Контроль и оценка прочности и однородности бетона неразрушающими методами

Неразрушающие методы испытания прочности бетона рекомендуется применять:

1) для контроля прочности и однородности бетона (отпускная и передаточная прочность для сборных и прочность в промежуточные сроки для монолитных конструкций), кроме контроля прочности бетона сборных конструкций в возрасте 28 сут;

2) для обследования конструкций я сооружений; в сомнительных случаях в изделиях и при отсутствии на них паспортов;

3) совместно с другими неразрушающими испытаниями взамен испытания изделий на прочность, жесткость и трещиностойкость согласно ГОСТ 8829—77;

4) при проведении научно-исследовательских работ.

Контроль прочности и однородности бетона при использовании неразрушающих методов осуществляют по ГОСТ 21217—75 (табл. III.17).

При использовании неразрушающих методов и оценке прочности бетона по ГОСТ 21217—75 экспериментально устанавливают зависимость «косвенная характеристика — прочность». Для этого последовательно испытывают бетонные образцы неразрушающим и разрушающим методами. Испытания проводят в соответствии с требованиями соответствующих нормативных документов. Испытания для определения Rсж и xi проводят на одних и тех же образцах. Только в случае построения зависимости для метода испытания на отрыв со скалыванием для заделки вырывных стержней или разжимных конусов дополнительно изготовляют бетонные образцы.

Для построения «х—Rсж» одной марки изготовляют не менее 20 серий кубов с размером ребра 15 см для методов отскока и пластической деформации или 20 см для методов отрыва и скалывания ребра конструкции (для ультразвукового метода не менее 15 серий). Состав бетона образцов, условия и продолжительность твердения должны быть такими же, как и в испытываемых конструкциях. Для получения большего изменения Rcж целесообразно в 40% серий образцов менять Ц/В до ±0,4. Период изготовления образцов должен быть не менее двух недель (для ультразвука не менее 5 сут).

Если не представляется возможным отформовать кубы (для ранее изготовленных конструкций), зависимость «х—Rcж» строят по результатам испытания не менее чем 20 кубов, вырезанных из различных участков конструкций. В этом случае допускаются и образцы меньших размеров: вначале на участках конструкции проводят испытания неразрушающим методом, а затем вырезают образцы и определяют Rсж. Расстояние между участками испытаний должно быть не более 100 мм.

Зависимость *х—Rсж» устанавливают не реже двух раз в год, а также при изменении технологии или применяемых для бетона материалов. Перед расчетом «х—Rcж» отбраковывают анормальные результаты при числе результатов испытаний не менее трех как для результата испытания на прессе обычного образца в серии (случай а), так и для единичного результата испытания неразрушающим методом на одном образце (случай б). Результат считается анормальным и не учитывается в дальнейших расчетах, если Т больше Тк (значение T определяют по формуле: T=(zi-xi')S, a Tк приведены ниже):

Среднее квадратичное отклонение рассчитывают по формуле

[здесь х, xiмакс и xiмин — соответственно средний, максимальный и минимальный результаты испытаний в серии образцов или в отдельном образце; N — число серий (случай а) или отдельных образцов (случай б), использованных при построении зависимости «х—Rсж»].

После отбраковки анормальных результатов рассчитывают градуировочную зависимость «х—Rсж» с помощью формул или на основании корреляционной таблицы. В первом случае для бетонов с Rсж<20 МПа уравнение «х—Rсж» принимают линейным: Rсж=a0+a1x, а для бетонов с Rсж больше 20 МПа экспоненциальным: Rсж=b0eb1x. Коэффициенты уравнений вычисляют по формулам:

(здесь Ri и xi — соответственно значения Rсж и косвенной характеристики для отдельных серий).

Зависимость «х—Rсж» оценивают в соответствии с ГОСТ 21217—75 по среднему квадратичному отклонению Sг и коэффициенту эффективности Fэф. Для контроля могут применяться зависимости «х—Rсж», имеющие 2 и (Sг/Rсф) 100<12%. Значения Fаф и Sг рассчитывают по формулам:

где Rciф и Rciн — средняя прочность бетона в i-й серии образцов, определенная соответственно испытаниями на прессе и неразрушающими методами; S0 — среднее квадратичное отклонение по испытанным на прессе Nг серий образцов.

Расчет градуировочной зависимости может быть выполнен не только по приведенным формулам, но и путем построения эмпирической линии регрессии. Это рекомендуется проводить, когда построенные по формулам зависимости не удовлетворяют требованиям стандарта по значению Sг.

Зависимость «скорость ультразвука — прочность бетона» строят следующим образом. Например, в течение месяца испытано 18 серий образцов. Результаты измерений V и Rсж сводят в таблицу (табл. III.18, столбцы 1 и 2). Цель вычислений: определение координат эмпирической линии регрессии, через середины отрезков которой проводится кривая «v—Rсж» (рис. III.17). Для определения координат линии регрессии составляют корреляционную таблицу (табл. III.19).

Измеренные значения скорости и прочности разбивают на интервалы (обычно 8—10). Числом интервалов определяется число точек для проведения линии регрессии. По данным табл. III.20 определяют размах варьирования измеренных значений скорости и прочности, т. е. разность между наибольшими и наименьшими значениями. В приведенном примере максимальная прочность равна 36,1, минимальная — 8,8 МПа; максимальная скорость равна 4600, минимальная — 3290 м/с. Тогда при числе интервалов 8 интервал составит:

Контроль и оценка прочности и однородности бетона неразрушающими методами

По полученным значениям YR и v принимают первый интервал прочности 5—8,9, второй 9—12,9 и т.д.; первый интервал скорости 3100—3299, второй 3300—3499 и т. д. и составляют корреляционную решетку (см. табл. III.19).

Вычисляют средние значения интервалов прочности и интервалов скорости vср. Средние значения интервалов прочности Rсжср являются ординатами точек линии регрессии.

Абсциссы этой линии vср находят следующим образом. После разбивки на интервалы определяют абсолютные частоты каждого интервала, для чего значения пар скорости и прочности для каждого образца (см. табл. III.18) заносят в соответствующую клетку табл. III.19 в виде точки. Например, для образца со значениями скорости v=3290 м/с и прочности Rсж=8,8 МПа ставят точку в клетке на пересечении интервалов 3100—3299 м/с и 5—8,9 МПа. При этом предполагается, что в данный интервал включаются значения выше нижнего предела интервала, до значений, ограниченных верхним пределом интервала включительно.

Подсчитывают число точек в каждой клетке и проставляют соответствующие числа, которые называются абсолютными частотами m. Суммируют частоты по каждому столбцу отдельно, суммы проставляют в строке Sm. Затем вычисляют Emvcp и v, которые проставляют в соответствующей строке. Например, для второго вертикального столбца имеем Em=2+1+1=4; Smvcp=3600x2+3800x1+4000x1=15000 м/с; v=15000/4=3570 м/с. Таким образом, точке с ординатом Rсжср = 11 МПа будет соответствовать абсцисса v=3750 м/с.

На график «v—Rсж» наносят координаты всех точек. Соединяют точки прямыми линиями и проводят через середины отрезков плавную линию, которая и является искомой зависимостью «скорость—прочность» (см. рис. III.18). Возможно нанесение на график всех экспериментальных точек v и Rсж, которые образуют зону рассеяния (корреляционное поле). Полученная кривая позволяет определять прочность бетона в конструкциях с некоторой степенью приближения, определяемой шириной зоны рассеяния экспериментальных точек.

Поскольку при оценке прочности бетона по ГОСТ 21217—75 допускается использовать только те зависимости, у которых коэффициент эффективности Fэф больше 2 или Sт/Rсср<0,12, для приведенного примера, проводя необходимые вычисления по этапам, приведенным в столбцах 3—7 табл. III. 19, получим: Rсф = 390,4/18 = 21,7; Sз2 = 62,71/17 = 3,69;

Указанные зависимости определяют для каждого технологического комплекса не реже двух раз в год, а также при изменениях качества применяемых материалов или технологии. Проверяют зависимость еженедельно по результатам испытания одной или более серий образцов. Если в ходе проверки окажется, что: а) в любой одной серии (Rciф—Rciн)/Sт больше 3, или б) в шести сериях подряд разность Rсiф—Rciн будет иметь один и тот же знак, или в) наблюдается устойчивая тенденция к увеличению (Rciф—Rciн), то проверку проводят не менее двух раз в неделю. Если при этом в течение недели отмеченные явления не будут наблюдаться, частоту проверки уменьшают до одного раза в неделю. В противном случае строят новую зависимость «косвенная характеристика — прочность».

Контроль и оценку прочности и однородности бетона проводят как для партий конструкций, так и для отдельных конструкций. Установлены следующие нормы контроля: не менее 10% (но не менее 3) конструкций от партии при выборочном контроле. Если в партии 3 или менее конструкции, контроль должен быть сплошным. Число контролируемых участков должно быть не менее 30 в партии и не менее трех в контролируемой конструкции. при контроле партии. При контроле отдельных изделий — не менее 12 и не менее одного на 4 м2 поверхности плоских и массовых конструкций (плиты, панели, блоки и т. п.) и не менее одного на 4 пог. м длины линейных конструкций (сваи, колонны, балки, ригеля и т. п.).

Расположение и число контролируемых участков указывает проектная организация в рабочих чертежах или устанавливает изготовитель по согласованию с проектной или научно-исследовательской организацией с учетом размеров, назначения и технологии изготовления конструкций.

По приведенным в табл. III.17 формулам на основании результатов испытаний рассчитывают значение Vп или Vк. Затем по табл. III.20 определяют требуемое значение средней прочности Rпт или Rкт. Прочность бетона в конструкции (зоне конструкции) соответствует требуемой, если: а) для партии конструкций при выборочном контроле Rпm больше Rпт и при сплошном Rim больше Rпт; б) при контроле отдельных конструкций Rк больше Rкт.