растворной части бетона количества ангидрида серной кислоты SO3, связанного цементным камнем, выполняется ионообменным методом.

Определение водорастворимых компонентов производится путем растворения приготовленного материала в дистиллированной воде.

Характер пористости оценивают сравнением дифференциального распределения наблюдаемых пор по размерам.

Установление марки стали и способа ее выплавки (спокойная, полуспокойная, кипящая) производят по результатам химических анализов. При этом определяют содержание в стали углерода, марганца, кремния, серы и фосфора. В отдельных случаях определяют содержание других компонентов.

Марку стали, по данным химического анализа, устанавливают в соответствии с прилож. 1, п. 93.

Испытания извлеченных образцов арматуры проводят в соответствии с прилож. 1, п. 97.

Прочность арматуры определяется по ее профилю или по результатам испытаний образцов, вырезанных из обследуемой конструкции.

Профиль арматуры устанавливается с помощью радиографического метода или вскрытием. Расчетное сопротивление арматуры в этом случае для выполнения поверочных расчетов принимается для гладкой арматуры 155 МПа, для арматуры периодического профиля при профиле «винтом» — 245 МПа, а при профиле «елочкой» — 295 МПа.

При ориентированном определении класса арматуры по ее профилю количество участков вскрытий арматуры одного диаметра должно быть не менее четырех, а при наличии коррозионных повреждений — восьми.

Нормативное и расчетное сопротивления арматуры по результатам испытаний вырезанных образцов устанавливаются в зависимости от их количества. Если количество испытанных образцов одного диаметра и профиля менее пяти, они определяются по данным прилож. 1, п. 22,23 в зависимости от класса арматуры, который устанавливается по данным испытаний вырезанных стержней по табл. 6.18 и 6.19.

Таблица 6.18. Сопоставительные параметры стержневой арматурной стали разных классов

Таблица 6.19. Сопоставительные параметры проволочной арматурной стали разных классов

При количестве вырезанных стержней 5—8 нормативное сопротивление арматуры может приниматься равным средним опытным значениям предела текучести (или условного предела текучести), деленным на коэффициенты: К—1,1 — для классов A-I, A-II, A-III, А-IIIв, А-IV и К=1,2 —для остальных классов. При этом среднее значение предела текучести (условного предела текучести) определяется по формуле

где    - среднее арифметическое значение результатов испытаний вырезанных образцов; п — количество результатов; S — среднеквадратическое отклонение результатов определения предела текучести (условного предела текучести), определяемое по формуле

t—коэффициент, учитывающий количество результатов и принимаемый по данным, приведенным ниже:

N........ 5 6 7 8 9 12 15 20 25 30 40 >50

t......... 2,13 2,02 1,94 1,89 1,86 1,80 1,76 1,73 1,71 1,70 1,68 1,67

Степень коррозии арматуры оценивают по характеру продуктов коррозии (сплошная, язвенная, пятнами, тонким налетом, слоистая, цвет и плотность), площади поражения поверхности (в процентах от общей вскрытой поверхности), глубине коррозионных поражений. Последнюю определяют при относительно равномерной коррозии разностью (средней) проектного и фактического диаметров арматуры, деленной на два; при язвенной коррозии глубину язв измеряют иглой индикатора. Если поверхность стержня поражена большим количеством язв, начальное положение стрелки индикатора можно установить с помощью калиброванной пластинки (например, лезвия безопасной бритвы), уложенной на поверхности образца.

Для количественной оценки размеров коррозии арматуры производят вскрытие арматуры в не менее чем десяти однотипных конструкциях, на наиболее прокоррозированных участках длиной 1 м. На каждом из таких участков в трех местах замеряют сохранившийся диаметр арматуры после удаления продуктов коррозии стали механическим путем, например с помощью наждачного круга, до получения гладкой блестящей стальной поверхности.

Вскрытие предварительно напряженной арматуры (вне зоны ан-керовки) можно допускать в случае, если эксплуатационные нагрузки погасили или существенно ослабили усилия обжатия бетона, созданные предварительным напряжением, о чем, в частности, может свидетельствовать появление поперечных трещин в зоне расположения предварительно напряженной арматуры или прогиба элемента, а также после выполнения соответствующих страховочных мероприятий.

Толщина продуктов коррозии может быть установлена неразру-шающим методом с помощью приборов, которыми замеряют толщину немагнитных противокоррозионных покрытий на стали (например, ИТП-1, МТ-30Н, МИП-10 и др.), а также микрометром. В местах, где продукты коррозии стали хорошо сохраняются, можно по их толщине ориентировочно судить о глубине поражения по соотношению

t_mt ≈ 0,6t_pk,

где t_mt — средняя глубина сплошной равномерной коррозии; t_pk — толщина продуктов коррозии.

Для арматуры периодического профиля необходимо отмечать остаточную выраженность рифов после зачистки.

Площадь поражения поверхности арматуры оценивают визуально в процентах. Глубину коррозионных поражений определяют в зависимости от вида коррозии арматуры. При равномерной коррозии толщину отделяющейся пленки ржавчины определяют с помощью микрометра.

Условная оценка коррозионного состояния арматуры приведена ниже:

Поверхность чистая..................................................О

Тонкий налет ржавчины на площади не менее 10 % поверхности. 1

Слоистая ржавчина или язвы, вызывающие уменьшение площади

сечения арматурного стержня:

до 5 %.............................................................2

на 5-15 %........................................................3

более 15 %......................................................4

Для состояния сварных соединений конструктивных элементов различают три характерных случая: коррозия всех участков соединений (швы, околошовная зона, основной металла) протекает практически с одинаковой скоростью; с большой интенсивностью корродирует сварной шов; наибольшей коррозии подвержена околошовная зона.

По выборочным значениям сохранившихся диаметров арматуры определяют расчетные значения диаметра (d_k) с доверительной вероятностью 0,95:

где d_i — выборочное значение диаметра; n — объем выборки (как правило, не менее 30); Sd_k — среднеквадратическое значение; t_0,95 — коэффициент Стыодента.

Степень ослабления площади сечений арматуры коррозией

где d₀ — исходный диаметр.

Степень снижения относительного удлинения кδ прокорродиро-ванной арматуры может быть рассчитана по формуле

K_δ=2,5кd^0,8

При этом, если не соблюдается условие δ₀ = kδ/100 ≥ 5 % (где 5 — нормируемое относительное удлинение арматуры), то возможность дальнейшего использования прокорродированной стали решается на основании прямых механических испытаний отобранных из конструкции арматурных образцов.

Структуру стали в необходимых случаях исследуют в лаборатории с целью обнаружения возможных дефектов в виде трещин, включений и местных изменений. Физико-механическими испытаниями образцов арматурных сталей определяют прочность на растяжение, относительное удлинение при разрыве, предел текучести, число перегибов.

Ширину раскрытия трещин на уровне центра тяжести растянутой арматуры определяют не менее чем в трех местах по длине конструкции, включая место максимального раскрытия, с помощью переносных отсчетных микроскопов, оптических луп, трафаретов.

Развитие трещин во времени контролируется гипсовыми, стеклянными или металлическими маяками, переносными индикаторами часового типа, установленными на поверхность конструкции.