книги из ГПНТБ / Митрофанов, Е. Н. Армоцемент

изгибаемого элемента являются недостатками данного способа. Однако в целом способ гнутья достаточно перспективен и при изго­ товлении отдельных типов конструкций, например складок, наибо­ лее экономичен.

При изготовлении конструкций путем гнутья не исключены слу­ чаи нарушения «сплошности» бетонной массы на участках закруг­ ления элемента, а потому качество бетона нужно проверять в пер­ вую очередь именно на этих участках. В данном случае целесооб­ разнее всего применять импульсно-акустический метод контроля. В порядке предложения, которое должно быть дополнительно про­ верено натурными испытаниями конструкций, можно считать, что если акустическая анизотропия свойств бетона на участках закруг­ ления элементов достигает такого уровня, когда коэффициент ва­ риации превышает 10%, то их надо выбраковывать. При статисти­ ческой обработке результатов измерений необходимо также учиты­ вать результаты измерений участков бетона в гранях элемента.

В трубах, изготовленных способом послойной навивки свежеотформованного слоя на жесткий сердечник, помимо контроля каче­ ства бетона указанным выше методом, следует также проверить на выпиленных из труб образцах работу армоцемента на расслоение. Для армоцемента этот вид испытания пока еще не нормируется, однако его целесообразность при послойном способе изготовления конструкций вполне очевидна.

Торкретирование и пневмобетонирование. Применение способа торкретирования вызвано стремлением механизировать процесс на­ несения цементно-песчаного бетона. Разравнивание и заглажива­ ние бетона на поверхности элемента производится деревянными шаблонами, протягиваемыми по изделию.

Имеются примеры конструкций, изготовленных способом тор­ кретирования, начиная от оболочек двоякой кривизны [23] и кон­ чая армоцементными трубами и лотками [7]. Так, способ послой­ ного торкретирования был использован при изготовлении труб. Од­ нако заманчивая идея послойного торкретирования элементов встречает на пути своего воплощения существенные затруднения, особенно в отношении обеспечения гарантированной их толщины, а также сохранности защитного слоя бетона, нанесенного ранее. Трубы изготавливались при помощи цемент-пушки С-320.

Способ пневмобетонирования для изготовления конструкций, по сути дела, является разновидностью способа торкретирования. При пневмобетонировании используется растворонасос С-317А с пневмоподачей раствора по шлангу системы НИИ Мосстроя. Гипроводхоз (Москва) совместно с* кафедрой инженерных конструкций Сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева [44, 62] применил этот метод еще в 1961 г. для изготовления труб и лотков.

Способ торкретирования не получил широкого распространения при изготовлении конструкций и утратил, особенно для несущих конструкций, свою актуальность. Однако не исключено его разви­ тие в направлении изготовления ненесущих элементов (санитарнотехнических кабин, водоводов и т. д.).

182

Следует отметить, что достигнуть высокой однородности и плот­ ности бетона в конструкции, изготовленной путем торкретирова­ ния, крайне затруднительно. Поэтому проверка однородности бе­ тона в конструкции является основной. Очень важно также полу­ чить информацию об изменчивости плотности бетона на всех участках конструкции, особенно криволинейного очертания. Радио­ технические методы контроля являются, пожалуй, единственно приемлемыми для решения этой задачи.

Виброштампование. Этот способ нашел достаточно широкое распространение в производстве железобетонных, а затем и армо­

верхность изделия подается из бункера-вагонетки бетон, который виброштампом распределяется по матрице, формуя изделие. Из­ вестны различные конструктивные решения виброштампов [41, 45,

Обладая многими достоинствами, способ виброштампования не лишен, однако, недостатков. Основной его недостаток состоит в том, что этим способом экономически и технически оправдано из­ готовление элементов, площадь которых в плане не превышает 15 м2. Фиксация сеток также представляет собой сложную и трудо­ емкую операцию. Качество бетона в конструкциях, как показала практика их изготовления, отвечает нормативам по однородности и плотности [16] и несколько ниже по прочности, особенно в наклон­ ных участках элементов.

Способ виброштампования лучше других отвечает стандартной методике изготовления образцов, а потому для контроля качества бетона конструкций оказывается достаточным располагать проч­ ностными и деформативными характеристиками бетонных образ­ цов, а также значениями вариационного коэффициента скорости распространения ультразвукового сигнала в наклонных участках (стенках) сечения элемента.

Вибропрокат. Под вибропрокатом следует понимать такой спо­ соб формования изделий, при котором рабочий орган, непрерывно перемещаясь относительно изделия, в каждый момент времени об­ рабатывает только часть его.

Рабочий орган представляет собой «бездонный» бункер, где бе­ тонная смесь проходит виброобработку, и перемещающийся за ним вибропрофилер, выравнивающий бетонную смесь и заглаживаю­ щий наружную поверхность формуемого элемента.

Среди многих способов изготовления армоцементных конструк­ ций вибропрокат занимает одно из ведущих мест. Известны при­ меры [29] изготовления этим способом кровельных и цилиндричес­ ких оболочек. В Н И И Ж Б , ВНИИСП и НИИСК (Киев) разработана вибропрофилирующая машина для изготовления изделий двоякой кривизны [79].

Вибропрофилирующие машины выгодно отличаются от вибро­ литьевых и набрызгивающих установок тем, что позволяют более

183

экономично изготавливать длинномерные армоцементные изделия одинарной или двоякой кривизны с большим радиусом осевой ли­ нии. Таким образом, вибропрокат как способ изготовления кон­ струкций имеет достаточно оснований к внедрению в производство.

Значительные исследования технологических и конструктивных особенностей скользящих виброштампов для изготовления железо­ бетонных изделий нашли отражение в работах [3, 75, 76] и др.

В процессе перемещения скользящего виброштампа относи­ тельно изделия возможности виброобработки бетонной смеси прак­ тически неограниченны. Рабочий орган может быть оснащен лю­ бым количеством вибраторов с различной направленностью дей­ ствия, благодаря чему бетонная смесь подвергается достаточно интенсивной виброобработке. Наряду с этим обработанные ранее участки изделия будут и при дальнейшем движении вибропрофилера подвергаться вибрационным воздействиям, что отразится в какой-то мере на однородности и плотности бетона. Поэтому при вибропрокате временной фактор играет уже не второстепенную, а главную роль. Следовательно, в данном способе производствен­ ный контроль качества при оценке однородности и плотности бе­ тона в изделии явится основным видом испытания.

Способ послойного формования. Разработанный лабораторией технологии и монтажа пространственных конструкций ЛенЗНИИЭП [65], он позволил решить основные проблемы технологии армоце­ мента — гарантированную фиксацию сеток по сечению элемента, высокое качество бетона и поверхности формуемых изделий. Весьма успешно этим способом были изготовлены промышленные партии оболочек водозащитных зонтов по агрегатно-поточной схеме и ряд других конструкций, нашедших применение в строительстве [66].

Следует отметить, что в машинной технологии изготовления конструкций способ послойного формования, несомненно, займет видное место. Очевидно, больше других тяготеют к этому способу конструкции сетчатого армирования.

Формирование сечения армоцементного элемента при данном способе осуществляется послойно, т. е. вначале укладывается бе­ тон, определяющий толщину защитного слоя, затем сетка и т. д. Все это предопределяет необходимость испытания вырезанных или

разцов дадут наиболее надежные количественные результаты, так

Кроме рассмотренных выше, известны и иные способы, которые не нашли широкого распространения или находятся в стадии экс­ периментальной проверки. Так, имеются стационарные ударные штамповальные установки [26], применявшиеся для уплотнения бе­ тона ударным штампом при изготовлении малогабаритных плос­ костных деталей. С этой же целью были проведены исследования {31, 38] в области создания вибропресспрокатных станов для изгп-

184

товления плоскостных элементов. СибЗНИИЭП совместно с Ин­

армоцементных элементов. При этом способе бетонная смесь на­ гнетается под давлением в замкнутую полость между стенками двоякой формы нагнетателями механического действия.

Лучшие результаты были достигнуты при пульсационном запол­ нении формы бетонной смесью. Исследования И. М. Головачева [94] показали, что дисперсный вариант армирования бетона при та­ ком способе не следует рекомендовать из-за значительного сопро­ тивления, возникающего при движении бетонной смеси в узкой полости, армированной сетчатой арматурой.

Таким образом, из многих способов изготовления армоцементт ных конструкций надо выбрать лучшие, наиболее приемлемые для машинного производства изделий. По нашему мнению, более полно отвечают требованиям машинного производства следующие спо­ собы: послойного формования, вибропроката, стационарного виб­ роштампования, гнутья, инъекционного формования.

Ниже предпринята попытка определить задачи контроля каче­ ства бетона в зависимости от способа изготовления конструкций. Не претендуя на полноту изложения всех вопросов, касающихся данной проблемы, мы затронули только те, от которых зависит не­ сущая способность конструкции.

§ 2. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛА И КОНСТРУКЦИЙ

Понятие «качество конструкций» включает в себя соответствие проекту: их формы и размеров, расположения арматуры и заклад­ ных частей, толщины защитного слоя, показателей прочности бе­ тона и армирующего материала, а также состояния поверхности.

Высокое качество строительных изделий .и конструкций может быть обеспечено путем четкой организации постоянно осуществляе­ мого производственного контроля. Основными задачами такого контроля являются:

1) проверка качества поступающих на завод материалов и по­ луфабрикатов;

2)соблюдение всех установленных режимов на каждой опера­ ции технологического контроля в соответствии с ГОСТ и техниче­ скими условиями;

3)контроль за соответствием качества выпускаемой продукции требованиям технической документации (рабочим чертежам, тех­

ническим условиям, ГОСТ и т. д.); маркировка принятой, анализ и оформление забракованной продукции.

На различных этапах технологического процесса необходимо

ектов контроля и последовательность его осуществления приведены в табл. 35.

185

186

В табл. 35 представлена упрощенная схема технического кон­ троля, включающая предварительный, пооперационный и приемоч­ ный этапы изготовления конструкций массового применения.

К армоцементным пространственным конструкциям, учитывая их тонкостенность, надо предъявлять повышенные требования как в отношении допусков на изготовление, так и уровня контроля ка­ чества изготовления. Основные требования к изготовлению армо­ цементных конструкций достаточно подробно 'изложены в СН 366—67. Вполне очевидно, что некоторые коррективы к парамет­ рам бетонной смеси и арматурных изделий будут вноситься в зави­ симости от способа формования элементов, их термовлажностной обработки и т. д.

Однако требования к качеству исходных материалов, а также к полуфабрикатам остаются общими. Особое место в общем ком­ плексе операций по контролю качества изделий занимает оценка прочности бетона. При этом в зависимости от способа изготовле­ ния очень важно определить сравнительные параметры прочности бетона в стандартных образцах и конструкции.

Для контроля прочности бетона рекомендуется изготовить ку­ бики размерами 10x10X10 или 7 X 7 X 7 см, а также балочки — 4X4X16 см. Использование таких балочек позволит провести ис­ пытания мелкозернистого бетона для определения прочности при сжатии, изгибе и растяжении в соответствии со стандартной мето­ дикой (как при испытании цемента в пластичных растворах), а также путем раскалывания концов балочек с помощью стержней на специальном кондукторе получить дополнительную информацию о прочности бетона.

При исследовании опытных конструкций необходимо дополни­ тельно контролировать прочность бетона, а также его упругие ха­ рактеристики путем испытания полых цилиндров с рабочей пло­

в опытной конструкции. (Практически необходимо, чтобы толщина цилиндра была равна усредненной толщине поля оболочки, без «размазывания» ребер жесткости).

Количество образцов при испытании должно быть не менее де­

в одной из испытанных серий снижение прочности против заданной не должно превышать 10%.

Прочность бетона непосредственно в конструкциях рекомен­ дуется контролировать косвенными методами при помощи эталон­ ного молотка (конструкции НИИ Мосстроя) в соответствии с ГОСТ 10180—67 «Бетон тяжелый. Методы испытания прочности», а также радиотехническими методами. Количество и места пробных точек определяются с учетом типа и геометрических размеров конструк­ ции; например:

187

для сборных элементов сводчатых зданий — в пяти сечениях: опорных, в и 7г пролета с шириной захвата не менее 1 м; коли­ чество проб не менее 9 на 1 пог. м;

для оболочек двоякой кривизны — в приконтурных зонах и по главным осям с шириной захвата не менее 1 пог. м; количество проб на участках приконтурных зон в диагональном направлении следует увеличить на 10—15%.

При использовании радиотехнических методов испытаний коли­ чество проб на 1 пог. м надо уменьшить до 6 за счет повышенной точности аппаратуры. База измерений принимается равной 500 мм, что обеспечивает удобство измерения, особенно при учете рекомен­ даций, касающихся ширины исследуемой полосы, равной 1 пог. м.

Снижение прочности бетона против проектной во всех зонах по­ лосы по сечениям не должно превышать 10%. Если это требование

Поскольку изменение прочности бетона конструкции по сравне­ нию с прочностью его в образцах неизбежно, надо учитывать это обстоятельство при проектировании. Для этого необходимо знать коэффициент соответствия — отношение осредненных показателей однородности бетона соответственно изделий и образцов.

Приближенные значения показателей однородности бетона в изделиях и образцах могут быть получены путем статистической обработки результатов измерений параметров скорости распро­ странения упругих (продольных) волн. Зная величину коэффи­ циента соответствия, можно определить расчетную марку бетона конструкции по формуле

АСт — коэффициент соответствия.

Показатели однородности бетона образцов и коэффициента соответствия следует определять в зависимости от принятой обес­ печенности 98%. В проекте нового ГОСТ «Бетоны. Определение прочности и однородности» предполагаемая достоверность прини­ мается равной 95%. Учитывая это, а также возможные изменения прочности бетона конструкции и образцов, следует в знаменатель формулы определения расчетной марки вводить коэффициент бе­ зопасности £б = 1,15.

ГОСТ 10180—67 «Бетон тяжелый, методы определения проч­ ности» дает возможность получить ориентировочное значение проч­ ности бетона в конструкции (RK) путем испытаний образцов (не менее пяти) до разрушения с одновременным контролем однород­ ности бетона конструкции и образцов импульсно-акустическим ме­ тодом. В этом случае ориентировочную прочность бетона в кон-

188

струкции рекомендуется определять по формуле

звука в бетоне конструкции и образцах при аналогичной структуре будет зависеть еще от формы элементов. Учесть влияние формы образцов и конструкции на изменения скорости ультразвука в бе­ тоне не всегда представляется возможным. Поэтому рекомендуе­ мые выше формулы определения прочности бетона в конструкциях следует считать приближенными.

§ 3. ОЦЕНКА ДЕСТРУКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ В АРМОЦЕМЕНТЕ ИМПУЛЬСНО-АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Из радиотехнических методов контроля наиболее широко при­ меняется импульсно-акустический метод. Однако его потенциаль­ ные возможности используются далеко не полностью. Параметры волнового процесса, спектр сигнала и скорость его распростране­ ния несут информацию о структуре материала, через который рас­ пространяется акустический импульс. Происходящие в материале структурные изменения проявляются в изменении' спектра сигнала, причем тем интенсивнее, чем ближе совпадают размеры возникаю­ щих неоднородностей и длины волны, соответствующей основной частоте в спектре сигнала.

Особый интерес для оценки надежности конструкции представ­ ляет информация о ее напряженно-деформированном состоянии. Использование при этом параметров волнового процесса позволяет не только получить информацию о напряженно-деформированном состоянии конструкции, но и прогнозировать поведение ее при воз­ действии эксплуатационных нагрузок.

Очень перспективен метод для конструкций, в которых третье, предельное состояние является определяющим или когда стадия микротрещинообразования может привести к резкому снижению эксплуатационной надежности. Армоцементные конструкции в этом отношении больше других отвечают таким условиям, в связи с чем целесообразно рассмотреть некоторые практические вопросы при­ менения импульсно-акустического метода для оценки качеств ар­ моцемента.

В настоящее время для импульсных акустических испытаний бетона выпускается прибор типа УКБ-1М. В этом приборе для возбуждения акустического импульса в исследуемых материалах используются датчики на основе сегнетоэлектриков (кристаллов сегнетовой соли или пьезокерамики). Для возбуждения сегнетоэлектрика на него подается короткий (5—7 мксек) импульс с ам­ плитудой 300—500.

189

Кристалл сегиетовой соли, являясь электромеханической си­ стемой, преобразует колебания электрического потенциала в меха­ нические колебания, которые и распространяются в материале конструкции. Спектр этих колебаний очень сильно зависит от гео­ метрических и электромеханических характеристик кристалла и конструкции преобразователя, а также от величины нагрузки. Под нагрузкой для преобразователя (датчика) подразумевается вол­ новое сопротивление материала.

В результате естественных потерь, а иногда и принудительного демпфирования, кристалл после возбуждения одиночным импуль­ сом передает в материал колебания, по форме близкие к затухаю­ щей синусоиде (с видимой частотой, приближающейся к частоте основного тона), причем количество периодов на уровне 0,1 может колебаться в пределах 5—50. В наиболее распространенных дат­ чиках с собственной частотой 80 кгц продолжительность импульса составляет 60—600 мксек. Проходя через материал, импульс пре­ терпевает изменения, происходящие в результате селективного за­

Затухание сказывается в первую очередь на обеднении высо­ кочастотной части спектра, так как коэффициент затухания про­ порционален частоте, а материал в данном случае ведет себя как фильтр низких частот. Следствием затухания является уменьшение амплитуды импульса и увеличение как общей длительности им­ пульса, так и длительности видимого периода. Импульс расплыва­ ется, а его длительность увеличивается по сравнению с первона­ чальной в несколько раз. Последнее обстоятельство требует неко­ торой осторожности при использовании рекомендуемых методик по определению коэффициента затухания применительно к серийно выпускаемым приборам типов УКБ-1М и ДУК-20.

Совладение временных интервалов при прохождении акустиче­ ского сигнала через материал образца или конструкции с его дли­ тельностью приводит к интерференции импульса за счет отражен­ ных импульсов и боковых и торцевых поверхностей.

Все это предопределяет использование для измерения обобщен­ ного коэффициента потерь метода продольного профилирования.

вдоль заранее выбранного профиля. По этому же принципу опре­ деляются скорости продольных и поверхностных волн.

Таким образом, импульсно-акустический метод позволяет опре­ делять упругие постоянные материала (динамический модуль уп­ ругости и коэффициент Пуассона) по скорости распространения волн напряжений и неупругие его постоянные — обобщенный коэф­ фициент потерь.

В настоящее время опубликованы многие работы по изучению структурных изменений, происходящих в бетоне, импульсно-акусти- ческими методами. Основные принципы этой проблемы разрабо-

190

таны в исследованиях В. В. Судакова, С. И. Ногина, Г. Я. Почто­ вика, В. Е. Гринберга и др. Хотя теория данной проблемы требует дальнейшего развития, однако практические результаты позволяют утверждать, что раскрытие трещин от нескольких сотых милли­ метра и выше приводит к потерям, которые можно измерить, при­ меняя обычную электронную аппаратуру. При этом потери энергии при прохождении упругих воли через образец, подвергающийся нагружению, являются важным критерием структурных измене­ ний в материале. По данным многих авторов, такой критерий бо­

иэлементах. С этой

ны. Необходимость такой установки диктовалась наиболее тесной корреляционной связью между энергией поперечной волны с воз­ никающими трещинами при увеличении напряжений в образце.

В процессе нагружения с экрана электронно-лучевой трубки прибора снимались значения выбранной амплитуды поперечной волны. Зависимость амплитуды выбранной фазы колебательного процесса от величины напряжений в образце изображалась графи­ чески (рис. 54). Из графика видно, что данная зависимость имеет несколько характерных точек, по которым можно определить на­ чало микротрещинообразования оо и начало лавинообразного тре­ щинообразования О т . При этом оо определяется по первому пере­ гибу графика, при котором произошло резкое падение аплитуды, а оо — по второму перелому графика.

При циклической нагрузке и наличии значительных гистерезисных петель график необходимо откорректировать, увеличив N амплитуды на величину, соответствующую разнице первоначальной амплитуды при а = 0 и ее значению при сбросе нагрузки до услов­ ного нуля после N—1 гистерезисного цикла.

191