21.01.2021

Комплексные методы испытания прочности бетона


Зачастую в производственных условиях главным образом для экспертного определения прочности бетона приходится проводить испытания неразрушающими методами в условиях, когда отсутствует зависимость «косвенная характеристика — прочность» бетона, учитывающая все свойства обследуемого бетона, а также необходимые данные о нем. В этих случаях произвольный выбор метода испытания может привести к существенным ошибкам при определении Rсж.

Определять Rсж в зависимости от конкретных условий следует одним из следующих способов.

1. Выпиливанием из конструкции бетонных образцов или испытанием на отрыв со скалыванием. Однако применение этих методов не всегда возможно, кроме того, они характеризуются значительной трудоемкостью, что весьма существенно, особенно при большом объеме испытаний.

2. Параллельно (с целью «привязки») испытаниям методами, приведенными ранее, и неразрушающими методами, характеризующимися меньшей трудоемкостью, в отдельных конструкциях или частях сооружениях. После этого остальные конструкции или части сооружения испытывают «привязанными» неразрушающими методами. Оценивая положительно такой способ обследования бетона, следует отметить, что не всегда возможна подобная «привязка». Кроме того, при контроле приходится сталкиваться со случаями, когда свойства и состав бетона различны в разных конструкциях или частях сооружения как вследствие отклонений при их изготовлении, так и вследствие действия различных агрессивных факторов. Таким образом, «привязка» зависимости «косвенная характеристика — прочность» нарушается, причем об этом далеко не всегда известно испытателю.

3. Комплексными испытаниями путем измерения нескольких характеристик бетона х1, х2, ..., хn с последующим расчетом по ним соответствующего значения Rсж. Сущность комплексных испытаний состоит в том, что бетон конструкции или сооружения испытывают с помощью нескольких неразрушающих методов и по полученным результатам определяют наиболее вероятное значение прочности. Rсж может быть вычислена из результатов отдельных измерений по зависимостям Rcж = f1(x1), Rcж = f2(x2), ..., Rcж = fn(xn) или Rсж = f(х1, х2, ..., хn). Возможные значения должны удовлетворять связи уже не с одной характеристикой хi, а с несколькими, что снижает разброс полученных таким образом Rcж бетона. Испытания бетона при этом осуществляются в соответствии с рекомендациями методических указаний и инструкций каждого из примененных неразрушающих методов. Особенности комплексных испытаний сводятся главным образом к правильному выбору методов и к расчету по полученным результатам наиболее вероятного значения Rсж.

При определении прочности бетона существенное значение имеет выбор метода, которым можно было бы определить различные характеристики бетона. Так, при использовании прибора УКБ-1М для определения v дополнительное измерение v с помощью, например, УК-10П будет не целесообразно. Другой пример. Прочность бетона можно определить с помощью различных приборов, основанных на методе пластической деформации. Ho поскольку все эти приборы основаны на вдавливании штампа, точность определения не повысится. Для более точной оценки прочности требуется определить различные характеристики бетона, поэтому при комплексном исследовании бетона рекомендуется использовать различные методы. В ряде случаев полезно сочетание физических и механических методов испытаний, а также использование контроля прочности в образцах. При выборе методов для проведения комплексного исследования следует в зависимости от конкретных условий учитывать особенности каждого из них. Для этой цели могут быть использованы рекомендации, приведенные в табл. III.14, III.16 и III.17.

Однако при проведении испытаний недостаточно выбрать методы и приборы, которые измеряют различные физико-механические характеристики бетона, необходимо, чтобы между этими характеристиками и Rсж бетона была устойчивая, достаточно надежная связь. Ясно, что если изменение Rcж бетона не сказывается существенно на какой-либо его характеристике хm, зависимость «Rсж=fm(xm)» не может быть использована для испытания прочности бетона.

В ряде случаев одна и та же физико-механическая характеристика может повышать точность определения Rсж для одних видов бетона и не оказывать существенного влияния при испытании других. Так, комплексное применение импульсного ультразвукового и радиоизотопного методов не дает заметного увеличения точности определения Rсж для тяжелого бетона. В то же время комплексная оценка прочности легких бетонов с учетом их объемной массы весьма эффективна. Для тяжелых бетонов контроль mV целесообразен, когда есть сомнения в качестве его уплотнения.

При исследованиях качества бетона комплексными методами представляет большой практический интерес установление теоретических и экспериментальных зависимостей, связывающих несколько различных характеристик бетона с его прочностью, т. е. установление зависимости типа Rcж=f(x1, x2, ..., xn). Имеется ряд предложений по применению расчетных формул, связывающих с Rсж, характеристики, определяемые при механических испытаниях.

Однако в настоящее время отсутствуют надежные зависимости между прочностью бетона и его косвенными характеристиками, определяемыми различными методами, поэтому в случае применения нескольких методов возникает вопрос, как определить прочность бетона, когда различные методы дают разные ее значения. Для решения этого вопроса можно воспользоваться следующим приемом.

Пусть по одному методу [Rсж=fi(xn)] будет получена прочность бетона при сжатии R1, а по другому [Rсж=f2(xm)] прочность бетона R2. Примем, что R2>R1. В соответствии с особенностями приборов и расчетных формул каждый метод имеет определенные пределы точности. С учетом степени точности допустим, что полученная первым методом R1 может изменяться при постоянном значении хn от R3 до R4 (где R3=R1—AR' и R4=R1+AR'), а R2 при постоянном значении xm — от Rs до R6 (где R5=R2—AR" и R6=R2+AR'').

Расчет прочности бетона на сжатие основывается на следующей положении. Каждый метод определения прочности бетона по какой-либо его характеристике дает пределы, в которых имеется ряд возможных значений Rсж, соответствующих определенному значению xi. При использовании нескольких, например двух, методов прочность бетона с большей вероятностью будет находиться в пределах значений, какие соответствуют одновременно величинам хn и xm, полученным из двух уравнений (двумя методами). Таким образом, наиболее вероятное значение Rсж должно находиться в пределах как между R3 и R4 (по условиям первого метода), так и между R5 и R6 (по условиям второго метода).

В зависимости от точности примененных методов и, следовательно, полученных результатов возможны следующие случаи.

I. Пределы возможных колебаний значений Rcm, полученных обоими методами, частично совмещены (рис. III.18,а), при этом R6>R4>R5>R3. Значение прочности бетона на сжатие будет находиться в пределах между R3 и R4. Принимая ее положительные и отрицательные отклонения равными, получим: Rсж = (R4+R5)/2; ARсж=(R4—R5)/2.

II. Возможные колебания значений Rсж, полученных первым методом, меньше, чем полученные вторым, и укладываются в его пределы (рис. III.18,б). При этом R6>R4>R5; R3>R5. Прочность бетона на сжатие с наибольшей вероятностью будет находиться в пределах между R3 и R4 и равна результату первого метода: Rcж=R1; ARсж=±AR'.

III. Возможные колебания значений Rсж, полученных по второму методу, меньше, чем по первому, и укладываются в его пределах (рис. III.18, в). При этом R4>R5>R3; R4>R6.

Значение прочности бетона на сжатие с наибольшей вероятностью будет находиться в пределах между R5 и R6 и равна результату второго метода: Rcж=R2; ARсж=±AR''.

IV. Пределы возможных колебаний значений Rсж, полученных обоими методами, не совпадают (рис. III.18,г), т. с. R4 меньше R5. В этом случае испытания обязательно следует повторять, а при вторичном получении подобных данных — применить дополнительный метод исследования.

На первый взгляд представляется, что при данном способе расчета повышение точности метода и связанное с этим уменьшение значений ±АR могут привести к переходу случая I в случай IV. Однако это не так, поскольку основным результатом повышения точности применяемых методов будет сближение значений R1 и R2.

Для определения Rсж по данным результатов испытания несколькими методами необходимо знать точность каждого примененного метода. К сожалению, в литературе при описаниях методов и приборов иногда необоснованно говорятся о высокой степени точности некоторых из них, поэтому пределы точности существующих методов должны быть уточнены путем тщательной их проверки в производственных условиях.

На основании имеющихся экспериментальных данных среднюю квадратичную погрешность Sг можно принять для случая использования осредненных зависимостей «косвенная характеристика — прочность»: для эталонного молотка и других приборов, основанных на измерении пластической деформации растворной составляющей бетона, 25—30%; для приборов упругого отскока и прибора НИИЖБ — 20—25%; для ультразвукового метода при наличии «привязочных» образцов 25%. Для метода отрыва эта величина составляет 15—20%, а для отрыва со скалыванием определяется по табл. III.21.

Зная точность (погрешность) метода и применяя приведенные зависимости, можно рассчитать прочность бетона.

Пример. При испытании железобетонной конструкции (зависимость «косвенная характеристика — прочность» — осредненная) склерометром Шмидта была получена R1=28 МПа, прибором ДГГГ-4 —R2=38 МПа. Тогда можно записать: S1=20%; R3=22,4 МПа; R4=33,6 МПа; S2=25%; R5=28,5 МПа; R6=47,5 МПа.

Поскольку R6>R4>R5>R3, имеем случай I:

Более точное определение R3, R4, R5 и R6 может быть выполнено, если рассматривать R1—AR', R1+AR'(R3, R4) и R2—AR'', R2+AR'' (R5, R6) как доверительные интервалы, в которых с заданной надежностью P должны находиться соответственно значения R1 и R2. Величину AR рассчитывают по формуле

где S — среднеквадратичное отклонение, которое определяют для данной выборки, а при малом числе n испытаний — с использованием табл. III.23; tp(n) — коэффициент Стьюдента, зависящий от числа n и принятой надежности, определяемый по таблицам [значения tp(n) при наиболее часто задаваемой надежности P=0,95 в зависимости от n приведены ниже]:

Приведенный способ расчета Rсж, по данным комплексных испытаний, хотя и повышает точность определения Rсж в изделиях и конструкциях и отличается простотой, но имеет некоторые недостатки:

- при одновременном использовании трех и более методов испытаний бетона применение указанного способа решения затруднительно;

- в тех случаях, когда пределы отклонений от значений, полученных различными методами, даже частично не совпадают, определить наиболее вероятное значение прочности бетона невозможно. В практике могут встречаться случаи, когда пределы хотя не совпадают, но достаточно близки и выявляется необходимость определять Rсж по данным проведенных измерений.

Для более точного определения Rсж по данным, полученным различными методами, могут быть применены положения теории вероятностей об обработке неравноточных измерений определенной величины. Наиболее вероятное значение Rcж рассчитывают по формуле

где Rк — значения прочности, полученные различными методами испытания бетона; 1, 2, 3, ..., т; рк — значения относительных весов измерений.

Если полученные различными методами испытаний значения Rк имеют одинаковое значение S, т. е. все Rк равноточны, формула (III.3) приобретает вид:

т. е. Rcж вычисляется как среднее арифметическое.

В тех случаях, когда S определить не представляется возможным, можно допустить вычисление рк по формуле

где ARк — ошибка для измеренной величины Rк.

Таким образом, по полученным в испытаниях значениям Rк с учетом ошибок примененных методов можно по формуле (III.3) рассчитать наиболее вероятную прочность бетона. Формулой (III.4) можно пользоваться в тех случаях, когда для всех полученных Rк значения ARк одинаковы, т. е. AR1=AR2=AR3=...=ARn.

Для рассмотренного примера: p1=3,l*10в-2 и р2= 1,1*10в-2, отсюда

Из приведенного примера видно, что при определении прочности бетона методами с различной точностью менее точные результаты незначительно сказываются на вычисленном значении Rcж. По ранее приведенному методу расчета Rсж равна 31 МПа, т. е. по обоим методам получились близкие результаты.

Для приближенного вычисления S при малом числе испытаний можно воспользоваться формулой

где К определяется в зависимости от числа испытаний по табл. III.22.

Необходимо установить допустимые отклонения результатов, получаемых при отдельных методах испытаний от вычисленной Rсж. В отличие от стандартных испытаний, где получаемые результаты равноточны, при использовании различных методов контроля качества бетона приходится иметь дело главным образом с неравноточными измерениями. При этом имеет значение не только полученный результат Rк, но и точность, с которой она определена.

Так, значение Rсж может оказаться ближе к отдельному, значительно отличающемуся от остальных значению Rк, если последнее определено методами с наиболее высокой точностью, поэтому в предлагаемом расчете целесообразно нормировать отклонение Rк от Rсж с учетом точности методов.

Принимая предел допустимого отклонения ±20%, т.е. Rсж-Rк/Rсж — 100, % меньше 20%, можно не учитывать крайнее значение Rк, имеющее наибольшую погрешность емакс в расчете, если оно отклоняется от Rсж более чем на 20%.

Примеры:

Поскольку Rсж-Rк/Rсж * 100, % = 30,5% больше 20% и величина R3 определена с наименьшей точностью, значение Ri отбрасывают и Rсж вычисляют по результатам первых двух методов:

Если в приведенном примере для R1 принять е1=±20%, а для R3 е3=±10%, то значение Rcж получается равным 62,9/2,39 = 26,3 МПа, т. е. в расчете будут учитываться все полученные значения — R1, R2 и R3.

Для вычисленных значений Rсж можно приближенно определить среднеквадратичное отклонение по формуле

Совместное применение нескольких методов повышает точность определения. Описанный способ расчета, хотя и является несколько трудоемким в сравнении с ранее предложенным, но позволяет решать с достаточной точностью практически все возникающие задачи при совместном применении неограниченного числа способов контроля прочности бетона. Вместе с тем важны дальнейшие исследования теоретических и экспериментальных зависимостей между прочностью бетона и другими его физико-механическими характеристиками. Для установления экспериментальных зависимостей такого рода может быть, в частности, использован метод множественной корреляции.





Яндекс.Метрика