СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА
METHOD TO DETERMINE CONCRETE STRENGTH

Изобретение относится к способам по испытаниям строительных материалов из бетона, а именно к определению их механических свойств, в частности прочности, как при промежуточном контроле изделий на стадии формирования физико-механических свойств, так и при обследовании конструкций уже построенных зданий и сооружений.
Существуют разрушающие и неразрушающие методы контроля.
Способы неразрушающей оценки включают в себя методы пластической деформации, упругого отскока, ультразвуковой метод, метод волновых ударов и другие [ГОСТ 22690-88. Бетоны, определение прочности механическими методами неразрушающего контроля].
Известен метод неразрушающего определения прочности бетона при помощи эталонного молотка Кашкарова [Рекомендации по определению прочности бетона эталонным молотком Кашкарова по ГОСТ 22690.2-77]. В соответствии с ГОСТ 22690-88 способ основан на зависимости между прочностью бетона R и величиной косвенной характеристики прочности бетона Н, определяемой как отношение диаметра отпечатка на бетоне к диаметру отпечатка на эталонном стальном стержне.
Известен способ определения прочности бетона методом неразрушающего контроля и устройство для его осуществления, позволяющее определять прочность бетона неразрушающим методом с помощью измерения отпечатка молотка на образце и сопоставляя его с мерительной шкалой на линейке [RU, патент 2145070, G01N 3/00, 3/02, 3/32, G01B 3/02, 2000]. Данный способ принят за прототип.
Задачей предлагаемого изобретения является сокращение времени определения прочности объектов и расширение диапазона применения методов неразрушающего контроля.
ж
а
Определение проводится следующим образом. Готовят растворы стандартной жидкости, в нашем случае водно-спиртовые растворы этанола различных концентраций. На образец наносится капля смачивающей жидкости. По параметрам капли измеряют угол смачивания поверхности θ. Формулируют зависимость cosθ-1=f(1/σ), определяют тангенс угла наклона данной функциональной зависимости . По предварительно полученной зависимости рассчитывают прочность бетонных образцов.
ж
Поверхностное натяжение стандартной жидкости σ устанавливают любым известным способом: методом Ребиндера, методом счета капель и т.д. [Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества: Справочник / А.А.Абрмзон, Л.Е.Боброва, Л.П.Зайченко и др. - Л.: Химия, 1984-392 с., ил.]. В нашем случае использовался метод висящей капли, реализуемый на установке EasyDrop, предназначенной для измерения поверхностного натяжения, межфазного натяжения между двумя жидкостями, а также для измерения краевого угла смачивания между жидкостью и твердой поверхностью. Результаты измерений поверхностного натяжения жидкости различных водно-спиртовых растворов этанола приведены в таблице 1.
Определение угла смачивания поверхности испытуемого материала проводят любым известным способом (цифровым фотографированием, наблюдением под микроскопом), в данном случае использовалась лабораторная установка EasyDrop, принцип измерения которой основан на подсвечивании капли с одной стороны подъемного столика и записи видеокамерой и передачи изображения капли на компьютер (фиг.1). При помощи программного обеспечения DSA1 анализируется форма капли и определяется краевой угол. Рассчитывают косинус угла смачивания и по предварительно построенной калибровочной зависимости определяют прочность бетонных образцов.
Калибровочную зависимость получают следующим образом. Изготовляются балочки размером 40×40×160 мм из раствора цемента и песка при температуре 20°С с применением вибрации в течение 3 мин на площадке с амплитудой 0,35 мм и частотой колебания 3000 в 1 мин [ГОСТ 310.1-76 Цементы. Методы испытаний. Общие положения и ГОСТ 310.4-81 (2003) Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии]. Прочностные характеристики стандартных образцов определяются неразрушающим методом контроля с помощью измерителя прочности бетона ИПС-МГ4.03 после 28 суток выдержки образцов. Для проведения параллельных измерений изготовляются по три стандартных образца шести различных по содержанию песка, цемента и воды смесей. Для всех образцов определяется прочность на сжатие по методике для определения прочности молотком Кашкарова, среди трех образцов смеси определяется среднее значение прочности.
Угол смачивания определяют на установке Easy Drop водно-спиртовым раствором.
ж
Поверхностное натяжение водно-спиртовых растворов определяют методом висячей капли. В испытаниях опытным путем были подобраны физические параметры капли, диаметр капилляра - 1,821 мм. В таблице 1 представлены полученные результаты значений поверхностного натяжения водно-этанольных растворов σ. Все эксперименты проводились при 22±1°С.
Таблица 1
№ п/п
Содержание воды, об.%
(σ<sub>ж</sub>±0,02)×10<sup>3</sup>, H/м
1
0
24,74
2
10
26,61
3
20
27,34
4
30
28,11
5
40
28,42
6
50
31,31
ж
По полученным значениям строят график функциональной зависимости cosθ-1=f(1/σ). Данная зависимость описывается уравнением прямой линии (фиг.2).
ж
2
В таблице 2 приведены коэффициенты а и b уравнения cosθ-1=а×(1/σ)+b, достоверность аппроксимации (R) для каждой серии экспериментов.
Таблица 2
Прочность, МПа
Коэффициенты
<i>a</i>×10<sup>2</sup>
<i>b</i>
31,5
1,98
-0,81
21,8
1,79
-0,73
14,6
1,22
-0,51
12,6
1,17
-0,49
8,2
1,11
-0,46
а
а
b
ж
2
Сопоставляя прочность бетонных образцов со значением тангенса угла наклона прямой , можно выделить прямолинейную зависимость. Функциональная зависимость тангенса угла наклона прямой cosθ-1=×(1/σ)+ от параметра прочности стандартного образца (Р) имеет линейный характер с удовлетворительным значением достоверности аппроксимации (R=0,92). Прочность определяют по следующей зависимости:
<mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>a</mi><mo>−</mo><mn>0,0068</mn></mrow><mrow><mn>0,0004</mn></mrow></mfrac></mrow>
,
где
а
ж
- тангенс угла наклона зависимости cosθ-1=f(1/σ).
Применение способа определения прочности бетона позволит сократить продолжительность измерения за счет сокращения выполняемых операций. Предлагаемый способ позволяет определять прочность на любом этапе набора прочности конструкций, а также в существующих зданиях и сооружениях.