Метод отрыва со скалыванием - один из самых распространённых и надёжных методов оценки прочности бетонных конструкций.

Метод относится к прямым, неразрушающим методам испытаний и позволяет сразу же, на месте, оценить прочность бетонной конструкции, как в промежуточном возрасте, так и при достижении проектного возраста бетона.

Суть метода состоит в просверливании отверстия в бетоне, закреплении в этом отверстии специального анкера (в случае если используется анкер второго и третьего типов) и последующего отрыва этого анкера из бетона специальным прибором с замером усилия вырыва. При правильном проведении испытания на месте отрыва остаётся правильной формы воронка, глубиной в середине равной рабочей высоте анкера.

При отрыве анкера на шкале прибора отображается соответствующее усилие. Проведя несколько замеров (минимум три испытания для плоских конструкций; для вытянутых горизонтальных конструкции одно испытание на четыре погонных метра длины, но не менее трёх испытаний), можно пересчитать результаты испытаний по специальной формуле и сделать вывод о классе бетона на сжатие (ГОСТ 18105 схемы В, Г).

Метод отрыва со скалывание пользуется заслуженной популярностью среди методов контроля прочности бетона, как самостоятельный метод, так и дублирующий другие методы испытаний. Он намного быстрее и дешевле выбуривания кернов, он незаменим в случаях когда не изготовлены образцы-кубы или требуется провести параллельные испытания.

Кроме того, согласно ГОСТ 18105 требуется сплошной контроль бетонных конструкций. И метод отрыва со скалыванием наиболее подходящий для этого метод контроля прочности.

При контроле прочности бетона методом отрыва со скалыванием следует руководствоваться указаниями ГОСТ 22690 .

16 и 24 что это за цифры.

Для метода отрыва со скалыванием используют анкеры трёх типов.

Отличие анкера первого типа от остальных заключается в том, что он замоноличивается в конструкцию при укладке бетонной смеси его отрыв производится в проектном (или промежуточном) возрасте таким же прибором, что и анкеры второго и третьего типов, в остальном же испытания не отличаются.

Анкеры второго типа бывает двух размеров: ø16х25мм и ø24х48мм.

Анкер размером ø24х48мм используется в случае, если ориентировочная прочность бетона в конструкции 5-100МПа.

Анкер размером ø16х25мм используется в случае, если ориентировочная прочность бетона в конструкции 40-100МПа. Использование анкера ø16мм для испытания низкомарочных бетонов недопустимо без построения градуировочной зависимости.

На фотографии представлен анкер второго типа со специальной гайкой, замеряющей проскальзывание анкера.

Чтобы провести испытания правильно и получить максимально точные данные нужно обратить внимание на следующие моменты:

1. Перед просверливанием отверстия для анкера, следует прибором для поиска арматуры найти и обозначить сетку армирования (чтобы буром не попадать в арматуру), если на пути бура попадается армирующая сетка сверлить нужно в середину ячейки.
2. Сверлить отверстие нужно, отступив от края плоской конструкции не менее 0,5м.
3. Отверстие сверлиться строго перпендикулярно бетонной поверхности.
4. Не следует сверлить конструкции в местах максимального напряжения.
5. Количество точек испытания определяется следующим образом: три точки испытания на одну плоскую конструкцию (стена, плита перекрытия, ростверк), залитую в одну захватку. Одна точка на 4 погонных метра вытянутой конструкции (колонна, ригель), так же залитую в одну захватку, но не менее трёх точек. Под одной захваткой следует понимать заливку бетонной смеси с одного бетонного узла, одного класса бетона в одни рабочие сутки без перерыва в бетонировании до образования холодного шва. Т.е. если меняется класс бетона, дата бетонирования или завод поставщик смеси, это получается новая захватка, требующая испытания на прочность.
6. Просверленное отверстие следует тщательно очистить от бетонной пыли. Только после этого нужно поместить собранный анкер в отверстие и максимально хорошо закрутить его гаечным ключом до максимального раскрытия.
7. При вырыве из бетона анкер должен цепляться за бетон не менее чем 9/10 своей длины погруженной в толщу бетона. Длину сцепления хорошо видно в воронке вырыва после испытания и можно померить линейкой. Если таким замером выясняется, что анкер цепляется менее 9/10 своей длины, это значит, что слизана нарезка губок анкера и губки надо менять на новые.
8. Если при проведении отрыва анкер начал проскальзывать и вылезать наружу, нужно замерять длину проскальзывания, эта длина вносится в корректировку результатов испытания. Для замера проскальзывания пользуются специальной гайкой (см. фото выше).

Примеры приборов, используемых для испытаний:

Кроме представленных двух, могут использоваться многие другие модели.

Прочность несущих и ограждающих конструкций в значительной мере зависит от характеристик используемых строительных материалов. Комплексное испытание бетона на отрыв со скалыванием относится к категории неразрушающих и позволяет с высокой точностью определить параметры и качество используемых смесей. Исследования проводятся согласно требованиям ГОСТ 22690-2015 с применение специальных приборов.

В нашей стране данная методика испытаний бетона получила широкое распространение в силу своей универсальности и удобству. Прочностные характеристики материала проверяются путем воздействия непосредственно на бетон конструкции и вызывающее его частичное скалывание. В ходе исследований определяется усилие, позволяющее оторвать фрагмент строительной конструкции с помощью заложенного в шпур лепесткового анкера.

Порядок проведения испытаний бетонных конструкций на отрыв со скалыванием

Описываемая методика контроля позволяет установить прочностные показатели материала в диапазоне измерений от 5 до 100 МПа. Данный способ испытаний применим для четырех разновидностей бетона:

• легкие;
• тяжелые;
• мелкозернистые;
• напрягающие в монолитных и сборных железобетонных изделиях.

Исследование данного строительного материала путем отрыва анкера со скалыванием осуществляется в порядке, предписанном действующим ГОСТ:

1. Подготовка оборудования и объекта.
2. Проведение исследований и фиксация получаемых результатов.
3. Обработка данных с использованием стандартных методик.
4. Создание градуировочной зависимости.

Для выполнения программы изготавливают два вида образцов контрольные и основные из материалов того исследуемого вида. Отверждение их должно осуществляться в одинаковых условиях с испытуемыми изделиями. При этом основные образцы необходимы для определения косвенных характеристик бетонных смесей.

Подготовительные работы

Испытание строительных конструкций и ЖБИ с использованием данной методики потребует значительного времени. Перед проведением исследований бетона путем отрыва со скалыванием выполняется ряд подготовительных мероприятий:

1. Прибор и анкерное устройство осматриваются, проверяется их техническое состояние.
2. Выбирается место установки прибора не обязательно ровное, кривизна поверхности при этом не должна препятствовать его применению.
3. В исследуемой конструкции высверливают шпур, из которого удаляется пыль и мусор. При температуре окружающей среды ниже -10 °С отверстие и прилегающий массив по всей длине прогреваются.

Исследуемый участок, где планируется отрывать бетон со скалыванием, должен находиться на достаточном удалении от предварительно напряженной арматуры. Кроме того исследуемая зона не должна испытывать больших эксплуатационных нагрузок.

Процедура проведения исследований прочности бетона

Испытание бетона методом отрыва может проводиться, в том числе и с использованием анкеров, заложенных до момента заливки конструкции из цементно-песчаных смесей.
Описываемая методика проверки прочностных характеристик бетона, при которой проходит отрыв и скалывание, предполагает выполнение ряда операций:

1. В заранее высверленный шпур вводится анкер лепестковый на полную глубину и фиксируется в нем.
2. Производится монтаж прибора и соединение закладного устройства с ним.
3. Постепенно повышают нагрузку (скорость возрастания –1,5 -3 кН/с).
4. Фиксация показаний: силы и значения проскальзывания анкера (разница между глубиной шпура и отверстия, на которой происходит отрыв фрагмент материала от массива).

Полученный результат – сила вырыва вноситься в протокол испытаний и используется для построения градуировочной зависимости. При этом точность измерения показателя проскальзывания закладного анкера должны быть не менее 0,1 мм.

Обработка результатов

Зафиксированные в ходе исследований данные позволяют оценивать прочность упомянутого материала по величине приложенной нагрузки, при которой происходит скалывание. Значение силы, при которой отрывается фрагмент бетона в результате скалывания, умножается на поправочный коэффициент. Последний вычисляется по следующей формуле:

γ=h 2 /(h- Δh) 2 ,
где h – величина заглубления анкера,
а Δh – значение проскальзывания.

Если максимальная длина части материала, которая была оторвана в ходе испытания, более чем вдвое превышает минимальную, то результат считается ориентировочным. Аналогичным образом поступают, если глубина шпура превышает величину проскальзывания анкера на 5% и больше. Использование ориентировочных значений для определения класса прочности материала недопустимо.

Испытания признаются недействительными, если глубина вырыва отличается от длины анкера на 10% или на расстоянии, не превышающем глубину отверстия, обнаруживается арматура.

Преимущества и особенности метода исследований

Одним из главных достоинств описываемого метода является высокая точность в широком диапазоне измерений. Москва – лидер по количеству возводимых объектов и подобные испытания бетона на отрыв с последующим скалыванием востребованы. Данный способ оценки прочности материала единственный из методов, позволяющий построить градуировочную зависимость без разрушения конструкции.

При контроле характеристик с использованием данного метода необходимо учитывать климатические условия, а также ряд иных факторов. В частности, толщина изделия должна быть вдвое больше заглубления анкера, а расстояние межу точками измерений превышать данное значение пятикратно. Заказать испытания бетона путем отрыва со скалыванием в Москве по доступной цене можно непосредственно на нашем сайте или позвонив по контактному телефону.

Все документы, представленные в каталоге, не являются их официальным изданием и предназначены исключительно для ознакомительных целей. Электронные копии этих документов могут распространяться без всяких ограничений. Вы можете размещать информацию с этого сайта на любом другом сайте.

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
СО 100% ГОСУДАРСТВЕННЫМ КАПИТАЛОМ

«КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ БЮРО БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА»
ОАО «КТБ ЖБ»

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

БЕТОНЫ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ МЕТОДОМ ОТРЫВА СО СКАЛЫВАНИЕМ

СТО 02495307-005-2008

Москва 2008 г.

Предисловие

Цели и задачи разработки, использования стандартов организаций в РФ установлены Федеральным законом от 24 декабря 2002 г. № 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила разработки и оформления ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения" и ГОСТ Р 1.4-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения".

Сведения о стандарте

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН ОАО "Конструкторско-технологическое бюро бетона и железобетона". (Генеральный директор канд. техн. наук А.Н. Давидюк, гл. инженер Е.С. Фискинд, исполнители: Н.В. Волков, А.А. Гребеник)

3. УТВЕРЖДЕН и ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом генерального директора ОАО "КТБ ЖБ" от 14 мая 2008 г. № 24-к.

4. ВВЕДЕН впервые.

ВВЕДЕНИЕ

Метод отрыва со скалыванием занимает в ряду неразрушающих методов определения прочности бетона особое место. Считаясь неразрушающим методом, метод отрыва со скалыванием по своей сущности является разрушающим методом, так как прочность бетона оценивается по усилию, необходимому для разрушения небольшого объема бетона, что позволяет наиболее точно оценить его фактическую прочность. Поэтому этот метод применяется не только для определения прочности бетона неизвестного состава, но и может служить для построения градуировочных зависимостей для других методов неразрушающего контроля.

В настоящем стандарте учтены особенности метода отрыва со скалыванием при проведении испытаний бетона в бетонных и железобетонных конструкциях и оценке прочности бетона этих конструкций.

1. Область применения

Настоящий стандарт распространяется на тяжелые бетоны и конструкционные бетоны на легких заполнителях в монолитных и сборных бетонных и железобетонных изделиях, конструкциях и сооружениях (далее - конструкциях) и устанавливает метод испытания бетона и определения его прочности на сжатие путем местного разрушения бетона при вырыве из него специального анкерного устройства (далее - метод отрыва со скалыванием). Метод позволяет определить прочность на сжатие для бетонов в диапазоне прочностей от 5,0 до 100,0 МПа. При разработке стандарта использованы материалы ГОСТ 22690-88 .

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы следующие нормативные документы и инструкции:

4.3. Метод отрыва со скалыванием предназначен для определения прочности бетона в конструкциях: при натурных обследованиях; при освидетельствовании на этапах строительства, приемки, эксплуатации и реконструкции строительных объектов, а также при изготовлении сборных изделий на предприятиях производства ЖБИ.

4.4. Метод отрыва со скалыванием применяется для построения градуировочных зависимостей и корректировки в натурных условиях градуировочных зависимостей для других неразрушающих методов определения прочности бетона путем параллельных испытаний бетона на одних и тех же участках конструкций.

4.5. Результат определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием не зависит от состояния поверхности испытываемого бетона (неровности, шероховатости, влажности, загрязненности, наличия покраски). В случае, если поверхность конструкции офактурена, необходимо на участках испытания снять слой штукатурки или другой облицовки на площади не менее 250×250 мм.

4.6. Испытания бетона в конструкции следует производить при положительной температуре бетона на участке испытания.

5. Средства контроля

I - рабочий стержень с анкерной головкой;

II - самозаанкеривающееся устройство с применением рифленых сегментных щек и разжимного конуса;

III - самозаанкеривающееся устройство с применением рифленых сегментных щек и полого разжимного конуса со стержнем для опирания прибора, используемого для вырывания анкерного устройства.

Типы и размеры анкерных устройств даны на рис. 1. Глубина заделки анкерных устройств и характер разрушения бетона - на рис. 2.

5.2. Анкерное устройство типа I предназначено для установки в процессе бетонирования.

Конструкция анкера типа II и III должна обеспечить предварительное (до приложения нагрузки) обжатие стенок шпура на глубине захвата и не допустить проскальзывания сегментных щек.

5.3. Допускается применение других типов анкерных устройств, обеспечивающих их надежное сцепление с бетоном конструкции, при условии определения коэффициента пропорциональности т 2 по пункту 7.9.

5.5. Марка стали анкерного устройства и его сечение должны быть приняты такими, чтобы напряжение в нем при испытании бетона не превышало 70% от предела текучести стали.

5.6. Приборы для вырыва анкерных устройств совместно с фрагментами бетона должны обеспечивать:

Направление усилия вырыва по оси анкера и равномерное возрастание нагрузки до отрыва фрагмента бетона или до заданного контрольного уровня Р=Р контр .;

Плавное нагружение анкерного устройства со скоростью возрастания нагрузки не более 3 кН/сек (для ГПНВ-5 -10 атм/сек) и не менее 1 кН/сек (для ГПНВ-5 - 10 атм за 3 сек);

Свободный вырыв бетона;

Измерение значения усилия вырыва с погрешностью не более ±2%.

5.7. При испытании бетона в строительной конструкции опоры прибора

должны отстоять от оси приложения нагрузки на расстояние не менее удвоенной глубины заделки анкера (2 h ) и иметь возможность регулирования по высоте.

5.8. Приборы должны проходить ведомственную поверку не реже одного раза в два года, а также после каждого ремонта или смены манометра. Результаты поверки оформляются документально.

Рис 1 Анкерные устройства

1 - рабочий стержень , 2 - рабочий стержень с разжимным конусом , 3 - рабочий стержень с

полым разжимным конусом , 4 - опорный стержень , 5 - щеки сегментные рифленые

Рис 2 Глубина забелки анкерных устройств ( h ) и характер разрушения бетона при его испытании

Таблица 1

6. Подготовка испытаний

6.1. Выбирают тип и размер анкера, глубину заделки ( h ) и соответствующее нагружающее устройство, исходя из сведений о предполагаемой прочности бетона и о максимальном размере крупного заполнителя, соблюдая условия пунктов . и . и табл. 1.

6.2. Анкерные устройства типа I устанавливают в конструкции до их бетонирования или сразу после этого, а анкера типов II и III - в проделанные в конструкциях шпуры, заданного диаметра и глубины.

6.3. Если расположение арматуры неизвестно, то ее необходимо выявить с помощью магнитных приборов типа ИЗС (ГОСТ 22904-93).

6.4. Заделка анкерных устройств должна обеспечивать надежное сцепление анкера с бетоном конструкции. Глубина заделки ( h ) анкерных устройств различных типов, показанная на рис. 2, должна соответствовать величинам, приведенным в таблице 1.

6.5. Диаметр шпура в бетоне не должен превышать максимальный диаметр заглубляемой части анкерного устройства (см. рис. 1) более чем на 1 мм, а ось шпура должна быть перпендикулярна поверхности бетона и ее отклонение не должно превышать 1:20 глубины шпура. Для анкера типа III глубина шпура должна строго соответствовать требованиям инструкции к прибору.

Для устройства шпуров применяются ударно-вращательные инструменты. При малых объемах испытаний допускается ручная пробивка шпуров с помощью шлямбура. Стенки шпуров очищают от песка и пыли.

6.6. В зимних условиях перед испытанием бетон, имеющий отрицательную температуру, отогревают в месте испытания до положительной температуры и на глубину не менее 50 мм. Отогрев бетона может производиться тепловым излучением с помощью обогревателей, либо пламенных горелок (газовых и паяльных ламп). При этом прогрев бетона должен выполняться медленно, чтобы избежать появление трещин в бетоне от быстрого или чрезмерного нагрева. Температура прогревания должна быть не более 50°С - 70°С. Участки прогрева бетона рекомендуется принять диаметром в 1,5 раза превышающим диаметр площади, необходимой для проведения испытаний.

7. Проведение испытаний и определение прочности бетона в конструкциях

7.1. При установке анкеров типов II и III с помощью гайки-тяги обеспечивают предварительное (до приложения прибором нагрузки) обжатие стенок шпура сегментными щеками анкерных устройств. Для уменьшения возможности проскальзывания анкера при приложении нагрузки рекомендуется между рабочим стержнем разжимного конуса анкера и внутренней поверхностью рифленых сегментных щек прокладывать полоски фторопластовой пленки толщиной ~ 0,2 - 0,3 мм.

7.2. Прибор соединяют с анкерным устройством. Нагружающее устройство приводят в рабочее положение, силоизмеритель - в нулевое. С помощью регулируемых ножек выбирают начальный зазор, добиваясь соосности осей анкера и оси захвата нагружающего устройства.

7.3. При проведении испытания необходимо следить за тем, чтобы не происходило проскальзывание анкерного устройства во время приложения нагрузки. Для фиксации возможного проскальзывания анкера на начальной стадии процесса испытания следят за выступающей из бетона частью анкерного устройства, а также за возможным, в процессе нагружения, скачкообразным снижением давления в гидросистеме до момента вырыва анкерного устройства с бетоном.

7.4. Результаты испытания не учитывают, если:

а) анкерное устройство проскользнуло при испытании, и величина проскальзывания превысила 0,1 h Н ;

б) в зоне вырыва имеются зерна крупного заполнителя, наибольшие размеры которого превышают ограничения, установленные в п. .;

в)произошло одностороннее скалывание бетона в направлении ближайшего ребра (грани) изделия или конструкции;

д) наибольший и наименьший размеры вырванной части бетона, равные расстоянию от анкерного устройства до границ разрушения по поверхности конструкции, отличаются один от другого более чем в три раза.

7.5. Результаты испытаний, полученные с нарушениями, отмеченными в п.п. "г" и "д" пункта 7.4., могут рассматриваться только для ориентировочной оценки прочности бетона.

7.6. Если при контроле прочности бетона одной партии или конструкции получены единичные результаты, отличающиеся от других результатов в меньшую сторону более чем на 25%, то испытания на этом участке нужно повторить.

7.7. Прочность бетона на сжатие R в испытываемом участке определяется по усилию вырыва из конструкции анкерного устройства с фрагментом бетона. При этом прочность бетона R , МПа, вычисляют по формуле

где Р - усилие вырыва анкерного устройства, кН;

m 1 - коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва и принимаемый равным 1 при крупности заполнителя менее 50 мм и 1,1 при крупности 50 мм и более;

m 2 - коэффициент пропорциональности для перехода от усилия вырыва, кН, к прочности бетона на сжатие в МПа.

m 3 - коэффициент, учитывающий величину фактической глубины вырыва.

7.8. При испытании тяжелого бетона прочностью 10 МПа и более и легкого бетона прочностью более 5 МПа с заполнителем из керамзита или шлаковой пемзы в случае использования анкерных устройств, указанных в п. ., и соблюдения условий табл. 1, значения коэффициента пропорциональности m 2 принимают по этой же таблице.

7.9. Допускается устанавливать опытным путем в соответствии с п. 7.10. коэффициент пропорциональности m 2 для бетонов и анкерных устройств, не предусмотренных п. . и п. .

7.10. При испытании современных бетонов с прочностью > 50 МПа, а также при применении анкерных устройств отличных от типов I , II , III , рекомендуется коэффициент m 2 корректировать или устанавливать опытным путем. Для этого из бетона того же состава, приготовленного по той же технологии и при том же режиме твердения, что и подлежащие контролю конструкции, изготовляют не менее 15 серий образцов. Каждая серия должна состоять из трех образцов-кубов для испытания на прессе и трех образцов размерами 150×300×500 мм, предназначенных для осуществления двух вырывов. Для каждой серии определяют среднее значение прочности бетона R i и усилие вырыва P i . Значение коэффициента т 2 вычисляют по формуле

где n - количество серий.

7.11. Среднюю квадратическую погрешность ( S t ) определения прочности бетона для случаев, предусмотренных п. . и п.7.8., принимают равной: 4% - для анкеров с глубиной заделки 48 мм; 5% - для анкеров с глубиной заделки 35 мм; и 6% - для анкеров с глубиной заделки 30 мм.

Для легких бетонов средние квадратические погрешности нужно увеличить на 20%.

7.12. Величину фактической глубины вырыва h ф учитывают коэффициентом m 3 . Если при испытании отклонение h ф от нормированной глубины вырыва к н находится в пределах 5% (см. п. .), то коэффициент m 3 вычисляют по формуле

7.13. При испытании бетона в элементах круглого сечения и сферических элементах необходимо учитывать уменьшение (при выпуклой поверхности) или увеличение (при вогнутой) фактической глубины вырыва по сравнению с глубиной вырыва на плоской поверхности. Усилие вырыва на криволинейной поверхности умножается на коэффициент m 4 , равный квадрату отношения глубины номинальной h H (на плоской поверхности) к глубине фактической h ф на сферической поверхности или к глубине номинально - теоретической h н теор для цилиндрической поверхности. Глубина фактическая и глубина номинально - теоретическая зависят от радиуса кривизны поверхности и глубины заложения анкера и определяются графически или аналитически. Для цилиндрических поверхностей величина коэффициента m 4 определяется по формуле

7.14. Число и расположение контролируемых участков в конструкциях назначают с учетом:

Количества и вида подлежащих обследованию конструкций;

Задач контроля (определение фактического класса бетона, распалубочной или отпускной прочности, для построения градуировочных зависимостей и корректировки в натурных условиях градуировочных зависимостей для других косвенных методов неразрушающего определения прочности бетона и др.);

Вида конструкций (колонны, балки, плиты и др.);

Размещения захваток и порядка бетонирования конструкций.

7.15. Участки конструкций, предназначаемые для испытаний бетона, должны располагаться, по возможности, в зонах наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматурой.

7.16. Участки для испытания бетона должны располагаться так, чтобы в зону вырыва не попадала арматура, а бетон участка не имел видимых повреждений (отслоений, растрескивания, пористости и др.).

7.17. На участке испытания толщина конструкции должна превышать глубину установки анкерного устройства более чем в два раза. Расстояние от места установки анкера до ближайшей грани (края) конструкции или от технологического шва перерыва бетонирования должно превышать глубину заделки анкера не менее чем в три раза, а от места установки соседнего анкерного устройства - не менее чем в пять раз.

7.18. При обследовании сборных бетонных и железобетонных конструкций, а также монолитных конструкций в случае, когда нельзя выделить конструкции, относящиеся к одной партии, контроль прочности бетона проводят в соответствии с СП 13-102-2003 .

7.19. На предприятиях производства сборных бетонных и железобетонных конструкций и при приемке сборных конструкций на строительной площадке для контроля отпускной, передаточной или проектной прочности бетона на сжатие проводят испытания не менее трех участков в одной или нескольких конструкциях, относящихся к одной партии для каждого этапа набора прочности. В партию входят конструкции, изготовленные из бетона одного класса (марки) в одну смену.

7.20. В монолитных конструкциях при контроле методом отрыва со скалыванием распалубочной прочности бетона провопят испытание одной конструкции не менее чем в 3-х участках или по одному испытанию не менее чем в 3-х конструкциях, относящихся к одной партии бетона. При контроле бетона в проектном возрасте проводят испытание не менее чем 3-х конструкций по 2 участка в каждой или по одному участку не менее чем в 6-ти конструкциях, относящихся к одной партии бетона. В партию входят монолитные конструкции или часть конструкции, изготовленные (забетонированные) в течение одних суток.

7.21. При контроле отдельных конструкций число участков измерений прочности должно быть не менее 3-х в каждой конструкции.

7.22. При корректировке методом отрыва со скалыванием градуировочных зависимостей для других неразрушающих методов определения прочности бетона проводят не менее 3-х параллельных испытаний косвенным методом и методом отрыва со скалыванием в каждой партии бетона.

7.23. Прочность бетона в партии R m , МПа, вычисляют по формуле

где R i - единичное значение прочности бетона, МПа;

n - общее число единичных значений прочности бетона в партии.

За единичное значение прочности бетона принимают прочность бетона в контролируемом участке или среднюю прочность бетона конструкции. Указания по выбору единичного значения прочности при испытанииметодом отрыва со скалыванием приведено в приложении 2 ГОСТ 18105-86 .

7.24. Статистическая оценка класса бетона проводится в соответствии с настоящего стандарта.

8. Оформление результатов

8.1. Результаты испытаний оформляют документально, например, в виде j заключения.

8.2. В заключении приводят:

Данные об испытанных конструкциях с указанием проектного класса, даты бетонирования и проведения испытаний;

Данные о числе участков испытания бетона и их размещении;

- прочность бетона участков и среднюю прочность бетона партии (захватки) или конструкции, класс бетона.

8.3. Результаты испытаний представляют в табличной форме, в которой указывают вид конструкций, проектный класс бетона, возраст бетона каждого контролируемого участка.

Форма таблицы приведена в .

8.4. В заключении приводят обработку полученных результатов с указанием фактического класса бетона.

Приложение 1.
(рекомендуемое)
Оценка класса бетона

1. Условный класс бетона по прочности на сжатие определяют при контроле прочности бетона сборных и монолитных конструкций по формуле

где R m - средняя прочность бетона в МПа участка или группы конструкций по результатам испытания методом отрыва со скалыванием.

К T - коэффициент требуемой прочности, принимаемый по табл. 2 ГОСТ 18105-86 в зависимости от коэффициента вариации прочности бетона

где S m - среднее квадратическое отклонение прочности.

В случае, когда за единичное значение прочности принимают прочность бетона контролируемого участка конструкции, коэффициент К T умножают на 0,95.

Среднее квадратическое отклонение прочности бетона в конструкциях или партии конструкций в случае, когда за единичное значение прочности принимается прочность бетона на контролируемом участке, вычисляют по формуле

где R i - прочность бетона отдельного участка конструкции, испытанного методом отрыва со скалыванием.

n - количество участков.

В тех случаях, когда в качестве единицы прочности бетона может быть принята средняя прочность бетона конструкции, вычисленная как среднее арифметическое значение прочности контролируемых участков конструкций, среднее квадратическое отклонение прочности бетона S m вычисляют с учетом средних квадратических погрешностей градуировочной зависимости по формуле

где S T - средняя квадратическая погрешность градуировочной зависимости, МПа, метода отрыва со скалыванием и принимается: при анкерном устройстве с глубиной заделки 48 мм - 0,04 от средней прочности бетона R m ;

С глубиной заделки 35 мм - 0,05 от средней прочности;

С глубиной заделки 30 мм - 0,06 от средней прочности;

Р - число контролируемых участков в конструкции;

n - число проконтролированных конструкций в партии.

2. При обследовании конструкций класс бетона по прочности на сжатие определяется по формуле

где R m - средняя прочность бетона по результатам испытаний.

t a - коэффициент Стьюдента (см. таблицу 2).

V - коэффициент вариации прочности бетона, определяемый по формуле (7).

Значение коэффициента Стьюдента t a при обеспеченности 0,95

(одностороннее ограничение).

Таблица 2

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург)

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 10180-90), 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 ("Бетоны. Правила контроля и оценки прочности") разделены на три группы:

• Разрушающие;
• Прямые неразрушающие;
• Косвенные неразрушающие.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

*По требованиям ГОСТ 17624-87 и ГОСТ 22690-88;

**По данным источника без построения частной градуировочной зависимости

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

В основном применяются методы определения прочности бетона неразрушающим контролем. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-87, методы ударного импульса и упругого отскока по ГОСТ 22690-88. 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 табл.1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона.

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 корреляционно- регрессионным 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 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.

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 до-пустимо 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.

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

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. Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рас- смотрим прямые методы контроля.

К данной группе по ГОСТ 22690-88 относится три метода:

Метод 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 22690-88 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 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.

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:

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

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

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

Рис. 3. Испытание 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: R=m 1 .m 2 .P , где m 1 — коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя, m 2 — 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 налюбом 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.

Таблица 2. Сравнительные характеристики прямых методов неразрушающего контроля

*Без сверления борозды, ограничивающей участок отрыва.

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.

Метод 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: R=0,058 .m .(30P+P 2) ,

где m — коэффициент, учитывающий крупность заполнителя.

Для наглядности сравнения характе-ристики прямых методов контроля представлены в табл. 2.

По данным, приведенным в таблице, видно, что наибольшим числом преимуществ характеризуется метод отрыва со скалыванием.

Однако, несмотря на возможность применения данного метода по указаниям норм без построения частной градуировочной зависимости, у многих специалистов возникает вопрос о точности получаемых результатов и соответствии их прочности бетона, определяемой методом испытания образцов. Для исследования этого вопроса, а также сопоставления результатов измерений, полученных прямым методом, с результатами измерений косвенными методами проведен эксперимент, опиcанный далее.

Результаты сравнения методов

В лаборатории «Обследование и испытание зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «СПБГПУ» были проведены исследования при использовании различных методов контроля. В качестве объекта исследования использован фрагмент бетонной стены, выпиленный алмазным инструментом. Габариты бетонного образца — 2,0×1,О х 0,3 м.

Армирование выполнено двумя сетками арматуры диаметром 16 мм, расположенной с шагом 100 мм с величиной защитного слоя 15-60 мм. В исследуемом образце применен тяжелый бетон на заполнителе из гранитного щебня фракции 20-40.

Для определения прочности бетона использован базовый разрушающий метод контроля. Из образца с помощью установки алмазного сверления выбурены 11 кернов различной длины диаметром 80 мм. Из кернов изготов- лены 29 образцов — цилиндров, удовлетворяющих по своим размерам требованиям ГОСТ 28570-90 ("Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций"). По результатам испытания образцов на сжатие выявлено, что среднее значение прочности бетона составило 49,0 МПа. Распределение значений прочности подчиняется нормальному закону (рис. 4). При этом прочность исследуемого бетона имеет высокую неоднородность с коэффициентом вариации 15,6% и СКО равным 7,6 МПа.

Для неразрушающего контроля применены методы отрыва, отрыва со скалыванием, упругого отскока и ударного импульса. Метод скалывания ребра не применялся по причине близкого расположения арматуры к ребрам образца иневозможности выполнения испытаний. Ультразву- ковой метод не использован, так как прочность бетона выше допустимого диапазона для применения данного метода (табл.1). Выполнение измере- ний всеми методами производилось на грани образца, срезанной алмазным инструментом, что обеспечива- ло идеальные условия с точки зрения ровности поверхности. Для определе- ния прочности косвенными методами контроля использовались градуиро- вочные зависимости, имеющиеся в паспортах приборов, или заложен- ные в них.

На рис. 5. представлен процесс измерения методом отрыва. Результаты измерений всеми методами представлены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты измерения прочности различными методами

*Семь участков по 15 измерений на каждом.

По данным, представленным в табли-це, можно сделать следующие выводы:
среднее значение прочности, по-лученной испытанием на сжатие и прямыми методами неразрушающего контроля, различается не более чем 5%;
по результатам шести испытаний методом отрыва со скалыванием разброс прочности характеризуется низким значением коэффициента вариации 4,8%;
результаты, полученные всеми кос-венными методами контроля, за-вышают прочность на 40-60%. Одним из факторов, приведших к дан-ному завышению, является карбонизация бетона, глубина которой на исследуемой поверхности образца составила 7 мм.

Выводы

1. Мнимая простота и высокая про-изводительность косвенных методов неразрушающего контроля теряются при выполнении требований построения градуировочной зависимости и учете (устранении) влияния факторов, искажающих результат. Без выполнения этих условий данные методы при обсле-довании конструкций можно при менять только для качественной оценки проч-ности по принципу «больше — меньше».
2. Результаты измерений прочности базовым методом разрушающего конт-роля путем сжатия отбираемых образ-цов также могут сопровождаться боль шим разбросом, вызванным как не-однородностью бетона, так и другими факторами.
3. Учитывая повышенную трудоем- кость разрушающего метода и под- твержденную достоверность результа- тов, получаемых прямыми методами неразрушающего контроля, при обсле- довании рекомендуется при менять по- следние.
4. Среди прямых методов неразру- шающего контроля оптимальным по большинству параметров является ме- тод отрыва со скалыванием.

Рис. 4. Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие.

Рис. 5. Измерение прочности методом отрыва.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург), журнал "Мир строительства и недвижимости, №47, 2013 г.