21.01.2021

Особенности неразрушающих методов испытания прочности бетона и рекомендации по их выбору


Неразрушающие методы чаще всего применяют для определения прочности бетона на сжатие.

Все применяемые в настоящее время неразрушающие методы основаны на одном принципе — вначале измеряют какую-либо физико-механическую характеристику бетона xi, а затем по ней определяют Rсж по заранее установленной зависимости; Rсж=f(хi), т. е. зависимости «косвенная характеристика — прочность».

В зависимости от выбранного метода измеряют различные физико-механические характеристики бетона: упругий отскок Н; усилие вырыва Р; напряжение отрыва Rотр; скорость ультразвука v; диаметр отпечатка, который характеризует пластическую деформацию d, и др. Т. е. для определения Rсж используют зависимости: Rcж=f1(H); Rcж=f2(P); Rcж=f3(Rотр); Rсж=f4(v); Rсж=f5(d) и др.

Такие зависимости дают возможность определять значение Rсж по результатам измерений хi с помощью графиков, таблиц или формул либо по прибору, измеряющему одну из характеристик бетона; в этом случае прибор сразу градуируют по Rсж.

Ввиду имеющейся несогласованности применения терминов «прямой» и «косвенный», «разрушающий» и «неразрушающий» следует привести нормированные определения этих терминов. Прямым называется измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно на опытных данных, при косвенном измерении это значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Разрушающими называют испытания, которые могут нарушить пригодность продукции к ее использованию по назначению, неразрушающие испытания этой пригодности не должны нарушать. Из этих условий вытекает, что одно и то же испытание может быть прямым или косвенным, разрушающим или неразрушающим в зависимости от той продукции, какую подвергают испытаниям, и от характера искомой величины.

Необходимым условием применения любого метода является высокая точность измерения определяемой характеристики хi. Однако стремление к более высокой точности измерений имеет пределы, за которыми повышение точности не способствует более точному и надежному определению Rсж. Так, глубину отпечатка для методов пластической деформации можно измерить с помощью существующих приборов с погрешностью менее 0,01 мм. Однако вряд ли такая точность является необходимой, так как из-за малого изменения величины h, соответствующей определенному приросту прочности бетона, и влияния шероховатости поверхности лунки становится невозможным учесть малые колебания Rсж. В настоящее время для большинства методов необходимая точность измерения величины xi может быть обеспечена.

При выборе методов и приборов следует обращать также внимание на удобство и простоту работы с ними, стремиться к использованию приборов с неизменными параметрами, а также к минимальному числу измерений. Точность и надежность измерения xi особенно в условиях массовых испытаний зависит от удобства работы с прибором — для более удобных приборов меньше вероятность ошибок. Всякого рода пружинные молотки наряду с рядом преимуществ имеют тот недостаток, что жесткость пружины может изменяться, что вносит погрешность при измерении xi. Этот недостаток усугубляется тем, что в настоящее время почти все используемые в практике испытаний пружинные приборы изготовляют на специализированных предприятиях своими силами. При этом не учитываются свойства материала, применяемого для их изготовления, отсутствует должная наладка приборов и т. д. Указанные недостатки приводят к тому, что почти каждый экземпляр прибора имеет специфические особенности, и, следовательно, каждому прибору соответствует своя зависимость «Rсж=f(xi)». Наконец, при большом числе измерений (для получения одного и того же результата), например при использовании эталонного молотка, число замеров удваивается, требуется дополнительное вычисление dб/dэ и вероятность ошибок также возрастает.

Наибольшее значение в итоговой неточности определения Rcж неразрушающими методами имеют ошибки, связанные не с измерением xi, а с непостоянством зависимости «Rcж=f(xi)». Зависимости между Rсж и другими физико-механическими характеристиками бетона Н, v, d, h, ... хn — непостоянны. Так, например, твердость поверхности бетона практически не зависит от сцепления заполнителя с раствором и свойств внутренних частей бетона. Зависимость между Rсж и v определяется свойствами заполнителя и рядом других факторов. Скорость ультразвука в бетоне значительно в большей степени, чем прочность на сжатие, зависит от ряда свойств заполнителя. Непостоянна связь и между упругими свойствами бетона и Rсж. Бетоны с одинаковой прочностью, но различного возраста, или твердевшие в различных условиях имеют различные модули упругости и т. п.

Непостоянство зависимостей «Rcж=f(хi)» очевидно, поскольку различна взаимосвязь между разными характеристиками бетона, с одной стороны, и составом, свойствами его составляющих, условиями и временем твердения, с другой. Очевидно, что любому частному значению xi [для каждого уравнения типа Rсж=f(хi)] соответствует не одно определенное значение R1, а целый ряд значений в пределах от R1—AR' до R1+AR'' (здесь AR' и AR" — абсолютные значения измерения прочности, соответствующие данной величине R1). Таким образом, как бы точно мы не измерили любую из характеристик бетона xi, рассчитать по ней с такой же точностью Rcж невозможно.

В связи с этим все зависимости типа Rсж=f(xi) приближенные. На основе одной такой зависимости невозможно создать столь же точный и достоверный метод определения прочности бетона, как метод непосредственной оценки Rcж. Однако различие между прочностями бетона в образцах и конструкции зачастую больше, чем разница между истинным Rсж конструкции и Rcж, определенным неразрушающими методами.

Относительные ошибки существующих методов нередко велики, поэтому нельзя обеспечить необходимую точность измерения. Для повышения точности методов исследуемые бетоны должны быть более или менее идентичны бетонам, использованным для построения зависимости «косвенная характеристика — прочность». Вместе с тем следует учитывать, что выбор характеристики хi существенно влияет на точность зависимости «xi—Rсж». Например, при использовании в качестве хi усилия вы-рыва анкерного устройства P допускается применение постоянной зависимости «Р—Rсж» с использованием коэффициентов, учитывающих некоторые характеристики испытываемого бетона.

При оценке погрешности методов следует учитывать, что многие приборы определяют прочность лишь на каком-то участке поверхности, между тем при непосредственных испытаниях образца бетона на сжатие в работе участвует весь его объем, поэтому в ряде случаев разброс показателей объясняется не только несовершенством методики определения той или иной характеристики или конструкции прибора, но фактическим ее изменением.

В зависимости от предполагаемой прочности бетона выбор методов рекомендуется проводить с учетом данных, приведенных в паспортах на применяемые приборы, и табл. III.13.

Наряду с другими факторами, определяющими эффективность неразрушающих методов, следует учитывать, особенно при массовых испытаниях, их трудоемкость. Многочисленные операции при проведении испытаний можно разделить на следующие этапы: подготовка, осмотр изделий и выбор наиболее характерных участков; подготовка аппаратуры, приборов и приспособлений; разметка мест испытаний; подготовка мест испытаний и образцов; проведение испытаний; свертывание аппаратуры; ликвидация следов испытаний на изделиях; определение прочности бетона по полученным испытаниям. Каждый этап в свою очередь может состоять из нескольких элементов работы в зависимости от применяемого метода, прибора и других условий. В отдельных случаях трудозатраты по тому или иному этапу могут отсутствовать.

Кроме того, на трудоемкость испытаний влияет ряд факторов, зависящих главным образом от местных условий. Сюда относятся затраты на перемещение лиц, проводящих испытания от лаборатории к проверяемым изделиям, ознакомление с проектной документацией, проведение при необходимости дополнительных испытаний (определение расположения арматуры, влажности бетона и т.п.), составление заключений и т.д.

Трудоемкость T любого испытания зависит в общем случае от двух групп составляющих: первая — ti — определяется затратами времени на операции, связанные с выполнением испытаний; вторая — ki — связана с принятыми нормами частоты контроля на основе имеющегося опыта, требуемой точности и надежности испытаний или требований различного рода нормативных документов. Расчет трудоемкости может быть выполнен по следующей формуле:

Для неразрушающих испытаний значение T определится, например, при n=4 по формуле

где t1 — трудозатраты на выполнение единичного замера (испытания); t2 — дополнительные трудозатраты, связанные с испытанием одного участка и независящие от числа испытаний на участке; t3 — дополнительные трудозатраты, связанные с числом испытываемых изделий в партии (например, изъятие изделия из партии) и независящие ни от числа участков, ни от числа испытаний на участке; t4 — дополнительные трудозатраты, связанные с общими работами, проводимыми при испытании (например, подготовка приборов); k1 — число испытаний на участке; k2 — число участков на изделии; k3 — число испытываемых изделий в партии [значения t1, t2, t3 и t4 следует определять экспериментально; при отсутствии такой возможности для приближенных расчетов можно воспользоваться данными, полученными ЦНИЛ Главкиевгорстроя (табл. III.14); значения k1 принимают по ГОСТ 22690.0—77—22690.4—77, 21243—75 и 17624—78, a k2 и k3 — по ГОСТ 21217—75 и 8829—77].

С целью повышения производительности труда при испытаниях и совершенствования технологии их проведения неразрушающие методы испытания прочности бетона в сочетании с другими неразрушающими методами используются в различного типа стендах. Наиболее часто применяют ультразвуковой метод — это, например, стенды К-1081, К-1292А, К-1443 Оргтехстроя Главзапстроя; ДС-2 КуИСИ и Куйбышевского Оргтехстроя и др. Донпромстройниипроект предложил стенд, основанный на использовании метода пластической деформации, HИИCКoм с участием Главкиевгорстроя создан стенд УИКС-2500, основанный на методе скалывания ребра конструкции. Предложен ряд систем использования ультразвукового метода для определения прочности бетона в процессе его твердения. Известно применение для этой цели прибора, фиксирующего напряжения, которые возникают в бетоне при его твердении.

При использовании таких методов, как ультразвуковой, скалывания ребра конструкции и отрыва со скалыванием, следует учитывать обжатие бетона. При испытании методом отрыва диски следует наклеивать после завершения обжатия бетона.

Для определения прочности бетона нельзя выбрать и рекомендовать постоянно какой-либо один определенный метод и прибор. Выбор метода представляет собой инженерную задачу, связанную с учетом таких условий, как вид изделия, вид бетона, его марка, необходимое число испытаний, их точность, трудоемкость и т.п. В ряде случаев (как описано далее) возникает необходимость совместного применения нескольких методов, т.е. комплексных испытаний. Следовательно, оптимальный метод выявляется с учетом конкретных условий. При выборе метода можно воспользоваться рекомендациями, приведенными в табл. III.15 и III.16.

В условиях систематического контроля прочности бетона на заводах ЖБИ с помощью неразрушающих методов выявляются отклонения от заданной прочности в силу ряда технологических причин. В зависимости от причины, вызвавшей снижение прочности, тот или иной метод может оказаться эффективным (пригодным) или неэффективным (непригодным). В табл. III.16 приведены рекомендации по этому вопросу.

При проведении испытаний неразрушающими методами должны учитываться такие факторы, как влажность и температура бетона. В общем случае эти характеристики должны быть такими же, как и у бетона, для которого строилась зависимость «косвенная характеристика — прочность».







Яндекс.Метрика