Определение прочности бетона в конструкциях: разрушающие и неразрушающие методы. Объем исследуемого бетона.

Из разрушающих методов наиболее точный, но в то же время и наиболее трудоемкий – определение прочности бетона по контрольным образцам, отобранным из конструкции, путем их статического испытания до разрушению по ДСТУ Б В.2.7-223:2009 «Строительные материалы. Бетоны. Методы определения прочности по образцам отобранным из конструкций».

Монолитный бетон из конструкций (или обломков) отбирают выпиливанием, выбуриванием, высверливанием в виде кернов или кубов в таких местах, чтобы снижение прочности конструкции, жесткости и трещиностойкости было минимальным. При невозможности отбора образцов в местах без арматуры, допускается проводить испытания образцов на сжатие, если арматура в них расположена вдоль действия нагрузки. Количество образцов, которые отбирают из конструкций, должно быть приравнено не менее трех. Допускается определять прочность бетона на участке по результатам испытаний даже одного образца (из-за большой трудоемкости).

По отобранным образцам кроме прочности бетона одновременно можно определять плотность (объемную массу) и проводить специальные исследования прочих характеристик физико-механических свойств бетона.

К методам основанным на местном разрушении бетона относятся: метод скалывания и метод отрыва со скалыванием. Оба этих метода основаны на оценке прочности бетона по косвенной характеристике – по усилию, необходимому для вырыва анкерного устройства или для скалывания угла конструкции. Для подобных испытаний наиболее часто применяют прибор ГПНВ-5, но используются и более современные приборы основанные на методе местного разрушения бетона.

В целом, разрушающие методы определения прочности бетона, дают более достоверную информацию о прочности бетона (погрешность до +15%), но более трудоемки, чем склерометрические методы. Также после проведения таких исследований конструкции нуждаются в заделке мест испытаний бетоном, цементно-песчаным или полимерцементным раствором.

К неразрушающим методам определения прочности бетона в конструкциях относятся: а) склерометрические методы с применением приборов механического действия; б) методы с использованием приборов физического действия.

Склерометрические методы с применением приборов механического действия делятся на две разновидности: а) метод упругого отскока; б) метод пластических деформаций.

Склерометрическими методами испытывается только поверхностный слой бетона. Применяют молотки (склерометры) и маятниковые приборы разнообразных систем. Если есть опасения, что внутри бетона есть пустоты или по какой-то причине прочность внутренних слоев отличается от поверхностных, то кроме исследований склерометрическими методами проводят испытания ультразвуковыми методами.

Методу упругого отскока стоит отдавать преимущество при необходимости обследования конструкций в труднодоступных местах, а также при большом объеме обследования. В последнем случае этим методом выявляют наименее прочные участки или конструкции со последующим определением в них прочности бетона более точным методом.

Сущность метода пластических деформаций заключается в том, что о прочности бетона судят по пластическим деформациям (отпечаткам, полученным от вдавливании в поверхность бетона стальных шариков, дисков или штампов); приборы: ударные молотки с эталонным стержнем Кашкарова, гидравлическими штампами, маятниковые приборы ударного типа).

Ультразвуковой метод определения прочности бетона в конструкциях основанный на наличии связи между прочностью бетона R и скоростью V распространения в бетоне ультразвукового импульса.

Скорость распространения ультразвука в бетоне колеблется от 2800 до 4800 м/с в зависимости от его структуры и прочности. Измерение такой скорости на относительно малых участках (в среднем 0.11 м) является сравнительно сложной технической задачей, которая может быть решена только при высоком уровне развития радиоэлектроники.

Из всех существующих методов измерения скорости распространения ультразвука, с точки зрения возможности их применения для испытания строительных материалов, наибольшее распространение получил импульсный метод. Он основан на многократной посылке в бетон коротких ультразвуковых импульсов с частотой следования 30-60 Гц и измерении времени распространения этих импульсов на определенном расстоянии, называемой базой прозвучивания.

Такие конструкции как балки, ригели, колонны прозвучивают в поперечном направлении; плиты – по наименьшему размеру (ширина, толщина); ребристые плиты – по толщине ребра. Ультразвуковые преобразователи устанавливают в участках где отсутствует арматура или процент армирования минимален.

Метод ударного импульса.

Во всех ранее рассмотренных неразрушающих методах в качестве косвенных характеристик использовалось по одному показателю, соответствующему определенному свойству бетона. Склерометрический метод, используя диаметр отпечатков, учитывает только пластические свойства, а методы упругого отскока и ультразвуковой учитывают только упругие свойства бетона. Но прочность любого материала является многопараметровой функцией. Поэтому рассмотренные косвенные характеристики имеют сложную и не всегда надежную связь с прочностью.

Исследователями было замечено, что если проводить комплексные испытания и использовать несколько косвенных характеристик, то точность измерения повышается.

Метод ударного импульса позволяет учитывать как пластические, так и упругие свойства бетона.

Сущность метода заключается в следующем.

Боек, имеющий сферическую поверхность ударника, под действием пружины ударяется о поверхность бетона, при этом вся энергия удара (не считая тепловых потерь) расходуется на упругие и пластические деформации бетона. В результате пластических деформаций образуется лунка, а упругих - возникает реактивная сила F. При нормированном ударе величина реактивной силы F и длительность действия удара могут служить показателями прочности материала, по которому наносится удар.

Прибор прикладывается к поверхности железобетонной конструкции, и нажатием на спусковой крючок производится удар бойка о бетон, и, в зависимости от амплитуды и длительности ответного сигнала, определяется прочность, которая регистрируется цифровым индикатором. На одно измерение с учетом записи в журнал требуется не более 5 секунд.

Для повышения надежности результатов за единичный показатель прочности принимается усредненное значение из пяти измерений, при этом выбросы в большую или меньшую стороны не учитываются. Это означает, что боек ударился в щебень или раковину. Недостатком метода является определение прочности в поверхностном слое бетона глубиной только до 50 мм.

Объем исследуемого бетона

Сплошному контролю подлежат все конструкции, в которых при осмотре выявленные дефекты бетона. Сплошной контроль используют также если есть опасения, что конструкции могли пострадать от агрессивных воздействий.

Выборочный контроль прочности бетона используют в тех случаях, когда прочность бетона контролируют по причинам, не связанным с наличием в нем местных дефектов.

Количество участков исследований должно быть не менее:

трех на одной конструкции (в одной зоне конструкции) при оценке по средней прочности бетона (V=13.5%);

двенадцати для одной конструкции (или зоны конструкции) или для группы конструкций при статистической оценке прочности
(V – фактический).

Во многих случаях количество участков испытаний >12. Однако сумма конструкций, элементов или отдельных участков сооружений, которые подлежат инструментальным исследованиям для определения прочности бетона, должна быть, не меньше 5% их общего числа.

Эти методы рекомендуется преимущественно применять: а) при контроле ответственных конструкций; б) при малом объеме контроля; в) для корректировки тарировочной зависимости при использовании склерометрических и ультразвукового методов.

При выборе участков испытаний стоит придерживать следующих общих правил:

не назначать их в местах действия максимальных сжимающих усилий, так как эти методы чувствительны к обжатию бетона в зоне проведения испытаний;

участки должны располагаться так, чтобы в зону местного разрушения не попадала арматура.

все испытания по определению прочности бетона нужно проводить при положительной температуре воздуха.