СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА МЕТОДОМ СКАЛЫВАНИЯ РЕБРА
METHOD TO DETERMINE STRENGTH OF CONCRETE BY METHOD OF RIB CHIPPING

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения прочности бетонных и железобетонных конструкций. Оно может быть использовано в производственных и лабораторных условиях, на объектах строительства, при технологическом контроле качества монолитного и сборного железобетона, обследовании зданий, сооружений и конструкций.
Известны стандартные методы определения прочности бетона путем испытания образцов (см., например, Способ испытания бетонного образца, авторское свидетельство СССР №1525534, G01N 3/00, заявлено 31.03.1988, опубликовано 30.11.1989). Как правило, используют образцы-кубы, которые изготавливают из бетонной смеси по технологии производства изделий. Затем их подвергают прессовым разрушающим испытаниям и по разрушающей силе определяют прочность бетона.
Однако достоверность контроля прочности и однородности бетона по стандартным образцам является недостаточной из-за ряда причин: объем испытания стандартных образцов не превышает 0,01% уложенного в конструкцию бетона, условия виброформования и режимы твердения образцов и конструкций различны, стандартными методами невозможно определить однородность бетона в изделии и прочность отдельных его участков. При обследовании конструкций зданий и сооружений стандартные методы испытания бетона вообще неприменимы.
Известны методы определения прочности бетона, основанные на получении выбуренных из конструкции кернов, которые затем испытывают подобно стандартным образцам под прессом. Бетон кернов полностью соответствует реальному материалу конструкции. Однако сложность отбора образцов-кернов, высокая трудоемкость и стоимость выбуривания кернов, опасность нарушения целостности конструкции, возможное нарушение структуры керна при выбуривании и обработке торцов, - все это во многих случаях ограничивает использование этого метода (см. Чихунов Д.А., Методика и техника для контроля прочности бетонов и других искусственных каменных материалов. "Строительная инженерия" №2, 2005 г.).
Известны методы неразрушающего контроля прочности бетона непосредственно в конструкциях по какому-либо косвенному физическому параметру, связанному с прочностью бетона корреляционной зависимостью. При этом на зависимость измеряемого параметра от прочности оказывают вредное влияние несколько факторов (состав бетона, влажность, возраст, карбонизация и др., которые не всегда поддаются однозначной математической интерпретации. Поэтому результаты, полученные данными методами, должны подтверждаться результатами испытаний с частичным разрушением.
Один из методов неразрушающего контроля, основанных на построении индивидуальных градуировочных зависимостей, является метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции, заключающийся в регистрации усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции, либо местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства. Это самые точные из методов неразрушающего контроля прочности, поскольку для них допускается использовать универсальную градуировочную зависимость, в которой изменяются всего два параметра: 1) крупность заполнителя, которую принимают равной 1 при крупности менее 50 мм и 1,1 при крупности более 50 мм; 2) тип бетона - тяжелый либо легкий.
Предлагаемое техническое решение относится к методу скалывания ребра.
Указанный метод основывается на требованиях ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.
При испытании методом скалывания ребра на участке испытания не должно быть трещин, околов бетона, наплывов или раковин высотой (глубиной) более 5 мм. Участки должны располагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматуры.
Испытание проводят в следующей последовательности:
- прибор закрепляют на конструкции, прикладывают нагрузку со скоростью не более (1+- 0,3) кН/с;
- фиксируют показание силоизмерителя прибора;
- измеряют фактическую глубину скалывания;
- определяют среднее значение усилия скалывания.
При этом глубина скалывания составляет (20±2) мм; ширина скалывания (30±0,5) мм, угол между направлением действия нагрузки и нормалью к нагружаемой поверхности конструкции принимают равным (18±1)°.
Для неразрушающего контроля прочности бетона используются специальные приборы, получившие в последнее время существенное развитие, связанное с применением электроники и микропроцессорной техники, наращиванием их функциональных возможностей.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран способ определения прочности бетона методом скалывания ребра, на котором основано действие прибора ПОС-30МГ4 «Скол», выпускаемого СКБ «Стройприбор» (см. http://www.ckpr.ru/prickb/ipc.html).
Указанный способ-прототип включает действия, в основном предусмотренные ГОСТ 22690-88:
- осуществляют подготовку прибора к проведению исследования прочности бетона путем установки насадки для скалывания ребра (прибор предназначен для работы по трем методам: скалывания ребра, отрыва со скалыванием и отрыва стальных дисков по ГОСТ 22690, для чего оснащен сменными насадками);
- производят ввод параметров бетонной конструкции (осуществляется в диалоговом режиме с клавиатуры приборов, при этом обеспечивается выбор коэффициентов для автоматического вычисления прочности бетона по результатам нагружения (нагрузка при скалывании ребра);
- выбирают участок бетонной конструкции, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 22690-88 (отсутствие неровностей и др.), на котором будет осуществляться определение прочности методом скола; при этом бетонная конструкция в зоне выбранного участка должна иметь примыкающие к нему две противоположно расположенных стенки (стороны), перпендикулярных стенке с выбранным участком, разнесенных на расстояние не более 300-400 мм, для обеспечения возможности крепления прибора;
- производят крепление прибора на выбранном участке путем охвата исследуемой бетонной конструкции за два противоположных угла (за противоположные параллельные поверхности бетонной конструкции) и зажима посредством винтового механизма;
- скалывающий элемент (крюк), расположенный под определенным заданным углом к поверхности испытываемого участка, приводят в контакт с поверхностью;
- посредством силового цилиндра прикладывают нагрузку к скалывающему крюку со скоростью не более (1±0,3) кН/с до момента скола ребра, при этом ось силового цилиндра и направление движения его поршня не совпадает с направлением приложения нагрузки к скалывающему элементу (крюку), усилие от силового гидроцилиндра передают крюку через рычажную систему;
- фиксируют показания силоизмерителя;
- измеряют фактическую глубину скалывания;
- проводят измерение в других выбранных участках;
- определяют среднее значение усилия скалывания;
- производят расчет прочности бетона.
Основным недостатком способа-прототипа является сложность или невозможность применения в труднодоступных и стесненных местах, поскольку способ предусматривает опору на две противоположные поверхности (противоположные углы) исследуемой бетонной конструкции (балки, колонны).
Кроме того, прототип не обеспечивает высокой точности измерений, что связано с неоднородностью поверхности исследуемых бетонов и возможностью поворота крюка при его контакте с более или менее прочными включениями, создающими момент кручения крюка относительно элементов рычажного механизма. В таких случаях крюк разворачивается относительно силового гидроцилиндра и усилие передается к поверхности бетона под измененным по сравнению с заданным углом.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение области применения способа определения прочности бетона методом скалывания ребра.
Указанная задача решается следующим образом.
В способе определения прочности бетона методом скалывания ребра, осуществляемом путем крепления прибора с заданием направления приложения нагрузки к скалывающему элементу под углом к поверхности участка измерения, приложения нагрузки от силового цилиндра к скалывающему элементу с заданной скоростью до момента скола ребра, фиксирования величины прикладываемого усилия (показаний силоизмерителя) и расчетного определения прочности бетона, предлагается крепление прибора осуществлять крепежным элементом в предварительно подготовленном отверстии на одной грани, а нагрузку прикладывают ко второй грани углового участка.
Обеспечение крепления прибора не путем прижима к двум параллельным противоположным граням исследуемого бетонного объекта испытаний, то есть охватом объекта испытаний за два противоположных угла (как предусмотрено прототипом), а путем жесткого крепления только к одной грани, примыкающей под прямым углом к участку испытания, позволяет расширить область применения способа за счет обеспечения возможности работы в труднодоступных и стесненных местах, облегчает работу оператора, создает удобство в эксплуатации.
Проведенные патентные исследования показали, что техническое решение соответствует условиям патентоспособности изобретения: «новизна», «изобретательский уровень». Это решение также соответствуют критерию «промышленная применимость».
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема осуществления заявляемого способа, а на фиг.2 - общий вид прибора, реализующего заявляемый способ.
Заявляемый способ включает следующие действия:
- оператор с помощью специального прибора обследует объект испытания -бетонную конструкцию 1 (балку, колонну, угол и т.п.) и определяет место, где нет стальной арматуры;
- выбирает участок, на котором необходимо осуществить определение прочности методом скола; на участке испытания не должно быть трещин, околов бетона, наплывов или раковин высотой (глубиной) более 5 мм. Участки должны располагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматуры (см. ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля). Участок должен примыкать к ребру 2 (углу) испытываемой конструкции, при этом одна грань 3 (сторона) предназначена для закрепления прибора 4, а вторая грань 5 (сторона) - для воздействия на нее скалывающим элементом 6;
- сверлит крепежное отверстие (шпур) на расстоянии 50-150 мм от ребра;
- оператор прижимает прибор 4 к плоскости крепления 3 и фиксирует его положение посредством крепежного отверстия и самореза 7 по бетону (дюбеля, анкера и т.п.);
- при этом скалывающий элемент 6 (пластина из прочного материала) приводится в контакт с нагружаемой поверхностью 5 бетона под определенным заданным углом к этой поверхности;
- производит ввод параметров бетонной конструкции (осуществляется в диалоговом режиме с клавиатуры приборов, при этом обеспечивается выбор коэффициентов для автоматического вычисления прочности бетона по результатам нагружения (нагрузка при скалывании ребра);
- посредством силового цилиндра прикладывают нагрузку к скалывающему элементу 7 (пластине) со скоростью не более (1+-0,3) кН/с в течение 15-30 секунд до момента скола ребра, причем усилие от силового гидроцилиндра непосредственно передается к скалывающему элементу 6 (этот элемент жестко связан с поршнем силового гидроцилиндра) и постепенно возрастает от нуля до критического скалывающего усилия;
- фиксируют величину прикладываемого усилия (показания силоизмерителя): информация о текущей нагрузке поступает на электронный блок. В момент скалывания электронный блок фиксирует разрушающее усилие;
- определяют значение усилия скалывания и прочности бетона;
Заявляемый способ может быть осуществлен с помощью специального прибора для измерения прочности бетона (скол ребра).