CC BY
6УДК 691.32:69.04:693.554-486:691.327 DOI 10.52928/2070-1683-2022-31-8-32-37
ПРАКТИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ МНОГОПАРАМЕТРИЧНОЙ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ФИБРОБЕТОНА НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ
Е.А. САДОВСКАЯ1, д-р техн. наук, проф. С.Н. ЛЕОНОВИЧ12, Н.А. БУДРЕВИЧ1 (1Белорусский национальный технический университет, Минск;
2Институт Циндао, Китай)
В данной статье изложены результаты практического применения многопараметричной методики оценки качества фибробетона на строительной площадке. Исследуется монолитный фибробетонный промышленный пол в производственном цеху. Используются методы неразрушающего контроля: упругий отскок, ультразвуковой импульс, ультразвуковая томография. В результате проведенных испытаний получены значения прочности на сжатие, толщина исследуемой конструкции (при одностороннем доступе), однородность материала (пустоты и фибровые «ежи»).
Ключевые слова: фибробетон, прочность на сжатие, неразрушающий метод контроля, ультразвуковая томография, упругий отскок.
Введение. Фибробетон рекомендуется применять в конструкциях зданий и сооружений, для которых существенное значение имеют снижение собственного веса, уменьшение раскрытия трещин, обеспечение водонепроницаемости бетона, повышение: долговечности, ударной стойкости, сопротивления истиранию и продавлива-нию [1-8]. Особый интерес в строительстве вызывает проведение контроля качества конструкций в построечных условиях. Так как основу фибробетона составляет бетон-матрица, то и методы контроля, используемые для монолитных бетонных конструкций, будут также применимы и для фибробетона [9]. Предлагаемая авторами методика состоит из трех этапов (таблица 1).
На первом этапе производится сплошной контроль комбинированным (комплексным) методом [10; 11]. В результате измерений ультразвуковым методом и методом упругого отскока получают значение прочности бетонной матрицы. Участки (конструкции) с отличающимися (низкими) показателями испытываются дополнительно на последующих этапах в обязательном порядке.
На втором этапе производится ультразвуковая томография конструкции [12; 13]. Данный метод позволяет определить толщину конструкции и прилегающего к ней основания при одностороннем доступе, обнаружить пустоты и «ежи» из фибровых волокон. Контроль может выполняться точечный и сплошной. Точечный контроль выполняется в обязательном порядке на всех конструкциях. Сплошной контроль может выполняться для конструкций с сомнительными показателями прочности, дефектности (по результатам точечного контроля).
На третьем этапе используется метод прямого отрыва со скалыванием для определения критического коэффициента интенсивности напряжений и прочности фибробетона в конструкции [14]. Данный метод обязательно проводится на участках (конструкциях), где на предыдущих этапах испытаний были выявлены дефекты, снижение прочности и др.
Таблица 1. - Методика контроля качества фибробетона в конструкции
№ Наименование метода исследования Получаемый результат
1 этап Комбинированный (комплексный) метод Прочность бетонной матрицы
2 этап Метод ультразвуковой томографии Толщина конструкции; наличие пустот, «ежей»; анализ прилегающего основания
3 этап Прямой отрыв со скалыванием Критический коэффициент интенсивности напряжений фибробетона; прочность фибробетона
Описание объекта исследования. С целью апробации предложенной методики, были проведены исследования фибробетонного промышленного пола в производственном цеху (рисунок 1). Цех представляет собой промышленное здание с железобетонным каркасом, покрытием из железобетонных ребристых плит и ограждением из сэндвич-панелей. Размеры производственного цеха 18*72 м в осях.
Конструкция пола состоит из песчаной подготовки, выравнивающего бетонного слоя, арматурного каркаса (только в наиболее нагруженных участках), фибробетонного слоя.
Фибра из листовой стали (ФЛА-0,9-50) представляет собой стальную полоску, имеющую на концах анкеры в виде сегментов окружности, радиусно сопряженных с прямыми участками полоски. Торцы полоски развернуты относительно друг друга на произвольный угол (ТУ BY 190345927.006-2018). Фибровые волокна вручную добавлялись в бетонную смесь непосредственно во вращающийся барабан автобетоносмесителя.
Характеристики поставляемой бетонной смеси на объект строительства: условное обозначение - БСГТ П3 С25/30 St-1 F200 W6 СТБ 1035-96; наибольшая крупность заполнителя - 10-20 мм; пластифицирующая добавка Реламикс ПК - 0,5%.
а - фибробетонная смесь при укладке; б - внешний вид стыка фибробетонного слоя пола; в - фибра из листовой стали анкерная (ФЛА-0,9-50)
Рисунок 1. - Объект исследования
Работы по устройству пола выполнялись по захваткам. Укладка смеси производилась непосредственно из автобетоносмесителя с последующим выравниванием при помощи виброрейки. Поверхность пола после затвердевания шлифовалась. Потом производилась нарезка деформационных швов с последующей герметизацией шва (рисунок 2).
Рисунок 2. - Устройство фибробетонного пола
Метод упругого отскока. Для испытаний методом упругого отскока (СТБ 2264 и ГОСТ 22690) использовался прибор Молоток Шмидта (8Пуег8сИт1& Ргосед). Испытания проводились в два этапа. На первом этапе в лабораторных условиях фиксировались значения прибора на образцах-кубах 100^100x100 мм, зажатых плитами пресса под нагрузкой 30 кН (ГОСТ 22690). По полученным результатам расчетным путем выведено уравнение зависимости косвенных показателей от значений прочности на сжатие. На втором этапе в производственных условиях проводились испытания бетона в конструкции пола. Вся площадь пола была разбита на 48 контролируемых участков (секций) (рисунок 3).
а - испытания методом упругого отскока; б - УЗ; в - схема пола цеха, разбитая на секции
Рисунок 3. - Проведение испытаний
Ультразвуковой импульсный метод. Испытания ультразвуковым импульсным методом проводились согласно ГОСТ 17624. Сначала ультразвуковые испытания проводились на кубах 100x100x100 мм в лабораторных условиях прибором Пульсар 2.2. Потом ультразвуковым импульсным методом испытывали фибробетонный промышленный пол в производственном цеху в г. Сморгонь.
Комбинированный (комплексный) метод. Комбинированный метод оценки прочности фибробетона в конструкции промышленного пола заключается в проведении многопараметрового контроля, объединяющего оценки прочности метода упругого отскока и ультразвуковой метод по формуле (рисунок 4)
fis, 1 :
1+0
где /ид и /¡¡¡,2 - оценки прочности бетона конструкции методами упругого отскока и ультразвука; 9 - относительный коэффициент влияния.
Номер образца
а - результаты испытаний образцов методами упругого отскока и УЗ Рисунок 4. - Результаты испытаний (начало)
а
а
б - значения прочности в секциях фибробетонного пола, полученные методом упругого отскока (склерометр), ультразвуковым методом и их комбинированием
Рисунок 4. - Результаты испытаний (окончание)
Согласно полученным результатам неразрушающего контроля прочности фибробетона в конструкции промышленного пола, прочность на сжатие составляет 34,5 МПа, что больше гарантированной прочности (32 МПа) и меньше требуемой (38,4 МПа) для класса бетона С25/30.
Ультразвуковая томография. Ультразвуковая томография производилась при помощи ультразвукового низкочастотного томографа А1040 MIRA. Испытания проводились непосредственно на объекте исследования -готовая конструкция промышленного фибробетонного пола в проектном возрасте (рисунок 5, а). На первом этапе точечно просканированы участки конструкции с получением В-сканов. На втором этапе выполнено полное сканирование участка пола длиной 1,6 м и шириной 1 м в режиме КАРТА (рисунок 5, б—г).
а - испытание ультразвуковым томографом А1040 MIRA; б - В-развертка (оси XZ); в - В-развертка (оси YZ); г - ЭБ-модель
Рисунок 5. - Томограммы полученной карты участка пола
Согласно полученным результатам исследования методом ультразвуковой томографии, толщина фибробетонного слоя конструкции пола составляет 160-162 мм (на рисунках 5, б, в указано под номером 1). В целом конструкция представляет сплошной монолитный объем дефектов. В нижней трети фибробетонного слоя при сплошном сканировании выявлены отражения сигнала (на рисунке 5, б обозначено номером 2), которые могут быть вызваны наличием в этих местах скопления фибровых волокон, воздух в которых отражает ультразвуковой сигнал.
б
б
а
г
в
Заключение. Результаты исследований позволяют оценить качество полученной фибробетонной конструкции в производственных условиях. Использование неразрушающих методов позволяет проводить неограниченное
количество испытаний и получать объективное состояние исследуемой конструкции. Комбинирование неразру-
шающих методов позволяет получить дополняющие друг друга показатели.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полонина, Е.Н. Физико-механические характеристики нанобетона / Е.Н. Полонина, С.Н. Леонович, Е.А. Коледа // Вестн. Инженерной шк. Дальневосточного федерального ун-та. - 2018. - № 4 (37). - С. 100-111. DOI: 10.5281/zenodo.2008672.
2. Пухаренко, Ю.В. О вязкости разрушения фибробетона / Ю.В. Пухаренко, В.Ю. Голубев // Вестн. гражданских инженеров. -2008. - № 3 (16). - С. 80-83.
3. Fracture modeling of fiber reinforced concrete in a multiscale approach / M. Congro [et al.] // Composites. Part B, Engineering. -2019. - Vol. 174. DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.106958.
4. Influence of the Nanostructured-Carbon-Based Plasticizing Admixture in a Self-Compacting Concrete Mix on Its Technological Properties / S.A. Zhdanok [et al.] // J. of Engineering Physics and Thermophysics. - 2019. - Vol. 92, iss. 2. - P. 376-382. DOI: 10.1007/s10891-019-01941-7.
5. Tensile Strength of Nanofibrous Concrete / E.A. Sadovskaya [et al.] // J. of Engineering Physics and Thermophysics. - 2020. -Vol. 93, № 4. - P. 1015-1019. DOI: 10.1007/s10891-020-02202-8.
6. Cement-Based Materials Modified with Nanoscale Additives / E.N. Polonina [et al.] // Science and Technique. - 2021. - Vol. 20, № 3. - P. 189-194. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-3-189-194.
7. Коледа, Е.А. Характеристики трещиностойкости фибробетона как определяющий фактор качества / Е.А. Коледа, С.Н. Леонович // Технология строительства и реконструкции : сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. / Белорус. нац. техн. ун-т ; Нац. акад. наук Беларуси ; под ред. Б.М. Хрусталева, С.Н. Леоновича. - Минск : Белорус. нац. техн. ун-т, 2017. - С. 282-287.
8. Коледа, Е.А. Результаты испытаний нанофибробетона на растяжение с комплексным фибровым армированием / Е.А. Коледа, С.Н. Леонович, С.А. Жданок // Вестн. Поволжского гос. технол. ун-та. Сер. Материалы. Конструкции. Технологии. - 2018. -№ 2. - С. 16-23.
9. Коледа, Е.А. Неразрушающий контроль качества фибробетонных конструкций как компонент системы мониторинга рисков при эксплуатации производственного объекта / Е.А. Коледа, С.Н. Леонович // Системные технологии. - 2016. - № 19. - С. 85-95.
10. Снежков, Д.Ю. Мультиволновой ультразвуковой контроль бетона / Д.Ю. Снежков, С.Н. Леонович // Наука и техника. -2017. - Т. 16, № 4. - С. 289-297. DOI: 10.21122/2227-1031-2017-16-4-289-297.
11. Снежков, Д.Ю. Повышение достоверности контроля прочности бетона неразрушающими методами на основе их комбинирования / Д.Ю. Снежков, С.Н. Леонович // Промышленное и гражданское строительство. - 2018. - № 1. - С. 25-32.
12. Шевалдыкин, В.Г. Ультразвуковые низкочастотные пьезопреобразователи с сухим точечным контактом и их применение для неразрушающего контроля / В.Г. Шевалдыкин, А.А. Самокрутов, В.Н. Козлов // Контроль. Диагностика. - 2003. - № 2. -C. 30-39.
13. Козлов, В.Н. Ультразвуковая дефектоскопия бетона эхо-методом: состояние и перспективы / В.Н. Козлов, А.А. Самокрутов, В.Г. Шевалдыкин // В мире неразрушающего контроля. - 2002. - № 2 (16). - С. 6-10.
14. Леонович, С.Н. Способ контроля качества сталефибробетона по коэффициенту интенсивности напряжений при нормальном отрыве / С.Н. Леонович // Поведение бетонов и железобетонных конструкций при наличии нагрузок и тепловлажностных воздействий различной длительности : электрон. сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. / Редкол.: Н.М. Зайченко [и др.]. -Макеевка : ДОННАСА, 2020. - С. 47-52.
REFERENCES
1. Polonina, E.N., Leonovich, S.N. & Koleda, E.A. (2018). Fiziko-mekhanicheskie kharakteristiki nanobetona [Physical and mechanical properties of nano concrete]. Vestn. Inzhenernoi shk. Dal'nevostochnogo federal'nogo un-ta [FEFU: School of Engineering Bulletin], (4), 100-111. (In Russ.). DOI: 10.5281/zenodo.2008672.
2. Pukharenko, Yu.V. & Golubev, V.Yu. (2008). O vyazkosti razrusheniya fibrobetona. Vestn. grazhdanskikh inzhenerov [Bulletin of Civil Engineers], (3), 80-83. (In Russ.).
3. Congro, M., Sanchez, C.M., Roehl, D. & Marangon, E. (2019). Fracture modeling of fiber reinforced concrete in a multiscale approach. Composites. PartB, Engineering, 174. DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.106958.
4. Zhdanok, S.A., Polonina, E.N., Leonovich, S.N., Khroustalev, B.M. & Koleda, E.A. (2019). Influence of the Nanostructured-Carbon-Based Plasticizing Admixture in a Self-Compacting Concrete Mix on Its Technological Properties. J. of Engineering Physics and Thermophysics, 92 (2), 376-382. DOI: 10.1007/s10891-019-01941-7.
5. Sadovskaya, E.A., Polonina, E.N., Leonovich, S.N. & Zhdanok, S.A. (2020). Tensile Strength of Nanofibrous Concrete. J. of Engineering Physics and Thermophysics, 93 (4), 1015-1019. DOI: 10.1007/s10891-020-02202-8.
6. Polonina, E.N., Leonovich, S.N., Khroustalev, B.M., Sadovskaya, E.A. & Budrevich, N.A. (2021). Cement-Based Materials Modified with Nanoscale Additives. Science and Technique, 20 (3) 189-194. DOI: 10.21122/2227-1031-2021-20-3-189-194.
7. Koleda, E.A. & Leonovich, S.N. (2017). Kharakteristiki treshchinostoikosti fibrobetona kak opredelyayushchii faktor kachestva. In B.M. Khrustalev (Eds.) & S.N. Leonovich (Eds.) Tekhnologiya stroitel'stva i rekonstruktsii: sb. dokl. Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. (282-287). Minsk: Belorus. nats. tekhn. un-t. (In Russ.).
8. Koleda, E.A., Leonovich, S.N. & Zhdanok, S.A. (2018). Rezul'taty ispytanii nanofibrobetona na rastyazhenie s kompleksnym fibrovym armirovaniem [Results of tension testing of nanofiber concrete with integrated fiber reinforcement]. Vestn. Povolzhskogo gos. tekhnol. un-ta. Ser. Materialy. Konstruktsii. Tekhnologii [Vestnik of Volga State University of Technology. Ser. Materials. Constructions. Technologies], (2), 16-23. (In Russ., abstr. in Engl.).
9. Koleda, E.A. & Leonovich, S.N. (2016). Nerazrushayushchii kontrol' kachestva fibrobetonnykh konstruktsii kak komponent sistemy monitoringa riskov pri ekspluatatsii proizvodstvennogo ob"ekta [Non-destructive quality control of fiber-reinforced concrete structures as a component of the risk monitoring system during the operation of a production facility]. Sistemnye tekhnologii, (19), 85-95. (In Russ., abstr. in Engl.).
10. Snezhkov, D.Yu. & Leonovich, S.N. (2017). Mul'tivolnovoi ul'trazvukovoi kontrol' betona [Multi-Wave Ultrasonic Control of Concrete]. Nauka i tekhnika [Science and Technique], 16 (4), 289-297. DOI: 10.21122/2227-1031-2017-16-4-289-297. (In Russ, abstr. in Engl.).
11. Snezhkov, D.Yu. & Leonovich, S.N. (2018). Povyshenie dostovernosti kontrolya prochnosti betona nerazrushayushchimi metodami na osnove ikh kombinirovaniya [Improving Reliability of Testing Concrete Strength by Non-Destructive Methods on the Basis of Their Combination]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering], (1), 25-32. (In Russ., abstr. in Engl.).
12. Shevaldykin, V.G., Samokrutov, A.A. & Kozlov, V.N. (2003). Ul'trazvukovye nizkochastotnye p'ezopreobrazovateli s sukhim tochechnym kontaktom i ikh primenenie dlya nerazrushayushchego kontrolya. Kontrol'. Diagnostika [Testing. Diagnostics], (2), 30-39. (In Russ.).
13. Kozlov, V.N., Samokrutov, A.A. & Shevaldykin, V.G. (2002). Ul'trazvukovaya defektoskopiya betona ekho-metodom: sostoyanie i perspektivy. Vmire nerazrushayushchego kontrolya, (2), 6-10. (In Russ.).
14. Leonovich, S.N. (2020). Sposob kontrolya kachestva stalefibrobetona po koeffitsientu intensivnosti napryazhenii pri normal'nom otryve. In N.M. Zaichenko (Eds.) [et al.] Povedenie betonov i zhelezobetonnykh konstruktsii pri nalichii nagruzok i teplovla-zhnostnykh vozdeistvii razlichnoi dlitel'nosti: elektron. sb. nauch. tr. mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. (47-52). Makeevka: DONNASA. (In Russ.).
Поступила 05.04.2022
PRACTICAL TESTING OF A MULTIPARAMETER METHOD FOR ASSESSING THE QUALITY OF FIBER CONCRETE ON A CONSTRUCTION SITE
E. SADOVSKAYA, S. LEONOVICH, N. BUDREVICH
This article presents the results of the practical application of a multi-parameter method for assessing the quality offiber-reinforced concrete at a construction site. A monolithic fiber-reinforced concrete industrial floor in the production workshop is being investigated. Non-destructive testing methods are used: elastic rebound, ultrasonic pulse, ultrasonic tomography. As a result of the tests, the values of compressive strength, the thickness of the structure under study (with one-sided access), and the homogeneity of the material (voids and fiber "hedgehogs") were obtained.
Keywords: fiber-reinforced concrete, compressive strength, non-destructive testing method, ultrasonic tomography, elastic rebound.
