CC BY
64УДК 69.058
А.С. СЕМЕНОВ, инженер (semenov-alex@mail.ru), Владимирский государственный университет
Использование разрушающих и неразрушающих методов контроля физико-механических характеристик материала строительных конструкций
Обследование жилых зданий и сооружений в большинстве случаев предусматривает определение геометрических размеров, пространственного положения, дефектов и повреждений, а также фактических физико-механических характеристик материала конструкций. Одним из критериев оценки технического состояния элементов здания является прочность материала конструкции.
Расчетное сопротивление каменных конструкций в зависимости от их напряженного состояния определяется маркой составляющих ее элементов (камней, кирпичей, блоков) и маркой раствора кладки. В СНиП II-22—81 «Каменные и армокаменные конструкции» для конкретного вида напряженного состояния конструкции приведены таблицы по определению расчетного сопротивления каменной кладки в зависимости от марок камней и раствора.
При проведении детального инструментального обследования каменных конструкций необходимо отобрать образцы в виде отдельных камней (кирпичей) или фрагментов из нескольких камней для лабораторных исследований. Также допускается получение образцов в виде цилиндров-кернов из каменной кладки. Количество образцов определяется количеством требуемых параметров прочности (сжатие, изгиб) и необходимой точностью исследования.
Для определения марки раствора необходимо собрать пластинки раствора из горизонтальных стыков кладки. Количество пластинок должно быть достаточным для изготовления пяти кубов размерами ребра 2—4 см. Кубики необходимо склеивать из двух пластинок и выравнивать гипсовым тестом. Прочность раствора кладки определяется испытанием на лабораторном прессе и вычисляется как среднее прочности пяти испытанных образцов раствора. При невозможности получения образцов используют полевые неразрушающие методы определения физико-механических характеристик материала.
Прочность железобетона зависит от прочности бетона и параметров армирования. При исследовании наибольшую точность измерений прочности бетона дают лабораторные методы испытания образцов-кернов. Бетон кернов соответствует реальному материалу конструкции. Однако сложность отбора образцов, опасность нарушения целостности конструкции ограничивает использование данного метода. До выбуривания кернов необходимо обязательно установить наличие и расположение арматуры. Это достигается за счет поверхностного прозвучивания конструкции ультразвуковыми приборами типа ПУЛЬСАР-1.2 или приборами, основанными на магнитном методе типа ПОИСК-2.5.
Испытание отобранных образцов-кернов необходимо проводить в соответствии с ГОСТ 28570—90 «Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным
из конструкций», согласно которому возможно использование кернов диаметром 44—150 мм. Допускается также наличие в образцах арматуры диаметром не более 16 мм при диаметре керна не менее 100 мм для испытания на сжатие. Количество образцов для испытания зависит от их размера и определяется по табл. 1 ГОСТ 28570—90. Прочность бетона определяется как среднеарифметическое значение прочности из серии отобранных образцов с учетом переводных коэффициентов, зависящих от формы и размера образца.
В случае невозможности получения образцов необходимо использовать полевые неразрушающие методы исследования.
В соответствии с ГОСТ 22690—88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающе-го контроля» существуют следующие механические методы: контроля прочности бетона:
— упругого отскока и пластических деформаций;
— ударного импульса;
— отрыва;
— отрыва со скалыванием;
— скалывания ребра.
Косвенными характеристиками прочности материала при использовании механических способов контроля являются отскок бойка от поверхности бетона, энергия удара, размер отпечатка при ударе, усилия для местного разрушения. Для определения прочности бетона предварительно необходимо установить зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой.
Такой способ применяется на предприятиях по производству сборных железобетонных конструкций и на строительных площадках, когда необходимо определить рас-палубочную прочность бетона при одинаковых условиях твердения конструкции и образцов-кубов.
Во время обследования существующих зданий стандартные образцы-кубы получить не всегда удается.
В ГОСТ 22690—88 допускается применение методов отрыва со скалыванием и скалывания ребра для определения прочности бетона по стандартной градуировочной зависимости. Для метода отрыва со скалыванием используют следующую зависимость:
Я = М^-Р, (1)
где Я — расчетная прочность бетона, кПа; т1, т2 — стандартные коэффициенты, учитывающие максимальный размер заполнителя и вид бетона; Р — усилие отрыва анкера, кН.
Для метода скалывания ребра используют зависимость:
Я = 0,058т (30Р + Р2), (2)
где Я — расчетная прочность бетона, кПа; т — коэффициент, учитывающий максимальный размер заполнителя; Р — усилие скалывания, кН.
Методы упругого отскока, ударного импульса или пластических деформаций можно использовать с уточне-
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (""ЭЙ ^ Г Г Iг ! 13
""вб декабрь 2010 *
Организационная схема использования разрушающих и неразрушающих методов контроля прочности материала строительных конструкций
нием стандартной градуировочной зависимости за счет использования метода отрыва со скалыванием или метода скалывания ребра. Уточнение производится за счет коэффициента совпадения, определяемого после трех испытаний по формуле:
КС=Ж/Щ, (3)
где Я — прочность бетона на участке, определяемая методами отрыва со скалыванием или скалывания ребра, МПа; Яу — прочность бетона на участке, определяемая методами упругого отскока, ударного импульса или пластических деформаций, МПа.
Кроме механических методов неразрушающего контроля прочности бетона существуют физические методы (ультразвуковые). Метод ультразвукового прозвучивания позволяет в отличие от всех остальных методов неразруша-ющего контроля прочности контролировать не только прочность в приповерхностных слоях бетона, но и прочность тела бетона конструкции. Однако ультразвуковой метод требует уточнения градуировочной зависимости. Возможно использование универсальной градуировочной зависимости для ориентировочной оценки прочности бетона:
Яу = 0,016- V — 27,3, (4)
где Яу — прочность бетона, определяемая ультразвуковым методом, МПа; V— скорость прохождения ультразвука.
В МДС 62—2.01 «Методические рекомендации по контролю прочности бетона монолитных конструкций ультразвуковым методом способом поверхностного про-звучивания» рекомендуется уточнять зависимость для конкретных условий испытаний по формуле:
Я = ЯуКс, (5)
где Кс — коэффициент совпадения, определяемый по результатам пяти испытаний (ЕЯо/2Яу); Я — прочность бетона, определяемая с применением коэффициента совпадения, МПа; Яо — прочность бетона, определяемая методом отрыва со скалыванием, МПа; Яу — прочность бетона, определяемая ультразвуковым методом, МПа;
Число участков для определения средней прочности бетона конструкции согласно СП 13-102—2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений» следует принимать не менее трех.
Для уточнения полученных результатов необходима статистическая оценка прочности бетона. При этом класс бетона определяется по формуле, приведенной в СП 13-102—2003:
В = Ят-(1 - (6)
где Ят — средняя прочность бетона по результатам испытаний; (а — коэффициент Стьюдента; V — коэффициент вариации прочности бетона.
Коэффициент вариации прочности бетона определяется по формуле:
V = SJЯm, (7)
где 8т — среднее квадратичное отклонение прочности.
Задавая необходимую достоверность результатов прочности бетона, можно установить через коэффициент Стьюдента количество испытаний (проб).
При проведении обследования наибольшую точность измерений позволяют получить разрушающие методы контроля прочности образцов материала в лабораторных условиях. При отсутствии возможности получения образцов необходимо использовать наиболее точные из механических методов (методы местного разрушения) — метод отрыва со скалыванием или метод скалывания ребра. Возможно также использование прочих механических методов с уточнением их градуиро-вочной зависимости тремя испытаниями с помощью метода отрыва со скалыванием или метода скола ребра. Кроме того, возможно использование ультразвукового метода с уточнением градуировочной зависимости пятью испытаниями методом отрыва со скалыванием. Организационная схема использования разрушающих и неразрушающих методов контроля прочности материала показана на рисунке.
Данная схема (см. рисунок) показывает последовательность и условия использования конкретного метода обследования, что позволяет формировать необходимый состав приборно-инструментального оснащения специализированных организаций по обследованию зданий, повысить качество проведения и точность результатов обследования.
При необходимости исследования значительного количества однотипных конструкций применение разрушающих методов и методов местного разрушения представляется трудоемким и нецелесообразным, в том числе из-за порчи внешнего вида здания. Использование методов упругого отскока или ультразвукового метода с уточнением их градуировочной зависимости на одной конструкции позволяет провести исследование других конструкций с меньшими трудовыми, материальными затратами и с требуемой точностью обследования.
Количество однотипных конструкций в здании, которые необходимо исследовать, определяется программой детального обследования и согласно СП 13-102—2003 принимается не менее трех. Программа детального обследования составляется после предварительного визуального осмотра, в процессе которого устанавливается количество конструкций, имеющих повреждения.
Ключевые слова: неразрушающие методы контроля, прочность материала в конструкции, ультразвуковое про-звучивание, образцы-керны.
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
¿и! ® декабрь 2010 87"
