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

влажного. Произведения, содержащиеся в формулах (4.9) и (4.10), приве­ дены в табл. 4.1 для разных значений общего коэффициента влияния Ct или С[. Если влажность бетона имеет промежуточное значение между предель­ ными состояними: сухим и насыщенным, производится интерполяция между значениями числителя и знаменателя дроби, приведенной в табл. 4.1. Если влажность меньше, чем у стандартного бетона, можно воспользоваться об­ щим коэффициентом Си, приведенным в табл. 4.5.

Испытание бетона значительного возраста методом поверхностной твердости может привести к определенному риску, поскольку возникает опасность переоценки прочности бетона, которая не может быть проверена с помощью коэффициентов влияния и достигает 50% [14].

Точность определения прочности бетона методом коэффициентов влия­ ния оценивается в пределах ± 30 —40%.

Имеется еще много случаев, когда влияние различных факторов, не во­ шедших в величину С, сказывается на результатах испытаний, поэтому необходимо в этих случаях осуществлять корреляцию между качеством бетона и поверхностной твердостью, что позволяет получить более точные данные [15].

4.1.4.3. Метод скорректированных коэффициентов влияния. Возможен случай, когда в момент испытания бетона, взятого во время производства работ, располагают определенным количеством образцов, обычно тремя, приготовленных в таких же условиях, что и при производстве бетонных ра­ бот, без изменения какого-либо параметра в составе во время укладки в кон­ струкцию.

Вэтом случае производятся неразрушающие испытания каждого куба

в6—10 точках (см. п. 4.1.4.1). Определяется прочность бетона стандарт­

ного состава #£7анд для среднего показания отскока, одинакового с из­ меренным на t-том кубе. Затем куб подвергается разрушающему испытанию на прессе и результаты вычисляются по формуле

где — прочность, полученная на прессе и измеренная на г-том кубе.

Вычисляется среднее значение экспериментального коэффициента влияния С Г Пдля n-го количества кубов:

S С)ГП

п

Значение общего экспериментального коэффициента влияния, полученного по формуле (4.12), сопоставляется с частным коэффициентом влияния, по­

■I80

Совпадение принимается как очень хорошее и любое из значений С|ксп или С?ыч считается окончательным;

Совпадение еще довольно удовлетворительное, однако окончательный общий коэффициент влияния должен быть средней величиной этих двух коэффициентов;

Совпадение совершенно неудовлетворительное, и необходимо найти причи­ ны этого несоответствия.

Точность определения прочности бетона, взятого во время производ­ ства работ методом скорректированных коэффициентов влияния, зависит от результатов сопоставления расчетных коэффициентов влияния и экспе­ риментальных, а именно:

в случае «а» точность метода ± 2 0 —25%; в случае «б» точность метода ± 2 5 —30%; в случае «в» точность метода ± 30 —40%.

4.1.4.4.Метод единой тарировочной кривой. Если состав и другие

В таком случае принимаются ограниченные требования для испытания, но более строгие, чем в случае использования кривой, выбранной с использо­ ванием коэффициентов влияния. Такого вида тарировочная кривая встре­ чается в описании приборов и в технических условиях различных стран.

Для склерометра типа N на рис. 4.12 приведено семейство тарировочных кривых, рекомендуемых в разных странах. Отмечается их относительный характер группирования, а также то, что в число кривых входят кривые, предусмотренные румынскими указаниями для стандартного бетона в су­ хом и насыщенном состояниях.

Тарировочные кривые для склерометра типа L, в которых учитывают­ ся угловые поправки, приведены на рис. 4.13. Иногда появляется необходи­ мость применения метода коэффициентов влияния при измерениях, выпол­ ненных склерометром типа L. Для выполнения этой работы было установле­ но следующее эквивалентное соотношение между измерениями этими дву­ мя склерометрами [16]:

где SN — показание отскока склерометра типа N; S L — измеренное показание отскока склерометром типа L (обе величины в условных делениях шкалы).

181

/? тс/с*1

Я,**с/ом*

единая тарировочная кривая не применяется в следующих случаях: заполнитель искусственный; заполнитель мокрый, легкий или дробленый; гравий очень гладкий, полированный;

заполнитель немытый, прилипающий к глине; бетоны, бедные цементом или недостаточно уплотненные; бетон свежеприготовленный или бетон подводный;

бетон старый и сухой вследствие карбонизации поверхности; бетон низких марок (ниже 200).

■ft, Н с С / С М *

Нищает*

182

Единая тарировочная кривая «показания отскока — прочность при сжатии», полученная на основании измерений склерометром типа М, при­ ведена на рис. 4.14 совместно с кривой, которая включает угловые поправ­ ки. Преобразование измерений, проведенных прибором типаМ, в измерения прибора типа N производится с помощью следующего выражения:

(4.17)

где SN — показание эквивалентного отскока от склерометра типа N; SM — измеренный показатель отскока от склерометра типа М; обе величины выражены делениями шкалы.

Последний вид склерометра из серии Шмидта является маятниковым. С помощью этого склерометра можно производить два вида измерений: по вертикальной поверхности и по горизонтальной. Соответствующие две тарировочные кривые, представляющие собой зависимость «угловое показание отскока — прочность бетона при сжатии» для двух видов испытания пред­ ставлены на рис. 4.15. Если и в этом случае требуется применение метода коэффициентов влияния, то преобразование измерений, выполненных ма­ ятниковым склерометром, в показания отскока, соответствующие склеро­ метру типа N, производятся:

для вертикальной плоскости

где SN — эквивалентное показание отскока склерометра типа N, выраженное в еди­ ницах для линейного отскока; S Pv — показание углового отскока, измеренное склеро­

метром типа Р на вертикальной поверхности, выраженное в единицах для углового отскока;

для горизонтальной поверхности

(4.19)

где SРЛ — угловое показание отскока, измеренное склерометром типа Р на горизон­ тальной поверхности и выраженное в единицах для углового отскока.

Запрещенная область измерений аналогична той, которая определена для склерометра с линейным отскоком, за исключением бетонов низких ма­ рок (ниже 200), для которых применение маятникового склерометра допу­ стимо. Для этого склерометра можно снизить в испытаниях марку бетона с прочностью при сжатии между 80—100 кгс/см2. Исключается возможность испытания бетонов высоких марок (выше 300).

4.1.5. Контроль однородности качества бетона

Однородность качества бетона является важным фактором в свете сов­ ременной теории расчета конструкций из бетона и железобетона.

Применение метода поверхностной твердости предоставляет следующие преимущества в этой области:

обеспечивает большим количеством данных; эти данные относятся к бетону, взятому из самой конструкции;

результаты, даже если говорить о средних значениях по одному участ­ ку, дают большой разброс, который очень легко сопоставить с разбросом

183

результатов, полученных при разрушающих испытаниях образцов (клас­ сический метод оценки качества бетона), по сравнению с результатами по другим неразрушающим методам.

Существует два принципиальных пути для определения однородности бетона: прямой путь, применяющийся при непосредственном измерении от­ скока путем статистической обработки результатов, с использованием в за­ ключение эмпирического отношения между коэффициентами вариации по­ казаний отскока и значений прочности бетона при сжатии, и косвенный путь, в котором используется механическая прочность бетона, определенная в каждой зоне с последующей статистической обработкой данных прочности.

Возвращаясь к прямому пути, можно наметить следующие этапы рас­

где k —.количество испытываемых зон;

вычисляется относительное отклонение от средней величины ег, откло­ нение средней квадратичной^ и коэффициент вариации CDn средних по­

Далее вычисляется минимально вероятная прочность бетона /?мин:

где R — средняя прочность бетона, соответствующая среднему значению п на тарировочной кривой «показание отскока — прочность испытываемого бетона на сжатие», a t -— коэффициент, который зависит от количества проверяемых зон и вида конструк­ ции (см. п. 2.5.14).

Прочностная характеристика, которая сравнивается с проектной мар­ кой бетона М, в том случае, если бетон испытывается в возрасте прибли­ зительно 28 суток, определяется из уравнения

в котором К — коэффициент однородности, который отражает качество бе­ тона, уложенного в конструкцию, а также служит параметром нормального распределения Гаусса. Если кривая распределения имеет резко выраженную положительную асимметрию (см. п. 2.5.14), вводят поправочный коэффици­ ент р больше единицы согласно уравнению

(4.24)

184

в котором величина р приведена в п. 2.5.14. В другом'варианте этого метода непосредственно применяют значения отдельных измерений отскоков п. В этом случае значение переходного коэффициента в формуле (4.21) умень­ шается до 2.

Ранее упоминалось, что имеется и второй путь преобразования показа­ ний отскока в прочность и вычисления коэффициента вариации. Расчет по

второму варианту следующий: вычисляется средняя прочность R на эле­ мент, на структуру бетона и т. д. по данным значений прочности в определен­ ной зоне R t согласно уравнению

k 2 Rt

R

Из рассмотрения (4.28) следует, что данное отношение идентично урав­ нению (4.22), полученному для прямого метода.4

4 2. МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ОТПЕЧАТКЕ

4.2.1.Принцип метода

Кгруппе механических методов определения прочности бетона, осно­ ванных на измерениях поверхностной твердости, относятся методы отпе­ чатков, т. е. методы, которые определяют след, оставленный на поверхно­ сти бетона от воздействия подвижной массы с известной энергией, приходя­ щейся на эту поверхность.

Различают три разновидности метода, основанного на отпечатке:

а) метод с использованием одного отпечатка, который появляется на поверхности бетона и характеризуется геометрическими размерами;

б) метод с двумя отпечатками, из которых один получен в результате активного действия на бетон шарика большого диаметра, а другой отпечаток

185

А -А

Рис. 4.17. Зависимость «объем во­ ронки от пули — прочность бето­ на при сжатии» (Скрамтаев)

Рис. 4.16. Склерометр Польди — Вайцмана

получен как пассивный (эталонный) от шарика меньшего диаметра. Оба шарика берутся заданной твердости и закреплены на стальном стержне.

Наиболее известный тип прибора с двойным отпечатком — металличе­ ский склерометр Польди — Вайцмана, пригодный для бетона (рис. 4.16). Определение твердости бетона # в кгс/мм2 склерометром данного типа про­ изводится согласно уравнению [171:

L>o

где Dо ■— диаметр отпечатка на бетоне от ширина 10 мм; d0 — диаметр отпечатка на эталонном стальном стержне твердостью И2 = 197 кгс/мм2 от шарика 5 мм; у — коэф­ фициент, равный 1, если прочность стального стержня составляет 70 кгс/мм2.

Для определения прочности бетона R кгс/см2 можно применить эмпи­ рическое уравнение

действия на бетон [18]. Вследствие удара пули о бетон на последнем остает­ ся относительно неправильный след в виде воронки. Объем этой воронки измеряется путем наполнения ее пластилином, затем погружают пласти­ лин в градуированный цилиндр, наполненный водой. Между объемом ворон­

186

ки и прочностью бетона на сжатие существует зависимость в виде, изобра­ женном на рис. 4.17. Очевидно, что данный метод применяется для бетонов низких марок — ниже 200. Выше указанного предела можно применить метод, называемый взрывным, т. е. основанный на быстротекущей физико­ химической реакции, который достаточно далеко отходит от неразрушаю­ щих методов [19]. Этот метод заключается в проведении взрыва на поверхно­ сти бетона и получении, благодаря детонации, воронки определенной глу­ бины. Коэффициент разрушения вычисляют из формулы

где h — глубина воронки в м; а — расстояние от центра взрыва до поверхности бетона

вм; С — величина взрывной нагрузки в кг.

Втабл. 4.6 приводится преобразование значений коэффициента разру­ шения для определения прочности при сжатии и растяжении при изгибе

бетона.

Из сказанного вытекает, что методы, упомянутые в пп. «б» и «в», исклю­ чаются из дальнейшего рассмотрения, так как применяются редко1.

Возвращаясь к методу отпечатка, следует отметить, что в качестве штам­ пов применяются тела сферической формы. Диаметр D сферы может изме­ няться от 10—20 мм в зависимости от марки бетона. На рис. 4.18 приведено отношение между твердостью и нагрузкой, применяемой для шариков диа­ метром 5 и 10 мм. Оптимальной областью применения является зона вбли­ зи максимума кривой, а поскольку бетон менее твердый, чем сталь, предпо­ чтительны шарики диаметром 10 мм по сравнению с шариками диаметром 5 мм. Для бетонов пониженных марок в небольшом возрасте может появить­ ся необходимость применения шариков диаметром 20 мм. Оптимальным слу­ чаем считается, если диаметр шарика удовлетворяет неравенству

187

Иногда предлагают измерять не диаметр отпечатка d, а глубину отпе­ чатка h. Фактически эти два размера связаны между собой, как это видно> из рис. 4.19 и уравнения

(4.33)

и, поскольку всегда h С D, можем написать:

[<4.34>

Формула (4.33) показывает, что h изменяется в процентном отношении больше, чем d\ если d изменяется от 0,3 D до 0,6 D и это принять за 100%, то h изменяется в соответствии с формулой (4.33) от 0,022 D до 0,090 D> следовательно, с превышением 400%.

Если учесть, что минимальный размер отпечатка, который можно ожи­ дать в процессе измерения, составляет самое большее 0,2 мм, то при измере­ нии глубины имеем изменение размеров в 4 раза при диаметре менее 15 мм.

Энергия, которая передается бетону в виде удара, может быть полу­ чена в результате свободного падения бойка или с помощью принудитель­ ной силы. В принципе безразлично, как может быть создана эта энергия; существенным является тот факт, что, например, стальной шарик падает на поверхность бетона с энергией, равной

где т — подвижная масса системы; Vi — скорость движения подвижной массы в мо­ мент удара.

Во время удара, который продолжается в течение некоторого времени At, одна часть падающей энергии поглощается бетоном в виде энергии деформа­ ции, а также в виде теплоты. Энергия деформации частично возвращает­ ся в виде отскока подвижной массы, а другая часть энергии поглощается

вбетоне.

НВ - т & ердость по

188

4.2.2. Применяемая аппаратура

При испытаниях методом отпечатка используются приборы следующих типов:

1)маятниковый, в котором энергия удара обеспечивается свободным па­ дением балансира, жестко связанного со стержнем, вращающимся в цен­ тральной части прибора [20]. Падение балансира может происходить на вертикальную поверхность (угол 90 или 180°, направление удара горизон­ тальное) и на горизонтальную (угол составляет только 90°, напр авление удара вертикальное, как это видно на рис. 4.20);

2)линейный с пружиной, в котором направление удара прямолинейно

иэнергия удара обеспечивается пружиной или системой пружин. Линейный тип в первую очередь может быть использован в двух вариантах (см. п. 4.2.1):

а) с одним отпечатком на поверхности бетона; б) с двойным отпечатком: на поверхности бетона и на стандартном

стержне.

Склерометр пружинный с одним отпечатком — наиболее распростра­ ненный тип [21]. Известными конструкциями являются немецкие: Франка (ФРГ) или ХПС (ГДР). Они аналогичной конструкции, продольный разрез

которой представлен на рис. 4.21.

Порядок работы склерометра следующий. Склерометр располагается перпендикулярно к поверхности бетона, затем задней рукояткой постепенно нажимают на гильзу 2 и на крышку 3. Стержень 4, находящийся внутри склерометра, сжимает пружины 7 и 9 и приводит в движение подвижную массу 8 и крючок 10. Когда хвостовик крючка достигнет конического от­ верстия 12, крючок поднимется, подвижная масса освободится и под дей­ ствием пружины 9 продвинется вперед к крышке 1, расположенной впереди и жестко связанной со стержнем 4. Удар передастся шарику 6, закреп­ ленному во втулке 5, шарик деформирует бетон и оставит отпечаток.

Калибрование прибора производится на металлической плите толщи­ ной около 10 мм и твердостью 210—220 кгс/мм2, принятой по Бринеллю.

Плита закрепляется в вертикальной и горизонтальной плоскостях так, чтобы вместе с закреплением иметь массу 300 кг. Затем прибором произво­ дят два-три удара и вычисляют среднее значение. Таким образом, устанав-

189