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

ливают твердость по Бринеллю, соответствующую этим двум средним зна­ чениям, и если полученные значения не превышают на ± 10% значений, предусмотренных для плиты (обычно 210—220), проверка считается соот­ ветствующей требованиям. Если отклонение больше, то проверяется в пер­ вую очередь шарик, который не должен сплющиваться или быть с царапи­ нами. Повреждение шарика исправляют или его заменяют.

Основные характеристики склерометров для метода отпечатков с пру­ жиной или с маятником приведены в табл. 4.7*.

Диаметр отпечатка измеряют обычной лупой с делениями с точностью до 0,1 мм.

Склерометры — приборы с двойным отпечатком на поверхности бетона и на калибровочном материале обладают преимуществом благодаря тому, что производимый удар может иметь произвольное значение [22, 23]. При­ мером классического склерометра такого типа является прибор Польди — Вайцмана, применяемый в испытаниях бетона (см. рис. 4.16).

* В дополнение к таблице можно рекомендовать читателю материал «Указаний по испытанию прочности бетона в конструкциях и сооружениях неразрушающими ме­ тодами с применением приборов механического действия» (РУ 171-67), Госстрой УССР, Киев, «Буд1вельник», 1968 (примеч. науч. ред.).

Рис. 4.21. Продольный разрез склерометра HPS

190

4.2.3. Подготовка и проведение испытания

Поверхность для испытания на конструктивном элементе выбирают так же, как и в методах, основанных на отскоке, предпочтительно со сторо­ ны, прилегающей к опалубке [29, 30]. Необходимо, чтобы поверхность бе­ тона была ровной и сухой. Элемент, на котором выделяют отдельные участ­ ки для испытаний, должен быть жестким на изгиб по направлению движе­ ния ударяющей массы при действии силы не менее 300 кг во избежание сни­ жения энергии на перемежающейся части элемента.

Участок конструкции, для которой определяется прочность бетона, дол­ жен быть размером около 20 X 20 см\ его нужно очистить с помощью шлифовального камня или наждака от цементного молока, посторонних тел, главным образом оставшихся после распалубки, а также от пыли.

В границах зоны выбирают отдельные точки для испытания, стараясь не намечать их вблизи крупного заполнителя или там, где много пори пустот.

Точки испытания выбирают в количестве 10—12 расположенными от грани элемента минимум на 4—5 см и на расстоянии 2 см друг от друга.

Для получения четкого отпечатка рекомендуется поверхность бетона побелить или покрыть краской индиго и осветить боковым светом.

Склерометр устанавливается по оси, перпендикулярной к поверхности бетона. Интенсивность удара выбирают соответственно качеству бетона. Если прочность бетона ниже ПО кас/сж2, испытания производят по шкале с половинным количеством делений.

Для осуществления удара необходимо взвести ударник склерометра, приложив равномерное давление, которое увеличивается постепенно. Это давление воздействует на крышку и гильзу прибора без конструктивных по­ ломок. Выполнение удара —результат освобождения склерометра от давле­ ния. Ударный стержень 4 остается в начальном положении, когда обеспечи­ вается подготовка для нового удара (см. рис. 4.21). После окончания ударов (в количестве 10—12) измеряют диаметр отпечатка. Проведение измерений предполагает определенную тренировку оператора и состоит из следующих этапов [25]:

грубое крепление лупы или объектива, из-за чего калиброванная шка­ ла пересекает отпечаток;

боковое перемещение калибровочной шкалы для последующей настрой­ ки лупы по началу шкалы, которая должна быть касательной к воронке от­ печатка;

легкое движение шкалы до противоположного края отпечатка, позво­ ляющее установить максимальное измерение в одном направлении; это поз­

где dx и d2 — диаметры отпечатков по двум перпендикулярным направлениям.

191

Если участок испытаний содержит п отпечатков, пригодных для обра­ ботки, то вычисляется предварительный средний диаметр отпечатка d'm\

п

Отдельные результаты dt сравнивают с предварительным средним диамет­ ром dm и исключают все значения, которые неудовлетворяют неравенству:

Из оставшихся К отпечатков вычисляется средний окончательный диаметр dm для участка испытаний из уравнения

к

2 di

Во всех этих измерениях предполагается, что применяемые размеры шарика были подобраны так, чтобы диаметры отпечатков находились в пре­ делах интервала по (4.32).

4.2.4. Определение прочности бетона

Преобразование средних значений диаметров отпечатков в прочность бетона при сжатии для соответствующего участка испытания производится в соответствии с табл. 4.8 или по рис. 4.22 и 4.23 в том случае, когда бетон хранят в нормальных условиях (влажность бетона 2—3%) и испытывают по истечении 28 суток после приготовления; расположение склерометра при этом горизонтальное.

Т а б л и ц а 4 .8 . Преобразование диаметра отпечатка (d ) в стандартную прочность

'( Л с т а н д )

192

В таблице приведены дополнительные данные по пределам средней и минимальной прочности, полученной при испытаниях.

Если условия, которые определяют стандартные требования испытаний,

Определение общего коэффициента влияния Ct производится из принципа совмещения результатов в виде

где Ср —коэффициент влияния за счет расположения склерометра; Ст — коэффициент влияния зрелости бетона; Си — коэффициент влияния влажности бетона.

Применение уравнения в виде (4.40) предполагает независимое дей­ ствие всех трех коэффициентов влияния, значения которых приведены в табл. 4.9—4.11. Следует напомнить, что коэффициент созревания бетона был получен из уравнения (4.3).

Коэффициент влияния Ср за счет расположения склерометра показы­ вает, что тогда, когда испытание производят на горизонтальной поверх­ ности в направлении сверху вниз, диаметр отпечатка увеличивается вслед­ ствие участия ускорения силы тяжести, а когда производят снизу вверх, диаметр отпечатка меньше вследствие противодействия веса.

Коэффициент зрелости бетона обусловливается тем фактом, что по мере того, как бетон стареет, поверхностный слой как бы претерпевает до­ полнительную обработку, вступая в контакт с углекислотой из воздуха [26]. Со временем созревания бетона влияние коэффициента зрелости Ст сни-

И,кгс/снг

НВ ' тбердость по Бринемпю 6 кгс/см3

жается, если в качестве начальных взять значения, соответствующие воз­ расту 28— 30 суток в условиях стандартного хранения при температуре

20° С.

Коэффициент влияния Си отражает влияние влажности бетона. По мере того как бетон становится более насыщенным водой, увеличивается межпоровое давление и силы поверхностного натяжения в капиллярах, и по­ верхностная структура бетона легче разрушается по действием ударов.

Существует и другой косвенный путь преобразования измерений отпе­ чатков в прочность бетона с учетом состава и степени зрелости испытывае­ мого бетона. Этот путь использует предварительное преобразование отпе­ чатка в эквивалентный показатель отскока по склерометру Шмидта типа N. Испытания, проведенные в Румынии [16], показали (рис. 4.24), что между двумя величинами

194

Для уточнения метода определения прочности бетона с помощью скле­ рометра с отпечатком необходимо принимать во внимание соответствующие данные по склерометру с отскоком. В том случае, когда нет возможности проверить результаты определения прочности по измеренным отпечаткам, точность метода необходимо оценивать в пределах ± 3 0 —40%.

Другой способ учитывать результаты испытания образцов из того же состава, что и бетон конструкций, представляется зависимостью в общем виде [27]:

(4.43)

где d — диаметр отпечатка; D — диаметр шарика, производящего отпечаток; С — по­ стоянная, которая зависит от состава, зрелости, влажности испытываемого бетона.

Если постоянная С определена с помощью эталонных испытаний, то можно рассчитывать на получение относительно хорошей точности — около

± 2 0 —30%.

Определение однородности качества бетона в сооружениях с помощью метода отпечатка производится аналогично изложенному в п. 4.1.5 для ме­ тода отскока, как косвенного метода. На основании изложенного выше прочность для основного элемента получена путем измерения 10—12 отпечат­ ков в зоне на площади около 20x20 см\ статистическая обработка может дать некоторые расхождения. Полагая полученные данные типичными усредненными величинами, вычисляют среднюю прочность, а также вели­ чину среднего квадратичного отклонения, коэффициента изменчивости и другие величины (см. п. 4.1.5), относящиеся к прочности бетона.

4.3. МЕТОДЫ ВЫДЕРГИВАНИЯ И ЗАБИВКИ СТЕРЖНЕЙ

Эта группа механических методов определения поверхностной твердо­ сти не лишена перспективы, если ее рассматривать на основе достижений технического прогресса. Испытания осуществляют введением в бетон металлических элементов с помощью выстрела и измерением силы при выдер­ гивании. Ниже предлагается два типичных примера возможностей этой группы методов.

4.3.1. Метод забивки стержня

Для забивки металлических штифтов, стержней, элементов, закреп­ ляемых в бетоне, служит монтажный пистолет. Такой пистолет состоит из следующих основных деталей: взаимозаменяемых трубок определенного типа различного диаметра (например 18 и 12 мм), трубчатой муфты, кор­ пуса пистолета, в который монтируется механизм освобождения ударника, амортизации, кожух для защиты трубок и взрывное приспособление.

В том случае, когда предполагается применить монтажный пистолет для определения прочности бетона, рекомендуется использовать в каче­ стве снаряда стальной стержень с заостренным и закаленным концом.

Пистолет с защитным противорикошетным раструбом размещается на поверхности бетона, и выстрел производится стальным стержнем.

чае глубина проникания будет меньше.

Рекомендуется исключение значений, в которых свободный конец стержня длиной 60 мм больше указанных ниже величин:

взонах, имеющих значительные местные дефекты.

4.3.2.Метод выдергивания стержня

Метод заключается в том [28], что с помощью монтажного пистолета вводится в тело бетона стандартный стержень Хилти ДХ 745 диаметром, равным 4 мм, и длиной цилиндрической части 34 мм (рис. 4.26). Стержень имеет нарезную головку, вводится он в бетон выстрелом строго перпенди­ кулярно к поверхности с помощью направляющего механизма, предусмо­ тренного для регулирования детонации заряда. По истечении 10 мин после введения стержня его извлекают с помощью прибора с манометром, кото­ рый фиксирует необходимую силу выдергивания N.

Простой теоретический анализ (рис. 4.27) показал, что эта сила выра­ жается формулой

196

Рис. 4.27. Расчетная схема сил вы­ дергивания

Л/

Рис. 4.26. Проникание стержня в бетон (последовательные этапы)

Рис. 4.28. Зависимость силы выдергива­ ния от времени

где т — тангенциальное напряжение на поверхности стержня от выдергивания; f,—ко­ эффициент трения стержень—бетон; Ра — радиальное давление, нормальное к поверх­

ности стержня.

Первые четыре сомножителя правой части формулы (4.44) — постоян­ ные для стержня с заданными размерами из одного определенного материа­ ла. Нормальное давление к поверхности стержня Ра зависит от характе­ ристик бетона, а именно: от прочности, модуля упругости, коэффициента Пуассона, деформативности бетона при растяжении и пр.

По мнению авторов метода [28], все эти характеристики могут быть выражены в функции прочности бетона при сжатии в виде формулы

Подставляя уравнение (4.45) в (4.44) и заменяя все постоянные коэф­ фициенты на К, получим

выражение, которое поясняет возможность установления связи между си­ лой выдергивания стержня и прочностью бетона на сжатие1.

1 Описанный метод является разновидностью известного в Советском Союзе с 30-х годов метода Вольфа — Скрамтаева. В последнее время этот метод стал применять­ ся чаще в связи с разработкой усовершенствованной модели переносного устройства для выдергивания стержней — прибора ГПНВ-5 — и развития теоретической основы метода. Важным обстоятельством является также то, что метод Вольфа — Скрамтаева может наиболее полноценно дополнять другие неразрушающие методы при их комплексировании (примеч. науч. ред.).

197

Экспериментальным путем установлено, что скорость выдергивания стержня практически не влияет на результаты.

Принимая во внимание условие минимальности влияния этого явления, ус­ тановлен перерыв в течение 10 мин между введением и выдергиванием стер­ жня.

Относительно влияния влажности бетона приходят к выводу, что она незначительна до тех пор, пока бетон не погружен в воду.

Минимальное расстояние между точками для испытания, а также ме­ жду ними и гранью элемента должно быть 15 см. Наименьшее количество применяемых стержней для получения надежных результатов во избежание встречи стержня при забивке в бетон с крупным заполнителем зависит от марки бетона и равно 4 для марок бетона до 225; 5 для марки 300 и 8 для марки 450.

Существование предварительного напряжения в бетоне, по-видимому,

•не влияет на результаты измерений, по крайней мере до напряжений, рав­ ных 75% от разрушающих, и для марок до 250.

Отношение между силой выдергивания и прочностью бетона зависит при прочих равных условиях от свойств заполнителя, отношения В/Ц, возраста бетона и зернового состава заполнителя.

Для бетонов с известняковым дробленым заполнителем, приготовлен­ ных с отношением В/Ц < 0,7, можно исключить из обсуждения первые два

Рис. 4.29. Зависимость «сила выдергивания — прочность бетона на сжатие с извест­ няковым заполнителем>

198