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

в незначительной степени взаимозависимы, но приемлемость соотношения (2.63) сохраняется до тех пор, пока изменения их не слишком велики и на­ ходятся в согласии со значениями, которые характеризуют стандартный бетон.

Для вычисления произведения (2.63) пользуются табл. 2.7—2.15. Для получения предела прочности на сжатие, соответствующего любой измерен­ ной скорости распространения, берут значение С(, полученное из вычисле­ ния произведения отдельных коэффициентов влияния или же из табл. 2.16 или графика на рис. 2.72.

Т а б л и ц а 2.16 Прочность бетона на сжатие с различными коэффициентами С<

Если вычисленные значения находятся вблизи кривых графика 2.72 или же табличных данных в (2.16), применяется основная формула (2.58) с постоянными а и Ь, полученными путем вывода на основе соотношения

R f сп = 1?1тандС(;

(2.64,а)

^2=4200 м/с,

где ^ iKcn и Л |ксп — фактические ординаты кривой зависимости «скорость —прочность» в точках со скоростями v1 и v2.

Если имеются фактические данные по составу бетона, а также есть об­ разцы или керны, это дает возможность уточнить зависимость «скорость — прочность» следующим образом:

120

1) при испытании образцов или кернов, измеряя скорость распростране­ ния ультразвука, следует применять преобразователи, отвечающие условию к < d/2, в котором d — минимальный размер поперечного сечения образ­ ца. Прозвучивание кернов целесообразнее производить до выбуривания их

вненарушенной структуре бетона с последующим извлечением;

2)испытания на прессе с разрушением образцов при сжатии проводить, обеспечивая статическое нагружение до разрушения (время испытания свыше 1 мин). Путем пересчета получить кубиковую прочность при сжа­ тии для куба со стороной 20 см\

3)определить прочность стандартного бетона (Ct = 1) при соответству­ ющей средней скорости распространения, измеренной на каждом образце или каждом керне, пользуясь данными табл. 2.16 или рис. 2.72;

4)вычислить общий коэффициент влияния для каждого образца или керна, испытанного в соответствии с уравнением

п

где п — количество образцов или имеющихся в наличии кернов.

Желательно иметь в распоряжении не менее трех образцов или кернов. Располагая кернами, необходимо, чтобы они отвечали требованиям извле­ чения с минимальным нарушением структуры бетона. Разумеется, керны более ценны, чем образцы-кубы;

6)провести сопоставление экспериментального общего коэффициента

влияния СГсп и того, который вычислен на основе состава бетона, т. е С®ыч. Для ориентировки при определении коэффициентов влияния ниже при­

водится целый ряд указаний по пределам их применения. Расхождение между двумя значениями — в пределах

В этом случае следует считать, что экспериментальные данные подтверждав ют значения, полученные путем вычисления, и экспериментаторам пре-

доставляется свободныйЪыбор любого из двух значений С?ксп или С/ыч или же можно принять среднее значение из них для перерасчета измеренной в конструкции скорости распространения ультразвука в прочность.

121

Расхождение между двумя значениями заключается в пределах

В этом случае в качестве общего коэффициента влияния принимается среднее значение из полученных экспериментом'и расчетом:

Расхождение между двумя значениями больше допускаемого предела:

В этом случае необходимо проводить подробный анализ для обнаруже­ ния причин такого расхождения, принимая во внимание обязательное прави­ ло об исключении фиктивных экспериментальных значений. Теоретически существует такая же возможность получения ошибочного значения и для

значения С"ыч вследствие несоответствия между расчетными данными при­ меняемого состава и фактическими или из-за недооценки истинного влияния других параметров, как-то: термообработки, времени твердения, влажности

и пр. Соответственно точно так же С?ксп может быть ошибочной величиной, если образец не имеет правильных геометрических размеров (параллельность плоскостей и взаимная перпендикулярность граней), измерение скоростей было неточным (не отвечает требованиям X<Cdl2), скорость механических ис­ пытаний слишком большая, центрировка образца не производилась и пр.

После уточнения причин несовпадения ошибочное значение, предназна­ ченное для исключения, проверяется расчетом. Если не имеется причин для исключения, должен быть пересмотрен весь рабочий процесс измерений на основе средних значений. Если и тогда сохраняется несовпадение двух зна­ чений •— расчетного и экспериментального, окончательные результаты рас­ сматриваются лишь как ориентировочные.

Когда отсутствуют образцы и керны, предлагается наиболее простой ва­ риант. В этом случае вычисляется только CfKcn в соответствии с указаниями

предыдущего параграфа, а именно по образцам, испытанным неразрушаю­ щим и разрушающим методами. Значение Q Kcn применяют затем для опре­

деления прочности по скорости по табл. 2.16 и рис. 2.72 или по урав­ нениям (2.58)—(2.64). В случае применения образцов в особенности важно, чтобы бетон, пошедший на их приготовление, так же как и условия тверде­ ния, были бы аналогичными приготовлению бетона на строительстве. Точ­ ность результатов снижается, когда для проведения испытания имеются только образцы или керны и отсутствуют данные о составе бетона со­ оружения.

Наиболее трудным случаем является такой, когда нет ни образцов, ни данных о составе бетона. В этом случае возможны всякого рода ошибки, по­

122

этому не рекомендуется применять ультразвуковой импульсный метод. Если практически невозможно произвести все вычисления, необходимо приложить все усилия к тому, чтобы тарировочная кривая «скорость ■— прочность» бы­ ла бы выбрана, насколько возможно, ближе к фактической. С этой целью предлагается воспользоваться двумя категориями информации:

общая, в которую входят сведения о проектных марках бетона и данных по изготовлению, и частичная информация;

визуальный осмотр, с помощью которого можно указать приблизитель­ ную влажность бетона, затем провести проверку излома поперечного сече­ ния с тем, чтобы получить представление о максимальном диаметре зерен и ви­ де заполнителя, а также о наличии в большом или незначительном количест­ ве мелких фракций. По этим данным выбирают значение соответствующего коэффициента влияния и продолжают вычисления в соответствии с методо­ логией, указанной в пункте 1. Иногда такой метод вычисления может при­ вести к результатам, довольно близким к действительным, но в общем уве­ ренность в получении удовлетворительных результатов невелика.

2.5.10.11. Точность определения прочности бетона. Совпадение резуль­ татов определения прочности бетона при испытаниях неразрушающим и разрушающим методами может доходить до 90%. Недостаточная точность косвенной оценки прочности бетона определяет причины, из-за которых ре­ зультаты обычных испытаний разрушением могут отличаться от неразруша­ ющих испытаний на 10%.

Втом случае, когда имеется тарировочная кривая, точность получения окончательных результатов при неразрушающих методах с помощью ультра­ звука должна находиться в пределах ±10—20%. Расположение полученных значений прочности у нижнего или верхнего пределов обусловлено измене­ ниями прочности бетона в самой конструкции.

Втом случае, когда известны состав и данные о хранении бетона, а так­ же есть образцы бетона или керны, например из существующего дорожного покрытия, точность также принимается в пределах ± 1 0 —20%. Если совпа­ дение между результатами, полученными экспериментальным и расчетным путем, хорошее, тогда точность вычислений повышается и оценивается как

±Ю— 15%; но если совпадение результатов посредственное, тогда по­ грешность полученных значений находится в пределах ±15 —20%.

Вслучае, когда известен только состав бетона, подлежащего испытанию, точность определения с помощью расчета прочности по скорости принимается

впределах 18—30%. Если существует полная уверенность в том, что все

данные по составу и хранению бетона могут быть использованы в расчете и являются реальными, точность вычислений оценивается в пределах 18— 25%; если такой уверенности нет, более благоразумным будет принять точ­ ность вычислений в интерале 25—30%.

В случае, когда в наличии имеются образцы или керны, взятые из дорож­ ных покрытий или сооружений, вычисления при неразрушающих испыта­ ниях обеспечивают точность от 15 до 25%. Интервал ниже 15—20% отно­ сится в основном к кернам, для которых существует уверенность, что они соответствуют бетону в сооружении. Погрешность выше 20—25% принима­ ется для образцов, в отношении которых нет уверенности в том, что они со­ ответствуют составу и условиям твердения бетона в сооружении.

123

Если не имеется никаких данных о составе и условиях хранения бетона, предназначенного для испытания, нет образцов или кернов из этого бетона, точность метода зависит от возможностей эксперимента и от той информа­ ции, которую удается собрать экспериментатору; в этом случае следует ис­ ходить из точности ± 30—50%.

2.5.11. Связь между скоростью распространения и прочностью бетона на растяжение при изгибе

Помимо зависимости «скорость — прочность при сжатии» часто бывает нужно установить связь между скоростью ультразвука и прочностью на рас­ тяжение при изгибе. Имеются случаи в производстве бетонных работ, когда важнее других свойств — прочность бетона на растяжение.

Можно указать на множество аналогий, которые существуют между за­ висимостями «скорость — прочность при сжатии» и «скорость — прочность при растяжении». Для подтверждения сказанного допускаем, что связь меж­ ду двумя прочностями более тесная, чем между скоростью распространения ультразвука и любой их двух видов прочности бетона.

Прочность на растяжение при изгибе бетона определяется на образ­ це размером 10 X 10 X 55 см из уравнения

мм

(2.71)

Существует возможность получения тарировочной кривой на основе тех же предпосылок, которые встречаются на заводе по изготовлению сборных элементов, а также в научных исследованиях в области контроля качества. Для этого необходимо располагать минимум 15 образцами, сгруппированны­ ми в пять серий по три образца в каждой. Серии отличаются между собой степенью уплотнения бетона и отношением В/Ц.

Если для получения тарировочной кривой нет данных, обращаются к графическим или аналитическим способам, аналогичным изложенным в разделе 2.5.10. С этой целью необходимо снова вернуться к ранее принятому понятию «исходный бетон», иначе называемый «стандартным», и коэффици­ ентам влияния.

в котором постоянные С и d определяются из условия

/?Л* = 11 кгс/см2; I

124

На рис. 2.73 воспроизведены экспериментальные данные испытания исход­ ного (стандартного) бетона, при переменном времени уплотнения. Результа­ ты осредняются расчетной кривой

которая получена путем подстановки (2.73) в (2.72). Постоянные C u d имеют размерность

Следует отметить, что результаты, приведенные на рис. 2.73, имеют неболь­ шой разброс.

Если сравнить коэффициенты С и d из формулы (2.72) с коэффициента­

Коэффициенты влияния в качественном отношении здесь такие же, как и для прочности при сжатии. Однако значения коэффициентов влияния имеют особенности. Так, например, к коэффициенту влияния свойств цемента, равному единице, относится цемент марки Р500 (на сжатие этот цемент соответствует коэффициенту влияния выше единицы) вместо исключенного цемента Т25, у которого коэффициент влияния ниже единицы (на сжатие был равным единице). Эта особенность представлена на рис. 2.74 и в табл. 2.17.

125

Влияние дозировки в сравнении с прочностью на сжатие менее замет­ но. Значения коэффициентов влияния дозировки приведены в табл. 2.18.

Снижение влияния этого параметра объясняется тем, что прочность на растяжение меньше, чем прочность при сжатии, зависит от дозировки це­ мента.

Относительно влияния зернового состава существующие эксперимен­ тальные данные [29] показали, что оно сильнее по сравнению с прочностью при сжатии. Коэффициент влияния количества мелкой фракции (0—1 мм) заполнителя приведен в табл. 2.19.

Увеличение влияния зернового состава заполнителя определяется той ролью, которую играет увеличение удельной поверхности заполнителя при явлении разрыва при растяжении по отношению к разрушению от сжатия. В отношении остальных факторов, касающихся состава бетона и хранения его, не установлено каких-либо качественных отличий значений коэффициен­ тов влияния, полученных на основании специальных исследований. Если эти факторы не известны, то рекомендуется принять в качестве первого при­ ближения значения коэффициентов влияния, установленные для случая прочности при сжатии. Возникающие ошибки невелики, если коэффициен­ ты не очень отличаются от таковых для исходного (стандартного) бетона.

Для перехода от исходного (стандартного) бетона к реальному соста­ ву вычисляется общий коэффициент влияния Ct из формулы:

мости R ti — v l и умножается на этот общий коэффициент Ct, после это­

126

го определяют постоянные с и d и снова определяют новую кривую, исполь­ зуя следующие условия:

Л (1)эксп= д(1)стандС(;

(2 .80)

и1=3200.м/с;

^ (2 ) эксп= £ (2 )ст а н д С (.

(2 .8 0 ,а*)

1)2= 4200 м/с.

Для облегчения вычислений по табл. 2.20 можно получить непосредственно значение прочности, соответственное различным скоростям распространения для бетонов, характеризующихся общим коэффициентом влияния, величина которого находится между 0,6 и 1,5.

Скорости распространения, приведенные в настоящем разделе, измеря­ лись на призме 10 X 10 X 55 см для продольных волн с расположением в торцах преобразователя с собственной частотой около 40 кгц. Измерения бы­ ли выполнены в условиях, приблизительно одинаковых с эластометром RECO (собственная частота46 кгц). Результаты измерений, выполненные с помощью преобразователей с разными частотами для введения поправки на физическую и структурную дисперсию скорости распространения ультразвука в эле­

127

Точность определения прочности на растяжение при изгибе с помощью измерения скорости распространения сопоставима с соответствующей точ­ ностью по прочности при сжатии (см. раздел 2.5.10.11).

Имеется возможность для повышения точности определения прочности бетона с помощью прямого тарирования испытываемых образцов и проб: изменением состава бетона, способов уплотнения, хранения и твердения, кроме того, имеется и соответствующая методология проведения испытаний, аналогичных с теми, которые изложены в разделе 2.5.10.10 при опре­ делении прочности на сжатие.

2.5.12. Связь между затуханием и прочностью при сжатии

Затухание импульса является второй характеристикой кроме скорости распространения, которая может быть измерена с помощью неразрушающего ультразвукового метода испытания. Принцип и техника измерений были из­ ложены в разделе 2.4.5.2.

Впервоначальных исследованиях в отношении затухания ультразвуко­ вого импульса в бетоне был проявлен большой оптимизм, поскольку предпо­ лагалось, что изменение затухания зависит в основном от вязкопластиче­ ских свойств материала, которые играют важную роль в разрушении бетона. Первоначальный оптимизм был, однако, рассеян довольно скромными ре­ зультатами экспериментов.

ВINCERC [41] были выполнены исследования в связи с изучением вли­ яния свойств цемента с проведением измерения затухания, которые не дали ничего нового по сравнению со скоростями распространения ультразвука (рис. 2.75). Из графика видно, что в сравнении с классической группой портландцементов, например, применение быстросхватывающегося цемента RIM приводит к получению более высокой прочности при одинаковом затухании, но применение цементов с добавками снижает прочность при том же затуха­ нии, как, например, для цемента типа F.

Использование затухания для оценки относительного влияния дозиров­ ки цемента не является улучшением по сравнению с измерениями скорости распространения. Чем больше расход цемента (рис. 2.76), тем больше затуха­ ние при одной и той же прочности бетона. Влияние зернового состава за­ полнителя при измерении затухания'обнаруживается двояко: через влияние максимального размера заполнителя и его мелких фракций, что взаимно свя­ зано между собой.

ВINCERC (рис. 2.77) были проведены исследования влияния максималь­ ного размера заполнителя, которые показали, что прочность бетона, соответ­ ствующая определенному уровню затухания, тем больше, чем больше размер заполнителя. До тех пор пока измерение затухания производится изолиро­ ванно, установление такого факта не предоставляет никакого преимущества

вотношении измерения скорости распространения ультразвука, где было от­ мечено обратное влияние: чем больше был размер заполнителя, тем прочность бетона, соответствующая данной скорости распространения, меньше. Однако именно вследствие различного влияния максимального размера заполнителя на'затухание и скорость появляется возможность исключить нежелательное

128

й.хгс/см’

$'кгс/см!

R,kbc/ cmг

влияние размеров заполнителя при проведении одновременно измерений ско­ рости и затухания для определения прочности бетона.

Аналогично предыдущему возникает такое же положение с влиянием количества мелких фракций заполнителя (0—1 мм) (другой параметр, кото­ рый вместе с максимальным размером характеризует зерновой состав запол­ нителя). На рис. 2.78 представлены результаты, полученные на основании испытания бетонов различного зернового состава для исследования влияния количества мелких фракций на затухание ультразвука. График показывает, что для одного и того же затухания прочность бетона тем больше, чем бед­ нее мелкими фракциями зерновой состав заполнителя. По этим данным влияние зернового состава прямо противоположно установленному ранее для зависимостей «скорость — прочность». Сочетание измерений ско-