Способ определения прочности бетона при раскалывании
METHOD FOR DETERMINING STRENGTH OF CONCRETE WHEN FRACTURING

Изобретение относится к области определения и контроля качества строительных материалов и конструкций, а именно к разрушающему методу определения физико-механических свойств бетонов в конструкциях -прочности на сжатие, на растяжении при изгибе и при раскалывании. Метод может быть использован при производственном, экспертном и лабораторном определении и контроле прочности бетонов и строительных растворов в конструкциях и изделиях.
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 (напряженно-деформированных состояниях).
Известен стандартизированный способ определения прочности бетона при раскалывании, включающий изготовление или выбуривание из конструкции бетонного образца - цилиндра, отобранного из конструкции, и испытание его на раскалывание путем приложения разрушающей нагрузки к боковой поверхности по всей образующей образца с двух диаметрально расположенных сторон до раскалывания с последующим расчетом прочности [1].
Недостатками известного разрушающего метода определения прочности бетона является следующее:
-В густоармированных конструкциях часто затруднено выбуривание керна диаметром не менее 3-х кратного размера крупного заполнителя, но не менее (70-100 мм) 44 мм, без ослабления арматурного каркаса конструкции. Повреждение арматурных стержней при выбуривании может привести к снижению надежности железобетонной конструкции.
- Чем больше диаметр керна, тем на большую глубину необходимо забуриваться для отбора одной серии образцов. В среднем глубина составляет не менее 220 мм. Для некоторых особо ответственных конструкций с небольшим рабочим сечением, а также тонкостенных и тонкослойных конструкций, создание такого «дефекта» в монолитном теле бетона конструкции неприемлемо с точки зрения целостности конструкции, а также обеспеченности ее эксплуатационной надежности.
- Для отбора одной серии образцов необходимо затратить работу на высверливание керна, равную истиранию определенного объема бетона. Величину этого объема определяют следующие параметры: диаметр образца, глубина реза, толщина режущего сегмента. Соответственно при уменьшении каждого из параметров работа на отбор кернов может быть уменьшена.
- В ряде случаев, в том числе и при густом армировании, уплотнение бетона внешних слоев конструкции отличается от уплотнения бетона по основному сечению конструкции. Поэтому определение прочности бетона конструкции с использованием стандартной методики (ГОСТ 28570) по кернам, отобранным в пределах защитного слоя бетона конструкции, будет не корректным, т.к. прочность по высоте отобранного образца будет не одинаковой, что приведет к искажению результатов.
При испытании кернов высверленных из монолитных конструкций, особенно с применением высокопрочного бетона, существенное влияние на результат испытаний оказывает качество подготовки опорных поверхностей контрольных образцов. Причем влияет не только плоскостность опорных поверхностей, но и их шероховатость, что отражается на однородности результатов испытаний.
Наиболее близкий к предлагаемому способу является способ испытаний бетона с приложением разрушающей нагрузки на цилиндрический образец в двух диаметрально расположенных точках при помощи двух цилиндрических колющих прокладок. (Патент №2510001 Анцибор А.В., Бруссер М.И. Способ определения прочности бетона при раскалывании).
Недостатком известного метода является нестабильность расположения плоскости раскола, которая имеет степень свободы при наличии двух точек-концентраторов напряжения. Это снижает стабильность условий напряженно-деформированного состояния, способствует формированию плоскости раскола образца с прохождением раскола через около расположенные дефекты структуры (каверны, ослабленные контактные зоны включений крупного заполнителя и т.п.) и не позволяет выдерживать минимальное расстояние между соседними участками испытаний на одном образце-цилиндре, тем самым ограничивая эффективность сбора информации о прочностных свойствах с удельной единицы длины каждого отобранного образца строительного материала.
Техническая задача заключается в разработке нового метода контроля качества бетона в конструкциях, позволяющего снизить влияние технологических, методических и метрологических факторов и повысить точность испытаний при упрощении методики испытаний.
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 в трех точках, расположенных по окружности поперечного сечения под углом друг к другу 120 градусов, путем установки с трех сторон перпендикулярно оси образца колющих цилиндрических прокладок, с последующим расчетом прочности, отличающийся тем, что при испытании образца разрушающую нагрузку прикладывают к боковой поверхности образца в трех диаметрально расположенных точках, путем установки в трех точках, расположенных по окружности поперечного сечения под углом друг к другу 120 градусов, путем установки с трех сторон перпендикулярно оси образца колющих цилиндрических прокладок (Фиг. 1).
Предлагаемый способ испытания образцов отличается установкой дополнительной третьей колющей прокладки, а также расположением колющих прокладок под углом 60 градусов друг к другу.
Предлагаемый способ обеспечивает возможность отбора образцов малых диаметров (рекомендуемый диапазон диаметров - 20-30 мм) и испытание их на сопротивление минимальной разрушающей нагрузке, приложенной к образующим цилиндра через три 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. Ограничения по крупности заполнителя, расположенного в плоскости раскола, не актуальны при испытании мелкозернистых бетонов и строительных растворов.
Возникающая неоднородность результатов испытаний, при данной схеме нагружения, в следствие неоднородности структуры бетона и малого размера испытываемого фрагмента строительного материала, решается путем увеличения контрольных образцов в серии и количества испытаний, а так же статистической отбраковкой аномальных результатов.
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 состояния к прочности при 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 и параллельным испытанием цилиндров, высверленных из стандартных контрольных образцов-близнецов бетона или раствора испытываемой серии.
Порядок осуществления способа испытаний.
Способ испытаний поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема нагружения бетонного цилиндрического образца. Способ осуществляют следующим образом:
- Изготавливают образец (1) бетона цилиндрической формы, либо путем формования, либо путем выбуривания из тела конструкции или изделия, или контрольного образца куба;
- Устанавливают образец (1) в испытательном прессе между колющими цилиндрическими прокладками (2) согласно фиг. 1. Оси колющих прокладок должны быть расположены в одной плоскости и перпендикулярно оси испытываемого образца;
- Производят плавное нагружение образца, согласно схеме на фиг 1, до раскалывания по предполагаемой линии разрушения (3);
- Определяют прочность образца на раскалывание путем деления разрушающего усилия на площадь поперечного сечения цилиндра;
- Осуществляют переход к прочности испытываемого материала при других напряженно-деформированных состояниях путем умножения на экспериментально установленный переходной коэффициент к.
Для подтверждения работоспособности предлагаемого способа были проведены серии экспериментов, в которых устанавливалась взаимосвязь между прочностью мелкозернистого бетона для ремонта железобетонных конструкций на примере ремонтных материалов одного из зарубежных производителей (Мапей) при испытаниях на растяжение при изгибе в образцах-призмах 40×40×160 мм, прочностью образцов цилиндров диаметром 20 мм на прочность при раскалывании по предлагаемой схеме и прочностью половинок призм 40×40×160 мм на осевое сжатие через прокладки стандартного сечения по ГОСТ 310.4-81. Условия твердения материала контрольных образцов, участвовавших в эксперименте, соответствовали реальным условиям твердения ремонтного материала в конструкциях на строительном объекте. После статистической обработки результатов испытаний установлены корреляционные зависимости для испытываемого материала:
«прочность на раскалывание по предлагаемой схеме - прочность при осевом сжатии» (Фиг 2);
«прочность на раскалывание по предлагаемой схеме - прочность при растяжении при изгибе» (Фиг 3);
«прочность при осевом сжатии - прочность при растяжении при изгибе» (Фиг 4).
Данные экспериментов для построения зависимостей приведены в таблице 1. Статистическая обработка полученных экспериментальных данных выполнена по методике установления градуировочных корреляционных зависимостей приведенных в ГОСТ 17624-2012. Данные статистической обработки результатов приведены в таблице 2.