Методы определения прочности бетона. Основные методы определения прочности тяжелого бетона на сжатие в сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкциях и изделиях Испытание бетона методом отрыва со скалыванием мпа

Определение прочности бетона является очень важным фактором. Эксплуатационные параметры данного материала зависят именно от этого качества. Прочностью является способность противостоять внешним агрессивным средам и механическим силам. При строительстве и обследовании конструкций из железобетона прочность на сжатие — самый контролируемый параметр.

Дефектоскоп предназначен для определения времени распространения ультразвуковых колебаний в бетоне. Удобен для определения качества бетона строящихся и эксплуатируемых зданий и там, где затруднен двусторонний доступ к проверяемым сооружениям.

Существует огромное количество методов контроля, которые используются на практике. Самый достоверный — определение по испытанию конструкции после того, как набрана проектная прочность. Способ испытания контрольных образцов дает возможность сделать оценку качества смеси, но не прочности в конструкции. Вызвано это невозможностью обеспечить аналогичные условия набора прочности (нагрев, вибрирование) для бетонных кубиков и бетона в конструкции. Способы контроля по классификации ГОСТ 18105-2010 делятся на 3 группы.

Методы определения прочности:

1. Разрушающие.
2. Прямые неразрушающие.
3. Косвенные неразрушающие.

К первой группе относят метод контрольных образцов, а также метод определения прочности вследствие испытания тех образцов, которые были отобраны из конструкций. Последний способ является базовым и его считают более достоверным и точным. Но при испытании его используют очень редко. Самыми главными причинами являются значительное нарушение целостности конструкции и большая стоимость исследований.

Именно по показателю прочности при сжатии определяется класс бетона. Кубики раздавливают гидравлическим прессом, а он выдает результат.

Зачастую используются методы неразрушающего контроля. Но большая часть работ делается косвенными методами. На сегодня самыми распространенными выступают ультразвуковой способ по ГОСТ 17624-87, метод ударного импульса и метод упругого отскока по ГОСТ 22690-88. При использовании этих методов очень редко соблюдают требования стандартов по построению градуировочных зависимостей. Некоторые просто не знают таких требований. Остальные знают, но не понимают величину ошибки результатов измерений при использовании зависимости, прилагаемой к прибору, вместо зависимости, которая построена на исследуемом бетоне.

Существуют мастера, которые знают об указанных требованиях норм, но не обращают на них внимания и ориентируются на финансовую выгоду и на то, что заказчик ничего не понимает в данном вопросе.

О факторах, которые влияют на неправильное измерение прочности без построения градуировочных зависимостей, существует достаточно информации.

В таблице 1 показаны данные о максимальной погрешности измерений разными методами.

В дополнение к проблеме использования несоответствующих зависимостей добавляется еще одна, которая возникает при обследовании. По требованиям СП 13-102-2003 снабжение выборки параллельных исследований бетона прямым и косвенным методами на более 30 участках необходимо, но недостаточно, чтобы построить и использовать градуировочную зависимость.

Нужно, чтобы зависимость, которая получена парным корреляционно-регрессивным анализом, имела достаточно высокий коэффициент корреляции (больше 0,7) и низкое среднеквадратическое отклонение (меньше 15% средней прочности). Для того чтоб это условие было выполнено, точность измерений двух контролируемых параметров должна быть высокой, а прочность, который строит зависимость, должна меняться в достаточно широком диапазоне.

В приборе установлен молоток, который вдавливает шарик в бетон и по его отскоку определяется прочность бетона, показатели высвечиваются на дисплее.

Когда выполняется исследование конструкций, данные условия соблюдаются редко. Первым моментом является то, что базовый метод испытания часто сопровождается большой погрешностью. Вторым — то, что из-за неоднородности бетона прочность поверхностного слоя может не совпадать с прочностью того же участка на некоторой глубине. Если бетонирование имеет хорошее качество и бетон соответствует проектному классу, в пределах одного объекта редко встречаются однотипные конструкции с прочностью, которая изменяется в широком диапазоне. К примеру, от В20 до В60. Поэтому зависимость нужно строить по выборке измерений с небольшим изменением параметра, который исследуется.

Если не нарушать требования действующих норм для определения прочности при исследовании, нужно применять прямые неразрушающие либо разрушающие методы контроля.

Теперь подробнее о прямых методах контроля. К ним относят 3 метода по ГОСТ 22690-88:

• метод отрыва;
• метод отрыва со скалыванием;
• метод скалывания ребра.

Список необходимых инструментов:

• прибор для метода отрыва с диском для приклеивания;
• анкеры;
• дюбели;
• электронный блок;
• датчики;
• эталонный металлический стержень.

График увеличения прочности во времени: линия А — вакуумной обработка; линия В — естественное твердение; С — увеличение прочности (в %) бетона после вакуумной обработки.

Определение прочности методом отрыва

Этот метод основан на измерении максимального усилия, которое необходимо для отрыва сегмента конструкции. Отрывающая нагрузка применяется к ровной поверхности конструкции, которая испытывается благодаря приклеиванию стального диска, который имеет тягу для соединения с прибором. Для приклеивания можно использовать разнообразные клеи на эпоксидной основе. В ГОСТ 22690-88 рекомендуют клеи ЭД20 и ЭД16 с цементным наполнением.

На сегодняшний день можно использовать современные двухкомпонентные клеи, производство которых хорошо налажено. В литературе, посвященной испытанию, методика испытания подразумевает приклеивание диска к участку исследования без дополнительных мер по ограничению зоны отрыва. Площадь отрыва непостоянная и ее необходимо определять после каждого испытания. В заграничной практике перед исследованием участок отрыва ограничивается бороздой, которая создается кольцевыми сверлами. В таком случае площадь отрыва является постоянной и известной. Именно это увеличивает точность измерений.

После отрыва фрагмента и после определения усилия определяют прочность бетона на растяжение (Rbt). По ней с помощью пересчета по эмпирической зависимости можно определить прочность на сжатие (R). Можно воспользоваться такой формулой:

Rbt = 0,5∛(R^2)

Для метода отрыва можно применять разные приборы, которые используют для метода отрыва со скалыванием. Это ПОС-50МГ4, ОНИКС-ОС, ПИБ и старые аналоги — ГПНВ-5, ГПНС-5. Чтобы провести испытание, необходимо наличие захватного устройства, которое соответствует тяге, расположенной на диске.

Способ отрыва со скалыванием

Устанавливают анкерное устройство после отвердения бетона в высверленное отверстие, а потом его вырывают с куском

Такой метод имеет много общего с методом, который описан выше. Главное различие — это способ крепления к материалу. Для приложения отрывающего усилия используют лепестковые анкеры разных размеров. При исследовании конструкций анкеры укладываются в шпур, пробуренный на участке измерения. Точно так же, как и при методе отрыва, измеряется разрушающее усилие (P). Переход к прочности на сжатие делается по указанной в ГОСТ 22690 зависимости:

где m1 — коэффициент, который учитывает максимальный размер большого заполнителя, а m2 — коэффициент перехода к прочности на сжатие, который зависит от вида бетона и условий затвердевания.

В России этот метод наиболее распространен вследствие своей универсальности (табл.1), относительной легкости и возможности испытания на любом участке конструкции. Главные ограничения для его применения: густое армирование и толщина исследуемой конструкции. Эта толщина должна быть больше, чем удвоенная длина анкера. Для выполнения исследований нужно использовать прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону.

По сравнению с методом отрыва в данном случае не обязательно наличие ровной поверхности. Важное условие: кривизна поверхности должна быть достаточной, чтобы установить прибор на тягу анкера.

Надо ударить по поверхности не менее 5 раз, а затем по размерам отпечатков и с помощью тарировочной таблицы определяется прочность.

Скалывание ребра

Последний прямой метод неразрушающего контроля — метод скалывания ребра. Главное его отличие заключается в том, что прочность определяется по усилию (P), которое необходимо для скалывания участка конструкции, расположенному на ребре с внешней стороны.

Недавно была разработана конструкция прибора, позволяющая установить его на исследуемый элемент с наличием одного внешнего ребра. Укрепление осуществляется к одной поверхности испытываемого элемента с помощью анкера с дюбелем. Это новшество несколько расширило диапазон применения прибора. Но вместе с этим и аннулировало главное преимущество метода скалывания, заключавшееся в отсутствии нужды сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность на сжатие с использованием метода скалывания ребра определяют по нормированной зависимости:

R = 0,058 * m * (30P + P2),

где m — коэффициент, который учитывает крупность заполнителя.

Ультразвуковое определение

Действие приборов ультразвукового контроля основано на связи, существующей между скоростью распространения ультразвуковых волн по материалу и его прочностью. В зависимости от способа прозвучивания различают две градуировочные зависимости:

• скорость распространения волн — прочность;
• время распространения волн ультразвука — прочность бетона.

Показания данного прибора неразрушающего метода используют для корректировки показаний приборов, действующих методом ударного импульса и ультразвуковым методом.

Метод сквозного прозвучивания в поперечном направлении используется для сборных линейных конструкций. Ультразвуковые преобразователи при таких исследованиях инсталлируются с двух противоположных сторон контролируемой конструкции.

Поверхностным прозвучиванием исследуют ребристые, плоские, многопустотные плиты перекрытия, стеновые панели. Волновой преобразователь инсталлируется с одной стороны конструкции.

Чтобы получить надежный акустический контакт между испытуемой конструкцией и рабочей поверхностью ультразвукового преобразователя, используют вязкие контактные материалы типа солидола. Можно установить «сухой контакт» с использованием конусных насадок и протекторов. Ультразвуковые преобразователи устанавливаются на расстоянии не меньше 3 см от края конструкции.

Приборы для ультразвукового контроля прочности состоят из электронного блока и датчиков. Датчики бывают раздельными или объединенными для поверхностного прозвучивания.

Определение прочности молотком Кашкарова

Испытания молотком Кашкарова необходимо выполнять в соответствии с ГОСТ 22690.2-77. Метод применяется для того, чтобы определить прочность в диапазоне 5-50 МПа. В местах исследования поверхность конструкции должна быть ровной. Если поверхность шероховатая и есть краска, то она зачищается металлической щеткой.

По подготовленной поверхности наносится удар средней силы. Его необходимо наносить перпендикулярно к испытываемой поверхности. В результате удара получаются одновременно 2 отпечатка — на поверхности бетона и на эталонном металлическом стержне. После каждого последующего удара эталонный металлический стержень перемещают в отверстие корпуса молотка не меньше чем на 10 мм, чтобы отпечатки были на одной линии. Удары наносят через листы копировальной белой бумаги. Отпечатки на бумаге и эталонном стержне вымеряют угловым масштабом с точностью до 0,1 мм.

Для каждой выполненной серии отпечатков одной области делают сумму диаметров всех полученных отпечатков отдельно на бетоне и на эталонном стержне. За косвенную характеристику прочности бетона принимают среднюю величину отношения измеренных отпечатков в одной области на бетоне и эталонном стержне.

Метод отрыва со скалыванием занимает в ряду методов определения прочности бетона особое место. Считаясь неразрушающим методом, метод отрыва со скалыванием по своей сущности является разрушающим методом контроля бетона, 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. Этот метод применяется на тяжелые бетоны и конструкционные бетоны на легких заполнителях в монолитных и сборных бетонных и железобетонных изделиях, конструкциях и сооружениях и устанавливает метод испытания бетона и определения его прочности на сжатие путем местного разрушения бетона при вырыве из него специального анкерного устройства. Такой метод испытания бетона отрыв со скалыванием 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.

Одним из наиболее распространенных и эффективных способов быстрого измерения прочности бетона на сжатие или его марку, является измерение склерометром, или как его еще называют, молоток Шмидта.

Соответствие Марки и Класса бетона показаниям шкалы склерометра (молотка Шмидта) по направлению удара в соответствии с графиком тарировочной кривой
Марка бетона, М Класс бетона,
B Вертикально сверху, ед Горизонтально, ед. Вертикально снизу, ед
М100 7,5 10 13 20
- 10 12 18 23
М150 12,5 20 24 28
М200 15 24 28 32
М250 20 30 34 38
М300 22,5 34 37 41
М350 27,5 38 41 45
М400 30 41 43 47
М450 35 44 47 50
М500 40 47 49 52
М600 45 49 52 55

ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 18105-86 Бетоны. Правила контроля прочности
ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определения прочности механическими методами неразрушающего контроля

Еще один метод испытания бетона - отрыв со скалыванием. Данный метод заключается в определении степени усилия, которое необходимо для скалывания участка бетона на ребре конструкции. Иногда данный метод заключается в местном разрушении бетона: в рамках данного метода вырывается анкерное устройство. Метод отрыва со скалыванием - это самый точный, но и самый трудоемкий способ контроля, поскольку для установки анкера требуется подготовка специальных шпуров. Более того, такой метод недостаточно универсален: он неприменим в рядах конструкций.

«Прометей» рекомендует метод определения прочности бетона отрывом со скалыванием в натурных обследованиях. Такие методы испытания бетона отрывом также идеальны при освидетельствовании на этапах строительства, приемки, эксплуатации и реконструкции строительных объектов, а также при изготовлении сборных изделий на предприятиях производства железобетонных изделий.

Испытание механических свойств бетона в лабораторных условиях

Для таких материалов, как бетоны, определение прочности механическими методами неразрушающего контроля желателен контроль достоверности результатов путем сопоставления данных, полученных прямым и косвенным путем. Проведением такого рода исследований занимается лаборатория механических испытаний при ООО «Прометей».

В лабораторных условиях производятся физико-механические испытания образцов бетона с применением всех известных подходов, включая базовый разрушающий метод контроля бетона, методы ударного импульса и упругого отскока. Важно, чтобы измерения вел квалифицированный лаборант механических испытаний - влияние человеческого фактора должно быть сведено к минимуму.

Как показывают механические испытания материалов, косвенные методы механических испытаний завышают прочностные характеристики карбонизированного бетона на 40–60%, а наиболее достоверным признан метод отрыва со скалыванием.

Метод отрыва со скалыванием: преимущества и ограничения

Все современные стандарты включают в программу натурных обследований ЖБК механические испытания бетона отрыв со скалыванием.

На практике отрыв со скалыванием дает ряд преимуществ:

• возможность установки приборов на плоские участки без ребра;
• независимость от электроснабжения;
• толерантность к низким температурам;
• контроль прочности бетонов класса В50 и выше;
• быстрое и удобное крепление оборудования.

Если кривизна блока не препятствует подключению прибора к анкеру, определение прочности бетона отрывом со скалыванием может производиться и на неровных бетонных поверхностях (от 5 мм). Густое армирование бетона затрудняет испытания на механическую прочность посредством данного метода; при этом толщина бетона в участке измерения не должна быть меньше удвоенной длины анкера.

Используемое оборудование

ПОС-50МГ4"Скол" предназначен для неразрушающего контроля прочности бетона методами скалывания ребра, отрыва со скалыванием и отрыва стальных дисков по ГОСТ 22690-88.

Который определяет его эксплуатационные свойства. Поэтому при возведении важных несущих конструкций, строители тщательно следят за этим показателем. Наиболее распространенным способом контроля является определение прочности бетона методом отрыва со скалыванием. Однако, существует и масса других способов.

Поэтому в данной статье мы подробно рассмотрим, как определить прочность бетона наиболее распространенными современными методами.

Виды способов проверки прочности

Наиболее достоверным способом контроля качества бетона является испытание бетонной конструкции, после того, как материал наберет свою проектную прочность.

Что касается испытания отдельно выполненных контрольных образцов, то оно позволяет определить лишь , но не прочности материала в конструкции. Связано это с невозможностью обеспечение одинаковых условий набора прочности опытного образца (вибрирование, нагрев и пр.) и бетонного изделия.

Все существующие методы контроля подразделяются на три группы:

• Прямые неразрушающие;
• Разрушающие;
• Косвенные неразрушающие.

Нередко используют неразрушающие способы контроля, однако, чаще всего работу выполняют косвенными методами. К последней группе относится испытание контрольных образцов, а также образцов отобранных из бетонной конструкции.

Обратите внимание! По показателю прочности при сжатии определяют класс бетона. Для этого бетонные кубики раздавливают при помощи гидравлического пресса, который выдает результат.

Надо сказать, что разрушающие способы также широко распространены в строительстве, однако применяют их реже, так как они нарушают целостность конструкции. Кроме того, цена таких испытаний очень высокая.

Поэтому на сегодняшний день наиболее распространенными являются следующие методы определения прочности:

• Способ упругого отскока;
• Ультразвуковой метод;
• Способ ударного импульса.

Надо сказать, что разные способы проверки имеют разную погрешность:

Основные требования к проверке прочности

Согласно требованиям, изложенным в СП 13-102-2003, выборку бетона для исследования косвенным и прямым методами необходимо выполнять более чем на 30 участках, однако, этого недостаточно для построения и использования градуировочной зависимости.

Еще необходимо, чтобы зависимость, полученная парным корреляционно-регрессивным исследованием, имела коэффициент корреляции не меньше 0,7, а также среднеквадратическое отклонение составляло менее 15 процентов средней прочности. Для выполнения этих условий, точность измерений должна быть очень высокой, при этом прочность бетона должна меняться в широком диапазоне.

Надо сказать, что при исследовании конструкций, эти условия соблюдаются довольно редко. Дело в том, что базовый метод испытаний сопровождается значительной погрешностью.

Кроме того, прочность бетона на поверхности может отличаться от прочности на некоторой глубине. Однако, если бетонирование выполнено качественно и бетон соответствует своему проектному классу, то параметры однотипных конструкций не меняются в широком диапазоне.

Чтобы определить прочность без нарушения действующих норм, следует воспользоваться прямыми неразрушающими или разрушающими способами.

По ГОСТ 22690-88 к прямым способам относятся:

• Метод отрыва;
• Отрыв бетона со скалыванием;
• Скалывание ребра.

Теперь подробней рассмотрим наиболее распространенные технологии определения качества бетона.

Технология определения прочности

Способ отрыва

Принцип данного метода базируется на измерении усилия, которое нужно приложить для отрыва участка бетонной конструкции. Отрывающую нагрузку применяют к ровной поверхности бетонной конструкции. Для этого к ней приклеивается стальной диск, который при помощи тяги соединяется с измерительным прибором.

Диск приклеивают при помощи клея на эпоксидной смоле. ГОСТ 22690-88 рекомендует использовать клей ЭД20 с цементным наполнителем. Правда, в наше время существуют надежные двухкомпонентные клеи.

Данная технология подразумевает приклеивание диска без дополнительных мер по ограничению участка отрыва. Что касается площади отрыва, то она непостоянная и определяется после каждого испытания.

Правда, в зарубежной практике участок отрыва предварительно ограничивается бороздой, выполняемой кольцевыми сверлами. В этом случае площадь отрыва постоянная и известная.

После определения необходимого для отрыва усилия, получают устойчивость материала к растяжению.

По нему, при помощи эмпирической зависимости вычисляют прочность на сжатие при помощи такой формулы – Rbt = 0,5∛(R^2), где:

• Rbt – прочность на растяжение.
• R – прочность на сжатие.

Для исследования бетона методом отрыва применяются те же приборы, что и для метода отрыва со скалыванием, это:

• ОНИКС-ОС;
• ПОС-50МГ4;
• ГПНС-5;
• ГПНВ-5.

Обратите внимание! Чтобы выполнить испытание, также понадобится захватное устройство, а именно – диск с закрепленной на нем тягой.

На фото — проверка качества бетона отрывом со скалыванием

Отрыв со скалыванием

Данный способ имеет много общего с вышеописанным методом. Основное его отличие заключается в способе монтажа устройства к бетонной конструкции. Чтобы приложить к ней отрывающее усилие применяют лепестковые анкеры, которые могут быть разных размеров.

Анкеры вставляются в отверстия, пробуренные в области измерения. Как и в предыдущем случае, прибор измеряет разрушающее усилие.

Вычисление прочности на сжатие осуществляется при помощи зависимости, выраженной формулой — R=m1*m2*P, где:

• m1 обозначает коэффициент максимального размера крупного наполнителя;
• m2 обозначает коэффициент перехода к прочности на сжатие. Он зависит от условий вида бетона, а также условий набора прочности.
• P – разрушающее усилие, полученное в результате исследований.

В нашей стране этот метод является одним из наиболее популярных, так как он достаточно универсальный. Он предоставляет возможность выполнить испытание на любом участке конструкции, так как не требует наличия ровной поверхности. Кроме того, закрепить лепестковый анкер своими руками в толще бетона не составляет труда.

Правда, имеются и некоторые ограничения, которые заключаются в следующих моментах:

• Густое армирование конструкции – в этом случае измерения будут недостоверными.
• Толщина конструкции – она должна быть в два раза больше длины анкера.

Скалывание ребра

Данная технология является последним прямым методом неразрушающей проверки контроля. Основной ее особенностью является определение усилия, которое прикладывается для скалывания участка бетона, расположенного на ребре конструкции.

Конструкция прибора, который можно установить на бетонное изделие с одним внешним углом, была разработана относительно недавно. Монтаж устройства к одной из сторон осуществляется при помощи анкера с дюбелем.

После получения данных с прибора, определяют прочность на сжатие по следующей нормированной зависимости, выраженной формулой — R=0,058*m*(30P+P2), где:

• m – коэффициент, учитывает крупность заполнителя.
• P — усилие, приложенное для скалывания бетона.

Ультразвуковое определение

Ультразвуковой метод определения прочности бетона основан на взаимосвязи между прочностью материала и скоростью распространения в нем ультразвуковых волн.

Причем существует две градуировочные зависимости:

• Времени распространения волн ультразвука и прочности материала.
• Скорости распространения волн ультразвука и прочности материала.

Каждый способ предназначен для определенного типа конструкций:

• Сквозное прозвучивание в поперечном направлении – применяют для линейных сборных конструкций. При таких исследованиях приборы устанавливают с двух сторон испытываемой конструкции.
• Поверхностное прозвучивание – применяют для исследования ребристых, плоских, многопустотных плиты перекрытия и стеновых панелей. В этом случае устройство устанавливается только с одной стороны конструкции.

Для обеспечения качественного акустического контакта между испытываемой конструкцией и ультразвуковым преобразователем, применяют вязкие материалы, к примеру, солидол. Также распространен «сухой контакт», но в этом случае используют конусные насадки и протекторы.

Приборы для ультразвукового исследования состоят из двух основных элементов:

• Датчиков;
• Электронного блока.

Датчики могут быть:

• Раздельными – для сквозного прозвучивания.
• Объединенными – предназначенные для поверхностного прозвучивания.

К достоинствам данного способа проверки относится простота и универсальность.

Исследование молотком Кашкарова

Процесс испытание бетона молотком Кашкарова регламентирован ГОСТом 22690.2-77. Данный способ используют для определения прочности материала в диапазоне 5-50 МПа.

Инструкция по исследованию бетона данным методом выглядит следующим образом:

• Вначале подыскивается ровный участок конструкции.
• Если на его поверхности имеется шероховатость или краска, то необходимо выполнить зачистку участка металлической щеткой.
• Затем на поверхность бетона следует положить копировальную бумагу и сверху лист обычной белой бумаги .

• Далее по бетонной поверхности наносится удар молотком Кашкарова средней силы перпендикулярно к плоскости бетона. В результате удара остается два отпечатка – на эталонном стержне и листе бумаги.
• После этого металлический стержень сдвигается не менее чем на 10 мм и наносится еще удар . Для большей точности исследования, процедуру нужно повторить несколько раз.
• Затем следует измерить отпечатки на эталонном стержне и бумаге с точностью до 0,1 мм.
• Измерив отпечатки, следует сложить отдельно диаметры, полученные на бумаге, и диаметры на эталонном стержне .

Косвенным параметром прочности бетона является средняя величина отношения отпечатков на эталонном стержне и на бетоне.

Метод отскока

Данный способ исследования является наиболее простым. Испытание выполняется при помощи специального электронного прибора. В нем имеется молоток, вдавливающий шарик в бетон. Электроника определяет прочность материала по отскоку шарика после вдавливания.

Для испытания бетона надо упереть устройство в бетонную поверхность и нажать соответствующую кнопку. Результаты высвечиваются на экране прибора. Надо сказать, что практически так же происходит процесс испытания материала при помощи устройства ударно-импульсного типа.

Вот и все основные способы определения качества бетона, которые чаще всего применяются в современном строительстве.

Вывод

Как мы выяснили, существует довольно много способов определения прочности бетона. Причем, назвать какой-то из них лучшим невозможно, так как разные способы, как правило, предназначены для разных типов бетонных конструкций, а также имеют разные погрешности.

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме.

Прочность бетона — важнейшая характеристика, которая применяется при проектировании и расчете конструкций для строительства различных сооружений. Она задается маркой М (в кг/см²) или классом В (в МПа) и выражает максимальное давление сжатия, которое выдерживает материал без разрушения.

При определении марочной прочности бетона строительные организации и изготовители конструкций должны руководствоваться требованиями нормативных документов — ГОСТ 22690-88, 28570, 18105-2010, 10180-2012. Они регламентируют методику проведения испытаний, обработку результатов.

Затвердевшая в условиях строительной площадки бетонная смесь может давать отличные от лабораторных результаты. Помимо качества цемента и заполнителей на характеристику влияют:

• условия транспортировки;
• способ укладки в опалубку;
• размеры и форма конструкции;
• вид напряженного состояния;
• влажность, температура воздуха на всем протяжении твердения смеси;
• уход за монолитом после заливки.

Качество смеси и ее прочностные характеристики ухудшаются, если при производстве работ совершались грубые нарушения технологии:

• доставка производилась не в миксере;
• время в пути превысило допустимое;
• при заливке смесь не уплотнялась вибраторами или трамбовками;
• при монтаже была слишком низкая или высокая температура, ветер;
• после укладки в опалубку не поддерживались оптимальные условия твердения.

Неправильная транспортировка приводит к схватыванию, расслоению и потере подвижности смеси. Без уплотнения в толще конструкции остаются пузырьки воздуха, которые ухудшают качество монолита.

При температуре 15°-25°С и высокой влажности в первые 7-15 суток бетон достигает прочности 70%. Если условия не выдерживаются, то сроки затягиваются. Опасно как охлаждение смеси, так и ее пересушивание. Зимой опалубку утепляют или прогревают, летом поверхность монолита увлажняют, накрывают пленкой.

На заводах ЖБИ осуществляют пропаривание или автоклавную обработку конструкций, чтобы уменьшить время набора прочности. Процесс занимает от 8 до 12 часов.

Чтобы определить, насколько характеристики конструкции соответствуют проектным, а также при обследованиях и мониторинге технического состояния зданий проводят проверку прочности бетона. Она включает лабораторные испытания образцов, неразрушающие прямые и косвенные методы исследования объектов.

Факторы, влияющие на погрешность измерений при контроле и оценке прочности бетона:

• неравномерность состава;
• дефекты поверхности;
• влажность материала;
• армирование;
• коррозия, промасливание, карбонизация внешнего слоя;
• неисправности прибора — износ пружины, слабую зарядка аккумуляторной батареи.

Самый информативный способ проверки бетонных конструкций — изъятие образцов из тела монолита с последующим их испытанием. Такой метод сводит к минимуму ошибки, но достаточно дорог и трудоемок. Поэтому чаще пользуются более доступными исследованиями с помощью приборов, измеряющих зависимые от прочности характеристики — твердость, усилие на отрыв или скол, длину волны. Зная их, можно с помощью переходных формул вычислить искомую величину.

Требования к проверке

С точки зрения заказчика наиболее предпочтительно проводить испытания неразрушающими методами контроля фактической прочности бетона. Сегодня созданы приборы, которые позволяют быстро получить результаты без бурения, высверливания или вырубки образца, портящих целостность конструкции.

Для осуществления контроля и оценки прочности бетона рассматривают три показателя:

• точность измерений;
• стоимость оборудования;
• трудоемкость.

Наиболее дорогими являются испытания кернов на лабораторном прессе и отрыв со скалыванием. Исследования по величине ударного импульса, упругого отскока, пластических деформаций или с помощью ультразвука имеют меньшую затратную часть. Но применять их рекомендуется после установления градуировочной зависимости между косвенной характеристикой и фактической прочностью.

Параметры смеси могут существенно отличаться от тех, при которых была построена градуировочная зависимость. Чтобы определить достоверную прочность бетона на сжатие, проводят обязательные испытания кубиков на прессе или определяют усилие на отрыв со скалыванием.

Если пренебречь этой операцией, неизбежны большие погрешности при контроле и оценке прочности бетона. Ошибки могут достигать 15-75 %.

Целесообразно пользоваться косвенными методами при оценке технического состояния конструкции, когда необходимо выявить зоны неоднородности материала. Тогда правила контроля допускают применение неточного относительного показателя.

Как определить прочность бетона?

В производстве материалов и строительстве применяются методы для испытания бетона на прочность:

• разрушающие;
• неразрушающие прямые;
• неразрушающие косвенные.

Они позволяют с той или иной точностью проводить контроль и оценку фактической прочности бетона в лабораториях, на площадках или в уже построенных сооружениях.

Разрушающие методы

Из готовой смонтированной конструкции выпиливают или выбуривают образцы, которые затем разрушают на прессе. После каждого испытания фиксируют значения максимальных сжимающих усилий, выполняют статистическую обработку.

Этот метод, хотя и дает объективные сведения, часто не приемлем из-за дороговизны, трудоемкости и причинения локальных дефектов.

На производстве исследования проводят на сериях образцов, заготовленных с соблюдением требований ГОСТ 10180-2012 из рабочей бетонной смеси. Кубики или цилиндры выдерживают в условиях, максимально приближенным к заводским, затем испытывают на прессе.

Неразрушающие прямые

Неразрушающие методы контроля прочности бетона предполагают испытания материала без повреждений конструкции. Механическое взаимодействие прибора с поверхностью производится:

• при отрыве;
• отрыве со скалыванием;
• скалывании ребра.

При испытаниях методом отрыва на поверхность монолита приклеивают эпоксидным составом стальной диск. Затем специальным устройством (ПОС-50МГ4, ГПНВ-5, ПИВ и другими) отрывают его вместе с фрагментом конструкции. Полученная величина усилия переводится с помощью формул в искомый показатель.

При отрыве со скалыванием прибор крепится не к диску, а в полость бетона. В пробуренные шпуры вкладывают лепестковые анкеры, затем извлекают часть материала, фиксируют разрушающее усилие. Для определения марочной характеристики применяют переводные коэффициенты.

Метод скалывания ребра применим к конструкциям, имеющим внешние углы — балки, перекрытия, колонны. Прибор (ГПНС-4) закрепляют к выступающему сегменту при помощи анкера с дюбелем, плавно нагружают. В момент разрушения фиксируют усилие и глубину скола. Прочность находят по формуле, где учитывается крупность заполнителя.

Внимание! Способ не применяют при толщине защитного слоя менее 20 мм.

Неразрушающие косвенные методы

Уточнение марки материала неразрушающими косвенными методами проводится без внедрения приборов в тело конструкции, установки анкеров или других трудоемких операций. Применяют:

• исследование ультразвуком;
• метод ударного импульса;
• метод упругого отскока;
• пластической деформации.

При ультразвуковом методе определения прочности бетона сравнивают скорость распространения продольных волн в готовой конструкции и эталонном образце. Прибор УГВ-1 устанавливают на ровную поверхность без повреждений. Прозванивают участки согласно программе испытаний.

Данные обрабатывают, исключая выпадающие значения. Современные приборы оснащены электронными базами, проводящими первичные расчеты. Погрешность при акустических исследованиях при соблюдении требований ГОСТ 17624-2012 не превышает 5%.

При определении прочности методом ударного импульса используют энергию удара металлического бойка сферической формы о поверхность бетона. Пьезоэлектрическое или магнитострикционное устройство преобразует ее в электрический импульс, амплитуда и время которого функционально связаны с прочностью бетона.

Прибор компактен, прост в применении, выдает результаты в удобном виде — единицах измерения нужной характеристики.

При определении марки бетона методом обратного отскока прибор — склерометр — фиксирует величину обратного движения бойка после удара о поверхность конструкции или прижатой к ней металлической пластины. Таким образом устанавливается твердость материала, связанная с прочностью функциональной зависимостью.

Метод пластических деформаций предполагает измерение на бетоне размеров следа после удара металлическим шариком и сравнение его с эталонным отпечатком. Способ разработан давно. Наиболее часто на практике используется молоток Кашкарова, в корпус которого вставляют сменный стальной стержень с известными характеристиками.

По поверхности конструкции наносят серию ударов. Прочность материала определяется из соотношения полученных диаметров отпечатков на стержне и бетоне.

Заключение

Для контроля и оценки прочности бетона целесообразно пользоваться неразрушающими методами испытаний. Они более доступны и недороги по сравнению с лабораторными исследованиями образцов. Главное условие получения точных значений — построение градуировочной зависимости приборов. Необходимо также устранить факторы, искажающие результаты измерений.

5.1. Подготовка изделий и анкерного устройства для испытаний методом отрыва со скалыванием

5.1.1.Разметку участка изделия для проведения испытаний производят после визуального осмотра поверхности бетона (наличие видимых трещин, границ ярусов бетонирования, сколов и наплывов бетона) и определения расположения и глубины залегания арматуры.

5.1.2.Отверстие для заложения анкера сверлят в центрах арматурных ячеек после выявления арматурной сетки на расстоянии не менее 150мм от границ ярусов бетонирования при условии, что в радиусе 90мм от центра отверстия нет видимых дефектов (трещины, сколы и наплывы бетона).

Отверстие для заложения анкера должно быть не ближе 150 мм от края изделия и не ближе 70 мм от ближайшего арматурного стержня или закладной детали.

Расстояние между отверстиями (местами испытаний) должно быть не менее 200 мм, а глубина заложения анкера должна превышать размеры крупного заполнителя не менее чем в 1,2 раза.

5.1.3. Отверстия (шпуры) выполняют сверлильным, ударно-вращательным или ударным инструментом с энергией удара не более 2 Дж с использованием направляющей, обеспечивающей верти­кальность отверстия к опорной плоскости. Допускаемое отклонение от перпендикулярности не более 1:25.

Диаметр сверла (бура) должен составлять 16+0,5 мм для анкера ø 16x35 мм и 24...25 мм для анкеров ø 24x30 мм, ø 24x48 мм.

Отверстие (шпур) после сверления при необходимости откалибровать шлямбуром соответствующего диаметра, тщательно продуть сжатым воздухом, очистив от пыли и остатков бетона, после чего диаметр отверстия должен составлять 16+1 мм (24+1 мм).

Для образования отверстий допускается применять закладные пробки.

Глубина отверстия должна со­ставлять для анкерного устройства типа II, не менее:

55 мм (глубина заделки 48 мм);

45 мм (глубина заделки 35 мм);

40мм (глубина заделки 30 мм).

5.1.4. Навернуть на резьбовой хвостовик анкерного устройства тягу с микрометрической гайкой.

5.1.5 Заложить анкерное устройство с тягой в подготовленное отверстие до упора выравнивающей шайбы в поверхность бетона (рис. 5.1) и создать предварительное напряжение в зоне установки анкера, для чего ключом на 19 мм довернуть тягу по часовой стрелке, не допуская вытягивания анкера из отверстия. Затяжку произвести с усилием (момент затяжки 45...50 кг-м).

5.2 .Подготовка прибора для испытаний методом отрыва со укалыванием

5.2.1. Установить силовозбудитель в опорную плиту, совместив отверстие в силовозбудителе с осью защелки, и ввернуть вилочный захват в шток силовозбудителя.

5.2.2. Вращая рукоятку нагружения против часовой стрелки, привести силовозбудитель в исходное состояние, при этом вылет винта силовозбудителя в должен составлять 99± 1 мм.

5.2.3. Установить прибор опорами на поверхность изделия, завести вилочный захват под головку тяги и совместить его ось с осью тяги.

5.2.4. Поворачивая прибор вокруг тяги, найти устойчивое положение опор, при необходимости вывернуть один или два регулировочных винта до упора в поверхность изделия.

5.2.5. Выбрать зазоры между опорными поверхностями тяги и вилочного захвата, для чего довернуть вилочный захват в шток силовозбудителя.

5.2.6.Довернуть микрометрическую гайку до упора в поверхность изделия и нанести на бетон видимую риску напротив нулевого деления шкалы гайки.

5.2.7 Подключить электронный блок к разъему силовозбудителя, расположенному в крышке силовозбудителя (соединительный кабель прилагается) и включить питание. Индикатор при этом имеет вид:

5.2.8 Кнопками ,↓ переместить мигание на требуемый метод испытаний - «Отрыв со скалыванием» и нажать кнопку ВВОД,

с мигающим значением вида крупного заполнителя.

5.2.9 Кнопками ,↓вывести на индикатор требуемый вид заполнителя (гранитный, известняковый, гравийный) и нажать кнопку ВВОД.

В этом экране пользователь имеет возможность выбора типа изделия, подвергаемого испытаниям, для сохранения в архиве вместе с результатом измерения.

Затем, по миганию, кнопками ,↓и ВВОД ввести тип изделия, подвергаемого испытаниям, а затем тип применяемого анкерного устройства (ø 24x48, ø 24x30, ø16x35). При этом в формулу (3.1) для вычисления прочности бетона автоматически вводится значение коэффициента т 2

5.3 Выполнение испытаний методом отрыва со скалыванием

5.3.1 Выполнить испытание, для чего, равномерно вращая рукоятку нагружения по часовой стрелке, произвести нагружение анкера до контрольного усилия или до отрыва фрагмента бетона и зафиксировать нагрузку Р. После чего довернуть микрометрическую гайку до упора в поверхность бетона и определить величину проскаль­зывания анкера ∆h с точностью до ± 0,1мм (цена деления микрометрической гайки 0,1 мм)

В процессе испытаний скорость нагружения необходимо поддерживать в пределах 1,5... 3 кН/сек.

5.3.2 Скорость нагружения индицируется в верхней строке индикатора в виде символов >>>>>□□□□□□<<<<<.

Свечение символов >>> свидетельствует о необходимости увеличения скорости нагружения, поскольку она меньше 1,5 кН/сек. При скорости нагружения более 3 кН/сек светятся символы <<<.

Свечение крайнего левого символа □ соответствует скорости нагружения 1,5 кН/сек, крайнего правого символа □ соответствует 3 кН/сек.

5.3.3 Для получения соответствующей прочности бетона нажать кнопку ВВОД, при этом производится автоматическое вычисление прочности бетона по формуле (3.1), а индикатор имеет вид, например:

5.3.6 Нажатием кнопок (↓) ввести значение ∆h, считанное с микрометрической гайки, например 3,6 мм и, нажатием кнопки ВВОД, выполнить корректировку.

Индикатор при этом имеет вид, например:

Значения R к и Р к заносятся в память прибора и маркируются типом изделия, датой и временем испытания.

5.3.7 Необходимое количество испытаний на одном участке:

Для анкеров с глубиной заделки 48 мм и 35 мм - одно испытание;

Для анкеров с глубиной заделки 30 мм - три испытания.

5.3.8. Для проведения повторных испытаний на том же изделии без изменения исходных данных необходимо повторно нажать кнопку ВВОД, произвести автоподстройку согласно п. 6.2.10. и выполнить испытания в соответствии сп. 5.3.1. ..5.3.6.

5.3.9. Результаты испытаний занести в протокол в соответствии с Приложением 2 настоящего Руководства.

5.4. Выполнение испытаний методом отрыва со скалыванием по индивидуальным градуировочным зависимостям

5.4.1. Войти в Режим 2, для чего после включения прибора нажать кнопку РЕЖИМ, кнопками или ↓ установить мигающее сообщение «Инд. зависим» и нажать кнопку ВВОД. Индикатор имеет вид:

5.4.2. Кнопками (↓) установить мигание требуемого метода - «Отрыв» (отрыв со скалыванием) и нажать кнопку ВВОД, после чего индикатор имеет вид:

5.4.4. Подготовить прибор к работе в соответствии с п.п. 6.2.1.. .6.2.7 и подключить электронный блок к силовозбудителю.

5.4.5. Нажатием кнопки ВВОД произвести автоподстройку прибора, после чего индикатор имеет вид, например:

свидетельствующий о готовности прибора к работе.

5.4.6. Произвести испытания в соответствии с п.п. 5.3.1 ... 5.3.6.

Метод скалывания ребра

5.5. Подготовка изделия для испытаний методом скалывания ребра.

5.5.1. При испытании методом скалывания ребра на участке испытания не должно быть трещин, сколов бетона, наплывов или раковин высотой (глубиной) более 5 мм. Участки должны располагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматуры.

5.6. Подготовка прибора для испытаний методом скалывания ребра

Внимание! Перед началом каждого испытания необходимо привести силовозбудитель в исходное состояние, вращая руко­ятку нагружения против часовой стрелки (вылет винта силовозбудителя в = 100 ± 1мм).

Значительное сопротивление вращению может свидетельст­вовать о нахождении поршня рабочего цилиндра в крайних по­ложениях, когда возможна поломка силовозбудителя.

Запрещается применение удлинительных рычагов.

5.6.1. Вставить силовозбудитель в корпус силовой рамы, совместив отверстие в силовозбудителе с осью защелки и, вращая рукоятку нагружения против часовой стрелки, привести силовозбудитель в исходное состояние, при этом вылет винта силовозбудителя в должен составлять 100± 1 мм.

5.6.2. Вращая штурвал против часовой стрелки вывернуть прижимной винт до упора пятки в кронштейн.

5.6.3. Ввести удлинительные штанги в отверстиях захватов и зафиксировать их фиксатором таким образом, чтобы размер С превышал размер грани контролируемого изделия не более чем на 45 мм.

5.6.4. Установить силовую раму с силовозбудителем на контролируемое изделие (см. рис. 5.2) и, вращая штурвал по часовой стрелке до упора пятки в изделие, закрепить его на изделии.

5.6.5. Вставить тягу со скобой в вилочный захват силовозбудителя.

5.6.6. Проверить положение скобы. Если зазор между скалывающей пластиной и изделием более Змм, необходимо тягу со скобой довернуть в шток (один оборот тяги соответствует перемещению скобы на 1мм), если нет зазора между скалывающей пластиной и изделием или размер а менее 20 ± 2мм необходимо отворачивая тягу со скобой на один оборот проверять появление зазора и совпадения размера а с требуемым значением - 20 ± 2мм.

5.6.7. Кнопками , ↓ переместить мигание на требуемый метод испытаний - «Скол ребра» и нажать кнопку ВВОД, после чего на индикаторе высвечивается максимальный размер крупного заполнителя (фракц.) в бетоне контролируемого изделия, с мигающим значением 20 мм.

5.6.8. Нажатием кнопок , ↓ установите мигание на требуемый (предлагаемый) размер заполнителя и нажать кнопку ВВОД. При этом в формулу (3.2) для вычисления прочности бетона вводится значение коэффициента m=1,0 (1,05 или 1,1) После чего индикатор имеет вид, например:

В этом экране пользователь имеет возможность выбора типа изделия, подвергаемого испытаниям, для сохранения в памяти вместе с результатом измерения.

Кнопками , ↓ вывести на индикатор тип изделия, подвергаемого испытаниям и нажать кнопку ВВОД.

5.6.9. По окончании ввода исходных данных на индикаторе высвечивается сообщение:

Если электронный блок подключен кабелем к силовозбудителю, нажатием кнопки ВВОД произвести автоподстройку прибора, после чего индикатор имеет вид, свидетельствующий о готовности прибора к проведению испытаний:

Рис. 5.2. Общий вид прибора ПОС-50МГ4 «Скол» в комплектации «Скалывание ребра»

5.7. Выполнение испытаний методом скалывания ребра

5.7.1. Произвести испытание, для чего вращать рукоятку нагружения по часовой стрелке таким образом, чтобы скорость нагружения находилась в пределах, установленных ГОСТ 22690 (от 0,5 до 1,5кН/сек).

Нагружение производится до разрушения бетона, либо до контроль­ного усилия.

5.7.2. Скорость нагружения индицируется в верхней строке ин­дикатора в процессе испытаний, одновременно с нагрузкой.

5.7.3. Для получения соответствующей прочности бетона необ­ходимо нажать кнопку ВВОД. При этом производится вычисление прочности бетона по формуле (3.2) и запоминание результата испы­таний. Индикатор имеет вид, например:

Значения R k и Р k заносятся в память прибора и маркируются типом изделия, датой и временем испытания.

5.7.4. Для проведения повторных испытаний на том же изделии без изменения исходных данных необходимо повторно нажать кнопку ВВОД, произвести автоподстройку согласно п. 5.6.10. и выполнить испытания в соответствии с п.п. 5.7.1...5.7.3.