Неразрушающие методы контроля технического состояния конструктивных элементов

Определение прочности

Ориентировочную оценку прочности бетона можно проводить по величине следа при простукивании молотком или ударом по зубилу, установленному «жалом» на поверхности бетона.

120

i

I

В таблице 2.3 дано ориентировочное значение прочности бе­тона в зависимости от оставленного следа на его поверхности после удара молотком весом 0,4—0,8 кг.

Таблица 2.3

ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПУТЕМ ПРОСТУКИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МОЛОТКОМ

Результаты одного удара средней силы молотком	Прочность бетона, МПа
непосредственно по поверхности бетона	по зубилу, установленному «жалом» на бетон
На поверхности бетона остается слабый след, вокруг которого могут откалываться тонкие лещадки	Неглубокий след, лещадки не откалываются	Более 20
На поверхности бетона остается заметный след, вокруг которого могут откалываться тонкие лещадки	От поверхности бетона откалываются острые лещадки	20-10
Бетон крошится и осыпается, при ударе по ребру откалываются большие куски	Зубило проникает в бетон на глубину до 5 мм, бетон крошится	10-7
Остается глубокий след	Зубило забивается в бетон на глубину более 5 мм	Менее 7

При определении прочности бетона механическими метода­ми используются зависимости между изменением свойств мате­риала конструкции при определенных воздействиях и его проч­ностных характеристик. В зависимости от применяемого мето­да и приборов косвенными характеристиками прочности являются:

• значение отскока бойка от поверхности бетона (или при­жатого к ней ударника) при нанесении удара по поверхно­сти;

• параметр ударного импульса (энергия удара);

• размеры отпечатка на бетоне (диаметр, глубина) или соот­ношение диаметров отпечатков на бетоне и стандартном образце при ударе индентора (эталонного элемента) или вдав­ливании индентора в поверхность бетона;

• значение напряжения, необходимого для местного разру­шения бетона при отрыве приклеенного к нему металли­ческого диска, равного усилию отрыва, деленному на пло­щадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска;

• значение усилия, необходимого для скалывания участка бе­тона на ребре конструкции;

• значение усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства.

Каждый из методов механического определения прочности бетона, как правило, разработан и дает наиболее точные резуль­таты при исследовании определенного класса конструкций.

В табл. 2.4 приведены методы определения прочности бето­на в зависимости от ожидаемой прочности испытуемых элементов.

Таблица 2.4

МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

Наименование метода	Предельные значения прочности бетона, МПа
Упругий отскок и пластическая деформация	5-50
Ударный импульс	10-70
Отрыв	5-60
Скалывание	10-70
Отрыв со скалыванием	5-100

Для того чтобы избежать ошибок при определении прочнос­ти бетона, вызванных неоднородностью поверхностного слоя, необходимо проводить обследование не в отдельной точке, а на участках поверхности. В зависимости от метода обследования число испытаний на одном участке, расстояние между местами испытаний на участке и от края конструкции, толщина конст­рукции на участке испытания должны быть не меньше значений, приведенных в табл. 2.5.

К приборам механического принципа действия относятся: молоток Физделя, эталонный молоток Кашкарова, молоток Шмидта, пистолет ЦНИИСКа, молоток Польди и др. Эти при­боры дают возможность определить прочность материала по ве-

122

Таблица 2.5

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТАНИЮ КОНСТРУКЦИИ НА ПРОЧНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Наименование метода	Число испытаний на участке	Расстояние между местами испытаний, мм	Расстояние от края конструкции до места испытания, мм	Толщина конструкции, мм
Упругий отскок
Ударный импульс
Пластическая деформация
Скалывание ребра			-
Отрыв		2 диаметра диска
Отрыв со скалыванием		5 глубин вырыва		Удвоенная глубина установки анкера

личине внедрения бойка в поверхностный слой конструкций или по величине отскока бойка от поверхности конструкции при на­несении калиброванного удара (пистолет ЦНИИСКа).

Определение прочности материала конструкции молотком Физделя (рис. 2.18) основано на зависимости между прочностью бетона на сжатие и размерами отпечатков на бетонной поверх­ности, создаваемых в результате удара по ней. При ударе молотком по поверхности конструкции образуется лунка, по диаметру ко­торой и оценивают прочность материала. Место конструкции, на которое наносят отпечатки, предварительно очищают от штука­турного слоя, затирки или окраски. Процесс работы с молотком Физделя заключается в следующем: правой рукой берут'за ко­нец деревянной рукоятки, локоть опирают о конструкцию. Лок­тевым ударом средней силы наносят 10—12 ударов на каждом участке конструкции. Расстояние между отпечатками ударного молотка должно быть не менее 30 мм. Диаметр образованной лунки измеряют штангенциркулем с точностью до 0,1 мм по двум

перпендикулярным направлениям и принимают среднее значе­ние. Из общего числа измерений, произведенных на данном участке, исключают наибольший и наименьший результаты, а по остальным вычисляют среднее значение. Прочность бетона оп­ределяют по среднему измеренному диаметру отпечатка и тари-ровочной кривой, предварительно построенной на основании сравнения диаметров отпечатков шарика молотка и результатов лабораторных испытаний на прочность образцов бетона, взятых из конструкции или специально изготовленных из тех же компо­нентов и по той же технологии, что материалы обследуемой кон­струкции. На рис.2.19 приведена тарировочная кривая для опре­деления предела прочности при сжатии молотком Физделя.

К методике определения прочности бетона, основанной на зависимости прочности поверхностного слоя бетона и его упру­го-пластических деформаций, относится также молоток Кашка­рова. Отличительная особенность молотка Кашкарова (рис. 2.20) от молотка Физделя заключается в том, что между металличес­ким молотком и ударным шариком имеется отверстие, в кото­ром вводится контрольный металлический стержень. При ударе молотком по поверхности конструкции получаются два отпечатка: на поверхности материала с диаметром d и на контрольном (эта-а

Рис. 2.18. Молоток Физделя: a — молоток; б — ручка; в — шарик; г — измеритель диаметров отпечатков

угловой масштаб

124

р 2

О О

2 о.

О

1?

\

\

50 100 150 200 250 300

Прочность материала, 10⁵ Па

<

Рис. 2.19.Тарировочный график для определения предела прочности бетона при сжатии молотком Физделя

Рис.2.26. Прибор для определения прочности бетона методом скалывания

ребра:

1 — испытуемая конструкция; 2 — скалываемый бетон; 3 — устройство УРС;

4 — прибор ГПНС-4

ходить проскальзывания нагрузочного крюка. Результаты испы­таний, при которых в месте скола обнажалась арматура и фак­тическая глубина скалывания отличались от заданного более 2 мм, не учитываются.

Единичное значение Я_! прочности бетона на участке испы­таний определяют в зависимости от напряжений сжатия бетона ст_б и значения R_io.

Сжимающие напряжения в бетоне ст_б, действующие в период испытаний, определяют расчетом конструкции с учетом действи­тельных размеров сечений и величин нагрузок.

Единичное значение R_j0 прочности бетона на участке в пред­положении а_б = О определяют по формуле

131

скалываемая поверхность

Рис. 2.27. Схема испытания конструкции методом скалывания ребра

При испытании методом скалывания ребра на участке испы­тания не должно быть трещин, сколов бетона, наплывов или раковин высотой (глубиной) более 5 мм. Участки должны рас­полагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксп­луатационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматуры.

Ультразвуковой метод определения прочности бетона осно­ван на наличии функциональной связи между скоростью распро­странения ультразвуковых колебаний в теле конструкции и проч­ностью бетона.

Ультразвуковой метод применяют для определения прочно­сти бетона классов В7,5 — В35.

Прочность бетона в конструкциях определяют эксперимен­тально по установленным градуировочным зависимостям «ско­рости распространения ультразвука — прочность бетона V=f(R)» или «время распространения ультразвука / — прочность бетона / =f{R)». Степень точности метода зависит от тщательности по­строения тарировочного графика.

132

со 400

с

о

ее* 300

				/
				/
		/I	/
		/
	/
у	/

0 5 10 15 20 Г_Р ^км

Рис. 2.28. Зависимость условной прочности Я_1у бетона от силы скола Р.

Тарировочный график строится по данным прозвучивания и прочности испытаний контрольных кубиков, изготовленных из бетона того же состава, по той же технологии, при том же ре­жиме твердения, что и изделия или конструкции, подлежащие испытанию. Для определения прочности бетона ультразвуковым методом применяются приборы: УКБ-1, УКБ-1М, УК-16П, «Бе-тон-22» и др. Ультразвуковые измерения в бетоне проводят спо­собами сквозного или поверхностного прозвучивания. Схема испытаний бетона приведена на рис. 2.29.

При измерении времени распространения ультразвука спосо­бом сквозного прозвучивания ультразвуковые преобразователи устанавливают с противоположных сторон образца или конст­рукции.

Скорость ультразвука V, м/с, вычисляют по формуле

V=(\/t) 1000,

где t — время распространения ультразвука, мке; / — расстояние меж­ду центрами установки преобразователей (база прозвучивания), мм.

133

При измерении времени распространения ультразвука спосо­бом поверхностного прозвучивания ультразвуковые преобразо­ватели устанавливают на одной стороне образца или конструк­ции. Число измерений времени распространения ультразвука в каждом образце должно быть: при сквозном прозвучивании — 3, при поверхностном — 4. Отклонение отдельного результата из­мерения времени распространения ультразвука в каждом образ­це от среднего арифметического значения результатов измере­ний для данного образца не должно превышать 2%.

Измерение времени распространения ультразвука и опреде­ление прочности бетона производятся в соответствии с указаниями паспорта (технического условия применения) данного типа прибора.

134