Значения масштабного коэффициента

Форма образца	Размеры образца, мм	Масштабный коэффициент α, для всех видов бетона, кроме ячеистого
Куб (a×b×h)	70×70×70	0,85
	100×100×100	0,95
	150×150×150	1,00
	200×200×200	1,05
	300×300×300	1,10
Цилиндры (d×h)	100×200	1,16
	150×300	1,20
	200×400	1,24
	300×600	1,28

Прочность бетона следует вычислять с точностью до 0,1 МПа (1 МПа = 0,1 кН/см²) при испытаниях на сжатие для каждого образца по формуле (22):

(22)

где, F – разрушающая нагрузка, кН; А – площадь рабочего сечения образца, см²; α – масштабный коэффициент для приведения прочности бетона к прочности бетона в образцах базового размера и формы.

Задание

Определить марку R_m (прочность бетона в партии) бетона, используя данные, приведенные в приложении 3.

Лабораторная работа №4

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССА БЕТОНА»

Марка соответствует средней прочности бетона, а класс – его гарантированной прочности с обеспеченностью 0,95, с учетом фактической однородности прочности, характеризуемой величиной коэффициента вариации. Классы бетона по прочности введены с целью обеспечения статистического контроля прочности. Статистический метод контроля прочности бетона позволяет достичь постоянства принятых при расчете конструкций нормативных сопротивлений (прочности) бетона.

Контроль прочности бетона, согласно ГОСТ «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности», проводят по одной из следующих схем:

· схема А – определение характеристик однородности бетона по прочности, когда используют не менее 30 единичных результатов определения прочности, полученных при контроле прочности бетона предыдущих партий БСГ (бетонная смесь, готовая к применению) или сборных конструкций в анализируемом периоде;

· схема Б – определение характеристик однородности бетона по прочности, когда используют не менее 15 единичных результатов определения прочности бетона в контролируемой партии БСГ или сборных конструкций и предыдущих проконтролированных партиях в анализируемом периоде;

· схема В – определение характеристик однородности бетона по прочности, когда используют результаты неразрушающего контроля прочности бетона одной текущей контролируемой партии конструкций;

· схема Г – без определения характеристик однородности бетона по прочности, когда при изготовлении отдельных конструкций или в начальный период производства невозможно получить число результатов определения прочности бетона, предусмотренное схемами А и Б, или при проведении неразрушающего контроля прочности бетона без построения градуировочных зависимостей, но с использованием универсальных зависимостей путем их привязки к прочности бетона контролируемой партии конструкций.

В соответствии с требованиями ГОСТ 26633 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия» для конструкций прочность бетона характеризуется классами. Между классом бетона В и прочностью бетона в партии R_m, МПа, принимаемой за расчетную, имеется зависимость:

(23)

где, t – коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бетона (при обеспеченности 95% – t = 1,64); v – коэффициент вариации прочности бетона, %.

Контроль прочности бетона по схеме А производят в следующей последовательности. Зная, среднюю прочность бетона в партии и среднее квадратическое отклонение, определяют текущий коэффициент вариации прочности бетона в партии (24):

(24)

где, S_m – среднее квадратическое отклонение прочности бетона в партии,МПа; R_m – прочность бетона в партии,МПа.

Фактическая прочность бетона в партии R_m (марка бетона), вычисляют по формуле (25):

(25)

где, R_i – единичное значение прочности бетона, МПа; п – общее число единичных значений прочности бетона в партии.

Среднее квадратическое отклонение прочности бетона в партии определяется по формуле (26):

(26)

Если число единичных значений прочности бетона в партии от двух до шести, значение S_m вычисляют по формуле (27):

(27)

где, W_m – размах единичных значений прочности бетона в контролируемой партии, определяемый как разность между максимальным и минимальным единичными значениями прочности, МПа; α – коэффициент, зависящий от числа единичных значений п и принимаемый по табл. 17.

Таблица 17

Значения коэффициента α

Число единичных значений, n
Значение коэффициента α	1,13	1,69	2,06	2,33	2,5

Класс бетона по прочности B_норм рассчитывают по формуле (28):

(28)

где, R_т – прочность бетона в партии, МПа; K_Т – коэффициент требуемой прочности (табл. 18).

Таблица 18

Коэффициент требуемой прочности K_Т при контроле

Прочности бетона по схеме А

Средний коэффициент вариации прочности υ ,%	Бетон всех видов, кроме плотных силикатных и ячеистых
6 и менее	1,07
	1,08
	1,09
	1,11
	1,14
	1,18
	1,23
	1,28
	1,33
	1,38
	1,43

Партия БСГ подлежат приемке по прочности бетона, если фактическая прочность бетона в партии R_m не ниже требуемой прочности R_T (29), а минимальное единичное значение прочности – не менее величины (R_T - 4) и не менее нормируемого класса бетона по прочности (30):

Rт ≥ RТ

(29)

Bнорм < Rimin ≥ (RT - 4)

(30)

Задание

Определить фактический класс бетона, используя полученные в предыдущих лабораторных работах, данные.

Лабораторная работа №5

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ»

В соответствии с положениями ГОСТ 22690 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля» неразрушающие методы испытаний прочности бетона подразделяются на прямые и косвенные.

Прямыми методами называются такие методы, в процессе применения которых не требуется обязательное использование установленной градуировочной зависимости.

Косвенными методами считаются такие, при использовании которых требуется использовать градуировочную зависимость между прочностью бетона, определенную по одному из прямых неразрушающих методов или разрушающими методами, и косвенной характеристикой.

Классификация неразрушающих методов представлена на рис. 6.

Рис. 6. Классификация неразрушающих методов

Косвенной характеристикой считается величина отскока, энергия удара, отпечаток, скорость прохождения ультразвука или другой показатель прибора при измерении прочности бетона.

Градуировочная зависимость – графическая или аналитическая зависимость, связывающая косвенный показатель с прочностью бетона.

Метод отрыва со скалыванием

Метод основан на использовании зависимости величины усилия, необходимого для выдергивания из бетона анкерного стержня, от прочности этого бетона (31):

(31)

где, R_сж – прочность испытываемого бетона; Р – усилие, при котором вырывается анкерный стержень, кН или кгс; f – аналитическая зависимость усилия от прочности.

При бетонировании конструкции в местах, в которых предполагается определять прочность, устанавливаются анкерные стержни, и после твердения бетона они выдергиваются. Если определяется прочность уже затвердевшего бетона, то в нем сверлится отверстие и вставляется анкерное устройство с разжимным конусом.

Наибольшее применение нашли два типа анкерных устройств. Первый тип – рабочий стержень с анкерной головкой (рис. 7, а), применяется для установки в свежеуложенный бетон. Второй тип – самозаанкеривающееся устройство с применением рифленых сегментных щёчек и разжимного конуса (рис. 7, б). Такое анкерное устройство применяется для установки в просверленное отверстие при контроле затвердевшего бетона.

Рис. 7. Анкерные устройства: а - первый тип анкера для установки в свежеуложенный бетон; б - второй тип с разжимным конусом

Выдергивание их осуществляется переносным гидравлическим пресс-насосом или другим устройством, обеспечивающим возможность приложения к анкеру нагрузки необходимой для его вырыва.

После достижения нагрузкой предельных значений в бетоне возникает разрушение по образующей конуса от растяжения и скалывания (рис. 8).

Рис. 8. Характер разрушения бетона при отрыве со скалыванием

Прочность испытанного бетона определяется по формуле (32):

(32)

где, Р – усилие вырыва анкерного устройства, кН или кгс ; m₁ – коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва; m₂ – коэффициент пропорциональности между усилием вырыва и прочностью бетона.

Рассмотренный метод сравнительно точный, поскольку в его основе лежит прочностная характеристика бетона. К достоинству метода необходимо отнести и тот фактор, что определяется прочность бетона непосредственно в конструкции. Основными недостатками метода считается высокая трудоемкость, как при сверлении отверстий, так и при самих испытаниях, а также невозможность использования его при определении прочности бетона в сжатых элементах конструкции, поскольку происходит частичное разрушение бетона и ослабление поперечного сечения испытуемых элементов.

Метод скалывания ребра конструкции

В основу метода положено использование зависимости величины усилия, необходимого для скалывания ребра конструкции на определенной длине от прочности бетона (33):

(33)

где, Р – усилие, при котором скалывается угол, кН; f – аналитическая зависимость усилия от прочности.

Для проведения испытания применяются нагружающее устройство и специальное приспособление, обеспечивающее приложение усилия под углом к нагружаемой поверхности (рис. 9).

Рис. 9. Устройство для скалывания ребра

Результаты испытания не учитываются, если при скалывании бетона обнажается арматура.

Прочность бетона определяют по усилию скалывания, по формуле (34):

(34)

где, Р – усилие вырыва анкерного устройства, кН или кгс ; m₁ – коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне скола ребра.

В рассмотренных методах (отрыв со скалыванием, скалывание ребра) прочность бетона можно определять как по предложенным формулам так и по градуировочным зависимостям нагрузки Р от прочности бетона

Метод упругого отскока

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

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.

Таким образом, можно сказать, что величина упругого отскока будет большей при более высокой прочности бетона, поскольку в этом случае начальная кинетическая энергия будет перераспределяться таким образом, что меньшая ее часть будет затрачиваться на пластические деформации, а большая ее часть преобразуется в реактивную силу.

Для определения прочности бетона с использованием метода отскока наибольшее распространение получил прибор Шмидта (молоток Шмидта, склерометр Шмидта). Продольный разрез прибора приведен на рис. 10.

Рис. 10. Прибор Шмидта: 1 – боек; 2 – бетонная поверхность; 3 – корпус прибора; 4 – ползунок; 5 – шкала; 6 – кнопка; 7 – стержень; 8 –; 9 – крышка; 10 – пружина; 11 –; 12 – крючок; 13 – подвижная масса; 14 –; 15 – головка болта.

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 градуировочных зависимостей.

Метод ударного импульса

Метод упругого отскока учитывает только упругие свойства бетона, но прочность любого материала является многопараметровой функцией. Известно, что если проводить комплексные испытания и использовать несколько косвенных характеристик, то точность измерения повышается.

Метод ударного импульса позволяет учитывать как пластические, так и упругие свойства бетона. В ходе испытания по исследуемой конструкции производится удар специальным бойком, имеющим сферическую поверхность. Нанесение удара обеспечивается действием пружины. В процессе ударного воздействия прибором контролируются параметры ударного импульса.

Сущность метода заключается в том, что чем выше пластические свойства бетона, тем большая часть энергии удара расходуется на пластические деформации, увеличивается время действия удара и уменьшаются прочностью свойства бетона; и наоборот, чем выше упругие свойства, тем больше величина силы F, сокращается время действия удара и увеличивается прочность бетона.

Для измерения этих величин в конструкцию бойка включен электромеханический преобразователь (рис. 11), который механическую энергию удара преобразует в электрический импульс.

Рис. 11. Схема работы бойка: 1 – боек; 2 – пружина; 3 – поверхность бетона; 4 – электромеханический преобразователь.

Амплитуда А будет пропорциональна силе F , а время t пропорционально длительности действия удара. На рис. 12 приведены формы электрических импульсов при ударе бойка о бетон прочностью 25 МПа (линия 1) и 10 МПа (линия 2). Следовательно, амплитуда А и время t могут служить косвенными характеристиками прочности бетона.

Рис. 12. Параметры ударного импульса

Корпус прибора, как правило, имеет форму пистолета (рис. 13) и состоит из ствола, внутри которого свободно перемещается боек с электромеханическим преобразователем, рычагом взвода и фиксатором. Боек поджат пружиной, усилие сжатия которой регулируется.

Рис. 13. Конструкция прибора: 1 – корпус прибора; 2 - боек с электромеханическим преобразователем, рычагом взвода и фиксатором; 3 – электронная схема; 4 – цифровой индикатор; 5 – элементы питания.

К достоинствам метода следует отнести его оперативность, низкие трудозатраты, удобство в работе, отсутствие сложных вычислений, слабую зависимость от состава бетона.

Недостатком метода является определение прочности в поверхностном слое бетона глубиной только до 50 мм.

Метод пластических деформаций

Метод пластических деформаций основан на оценке местных деформаций, вызванных приложением к конструкции сосредоточенных усилий. Этот метод основан на зависимости размеров отпечатка на поверхности элемента, полученного при вдавливании индентора ударным воздействием, от прочностных характеристик материала. Достоинство этого метода заключается в его технологической простоте, недостаток - суждение о прочности материала по состоянию поверхностных слоев.

Большое применение в практике находит молоток К. П. Кашкарова, схема которого представлена на рис. 14.

С целью устранения влияния силы удара в конструкции прибора предусмотрена установка эталонного стержня и во время удара одновременно образуются отпечатки на бетонной поверхности и на эталоне.

Рис. 14. Конструкция молотка К.П. Кашкарова: 1 – корпус молотка; 2 – наковальня; 3 – ручка; 4 – ручка; 5 – обойма; 6 – стакан; 7 – пружина; 8 – шарик; 9 – стержень; 10 – копировальная бумага; 11 – белая бумага.

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.

Прочность бетона определяется по градуировочной зависимости, с учетом величины отношения отпечатков на бетоне и эталоном стержне d_б/d_э.

К недостаткам прибора следует отнести низкую точность (15-20%) и то обстоятельство, что с его помощью можно оценить прочность бетона только в поверхностном слое (до 10 мм), в котором иногда бетон подвержен карбонизации. Не учитывается возможная адгезия растворной части от зерен крупного заполнителя. Метод практически не чувствителен к изменению прочности крупного заполнителя и его зерновому составу.

Метод нормального отрыва

На поверхность бетона (рис. 15) эпоксидным клеем крепится стальной диск. Для исключения вытекания эпоксидной смолы за пределы стального диска между поверхностью конструкции и диском укладывается бумажное кольцо. Для обеспечения крепления диска с конструкцией в процессе твердения эпоксидной смолы контур диска обмазывается гипсовым раствором, который удаляется при проведении испытания.

Рис. 15. Устройство для определения прочности бетона отрывом: 1 – бетонная поверхность; 2 – гипсовый раствор; 3 – бумажное кольцо; 4 – эпоксидный клей; 5 – стальной диск.

Определение прочности бетона производится с помощью градуировочной зависимости условного напряжения при отрыве от предела прочности R_сж при сжатии бетона.

Отрыв диска производится специальным нагружающим устройством, в конструкции которого предусмотрена возможность измерения усилия отрыва Р.

Определение косвенной характеристики прочности бетона, условного напряжения в бетоне при отрыве диска, производится по формуле (35):

(35)

где, F – площадь поверхности использованного диска, R_у – условное напряжение в бетоне при отрыве диска, Р – нагрузка соответствующая отрыву диска.

Испытание отбраковывается, если при отрыве диска была обнажена арматура или если площадь отрыва бетона составляет менее 80% площади диска.

Метод определения скорости прохождения ультразвука

Метод основан на связи скорости прохождения ультразвука с плотностью исследуемой конструкции. В более плотных бетонах скорость распространения ультразвуковых импульсов увеличивается. В зависимости от расходов компонентов бетона его плотность может быть различной. При этом известно, что при изменении расхода цемента и воды можно добиться изменения прочности бетона. Таким образом, можно сказать, что в более прочных бетонах, обладающих большей плотностью за счет большего расхода цемента и меньшего расхода воды, скорость распространения ультразвуковых импульсов так же будет большой, по сравнению с менее прочными, менее плотными образцами.

Прочность бетона в конструкциях определяют по экспериментально установленным градуировочным зависимостям скорости распространения ультразвука и прочности бетона.

При построении градуировочной зависимости следует руководствоваться указаниями ГОСТ 17624 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности».

В процессе испытания бетонных конструкций используются специальные ультразвуковые преобразователи и электронный блок управления, который позволяет производить измерение времени прохождения ультразвуковых импульсов между преобразователями и с учетом расстояния между ними определять скорость распространения этих импульсов.

Ультразвуковые измерения в бетоне проводят способами сквозного или поверхностного прозвучивания. Схема испытаний бетона приведена на рис. 16.

Рис. 16. Способы ультразвукового прозвучивания бетона а - схема испытания способом сквозного прозвучивания; б - то же, поверхностного прозвучивания; УП - ультразвуковые преобразователи.

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

При измерении времени распространения ультразвука способом поверхностного прозвучивания ультразвуковые преобразователи устанавливают на одной стороне образца или конструкции.

Важным достоинством данного метода является то, что при определении косвенной характеристики прочности учитываются свойства не только поверхности, как в других методах, а объема изделия, сквозь который проходят ультразвуковые импульсы.