Обзор методов контроля качества бетона в монолитном домостроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский Государственный Строительный Университет

Кафедра « Испытания сооружений »

Реферат по теме: «Обзор методов контроля качества бетона в монолитном домостроении»

Работу выполнила: Зурабян Луиза

Москва 2012

Введение

Объемы строительства зданий из монолитного железобетона растут постоянно - сооружения высотой более 20 этажей явление для нашего времени уже рядовое. Значительная часть различных нагрузок действует с момента возведения фундамента здания, и это требует обеспечения высокого уровня качества всех показателей конструкций.

При создании проекта несущих конструкций сооружений проектировщик закладывает фактическую прочность бетона и армирование, соответственно, и геометрические размеры должны соответствовать значениям, заложенным в проекте проектным.

Любой материал, бетон в том числе, со временем стареет и изнашивается, теряет свои свойства. И необходимы неразрушающие методы проверки прочности бетона конструкций для анализа состояния сооружений.

Одной из основных характеристик бетона является его прочность. В соответствии с действующими нормативными документами контроль прочности бетона может производиться следующими методами.

Обзор методов неразрушающего контроля прочности бетона

Одной из основных характеристик бетона является его прочность. В соответствии с действующими нормативными документами контроль прочности бетона может производиться следующими методами.

1. Метод стандартных образцов. Образцы кубической или цилиндрической формы, изготовленные из бетонной смеси, испытывают через 28 суток после изготовления. В России и странах СНГ в качестве контрольных образцов используются кубы размером 100x100x100 мм, 150x150x150 мм, 200x200x200 мм и балочки, размером 100x100x400 мм или 150x150x600 мм. В зарубежных странах в качестве контрольных образцов используются цилиндры 100x100x400 мм. Образцы устанавливают в пресс и нагружают его непрерывно и равномерно до разрушения образца. Разрушающая нагрузка фиксируется, и затем по ней рассчитывают прочность бетона.

2. Использование выбуренных из конструкции кернов, которые затем испытывают подобно стандартным образцам под прессом.

3. Методы неразрушающего контроля.

Цель настоящего обзора - описать методы и средства неразрушающего контроля.

Предполагается, что название «неразрушающий контроль» происходит от термина “non-destructive testing” (NDT). Используемые для методов неразрушающего контроля приборы в отечественной технической литературе условно называют «приборы неразрушающего контроля» (ПНК), чаще всего это приборы для толщинометрии и дефектоскопии покрытий и материалов, для определения твердости и прочности материалов, а также ряда других характеристик.

Параметрами, подвергаемыми неразрушающему контролю в бетонах, являются прочность, величина защитного слоя,влажность, морозоустойчивость, влагонепроницаемость. В производстве железобетонных изделий также контролируеют напряжение арматуры и величину вибрации при уплотнение бетонной смеси. Но основным контролируемым параметром для бетонов является прочность на сжатие.

При использовании методов неразрушающего контроля для определения прочности бетонов руководствуются следующими стандартами:

ГОСТ 18105-86 «Бетоны. Правила контроля прочности»,

ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля»,

СТО 3655 4501 009 (2007г.) «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности».

Все методы неразрушающего контроля прочности бетона требуют построения индивидуальных градуировочных (тарировочных) зависимостей по результатам испытаний стандартных образцов-кубов, изготовленных из бетона такого же состава и возраста, что и испытываемый образец. То есть, непосредственно измеряемой величиной в методах неразрушающего контроля является какой-либо физический показатель, связанный с прочностью корреляционной зависимостью. И для установления этой корреляционной зависимости, а, значит, и для определения прочности бетона, предварительно неразрушающего контроля устанавливают градуировочную зависимость между являются косвенными. прочностью бетона и косвенной характеристикой.

На точность измерения прочности при измерении неразрушающими методами могут оказывать влияние такие факторы как: тип цемента, состав цемента, тип заполнителя, условия твердения, возраст бетона, влажность и температура поверхности, тип поверхности, карбонизация поверхностного слоя бетона и еще ряд других факторов.

При проведении контроля прочности бетона с помощью неразрушающих методов необходимо учитывать то обстоятельство, что все эти методы являются косвенными. Выделить какой-то один метод или сказать, что он лучше другого, нельзя. Все они обладают своими достоинствами, недостатками и ограничениями в применении.

Классификация методов неразрушающего контроля

Методы местных разрушений

Это самые точные из методов неразрушающего контроля прочности, поскольку для них допускается использовать универсальную градуировочную зависимость, в которой изменяются всего два параметра: 1) крупность заполнителя, которую принимают равной 1,0 при крупности менее 50 мм и 1,1 при крупности более 50 мм; 2) тип бетона - тяжелый либо легкий.

Метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции заключаются в регистрации усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции, либо местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства.

Метод отрыва со скалыванием является единственным неразрушающим методом контроля прочности, для которого в стандартах прописаны градуировочные зависимости.

Эти испытания связаны с извлечение из тела бетона либо предварительно установленных анкеров, либо отрыва из массива некоторой его части. На рис 1 представлена принципиальная схема таких испытаний. С помощью домкратов из тела бетона 3 извлекается анкер1 и фиксируется величина силы, соответствующей моменту извлечения объема бетона 2. Предел прочности бетона R определяется формулой

R=kmp

Рис 1

где k -- коэффициент, находящийся в соответствующих нормативных документах; m -- коэффициент, принимаемый равный 1 при крупности заполнителя до 50 мм и-- 1,1 при заполнителе большей крупности; Р -- сила, соответствующая отрыву и определяемая по манометру

Прочность бетона может быть установлена на основание определения усилия P скалывания участка ребра конструкции. На рис. 2 представлена схема соответствующей установки. При ширине площадки скалывания равной 30мм ребро конструкции повреждается на участке 60-100 мм. Для получения результатов испытания проводят как минимум на двух соседний участках и берут среднее значение. Для построения градуировочной зависимоти усилия скалывания и прочности бетона на сжатие R испытывают стандартные бетонные кубы, стороны которых равны 200 мм

Рис 2.

Метод отрыва стальных дисков заключается в регистрации напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве от него металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска. В настоящее время метод используется крайне редко.

Недостатки методов местных разрушений: повышенная трудоемкость; необходимость определения оси арматуры и глубины ее залегания; невозможность использования в густоармированных участках; частично повреждает поверхность конструкции.

Приборы, основанные на методах местных разрушений, применяются в основном в монолитном домостроении и при обследовании конструкций зданий и сооружений.

Наиболее распространенными в России являются приборы серии ПОС.

Методы ударного воздействия на бетон

Самый распространенный метод контроля прочности бетона из всех неразрушающих - метод ударного импульса.

Метод ударного импульса заключается в регистрации энергии удара, возникающей в момент соударения бойка с поверхностью бетона.

Приборы, использующие данный метод, отличаются небольшим весом и компактностью, а определение прочности бетона методом ударного импульса является достаточно простой операцией. Результаты измерений выдаются единицах измерения прочности на сжатие. После соответствующей настройки данные приборы можно использовать для работы с различными строительными материалами. Также с их помощью можно определять класс бетона, производить измерение прочности под различными углами к поверхности объекта, переносить накопленные данные на компьютер.

Погрешности приборов обеспечиваются после уточнения их базовых градуировок в соответствии с требованиями ГОСТ 22690, либо в случае установления пользователем индивидуальных градуировок для конкретного вида бетона (в приборах типа ИПС предусмотрена возможность установления до 20 индивидуальных градуировок).

контроль прочность бетон

Метод упругого отскока заключается в измерении величины обратного отскока ударника при соударении с поверхностью бетона. Типичным представителем приборов для испытаний по этому методу является склерометр Шмидта и его многочисленные аналоги. Метод упругого отскока, как и метод пластической деформации, основан на измерении поверхностной твердости бетона.

Метод упругого отскока основан на использовании зависимости величины (высоты) отскока условно упругого тела при ударе его о поверхность бетона от прочности этого бетона, т е.

В результате удара движущейся массы о поверхность бетона происходит перераспределение начальной кинетической энергии таким образом, что одна ее часть поглощается бетоном при проявлении пластических деформаций, а другая часть передается ударной массе в виде реактивной силы, преобразующейся в кинетическую энергию отскока. Чтобы начальная энергия удара распределялась таким образом, масса бетона должна быть бесконечно большой по сравнению с массой ударника, что должно исключить затрату энергии на перемещение бетонной массы.

Для определения прочности бетона с использованием метода отскока наибольшее распространение получил прибор Шмидта.

Прибор Шмидта

Прибор разработан Германской фирмой Шмидта и выпускается Швейцарской фирмой Просек.

В настоящее время изготавливаются приборы трех модификаций: типа L с энергией удара 0.75 Дж для испытания тонкостенных (менее 10 см) бетонных элементов, типа N с энергией удара 2.25 Дж для испытаний бетонных конструкций и типа М с энергией удара 3 Дж для испытания массивных элементов.

Продольный разрез прибора тип? N приведен на рис. 4.

Рис. 4, Прибор Шмидта типа N:

1 - боек; 2 - исследуемая бетонная конструкция;

3 - корпус; 4 - ползунок; 5 - измерительная шкала;

6 - стопор; 7 - направляющий стержень; 8 - диск;

9 - крышка; 10,11- пружины; 12 - крючок;

13 - подвижная масса; 14 - втулка; 15- упорный болт

Прибор состоит из корпуса 3, в котором по направляющему стержню 7 под действием пружины 10 перемещается масса 1.3. Прибор включается нажимом стержня бойка на бетонную поверхность до тех пор, пока подвижная система достигнет конца хода. Ось прибора во время испытаний должна быть перпендикулярна бетонной поверхности. При достижении подвижной системы свободного хода крючок 12 надавит на головку болта 15 и освободит подвижную массу 13, которая под действием пружины перемещается по направляющему стержню 7 и ударяет по бойку 1. Боек передает удар на бетонную поверхность 2 и деформирует ее, расходуя одну часть энергии на пластическую (остаточную) деформацию, а другая часть будет затрачена на упругую деформацию бетона, которая в виде реактивной силы передается бойку, и под действием ее подвижная масса отскочит, увлекая за собой ползунок 4. Величина отскока измеряется по шкале 5 в зависимости от положения ползунка 4.

На высоту отскока бойка кроме величины реактивной силы влияет гравитационная сила подвижной массы, т.е. показание зависит от положения в пространстве (вертикально вниз, под углом, горизонтально или вертикально вверх), что учитывается путем использования коэффициентов или отдельных тарировочных графиков.

Рис.5. Графики зависимости величины отскока бойка прибора Шмидта от прочности бетона при различном положении прибора:

1- вертикально вниз; 2- горизонтально;

3-вертикально вверх

Разработан прибор, у которого измеряется не величина отскока, а ускорение движения бойка перед ударом и в начале отскока. Прочность определяется по отношению этих ускорений. Современные приборы Шмидта комплектуются электронно-вычислительным блоком, который запоминает и статистически обрабатывает результаты испытаний.

В России был разработан прибор КМ, действие которого основано на принципе упругого отскока. Но ввиду сложности изготовления он не нашел широкого распространения.

Точность измерения прочности бетона с применением метода упругого отскока значительно выше, чем у метода пластических деформаций, поскольку в данном случае учитываются упругие свойства бетона, которые имеют более тесную связь с прочностью, чем пластические свойства. Однако в приборах используется сравнительно сложная механическая система, требующая высокой точности при изготовлении, бережного обращения и частого технического обслуживания при эксплуатации. Трущиеся поверхности покрываются пылью, что приводит к увеличению сопротивления скольжения и изменению показания. В настоящее время разрабатывается прибор, у которого подвижная масса перемещается в вакуумной камере.

Метод пластической деформации основан на измерении размеров отпечатка, который остался на поверхности бетона после соударения с ней стального шарика. Метод устаревший, но до сих пор его используют из-за дешевизны оборудования. Наиболее широко для таких испытаний используют молоток Кашкарова.

Принцип действия прост. В молоток вставляется металлический стержень определенной прочности, после чего прибором наносят удар по поверхности бетона. С помощью углового масштаба измеряют размеры отпечатков, получившихся на бетоне и стержне. Прочность бетона определяется из соотношения размеров отпечатков (прочность стержня известна).

Этот метод заимствован из практики определения твердости материалов и иногда называется склерометрическим по названию приборов - склерометров.

Метод основан на использовании зависимости между прочностью бетона и размером отпечатка, полученного вследствие пластических деформаций от вдавливания сферического штампа.

Штамп может вдавливаться статической или динамической нагрузкой. Наибольшее распространение получили приборы, в которых штамп вдавливается динамической нагрузкой в виде удара, который наносится с помощью молотка или путем использования энергии сжатой пружины. При этом удар должен наноситься в растворную часть бетона.

В качестве штампа могут применяться диски, конусы, четырехгранная пирамида, на чаще всего используются ударники со сферическим наконечником.

Исследования твердости металлов и некоторых других кристаллических материалов показали, что размер вдавливаемого шарика должен отвечать условию:

0.2D < d < 0.6D _t

где D - диаметр шарика, ad- диаметр отпечатка.

Если это условие не соблюдается, то рекомендуется уменьшить диаметр шарика или увеличить силу удара.

Шариковый молоток Н.А. Физделя

Ручной шариковый молоток изготавливается из инструментальной стали, с одной стороны его имеется сферическое гнездо, в котором завальцован стальной шарик диаметром 17.463 мм. Масса молотка 250 г.

Прочность бетона определяется локтевым ударом молотка по поверхности бетона В результате этого удара в бетоне проявляются пластические деформации и на поверхности остаётся отпечаток сферической формы. Прочность бетона Rc определяется по графику в зависимости от диаметра отпечатка dg.T.e.

Величину d₆ можно измерить с помощью угловой масштабной линейки, мерительной лупой Польди или другим инструментом с точностью 0 1 мм.

Шариковый молоток Н.А. Физделя является практически первым прибором, который получил массовое применение на стройке. Однако точность измерения сравнительно низкая, поскольку на диаметр отпечатка влияет не только прочность бетона, но и сила удара, т.е. субъективный фактор. В настоящее время этот молоток не рекомендуется для измерения прочности, а может быть использован только для ориентировочной её оценки.

Молоток К.П. Кашкарова

Данный молоток отличается от ранее рассмотренного тем, что с целью устранения влияния силы удара в нем предусмотрена установка эталонного стержня и во время удара одновременно образуются отпечатки на бетонной поверхности и на эталоне. Прочность бетона определяется по графику в зависимости от величины отношения диаметра отпечатка на бетоне d6 к диаметру отпечатка на эталоне а.'.

В данном случае практически исключается влияние силы удара на результаты измерения, поскольку при ее изменении изменяются d₆ и d₃, а их соотношение должно оставаться постоянным.

Рис. 6. Конструкция молотка К.П. Кашкарова:

1-корпус; 2-наковальня; 3- обрезиненный наконечник; 4-металлическая ручка;5-обойма; 6-стакан с отверстиями для шарика и эталонного стержня; 7-пружина; 8-шарик диаметром 17.46мм; 9-эталонный стержень; 10-белая бумага; ¹1-копировальная бумага; 12-бетонная конструкция

Однако такое положение будет справедливым только в том случае когда испытуемая конструкция и эталонный стержень изготовлены из одного материала, как, например, в приборе Польди для определения твердости стали. В молотке Кашкарова в качестве эталонного стержня применяется круглая сталь марки ВстЗпс диаметром 10 мм, а испытуемым материалокявляется бетон* Скорость нарастания пластических деформаций при ударе у этих материалов будет различная, поэтому полностью исключить влияние изменения силы удара на результаты измерения не удаётся, но оно будет в значительной степени меньше, чем у молотка Физделя.

Конструкция молотка приведена на рис.7. Поверхность эталонного стержня не должна подвергаться механической обработке, т.к. при этом увеличится твердость стали по сравнению с эталоном, который применялся при построении графика.

При испытаниях молоток устанавливают перпендикулярно к поверхности бетона и ударяют другим слесарным молотком по наковальне. Всего наносят на одном участке не менее 5 ударов, при этом расстояние между отпечатками должно быть не ближе 30 мм друг от друга и от края конструкции. После каждого удара эталонный стержень передвигают, чтобы расстояние между центрами соседних отпечатков было не менее 10 мм.

Для получения 5cr.ee чётких отпечатков на бетоне, на его поверхности закрепляют копировальную красящим слоем наружу и белую бумагу и через них наносят удар. В этом случае отпечаток на бетоне будет зафиксирован на бумаге, с которой измеряют d6- Такая методика облегчает процесс измерения диаметра отпечатка.

Отпечатки на бетоне и эталоне нумеруются, а величины диаметров записываются в журнал в определенной последовательности чтобы каждому значению d₆ соответствовало свое значение d₃.

Прочность бетона определяется по графику, приведенному на рис.8, в зависимости от величины отношения отпечатков d₆/d₃.

Введение в конструкцию молотка эталонного стержня повысило точность измерения, вместе с этим увеличило и трудоемкость проведения испытаний. Автоматизации процесс испытания практически не поддается. К недостаткам прибора следует так же отнести низкую точность (15-20%) и то обстоятельство, что с его помощью можно оц» прочность бетона только в поверхностном слое (до 10 мм), в котором иногда бетон подвержен карбонизации. Не учитывается возможная адгезия растворной части от зерен изменению прочности крупного заполнителя и его зерновому составу.

Однако благодаря простоте конструкции и несложным операциям при проведении испытаний молоток К.П. Кашкарова является одним из самых распространенных приборов, используемых на стройках и заводах ЖБИ. Точность измерения можно несколько повысить, если для каждого конкретного состава бетона строить свои графики.

Ультразвуковой импульсный метод

Ультразвуковой импульсный метод контроля прочности бетона относится к группе физических методов испытания строительных конструкций и сооружений.

Он относительно молодой и получил свое развитие в основном в 50е-60е годы благодаря научным исследованиям И.М. Рабиновича, С.М.Соколова, Ю.А. Нилендера.

Метод основан на использовании зависимости скорости распространения механических колебаний ультразвуковой частоты в бетоне от его прочности, т.е.

где V, - скорость распространения ультразвуковых волн, м/с; f - аналитическая или графическая функция.

В России и странах СНГ разработана и серийно изготавливается ультразвуковая аппаратура, благодаря чему этот метод нашел широкое применение на строительных площадках и особенно на заводах ЖБИ. Метод оперативный и относится к группе неразрушающих методов. Хорошо поддается высокой степени автоматизации. При соблюдении определенных требований контроля точность метода сравнительно высокая и находится в пределах 10-15%. Опытные операторы при отработанной технологии достигают точности до 10%. Значительным достоинством этого метода является и то обстоятельство, что ультразвук проходит через всю толщину конструкции и собирает более полную информацию о бетоне, чем ранее рассмотренные неразрушающие методы, которые позволяют судить только о поверхностном слое бетона.

Однако данный метод нельзя отнести к универсальному, поскольку на скорость распространения ультразвука влияют не только прочность бетона, но и множество других факторов, таких как состав, крупность заполнителя, влажность и др. Градуировочная кривая “скорость-прочность” действительна только для того состава бетона, для которого она построена, что является одним из существенных недостатков метода. Но для заводов ЖБИ при установившейся технологии, когда состав бетона и используемые материалы изменяются редко, зависимость скорости ультразвука от прочности получается относительно стабильной. В этом случае ультразвуковой метод является наиболее предпочтительным по сравнению с другими методами.

Учитывая оперативность контроля, возможность многократного повторения испытания на одном и том же участке конструкции с целью оценки как прочности бетона, так и его однородности, ультразвуковой импульсный метод рекомендуется к широкому внедрению на заводах ЖБИ и строительных объектах для контроля качества железобетонных изделий. Таким методом можно организовать как выборочный, так и сплошной контроль, следить за нарастанием прочности бетона во времени.

Ультразвуковой метод заключается в регистрации скорости прохождения ультразвуковых волн. По технике проведения испытаний можно выделить сквозное ультразвуковых прозвучивание, когда датчики располагают с разных сторон тестируемого образца, и поверхностное прозвучивание, когда датчики расположены с одной стороны.

Метод сквозного ультразвукового прозвучивания позволяет контролировать прочность не только в приповерхностных слоях бетона, но и прочность тела бетона конструкции.

Метод сквозного ультразвукового прозвучивания позволяет, в отличие от всех остальных методов неразрушающего контроля прочности, контролировать прочность не только в приповерхностных слоях бетона, но и прочность тела бетона конструкции.

Ультразвуковые приборы могут использоваться не только для контроля прочности бетона, но и для дефектоскопии, контроля качества бетонирования, определения глубины трещин и т. д.

Недостатки: нельзя ультразвуковые приборы использовать для контроля качества высокопрочных бетонов;

ультразвуковые приборы нельзя использовать для контроля качества высокопрочных бетонов, т.е. диапазон контролируемых прочностей ограничивается классами В7,5...В35 (10...40 МПа) согласно ГОСТ 17624-87.

Список литературы:

1. В.А. Зубков «Определение прочности бетона»

2. Лужин «Обследование и испытание сооружений»

Размещено на Allbest.ru