СПОСОБ ОЦЕНКИ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ БЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD FOR MEASURING CORROSION RESISTANCE OF CONCRETE PRODUCTS

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля прочности бетонных изделий и ее изменения во времени под действием окружающей среды, например воды.
Известны способы оценки стойкости бетона против коррозии по внешнему виду и изменению веса [1 - Москвин В.А., Рояк Г.С. Коррозия бетона при действии щелочей цемента на кремнистый заполнитель. - М: Изд-во лит. по строит. и архитек. - 1962. - 214 с]. Эти способы не дают точного представления об изменении в результате коррозии такой важной характеристики, как прочность самого бетона и его контакта с арматурой.
1
2
1
2
Наиболее близок к предлагаемому способ определения стойкости бетона против коррозии [2 с.304 - Лещинский М.Ю. Испытания бетона. Справочное пособие. - М: Стройиздат, 1980. - 360 с.], включающий воздействие на поверхность бетона агрессивной средой с заданными параметрами, периодическое определение прочности разрушением представительных выборок образцов и оценку стойкости по изменению прочности. Было предложено оценивать коррозионную стойкость бетона двумя коэффициентами стойкости: KC и KC. KC представляет собой отношение предела прочности на сжатие образцов после 6 месяцев выдерживания в агрессивном растворе к пределу прочности на сжатие образцов-близнецов после 6 месяцев твердения в воде. KC представляет собой отношение предела прочности на сжатие образцов после 6 месяцев выдерживания в агрессивном растворе к пределу прочности на сжатие образцов-близнецов, испытанных в момент погружения основных образцов в раствор.
Недостатки прототипа. Первый недостаток - большой объем испытаний, связанный с большим коэффициентом вариации (около 15%) предела прочности R. При этом для доказательства значимости расхождения двух выборочных средних в пределах 5% с вероятностью 0,95 необходимо испытать в каждой выборке по 50 образцов. Второй недостаток - неопределенность толщины слоя, в котором произошло снижение прочности - не позволяет точно определить снижение прочности в слое известной толщины и, как следствие, оценить степень опасности наблюдаемого снижения прочности.
Задача изобретения - разработка способа оценки коррозионной стойкости бетонных изделий с уменьшенным объемом испытаний и повышенной точностью определения снижения прочности в слое известной толщины.
Задачу решают тем, что, как и в прототипе, воздействуют на поверхность бетона агрессивной средой с заданными параметрами, периодически определяют прочность бетона и оценивают стойкость по изменению прочности. Но, в отличие от прототипа, предварительно в бетонную смесь помещают закладные элементы разных радиусов на глубины, в пределах которых требуется выяснить эффект коррозии так, чтобы отношение радиуса большего закладного элемента к радиусу меньшего закладного элемента было больше отношения соответствующих глубин закладки. Прочность оценивают неразрушающим акустико-эмиссионным методом, определяя максимальную неразрушающую нагрузку, а нагружение каждого закладного элемента проводят поочередно осевой силой и крутящим моментом.
В частном случае реализации способа закладные элементы выполняют в виде дисков, снабженных соосными с ними хвостовиками в виде коаксиальных втулок, на концах которых выбирают лыски. На плоскости дисков может быть нанесен гидрофобный антифрикционный слой. Периферийные части закладных элементов могут быть выполнены из материала арматуры с ее рельефом.
1
1
2
2
3
3
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором представлена схема устройства для реализации способа. Приняты следующие обозначения: 1 - бетонный образец; 2 - форма; 3 - нижняя крышка; 4 - закладной элемент первый с радиусом r, заложенный на глубину h; 5 - закладной элемент второй с радиусом r, заложенный на глубину h, 6 - закладной элемент третий с радиусом r, заложенный на глубину h; 7 - хвостовики-втулки; 8 - лыски для передачи момента; 9 - рельеф арматуры; 10 - гидрофобный антифрикционный слой; 11 - сборник фильтрата; 12 - верхняя крышка; 13 - штуцер для подачи воды; 14 - акустический датчик; 15 - поршень пресса; 16 - траверса пресса; 17 - цилиндр пресса; 18 - шток.
Предварительная закладка закладных элементов на глубины, в пределах которых требуется выяснить эффект коррозии, позволяет задать толщину слоя, в котором будут контролировать прочность, а следовательно, и коррозионную стойкость.
Соотношение
i+1
i
i+1
i
r/r>h/h,
i
где r - радиус меньшего закладного элемента,
i+1
r - радиус большего закладного элемента,
i
h - глубина заложения меньшего закладного элемента,
i+1
r - глубина заложения большего закладного элемента
i
i+1
i+1
i+1
i
i
2
2
необходимо соблюдать для того, чтобы при нагружении осевой силой закладного элемента (i+1), расположенного глубже предыдущего (i-го) с радиусом r, касательные напряжения τ, возникающие по периметру закладного элемента с радиусом r и характеризующие прочность бетона на глубине h (см. фиг.), были заведомо больше, чем τ, возникающие при этой же нагрузке по периметру с r. В противном случае при нагружении одного из закладных элементов по периметру другого начнется разрушение. Например, при нагружении силой F второго закладного элемента (см. фиг.) при равномерном распределении касательного напряжения τ по боковой поверхности второго закладного элемента максимальная неразрушающая нагрузка равна
,
2
где S - площадь боковой поверхности второго закладного элемента,
2
h - глубина заложения второго закладного элемента,
2
r - радиус второго закладного элемента,
- касательное напряжение, соответствующее максимальной неразрушающей нагрузке .
При равномерном распределении давления по площади основания закладного элемента, равной :
,
0
где p - давление, соответствующее максимальной неразрушающей нагрузке .
1
Часть этого давления, воспринимаемая верхним (в данном случае - первым) закладным элементом, имеет равнодействующую F:
,
1
где r - радиус первого закладного элемента.
1
Эта равнодействующая вызывает касательное напряжение по периметру первого закладного элемента τ, равное
1
1
1
1
τ=F/2πrh,
i
где h - глубина заложения первого закладного элемента (см. фиг.).
2
1
2
1.
Отсюда касательное напряжение . Для того чтобы при нагружении второго закладного элемента не превысить напряжение  (соответствующее максимальной неразрушающей нагрузке ) для первого закладного элемента по периметру первого закладного элемента, необходимо, чтобы . Тогда r/r>h/h В противном случае значение , определенное с помощью акустической эмиссии, будет найдено неверно ( уже не будет являться неразрушающей нагрузкой, а разрушение начнется в месте контакта первого закладного элемента с бетоном, по периметру закладного элемента).
Оценка прочности неразрушающим методом в одном и том же объеме материала позволяет исключить из результатов измерений разброс свойств прочности между образцами, а тем самым сократить объем испытаний и повысить достоверность выводов. Таким образом, устраняются оба указанных выше недостатка прототипа.
Гидрофобный антифрикционный слой на плоскостях закладных элементов уменьшает расхождение моментов на конце хвостовика и на периферийной поверхности закладного элемента, материалы и рельеф арматуры по периферии закладных элементов обеспечивают идентичность условий контакта при испытаниях образца и эксплуатации, что повышает точность испытаний. Коаксиальность всех хвостовиков исключает трение хвостовиков о бетон и снижает соответствующие погрешности в определении максимальных неразрушающих нагрузок, что также повышает точность испытаний.
i
i
i+1
i
i+1
i
Реализацию способа с помощью приведенного на фигуре устройства осуществляют следующим образом. Образец 1 предварительно изготавливают твердением бетонной смеси, уложенной в форму 2 со свободным верхним торцом и крышкой 3 на нижнем торце. На эту крышку перед укладкой смеси устанавливают соосно с формой 2 закладные элементы, например 4, 5, 6, с соответствующими коаксиальными с ними хвостовиками-втулками 7. Эти закладные элементы 4, 5, 6 устанавливают соосно друг на друга. На концах втулок 7 выбирают лыски 8 для передачи крутящего момента М. Эти лыски 8 могут образовывать шлиц, паз под шлиц или поверхность под торцевой ключ. Закладные элементы 4, 5, 6 изготовлены из материала арматуры с ее рельефом 9 на периферии и гидрофобным антифрикционным слоем 10 на плоскостях. Удовлетворить требования к периферийной поверхности закладного элемента можно, например, изготовив из исследуемой арматуры в разогретом состоянии кольца наружного радиуса r (он же является радиусом i-го закладного элемента), расточив внутреннюю поверхность и нарезав на ней резьбу для крепления к внутренней цилиндрической части закладного элемента. Слой 10 может быть, например, фторопластовым или кремнеорганическим (силиконовым), полированным после нанесения [Строительные материалы. Учебник для вузов под ред. Г.И.Горчакова. - М: Высшая школа, 1982. С.338, 339]. Закладные элементы 4, 5, 6 закладывают на глубины h, в пределах которых требуется выяснить эффект коррозии так, чтобы соблюдалось соотношение r/r>/h/h; (необходимость соблюдения этого соотношения доказана выше) - см. фиг. После укладки бетонной смеси ее излишек срезают заподлицо с верхним торцом формы 2, а после твердения - заменяют нижнюю крышку 3 сборником 11 фильтрата, возможного при проведении дальнейшего эксперимента, устанавливают верхнюю крышку 12 со штуцером 13 для подачи воды требуемой температуры. При замене крышки 3 сборником 11 целесообразно между образцом 1 и формой 2 нанести слой битума для исключения просачивания воды по границе образца 1 и формы 2. Затем воздействуют на поверхность бетона агрессивной средой с заданными параметрами требуемое время. Перед первым нагружением закладных элементов 4, 5, 6 на форму 2 устанавливают акустические датчики 14 акустико-электронной системы и всю сборку, показанную на чертеже, помещают между поршнем 15 и траверсой 16. Осевое усилие F создают давлением в цилиндре 17 пресса, а передают его на хвостовик того или иного закладного элемента 4, 5, 6 через шток, например 18. Момент М передают также через шток 18 и лыски 8, а создают усилием с известным плечом (динамометрическим ключом). Значения максимальных неразрушающих усилий F° и М° целесообразно определить методом [3], исключающим деградацию прочности. Определив значения  и  до начала испытаний на коррозию и в течение их, по изменению максимальных неразрушающих нагрузок (а, следовательно, и по уменьшению прочности) судят о коррозионной стойкости бетонных изделий.
Способ может быть использован и на массиве бетона в полевых условиях. В этом случае хвостовики выводят на поверхность бетона. В любых вариантах могут быть использованы известные акустико-электронные системы, например АФ-15 (выпуск 1975 г.Кишинев).
Предлагаемый способ позволяет сократить объем испытаний (свести множество испытаний к одному), повысить достоверность результатов и выводов (благодаря точным измерениям предельных нагрузок с помощью акустико-эмиссионного метода), углубить понимание явления и его влияния на другие виды стойкости бетона, связанные с изменением прочности, например на морозостойкость.