5.2.3. Применение метода скалывания ребра для определения прочности бетона

Метод скалывания ребра имеет те же преимущества перед другими методами, что и метод отрыва со скалыванием.

Рис. 5.3. Прибор ПОС-50 МГ4 "СКОЛ"

для определения прочности бетона

методом скалывания ребра

Прочность бетона на гранитном и известковом щебне может быть вычислена по формуле

R=0,058·m·(30·P+P²) , (5.2)

где m – коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя и принимаемый равным 1 при крупности заполнителя менее 20 мм; 1,05 – при крупности заполнителя от 20 до 30 мм и 1,1 – при крупности от 30 до 40 мм; Р – усилие скалывания, кН.

Пример. Определить прочность бетона методом скалывания ребра. Крупность заполнителя 25 мм.

Результатами испытаний установлено усилие скалывания P=12 кН. Для заполнителя крупностью в пределах от 20 до 30 мм принимаем коэффициент

m=1,05. Прочность бетона на сжатие определяем по формуле R=0,058∙m∙(30∙P+P²)=0,058∙1,05∙(30∙12+12²)=30,7 МПа.

5.2.4. Применение метода пластической деформации для определения прочности бетона

Метод пластической деформации рекомендуется применять для испытания тяжелых бетонов с прочностью на сжатие от 5 до 50 МПа.

Работа приборов, предназначенных для определения R_b бетона методом пластической деформации, основана на вдавливании бойка ударника в исследуемую поверхность бетона с последующим измерением геометрических параметров вмятины.

Наибольшее распространение для измерения прочности бетона методом пластической деформации нашли такие измерительные средства, как молоток НИИМосстроя системы К.П. Кашкарова (рис. 5.4) и молоток системы И.А. Физделя.

Рис. 5.4. Молоток системы К.П. Кашкарова

Молоток системы И.А. Физделя в настоящее время практически не используется, поскольку результаты измерений имеют большую погрешность (до 40 %). Погрешность результатов измерений с помощью молотка К.П. Кашкарова, как правило, не превышает 15 %. Относительно низкая погрешность измерений, несложная конструкция молотка и простота в использовании привели к широкому распространению эталонного молотка К.П. Кашкарова для неразрушающего контроля прочности бетона. Молоток Кашкарова предназначен для определения прочности бетона и монолитного железобетона. Он состоит из сменного металлического стержня с известной прочностью (эталонный стержень), индентора (шарика), стакана, пружины, корпуса с ручкой и головки (рис. 5.5). Согласно [30] длина молотка 300 мм, вес 900 грамм.

Рис. 5.5. Конструкция эталонного молотка

НИИМосстроя системы К.П. Кашкарова

Принцип действия молотка К.П. Кашкарова следующий. Молотком наносится удар по поверхности бетона. В результате удара молотком по поверхности бетона на бетоне и на эталонном стальном стержне образуются отпечатки (вмятины от стального шарика). При помощи углового масштаба (рис. 5.6) или измерительной лупы замеряется размер отпечатков, получившихся на бетоне и стержне.

Рис. 5.6. Угловой масштаб для измерения диаметров отпечатков

на бетоне и на эталонных стержнях

За диаметр отпечатка на бетоне принимают среднее арифметическое значение результатов двух взаимно перпендикулярных измерений, вычисленных с точностью не более 0,5 мм (рис. 5.7, а).

d=(d₁+d₂)/2 . (5.3)

За диаметр отпечатка на эталонном стержне d_э принимают диаметр отпечатка вдоль стержня, вычисленный с той же точностью, что и для бетона (рис. 5.7, б).

Рис. 5.7. Правила измерения диаметров отпечатков:

а) отпечаток на бетоне; б) отпечаток на эталонном стержне

Прочность бетона R_b вычисляется по косвенной характеристике H, которая равна отношению диаметра отпечатка на бетоне d_б к диаметру отпечатка на эталонном стальном стержне d_э:

H = d_б/d_э. (5.4)

Связь косвенной характеристики с прочностью представлена в виде таблицы соответствующих значений. Прочность бетона на сжатие определяется из выражения

R_b=R_bh·K_f , (5.5)

где K_f – коэффициент привязки к местным условиям (градуировочный коэффициент).

Градуировочный коэффициент вводится для привязки универсальной градуировочной зависимости к конкретному испытываемому бетону (рис. 5.8). Данный коэффициент определяется по результатам параллельного испытания эталонным молотком и разрушающим методом. Вместо разрушающего метода возможно использовать метод отрыва со скалыванием. Градуировочный коэффициент определяется как средний в серии испытаний по формуле

, (5.6)

где n – количество испытании; R_зi – прочность бетона определенная в i-м испытании с использованием зависимости; R_фi – прочность бетона в i-м испытании, определенная разрушающим методом либо методом отрыва со скалыванием.

В тех случаях, когда совместные испытания провести невозможно, коэффициент привязки к местным условиям определяют как произведение коэффициентов, учитывающих влияние различных факторов на прочность бетона (табл. 5.5).

K_f=K₁·K₂…K_{n ,} (5.7)

где K₁…K_n – коэффициенты влияния различных факторов на результаты измерения прочности бетона, принимаемые по табл. 5.4.

Рис. 5.8. Универсальная градуировочная зависимость:

H – прочность в кубах 150x150x150 мм

Таблица 5.4

Универсальная градуировочная зависимость;

H – прочность в кубах 150x150x150 мм

H	Rbh, МПа	H	Rbh, МПа	H	Rbh, МПа	H	Rbh, МПа
1,10	55,6	1,58	23,1	2,06	13,5	2,54	8,1
1,12	54,3	1,60	22,4	2,08	13,3	2,56	8,0
1,14	52,6	1,62	21,8	2,10	13,1	2,58	7,8
1,16	50,7	1,64	21,2	2,12	12,9	2,60	7,5
1,18	49,1	1,66	20,3	2,14	12,7	2,62	7,3
1,20	47,5	1,68	20,12	2,16	12,4	2,64	7,2
1,22	45,6	1,70	19,4	2,18	12,3	2,66	6,9
1,24	44,8	1,72	18,9	2,20	12,1	2,68	6,7
1,26	41,9	1,74	18,3	2,22	11,9	2,70	6,5
1,28	40,1	1,76	17,9	2,24	11,7	2,72	6,4
1,30	38,1	1,78	17,6	2,26	11,5	2,74	6,1
1,32	36,9	1,80	17,2	2,28	11,2	2,76	5,9
1,34	34,9	1,82	16,8	2,30	10,9	2,78	5,7
1,36	33,8	1,84	16,4	2,32	10,8	2,80	5,5
1,38	32,2	1,86	16,0	2,34	10,4	2,82	5,2
1,40	30,8	1,88	15,8	2,36	10,3	2,84	5,0
1,42	29,6	1,90	15,5	2,38	10,1	2,86	4,8
1,44	28,4	1,92	15,1	2,40	9,8	2,88	4,6
1,46	27,6	1,94	14,9	2,42	9,6	2,90	4,4
1,48	26,6	1,96	14,5	2,44	9,4	2,92	4,1
1,50	25,8	1,98	14,2	2,46	9,1	2,94	3,8
1,52	24,9	2,00	14,1	2,48	8,8	2,96	3,6
1,54	24,2	2,02	13,8	2,50	8,6	2,98	3,4
1,56	23,7	2,04	13,6	2,52	8,3	3,00	3,2

Примечание. При промежуточных значениях H определяют R_b интерполяцией. Зависимость построена на эталонных стержнях марки 44 (временное сопротивление разрыву 44 кг/мм²).

Таблица 5.5

Коэффициенты, учитывающие влияние различных факторов

на диаметры отпечатков при измерениях методом пластической деформации

Наименование	Описание
1. Коэффициент поверхностной смазки Kсм	Коэффициент поверхностной смазки учитывает разницу в смазке образцов, которая использовалась при построении универсальной градуировочной зависимости (эмульсионная смазка) и смазки форм обследуемых конструкций. эмульсионная смазка Kсм=1; известковая смазка Kсм=1,2; автол или солярное масло Kсм=1,1; петролатумная смазка Kсм=1,4
Окончание табл. 5.5
Наименование	Описание
2. Коэффициент шероховатости Kш	Коэффициент шероховатости следует вводить в тех случаях, когда измерения прочности проводятся на затертых верхних поверхностях конструкций. В этих случаях Kш=0,85. Для гладких поверхностей (имеющих контакт с опалубкой) Kш=1
3. Коэффициент износа индентора Kизн	При износе поверхности шарика-индентора (никелировка шарика полностью стерта) рекомендуется вводить коэффициент Kизн=0,8..0,9
4. Коэффициент возраста бетона Kвоз	Коэффициент Kв назначается в зависимости от возраста бетона. 3 суток, Kвоз=1,4; 7 суток, Kвоз=1,2; 28 суток, Kвоз=1,1; 56 суток, Kвоз=1
5. Коэффициент влажности Kв	Учитывает влажность W % на поверхности бетона W=2..6 %, Kв=1,0; W=12 %, Kв=1,2 промежуточные значения W следует определять линейной интерполяцией
6. Коэффициент эталонного стержня Kэ	Учитывает отклонение временного сопротивления применяемых при испытаниях стержней от временного сопротивления стержней, по которым была построена универсальная градуировочная зависимость: ; для универсальной зависимости использовались стержни марки 44, т.е. σср=44

Эталонные стержни для проведения испытаний изготавливаются из круглой прутковой стали с временным сопротивлением разрыву 412…451 МПа, не имеющей следов ржавчины, марки ВСт3сп2 или Ст3пс2, диаметром 10 или 12 мм. Рекомендуется изготавливать эталонные стержни длиной 100…150 мм.

Измерения прочности бетона рекомендуется проводить в местах, где бетон примыкал к металлическим стенкам форм (по ровному бетону). Удары допускается наносить двумя способами (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Способы нанесения ударов при проведении испытаний

молотком К.П. Кашкарова

При проведении испытаний методом пластической деформации необходимо придерживаться требований, установленных ГОСТ 22690-80 (табл. 5.6).

Таблица 5.6

Требования проведения испытаний методом пластических деформаций

Контролируемый параметр	Значение	Контролируемый параметр	Значение
Количество испытаний на участке	не менее 5	Расстояние между местами испытаний, мм	не менее 30
Расстояние от края конструкции до места испытаний, мм	не менее 50	Расстояние от мест испытаний до арматуры, мм	не менее 50
Толщина конструкции, мм	не менее 70	Диапазон контролируемых значений прочности, МПа	не менее 5 не более 50

Пример. Требуется определить прочность бетона в возрасте 28 суток методом пластической деформации с помощью молотка К.П. Кашкарова.

Предположим, что провести разрушающие испытания или испытания методом отрыва со скалыванием не представляется возможным. Поэтому для определения прочности бетона используем данные табл. 5.4.

С помощью влагомера предварительно оцениваем влажность бетона. Влажность бетона на поверхности W=12 %. Для такой влажности находим коэффициент K_в=1,2. Испытания проводим на ровной поверхности бетона, которая имела прямой контакт с опалубкой. Поскольку поверхность гладкая, принимаем коэффициент шероховатости K_ш=1. Раз поверхность бетона имела прямой контакт с опалубками, то необходимо учесть влияние применяемой для опалубок смазки. Установлено, опалубки смазывались солярным маслом, следовательно, K_см=1,1. Поскольку возраст бетона составляет 28 суток, то применяем коэффициент K_воз=1,1. Измерения прочности проводили с применением универсальной градуировочной зависимости на эталонных стержнях марки 38. В соответствии с принятой маркой стержней определяем коэффициент K_э=1+(44-38)/200=1,03.

Вычисляем общий коэффициент привязки к местным условиям:

K=K_ш·K_в·K_см·K_воз·K_изн·K_э=1·1,2·1,1·1,1·1·1,03=1,496.

В результате нанесения удара молотком К.П. Кашкарова по поверхности бетона получаем отпечаток на бетоне и на стальном эталонном стержне. Измеряем диаметры отпечатков с помощью углового масштаба. На стальном стержне диаметр измеряем поперек стержня (по максимальному размеру): d_э=17,4. Диаметр отпечатка на бетоне измеряем в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в продольном d₁=24,6 и в поперечном d₂=24,8. Принимаем диаметр отпечатка на бетоне d_б=(d₁+d₂)/2=(24,6+24,8)/2=24,7. Рассчитываем значение косвенной характеристики H=d_б/d_э=24,7/17,4=1,42. По табл. 5.4 находим соответствующее значение R_bh=29,6 МПа. Окончательное значение прочности бетона определяем с учетом коэффициента привязки к местным условиям: R=R_bh·K=29,6·1,496=44,28 МПа.