Контроль прочности бетона методом отрыва со скалыванием. Методы определения прочности бетона Требования к приборам для механических испытаний

Метод отрыва со скалыванием занимает в ряду методов определения прочности бетона особое место. Считаясь неразрушающим методом, метод отрыва со скалыванием по своей сущности является разрушающим методом контроля бетона, так как прочность бетона оценивается по усилию, необходимому для разрушения небольшого объема бетона, что позволяет наиболее точно оценить его фактическую прочность. Поэтому этот метод применяется не только для определения прочности бетона неизвестного состава, но и может служить для построения градуировочных зависимостей для других методов неразрушающего контроля. Этот метод применяется на тяжелые бетоны и конструкционные бетоны на легких заполнителях в монолитных и сборных бетонных и железобетонных изделиях, конструкциях и сооружениях и устанавливает метод испытания бетона и определения его прочности на сжатие путем местного разрушения бетона при вырыве из него специального анкерного устройства. Такой метод испытания бетона отрыв со скалыванием позволяет определить прочность на сжатие для бетонов в диапазоне прочностей от 5,0 до 100,0 МПа. При разработке стандарта использованы материалы ГОСТ 22690-88.

Одним из наиболее распространенных и эффективных способов быстрого измерения прочности бетона на сжатие или его марку, является измерение склерометром, или как его еще называют, молоток Шмидта.

Соответствие Марки и Класса бетона показаниям шкалы склерометра (молотка Шмидта) по направлению удара в соответствии с графиком тарировочной кривой
Марка бетона, М Класс бетона,
B Вертикально сверху, ед Горизонтально, ед. Вертикально снизу, ед
М100 7,5 10 13 20
- 10 12 18 23
М150 12,5 20 24 28
М200 15 24 28 32
М250 20 30 34 38
М300 22,5 34 37 41
М350 27,5 38 41 45
М400 30 41 43 47
М450 35 44 47 50
М500 40 47 49 52
М600 45 49 52 55

ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 18105-86 Бетоны. Правила контроля прочности
ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определения прочности механическими методами неразрушающего контроля

Еще один метод испытания бетона - отрыв со скалыванием. Данный метод заключается в определении степени усилия, которое необходимо для скалывания участка бетона на ребре конструкции. Иногда данный метод заключается в местном разрушении бетона: в рамках данного метода вырывается анкерное устройство. Метод отрыва со скалыванием - это самый точный, но и самый трудоемкий способ контроля, поскольку для установки анкера требуется подготовка специальных шпуров. Более того, такой метод недостаточно универсален: он неприменим в рядах конструкций.

«Прометей» рекомендует метод определения прочности бетона отрывом со скалыванием в натурных обследованиях. Такие методы испытания бетона отрывом также идеальны при освидетельствовании на этапах строительства, приемки, эксплуатации и реконструкции строительных объектов, а также при изготовлении сборных изделий на предприятиях производства железобетонных изделий.

Испытание механических свойств бетона в лабораторных условиях

Для таких материалов, как бетоны, определение прочности механическими методами неразрушающего контроля желателен контроль достоверности результатов путем сопоставления данных, полученных прямым и косвенным путем. Проведением такого рода исследований занимается лаборатория механических испытаний при ООО «Прометей».

В лабораторных условиях производятся физико-механические испытания образцов бетона с применением всех известных подходов, включая базовый разрушающий метод контроля бетона, методы ударного импульса и упругого отскока. Важно, чтобы измерения вел квалифицированный лаборант механических испытаний - влияние человеческого фактора должно быть сведено к минимуму.

Как показывают механические испытания материалов, косвенные методы механических испытаний завышают прочностные характеристики карбонизированного бетона на 40–60%, а наиболее достоверным признан метод отрыва со скалыванием.

Метод отрыва со скалыванием: преимущества и ограничения

Все современные стандарты включают в программу натурных обследований ЖБК механические испытания бетона отрыв со скалыванием.

На практике отрыв со скалыванием дает ряд преимуществ:

• возможность установки приборов на плоские участки без ребра;
• независимость от электроснабжения;
• толерантность к низким температурам;
• контроль прочности бетонов класса В50 и выше;
• быстрое и удобное крепление оборудования.

Если кривизна блока не препятствует подключению прибора к анкеру, определение прочности бетона отрывом со скалыванием может производиться и на неровных бетонных поверхностях (от 5 мм). Густое армирование бетона затрудняет испытания на механическую прочность посредством данного метода; при этом толщина бетона в участке измерения не должна быть меньше удвоенной длины анкера.

Используемое оборудование

ПОС-50МГ4"Скол" предназначен для неразрушающего контроля прочности бетона методами скалывания ребра, отрыва со скалыванием и отрыва стальных дисков по ГОСТ 22690-88.

Прочность несущих и ограждающих конструкций в значительной мере зависит от характеристик используемых строительных материалов. Комплексное испытание бетона на отрыв со скалыванием относится к категории неразрушающих и позволяет с высокой точностью определить параметры и качество используемых смесей. Исследования проводятся согласно требованиям ГОСТ 22690-2015 с применение специальных приборов.

В нашей стране данная методика испытаний бетона получила широкое распространение в силу своей универсальности и удобству. Прочностные характеристики материала проверяются путем воздействия непосредственно на бетон конструкции и вызывающее его частичное скалывание. В ходе исследований определяется усилие, позволяющее оторвать фрагмент строительной конструкции с помощью заложенного в шпур лепесткового анкера.

Порядок проведения испытаний бетонных конструкций на отрыв со скалыванием

Описываемая методика контроля позволяет установить прочностные показатели материала в диапазоне измерений от 5 до 100 МПа. Данный способ испытаний применим для четырех разновидностей бетона:

• легкие;
• тяжелые;
• мелкозернистые;
• напрягающие в монолитных и сборных железобетонных изделиях.

Исследование данного строительного материала путем отрыва анкера со скалыванием осуществляется в порядке, предписанном действующим ГОСТ:

1. Подготовка оборудования и объекта.
2. Проведение исследований и фиксация получаемых результатов.
3. Обработка данных с использованием стандартных методик.
4. Создание градуировочной зависимости.

Для выполнения программы изготавливают два вида образцов контрольные и основные из материалов того исследуемого вида. Отверждение их должно осуществляться в одинаковых условиях с испытуемыми изделиями. При этом основные образцы необходимы для определения косвенных характеристик бетонных смесей.

Подготовительные работы

Испытание строительных конструкций и ЖБИ с использованием данной методики потребует значительного времени. Перед проведением исследований бетона путем отрыва со скалыванием выполняется ряд подготовительных мероприятий:

1. Прибор и анкерное устройство осматриваются, проверяется их техническое состояние.
2. Выбирается место установки прибора не обязательно ровное, кривизна поверхности при этом не должна препятствовать его применению.
3. В исследуемой конструкции высверливают шпур, из которого удаляется пыль и мусор. При температуре окружающей среды ниже -10 °С отверстие и прилегающий массив по всей длине прогреваются.

Исследуемый участок, где планируется отрывать бетон со скалыванием, должен находиться на достаточном удалении от предварительно напряженной арматуры. Кроме того исследуемая зона не должна испытывать больших эксплуатационных нагрузок.

Процедура проведения исследований прочности бетона

Испытание бетона методом отрыва может проводиться, в том числе и с использованием анкеров, заложенных до момента заливки конструкции из цементно-песчаных смесей.
Описываемая методика проверки прочностных характеристик бетона, при которой проходит отрыв и скалывание, предполагает выполнение ряда операций:

1. В заранее высверленный шпур вводится анкер лепестковый на полную глубину и фиксируется в нем.
2. Производится монтаж прибора и соединение закладного устройства с ним.
3. Постепенно повышают нагрузку (скорость возрастания –1,5 -3 кН/с).
4. Фиксация показаний: силы и значения проскальзывания анкера (разница между глубиной шпура и отверстия, на которой происходит отрыв фрагмент материала от массива).

Полученный результат – сила вырыва вноситься в протокол испытаний и используется для построения градуировочной зависимости. При этом точность измерения показателя проскальзывания закладного анкера должны быть не менее 0,1 мм.

Обработка результатов

Зафиксированные в ходе исследований данные позволяют оценивать прочность упомянутого материала по величине приложенной нагрузки, при которой происходит скалывание. Значение силы, при которой отрывается фрагмент бетона в результате скалывания, умножается на поправочный коэффициент. Последний вычисляется по следующей формуле:

γ=h 2 /(h- Δh) 2 ,
где h – величина заглубления анкера,
а Δh – значение проскальзывания.

Если максимальная длина части материала, которая была оторвана в ходе испытания, более чем вдвое превышает минимальную, то результат считается ориентировочным. Аналогичным образом поступают, если глубина шпура превышает величину проскальзывания анкера на 5% и больше. Использование ориентировочных значений для определения класса прочности материала недопустимо.

Испытания признаются недействительными, если глубина вырыва отличается от длины анкера на 10% или на расстоянии, не превышающем глубину отверстия, обнаруживается арматура.

Преимущества и особенности метода исследований

Одним из главных достоинств описываемого метода является высокая точность в широком диапазоне измерений. Москва – лидер по количеству возводимых объектов и подобные испытания бетона на отрыв с последующим скалыванием востребованы. Данный способ оценки прочности материала единственный из методов, позволяющий построить градуировочную зависимость без разрушения конструкции.

При контроле характеристик с использованием данного метода необходимо учитывать климатические условия, а также ряд иных факторов. В частности, толщина изделия должна быть вдвое больше заглубления анкера, а расстояние межу точками измерений превышать данное значение пятикратно. Заказать испытания бетона путем отрыва со скалыванием в Москве по доступной цене можно непосредственно на нашем сайте или позвонив по контактному телефону.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург)

В предлагаемой статье рассмотрены основные методы неразрушающего контроля прочности бетона, применяемые при обследовании конструкций зданий и сооружений. Приведены результаты экспериментов по сопоставлению данных, получаемых неразрушающими методами контроля и испытанием образцов. Показывается преимущество метода отрыва со скалыванием перед другими методами контроля прочности. Описываются мероприятия, без выполнения которых применение косвенных неразрушающих методов контроля недопустимо.

Прочность бетона на сжатие является одним из наиболее часто контролируемых параметров при строительстве и обследовании железобетонных конструкций. Имеется большое число методов контроля, применяемых на практике. Более достоверным, сточки зрения авторов, является определение прочности не по контрольным образцам (ГОСТ 10180-90), изготовляемым из бетонной смеси, а по испытанию бетона конструкции после набора им проектной прочности. Метод испытания контрольных образцов позволяет оценить качество бетонной смеси, но не прочность бетона конструкции. Это вызвано тем, что невозможно обеспечить идентичные условия набора прочности (вибрирование, прогрев и др.) для бетона в конструкции и бетонных кубиков образцов.

Методы контроля по классификации ГОСТ 18105-2010 ("Бетоны. Правила контроля и оценки прочности") разделены на три группы:

• Разрушающие;
• Прямые неразрушающие;
• Косвенные неразрушающие.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

№	Наименование метода	Диапазон применения*, МПа	Погрешность измерения**
1	Пластической деформации	5 - 50	± 30 - 40%
2	Упругого отскока	5 - 50	± 50%
3	Ударного импульса	10 - 70	± 50%
4	Отрыва	5 - 60	Нет данных
5	Отрыва со скалыванием	5 - 100	Нет данных
6	Скалывания ребра	5 - 70	Нет данных
7	Ультразвуковой	5 - 40	± 30 - 50%

*По требованиям ГОСТ 17624-87 и ГОСТ 22690-88;

**По данным источника без построения частной градуировочной зависимости

К методам первой группы относится упомянутый метод контрольных образцов, а также метод определения прочности путем испытания образцов, отобранных из конструкций. Последний является базовым и считается наиболее точным и достоверным. Однако при обследовании к нему при бегают довольно редко. Основными причинами этого являются существенное нарушение целостности конструкций и высокая стоимость исследований.

В основном применяются методы определения прочности бетона неразрушающим контролем. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-87, методы ударного импульса и упругого отскока по ГОСТ 22690-88. Однако при использовании указанных методов редко соблюдаются требования стандартов по построению частных градуировочных зависимостей. Некоторые исполнители не знают этих требований.

Другие знают, но не понимают, насколько велика ошибка результатов измерений при использовании зависимостей, заложенных или прилагаемых к прибору, вместо зависимости, построенной на конкретном исследуемом бетоне. Есть «специалисты», которые знают об указанных требованиях норм, но пренебрегают ими, ориентируясь на финансовую выгоду и неосведомленность заказчика в данном вопросе.

Про факторы, влияющие на ошибку измерения прочности без построения частных градуировочных зависимостей, написано много работ. В табл.1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона.

В дополнение к обозначенной проблеме использования несоответствующих ("ложных") зависимостей обозначим еще одну, возникающую при обследовании. Согласно требованиям СП 13-102-2003 обеспечение выборки измерений (параллельных испытаний бетона косвенным и прямым методом) на более чем 30 участках является необходимым, но не достаточным для построения и использования градуировочной зависимости. Необходимо, чтобы полученная парным корреляционно- регрессионным анализом зависимость имела высокий коэффициент корреляции (более 0,7) и низкое СКО (менее 15% от средней прочности). Чтобы данное условие выполнялось, точность измерений обоих контролируемых параметров (например, скорость ультразвуковых волн и прочность бетона) должна быть достаточно высокой, а прочность бетона, по которому строится зависимость, должна изменяться в широком диапазоне.

При обследовании конструкций указанные условия выполняются редко. Во-первых, даже базовый метод испытания образцов нередко сопровождается высокой погрешностью. Во-вторых, за счет неоднородности бетона и других факторов прочность в поверхностном слое (исследуемая косвенным методом) может не соответствовать прочности того же участка на некоторой глубине (при использовании прямых методов). И наконец, при нормальном качестве бетонирования и соответствии класса бетона проектному в пределах одного объекта редко можно встретить однотипные конструкции с прочностью, изменяющейся в широком диапазоне (например, от В20 до В60). Таким образом, зависимость приходится строить по выборке измерений с малым изменением исследуемого параметра.

В качестве наглядного примера вышеуказанной проблемы рассмотрим градуировочную зависимость, представленную на рис. 1. Линейная регрессионная зависимость построена по результатам ультразвуковых измерений и испытаний на прессе образцов бетона. Несмотря на большой разброс результатов измерений, зависимость имеет коэффициент корреляции 0,72, что до-пустимо по требованиям СП 13-102-2003 . При аппроксимации функциями, отличными от линейной (степенной, логарифмической и пр.) коэффициент корреляции был менее указанного. Если бы диапазон исследуемой прочности бетона был меньше, например от 30 до 40 МПа (область, выделенная красным цветом), то совокупность результатов измерений превратилась бы в «облако», представленное в правой части рис. 1. Данное облако точек характеризуется отсутствием связи между измеряемым и искомым параметрами, что подтверждается максимальным коэффициентом корреляции 0,36. Иными словами, градуировочную зависимость здесь не построить.

РИС. 1. Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн

Также необходимо отметить, что на рядовых объектах количество участков измерения прочности для построения градуировочной зависимости сопоставимо с общим количеством измеряемых участков. В данном случае прочность бетона может быть определена по результатам только прямых измерений, а в градуировочной зависимости и использовании косвенных методов контроля уже не будет смысла.

Таким образом, без нарушения требований действующих норм для определения прочности бетона при обследовании в любом случае необходимо в том или ином объеме использовать прямые неразрушающие либо разрушающие методы контроля. Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рас- смотрим прямые методы контроля.

К данной группе по ГОСТ 22690-88 относится три метода:

Метод отрыва

Метод отрыва основан на измерении максимального усилия, необходимого для отрыва фрагмента бетонной конструкции. Отрывающая нагрузка прилагается к ровной поверхности испытываемой конструкции за счет приклеивания стального диска (рис. 2), имеющего тягу для соединения с прибором. Для приклеивания могут использоваться различные клеи на эпоксидной основе. В ГОСТ 22690-88 рекомендуются клеи ЭД20 и ЭД16 с цементным наполнителем.
На сегодняшний день могут применяться современные двухкомпонентные клеи, производство которых хорошо налажено (POXIPOL, «Контакт», «Момент» И др.). В отечественной литературе по испытанию бетона методика испытания предполагает приклеивание диска к участку испытания без дополнительных мероприятий по ограничению зоны отрыва. В таких условиях площадь отрыва является непостоянной и должна определяться после каждого испытания. В зарубежной практике перед испытанием участок отрыва ограничивается бороздой, создаваемой кольцевыми сверлами (коронками). В данном случае площадь отрыва постоянна и известна, что увеличивает точность измерений.

После отрыва фрагмента и определения усилия определяется прочность бетона на растяжение (R(bt)) , по которой с помощью пересчета по эмпирической зависимости может быть определена прочность на сжатие (R). Для перевода можно воспользоваться выражением, указанным в пособии:

Для метода отрыва могут применяться различные приборы, используемые и для метода отрыва со скалыванием, такие как , ОНИКС-ОС, ПИБ, DYNA (рис. 2), а также старые аналоги: ГПНВ-5 , ГПНС-5 . Для проведения испытания необходимо наличие захватного устройства, соответствующего тяге, расположенной на диске.

Рис. 2. Прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону

В России метод отрыва не нашел широкого распространения. Об этом свидетельствует и отсутствие серийно выпускаемых приборов, приспособленных для крепления к дискам, а также самих дисков. В нормативных документах отсутствует зависимость для перехода от усилия вырыва к прочности на сжатие. В новом ГОСТ 18105-2010 , а также предшествующем ГОСТ Р 53231-2008 метод отрыва не включен в перечень прямых методов неразрушающего контроля и вообще не упоминается. Причиной этому, по всей видимости, является ограниченный температурный диапазон применения метода, что связано с продолжительностью твердения и (или) невозможностью использования эпоксидных клеев при низкой температуре воздуха. Большая часть России расположена в более холодных климатических зонах, чем страны Европы, поэтому данный метод, широко при меняемый в европейских странах, в нашей стране не используется. Другим отрицательным фактором является необходимость сверления борозды, что дополнительно снижает производительность контроля.

Рис. 3. Испытание бетона методом отрыва со скалыванием

Данный метод имеет много общего с описанным выше методом отрыва. Основным отличием является способ крепления к бетону. Для приложения отрывающего усилия используются лепестковые анкеры различных размеров. При обследовании конструкций анкеры закладываются в шпур, пробуренный на участке измерения. Так же, как и при методе отрыва, измеряется разрушающее усилие (Р). Переход к прочности бетона на сжатие осуществляется по указанной в ГОСТ 22690 зависимости: R=m 1 .m 2 .P , где m 1 — коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя, m 2 — коэффициент перехода к прочности на сжатие, зависящий от вида бетона и условий твердения.

В нашей стране данный метод нашел, пожалуй, самое широкое распространение благодаря своей универсальности (табл.1), относительной простоте крепления к бетону, возможности испытания практически налюбом участке конструкции. Основными ограничениями для его применения являются густое армирование бетона и толщина испытываемой конструкции, которая должна быть больше, чем удвоенная длина анкера. Для выполнения испытаний могут использоваться приборы, указанные выше.

Таблица 2. Сравнительные характеристики прямых методов неразрушающего контроля

Преимущества	Метод
	Отрыв	Отрыв со скалыванием	Скалывание ребра
Определение прочности бетонов классом более В60	-	+	-
Возможность установки на неровную поверхность бетона (неровности более 5 мм)	-	+	-
Возможность установки на плоский участок конструкции (без наличия ребра)	+	+	-
Отсутствие потребности в источнике электроснабжения для установки	+*	-	+
Быстрое время установки	-	+	+
Работа при низких температурах воздуха	-	+	+
Наличие в современных стандартах	-	+	+

*Без сверления борозды, ограничивающей участок отрыва.

Помимо более простого и быстрого крепления к бетону конструкции по сравнению с методом отрыва, не требуется обязательное наличие ровной поверхности. Главным условием является необходимость того, чтобы кривизна поверхности была достаточной для установки прибора на тягу анкера. В качестве примера на рис. 3 представлен прибор ПОС-МГ4 , установленный на деструктированную поверхность устоя гидротехнического сооружения.

Метод скалывания ребра

Последним прямым методом неразрушающего контроля является модификация метода отрыва — метод скалывания ребра. Основное отличие заключается в том, что прочность бетона определяют по усилию (Р), необходимому для скалывания участка конструкции, расположенному на внешнем ребре. В нашей стране долгое время выпускались приборы типа ГПНС-4 и ПОС-МГ4 Скол, конструкция которых предполагала обязательное наличие двух рядом расположенных внешних углов конструкции.

Захваты прибора подобно струбцине крепились на испытываемый элемент, после чего через захватывающее устройство прилагалось усилие к одному из ребер конструкции. Таким образом, испытание можно было проводить только на линейных элементах (колонны, ригели) или в проемах на краях плоских элементов (стены, перекрытия). Несколько лет назад была разработана конструкция прибора, которая позволяет устанавливать его на испытываемый элемент с наличием только одного внешнего ребра. Закрепление осуществляется к одной из поверхностей испытываемого элемента при помощи анкера с дюбелем. Данное изобретение несколько расширило диапазон применения прибора, но одновременно с этим уничтожило основное преимущество метода скалывания, которое заключалось в отсутствии необходимости сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность бетона на сжатие при использовании метода скалывания ребра определяется по нормированной зависимости: R=0,058 .m .(30P+P 2) ,

где m — коэффициент, учитывающий крупность заполнителя.

Для наглядности сравнения характе-ристики прямых методов контроля представлены в табл. 2.

По данным, приведенным в таблице, видно, что наибольшим числом преимуществ характеризуется метод отрыва со скалыванием.

Однако, несмотря на возможность применения данного метода по указаниям норм без построения частной градуировочной зависимости, у многих специалистов возникает вопрос о точности получаемых результатов и соответствии их прочности бетона, определяемой методом испытания образцов. Для исследования этого вопроса, а также сопоставления результатов измерений, полученных прямым методом, с результатами измерений косвенными методами проведен эксперимент, опиcанный далее.

Результаты сравнения методов

В лаборатории «Обследование и испытание зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «СПБГПУ» были проведены исследования при использовании различных методов контроля. В качестве объекта исследования использован фрагмент бетонной стены, выпиленный алмазным инструментом. Габариты бетонного образца — 2,0×1,О х 0,3 м.

Армирование выполнено двумя сетками арматуры диаметром 16 мм, расположенной с шагом 100 мм с величиной защитного слоя 15-60 мм. В исследуемом образце применен тяжелый бетон на заполнителе из гранитного щебня фракции 20-40.

Для определения прочности бетона использован базовый разрушающий метод контроля. Из образца с помощью установки алмазного сверления выбурены 11 кернов различной длины диаметром 80 мм. Из кернов изготов- лены 29 образцов — цилиндров, удовлетворяющих по своим размерам требованиям ГОСТ 28570-90 ("Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций"). По результатам испытания образцов на сжатие выявлено, что среднее значение прочности бетона составило 49,0 МПа. Распределение значений прочности подчиняется нормальному закону (рис. 4). При этом прочность исследуемого бетона имеет высокую неоднородность с коэффициентом вариации 15,6% и СКО равным 7,6 МПа.

Для неразрушающего контроля применены методы отрыва, отрыва со скалыванием, упругого отскока и ударного импульса. Метод скалывания ребра не применялся по причине близкого расположения арматуры к ребрам образца иневозможности выполнения испытаний. Ультразву- ковой метод не использован, так как прочность бетона выше допустимого диапазона для применения данного метода (табл.1). Выполнение измере- ний всеми методами производилось на грани образца, срезанной алмазным инструментом, что обеспечива- ло идеальные условия с точки зрения ровности поверхности. Для определе- ния прочности косвенными методами контроля использовались градуиро- вочные зависимости, имеющиеся в паспортах приборов, или заложен- ные в них.

На рис. 5. представлен процесс измерения методом отрыва. Результаты измерений всеми методами представлены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты измерения прочности различными методами

№ п/п	Метод контроля (прибор)	Количество измерений, n	Среднее значение прочности бетона, Rm, МПа	Коэффициент вариации, V, %
1	Испытание на сжатие в прессе (ПГМ-1000МГ4)	29	49,0	15,6
2	Метод отрыва со скалыванием (ПОС-50МГ4)	6	51,1	4,8
3	Метод отрыва (DYNA)	3	49,5	-
4	Метод ударного импульса (Silver Schmidt)	30	68,4	7,8
5	Метод ударного импульса (ИПС-МГ4)	7 (105)*	78,2	5,2
6	Метод упругого отскока (Beton Condtrol)	30	67,8	7,27

*Семь участков по 15 измерений на каждом.

По данным, представленным в табли-це, можно сделать следующие выводы:
среднее значение прочности, по-лученной испытанием на сжатие и прямыми методами неразрушающего контроля, различается не более чем 5%;
по результатам шести испытаний методом отрыва со скалыванием разброс прочности характеризуется низким значением коэффициента вариации 4,8%;
результаты, полученные всеми кос-венными методами контроля, за-вышают прочность на 40-60%. Одним из факторов, приведших к дан-ному завышению, является карбонизация бетона, глубина которой на исследуемой поверхности образца составила 7 мм.

Выводы

1. Мнимая простота и высокая про-изводительность косвенных методов неразрушающего контроля теряются при выполнении требований построения градуировочной зависимости и учете (устранении) влияния факторов, искажающих результат. Без выполнения этих условий данные методы при обсле-довании конструкций можно при менять только для качественной оценки проч-ности по принципу «больше — меньше».
2. Результаты измерений прочности базовым методом разрушающего конт-роля путем сжатия отбираемых образ-цов также могут сопровождаться боль шим разбросом, вызванным как не-однородностью бетона, так и другими факторами.
3. Учитывая повышенную трудоем- кость разрушающего метода и под- твержденную достоверность результа- тов, получаемых прямыми методами неразрушающего контроля, при обсле- довании рекомендуется при менять по- следние.
4. Среди прямых методов неразру- шающего контроля оптимальным по большинству параметров является ме- тод отрыва со скалыванием.

Рис. 4. Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие.

Рис. 5. Измерение прочности методом отрыва.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург), журнал "Мир строительства и недвижимости, №47, 2013 г.

Метод отрыва со скалыванием - один из самых распространённых и надёжных методов оценки прочности бетонных конструкций.

Метод относится к прямым, неразрушающим методам испытаний и позволяет сразу же, на месте, оценить прочность бетонной конструкции, как в промежуточном возрасте, так и при достижении проектного возраста бетона.

Суть метода состоит в просверливании отверстия в бетоне, закреплении в этом отверстии специального анкера (в случае если используется анкер второго и третьего типов) и последующего отрыва этого анкера из бетона специальным прибором с замером усилия вырыва. При правильном проведении испытания на месте отрыва остаётся правильной формы воронка, глубиной в середине равной рабочей высоте анкера.

При отрыве анкера на шкале прибора отображается соответствующее усилие. Проведя несколько замеров (минимум три испытания для плоских конструкций; для вытянутых горизонтальных конструкции одно испытание на четыре погонных метра длины, но не менее трёх испытаний), можно пересчитать результаты испытаний по специальной формуле и сделать вывод о классе бетона на сжатие (ГОСТ 18105 схемы В, Г).

Метод отрыва со скалывание пользуется заслуженной популярностью среди методов контроля прочности бетона, как самостоятельный метод, так и дублирующий другие методы испытаний. Он намного быстрее и дешевле выбуривания кернов, он незаменим в случаях когда не изготовлены образцы-кубы или требуется провести параллельные испытания.

Кроме того, согласно ГОСТ 18105 требуется сплошной контроль бетонных конструкций. И метод отрыва со скалыванием наиболее подходящий для этого метод контроля прочности.

При контроле прочности бетона методом отрыва со скалыванием следует руководствоваться указаниями ГОСТ 22690 .

16 и 24 что это за цифры.

Для метода отрыва со скалыванием используют анкеры трёх типов.

Отличие анкера первого типа от остальных заключается в том, что он замоноличивается в конструкцию при укладке бетонной смеси его отрыв производится в проектном (или промежуточном) возрасте таким же прибором, что и анкеры второго и третьего типов, в остальном же испытания не отличаются.

Анкеры второго типа бывает двух размеров: ø16х25мм и ø24х48мм.

Анкер размером ø24х48мм используется в случае, если ориентировочная прочность бетона в конструкции 5-100МПа.

Анкер размером ø16х25мм используется в случае, если ориентировочная прочность бетона в конструкции 40-100МПа. Использование анкера ø16мм для испытания низкомарочных бетонов недопустимо без построения градуировочной зависимости.

На фотографии представлен анкер второго типа со специальной гайкой, замеряющей проскальзывание анкера.

Чтобы провести испытания правильно и получить максимально точные данные нужно обратить внимание на следующие моменты:

1. Перед просверливанием отверстия для анкера, следует прибором для поиска арматуры найти и обозначить сетку армирования (чтобы буром не попадать в арматуру), если на пути бура попадается армирующая сетка сверлить нужно в середину ячейки.
2. Сверлить отверстие нужно, отступив от края плоской конструкции не менее 0,5м.
3. Отверстие сверлиться строго перпендикулярно бетонной поверхности.
4. Не следует сверлить конструкции в местах максимального напряжения.
5. Количество точек испытания определяется следующим образом: три точки испытания на одну плоскую конструкцию (стена, плита перекрытия, ростверк), залитую в одну захватку. Одна точка на 4 погонных метра вытянутой конструкции (колонна, ригель), так же залитую в одну захватку, но не менее трёх точек. Под одной захваткой следует понимать заливку бетонной смеси с одного бетонного узла, одного класса бетона в одни рабочие сутки без перерыва в бетонировании до образования холодного шва. Т.е. если меняется класс бетона, дата бетонирования или завод поставщик смеси, это получается новая захватка, требующая испытания на прочность.
6. Просверленное отверстие следует тщательно очистить от бетонной пыли. Только после этого нужно поместить собранный анкер в отверстие и максимально хорошо закрутить его гаечным ключом до максимального раскрытия.
7. При вырыве из бетона анкер должен цепляться за бетон не менее чем 9/10 своей длины погруженной в толщу бетона. Длину сцепления хорошо видно в воронке вырыва после испытания и можно померить линейкой. Если таким замером выясняется, что анкер цепляется менее 9/10 своей длины, это значит, что слизана нарезка губок анкера и губки надо менять на новые.
8. Если при проведении отрыва анкер начал проскальзывать и вылезать наружу, нужно замерять длину проскальзывания, эта длина вносится в корректировку результатов испытания. Для замера проскальзывания пользуются специальной гайкой (см. фото выше).

Примеры приборов, используемых для испытаний:

Кроме представленных двух, могут использоваться многие другие модели.

Строительные конструкции на базе смеси из вяжущего вещества, песка и заполнителя нуждаются в тестировании на предмет надежности и безопасности. Однако подобные исследования не должны стать причиной прерывания эксплуатации испытываемого объекта, поэтому производится неразрушающим методом. Это позволяет сократить расходы, снизить трудоемкость и исключить локальные повреждения.

Прямые методы контроля

Данные способы необходимы для формирования градуировочных зависимостей и их последующей корректировки для косвенных методов, проводимых на тех же самых участках сооружения. Технология может быть применима при освидетельствовании на различных стадиях возведения строений, а также при эксплуатации и реконструкции готовых объектов.

Отрыв со скалыванием

Подобная операция производится в соответствии с государственными стандартами, где отражены основные сведения о способе проведения. На полученные результаты не оказывает никакого влияния состояние поверхности.

Для проведения исследований используются анкерные устройства трех типов.

1. Рабочий стержень, оснащенный анкерной головкой.
2. Прибор с наличием разжимного конуса и рифленых сегментных щек.
3. Устройство с полым разжимным конусом, который имеет специальный стержень для фиксации приспособления в одном положении.

Примечание! Выбирая тип приспособления и глубину проникновения анкера, следует брать в расчет предполагаемую прочность состава и размеры заполнителя, что отражено в таблице ниже.

Условия высыхания смеси	Тип применяемого устройства	Глубина погружения анкера в мм	Предполагаемая прочность в МПа	Значение коэффициента
				Легкий состав	Тяжелый раствор
Тепловая обработка	1	4835	<50>50	1,2	1,32,6
	2	4830	<50>50	1,0	1,12,7
	3	35	<50	—	1,8
Естественное твердение	1	4835	<50>50	1,2	1,12,4
	2	4830	<50>50	1,0	0,92,5
	3	35	<50	—	1,5

В монолитных конструкциях проверка прочности бетона неразрушающим методом, предполагающим отрыв со скалыванием, производится сразу на трех участках. При корректировке градуировочных зависимостей совместно с данным способом осуществляются три косвенных теста.

Скалывание ребра

Данный метод подразумевает отсечение ребра испытуемой конструкции. В первую очередь он применяется для контроля линейных сегментов вроде ригелей, колонн, свай, перемычек и опорных балок. Проведение операции не требует дополнительной подготовки, однако при наличии защитного слоя толщиной менее 20 мм метод не может быть применим.

Отрыв металлических дисков

Еще одно мероприятие, которое позволяет осуществлять неразрушающий метод контроля бетона, не нашло широкого распространения в нашей стране, что связано с ограниченным температурным режимом. Еще одним отрицательным фактором считается необходимость проделывания борозды сверлом, а это снижает производительность исследования.

Сам способ предполагает снятие регистрации напряжения, которое требуется для местного разрушения затвердевшего состава при отрыве стального диска. При определении прочностных качеств учитывается приложенное усилие и площадь проекции поверхности.

Косвенные методы контроля

Подобные исследования проводятся, когда нужно оценить значение прочностных характеристик, используя их в качестве одного из нескольких факторов, дающих представление о техническом состоянии сооружения. Полученный результат не допускается использовать, если не была определена частная градуировочная зависимость ().

Ультразвуковое тестирование

Широкое распространение получил способ испытания бетона неразрушающим методом, подразумевающим использование ультразвуковых волн. При проведении операции устанавливается связь между скоростью колебаний и плотностью затвердевшей смеси.

На зависимость могут влиять самые различные факторы.

• Фракция заполнителя и его количество в растворе.
• Выбранный способ приготовления состава.
• Степень уплотнения и напряжение.
• Изменение расхода вяжущего вещества более, чем на 30 процентов.

Дополнение! Ультразвуковые изыскания предоставляют возможность выполнять массовые испытания практических любых конструкций неограниченное количество раз. Основной недостаток кроется в допускаемой погрешности.

Упругий отскок

Неразрушающий контроль прочности бетона этим методом позволяет установить зависимость между прочностью на сжатие и упругостью материала. При исследовании металлический боек основного прибора после удара отдаляется на определенное расстояние, которое является показателем прочностных качеств конструкции.

Во время испытаний приспособление фиксируется так, чтобы стальной элемент плотно соприкасался с бетонной поверхностью, для чего применяются специальные винты. После крепления маятник устанавливается горизонтально. В этом случае он защелкивается непосредственно спусковым крючком.

Приложив устройство перпендикулярно к плоскости, нажимают на курок. Боек взводится автоматически, после чего самостоятельно освобождается и совершает удар под действием особой пружины. Металлический элемент отскакивает на какое-то расстояние, которое измеряется специальной шкалой.

В качестве основного инструмента для испытаний используется прибор системы КИСИ, который имеет достаточно сложное строение. Прочность затвердевшей смеси удается определить на основании данных устройства после проведения 6-7 тестов по специальному графику.

Придание ударного импульса

Благодаря этому методу исследования можно зафиксировать энергию удара, освобождающуюся в момент соприкосновения бойка с бетонной конструкцией. Положительным моментом считается то факт, что приборы неразрушающего контроля бетона, работающие по принципу ударного импульса, имеют компактные размеры. Однако их цена достаточно высока.

Пластическая деформация

При проведении операции осуществляется измерение размеров следа, оставленного на бетонной поверхности стальным элементом. Метод считается несколько устаревшим, но в связи с дешевизной оборудования он продолжает активно использоваться в строительной среде. После нанесенного удара измеряются оставшиеся отпечатки.

Устройства для определения прочности такого типа базируются на вдавливании стержня непосредственно в плоскость путем статического давления нужной силы или обычного удара. В качестве основных приборов используются маятниковые, молотковые и пружинные изделия.

Ниже приводятся условия проведения операции.

• Испытания должны осуществляться на участке, площадь которого колеблется от 100 до 400 кв. см.
• При проведении данной операции следует делать не менее пяти измерений с высокой точностью.
• Ударная сила должна иметь перпендикулярное направление относительно испытываемой плоскости.
• Для определения прочностных характеристик требуется гладкая поверхность, которая достигается формованием в опалубке из металла.

Важно! Если производится измерение прочности бетона неразрушающим методом с использованием устройств молоткового типа, то образцы должны устанавливаться на идеально ровное основание.

Сравнительная характеристика на примере

В качестве объекта берется колодец, изготовленный из монолитного железобетона. Его глубина составляет 8 м, а радиус – 12 м. Заливка боковых поверхностей велась захватками, которые разделяют конструкцию на 7 ярусов по высоте.

Результаты исследований представлены в таблице ниже.

Ярус	Косвенные методы исследования
	Ультразвуковой		Ударный импульс		Упругий отскок		Испытание прессом
	Ср. знач. в м/c	Процентное соотношение	Ср. знач. в МПа	Процентное соотношение	Ср. знач. в у. ед.	Процентное соотношение	Ср. знач. в МПа
1	4058	3,9	41,9	23,4	46,2	7,8	41,6
2	4082	4,6	24,4	40,2	43,7	7,6	35,0
3	4533	5,2	49,6	28,7	49,7	9,9	36,5
4	4300	3,9	38,1	36,3	46,6	8,3	40,1
5	4094	4,1	38,2	28,5	48,2	8,5	42,1
6	4453	3,6	45,5	41,6	47,6	7,6	39,3
7	3836	4,5	42,8	26,5	44,6	7,3	30,6
Ср. знач. V		≈4,26		≈32,2		≈8,14

Вывод! Из приведенной таблицы становится понятно, что минимальная погрешность при исследованиях характерна для ультразвукового метода. Разброс при проверке ударным импульсом максимален.

Тестирование без использования приборов

Выше были рассмотрены исследования, проводимые при помощи специальных устройств, однако в случае необходимости незамысловатые испытания можно осуществить своими руками. Точную информацию о прочностных качествах получить не удастся, но определить класс бетона вполне реально.

Сначала подготавливается необходимый инструмент: зубило и молоток, вес которого колеблется в пределах 400-800 г. Ударно-режущее приспособление устанавливается перпендикулярно поверхности.

По нему наносятся удары средней силы, по следам которых и будет производиться анализ.

• Еле заметный отпечаток может свидетельствовать о том, что затвердевшая смесь относится к классу B25 и выше.
• Сильно заметные следы на поверхности конструкции остаются обычно при использовании бетона B15.
• Существенные углубления и наличие крошек позволяют отнести применяемый состав к классу B10.
• Если же острие инструмента вошло в плоскость на глубину более 1 см, то возможно для работ использовался бетон B5.

Внимание! Осуществить проверку таким способом можно в течение нескольких минут без какого-либо оборудования. После этого уже будет представление о том, какую прочность имеет затвердевший состав.

Государственный стандарт

Регламентируются неразрушающие методы контроля прочности бетона по ГОСТу 22690-88, пункты которого распространяются на легкие и тяжелые смеси. Однако в нем отражены только механические способы, не включающие ультразвуковое исследование. Их предельные значения представлены в таблице.

Работа с бетоном

• Для формирования конструкций на основе строительной смеси изготавливается деревянная или металлическая опалубка, способная придать нужную форму материалу.
• Для улучшения качественных характеристик в состав помещается сетка из стальной арматуры, скрепленная сваркой или проволокой . Обычно величина ячеек колеблется от 10 до 20 сантиметров.
• Если необходимо отделить от сооружения какую-то часть, то применяется резка железобетона алмазными кругами . Подобная операция может проводиться с использованием воды, чтобы избежать сильного запыления.
• Заливка раствора осуществляется, как правило, при плюсовых температурах . Однако при наличии специального оборудования для прогрева допустимо проводить работы при отрицательных показателях термометра.
• Для создания вентиляции внутри бетонной конструкции (например, для фундамента или чердачного помещения) осуществляется алмазное бурение отверстий в бетоне.
• Нагружать готовое сооружение допускается только после окончательного затвердевания смеси, то есть спустя 28 суток .