метод определения прочности бетона. методы определения прочности бетона. Определение прочностных свойств бетона методами
 Скачать 440.47 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Факультет: Строительный Кафедра: СК Специальность: ПГС Семестр: 9 Реферат на тему: Определение прочностных свойств бетона методами разрушающего и не разрушающего контроля при обследовании сильноармированных железобетонных конструкций. Проблемы. Методы и примеры преодоления проблем. Выполнил: Ст.гр. ПГС 08-3 Зиннатулина Д.И. Проверил: Патраков А. Н. Пермь, 2012 г. 2 РЕФЕРАТ Реферат 25с., 10ч., 6 рис., 10 источников. Определение прочностных свойств бетона методами разрушающего и не разрушающего контроля при обследовании сильноармированных железобетонных конструкций. Проблемы. Методы и примеры преодоления проблем. Цель работы:- Ознакомится с методами определения прочностных свойств бетона при обследовании сильно армированных конструкций разрушающим и неразрушающим контролем. В результате реферирования исследованы: - методы разрушающего и неразрушающего контроля определения прочности бетона; - приборы для проведения контроля; - проблемы определения прочностных свойств бетона. 3 СОДЕРЖАНИЕ Термины и определения………..……………...…………………...…………...4 Введение…………………...………………………………...……..……………6 1.Прочность бетона. Классификация методов.…………………....…….…….7 2.Разрушающий метод контроля.…………………………………...……….....8 3.Методы местного (локального) разрушающего контроля……………...…..9 4.Неразрушающие методы определения прочности бетона…………...……11 5.Анализ проблем определения прочности бетона……………….……..…...15 6.Развитие современных методов и технических средств развития неразрушающего контроля………………………..…………………………..17 Заключение………………………………………………………...…...……....18 Список использованной литературы.………..…………………...…….……..19 4 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Прежде чем перейти к изложению основного материала, представляется необходимым вспомнить некоторые понятия, характеризующие прочностные свойства бетона. Бетон - искусственный материал, полученный в результате твердения смеси из песка, щебня, цемента и воды, составленной в определенной пропорции. В некоторых случаях в состав бетона вводят дополнительные материалы, называемые добавками [8]. Одной из основных характеристик бетона, позволяющей стать ему основным строительным материалом, является высокая прочность на сжатие. Прочность - свойство материала воспринимать, не разрушаясь, внешние механические нагрузки и воздействия (сжатие, растяжение, сдвиг и др.) [8]. Предел прочности - максимальное значение механической нагрузки, приведенной к единице площади рабочего сечения, при достижении которой материал разрушается [8]. Предельное значение прочности обозначается R и имеет размерность МПа или кгс/см 2 . Прочность бетона зависит от его состава, прочностных и геометрических характеристик исходного материала, активности цемента и других факторов. Класс бетона по прочности - показатель, характеризующий прочность бетона, устанавливаемый техническими нормами в зависимости от основных эксплуатационных характеристик или свойств материалов [8]. Железобетонная конструкция - часть здания или сооружения, имеющая определенные размеры, форму и назначение, а также необходимые соединения с другими частями и образующая вместе с ними само здание (сооружение), выполненная (изготовленная, возведенная) из железобетона [8]. Зона конструкции - часть конструкции, имеющая конечные размеры. В качестве зоны рассматривают части конструкции: отличающиеся от других зон условиями (например, густое армирование) или качеством (например, плохо уплотненный бетон) укладки бетона, его твердения (например, замороженный в раннем возрасте) или эксплуатации (например, интенсивное нагружение, наличие повреждений); однотипные конечных размеров части конструкций, имеющие большие размеры (например, плитные фундаменты, дорожные покрытия и т.д.) [8]. Участок испытания конструкции - часть объема, площади или длины конструкции, имеющая ограниченные размеры (например, 20х20 см по поверхности или 50 см по длине ребра), для которой определяют единичные значения прочности бетона [8]. 5 Степень армирования конструкций определяется коэффициентом армирования, принимаемым равным отношению площади сечения арматуры к площади сечения бетона. (СНиП 2.03.01-84 Примечание к Табл. 38) Минимальные коэффициенты армирования приведены в СНиП 2.03.01-84* и СП 52-101-2003. Разрушающие методы определения прочности бетона - определение прочности бетона по контрольным образцам, изготовленным из бетонной смеси по ГОСТ 10180 или отобранным из конструкций по ГОСТ 28570. Неразрушающий контроль (НК) — контроль надежности и основных рабочих свойств и параметров объекта или отдельных его элементов/узлов, не требующий выведение объекта из работы либо его демонтажа. Прямые неразрушающие методы определения прочности бетона: - определение прочности бетона по "отрыву со скалыванием" и "скалыванию ребра" по ГОСТ 22690. Косвенные неразрушающие методы определения прочности бетона: - определение прочности бетона по предварительно установленным градуировочным зависимостям между прочностью бетона, определенной одним из разрушающих или прямых неразрушающих методов, и косвенными характеристиками прочности, определяемыми по ГОСТ 22690 и ГОСТ 17624. 6 ВВЕДЕНИЕ При обследовании строительных конструкций одним из показателей их состояния является фактическая, или остаточная, прочность материала, из которого они изготовлены. Как правило, фактическая прочность не совпадает с проектной и с начальной. Железобетон изменяет свои прочностные и деформационные характеристики под нагрузкой и во времени, кроме того, это может произойти под воздействием особых условий эксплуатации и случайных факторов. Определение фактический прочности железобетона производится различными методами разрушающего и не разрушающего контроля, в зависимости от вида конструкции. Особую сложность представляет собой работа с сильно- (густо-) армированными конструкциями. Однако четкого разделения на сильно- и слабоармированные конструкции в нормативах нет. Степень армирования для каждой конструкции определяется индивидуально. Например, рассмотрим колонны: минимальный процент армирования от 0,05 до 0,25% в зависимости от характера нагрузки и гибкости, рекомендуемый максимальный в рабочем сечении 5%, 10% в зоне стыковки. Если превышают эти цифры можно считать, что элемент переармирован. Далее рассмотрим армированные конструкции. 7 1.ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ Определение фактической прочности бетона непосредственно в строительных конструкциях является сложной технической задачей. Сложность проблемы заключалась в том, что в природе отсутствует такая физическая величина, как прочность. Эту задачу можно решить только путем использования косвенных величин, связанных с прочностью. Одной из первых косвенных величин было усилие (Р), при достижении которого разрушался бетонный кубик или цилиндр. Данную величину можно замерить различными способами. [10] Развитие теоретических и экспериментальных исследований в области контроля качества привело к появлению значительного количества методов оценки прочности бетона. Каждый из существующих методов имеет определенную область применения, свои достоинства и недостатки. Контроль прочности бетона по результатам испытаний на сжатие образцов- кубов не может полностью удовлетворять работников лабораторий, проектировщиков и строителей, потому что результаты испытаний образцов не всегда отражают действительную прочность бетона в изделиях и конструкциях. [8] В ряде случаев контроль прочности бетона путем испытания стандартных образцов создает определенные трудности. Например, часто возникает необходимость дополнительно определить прочность бетона в более поздние сроки, чем предполагалось ранее; однако отсутствие контрольных образцов не позволяет это сделать. Не представляется возможным оценить прочность бетона ранее возведенных железобетонных конструкций и сооружений. В таких случаях прочность бетона конструкции проверяют путем высверливания из нее цилиндров (кернов) с последующим испытанием их на сжатие. Обычно в лабораторию доставляют керны с неправильными основаниями, поэтому перед испытаниями на сжатие их необходимо выровнять, залить цементным раствором и подшлифовать. Подготовленные цилиндры испытывают на сжатие на гидравлическом прессе. Для определения марки бетона полученную прочность цилиндров размером d=h=50 мм умножают на коэффициент 0,8. Однако этот метод нельзя применять для испытания бетона некоторых сборных железобетонных конструкций из-за малой толщины и высокого процента армирования. Такие конструкции надо испытывать неразрушающими методами. [8] Существует ряд механических и физических методов, позволяющих определить прочность бетона в различных местах железобетонных изделий и конструкций без их разрушения. В этих методах используются различные приборы, основанные на принципе получения пластической деформации поверхности бетона путем заглубления в него бойка (шарика) при ударе с 8 определенной силой, а также на принципе упругого отскока от поверхности бетона и получения значения упругой деформации. Исследования прочности бетона должны выполняться по требованиям ГОСТ 28570 [1], 22690 [2], 17624 [3], ГОСТ Р 53231 [4], СТО [5]. По способу воздействия на конструкцию методы принято разделять на: разрушающие; с местным разрушением; неразрушающие. Если после испытаний образец разрушен и не пригоден для дальнейшего использования по своему назначению, такой метод классифицируется как разрушающий. Если конструкция остается пригодной к эксплуатации, но после испытания требуется ее ремонт, такой метод следует отнести к методам с местным (локальным) разрушением. Неразрушающие методы предусматривают воздействие на конструкцию, которое не отражается на ее эксплуатационной способности. [8] Обследование начинается с предварительного изучения проектно- технической документации, актов скрытых работ, актов приемной комиссии, заключений по предыдущим обследованиям, режимов эксплуатации и наличия агрессивных сред. Определяются проектная прочность бетона в конструкциях, способы их изготовления, используемая технология и, если это возможно, архивные документы по составу бетона и результаты его испытания, состояние бетона и наличие коррозии. Получив некоторые сведения о бетоне и способах изготовления конструкций, можно приступать непосредственно к определению прочности бетона. [8] На выбор метода влияют несколько факторов, к основным из которых можно отнести: доступность участков, полноту собранной информации, состояние бетона, отличается ли прочность бетона в поверхностном слое от прочности бетона, расположенного в середине сечения. 9 2.РАЗРУШАЮЩИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ Сущность методов: прочность бетона определяют измерением минимальных усилий, разрушающих выбуренные или выпиленные из конструкций образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью роста нагрузки, и последующем вычислении напряжений при этих усилиях в предположении упругой работы материала.[1] Форма и номинальные размеры образцов в зависимости от вида испытаний бетона должны соответствовать ГОСТ 10180: Таблица 1 Метод Форма образца Размеры образца, мм Куб Длина ребра: 100; 150; 200; 300 1. Определение прочности на сжатие и на растяжение при раскалывании Цилиндр Диаметр d: 100; 150; 200; 300 Высота h=2d Призма квадратно го сечения 100x100x400; 150x150x600; 200x200x800 2. Определение прочности на осевое растяжение Цилиндр Диаметр d: 100; 150; 200; 300 Высота h=2d 3. Определение прочности на растяжение при изгибе и при раскалывании Призма квадратно го сечения 100x100x400; 150x150x600; 200x200x800 Допускается применять цилиндры диаметром от 44 до 150 мм: -высотой от 0,8 до 2,0 диаметров при определении прочности на сжатие; -высотой от 0,4 до 2,0 диаметров при определении прочности на растяжение при раскалывании; -высотой от 1,0 до 4,0 диаметров при определении прочности на осевое растяжение. [1]. За базовый при всех видах испытаний принимают образец с размерами рабочего сечения 150х150 мм. 10 Минимальный размер образца (диаметр и высота цилиндра, ребро куба, сторона поперечного сечения призмы) должен превышать максимальный номинальный размер крупного заполнителя, использованного для изготовления бетона конструкции, из которой отбирают образец для испытаний, если он не превышает 70 мм не менее чем: в 2 раза - для образцов, испытываемых на сжатие; в 3 раза -для образцов, испытываемых на растяжение. [1]. Образцы испытывают сериями. Число образцов в каждой серии должно соответствовать приведенному в табл.1. [1]. Таблица 2 Минимальный размер образца, мм 61-80 Число образцов в серии 2 3 4 Отбор проб и изготовление образцов Пробы бетона для изготовления образцов отбирают путем выпиливания или выбуривания из конструкции или ее частей. 1.Места отбора проб бетона следует назначать после визуального осмотра конструкций с учетом минимально возможного снижения их несущей способности. Пробы рекомендуется отбирать из мест, удаленных от стыков и краев конструкций. 2.После извлечения проб места выборки следует заделывать мелкозернистым бетоном или бетоном, из которого изготовлены конструкции. 3.Выпиливать и выбуривать пробы бетона из конструкций зданий и сооружений следует алмазными дисковыми пилами или коронками, а также твердосплавным инструментом. 4.Участки для выбуривания или выпиливания проб бетона следует выбирать в местах, свободных от арматуры. При невозможности отбора проб без арматуры допускается наличие арматуры диаметром не более 16 мм в образцах с минимальными размерами поперечного сечения не менее 100 мм. При этом не допускается наличие арматуры: - в образцах, предназначенных для определения прочности бетона на сжатие и осевое растяжение; - в средней трети пролета в образцах-призмах, предназначенных для определения прочности бетона на растяжение при изгибе; - на расстоянии менее 30 мм от предполагаемой плоскости раскола в образцах, предназначенных для определения прочности на растяжение при раскалывании. 5.Места отбора проб бетона, размер и число проб, число серий образцов, изготавливаемых из этих проб, следует принимать при производственном контроле прочности по ГОСТ 18105, а в других случаях - 11 по документам, содержащим планы контроля и правила оценки результатов, либо устанавливать экспертным путем. [1]. Каждая проба бетона (высверленный керн, выпиленная или вырубленная заготовка) должна быть замаркирована и описана в протоколе. Из проб бетона, отобранных из конструкций, изготавливают контрольные образцы для испытаний. Изготовленные образцы должны иметь маркировку, отражающую их принадлежность к определенным пробам бетона, а также дополнительную маркировку образца по ГОСТ 10180. Образцы должны сопровождаться схемой, ориентирующей положение образца в конструкции, из которой он отобран, и направление бетонирования конструкции. [1]. Оборудование для изготовления образцов: Для выбуривания образцов из бетона конструкций применяют сверлильные станки типа ИЭ 1806 с режущим инструментом в виде кольцевых твердосплавных или алмазных сверл. Рис.1. Сверлильный станок типа ИЭ 1806 Для выпиливания образцов из бетона конструкций применяют распиловочные станки типов УРБ-175 с режущим инструментом в виде отрезных алмазных дисков или алмазных сегментных кругов. [1]. Средства измерений, испытательные машины, устройства и приспособления для испытаний на сжатие и растяжение следует принимать по ГОСТ 10180. Подготовка к испытаниям: Перед испытанием образцы осматривают, устанавливая наличие дефектов в виде трещин, сколов ребер, раковин и инородных включений, а также следов расслоения и недоуплотнения бетонной смеси. Результаты визуального осмотра записывают в журнал испытаний. В случае необходимости фиксируют схему расположения и характеристику дефектов и в соответствии с ГОСТ 10180 принимают решение о возможности испытания образцов или об их отбраковке. На образцах выбирают и отмечают грани, к которым должны быть приложены усилия в процессе нагружения. При этом следует: 12 опорные грани образцов-кубов, предназначенных для испытания на сжатие, выбирать так, чтобы сжимающая сила при испытании совпадала с направлением сжимающей силы, действующей при эксплуатации на конструкцию, из которой отработан образец; плоскость изгиба образцов-призм при испытании на растяжение при изгибе следует выбирать так, чтобы она совпадала с плоскостью изгиба конструкции при ее эксплуатации. Результаты измерений линейных размеров образцов записывают в журнал испытаний. Перед испытанием образцы взвешивают для определения их средней плотности по ГОСТ 12730.1. Все образцы одной серии должны быть испытаны в одном возрасте. Проведение испытаний: Испытание образцов на сжатие и все виды растяжения, а также выбор схемы испытания и нагружения производят по ГОСТ 10180. Обработка результатов: Прочность бетона испытанного образца с точностью до 0,1 МПа, при испытании на сжатие и с точностью до 0,01 МПа, при испытаниях на растяжение вычисляют по формулам: на сжатие ; на осевое растяжение ; на растяжение при раскалывании ; растяжение при изгибе ; F - на разрушающая нагрузка, Н (кгс); A - площадь рабочего сечения образца, мм 2 (см 2 ); a, b, l - соответственно ширина и высота поперечного сечения призмы и расстояние между опорами при испытании образцов на растяжение при изгибе, мм (см). [1]. Отчет об испытаниях должен состоять из протокола отбора проб, результатов испытания образцов и иметь ссылку на настоящий стандарт. Применение разрушающих методов при экспертной оценке прочности материала в реальных конструкциях затруднительно, а зачастую просто невозможно, так как процесс извлечения образцов из конструкции для испытания сопряжён с определёнными сложностями. Количество извлекаемых образцов, как правило, бывает ограниченным, причём в них не всегда удаётся сохранить ненарушенной структуру материала. В процессе выпиливания возникают микроразрушения на поверхности образцами полученная прочность может быть занижена. Кроме того, сам процесс извлечения образцов сопряжён с травмированием обследуемой конструкции. 13 3.МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОБЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ Прочность бетона определяют по предварительно установленным градуировочным зависимостям между прочностью бетонных образцов по ГОСТ 10180 и косвенным характеристикам прочности. [2] В зависимости от применяемого метода косвенными характеристиками прочности являются: - значение отскока бойка от поверхности бетона (или прижатого к ней ударника); - параметр ударного импульса (энергия удара); - размеры отпечатков на бетоне (диаметр, глубина и т.п.) или соотношение диаметров отпечатков на бетоне и стандартном образце при ударе индентора или его вдавливании в поверхность бетона; - значение напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве приклеенного к нему металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска; - значение усилия местного разрыва, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции; значение усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства. [2] Механические методы неразрушающего контроля применяют для определения прочности бетона всех видов нормируемой прочности, контролируемых по ГОСТ 18105, а также для определения прочности бетона при обследовании и отбраковки конструкций. [2] Метод определения прочности бетона следует выбирать по табл. 3. Таблица 3 Метод Предельные значения прочности бетона, МПа Упругого отскока и пластической деформации 5-50 Ударного импульса 10-70 Отрыва 5-60 Отрыва со скалыванием 5-100 Скалывания ребра 5-70 Прочность бетона определяют приборами, предназначенными для определения косвенных характеристик, прошедших метрологическую аттестацию. Инструменты и приборы 14 1.Инструмент для изменения диаметра или глубины отпечатков - угловой масштаб, штангенциркуль, индикатор часового типа и др., используемый для испытания методом пластических деформаций. [2] Рис.2. Индикатор часового типа. Рис.3.Угловой масштаб. 2.Для испытания методом отрыва со скалыванием следует применять анкерные устройства. [2] Рис.4. Анкерные устройства: 1- рабочий стержень; 2 - рабочий стержень с разжимным конусом; 3 - рабочий стержень с полным разжимным конусом; 4 - опорный стержень; 5 - сегментные рифленые щеки. Допускается применять также другие анкерные устройства, глубина заделки которых должна быть не менее максимального размера крупного заполнителя бетона испытываемой конструкции. 3.Для испытания методом скалывания ребра следует использовать прибор по приложения 3 ГОСТ.[2] 15 Рис.5. Прибор для испытания методом скалывания ребра: 1 - испытуемая конструкция; 2 - скалываемый бетон; 3 - устройство УРС; 4 - прибор ГПНС-4. 4.Для испытания методом отрыва следует использовать стальные диски диаметром не менее 40 мм, толщиной не менее 6 мм и не менее 0,1 диаметра, с параметром шероховатости приклеиваемой поверхности не менее Ra 20 мкм по ГОСТ 2789. Клей для приклейки диска должен обеспечить прочность, при которой происходит разрушение по бетону. Для приклеивания дисков рекомендуется клеи на основе эпоксидных смол. [2] Подготовка к испытаниям: Для определения прочности бетона в конструкциях предварительно устанавливают градуировочную зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой прочности (в виде графика, таблицы или формулы). [2] Испытания: Испытания проводят на участке конструкции площадью от 100 до 600 см2. Число и расположение контролируемых участках при испытании конструкций должно соответствовать требованиям ГОСТ 18105 или указываться в стандартах и (или) технических условиях на сборные конструкции или в рабочих чертежах на монолитные конструкции и (или) в технологических картах на контроль. [2] При определении прочности обследуемых конструкций число и расположение участков принимают по программе проведения обследований. [2] Число испытаний на одном участке, расстояние между местами испытаний на участке и от края конструкции, толщина конструкции на участке испытания должны быть не меньше значений, приведенных в табл. 4. 16 Таблица 4 Расстояние Метод Число испыта- ний на участке между местами испытаний от края конструкции до места испытаний Толщина конструкции Упругого отскока 5 30 50 100 Пластической деформации 5 30 50 70 Ударного импульса 10 15 50 50 Отрыва 1 2диаметра диска 50 50 Отрыва со скалыванием 1 5 глубин вырыва 150 Удвоенная глубина установки анкера Скалывание ребра 2 200 - 170 При испытаниях методами упругого отскока, пластической деформации, ударного импульса расстояние от мест проведения испытания до арматуры должно быть не менее 50 мм. Последовательность испытаний приведены в ГОСТ 22690-88. При испытании методом отрыва участки располагают в зоне наименьших напряжений арматуры. При испытании методом отрыва со скалыванием участки должны располагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуа- тационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматуры. 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. Результаты испытания не учитываются, если при скалывании бетона была обнажена арматура и фактическая глубина скалывания отличалась от заданной более чем на 2 мм. Результаты испытаний прочности бетона заносят в журнал. [2] 17 4. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОБЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ 5. К физическим относят акустические методы и проникающих излучений. Их принципиальное отличие от рассмотренных ранее заключается в том, что они позволяют судить о качестве бетона и других строительных материалов не только по поверхностному слою, но и по внутренней структуре. В акустических методах косвенной характеристикой прочности и однородности является скорость распространения по материалу волн упругих колебаний. Ультразвуковой метод заключается в регистрации скорости прохождения УЗ волн. По технике проведения испытаний можно выделить сквозное УЗ прозвучивание, когда датчики располагают с разных сторон тестируемого образца, и поверхностное прозвучивание, когда датчики расположены с одной стороны. [3] Ультразвуковой метод применяют для определения прочности бетона: отпускной, передаточной, в установленном нормативно-технической и проектной документацией промежуточном и проектном возрастах, в про- цессе твердения, а также при экспертном контроле. Ультразвуковые измерения в бетоне проводят способами сквозного или поверхностного прозвучивания в соответствии с приложением 1 ГОСТ 17624-87. [3] Рис.5.Способы УЗ прозвучивания конструкций. Ультразвуковым импульсным методом производят дефектоскопию строительных конструкций, определяют прочность и модуль упругости материала. Ультразвуковая дефектоскопия железобетонных конструкций - это процесс обследования, проводимый с целью оценки однородности структуры бетона, выявления скрытых дефектов в виде посторонних включений повышенной или пониженной плотности, трещин, каверн и т. п. Для выявления дефектов, скрытых внутри изделия, производят сквозное прозвучивание на участках, свободных от арматуры, что в случае сильно армированных конструкций затрудняет применение этого метода. Для определения нахождения в бетоне арматуры применяют электромагнитный метод. 18 Наибольшее распространение в практике получили приборы: Бетон-8, УК-ЮП, УК-16П ИУК-12П. Контроль с помощью ультразвука является наиболее информативным и простым для практики в сравнении с другими физическими методами. Кроме оценки прочности бетона ультразвуковой (УЗ) контроль уже давно используют и для поиска различных дефектов в бетоне. Вначале УЗ контроль железобетонных конструкций вели исключительно методами прохождения (теневыми). По времени распространения и реже по амплитуде УЗ сигнала, прошедшего сквозь конструкцию, судили о наличии в ней внутренних дефектов. Однако во многих случаях доступ к обеим противоположным поверхностям конструкции отсутствовал или был трудноосуществимым, как, например, в случае стены туннеля или высотного здания. Метод продольного профилирования обеспечивал поиск лишь приповерхностных дефектов. Метод волны удара (импакт-эхо метод) позволял обнаруживать только очень крупные объёмные дефекты или трещины, параллельные доступной поверхности. Эхометод начали применять при контроле строительных конструкций около полувека назад вначале для измерения толщины изделий из бетона [1], а затем и для дефектоскопии. Обладая намного большей информативностью, чем методы прохождения, эхометод требовал от оператора и более высокой квалификации как в области теории распространения ультразвука в бетоне, так и в части практических навыков УЗ контроля. Рис.6. Ультразвуковой томограф для контроля железобетонных изделий А1040 «Полигон». Томограф имеет четыре режима работы: 1. «Калибровка» – адаптация прибора к свойствам бетона контролируемой конструкции. Приькалибровке происходит автоматическое измерение скорости поперечных ультразвуковых волн в бетоне, автоматическая установка требуемого усиления в приёмном тракте и определение других параметров сигналов из бетона, необходимых для получения наиболее качественных образов внутренней структуры бетонного массива. 2. «Обзор» – режим быстрого обзора внутренней структуры строительной конструкции. В этом режиме оператор устанавливает антенное устройство в любое место поверхности конструкции и через 2-3 с получает на экране компьютера В-изображение среза внутренней структуры 19 бетона под антенным устройством на глубину 0,5, 1 или 2,5 м (это выбирает оператор). Ширина среза, отображаемого на экране, равна 0,5 м. Так можно посмотреть, что находится под поверхностью бетона в любом месте конструкции, измерить толщину бетона или обнаружить какой-либо внутренний дефект или предмет, например, силовую арматуру или пластмассовую трубу с кабелями. 3. «Сбор» – режим сбора ультразвуковых данных о внутренней структуре объекта контроля при сканировании антенным устройством больших площадей бетонных стен, перекрытий, фундаментов или опор мостов и т.д. В этом режиме сканирование проводят путём перестановки антенного устройства по поверхности конструкции вдоль прямой линии с некоторым выбранным шагом (например, 50 мм). В каждом положении производят запись данных в компьютер с одновременным получением на экране В-изображения объекта под антенным устройством. Время записи данных и получения изображения такое же, как и в режиме «Обзор», то есть менее 3 с. Сканирование производят в виде полосы (или, по- другому, ленты) произвольной длины. Антенное устройство переставляют вдоль его узкой стороны, то есть полоса (лента) снимается шириной в полметра. Таких лент, примыкающих друг к другу, или не примыкающих, а лежащих в разнесённых местах поверхности конструкции, можно просканировать несколько. 4. «Просмотр» – ‘тот режим используется для детального анализа данных, снятых в режиме «Сбор». На экране в этом режиме присутствуют сразу или по очереди все три типа изображений: В, С и D, которые отображают, соответственно, B, C и D взаимно перпендикулярные срезы (сечения) объекта контроля. Просматривать изображения можно и без антенного устройства в любом месте вдали от объекта контроля. 20 5.АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ БЕТОНА Наиболее важной является проблема нахождения градуировочных зависимостей, потому что без этих зависимостей все данные полученные ультразвуковым методом не являются наглядными и доказательными. Градуировочную зависимость между скоростью распространения ультразвука и прочностью бетона на сжатие определяют предварительно для конкретного состава бетона. Это связано с тем, что применение градуировочных зависимостей для бетонов других или неизвестных составов может привести к ошибкам в определении прочности. На зависимость «прочность бетона - скорость ультразвука» влияют следующие факторы, колебания которых нужно учитывать при применении ультразвукового метода контроля: -количество и зерновой состав заполнителя; -изменение расхода цемента более чем на 30%; -способ приготовления бетонной смеси; -степень уплотнения бетона; -напряженное состояние бетона. Ультразвуковой метод позволяет осуществлять массовые испытания изделий любой формы многократно, вести непрерывный контроль нарастания или снижения прочности. Недостатком метода является погрешность при переходе от акустических характеристик к прочностным. В ряде случаев заложенные в приборы градуировочные зависимости построены на большом экспериментальном материале. Например, градуировочная зависимость прибора Шмидта дает неплохие ориентировочные значения прочности в 28-дневном возрасте бетона. В то же время известны случаи, когда эта градуировочная зависимость завышала прочность старого бетона в два раза. Да и в 28-дневном возрасте ошибка может составлять 20 - 30%. При использовании ультразвукового метода определения прочности бетона на результаты оказывают влияние слишком много факторов, которые необходимо учесть с помощью градуировочных зависимостей. Например, учет влажности. В Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий в 2004 запотентовал, а в 2005 опубликовал работу, в которой описан ультразвуковой метод определения прочности бетона с учетом его влажности. При обработке результатов и расчете градуировочных зависимостей учитывалась и влажность бетона. Этот метод создавался для повышения точности ультразвукового метода для обследования и строительства гидротехнических и гидромелиоративных сооружений. Также существуют проблемы связанные с разработкой нормативов на применение ультразвуковых методов. Действующие нормативные 21 документы предписывают применять ультразвуковой метод при сквозном прозвучивании или метод отрыва со скалыванием. Применение способа поверхностного прозвучивания по ГОСТу 17624-86 не разрешается, а методы упругого отскока, пластических деформаций и ударного импульса разрешены к применению с ограничениями. Это объясняется опасением, что прочность поверхностного слоя бетона не характеризует прочность его глубинных слоев. Действительно, в ряде случаев, особенно при использовании для бетонной смеси некоторых видов добавок, прочность бетона поверхностного слоя ниже. Однако эти особенности могут быть учтены в методике построения градуировочной зависимости. Проведенные исследования и большой опыт применения неразрушающих методов показали возможность использования для контроля прочности монолитного бетона механических методов по ГОСТу 22690-88 и способа поверхностного прозвучивания ультразвукового метода. НИИЖБом разработаны "Рекомендации по контролю прочности бетона монолитных конструкций ультразвуковым методом способом поверхностного прозвучивания" (МДС 62-2.01), которые устанавливают правила контроля при использовании способа поверхностного прозвучивания. В результате неразрушающего контроля определяется прочность бетона отдельных участков и средняя прочность бетона. Однако так как все неразрушающие методы являются косвенными, в каждом участке прочность определяется с некоторой ошибкой. Это нашло отражение в разработанных НИИЖБом "Методических рекомендациях по статистической оценке прочности бетона при испытании неразрушающими методами" (МДС 62-1.2000). Данный документ устанавливает правила учета не только среднеквадратичной погрешности градуировочной зависимости, но и значение ее коэффициента корреляции. Существует еще ряд недостатков метода. Импульсным методом нельзя, например, контролировать прочность крупных массивных изделий и конструкций (толщиной свыше 5 м и длиной свыше 10м). При испытании высокопрочных бетонов классов выше В50 и бетонов на пористых заполнителях классов ниже В5 ультразвуковой метод существенно уступает по точности механическим методам. Кроме того, для ультразвуковых методов испытаний используют сложную радиотехническую аппаратуру, наладка и ремонт которой в полевых условиях затруднительны и требуют специалистов высокой квалификации. Однако ультразвуковой импульсный метод контроля прочности бетона — более технологичный, быстрый и удобный, чем существующие механические методы. При выборе частоты ультразвуковых колебаний следует помнить, что чем выше частота, тем меньше рассеивание направлений, по которым идет волна, а поэтому тем выше получаемая энергия. С другой стороны, чем 22 выше частота, тем больше затухание энергии. Обычно применяют кристаллы с частотой от 50 до 200 кгц/сек. 23 6. РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ Возрастающие объёмы и темпы современного строительства связаны с использованием разнообразных новых строительных материалов, технологий, со стремительным техническим прогрессом. В связи с этим возрастает необходимость осуществления надежного оперативного мониторинга качества строительных конструкционных материалов. Повсеместное использование компьютерных технологий, в том числе при контроле качества строительных материалов, становится несовместимым с использованием устаревшей измерительной техники и рутинных методов камеральной обработки результатов. Общим недостатком всех приборов поверхностного воздействия (ультразвуковых, склерометрических) является то, что на результат измерений существенно влияют такие факторы, как влажность и пористость материала, вид и крупность заполнителя, плотность армирования, карбонизация поверхностного слоя бетона и др. Для повышения достоверности результатов измерений рекомендуется сочетать указанные методы с более надёжными, например, с методами локальных разрушений, с последующей корректировкой результатов неразрушающего контроля введением поправочного коэффициента совпадения. Определив прочность бетона в каждом участке как среднюю по результатам пяти измерений, вычисляют однородность и среднюю прочность бетона в каждой конструкции. Значение этой прочности учитывается в поверочном расчете несущей способности конструкции. Если есть участки с очень низкой прочностью по сравнению с проектной, то решается вопрос о замене бетона в этом участке или замене всей конструкции, анализируются причины, вызвавшие понижение прочности^ разрабатываются мероприятия по исключению возникновения этих причин при дальнейшей эксплуатации зданий и сооружений. 24 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Важность промышленного неразрушающего контроля и технической диагностики в различных отраслях деятельности человека приобретает все большее значение во всем мире, и особенно возросла в век техногенных катастроф. Сейчас многие промышленные отрасли остро нуждаются в современных приборах и оборудовании для неразрушающего контроля. К настоящему времени НК превращается в самостоятельную отрасль промышленности, решающую задачи обследования и создания аппаратуры, методик контроля, проведения научных исследований, сертификации, стандартизации и обучения. Каждое обследование сугубо индивидуальное и зависит от характера объекта, его назначения. Поэтому очень сложно разработать типовые методики оценки фактической прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях. 25 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1.ГОСТ 28570-90. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций. 2.ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. Технические требования. 3.ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. 4.ГОСТ Р 53231-2008. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. 5.СТО 36554501-009-2007. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. 6.СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. 7.ГОСТ 22904-93. Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры. 8.Зубков В.А. «Определение прочности бетона», учебное пособие/М.: изд- во АСВ, 1998,-120с. 10.Улыбин А.В. «О выборе методов контроля прочности бетона построенных сооружений». 11.ГОСТ 10180-90 Методы определения прочности бетона по контрольным образам. |