3.2. Методы испытания бетона на прочность и оценка технического состояния конструкций

Определить состояние железобетонных и бетонных конструкций, их несущую способность в период эксплуатации довольно трудно и сложно без остановки технологического процесса. Изучение прочностных свойств бетона в исследуемых конструкциях предполагает 2 подхода: использование разрушающих (напр. молоток Кашкарова) и неразрушающих методов (напр. ультразвуковые методы).

В настоящее время приборы механического воздействия (разрушающие методы) подразделяются на две группы: приборы, основанные на принципе заглубления в бетон и получения величины пластической деформации, а также на принципе упругого отскока от поверхности бетона и получения величины упругой деформации [11].

При испытании бетона приборами, основанными на принципе заглубления, усилие, передаваемое через шарик, воспринимается контактной площадкой, размеры которой незначительны по сравнению с размерами всего образца или изде­лия. Величина этой площадки изменяется в зависимости от величины передаваемого усилия и радиуса соприкасающихся тел.

В зоне этой площадки возникают большой величины контактные напряжения и деформации. Величина этих напряжений и деформаций неодинакова на раз­личной глубине от поверхности площадки контакта, она резко убывает при удалении от зоны касания.

В промышленности сборного железобетона уже получили распространение приборы, основанные на вдавливании в поверхность бетона различной формы бойка или шарика под действием опреде­ленной силы и на измерении диаметра или глубины получаемой лунки.

В конструктивном исполнении эти приборы разделяются на динамические, в которых нагрузки на шарик передается в виде сосредоточенного удара молотком или удара рабочей тарированной пружины, и статические, в которых нагрузка на шарик или боек пе­редается равномерно со всевозрастающим усилием (подобно прес­совой нагрузке).

Наиболее простым в конст­руктивном исполнении и по методике испытаний является молоток системы И. А. Физделя.

Прибор И. А. Физделя представляет собой молоток весом 250 г, ударная часть которого заканчивается стальным шариком диаметром 17,483 мм. Перед испытанием выбирают наиболее гладкую и чистую поверхность, на которой намечают точки нане­сения удара. После этого делают 6…10 локтевых ударов, которые оставляют после себя след – лунки, по диаметру их и судят о проч­ности бетона.

Однако прочность бетона, получаемая с помощью шарикового молотка, является приближенной, так как очень трудно обеспечить удар одинаковой силы, от которого зависит диаметр отпечатка.

Другой прибор динамического действия – молоток НИИмосстроя К.П. Кашкарова состоит из корпуса с поворотной головкой, рукоятки, стакана с отверстиями для шарика и стального стержня, а также пружины, прижимающей шарик к стержню. Положительной особенностью данного молотка является то, что на величину показаний не влияет непостоянство силы удара при испытаниях.

Также ориентировочную оценку прочности бетона можно произвести по величине следа при простукивании молотком или ударом по зубилу, установленному «жалом» на поверхности бетона [13] .

В таблице 3.1.дано ориентировочное значение прочности бетона в зависимости от оставленного следа на его поверхности после удара молотком весом 0,4-0,8 кг.

Таблица 3.1. - Ориентировочная оценка прочности бетона путем простукивания поверхности молотком

Результаты одного удара средней силы молотком весом 0,4-0,8 кг		Прочность бетона, МПа
Непосредственно по поверхности бетона	По зубилу, установленному «жалом» на бетон
На поверхности бетона остается слабый след, вокруг которого могут откалываться тонкие лещадки	Неглубокий след, лещадки не откалываются	Более 20
На поверхности бетона остается заметный след, вокруг которого могут откалываться тонкие лещадки	От поверхности бетона откалываются острые лещадки	20...10
Бетон крошится и осыпается, при ударе по ребру откалываются большие куски	Зубило проникает в бетон на глубину до 5 мм, бетон крошится	10...7
Остается глубокий след	Зубило забивается в бетон на глубину более 5 мм	Менее 7

Как видно из таблицы, традиционные методы изучения прочностных свойств конструкций из бетона и железобетона, связанные с разрушением образцов материала и отдельных элементов конструкций, не способны в полной мере дать ответ на вопрос о действительном состоянии конструкций. Эти методы практически не применимы для изучения работы эксплуатируемых сооружений, не способны обеспечить сплошной контроль, являются сложными в исполнении и дорогостоящими.

В связи с этим неразрушающие методы изучения прочностных свойств бетона и железобетона являются приоритетными. Недостатком данных методов является то, что для их исполнения требуется проведение специальных, зачастую сложных мероприятий по технике безопасности, а также сложной регистрирующей и дозиметрической аппаратуры и специально подготовленного персонала. Кроме того, эти методы применимы для исследования выпускаемых конструкций и сложны в применении при обследовании конструкций уже построенных зданий и сооружений.

В связи с этим широко используются методики оценки состояния железобетонных конструкций по внешним признакам [11, 13].

В зависимости от имеющихся дефектов и повреждений техническое состояние конструкции может быть классифицировано по 4 категориям согласно общим признакам, приведенным в таблице 3.2. [13]:

• нормальное состояние;

• удовлетворительное состояние;

• неудовлетворительное состояние;

• предаварийное или аварийное состояние.

Таблица 3.2. – Оценка технического состояния железобетонных конструкций по внешним признакам

Категория состояния конструкций	Признаки состояния конструкций
I - нормальное	На поверхности бетона незащищенных конструкций видимых дефектов и повреждения нет или имеются небольшие отдельные выбоины, сколы, волосяные трещины (не более 0,1 мм). Антикоррозионная защита конструкций и закладных деталей не имеет нарушений. Поверхность арматуры при вскрытии чистая, коррозии арматуры нет, глубина нейтрализации бетона не превышает половины толщины защитного слоя. Ориентировочная прочность бетона не ниже проектной. Цвет бетона не изменен.
II - удовлетворительное	Антикоррозионная защита железобетонных элементов имеет частичные повреждения. На отдельных участках в местах малой величиной защитного слоя проступают следы коррозии распределительной арматуры или хомутов, коррозия рабочей арматуры отдельными точками и пятнами; потери сечения рабочей арматуры не более 5 %; глубоких язв и пластинок ржавчины нет. Антикоррозионная защита закладных деталей не обнаружена. Глубина нейтрализации бетона не превышает толщины защитного слоя. Изменен цвет бетона вследствие пересушивания, местами отслоение защитного слоя бетона при простукивании. Шелушение граней и ребер конструкций, подвергшихся замораживанию. Ориентировочная прочность бетона в пределах защитного слоя ниже проектной не более 10 %.
III - неудовлетворительное	Трещины в растянутой зоне бетона, превышающие их допустимое раскрытие. Трещины в сжатой зоне и в зоне главных растягивающих напряжений, прогибы элементов, вызванные эксплуатационными воздействиями, превышают допустимые более чем на 30 %. Бетон в растянутой зоне на глубине защитного слоя между стержнями арматуры легко крошится. Пластинчатая ржавчина или язвы на стержнях оголенной рабочей арматуры в зоне продольных трещин или на закладных деталях, вызывающие уменьшение площади сечения стержней от 5 до 15 %. Снижение ориентировочной прочности бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов до 30 и в остальных участках - до 20 %. Провисание отдельных стержней распределительной арматуры, выпучивание хомутов, разрыв отдельных из них, за исключением хомутов сжатых элементов ферм вследствие коррозии стали (при отсутствии в этой зоне трещин).

Продолжение таблицы 3.2.

Категория состояния конструкций	Признаки состояния конструкций
IV - предаварийное или аварийное	Трещины в конструкциях, испытывающих знакопеременные воздействия, в том числе пересекающие опорную зону анкеровки растянутой арматуры; разрыв хомутов в зоне наклонной трещины в средних пролетах многопролетных балок и плит, а также слоистая ржавчина или язвы, вызывающие уменьшение площади сечения арматуры более 15 %. Выпучивание арматуры сжатой зоны конструкций; деформация закладных и соединительных элементов; отходы анкеров от пластин закладных деталей из-за коррозии стали в сварных швах, расстройство стыков сборных элементов с взаимным смещением последних; смещение опор; значительные (более 1/50 пролета) прогибы изгибаемых элементов при наличии трещин в растянутой зоне с раскрытием более 0,5 мм; разрыв хомутов сжатых элементов ферм; разрыв хомутов в зоне наклонной трещины; разрыв отдельных стержней рабочей арматуры в растянутой зоне; раздробление бетона и выкрошивание заполнителя в сжатой зоне. Снижение прочности бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов и в остальных участках более 30 %. Существующие трещины, прогибы и другие повреждения свидетельствуют об опасности разрушения конструкций и возможности их обрушения
Примечание: Для отнесения конструкции к перечисленным в таблице категориям состояния достаточно наличие хотя бы одного признака, характеризующего эту категорию.