CC BY
127
УДК 624.074.1+620.179
ОСОБЛИВОСТ1 ВИЗНАЧЕННЯ М1ЦНОСТ1 БЕТОНУ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦ1Й МОСТ1В
С.О. Бугаевський, доцент, к. т. н., ХНАДУ
Анотаця. Розглянуто сучаснI методи визначення мщностг бетону мостових конструкцш та визначено можливгсть Их застосування при обстеженнг мостових спо-РУд
Ключовi слова: мщнгсть бетону, методи визначення мщностг, прилад для визначення мгцност!.
Вступ
Бшьшють мослв та шляхопроводiв (мостових споруд) на автомобшьних дорогах Укра!ни по-требуе ремонту. До початку робгг iз ремонту заль зобетонних конструкцш слiд обов'язково проана-лiзувати стан пошкоджених елементiв будови i визначити шльшсть i характер пошкоджень.
Оцшка експлуатацiйного стану залiзобетонних конструкцiй мостових споруд мютить шструмен-тальнi вимiрювання з метою дiагностики мщнос-п, структури бетону i арматури, а також !х коро-зiйного стану. Виходячи з цього, можна запропо-нувати ефективну i цiлеспрямовану методику ремонту. К^м того, дослiди, що проводяться в ходi аналiзу, повинш в свою чергу допомогти у виборi як способу оброблення пошкоджених конструкцш, так i методiв !х вiдновлення.
Аналiз публiкацiй
Необхiднiсть визначення мщносп бетону мостово! споруди в бшьшосл випадк1в обумовлюеться вщсутшстю первинних документiв, а також змь нами показника мiцностi в результата тривало! експлуатаци мостово! споруди.
Рiзнi методи визначення мiцностi бетону розглянуто в роботах багатьох авторiв [1-7], але ком-плексний метод детально розглянуто пльки в робот М.Ю. Лещинського [3].
Мета i постановка задачi
Обстеження залiзобетонних конструкцiй мостових споруд повинно виконуватися спецiалiзова-ними органiзацiями, що мають вiдповiдну лщен-зш або уповноважеш власником дороги, на як1й розташовуеться мостова споруда.
Аналiз сучасних неруйнiвних методiв визначення мщносп бетону залiзобетонних конструкцiй до-поможе визначити можливють !х застосування при обстеженш мостових споруд. Задачею досль дження е удосконалення методики застосування рiзних методiв визначення мiцностi бетону для отримання найбiльш достовiрних результата.
Застосування методiв визначення мiцностi бетону
Мщшсть бетону мостових споруд визначаеться руйнуванням зразкiв бетону, що вилучеш iз конс-трукци шляхом виколювання, випилювання чи висвердлювання зпдно з ГОСТ 28570-90 "Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкции". Метод витягу зразшв при-значають у залежностi ввд виду дослвдження, ма-сивностi конструкцп мостово! споруди чи наяв-носп iнструментiв, здатних забезпечити витяг зразшв i цiлiснiсть дослвджуваного об'екта. Спо-соби взяття i виготовлення зразшв повинш забезпечити незмшшсть структури матерiалу, його основних характеристик i пов'язаних iз цими факторами показнишв мiцностi матерiалу.
Для можливо мiнiмального послаблення конст-рукци мостово! споруди в цшому зразки необхвд-но брати з елементiв, послаблення яких здiйснить вiдносно невеликий вплив на несучу здатшсть i стшшсть конструкцi!. Пiсля ввдбору проб мюця вибiрки слiд закладати дрiбнозернистим бетоном або бетоном з якого виготовлеш конструкций
При вирiзаннi бетонних зразшв необхщно стежи-ти за тим, щоб у тiлi зразка не виникало трщин, як1 викликають змшу мiцностi дослiджуваного бетону.
Мiцнiсть бетону мостових споруд встановлюеть-ся методами неруйшвного контролю (ультразву-ковий, за пружним вiдскоком, ударним iмпуль-
сом, пластичною деформащею, вщривом, сколю-ванням ребра i вiдривом зi сколюванням) за ГОСТ 18105-86 "Бетоны. Правила контроля прочности". Мщшсть бетону монолгтних конс-трукцiй визначають тiльки ультразвуковим методом за ГОСТ 17624-87 "Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности" при нас^зному прозвучуванш або методом ввдриву зi сколюванням за ГОСТ 22690-88 "Бетоны. Определения прочности механическими методами неразру-шающего контроля".
У рядi випадк1в виникае необхiднiсть спiльного застосування дек1лькох методiв, тобто комп-лексних випробувань. Шд час вибору методiв можна користуватися рекомендацiями, наведени-ми в [3].
У залежносп вiд мiцностi бетону залiзобетонноl конструкци, що припускаеться, вибiр методiв рекомендуеться проводити з урахуванням даних, наведених у паспортах на прилади, що застосо-вуються, а також у табл. 1.
Застосування шших методiв неруйнiвного контролю допускаеться за узгодженням iз науково-дослвдними органiзацiями. Контроль мiцностi бетону збiрних конструкцiй мостових споруд проводять за усiма методами неруйнiвного контролю.
Мщшсть бетону визначають за попередньо вста-новленими градуйованими залежностями м1ж мiцнiстю бетонних зразк1в за ГОСТ 10180-90 "Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам" та непрямими характеристиками мщносп [1-7]. У залежносп ввд застосова-ного методу непрямими характеристиками мщносп е:
— значення ввдскоку бойка вiд поверхнi бетону (або притиснутого до не! ударника);
— параметр ударного iмпульсу (енерпя удару);
— розмiри вiдбитка на бетош (дiаметр, глибина та iн.) або сшввщношення дiаметрiв вiдбиткiв на бетош та стандартного зразку при ударi шденто-ра або вдавлюванш шдентора в поверхню бетону;
— значення напруги, необхiдне для мiсцевого руйнування бетону при вiдриваннi приклееного до нього металевого диска, рiвного зусиллю ввд-риву, подiленому на площу проекцп поверхнi вiдриву бетону на площину диска;
— значення зусилля, необхiдного для сколювання дiлянки бетону на ребрi конструкци;
— значення зусилля мюцевого руйнування бетону при вириванш з нього анкерного пристрою;
— швидшсть проходження або розповсюдження ультразвука.
Для визначення мiцностi бетону зал1зобетонних конструкцiй за допомогою ультразвука застосо-вують рiзнi методи: iмпульсивний, резонансний, iмпедансний i акустично! емки [1, 3, 5, 7].
Для визначення мщносп бетону не можна вибра-ти i рекомендувати постiйно якийсь один метод та прилад. Вибiр методу е iнженерною задачею, пов'язаною з урахуванням таких умов, як вид виробу, вид бетону, його марка, необхвдна кшь-кiсть випробувань, !х точнiсть, трудомiсткiсть тощо.
Таблиця 1 Диапазон використання неруйнiвних методiв визначення мiцностi бетону
Найменування методу Граничнi значення мщносп бетону, МПа Тип приладу для неруйшвних методiв
Ультра-звуковий 5...100 Бетон 22, УК-10П, УК-10ПМ, УК-10ПМС, УК1401, УК-12П, УК-14П, УИС-23, ДУК-11М, Пульсар-1,0
Пружний ввдскок 5...50 Склерометр КМ (Ки1в-ський Метробуд), молоток Шмщта, Digi-Schmidt 2 (InfraTest), 58-C181/N i 58-C181/F (Controls)
Пластично! деформа-цп 5.50 Молоток Кашкарова, Фiзделя, Новгородсько-го, ХПС, ОМШ-1, прилади типу "штамп НД1ЗБ", ДПГ-4, УМП
Ударний iмпульс 10.70 ИПС-МГ4, ИПС-МГ4+, ОНИКС-2.4, ОНИКС-2.5
Ввдрив 5.60 ГПНВ-5 iз диском
Сколювання ребра 10.70 ПИБ, ГПНВ разом iз УРС
Ввдрив за сколюванням 5.100 П0С-30-МГ4, П0С-50-МГ4, ОНИКС-ОС, ГПНВ-5, ГПНС-4
Для бетону вiком бiльше одного року рекоменду-еться видалити поверхневий шар товщиною ввд 3 мм до 5 мм або вводити поправочш коефiцiенти на вш бетону згiдно з рекомендащями [3].
Водонасичення бетону впливае на твердеть його поверхневих шарiв. Необхвдно проводити випро-бування мiцностi бетону в повиряно-сухому станi або вводити поправковi коефiцiенти згiдно з ре-комендацiями [2, 3].
Волопсть бетону мостових споруд визначають делькометричним методом, зпдно з ГОСТ 21718-84 "Материалы строительные. Диэлькометрический метод измерения влажности" або нейтронним, зпдно з ГОСТ 23422-87 "Материалы строительные. Нейтронный метод измерения влажности", а також дотримуючись рекомендацш [3, 5, 6]. Для визначення вологосп бетону використовують прилади ВИМС-1У, Влагомер-МГ4 i ВСКМ-12 та iн.
Мiцнiсть бетону визначають на донках конс-трукцш мостових споруд, як1 не мають видимих пошкоджень (ввдшарування захисного шару, трь щин, каверн тощо).
Оцшку вiдповiдностi значень фактично! мiцностi бетону, отриманих iз застосуванням приведених методiв, встановленим вимогам проводять згiдно з ГОСТ 18105-86 та ГОСТ 17624-87. Обробка результата дослвдв здiйснюeться з використан-ням вiдомих методiв математично! статистики, в тому числi i прикладних, для оброблення за до-помогою персонального комп'ютера. При значнш вибiрцi результати випробувань ввдповвдають нормальному закону розподшу.
Найбiльшу точнiсть серед методiв неруйнiвного контролю забезпечуе метод ввдриву зi сколюван-ням. Вш трудомiсткий, передбачае установку анкера в заздалепдь просвердлений отвiр у залiзо-бетоннiй конструкци мостово! споруди, частково ушкоджуе захисний шар конструкци i тому його варто використовувати при вибiркових випробу-ваннях вщповвдальних конструкцiй (товщина конструкцiй не менше 15 см). У порiвняннi з ш-шими механiчними методами дозволяе дослвджу-вати бетон на велику глибину, враховувати якiсть заповнювача i його зчеплення з розчином.
Найбiльш широко застосовуеться метод пружно-го ввдскоку [3, 6]. Для дослвдження мостових конструкцш застосовуються склерометри з енер-гiею удару 30 Н • м. Для вимiрювання мiцностi конструкцiй, виготовлених iз бетону з низькою мiцнiстю, можуть бути застосованi склерометри з меншою енергiею удару. Застосування молотков Шмвдта в Нiмеччинi передбачено шмецьким стандартом DIN 4240, в Укра!ш - ГОСТ 22690-88.
Пружний молоток складаеться iз алюмшевого корпусу, в якому по штоку може пересуватися молоток. При вдавлюваннi ударника ударна пружина розтягаеться. Шсля заданого розтягання l! молоток за допомогою спещального пристрою звiльняеться i з енерпею розтягнуто! пружини б'е по ударнику.
Шсля удару молоток ввдскакуе на вщстань, яка фiксуеться за допомогою столки на шкал1 прила-ду (вiдскiк на шкалi виражено у ввдсотках до
шляху, який пройдено молотком при ударi, i ха-рактеризуе мiцнiсть бетону).
Перевiрити, наскiльки вiрно працюе молоток Шмвдта, можна за допомогою ковадла, на якому вiдскiк молотка не повинен перевищувати допус-тимий.
При використаннi склерометрiв необхiдно враховувати так1 фактори:
- товщина бетону в мющ удару повинна бути не менше 10 см при використанш молотив з енерпею удару 30 Н • м;
- кут нахилу дослщжувано! поверхнi бетону;
- при негативнш температурi вода, що мiститься в порах i капшярах бетону, замерзае, i твердiсть бетонно! поверхнi збiльшуеться. Якщо водонаси-чений бетон знаходиться у замороженому сташ, значення мiцностi бетону можуть бути завищеш до 30 %, у залежносп ввд вологостi i пористосп бетону.
Ультразвуковi вимiрювання в бетош проводять способами наскрiзного або поверхневого прозву-чування згiдно з додатком 1 (ГОСТ 17624-87). Мщнють бетону в конструкщях мостових споруд визначають за експериментально встановленими градуйованими залежностями "швидкiсть роз-повсюдження ультразвуку - мщтстъ бетону" або "час розповсюдження ультразвуку - мiцнiсть бетону", в залежносп ввд способу прозвучування.
Поверхня бетону, на якш встановлюють ультра-звуковi перетворювачi, не повинна мати нерiвно-стей поверхш, а також раковин i повиряних пор глибиною бiльше 3 мм та дiаметром бiльше 6 мм [3]. 1з поверхнi повиннi бути видалеш декоратив-не покриття або облицювальний матерiал.
Для забезпечення надшного акустичного контакту мiж бетоном та робочою поверхнею ультра-звукових перетворювачiв застосовують в'язк1 контактнi середовища (мастила) або еластичш прокладки.
При застосуванш методу поверхневого прозвучування ультразвуковi перетворювачi встановлюють на однш площинi конструкци мостово! споруди на постшнш базi (I = 150...400 мм). При на-с^зному прозвучуваннi, крiм стандартного варь анту спiввiсного розташування ультразвукових перетворювачiв, застосовують споаб дiагональ-ного прозвучування.
Вимiрювання способом поверхневого прозвучу-вання проводять у тих випадках, коли наявний однобiчний доступ до конструкци мостово! споруди для тонкостшних елеменлв.
При вiдсутностi градуйовано! залежносп, а також контрольних зразк1в або при обмеженш кiлькостi
останшх, значения мщносп бетону можна орieн-товно вираховувати для важких бетошв за формулами згщно з [3].
Вплив рiзних факторiв на швидшсть розповсю-дження ультразвуку у бетош конструкцй мосто-вих споруд можна враховувати згщно з рекомен-дацiями, поданими у табл. 2 [1, 3].
Таблиця 2 Залежшсть мiцностi бетону вiд рiзних фактов
Галузева науково-дослiдна лабораторiя (з обсте-ження та випробування моспв) кафедри моспв, конструкцiй i будiвельноl мехашки (МЮБМ) Ха-ршвського нацiонального автомобшьно-дорожнього унiверситету (ХНАДУ) застосовуе pi3rn методи неруйнiвного визначення мiцностi бетону:
- ультразвуковий (Бетон 22);
- пружний вщсшк (молоток Шмщта);
- пластично! деформаци (молоток Кашкарова);
- вщрив за сколюванням (ГПНС-4).
Висновки
Застосування при обстеженнi мостових споруд галузевою науково-дослщною лабораторieю кафедри МЮБМ рiзних неруйнiвних методiв визначення мщносп бетону залiзобетонних конструк-цiй дозволило зробити так1 висновки:
- для визначення мщносп бетону не можна засто-совувати постшно якийсь певний метод та прилад;
- вибiр методу пов'язаний з урахуванням виду конструкцй' мостово! споруди, виду бетону, його марки, необхщною кшьшстю випробувань, 1х то-чшстю, трудомiсткiстю тощо;
- для визначення мщносп бетону необхщно за-стосувати декшька методiв випробувань.
Лiтература
1. Коробко В.И., Коробко А.В. Контроль качества
строительных конструкций: Виброакустические технологии. - М.: Издательство АСВ, 2003. - 287 с.
2. Попов К.Н., Каддо М.Б., Кульков А.В. Оценка
качества строительных материалов (физико-механические испытания строительных материалов). - М.: Изд-во АСВ, 2001. - 239 с.
3. Лещинский М.Ю. Испытание бетона: справоч-
ное пособие. - М.: Стройиздат, 1980. - 360 с.
4. Физдель И.А. Дефекты в конструкциях, соо-
ружениях и методы их устранения. - М.: Стройиздат, 1987. - 336 с.
5. Лужин О.В., Злочевский А.Б., Горбунов И.А.,
Волохов В.А. Обследование и испытание сооружений / Под ред. О.В. Лужина. - М.: Стройиздат, 1987. - 262 с.
6. Савйовский В.В., Болотских О.Н. Ремонт и ре-
конструкция гражданских зданий. - Харьков: Издательский дом «Ватерпас», 1999. - 287 с.
7. Лучко Й.Й., Коваль П.М., Дем'ян М.Л. Методи
дослщження та випробування будiвельних матерiалiв i конструкцш. - Львiв: Каменяр, 2001. - 436 с.
Рецензент: В.К. Жданюк, професор, д. т. н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 4 лютого 2005 р.
Змша фактора Вплив на швидшсть ультразвуку
Зростання пористосп на 10 % Зменшення на 7 %
Зростання пористосп на 30 % Зменшення на 30 %
Зростання шлькосп шс-ку в дрiбнозернистому бетонi на 10 % Збшьшення вщ 5 % до 10 %
Змша мшералопчного складу шску Не впливае
При однаковому вмiстi в бетош крупного запов-нювача змiна вмюту цементу вщ 10 % до 15 % Збшьшення вщ 1 % до 3 %
Збшьшення температури бетону на 10 °С Зменшення на 1 %
Вмют арматури в бетонi Збшьшення вщ 6 % до 8 %
Стиснення тд наванта-женням бетону конструкцй Збшьшення вщ 2 % до 4 %
Розтяг пiд навантажен-ням бетону конструкцй Зменшення вщ 2 % до 4 %
