Общие сведения об испытаниях прочности строительных материалов и конструкций

Фактическая прочность бетона в конструкциях, определенная неразрушающими методами или испытанием отобранных от конструкции образцов, является необходимым фактором для получения расчетных характеристик бетона.

В процессе испытаний определяется временное сопротивление на сжатие (растяжение и т.п.) строительного материала.

Расчетные и нормативные характеристики бетона определяют, согласно разделу 2 СНиП 2.03.01, в зависимости от условного класса бетона по прочности на сжатие.

При больших объемах работ по оценке прочности бетона целесообразно применить статистические методы оценки.

Число участков при определении прочности бетона следует принимать не менее:

3 – при определении прочности зоны или средней прочности бетона конструкции;

6 – при определении средней прочности и коэффициента изменчивости бетона конструкции;

9 – при определении прочности бетона в группе однотипных конструкций.

Число однотипных конструкций, в которых оценивается прочность бетона, определяется программой обследования и принимается не менее трех.

Прочность каменных, бетонных и железобетонных конструкций (стен, фундаментов, каркасов, перекрытий и т. п.) определяют неразрушающими и разрушающими методами. Неразрушающие методы позволяют определить прочность конструкций без ослабления сечения при отборе образцов, кернов или проб материалов. К неразрушающим методам относятся механические (ударные) и ультразвуковые способы.

Механическим способом определяют прочность материалов, обладающих определенными пластическими свойствами (бетонов, растворов, силикатных материалов и т. п.). Прочность определяют по величине отпечатка на поверхности конструкции при ударе с помощью приборов ударного действия (молотки Физделя, Кашкарова, пистолет ЦНИИСК, склерометры К- М. Шмидта и др.) в соответствии с ГОСТ 22690-88.

Ультразвуковой способ используют для определения прочности хрупких и нехрупких материалов в соответствии с ГОСТ 17624-87 (силикатные камни). Прочность конструкций оценивается по скорости распространения ультразвука по толщине с помощью ультразвуковых приборов УКБ-1М, УК-ЮП, УЗП-62, «Бетон-ЗМ» и др.

При использовании разрушающих методов прочность (марка) полнотелого и пустотелого глиняного обыкновенного, силикатного и трепельного кирпича определяют по ГОСТ 8462-85 как средний результат испытаний при сжатии пяти образцов «двоек» из двух целых кирпичей или их половинок, умноженный на коэффициент 1, 2, и пяти образцов на изгиб (всего 10 образцов). Для испытания на сжатие керамических, силикатных, бетонных и природных камней правильной формы опытные образцы изготовляют из одного камня или одной его половинки.

Прочность (марка) природных камней правильной и неправильной формы, а также мелких и крупных блоков из тяжелого, силикатного, ячеистого бетона и бетонов на пористых заполнителях допускается определять испытанием на сжатие образцов-кубов или цилиндров, выпиленных или высверленных из камней, целых изделий или монолита.

Предел прочности природных камней, мелких и крупных блоков из указанных бетонов определяют умножением результатов испытаний образцов-кубов или цилиндров на масштабные коэффициенты (табл.1).

Прочность (марка) раствора кладки при сжатии, взятого из швов, определяют по ГОСТ 5802-86 и СН 290-74 путем испытания на сжатие кубов с ребрами 2-5 см. Кубы изготовлены из двух пластинок раствора, которые взяты из горизонтальных швов кладки или стыков крупнопанельных конструкций, склеенных и выравненных (по контактным поверхностям) гипсовым раствором толщиной 1- 2 мм. Кубы испытывают через сутки после изготовления. Марку раствора определяют как средний результат пяти испытаний.

Существует способ испытаний образцов раствора методом штампов, в соответствии с рекомендациями Камейко В.А. «Каменные конструкции и их возведение» М., Стройиздат, 1977 г. (цементно-песчаных и известково-песчаных и сложных). Для проведения испытаний отбираются не менее 6 пластинок раствора из горизонтальных швов кладки. Толщина пластинок равняется высоте горизонтального шва кладки, а длина и ширина пластинок ≥ 30х30 мм.

Перед испытанием раствора верхние и нижние поверхности пластинок шлифуются. Затем подбирают цилиндрические металлические штампы с диаметром, равным толщине пластины. Результаты испытаний для получения сопротивления осевому сжатию раствора должны быть умножены на переводной коэффициент 0,4.

Таким образом, испытания кирпича и раствора производятся раздельно. После испытаний кирпича и раствора и соответствующей статистической обработки результатов устанавливаются временные сопротивления материалов на сжатие, а по таблице 2 СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» принимается величина расчетного сопротивления кирпичной кладки в целом.

Результаты испытаний имеют, как правило, естественный разброс значений. Выполнять поверочные расчеты конструкций на основании минимального значения полученной при обследовании прочности неверно, будут потеряны резервы несущей способности.

Существуют два подхода оценок фактической прочности бетона при обследовании:

1) по усредненному значению прочности;

2) по значению, полученному в результате статистической обработки.

В тех случаях, когда нет возможности провести достаточное количество испытаний, оценка прочности бетона производится по средней прочности

- прочность бетона в контролируемых точках (образцах);

n -число контролируемых точек (образцов).

Таким образом, принимая полученное значение средней прочности за фактическую прочность можно применить ее в поверочных расчетах конструкций.

Разброс прочности бетона характеризуется коэффициентом вариации прочности бетона. Он принят, как в нормах проектирования ЖБК, 13,5%. Среднее квадратическое отклонение записывается так

- максимальное и минимальное значение прочности бетона, соответственно;

d – табулированный коэффициент из математической статистики

d=(0,23÷0,42) при количестве испытаний от 3 до 10.

Условный класс бетона В для проведения поверочных расчетов принимается

Статистический метод испытаний можно использовать при достаточном количестве испытаний или в случаях пониженной или повышенной однородности прочности бетона.

После оценки среднего значения прочности бетона выше определяют коэффициент вариации

Для проведения поверочных расчетов конструкций, расчетные значения прочности бетона следует принимать по нормам проектирования ЖБК, исходя из прочности бетона, определенной по формуле

где - коэффициент, принимаемый в зависимости от коэффициента вариации прочности бетона (приведены в ГОСТ по испытанию бетона).

При оценке прочности бетона старых конструкций, запроектированных по ранее действовавших нормам, правую часть формулы нужно умножить на коэффициент 1,05 (т.к. раньше проектная марка осуществлялась для кубов 20 см, разница в прочности бетона составляет при этом ~ 5%).

Условный класс бетона при статической оценке его прочности определяется

где - среднее квадратическое отклонение прочности бетона

- коэффициент, зависящий от количества испытаний прочности бетона; =(2,58÷1,94) при n=9 до 50 и более.