CC BY
152Особенности испытаний бетона в зимнее время
Добшиц Лев Михайлович,
д-р тех. наук, проф., кафедра «Строительные материалы и технологии», ФГБОУ ВО «Российский университет транспорта МИИТ»
Белов Александр Владимирович,
аспирант, кафедра «Строительные материалы и технологии», ФГБОУ ВО «Российский университет транспорта МИИТ», ABelov1991@yandex.ru
Условия проведения испытаний, как и выбор средств контроля имеют немаловажное значение при оценке прочности конструкций в зимнее время года, что наиболее актуально для северных регионов. Исходя из опыта проведения испытаний при отрицательных температурах, определены предпосылки к зависимости результата прочности от температуры поверхности испытуемого участка бетона. В данной статье рассмотрены особенности испытаний бетона в зимнее время, оказывающие влияние на результат прочности и достоверность получаемых значений. Показана целесообразность применения поэтапных методов контроля, основанная на использовании разрушающих и прямых неразру-шающих методов контроля. Независимо, от установленного в справочных документах по строительству возраста бетона с противоморозными добавками, проектной документацией устанавливается проектный возраст бетона 28 суток, что создает ряд сложностей при оценке проектного возраста бетона. Показана необходимость уточнения проектного возраста бетона при испытании, в зависимости от вида проти-воморозных добавок и технологии бетонирования. Ключевые слова: прочность бетона, методы контроля, схемы оценки прочности, зимнее бетонирование, неразрушаю-щие методы.
При определении прочности бетона в зимнее время с помощью методов неразрушающего контроля следует учитывать ряд факторов, определяющих достоверность результата прочности. Неразрушающие и разрушающие методы испытаний, применяемые при текущем контроле прочности бетона монолитных конструкций, имеют свои недостатки и ограничения в применении. При зимнем бетонировании оценка прочности, чаще всего, осуществляется двумя методами. К первому относится разрушающий метод по образцам-кубам, изготовленным и твердеющим в условиях строительной площадки. Данный метод является наиболее популярным и, чаще всего, обязательным, так как позволяет определить качество бетонной смеси на ранних этапах набора прочности. Однако его применение при электропрогреве, ставшего наиболее популярным методом тепловой обработки в сегодняшнем строительстве, становится не совсем объективным и не дает достоверной оценки результата прочности бетона в конструкции.
Ко второму методу относятся неразру-шающие методы контроля, получившие популярность за последние десятилетия. Они позволяют оценить прочность бетона конструкций на различных ее участках, независимо от технологий бетонирования и вида обогрева. Дополнительно, имеется возможность ввести коэффициент вариации, учитывающий однородность бетонной смеси в конструкции. Наиболее широкое применение в зимнее время получил метод отрыва со скалыванием, так как является прямым методом и основан на локальном разрушении отдельного участка конструкции. Совместно с ним возможно использование, как и ультразвуковых, так и механических приборов неразру-шающего контроля.
Для большей достоверности работ в зимнее необходимо обратить внимание также на выбор средств измерения косвенным методом. Существует достаточно большой перечень приборов, основанных на различных принципах действия. Более подробно данный вопрос рассмотрен в статье [4], на основании которого авторы дела-
х
X
о
го А с.
X
го т
о
ю 2
М О
О)
о
см
см
О!
о ш т
X
<
т О X X
ют вывод, что метод ударного импульса является наиболее достоверным для положительных температур и менее подверженным внешним обстоятельствам.
Исходя из опыта использования прочих косвенных средств контроля, широкое применение получил ультразвуковой метод, который в зимнее время имеет определенные ограничения в работе. Данные особенности были выявлены на примере таких приборов, как УК 1401, УКС-МГ4, Пульсар:
- ограниченный диапазон рабочих температур ( до - 10 оС);
- наличие ледяной корки разной толщины на поверхности и в теле конструкции, завышающей результат скорости УЗ волны, так как лед более плотный;
- ограниченность постоянного использования при отрицательных температурах на окружающем воздухе, ввиду быстрого разряда батарей;
- переменное агрегатное состояние воды в зависимости от возраста бетона конструкции и температуры окружающего воздуха, также завещающей скорость УЗ волны.
Обращаясь к прямым методам, использование метода отрыва со скалыванием наиболее рационально среди неразрушающих методов в зимнее время и позволяет учитывать глубину прогрева участка испытаний. Известно, что результат прочности зависит от длины заделки анкера и также должен учитываться при оценке прочности бетона в зимнее время. Зачастую, при неравномерном прогреве участка в момент испытания, происходит проскальзывание анкера, ввиду более слабой прочности отогретого бетона по отношению к остальной части конструкции (Рисунок 1). С целью исключения данного явления, рекомендуется вводить либо переводные коэффициенты для оценки прочности методом отрыва со скалыванием, либо обустраивать «тепляки», где бетон находится при постоянной температуре и происходит равномерный отогрев испытуемой конструкции.
Независимо от выбора средств контроля и правильности построения градуировочной зависимости, имеются факторы, влияющие на результат испытаний и дальнейшую оценку класса бетона по прочности неразрушающими методами. Одной из задач, которую предстоит решать перед началом работ, является выбор методики и схемы оценки прочности. На сегодняшний день, существует две основных схемы оценки прочности бетона при текущем контроле качества монолитных работ в готовых конструкциях по ГОСТ 18105-2010 [1]: схема В и Г. Схема В основана на введение коэффициента вариации и оценке прочности с учетом однородности бетона и построения градуировочной зависимости. Схема Г используется при ограничен-
ном количестве участков испытаний, когда нет возможности построения градуировочной зависимости. Фактический класс бетона по схеме Г, чаще всего, получается ниже, чем при использовании схемы В ввиду переведения прочности в класс с помощью коэффициента 0,8. Данные методы контроля также имеют свои преимущества и недостатки при отрицательных температурах и контроле отдельных конструкций. Тем не менее, практика показывает, что при решении спорных вопросов, касающихся контроля прочности бетона в зимнее время, лаборатории придерживаются схемы Г, так как исключаются косвенные методы и влияние коэффициента вариации. Исключение коэффициента вариации в зимнее время связывается с высокой погрешностью косвенных методов контроля, что влечет за собой дальнейшую недостоверную оценку класса бетона.
Обращаясь к методике испытаний в соответствии с ГОСТ 22690-2015 [2], следует обратить внимание на следующие требования:
- п. 4.10 запрещает проводить испытание бетона при температуре ниже минус -10 оС. Дополнительно, установление градуировочных зависимостей должно производиться как для положительных температур, так и для отрицательных. Использование одной зависимости для разных температур не допускается;
- в соответствии с п.6.2.4, построение гра-дуировочной зависимости должно проводиться косвенным методом по участкам с отрицательной температурой, прямым методом- по отогретым на глубину не менее 50 мм. Данное требование дополнительно отражено в ГОСТ17624-2012[3] (п.6.10).
При использовании данных требований при проведении испытаний и прогреве участков до положительной температуры, зачастую используется оборудование в виде электрического промышленного фена или газовых горелок. Данные способы обеспечения положительной температуры участков проведения испытаний имеют ряд сложностей, связанных с равномерным отогревом участков испытаний и дальнейшей оценкой результата. Опыт проведения испытаний показывает, что отогретые участки имеют иную схему отрыва и зависимость оценки результата по сравнению с испытаниями в теплое время года.
Для сравнения результатов прочности отогретых участков и находившихся в естественных условиях отрицательных температур, были проведены испытания 27 точек монолитной стены ограждения, изготовленной из бетона В25 на объекте в Мурманской области, на 9 участках. Температура окружающего воздуха, в момент проведения испытаний, составляла менее -13оС. По результатам работ была определена
разница между данными прочности бетона в 1530%, в зависимости от времени прогрева и температуры участка в момент испытания. Данное явление также отражается на равномерности «картины» отрыва и влияет на наличие отклонений отдельных участков по причине разной температуры прогрева бетона по отдельным зонам и частичной потери влаги. На рисунке 1,2 отражены фотографии отрывов участков, где ЮС до и после прогрева составляла 1=-13 оС и 1=+ 5 : +20 оС соответственно.
Рисунок 1. Вид отрыва при - 13оС и +20оС
Рисунок 2. Вид отрыва при - 4оС и +5оС
При осмотре участков испытаний наблюдается более светлый цвет отогретых зон и более темный без прогрева. Данное явление связывается с более слабой прочностью бетона, испытуемого при положительной температуре, особенно при достижении высоких температур. Одной из причин снижения прочности является частичное испарение воды при высоких температурах и неравномерный отогрев участка бетона, что возможно исключить с помощью заблаговременной подготовки «тепляков» на испытуемых участках и постоянства температурного режима.
Рассматривая вопрос проектного возраста бетона в зимнее время, следует обратить внимание
на влияние противоморозных добавок. В статье [5] был рассмотрен вопрос набора прочности бетона при использовании добавки поташа, по итогам которого определен диапазон колебаний прочности в 15-20% при возрасте от 28 до 90 суток.
Авторы статьи [6] указывают, что при наличии противоморозных добавок разного типа и температуры твердения, время набора Р=100% прочности от Вфакт может составлять более 90 суток. В таблице 1 указывается, что при температуре менее -10оС, прочность бетона к возрасту в 90 суток составляет менее 100%.
Таблица 1
Нарастание прочности бетона с ПМД на портландце-ментах
Добавка и твердения. 'С Прочность при тверленни. от
Возраст, сут
7 14 2Е 90
Хлористый натрнй -J 35 65 80 100
Хлористый натрнй с хлористым кальцием -10 25 35 45 70
-15 15 25 35 50
Нитрит натрия. гам, нк - м ннк-м -3 30 50 70 90
-10 20 35 JJ 70
-и 10 25 35 50
Поташ 50 60 75 100
-10 30 50 70 90
-15 25 40 60 КО
-20 20 30 50 75
-25 15 25 40 65
Как правило, данный факт не учитывается при назначении проектного возраста бетона организациями, составляющими проект, и у производителей монолитных работ возникает ряд сложностей при сдаче работ, связанных с недобором прочности бетона на 28 сутки.
Выводы:
Учет особенностей конструкции, условий внешней среды и методов контроля имеет особое значение в зимний период. Переменное агрегатное состояние воды, ограничения нормативных документов и особенности состава бетона требуют заблаговременной подготовки участков испытаний и выбора в пользу механических средств контроля, как менее подверженных климатическим условиям. Оценку полученных результатов прочности бетона рекомендуется производить с учетом введения коэффициентов запаса, учитываемых в схеме Г [1] и использовании, для частичной корректировки результатов, значений прочности испытанных образцов-кубов или кернов.
Литература
1. ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности»
2. ГОСТ 22690-2015 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразру-шающего контроля»
3. ГОСТ 17624-2012 «ГОСТ 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности»
х х О го А С.
X
го m
о
ю 2
М О
4. к. т. н. А. В. Улыбин. О выборе методов контроля прочности бетона построенных сооружений \\ Инженерно-строительный журнал. 2011. №4. с. 10-15
5. Добшиц Л. М. / Определение прочности бетона конструкций/ [Текст] А. В. Белов; А. Л. Клибанов; Л. М. Добшиц // Бетоны. Оборудование. Опалубка.-2015. -спецвыпуск. -с.53-56.
6. А. И. Гныря, С. В. Коробков/ Технология бетонных работ в зимних условиях/ Издательство ТГАСУ.-2011. -с.128-129.
The peculiarities of concrete tests in winter Dobshits L.M., Belov A.V.
Russian University of Transport MIIT
The conditions of test execution as well as the choice of control means have a crucial importance in estimating the structural solidity in winter, vital for north regions. Taking into account the experience of test execution in freezing temperatures, the factors of the strength dependence of the tested concrete area from temperature are defined. The peculiarities of such tests in winter, which influence the final result of strength of concrete and credibility of the received data are analyzed in this article. The applicability of step-by-step control methods, based on the usage of destructive and direct non-destructive control methods is also described. The project age of concrete is determined by 28 days with no regard to the age of concrete with antifreeze additives stated in the reference documents. This is a problem of determining the project age of concrete. Based on the antifreeze additives type and concrete technology, the necessity of specifying the right project age of concrete during the test is specified.
Key words: strength of concrete, methods of control, schemes for assessing the strength, winter concreting, nondestructive methods. References
1. GOST 18105-2010 "Concretes. Rules of control and evaluation of strength "
2. GOST 22690-2015 Concretes. Determination of strength by
mechanical methods of non-destructive testing "
3. GOST 17624-2012 GOST 17624-2012 Concretes. Ultrasonic
method for determining strength "
4. Ph.D. A. V. Ulybin. On the choice of methods for monitoring
the strength of concrete built structures \\ Engineering and Construction Journal. 2011. №4. with. 10-15
5. Dobshits L. M. / Determination of the strength of concrete structures / [Text] A. V. Belov; A.L. Klibanov; LM Dobshits // Concretes. Equipment. Formwork.-2015. -Special issue. -pp. 53-56.
6. A.I. Gnyrya, S.V. Korobkov / Technology of Concrete Work in Winter Conditions / TGASU Publishing House-2011. - p.128-129.
