СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПРИ РАСКАЛЫВАНИИ
METHOD TO DETERMINE CONCRETE STRENGTH DURING BREAKING

Изобретение относится к области определения и контроля качества строительных материалов и конструкций, а именно к разрушающему определению физико-механических свойств бетонов в конструкциях - прочности на сжатие, на растяжение при изгибе и при раскалывании через разрушение образца при раскалывании по указанной схеме приложения нагрузки к образцу. Метод может быть использован при контроле качества бетона при производственном контроле в монолитном строительстве, а также при обследовании строительных конструкций.
Известен способ определения прочности бетона при раскалывании, включающий изготовление бетонного образца - цилиндра, отобранного из конструкции, и испытание его на сжатие путем приложения разрушающей нагрузки к боковой поверхности образца с двух диаметрально расположенных сторон до раскалывания с последующим расчетом прочности /ГОСТ 10180-90, «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам»/.
Недостатками известного разрушающего метода определения прочности бетона является следующее:
- в густоармированных конструкциях бывает затруднено выбурить керн диаметром не менее 3-кратного размера крупного заполнителя, но не менее 44 мм, без ослабления арматурного каркаса конструкции, что приводит к снижению надёжности железобетонной конструкции. Чем больше диаметр керна, тем на большую глубину необходимо забуриваться для отбора одной серии образцов. В среднем это глубина составляет не менее 220 мм. Для некоторых особо ответственных конструкций создание такого «дефекта» в монолитном бетоне конструкции неприемлемо с точки зрения обеспеченности эксплуатационной надёжности.
- при густом армировании уплотнение бетона внешних слоев конструкции отличается от уплотнения бетона по основному сечению конструкции. Поэтому определение прочности бетона конструкции по кернам, отобранным в пределах защитного слоя бетона конструкции, будет некорректным, т.к. прочность по высоте отобранного образца будет неодинаковой.
При испытании кернов, высверленных из монолитных конструкций, особенно с применением высокопрочного бетона, существенное влияние оказывает качество подготовки опорных поверхностей контрольных образцов. Причем влияет не только плоскостность опорных поверхностей, но и их шероховатость, что отражается на однородности результатов испытаний.
Техническая задача заключается в разработке новых методов контроля качества бетона в конструкциях, позволяющих снизить влияние технологических, методических и метрологических факторов.
Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения прочности бетона при раскалывании, включающем изготовление бетонного образца - цилиндра и испытание его на сжатие путем приложения разрушающей нагрузки к боковой поверхности образца с двух диаметрально расположенных сторон до раскалывания с последующим расчетом прочности, согласно изобретению, при испытании образца разрушающую нагрузку прикладывают к боковой поверхности образца в двух диаметрально расположенных точках путем установки с двух сторон перпендикулярно оси образца цилиндрических прокладок диаметром, соразмерным диаметру образца.
Предлагаемый способ отличается тем, что при испытании образца разрушающую нагрузку прикладывают к боковой поверхности образца в двух диаметрально расположенных точках путем установки с двух сторон перпендикулярно оси образца цилиндрических прокладок диаметром, соразмерным диаметру образца.
Предлагаемый способ испытания образцов обеспечивает возможность отбора образцов малых диаметров (около 20 мм) и испытание их на сопротивление разрушающей нагрузки, приложенной к образующим цилиндра через колющие цилиндрические прокладки, расположенные при испытании перпендикулярно оси образца.
Места приложения нагрузки на образце предпочтительно выбирать в точках, не имеющих в своей плоскости расположения, поперечной оси цилиндра, зерен крупного заполнителя, инородных включений, дефектов структуры. Эти ограничения менее актуальны при испытании мелкозернистых бетонов.
Неоднородность результатов испытаний при данной схеме нагружения может быть решена путем увеличения контрольных образцов в серии, а также статистической отбраковкой аномальных результатов.
Для бетона свойство сопротивляться сжимающей нагрузке является одним из главных. Однако, учитывая, что в конечном итоге даже при сжимающей нагрузке разрушение образца происходит от возникающих, поперечных сжимающей силе, растягивающих напряжений, принято, что существует прямая взаимосвязь изменения свойств предельного сопротивления разрушению при разных схемах приложения нагрузки.
Значением прочности бетона образца (R) будет являться разрушающая нагрузка (F), отнесенная к площади (А) поперечного сечения цилиндра и умноженная на коэффициент перехода (k) от прочности при одном напряженно-деформированном состоянии к прочности в другом напряженно-деформированном состоянии:
R=k·F/A.
Переходной коэффициент k, до накопления достаточного количества статистических данных, следует устанавливать экспериментально для каждого вида бетона путем испытания стандартных образцов-кубов и параллельным испытанием цилиндров, высверленных из кубов - близнецов испытываемой серии.
Способ осуществляют следующим образом.
Изготавливают образец бетона цилиндрической формы либо путем формования, либо путем выбуривания из тела конструкции или изделия. Устанавливают образец в испытательном прессе между колющими цилиндрическими прокладками диаметром, соразмерным диаметру образца. Оси прокладок располагают перпендикулярно оси образца и производят нагружение образца до раскалывания. Определяют прочность образца на раскалывание.
Образцы каждой парной серии базового и не базового размеров изготавливают из одной пробы бетонной смеси и выдерживают в одинаковых условиях. После окончания твердения изготавливают контрольные образцы-цилиндры не базового размера путем их выбуривания из одного или нескольких формованных образцов-кубов одной серии. Каждую парную серию образцов испытывают в одном возрасте.
Средняя плотность бетона в каждой парной серии образцов базового и не базового размеров в момент испытания не должна отличаться более чем на 2%.
j
Для каждой парной серии необходимо определить значение переходного коэффициента K по формуле
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mi>R</mi><mrow><mi>s</mi><mi>j</mi></mrow><mn>0</mn></msubsup></mrow><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>s</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msubsup><mi>R</mi><mrow><mi>s</mi><mi>j</mi></mrow><mn>0</mn></msubsup></mrow>
где
- среднее значение прочности при стандартном методе испытаний бетона в серии базового размера, вычисленное по результатам испытаний всех образцов каждой серии;
sj
R - среднее значение прочности при нестандартном методе испытаний бетона в каждой серии образцов не базового размера и формы.
<mover accent="true"><mi>K</mi><mo>¯</mo></mover>
По всем сериям вычисляют средний масштабный коэффициент
.
<mover accent="true"><mi>K</mi><mo>¯</mo></mover>
Экспериментально установленный масштабный коэффициент
может быть использован, если коэффициент вариации не превышает 15%.
В таблице приведены данные испытаний контрольных образцов-кубов размером 10×10×10 см на сопротивление при осевом сжатии и результаты испытаний образцов-цилиндров диаметром 2,2 см по предлагаемой методике.
j
Коэффициент вариации V полученных переходных коэффициентов K составляет 8,7%, что не превышает максимально допустимую, согласно требованиям методики Приложения 11 ГОСТ 10180-90, величину - 15%, а значит, полученное значение переходного коэффициента Кср допустимо к применению.
Предлагаемая методика контроля прочности позволяет:
- решать проблему неравномерно передаваемой нагрузки на образец;
- полностью снимать необходимость дополнительной подготовки образца к испытаниям путем выравнивания контактных поверхностей. При этом устраняются связанные с этим факторы влияния метрологических отклонений и человеческого фактора;
- упростить задачу центрирования образца (при условии соосно установленных колющих прокладок);
- определять прочностные характеристики бетона по образцам, отобранным в пределах защитного слоя, значительно минимизируя при этом влияние ослабленной зоны в плоскости разрушения образца;
- снизить трудоемкость отбора образцов за счет высверливания кернов меньшей длины и диаметра. Для отбора образцов одной серии, пригодной для проведения 5 испытаний, достаточно керна длинной 120 мм при диаметре 20 мм. Для отбора одной серии образцов необходимо затратить работу на высверливание керна, равную истиранию определенного объема бетона. Величину этого объема определяют следующие пераметры: диаметр образца, глубина реза, толщина режущего сегмента. Соответственно при уменьшении каждого из параметров работа на отбор кернов может быть уменьшена. Таким образом, при предлагаемом способе работа на отбор кернов снижается в 10 раз.
Данный метод определения прочности бетона в образцах, отобранных из конструкций, особенно актуален для высокопрочного бетона (классов В 60 и выше) и может быть рекомендован для использования на объектах монолитного строительства.
Таблица.
№ серии
Класс бетона В, МПа
Средняя прочность бетона на раскалывание в серии, кгс/см<sup>2</sup>
Средняя прочность бетона по результатам испытания образцов-кубов, приведенная к эталонному размеру, кгс/см<sup>2</sup>
Коэффициент перехода, K<sub>j</sub>
1
2
3
4
5
1
90
127,0
966,0
7,6
2
110,3
827,9
7,5
3
114,9
988,8
8,6
4
124,3
818,6
6,6
5
129,7
1022,7
7,9
6
115,0
921,9
8,0
7
115,1
991,7
8,6
8
122,2
879,7
7,2
9
60
80,6
755,6
9,4
10
102,1
758,5
7,4
11
115,4
900,6
7,8
12
106,4
725,1
6,8
13
109,9
868,6
7,9
14
103,6
925,8
8,9
Кср=
<b>7,8</b>
Sk=
<b>0,68</b>
V=
<b><u>8,7%</u></b>