11.4. Определение прочности бетона на растяжение при изгибе

Основные предпосылки

Для аэродромного и дорожного бетонов важнейшей характеристикой прочности является сопротивление на растяжение при изгибе R_tb, определяемое по методике, установленной ГОСТ 10180-78. При этом предпосылки испытаний остаются теми же, что и в п. 11.2.

Прочность при изгибе определяется на образцах-призмах квадратного сечения, которые могут быть трех размеров: 100100400 мм, 150150600 мм (базовый образец) или 200200800 мм.

Основная аппаратура

Пресс, устройство для испытания бетона на изгиб, другие приборы и оборудование, указанные в п. 11.2.

Проведение испытания

Образцы-призмы испытывают на изгиб в прессе при помощи специального устройства, передающего усилия 0,5 F_maxна границах средней трети пролета призмы, т.е. создающие на ней условия чистого изгиба (рис. 4.15). Опорные грани образцов выбирают так, чтобы изгиб происходил в плоскости, перпендикулярной направлению укладки бетона. Нагружение образца выполняют непрерывно с постоянной скоростью роста нормальных напряжений в бетоне 52 кПа/с до момента разрушения. Если образец разрушился не в средней трети пролета, то при определении средней прочности бетона в серии образцов результат не учитывают.

Рис. 4.15. Схема испытания образцов бетона на растяжение при изгибе:

1– каток;2– качающийся цилиндрический шарнир;3– шаровой шарнир;4- траверса

Сопротивление бетона растяжению при изгибе R_tb вычисляют для каждого образца по формуле

Па, (4.12)

где - масштабный коэффициент для образцов на изгиб (для базового размера 150150600 мм равен единице, для других определяется экспериментально – приложение 5);

a, b иl– ширина, высота призмы и расстояние между опорами в испытательном устройстве, м.

Остальные величины аналогичны величинам в формуле (4.9).

Определение среднего сопротивления бетона растяжению при изгибе в j-й серии образцов, класса бетона по прочности на растяжение при изгибеи оформление заключения по испытанию выполняют в соответствии с методикой, приведенной в п. 11.2.

11.5. Определение прочности бетона неразрушающим ультразвуковым импульсным методом

Основные предпосылки

Метод основан на связи между скоростью распространения ультразвука в бетоне с его прочностью. Из курса физики твердого тела известны зависимости

; (4.13)

. (4.14)

Здесь c– скорость звука;

E– модуль упругости;

- плотность;

R– сопротивление сжатию;

- относительная деформация.

Решая совместно уравнения (4.13) и (4.14) относительно R, можно получить следующую зависимость прочности тела от скорости звука в нем:

. (4.15)

В общем случае для однородных тел прочность тем выше, чем больше в них скорость звука. Таким образом, скорость звука может являться косвенной характеристикой прочности тела.

Для твердых тел, как бетоны, из-за значительной неоднородности структуры зависимость (4.15) имеет вероятностный (корреляционный), а не функциональный характер и надежно может быть определена только для бетона конкретного состава, полученного по конкретной технологии. Поэтому в соответствии с ГОСТ 17624-78 и ГОСТ 18105-86 для контроля прочности бетона ультразвуковым методом в подготовительном периоде должна быть установлена экспериментальным путем градуировочная зависимость вида . Для ее получения необходимо изготовить и испытать 15 серий образцов бетона того же состава и полученного по той же технологии, что и бетон в изделиях или конструкциях, подлежащих контролю. Возраст бетона образцов не должен превышать установленного срока испытания конструкций более чем на 50%. Допускается изготовлять до 40% общего числа образцов с отклонениями по цементно-водному отношению0,4.

Для контроля нарастания прочности бетона естественного твердения образцы испытываются в различном возрасте: 3, 7, 14 и 28 сут для бетона немассивных конструкций и 7, 28, 60 и 90 сут для бетона массивных монолитных конструкций по 4 серии в каждый срок.

При получении градировочной зависимости каждый образец сначала испытывается ультразвуковым методом (методика приводится ниже), а затем разрушающим – в прессе (п. 11.2). В качестве единичных значений характеристик принимаются средняя скорость ультразвука и средняя прочность бетонав серии образцов. По ним, используя приближение по методу наименьших квадратов, можно рассчитать аналитическую зависимостьв виде линейного уравнения

(4.16)

или экспоненциального уравнения

(4.17)

и построить ее график (рис. 4.18)¹.

Расчет коэффициентов в формулах (4.16) и (4.17) может быть выполнен на ПМК по программам, приведенным в приложениях 16, 17.

Получив градуировочную зависимость, приступают к испытанию бетона в изделиях и конструкциях.

Основная аппаратура

Ультразвуковой прибор, другие приборы и оборудование, указанные в п. 11.2.

Проведение испытания

Испытание заключается в прозвучивании бетона (рис. 4.16) с помощью ультразвуковых приборов УК-10П, УК-16П, УФ-90ПЦ. Бетон-8УРЦ, УКБ-1 и др., которые позволяют измерить время распространения ультразвуковой волны.

В качестве изделий для испытания в данной лабораторной работе принимают образцы бетона, изготовленные по п. 11.6. После их осмотра, обмера и определения средней плотности бетона (п. 11.2) устанавливают базу прозвучивания l, мм, соответствующую размеру образца в направлении, которое должно быть выбрано в соответствии со схемой на рис. 4.17.

Для прозвучивания (см. рис. 4.16) преобразователи прибора: излучатель 2и приемник3– устанавливают соосно на противоположных сторонах образца4. В целях обеспечения надежного акустического перехода контактирующие поверхности преобразователей и бетона покрывают тонким слоем вязкого материала (солидола, технического вазелина) или помещают между ними эластичные прокладки (например, из полиуретана).

Рис. 4.16. Схема определения прочности бетона ультразвуковым импульсным методом:

1- ультразвуковой прибор;2– излучатель ультразвуковых колебаний (УЗК);3– приемник УЗК;4 – образец бетона

Во время испытания излучатель 2посылает в бетон ультразвуковой импульс. Одновременно в измерительном приборе1генерируется первичный электрический сигнал, по которому начинается отсчет времени. В момент достижения передним фронтом ультразвукового импульса поверхности приемника3в нем вырабатывается вторичный электрический сигнал, останавливающий отсчет времени в приборе. На экране электронно-лучевой трубки высвечивается развертка ультразвукового импульса во времени. В приборах с дискретным отсчетом координат ее начало следует совместить с нулем координатной сетки на экране. Тогда координатаxточки первого перегиба прямого участка развертки будет соответствовать времениtпрохождения импульса через бетон, выраженному в масштабе прибора. В зависимости от его конструкции измерение времениtпроизводят либо автоматически, либо вручную путем поворота ряда тумблеров. Значение же времениt, мкс, считывают соответственно с индикатора или со шкал прибора.

Далее находят скорость ультразвука в каждой i-й точке бетона

м/с.

Для продолжения испытания выбирают один из вариантов выполнения данной лабораторной работы: построение градуировочной зависимости или определение требуемой прочности бетона при контроле его прочности на участке конструкции.

Для получения градуировочной зависимости испытание каждого образца выполняют в трех точках по диагонали (рис. 4.17)¹. При этом отклонение отдельных результатов измерения времениtот среднего арифметического трех полученных значений должно быть не больше 5%. При соблюдении данного условия скорость ультразвука в образцеc_kнаходят как среднее арифметическое результатов трех измерений. Прозвученные образцы испытывают на сжатие в прессе в соответствии с п. 11.2 и определяютR_i, МПа, полученное разрушающим методом. Расчет прочности бетона с применением ПМК может быть выполнен по программе, приведенной в приложении 15.

Рис. 4.17. Схема испытания образцов бетона при установлении градуировочной зависимости:

1– точки установки преобразователей УЗК на образце и направления сквозного прозвучивания бетона;2– направление уплотнения бетонной смеси при изготовлении образца;3– направление испытания образца при сжатии

Результаты определения скорости ультразвука c_k и прочности бетона на сжатиеR_i, полученные для каждого образца, заносят в Журнал испытания образцов ультразвуковым методом, из которого затем производят выборку необходимого для построения градуировочной зависимости числаnединичных результатов испытаний. По ним вычисляют аналитическую зависимость вида (4.16) или (4.17) и строят график.

В заключение оценивают погрешность установленной градуировочной зависимости, которая характеризуется величиной ее среднего квадратического отклонения

или коэффициентом эффективности

.

Здесь и- средняя прочность бетона на сжатие вi-й серии образцов, определенная на прессе и по градуировочной зависимости ультразвуковым методом;

n– число серий образцов;

S_m– среднеквадратическое отклонение прочности бетона на сжатие.

Если или, то определение прочности по данной градуировочной зависимости допускаетсяR_m– средняя прочность бетона всей выборки единичных результатов.

Для определения требуемой прочности бетона на участке конструкций (второй вариант работы) результаты определения скорости ультразвука в бетона (образце) c_iзаносят в Журнал определения прочности бетона в конструкциях ультразвуковым методом.

В заключение сравнивают результаты испытания бетонных образцов, полученные различными методами, и определяют их расхождение. При этом по градуировочной зависимости (рис. 4.18) определяют для каждого значенияc_iсоответствующее значение прочности бетона на сжатиеR_us,i.

Затем из Журнала производят выборку необходимого числа единичных результатов контроля и по ним рассчитывают статистические характеристики прочности (гл.I). Среднее квадратическое отклонение вычисляют по формуле

.

Поправочный коэффициент k_cor определяют при построении градуировочной зависимости:

,

где k_v,c– коэффициент вариации прочности бетона по результатам испытания всех серий образцов на сжатие при построении градуировочной зависимости;

k_v,us– то же по результатам определения прочности всех серий образцов ультразвуковым методом.

Рис. 4.18. Градуировочная зависимость R_b=f(c)для бетона состава 1:2:3 по массе на цементе ПЦ-Д20-300 и гранитном щебне сD=40 мм

В заключение рассчитывают требуемую прочность бетона, которую определяют по результатам контроля неразрушающим методом из формулы

,

где k_d– коэффициент требуемой прочности, принимаемый по приложению 6;

B_n– нормируемое значение прочности, МПа.