книги из ГПНТБ / Джонс, Р. Неразрушающие методы испытаний бетонов

Если для приготовления бетона применяется смешанный заполнитель, например частично речной, частично базальтовый, то коэффициент влияния заполнителя необходимо определять на основании формулы

г д е Х х и Х 2 — со о т н о ш ен и е о бъ ем ов д в у х видов , за п о л н и т ел ей .

Всоответствии с данными табл. 2.9 выбирают коэффициенты влияния

взависимости от использованного заполнителя, которые значительно отли­ чаются для различных пород и в каждом случае определяются в соответ­ ствии с методикой, указанной в разделе 2.5.10.1. Эта методика применима для тяжелого заполнителя, не указанного в табл. 2.9. Значения, приве­ денные в табл. 2.9, дают хорошую ориентировку, когда испытания с по­ мощью тарировочной кривой невозможны.

2.5.10.6. Влияние зернового состава заполнителя. Зерновой состав ока зывает важное влияние на зависимость между скоростью распространения ультразвука и прочностью бетона, поскольку определяет условия распро­ странения импульса в бетоне, которые, в свою очередь, находятся в зави­ симости от отношения длины волны ультразвука и диаметра заполнителя.

С другой стороны, зерновой состав влияет на прочность бетона, как и на ско­ рость распространения: чем заполнитель богаче мелкими фракциями, тем прочность бетона меньше, но в то же время и скорость распространения снижается.

Было проверено экспериментально на образцах-призмах влияние зерно­ вого состава заполнителей при изменении двух параметров:

мелких фракций заполнителя (0—1 мм); максимального диаметра заполнителя Фмакс.

Влияние мелкой фракции было исследовано на бетоне, в котором запол­ нитель содержал мелкую фракцию в пределах 6—54% общего веса заполни­ теля. На этом бетоне были выполнены измерения скорости распространения и затем определена прочность бетона при сжатии. Результаты испытания при­ ведены на рис. 2.63. Графики показывают, что по мере того как количест­ во мелких фракций увеличивается, увеличивается и соответствующая проч­ ность бетона при данной скорости распространения. Это заключение можно сформулировать таким образом: при увеличении количества мелких фракций в заполнителе скорость распространения снижается быстрее, чем прочность бетона на сжатие.

Если взять в качестве основы прочность бетона, полученную с заполни­ телем, имеющим мелкую фракцию (0—1 мм) 12%, тогда прочность бетона с различным содержанием мелкой фракции заполнителя получают с помощью коэффициентов из табл. 2.10.

Т а б л и ' ц а 2 .1 0 . К о эф ф и ц и е н т в л и я н и я м е л к о й ф р а к ц и и

110

Другими словами, измеряя некоторую скорость распространения для получения фактической прочности испытываемого бетона, необходимо проч­ ность бетона, которая принята в качестве стандартной, умножить на коэф­ фициент влияния Cg, приведенный в табл. 2.10.

Другой вспомогательный элемент, с помощью которого можно характе­ ризовать зерновой состав заполнителя, — максимальный диаметр заполните­ ля. Испытания, выполненные на бетоне с заполнителем, имеющем макси­ мальный диаметр менее 30 мм (рис. 2.64) и более 30 ла* (рис. 2.65), пока­ зали, что с увеличением максимального диаметра заполнителя прочность

полнителя увеличивается, скорость распространения в бетоне повышается относительно быстрее, чем прочность бетона. Объяснение этого факта за­ ключается в том, что скорость распространения в заполнителе больше, чем

вбетоне, и приближается к скорости распространения в бесконечной среде—

вмассиве соответствующей горной породы.

Возвращаясь к соотношению, которым следует пользоваться при испыта­ ниях с помощью ультразвука, примем за основу бетон с заполнителем, имею­ щем максимальный диаметр 30 мм, тогда прочность бетона с заполнителем лю­ бого максимального диаметра и соответствующую ей скорость можно полу­ чить путем умножения на коэффициенты влияния, приведенные в табл. 2.11.

Т а б л и ц а 2 .1 1 . К о эф ф и ц и ен т ы в л ш ш и я м а к с и м а л ь н о г о д и а м е т р а за п о л н и т е л я

В связи с влиянием максимального диаметра заполнителя необходимо

случайного увлажнения на зависимость между скоростью распространения и прочностью бетона, так как это уже рассмотрено в разделе 2.5.1. Ниже об­ суждается влияние влажности как постоянного фактора, участвующего во все время процесса твердения бетона, вплоть до испытания.

Проведенные испытания относились к бетону, хранившемуся при влаж­ ности воздуха 40—60% или погруженному в воду и, следовательно, полностью насыщенного водой. Результаты, полученные для бетонов различного соста­ ва, с учетом таких параметров, как способ уплотнения и возраст, приведены на рис. 2.66. Из графика видно, что при той же скорости распространения бетон, хранившийся в воде, характеризуется меньшей чувствительностью к изменениям прочности при сжатии, чем бетон, хранившийся на воздухе.

111

112

Чтобы объяснить физический смысл этих результатов, следует обратить­ ся к следующим фактам:

а) хранение бетона под водой благоприятствует более высокой степени гидратации и образованию большого количества продуктов гидратации, на которые скорость распространения ультразвука реагирует больше, чем при твердении бетона на воздухе;

б) подводное хранение бетона благоприятствует полному заполнению пор водой, замещающей воздух, который находился в большинстве пор до погружения в воду. Скорость распространения звука в воде составляет 1450 м/с вместе 330 м/с в воздухе.

В этих условиях бетон, хранившийся в воде, характеризуется значи­ тельно большей скоростью распространения, чем в случае хранения на воз­ духе, даже если пренебречь увеличением прочности, которая тоже повышает скорость.

2.5.10.8 Влияние созревания бетона. Другие факторы, которые оказы­ вают влияние на соотношение между скоростью и прочностью, — это воз­ раст и температура. Из указанных факторов под вторым из них следует под­ разумевать температуры выше 0°. Комбинация этих двух факторов, кото­ рые фактически взаимосвязаны и являются причиной роста прочности бето­ на, позволяет синтезировать так называемый фактор созревания, определяе­ мый на основе уравнения

г д е 0 ; — т е м п е р а т у р а в г р а д у с а х Ц е л ь с и я (° С) в о п р е д е л е н н о м и н т е р в а л е /; ti — к о ­ л и ч е с т в о с у т о к с о д и н а к о в ы м и н т ер в а л о м т е м п е р а т у р 0 ц п — к о л и ч е с т в о и н т е р в а ­ л о в i с р а зн ы м и т е м п е р а т у р а м и 0 ;.

В первую очередь исследования были проведены с бетоном различной плотности, разного возраста — от 3 суток и до 8 месяцев — и хранившемся при температуре 20—25° С. Результаты испытаний даны на рис. 2.67.

Из графика видно, что по мере того, как возраст бетона увеличивается, прочность бетона при сжатии, соответствующая данной скорости распрост­ ранения, увеличивается; достигнутая разница может быть значительной даже при сравнении возрастов (3—28 суток), не говоря уже о том, что было проведено сопоставление данных с испытаниями бетона, проведенными в возрасте 8 месяцев (см. рис. 2.67).

Чтобы сравнить результаты, при которых температура хранения не одинаковая, для проверки применимости формулы (2.56) был испытан бе­ тон одного возраста при хранении с различными интервалами температур (при пониженной температуре, близкой к 0°). Результаты испытания при­ ведены на рис. 2.68, из которого видно, что по мере того, как температурный интервал при 0° был более продолжительным, прочность, соответствующая заданной скорости распространения, снижалась (нижняя кривая на рис. 2.68). Этот факт показывает, что влияние возраста и температура тверде­ ния эквивалентны и что можно учитывать фактор созревания по формуле (2.56). Во всех этих выводах предполагается, что при температуре выше или даже около 0° вода в бетоне не замерзает. Если температура была заметно ниже 0°, в особенности в первые дни после приготовления, и вода в порах

114

замерзла, происходит разрушение бетона вследствие расширения льда. В этом случае следует отказаться от применения фактора созревания.

Для использования результатов, представленных выше, показывающих влияние твердения бетона в различном возрасте|на соотношение «скорость —

состава, но с другим фактором созревания по отношению к бетону, приня­ тому в качестве рекомендуемого для одинаковой скорости распространения

нения—прочность при сжатии» можно пояснить следующим рассуждением. Первичное физико-химическое превращение, которое происходит при твер­ дении бетона, является важным процессом, в большей степени "увеличиваю-

115

Т а б л и ц а 2.13. Коэффициенты влияния созревания бетона

щим скорость распространения упругих волн, чем прочность бетона. Превра­ щение структуры и следующее за ним явление твердения, хотя и приводит к увеличению прочности, почти не изменяет существенно скорости распрост­ ранения. Больше того, с возрастом скорость распространения может даже незначительно снижаться благодаря внутреннему процессу образования микротрещин и возрастающей потери поровой воды. Несомненно, что рост скорости распространения ультразвука незначителен при запоздалом твердении.

2.5.10.9. Влияние добавок. Благодаря разнообразию добавок, которые могут быть использованы в бетоне, проблема влияния их на зависимость «скорость — прочность» является особенно сложной задачей.

Одной из наиболее часто встречающихся добавок является хлористый кальций (СаС12), применяемый при бетонировании в зимнее время. На рис. 2.69 показано влияние добавки СаС12 на зависимость «скорость — проч­ ность» при различном содержании добавки по отношению к вяжущему, выра­ женному в процентах. Мы видим, что по мере того как процентное содержание СаС12 для приготовления бетона увеличивается, увеличивается и прочность, соответствующая заданной скорости распространения. Если взять в качестве опорного бетон без добавки, тогда в зависимость, по которой находят проч­ ность бетона с добавкой, вводят коэффициент из табл. 2.14.

Таблица позволяет выразить в виде математического выражения со­ отношение между коэффициентом Ср и добавкой, выраженной в процентах:

Влияние добавки хлористого кальция на зависимость «скорость — проч­ ность» объясняется тем, что она способствует ускорению создания структуры бетона, для которой характерно снижение скорости распространения уль­ тразвука и возникновение внутренних микротрещин в бетоне без заметного влияния на механическую прочность.

Другой добавкой, которая влияет на зависимость «скорость — проч­ ность», является природная смола, названная RESO, применяемая как пла­ стификатор. На рис. 2.70 приведены результаты испытаний бетона без добав­ ки и с добавкой RESO в количестве 0,06 и 0,12%. На рис. 2.70 видно, что по мере того как увеличивается процентное содержание применяемой добавки, увеличивается и прочность, соответствующая данной скорости распространения.

116

В табл. 2.15 приведены коэффициенты влияния, где в качестве исходно­ го (опорного) принят бетон без добавки. Значения, приведенные в таблице, представляют собой соотношение между прочностью бетона с добавкой и прочностью бетона, принятого за исходную при одинаковой скорости рас­ пространения.

фициента влияния в зависимости «скорость — прочность». В качестве приме­ ра в указанном выше смысле предлагается лигносульфонат кальция (рис. 2.71). Из графика видно, что имеется единая кривая соотношения «ско­

в сооружении. На практике, исключая раздел 2.5.10.1, в котором рассматри­ вается тарировочная кривая, возможны следующие ситуации:

а) известен состав бетона, но нет образцов или кернов испытуемого бе­ тона;

б) известен состав бетона и имеются образцы в ограниченном количест­ ве или несколько кернов, взятых из бетона;

в) не известен состав бетона, подлежащего испытанию, но имеются об­ разцы или керны из этого бетона;

г) не известен ни состав бетона и не имеется ни образцов, ни кернов из этого бетона.

Решение поставленных вопросов требует введения такого понятия, как исходный или стандартный бетон. Этот стандартный (исходный) бетон харак­ теризуется следующими величинами, установленными параметрами состава

117

77,/сгс/см2

118

Для этого бетона основное соотношение преобразуется в экспоненци­ альное уравнение:

Соотношения (2.60) и (2.62) вполне точно определяют исходную зависимость для стандартного бетона, приведенного на рис. 2.72 и в табл. 2.16, против коэффициента Ct — 1*.

Если бетон для испытания от­ личается от стандартного бетона, необходимо вычислить так называе­ мый общий коэффициент влияния. Этот коэффициент отражает сумму всех параметров как состава бето­ на, так и хранения, которые отли­ чаются от стандартного бетона. Он вычисляется по определению в ви­ де произведения

119