В этой статье мы рассмотрим несколько приборов, которые используются в строительстве, для того чтобы определять прочность бетона методом «Отрыва со скалыванием».

Данный метод позволяет определять прочность любого бетона из неизвестного состава в диапазоне прочностей от 5 до 100 МПа .

Метод «Отрыва со скалыванием » основан на локальном разрушении бетонной конструкции , при котором используется зависимость между приложенной силой и прочности конструкции. Для этого в бетон устанавливается анкерное устройство при заливке, либо после отвердения в высверленное отверстие. После чего, данное анкерное устройство вырывается из конструкции с небольшим куском бетона и в момент отрыва, измеряется приложенная сила, после чего, по полученным данным определяется прочность бетонной конструкции .

Не смотря на то, что при таком методе измерения прочности, из конструкции вырывается небольшая часть материала, данный метод «Отрыва со скалыванием » относится к типу неразрушающих методов оценки прочности бетонных конструкций, хотя и по факту локальное разрушение конструкции всё-таки происходит. А к разрушающим методам относится, например измерение прочности бетонных кубиков под специальным прессом, в процессе которого испытуемый кубик полностью разрушается.

И как раз на основе того, что измерение прочности происходит при непосредственном разрушении, данный метод позволяет получить самые точные результаты, на основе которых позже составляются таблицы для последующего построения зависимостей с результатами других испытаний.

Для проведения испытаний на прочность бетонной конструкции по методу «Отрыва со скалыванием », используется один из следующих приборов:

Каждый из этих приборов отличается друг от друга не только конструкцией, но и областью применения. Рассмотрим каждый из них.

Данный прибор предназначен для определения прочности, как лёгких бетонов , так и тяжёлых. Лёгкие бетоны определяются в диапазоне прочностей от 5 до 40 МПа , а тяжёлые в диапазоне от 10 до 100 МПа .

Для того чтобы использовать данный прибор, нужно соединить его рабочую часть с установленным в конструкцию анкером на глубину около 5,5 сантиметрови поворачивать ручку, которая задействует поршневой насос. Насос в свою очередь вырывает анкер из конструкции и в момент разрушения, считываются показания с установленного на прибор манометра, который в свою очередь может быть как аналоговым, так и электронным. При этом стандартная цена деления манометра равна 0.5 МПа .

Этот прибор чаще всего используется для проверки прочности ячеистого бетона любых строительных конструкций, а так же для проверки прочности пеноситалла и полистиролбетона .

Диапазон измерения прочности данной устройства от 0.5 до 8 МПа , что значительно меньше предыдущего прибора и именно поэтому используют лишь в редких случаях.

Это микропроцессорный прибор для измерения прочности бетона со скалыванием .

Применяют прибор как непосредственно при строительстве, так и при измерении прочности уже построенных зданий.

Данный прибор отличается от первых двух тем, что в него встроен электронный измеритель прилагаемой силы с последующей фиксацией максимального значения, цифровая индикация силы и давления в кН и МПа , а так же измеритель скорости нарастания нагрузки в процессе эксплуатации.

Ещё одна важная отличительная особенность данного прибора, это то, что в нём предусмотрены установки параметров бетона , такие как тяжёлый или лёгкий и предполагаемая прочность, больше или меньше 50 МПа . Такие настройки позволяют увеличить точность измерений и удобство эксплуатации.

Данный прибор по своим характеристикам и областью применения практически полностью совпадет с , но с некоторыми отличиями.

Во-первых, он имеет совершенно иную конструкцию, в которой рабочий цилиндр и насос имеют осевое расположение. А во-вторых, в нём встроено устройство для измерения проскальзывания анкера, а так же имеется возможность передачи полученных измерений на стационарный ПК.

И так же как и в предыдущем приборе, в есть возможность ввода параметров испытуемого бетона , таких как: вид и условия твердения бетона , крупность заполнителя, размер анкера и тип контролирующего изделия.

ПОС 50МГ4 «Скол» (ПОС 30МГ4 «Скол»)

Ещё одна разновидность двух предыдущих приборов, это разновидность «Скол ».

Данный прибор имеет сменные насадки, которые позволяют производить измерения прочности, как методом отрыва анкера, так и методом скалывания ребра конструкции.

По всем остальным параметрам данного прибора, он совпадает с прибором .

Данный прибор имеет практически те же характеристики, что и у, но при этом у него совершенно иная техническая конструкция.

Это прибор, выполненный из лёгких материалов, имеющий две рабочие опоры и двухцилиндровую конструкцию с автоматической установкой оси вырыва. А так же устройство исключающее проскальзывание анкера.

В предлагаемой статье рассмотрены основные методы неразрушающего контроля прочности бетона, применяемые при обследовании конструкций зданий и сооружений. Приведены результаты экспериментов по сопоставлению данных, получаемых неразрушающими методами контроля и испытанием образцов. Показывается преимущество метода отрыва со скалыванием перед другими методами контроля прочности. Описываются мероприятия, без выполнения которых применение косвенных неразрушающих методов контроля недопустимо.

Требуется построить градуировочную зависимость?

Мы выполним все расчеты и поможем построить индивидуальную градуировочную зависимость. Напишите нам, заполните форму ниже.

Форма заявки

Прочность бетона на сжатие является одним из наиболее часто контролируемых параметров при строительстве и обследовании железобетонных конструкций. Имеется большое число методов контроля, применяемых на практике. Более достоверным, сточки зрения авторов, является определение прочности не по контрольным образцам (), изготовляемым из бетонной смеси, а по испытанию бетона конструкции после набора им проектной прочности. Метод испытания контрольных образцов позволяет оценить качество бетонной смеси, но не прочность бетона конструкции. Это вызвано тем, что невозможно обеспечить идентичные условия набора прочности (вибрирование, прогрев и др.) для бетона в конструкции и бетонных кубиков образцов.

Методы контроля по классификации разделены на три группы:

1. Разрушающие;
2. Прямые неразрушающие;
3. Косвенные неразрушающие.

К методам первой группы относится упомянутый метод контрольных образцов, а также метод определения прочности путем испытания образцов, отобранных из конструкций. Последний является базовым и считается наиболее точным и достоверным. Однако при обследовании к нему прибегают довольно редко. Основными причинами этого являются существенное нарушение целостности конструкций и высокая стоимость исследований.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

№	Наименование метода	Диапазон применения*, МПа	Погрешность измерения**
1	Пластической деформации	5 ... 50	± 30 ... 40%
2	Упругого отскока	5 ... 50	± 50%
3	Ударного импульса	10 ... 70	± 50%
4	Отрыва	5 ... 60	нет данных
5	Отрыва со скалыванием	5 ... 100	нет данных
6	Скалывания ребра	10 ... 70	нет данных
7	Ультразвуковой	10 ... 40	± 30 ... 50%
* по требованием ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690; ** по данным источника без построения частной градуировочной зависимости

В основном применяются методы неразрушающего контроля. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по , методы ударного импульса и упругого отскока по . Однако при использовании указанных методов редко соблюдаются требования стандартов по построению частных градуировочных зависимостей. Некоторые исполнители не знают этих требований. Другие знают, но не понимают, насколько велика ошибка результатов измерений при использовании зависимостей, заложенных или прилагаемых к прибору, вместо зависимости, построенной на конкретном исследуемом бетоне. Есть «специалисты», которые знают об указанных требованиях норм,но пренебрегают ими, ориентируясь на финансовую выгоду и неосведомленность заказчика в данном вопросе.

Про факторы, влияющие на ошибку измерения прочности без построения частных градуировочных зависимостей, написано много работ, в том числе приведенные в списке литературы . В табл. 1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона .

В дополнение к обозначенной проблеме использования несоответствующих («ложных») зависимостей обозначим еще одну, возникающую при обследовании. Согласно требованиям обеспечение выборки измерений (параллельных испытаний бетона косвенным и прямым методом) на более чем 30 участках является необходимым, но не достаточным для построения и использования градуировочной зависимости. Необходимо, чтобы полученная парным корреляционнорегрессионным анализом зависимость имела высокий коэффициент корреляции (более 0,7) и низкое СКО (менее 15% от средней прочности). Чтобы данное условие выполнялось, точность измерений обоих контролируемых параметров (например, скорость ультразвуковых волн и прочность бетона) должна быть достаточно высокой, а прочность бетона, по которому строится зависимость, должна изменяться в широком диапазоне.

При обследовании конструкций указанные условия выполняются редко. Во-первых, даже базовый метод испытания образцов нередко сопровождается высокой погрешностью. Во-вторых, за счет неоднородности бетона и других факторов прочность в поверхностном слое (исследуемая косвенным методом) может не соответствовать прочности того же участка на некоторой глубине (при использовании прямых методов). И наконец, при нормальном качестве бетонирования и соответствии класса бетона проектному в пределах одного объекта редко можно встретить однотипные конструкции с прочностью, изменяющейся в широком диапазоне (например, от В20 до В60). Таким образом, зависимость приходится строить по выборке измерений с малым изменением исследуемого параметра.

Рис. 1 . Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн

В качестве наглядного примера вышеуказанной проблемы рассмотрим градуировочную зависимость, представленную на рис.1. Линейная регрессионная зависимость построена по результатам ультразвуковых измерений и испытаний на прессе образцов бетона. Несмотря на большой разброс результатов измерений, зависимость имеет коэффициент корреляции 0,72, что допустимо по требованиям . При аппроксимации функциями, отличными от линейной (степенной, логарифмической и пр.) коэффициент корреляции был менее указанного. Если бы диапазон исследуемой прочности бетона был меньше, например от 30 до 40 МПа (область, выделенная красным цветом), то совокупность результатов измерений превратилась бы в «облако», представленное в правой части рис. 1. Данное облако точек характеризуется отсутствием связи между измеряемым и искомым параметрами, что подтверждается максимальным коэффициентом корреляции 0,36. Иными словами, градуировочную зависимость здесь не построить.

Также необходимо отметить, что на рядовых объектах количество участков измерения прочности для построения градуировочной зависимости сопоставимо с общим количеством измеряемых участков. В данном случае прочность бетона может быть определена по результатам только прямых измерений, а в градуировочной зависимости и использовании косвенных методов контроля уже не будет смысла.

Таким образом, без нарушения требований действующих норм для определения прочности бетона при обследовании в любом случае необходимо в том или ином объеме использовать прямые неразрушающие либо разрушающие методы контроля . Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рассмотрим прямые методы контроля.

Метод отрыва со скалыванием занимает в ряду методов определения прочности бетона особое место. Считаясь неразрушающим методом, метод отрыва со скалыванием по своей сущности является разрушающим методом контроля бетона, так как прочность бетона оценивается по усилию, необходимому для разрушения небольшого объема бетона, что позволяет наиболее точно оценить его фактическую прочность. Поэтому этот метод применяется не только для определения прочности бетона неизвестного состава, но и может служить для построения градуировочных зависимостей для других методов неразрушающего контроля. Этот метод применяется на тяжелые бетоны и конструкционные бетоны на легких заполнителях в монолитных и сборных бетонных и железобетонных изделиях, конструкциях и сооружениях и устанавливает метод испытания бетона и определения его прочности на сжатие путем местного разрушения бетона при вырыве из него специального анкерного устройства. Такой метод испытания бетона отрыв со скалыванием позволяет определить прочность на сжатие для бетонов в диапазоне прочностей от 5,0 до 100,0 МПа. При разработке стандарта использованы материалы ГОСТ 22690-88.

Одним из наиболее распространенных и эффективных способов быстрого измерения прочности бетона на сжатие или его марку, является измерение склерометром, или как его еще называют, молоток Шмидта.

Соответствие Марки и Класса бетона показаниям шкалы склерометра (молотка Шмидта) по направлению удара в соответствии с графиком тарировочной кривой
Марка бетона, М Класс бетона,
B Вертикально сверху, ед Горизонтально, ед. Вертикально снизу, ед
М100 7,5 10 13 20
- 10 12 18 23
М150 12,5 20 24 28
М200 15 24 28 32
М250 20 30 34 38
М300 22,5 34 37 41
М350 27,5 38 41 45
М400 30 41 43 47
М450 35 44 47 50
М500 40 47 49 52
М600 45 49 52 55

ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам
ГОСТ 18105-86 Бетоны. Правила контроля прочности
ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определения прочности механическими методами неразрушающего контроля

Еще один метод испытания бетона - отрыв со скалыванием. Данный метод заключается в определении степени усилия, которое необходимо для скалывания участка бетона на ребре конструкции. Иногда данный метод заключается в местном разрушении бетона: в рамках данного метода вырывается анкерное устройство. Метод отрыва со скалыванием - это самый точный, но и самый трудоемкий способ контроля, поскольку для установки анкера требуется подготовка специальных шпуров. Более того, такой метод недостаточно универсален: он неприменим в рядах конструкций.

«Прометей» рекомендует метод определения прочности бетона отрывом со скалыванием в натурных обследованиях. Такие методы испытания бетона отрывом также идеальны при освидетельствовании на этапах строительства, приемки, эксплуатации и реконструкции строительных объектов, а также при изготовлении сборных изделий на предприятиях производства железобетонных изделий.

Испытание механических свойств бетона в лабораторных условиях

Для таких материалов, как бетоны, определение прочности механическими методами неразрушающего контроля желателен контроль достоверности результатов путем сопоставления данных, полученных прямым и косвенным путем. Проведением такого рода исследований занимается лаборатория механических испытаний при ООО «Прометей».

В лабораторных условиях производятся физико-механические испытания образцов бетона с применением всех известных подходов, включая базовый разрушающий метод контроля бетона, методы ударного импульса и упругого отскока. Важно, чтобы измерения вел квалифицированный лаборант механических испытаний - влияние человеческого фактора должно быть сведено к минимуму.

Как показывают механические испытания материалов, косвенные методы механических испытаний завышают прочностные характеристики карбонизированного бетона на 40–60%, а наиболее достоверным признан метод отрыва со скалыванием.

Метод отрыва со скалыванием: преимущества и ограничения

Все современные стандарты включают в программу натурных обследований ЖБК механические испытания бетона отрыв со скалыванием.

На практике отрыв со скалыванием дает ряд преимуществ:

• возможность установки приборов на плоские участки без ребра;
• независимость от электроснабжения;
• толерантность к низким температурам;
• контроль прочности бетонов класса В50 и выше;
• быстрое и удобное крепление оборудования.

Если кривизна блока не препятствует подключению прибора к анкеру, определение прочности бетона отрывом со скалыванием может производиться и на неровных бетонных поверхностях (от 5 мм). Густое армирование бетона затрудняет испытания на механическую прочность посредством данного метода; при этом толщина бетона в участке измерения не должна быть меньше удвоенной длины анкера.

Используемое оборудование

ПОС-50МГ4"Скол" предназначен для неразрушающего контроля прочности бетона методами скалывания ребра, отрыва со скалыванием и отрыва стальных дисков по ГОСТ 22690-88.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург)

В предлагаемой статье рассмотрены основные методы неразрушающего контроля прочности бетона, применяемые при обследовании конструкций зданий и сооружений. Приведены результаты экспериментов по сопоставлению данных, получаемых неразрушающими методами контроля и испытанием образцов. Показывается преимущество метода отрыва со скалыванием перед другими методами контроля прочности. Описываются мероприятия, без выполнения которых применение косвенных неразрушающих методов контроля недопустимо.

Прочность бетона на сжатие является одним из наиболее часто контролируемых параметров при строительстве и обследовании железобетонных конструкций. Имеется большое число методов контроля, применяемых на практике. Более достоверным, сточки зрения авторов, является определение прочности не по контрольным образцам (ГОСТ 10180-90), изготовляемым из бетонной смеси, а по испытанию бетона конструкции после набора им проектной прочности. Метод испытания контрольных образцов позволяет оценить качество бетонной смеси, но не прочность бетона конструкции. Это вызвано тем, что невозможно обеспечить идентичные условия набора прочности (вибрирование, прогрев и др.) для бетона в конструкции и бетонных кубиков образцов.

Методы контроля по классификации ГОСТ 18105-2010 ("Бетоны. Правила контроля и оценки прочности") разделены на три группы:

• Разрушающие;
• Прямые неразрушающие;
• Косвенные неразрушающие.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

№	Наименование метода	Диапазон применения*, МПа	Погрешность измерения**
1	Пластической деформации	5 - 50	± 30 - 40%
2	Упругого отскока	5 - 50	± 50%
3	Ударного импульса	10 - 70	± 50%
4	Отрыва	5 - 60	Нет данных
5	Отрыва со скалыванием	5 - 100	Нет данных
6	Скалывания ребра	5 - 70	Нет данных
7	Ультразвуковой	5 - 40	± 30 - 50%

*По требованиям ГОСТ 17624-87 и ГОСТ 22690-88;

**По данным источника без построения частной градуировочной зависимости

К методам первой группы относится упомянутый метод контрольных образцов, а также метод определения прочности путем испытания образцов, отобранных из конструкций. Последний является базовым и считается наиболее точным и достоверным. Однако при обследовании к нему при бегают довольно редко. Основными причинами этого являются существенное нарушение целостности конструкций и высокая стоимость исследований.

В основном применяются методы определения прочности бетона неразрушающим контролем. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-87, методы ударного импульса и упругого отскока по ГОСТ 22690-88. Однако при использовании указанных методов редко соблюдаются требования стандартов по построению частных градуировочных зависимостей. Некоторые исполнители не знают этих требований.

Другие знают, но не понимают, насколько велика ошибка результатов измерений при использовании зависимостей, заложенных или прилагаемых к прибору, вместо зависимости, построенной на конкретном исследуемом бетоне. Есть «специалисты», которые знают об указанных требованиях норм, но пренебрегают ими, ориентируясь на финансовую выгоду и неосведомленность заказчика в данном вопросе.

Про факторы, влияющие на ошибку измерения прочности без построения частных градуировочных зависимостей, написано много работ. В табл.1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона.

В дополнение к обозначенной проблеме использования несоответствующих ("ложных") зависимостей обозначим еще одну, возникающую при обследовании. Согласно требованиям СП 13-102-2003 обеспечение выборки измерений (параллельных испытаний бетона косвенным и прямым методом) на более чем 30 участках является необходимым, но не достаточным для построения и использования градуировочной зависимости. Необходимо, чтобы полученная парным корреляционно- регрессионным анализом зависимость имела высокий коэффициент корреляции (более 0,7) и низкое СКО (менее 15% от средней прочности). Чтобы данное условие выполнялось, точность измерений обоих контролируемых параметров (например, скорость ультразвуковых волн и прочность бетона) должна быть достаточно высокой, а прочность бетона, по которому строится зависимость, должна изменяться в широком диапазоне.

При обследовании конструкций указанные условия выполняются редко. Во-первых, даже базовый метод испытания образцов нередко сопровождается высокой погрешностью. Во-вторых, за счет неоднородности бетона и других факторов прочность в поверхностном слое (исследуемая косвенным методом) может не соответствовать прочности того же участка на некоторой глубине (при использовании прямых методов). И наконец, при нормальном качестве бетонирования и соответствии класса бетона проектному в пределах одного объекта редко можно встретить однотипные конструкции с прочностью, изменяющейся в широком диапазоне (например, от В20 до В60). Таким образом, зависимость приходится строить по выборке измерений с малым изменением исследуемого параметра.

В качестве наглядного примера вышеуказанной проблемы рассмотрим градуировочную зависимость, представленную на рис. 1. Линейная регрессионная зависимость построена по результатам ультразвуковых измерений и испытаний на прессе образцов бетона. Несмотря на большой разброс результатов измерений, зависимость имеет коэффициент корреляции 0,72, что до-пустимо по требованиям СП 13-102-2003 . При аппроксимации функциями, отличными от линейной (степенной, логарифмической и пр.) коэффициент корреляции был менее указанного. Если бы диапазон исследуемой прочности бетона был меньше, например от 30 до 40 МПа (область, выделенная красным цветом), то совокупность результатов измерений превратилась бы в «облако», представленное в правой части рис. 1. Данное облако точек характеризуется отсутствием связи между измеряемым и искомым параметрами, что подтверждается максимальным коэффициентом корреляции 0,36. Иными словами, градуировочную зависимость здесь не построить.

РИС. 1. Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн

Также необходимо отметить, что на рядовых объектах количество участков измерения прочности для построения градуировочной зависимости сопоставимо с общим количеством измеряемых участков. В данном случае прочность бетона может быть определена по результатам только прямых измерений, а в градуировочной зависимости и использовании косвенных методов контроля уже не будет смысла.

Таким образом, без нарушения требований действующих норм для определения прочности бетона при обследовании в любом случае необходимо в том или ином объеме использовать прямые неразрушающие либо разрушающие методы контроля. Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рас- смотрим прямые методы контроля.

К данной группе по ГОСТ 22690-88 относится три метода:

Метод отрыва

Метод отрыва основан на измерении максимального усилия, необходимого для отрыва фрагмента бетонной конструкции. Отрывающая нагрузка прилагается к ровной поверхности испытываемой конструкции за счет приклеивания стального диска (рис. 2), имеющего тягу для соединения с прибором. Для приклеивания могут использоваться различные клеи на эпоксидной основе. В ГОСТ 22690-88 рекомендуются клеи ЭД20 и ЭД16 с цементным наполнителем.
На сегодняшний день могут применяться современные двухкомпонентные клеи, производство которых хорошо налажено (POXIPOL, «Контакт», «Момент» И др.). В отечественной литературе по испытанию бетона методика испытания предполагает приклеивание диска к участку испытания без дополнительных мероприятий по ограничению зоны отрыва. В таких условиях площадь отрыва является непостоянной и должна определяться после каждого испытания. В зарубежной практике перед испытанием участок отрыва ограничивается бороздой, создаваемой кольцевыми сверлами (коронками). В данном случае площадь отрыва постоянна и известна, что увеличивает точность измерений.

После отрыва фрагмента и определения усилия определяется прочность бетона на растяжение (R(bt)) , по которой с помощью пересчета по эмпирической зависимости может быть определена прочность на сжатие (R). Для перевода можно воспользоваться выражением, указанным в пособии:

Для метода отрыва могут применяться различные приборы, используемые и для метода отрыва со скалыванием, такие как , ОНИКС-ОС, ПИБ, DYNA (рис. 2), а также старые аналоги: ГПНВ-5 , ГПНС-5 . Для проведения испытания необходимо наличие захватного устройства, соответствующего тяге, расположенной на диске.

Рис. 2. Прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону

В России метод отрыва не нашел широкого распространения. Об этом свидетельствует и отсутствие серийно выпускаемых приборов, приспособленных для крепления к дискам, а также самих дисков. В нормативных документах отсутствует зависимость для перехода от усилия вырыва к прочности на сжатие. В новом ГОСТ 18105-2010 , а также предшествующем ГОСТ Р 53231-2008 метод отрыва не включен в перечень прямых методов неразрушающего контроля и вообще не упоминается. Причиной этому, по всей видимости, является ограниченный температурный диапазон применения метода, что связано с продолжительностью твердения и (или) невозможностью использования эпоксидных клеев при низкой температуре воздуха. Большая часть России расположена в более холодных климатических зонах, чем страны Европы, поэтому данный метод, широко при меняемый в европейских странах, в нашей стране не используется. Другим отрицательным фактором является необходимость сверления борозды, что дополнительно снижает производительность контроля.

Рис. 3. Испытание бетона методом отрыва со скалыванием

Данный метод имеет много общего с описанным выше методом отрыва. Основным отличием является способ крепления к бетону. Для приложения отрывающего усилия используются лепестковые анкеры различных размеров. При обследовании конструкций анкеры закладываются в шпур, пробуренный на участке измерения. Так же, как и при методе отрыва, измеряется разрушающее усилие (Р). Переход к прочности бетона на сжатие осуществляется по указанной в ГОСТ 22690 зависимости: R=m 1 .m 2 .P , где m 1 — коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя, m 2 — коэффициент перехода к прочности на сжатие, зависящий от вида бетона и условий твердения.

В нашей стране данный метод нашел, пожалуй, самое широкое распространение благодаря своей универсальности (табл.1), относительной простоте крепления к бетону, возможности испытания практически налюбом участке конструкции. Основными ограничениями для его применения являются густое армирование бетона и толщина испытываемой конструкции, которая должна быть больше, чем удвоенная длина анкера. Для выполнения испытаний могут использоваться приборы, указанные выше.

Таблица 2. Сравнительные характеристики прямых методов неразрушающего контроля

Преимущества	Метод
	Отрыв	Отрыв со скалыванием	Скалывание ребра
Определение прочности бетонов классом более В60	-	+	-
Возможность установки на неровную поверхность бетона (неровности более 5 мм)	-	+	-
Возможность установки на плоский участок конструкции (без наличия ребра)	+	+	-
Отсутствие потребности в источнике электроснабжения для установки	+*	-	+
Быстрое время установки	-	+	+
Работа при низких температурах воздуха	-	+	+
Наличие в современных стандартах	-	+	+

*Без сверления борозды, ограничивающей участок отрыва.

Помимо более простого и быстрого крепления к бетону конструкции по сравнению с методом отрыва, не требуется обязательное наличие ровной поверхности. Главным условием является необходимость того, чтобы кривизна поверхности была достаточной для установки прибора на тягу анкера. В качестве примера на рис. 3 представлен прибор ПОС-МГ4 , установленный на деструктированную поверхность устоя гидротехнического сооружения.

Метод скалывания ребра

Последним прямым методом неразрушающего контроля является модификация метода отрыва — метод скалывания ребра. Основное отличие заключается в том, что прочность бетона определяют по усилию (Р), необходимому для скалывания участка конструкции, расположенному на внешнем ребре. В нашей стране долгое время выпускались приборы типа ГПНС-4 и ПОС-МГ4 Скол, конструкция которых предполагала обязательное наличие двух рядом расположенных внешних углов конструкции.

Захваты прибора подобно струбцине крепились на испытываемый элемент, после чего через захватывающее устройство прилагалось усилие к одному из ребер конструкции. Таким образом, испытание можно было проводить только на линейных элементах (колонны, ригели) или в проемах на краях плоских элементов (стены, перекрытия). Несколько лет назад была разработана конструкция прибора, которая позволяет устанавливать его на испытываемый элемент с наличием только одного внешнего ребра. Закрепление осуществляется к одной из поверхностей испытываемого элемента при помощи анкера с дюбелем. Данное изобретение несколько расширило диапазон применения прибора, но одновременно с этим уничтожило основное преимущество метода скалывания, которое заключалось в отсутствии необходимости сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность бетона на сжатие при использовании метода скалывания ребра определяется по нормированной зависимости: R=0,058 .m .(30P+P 2) ,

где m — коэффициент, учитывающий крупность заполнителя.

Для наглядности сравнения характе-ристики прямых методов контроля представлены в табл. 2.

По данным, приведенным в таблице, видно, что наибольшим числом преимуществ характеризуется метод отрыва со скалыванием.

Однако, несмотря на возможность применения данного метода по указаниям норм без построения частной градуировочной зависимости, у многих специалистов возникает вопрос о точности получаемых результатов и соответствии их прочности бетона, определяемой методом испытания образцов. Для исследования этого вопроса, а также сопоставления результатов измерений, полученных прямым методом, с результатами измерений косвенными методами проведен эксперимент, опиcанный далее.

Результаты сравнения методов

В лаборатории «Обследование и испытание зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «СПБГПУ» были проведены исследования при использовании различных методов контроля. В качестве объекта исследования использован фрагмент бетонной стены, выпиленный алмазным инструментом. Габариты бетонного образца — 2,0×1,О х 0,3 м.

Армирование выполнено двумя сетками арматуры диаметром 16 мм, расположенной с шагом 100 мм с величиной защитного слоя 15-60 мм. В исследуемом образце применен тяжелый бетон на заполнителе из гранитного щебня фракции 20-40.

Для определения прочности бетона использован базовый разрушающий метод контроля. Из образца с помощью установки алмазного сверления выбурены 11 кернов различной длины диаметром 80 мм. Из кернов изготов- лены 29 образцов — цилиндров, удовлетворяющих по своим размерам требованиям ГОСТ 28570-90 ("Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций"). По результатам испытания образцов на сжатие выявлено, что среднее значение прочности бетона составило 49,0 МПа. Распределение значений прочности подчиняется нормальному закону (рис. 4). При этом прочность исследуемого бетона имеет высокую неоднородность с коэффициентом вариации 15,6% и СКО равным 7,6 МПа.

Для неразрушающего контроля применены методы отрыва, отрыва со скалыванием, упругого отскока и ударного импульса. Метод скалывания ребра не применялся по причине близкого расположения арматуры к ребрам образца иневозможности выполнения испытаний. Ультразву- ковой метод не использован, так как прочность бетона выше допустимого диапазона для применения данного метода (табл.1). Выполнение измере- ний всеми методами производилось на грани образца, срезанной алмазным инструментом, что обеспечива- ло идеальные условия с точки зрения ровности поверхности. Для определе- ния прочности косвенными методами контроля использовались градуиро- вочные зависимости, имеющиеся в паспортах приборов, или заложен- ные в них.

На рис. 5. представлен процесс измерения методом отрыва. Результаты измерений всеми методами представлены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты измерения прочности различными методами

№ п/п	Метод контроля (прибор)	Количество измерений, n	Среднее значение прочности бетона, Rm, МПа	Коэффициент вариации, V, %
1	Испытание на сжатие в прессе (ПГМ-1000МГ4)	29	49,0	15,6
2	Метод отрыва со скалыванием (ПОС-50МГ4)	6	51,1	4,8
3	Метод отрыва (DYNA)	3	49,5	-
4	Метод ударного импульса (Silver Schmidt)	30	68,4	7,8
5	Метод ударного импульса (ИПС-МГ4)	7 (105)*	78,2	5,2
6	Метод упругого отскока (Beton Condtrol)	30	67,8	7,27

*Семь участков по 15 измерений на каждом.

По данным, представленным в табли-це, можно сделать следующие выводы:
среднее значение прочности, по-лученной испытанием на сжатие и прямыми методами неразрушающего контроля, различается не более чем 5%;
по результатам шести испытаний методом отрыва со скалыванием разброс прочности характеризуется низким значением коэффициента вариации 4,8%;
результаты, полученные всеми кос-венными методами контроля, за-вышают прочность на 40-60%. Одним из факторов, приведших к дан-ному завышению, является карбонизация бетона, глубина которой на исследуемой поверхности образца составила 7 мм.

Выводы

1. Мнимая простота и высокая про-изводительность косвенных методов неразрушающего контроля теряются при выполнении требований построения градуировочной зависимости и учете (устранении) влияния факторов, искажающих результат. Без выполнения этих условий данные методы при обсле-довании конструкций можно при менять только для качественной оценки проч-ности по принципу «больше — меньше».
2. Результаты измерений прочности базовым методом разрушающего конт-роля путем сжатия отбираемых образ-цов также могут сопровождаться боль шим разбросом, вызванным как не-однородностью бетона, так и другими факторами.
3. Учитывая повышенную трудоем- кость разрушающего метода и под- твержденную достоверность результа- тов, получаемых прямыми методами неразрушающего контроля, при обсле- довании рекомендуется при менять по- следние.
4. Среди прямых методов неразру- шающего контроля оптимальным по большинству параметров является ме- тод отрыва со скалыванием.

Рис. 4. Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие.

Рис. 5. Измерение прочности методом отрыва.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург), журнал "Мир строительства и недвижимости, №47, 2013 г.

Способность бетона противостоять механическому и температурному воздействию называется прочностью. Эта важнейшая характеристика, влияющая на эксплуатационные параметры конструкции.

Все правила, касающиеся проведения испытаний бетона на растяжение, сжатие и изгиб прописаны в ГОСТ18105-86. Важной характеристикой надежности материала выступает коэффициент вариации, характеризующий однородность смеси (Vm).

где S m - квадратичное отклонение прочности, R m – прочность бетона в партии.

Согласно ГОСТ10180-67 определяется кубиковая прочность материала при сжатии. Она вычисляется при сжатии контрольных образцов-кубов, имеющих ребра жесткости в возрасте 28 дней. Для класса В25 и выше призменный показатель должен равняться 0,75, для составов классом ниже В25 – 0,8.

Требования по расчетной прочности кроме ГОСТов прописаны еще и в СНиПах. Например, распалубный показатель незагруженных горизонтальных конструкций, имеющих пролет менее 6 метров, должен быть не менее 70% от проектной прочности, если длина пролета превышает 6 метров – 80%.

Испытание образцов дает возможность определить качество смеси, но не характеристики бетона в составе конструкции. Проводятся такие исследования согласно ГОСТ18105-2010 и используют следующие методы:

• разрушающие,
• косвенные разрушающие,
• прямые разрушающие.

Значительной популярностью пользуются прямые методы неразрушающего контроля. К основным методам данного типа относят ультразвуковые или механические.

Методы контроля прочности бетона по ГОСТ22690-88

• отрыв;
• отрыв со скалыванием;
• скалывание ребра.

Инструменты, необходимые для проведения исследований

• электронный блок;
• прибор для отрыва с устройством для приклеивания к бетону;
• датчики;
• дюбели и анкеры;
• эталонный металлический стержень.

График отражает набор прочности материала во времени, при этом линия A – это вакуумная обработка, B - естественное твердение, C – изменение показателя после прохождения вакуумной обработки.

Проверка прочности бетона методом отрыва

В основе данного типа исследования лежит измерение максимального усилия для отрыва части бетонной конструкции. Причем отрывающая нагрузка должна применяться к ровной поверхности путем приклеивания диска прибора. Для приклеивания используют клеевые составы на эпоксидной основе. В ГОСТ22690-88 указываются клеи ЭД16 и ЭД20 с цементным наполнителем. Также можно применять двухкомпонентные составы. Площадь отрыва определяется после проведения каждого испытания. После отрыва и вычисления усилия измеряют прочность бетона (Rbt) на растяжение. Используя эмпирическую зависимость и данный показатель, можно вычислить показатель R - прочность на сжатие. Для этого следует воспользоваться формулой:

Rbt = 0,5 ∛ (R^2)

Отрыв со скалыванием

После отвердения бетона в заранее высверленное отверстие ставят анкерное устройство, после чего вырывают его с частью бетона. Этот метод во многом схож с описанным ранее. Основное отличие - способ крепления инструмента к поверхности. Отрывающее усилие создается за счет лепестковых анкеров. Анкер укладывается в шпур и измеряется P - разрушающее усилие. В ГОСТ 22690 указан переход прочности бетонного состава на сжатие по формуле:

R = m1 * m2 *P,

где m2 – коэффициент перехода прочности на сжатие, зависящий от условий затвердевания и вида бетона, m1 – коэффициент, отражающие максимальные параметры большого заполнителя (сыпучие каменные материалы).

Ограничениями для использования данного способа исследования является густое армирование и незначительная толщина конструкции. Толщина поверхности должна превышать удвоенную длину анкера.

Метод скалывания ребра

Прочность бетона при данном методе определяется по усилию (P), требуемому для скалывания части конструкции, размещенной на ребре внешней стороны. Прибор крепится на поверхности с помощью анкерного болта с дюбелем. Для определения показателя используется следующая формула:

R = 0,058 * m * (30P + P2),

где под m понимают коэффициент, отражающий крупность заполнителя.

Ультразвуковой метод

Действие ультразвуковых приборов контроля основано на взаимосвязи между скоростью, с которой распространяются волны по конструкции и ее прочностью. На основе данного метода определено, что скорость, также как и время распространения волн отвечают прочности бетона.

Для сборных линейных конструкций применяется метод сквозного просвечивания. При этом ультразвуковые преобразователи располагаются с противоположных сторон конструкции. Плоские, многопустотные и ребристые плиты перекрытия, а также стеновые панели исследуют поверхностным просвечиванием, при котором волновой преобразователь (дефектоскоп) ставят с одной стороны конструкции.

Для обеспечения максимального акустического контакта с рабочей поверхностью выбирают вязкие контактные материалы (например, солидол). Возможен сухой вариант с применением протекторов и конусных насадок. Инсталляция ультразвуковых приборов производится на удалении не менее 3 см от края.

Испытания проводятся согласно ГОСТ22690.2-77. Определение прочности бетона производится в пределах 5-50 Мпа. По ровной испытываемой поверхности наносится удар, в результате чего образуются два отпечатка: на эталонном металлическом стержне и на поверхности основания. С каждым ударом стержень перемещают на 10 мм в отверстие корпуса молотка. Удары по основанию наносятся через белую копировальную бумагу. Для измерения отпечатков на бумаге используют угловой масштаб.

Для исследований на основе упругого отскока используют молоток Шмидта, пистолеты Борового, ЦНИИСКа, склерометр КМ со стержневым ударником. Взвод и пуск бойка происходят автоматически в момент прикосновения ударника к испытываемому основанию. Величина отскока бойка фиксируются специальным указателем на шкале аппарата.