CC BY
43УДК 624.012.45
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-60-63
А.А. ПАРФЕНОВ1, инженер (a.parfenov@ktbberon.com), О.А. СИВАКОВА1, инженер (olgasivakova1310@yandex.ru); О.А. ГУСАРЬ2, бакалавр, В.В. БАЛАКИРЕВА2, бакалавр
1 АО «КТБ ЖБ» (109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, 6, стр. 15 А)
2 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
Выбор оптимальных методов определения прочности бетона
✓ W W
при обследовании здании и сооружении
Для достоверной оценки технического состояния здания и его бетонных и железобетонных конструкций важно знать фактическую прочность бетона. При этом определить данный параметр необходимо с минимальными материальными и временными затратами и не в ущерб испытуемым конструкциям. Для соответствия результатов испытаний требованиям действующей нормативной документации выбор оптимального метода определения прочности означает выбор комбинации из прямого и косвенного методов определения прочности. По результатам оценки начальных материальных затрат на приобретение приборов и результатов оценки временных затрат на проведение испытаний оптимальной комбинацией методов определения прочности является совместное использование метода отрыва со скалыванием и ультразвукового метода. Использование данной комбинации методов также позволяет получать результаты измерений прочности бетона с высокой достоверностью.
Ключевые слова: бетонные конструкции, железобетон, обследование, неразрушающий контроль.
Для цитирования: Парфенов А.А., Сивакова О.А., Гусарь О.А., Балакирева В.В. Выбор оптимальных методов определения прочности бетона при обследовании зданий и сооружений // Строительные материалы. 2019. № 1-2. С. 60-63. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-60-63
A.A. PARFENOV1, Engineer, O.A. SIVAKOVA1, Engineer; O.A. GUSAR'2, Bachelor, V.V. BALAKIREVA2, Bachelor
1 JSC "Design-Technological Bureau of Concrete and Reinforced Concrete" (JSC "KTB RC") (Bldg. 15A, 6, 2-nd Institutskaya Street, Moscow, 109428, Russian Federation)
2 National Research Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)
Selection of Optimal Methods for Determining the Strength of Concrete when Inspecting Buildings and Structures
For a reliable assessment of the technical condition of the building and its concrete and reinforced concrete structures, it is important to know the actual strength of concrete. At the same time, it is necessary to determine this parameter with minimal material and time expenditures and with minimal damage to the tested structures. For compliance of test results with the requirements of the current regulatory documentation, the choice of the optimal method for determining the strength means the choice of a combination of direct and indirect methods for determining the strength. According to the results of the evaluation of the initial material costs for the purchase of devices and the results of the assessment of time spent on testing, the optimal combination of methods for determining the strength is the joint use of the separation method with chipping and ultrasonic method. The use of this combination of methods also makes it possible to obtain the results of concrete strength measurements with high reliability.
Keywords: concrete structures, reinforced concrete, non-destructive control.
For citation: Parfenov A.A., Sivakova O.A., Gusar'O.A., Balakireva V.V. Selection of optimal methods for determining the strength of concrete when inspecting buildings and structures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 1-2, pp. 60-63. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-767-1-2-60-63 (In Russian).
Основной целью технического обследования зданий и сооружений является определение фактической категории технического состояния несущих конструкций, которая зависит в том числе от ее несущей способности. Несущая способность железобетонной конструкции в значительной части определяется прочностью бетона, а несущая способность бетонной конструкции полностью зависит от данного параметра. Таким образом, весьма важное место при определении категории технического состояния бетонных и железобетонных несущих конструкций занимает определение прочности бетона. При этом часто обследования выполняются по отношению к объектам в процессе их эксплуатации, что вызывает необходимость проводить испытания с минимальными разрушениями и в минимальные сроки [1—10]. Также экономическая ситуация требует выполнять испытания с минимальными расходами материаль-
ных и временных ресурсов, при этом обеспечивая достоверность результатов.
Наиболее распространенные методы определения прочности бетона подразделяются на три группы:
1. Разрушающие методы — определение прочности бетона путем испытания отобранных из конструкций образцов, установленные ГОСТ 28570—90 [11];
2. Неразрушающие прямые методы — механические методы испытания бетона: отрыв со скалыванием и скалывание ребра при стандартной схеме испытаний в ограниченном диапазоне прочности бетона, установленные ГОСТ 22690-2015 [12];
3. Неразрушающие косвенные методы — механические методы испытания бетона: метод упругого отскока, метод пластической деформации, метод ударного импульса, метод отрыва, установленные ГОСТ 22690—2015, а также ультразвуковой метод, установленный ГОСТ 17624—2012 [13].
Таблица 1
Стоимость оборудования для испытания бетонов
№ п/п Метод испытания Стоимость, тыс. р.
1 Испытания отобранных из конструкции образцов (кернов), включая: - станок для выбуривания кернов; - станок для торцовки образцов; - пресс для испытания образцов при сжатии 730
2 Отрыв со скалыванием, включая: - перфоратор для бурения шпура; - прибор отрыва со скалыванием 110
3 Скалывание ребра, включая: - перфоратор для бурения отверстия для закрепляющего анкера; - прибор скалывания ребра 95
4 Метод упругого отскока 20
5 Метод пластических деформаций 6
7 Метод ударного импульса 60
8 Ультразвуковой метод 100
Таблица 2
Минимальное число измерений для различных методов испытаний
Метод Минимальное число
измерений на участке
Ультразвуковой метод (поверхностное прозвучивание) 2
Упругий отскок 9
Ударный импульс 10
Пластическая деформация 5
Скалывание ребра 2
Отрыв 1
Отрыв со скалыванием при рабочей глубине заделки анкера: >40 мм <40 мм 1 2
Разрушающий метод (при диаметре керна 70 мм) 3*
* Образцы для разрушающего метода могут быть изготовлены из одной пробы бетона, т. е. из одного отобранного керна.
При этом правила контроля и оценки прочности бетона устанавливаются ГОСТ 18105—2010 [14], объединяющим все вышеуказанные методы определения прочности бетона в единую систему.
ГОСТ 18105—2010 [14] устанавливает четыре схемы испытаний: А, Б, В и Г. Из них на практике при обследовании зданий и сооружений реализуемыми являются схемы В и Г. Обе схемы требуют использования граду-ировочной зависимости при обработке результатов испытаний косвенными методами, для чего необходимо проведение параллельных испытаний с применением прямых или разрушающих методов: для схемы В не мене чем на 12 участках, для схемы Г не менее чем на трех участках [12, 13]. Таким образом, действующие нормы не допускают использования только косвенных методов для определения прочности бетона.
Ввиду вышеизложенного выбор оптимального метода определения прочности означает комбинацию методов, состоящую из прямого или разрушающего и косвенного. В большинстве случаев на практике, в силу высокой стоимости оборудования, выбор прямого или разрушающего метода ограничен наличием всего лишь одного прибора, как правило, отрыва со скалыванием (как наиболее доступного из них), и конечный выбор сводится к подбору прибора для косвенного метода. Тем не менее в рамках данной статьи также приводятся разрушающие методы определения прочности бетона.
Рассмотрим стоимость необходимого оборудования для испытания бетона различными методами (табл. 1). Она получена путем анализа предложения на рынке и отражает порядок текущих цен.
Из данных табл. 1 следует, что разрушающие методы испытаний бетона требуют значительно больших начальных капиталовложений, что делает их весьма дорогостоящими. Однако именно они позволяют получать наиболее достоверные данные о прочности бетона по всему спектру прочностей, в том
числе и потому, что испытаниям подвергаются глубинные слои бетона конструкций.
Стоимость приборов для неразрушающих прямых методов сопоставима, и их можно отнести к одному стоимостному диапазону, который существенно ниже уровня стоимости оборудования для разрушающих методов. При этом данный класс приборов позволяет получать значения для построения градуи-ровочных зависимостей для косвенных методов.
Стоимость приборов для косвенных методов измерения варьируется в зависимости от исполнения. В частности, приборы для упругого отскока по своей стоимости могут достигать уровня 100 тыс. р. при наличии электронных компонентов. Также следует отметить, что метод пластической деформации, несмотря на низкую стоимость оборудования, в настоящее время практически не используется.
Важным фактором при выборе методов испытания бетона являются затраты времени на их проведение, которые складываются из времени на подготовку оборудования, подготовку мест испытания и непосредственно на проведение самих испытаний. Следует отметить, что при примерно равных временных затратах на выполнение одного измерения различными косвенными методами определения прочности бетона минимальное количество этих измерений для участка, т. е. для получения единичной прочности, существенно различается. Минимальное число измерений на участке, установленное соответствующими ГОСТами [12, 13] для различных методов испытаний, представлено в табл. 2.
Таким образом, время, необходимое для проведения испытаний на участке, будет складываться из времени, необходимого на проведение одного измерения, умноженного на количество этих измерений. Поскольку время на выполнение одного измерения косвенными методами исчисляется секундами, то даже несмотря на значительное различие в числе ми-
нимально необходимом количестве измерений на участок, время, необходимое для проведения испытания на участке, в целом будет незначительным и не превысит 10 мин. Исключением является метод пластической деформации, при котором требуется сопоставление размеров отпечатков, а не простое снятие показаний прибора, что хоть и незначительно, но увеличивает время испытаний по отношению к другим косвенным методам. И совершенно очевидно, что однозначным лидером среди косвенных методов по сокращению временных затрат на испытания следует признать ультразвуковой метод.
Неразрушающие прямые методы, а именно методы отрыва со скалыванием и скалывания ребра, по временным затратам на одно измерение находятся примерно на одном уровне. При этом основное время при испытаниях данными методами уходит на подготовку — сверление шпура и закрепление прибора, само испытание занимает несколько минут. По опыту применения данных методов можно утверждать, что на испытание одного участка требуется от 20 до 40 мин.
Время, необходимое на проведение испытания методом отрыва, обусловливается сроком твердения клеящего состава, который достигает 12 ч, что делает это метод достаточно затратным по времени.
Время, необходимое на испытания разрушающими методами, складывается из времени, необходимого на отбор образца, его доставку в стационарную лабораторию, подготовку к испытаниям и сами испытания и может достигать, в зависимости от сложности логистики, нескольких часов и даже суток. Таким образом, данный метод является также весьма затратным и по времени.
Несмотря на описанные выше показатели, основным для рассматриваемых методов и реализующих их приборов является достоверность результатов определения прочности бетона. Наиболее достоверные, можно сказать, эталонные результаты дает разрушающий метод в силу того, что измеряется показатель — разрушающее сжимающее усилие, напрямую связанный с прочностью образцов, а также того, что испытаниям подвергаются образцы, включающие в себя бетон из глубины конструкции.
Достоверные результаты в пределах стандартной схемы испытаний также дают прямые неразрушающие методы, основанные на измерении усилия, необходимого для местного разрушения конструкции, происходящего на некоторую глубину (скол ребра, вырыв анкерного устройства с бетонным окружением). Однако следует заметить, что при испытании высокопрочных бетонов данные методы также следует считать косвенными в силу значительной разницы проч-ностей бетона у поверхности и в глубине конструкции.
Список литературы
1. Бриганте М., Сумбатян М.А. Акустические методы в неразрушающем контроле бетона: Обзор зарубежных публикаций в области экспериментальных исследований // Дефектоскопия. 2013. № 2. С. 52—67.
Наименее достоверные результаты дают методы, основанные на измерении косвенной характеристики прочности бетона, поскольку измерения производятся на поверхности конструкции, бетон которой по прочности может существенно отличаться от бетона в глубине. Также на величину косвенной характеристики могут оказывать влияние факторы, не влияющие на прочность бетона или влияние которых нельзя учесть при испытаниях. Именно поэтому косвенные методы определения прочности бетона нельзя использовать без построения градуировочных зависимостей для конкретного вида бетона.
Также на достоверность результатов оказывает влияние погрешность измерений приборов. Из статьи «О выборе методов контроля прочности бетона построенных сооружений» [15] (табл. 2. Результаты исследования прочности бетона колодца различными методами) следует, что наименьшей погрешностью из приборов для косвенных методов определения прочности обладают ультразвуковые приборы — средний коэффициент вариации 4,5%; разброс результатов измерения методом упругого отскока характеризуется коэффициентом вариации 8,1%; коэффициент вариации при методе ударного импульса составил 31,6%. Таким образом, лидером среди косвенных методов является ультразвуковой метод, обладающий минимальной погрешностью измерений.
В заключение можно указать на то, что механические косвенные методы определения прочности бетона чувствительны к пространственному положению конструкции, т. е. измерения зависят от направления хода бойка (снизу вверх, сверху вниз, горизонтально, под углом), что налагает дополнительные требования к аккуратности снятия показаний приборов и что необходимо учитывать при обработке результатов.
Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что оптимальная комбинация методов определения прочности бетона включает в себя:
— из прямых неразрушающих методов метод отрыва со скалыванием, так как не всегда можно найти подходящий угол для метода скалывания ребра;
— из косвенных неразрушающих методов ультразвуковой метод как оптимальный по всем показателям (приемлемая стоимость прибора, высокая скорость измерений, низкая погрешность измерений, отсутствие чувствительности к пространственному положению).
Использование данной комбинации методов позволяет получить достоверные результаты измерений прочности бетона при минимальных материальных и временных затратах при выполнении технических обследований зданий и сооружений в большинстве ситуаций.
References
1. Brigante M., Sumbatyan M.A. Acoustic methods in
non-destructive testing of concrete: a review of foreign
publications in the field of experimental research.
Defektoskopiya. 2013. No. 2, pp. 52—67. (In Russian).
2. Недавний О.И., Смокотин А.В., Богатырева М.М., Протасова И.Б. Опыт применения эхоимпульсно-го метода при неразрушающем контроле бетона несущих конструкций // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 1 (48). С. 140-147.
3. Давидюк А.А., Румянцев И.М. Контроль прочности конструкций из высокопрочного бетона на стадии эксплуатации высотных зданий // Строительные материалы. 2018. № 1-2. С. 63-66. DOI: https://doi. org/10.31659/0585-430X-2018-756-1-2-63-66
4. Гулунов А.В. Методы и средства неразрушающего контроля бетона и железобетонных изделий // Строительные материалы. 2002. № 8. С. 14-16.
5. Власов В.М., Донов А.В., Кондаков В.Е., Бакано-вичус Н.С. Применение неразрушающих методов контроля при оценке качества бетона по испытаниям кернов // Гидротехническое строительство. 2007. № 2. С. 11-22.
6. Букин А.В., Патраков А.Н. Определение прочности бетона методами разрушающего и неразруша-ющего контроля // Вестник Пермского государственного технического университета. Строительство и архитектура. 2010. № 1. С. 89-94.
7. Павлов А.Н. Неразрушающие методы контроля прочности бетона при возведении монолитных зданий // Наука, техника и образование. 2015. № 5 (11). С. 47-49.
8. Козлов А.В., Козлов В.Н. Развитие и современное состояние методов неразрушающего контроля и акустической томографии бетона // Дефектоскопия. 2015. № 6. С. 3-14.
9. Несветаев Г.В., Коллеганов А.В., Коллеганов Н.А. Особенности неразрушающего контроля прочности бетона эксплуатируемых железобетонных конструкций // Интернет-журнал Науковедение. 2017. Т. 9. № 2. С. 100.
10. Яворский А.А., Мартос В.В. Проблемы обеспечения качества объектов монолитного строительства // Жилищное строительство. 2010. № 3. С. 6-8.
11. ГОСТ 28570-90. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций. М.: Издательство стандартов, 1990.
12. ГОСТ 22690-2015. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. М.: Стандартинформ, 2016.
13. ГОСТ 17624-2012. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. М.: Стандартинформ, 2014.
14. ГОСТ 18105-2010. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. М.: Стандартинформ, 2018.
15. Улыбин А.В. О выборе методов контроля прочности бетона построенных сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 4 (22). С. 10-15.
16. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004.
17. Зубков В.А. Определение прочности бетона. М.: АСВ, 1998. 120 с.
2. Nedavnii O.I., Smokotin A.V., Bogatyreva M.M., Protasova I.B. Experience of using the echo-pulse method for non-destructive testing of concrete bearing structures. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhi-tekturno-stroitel'nogo universiteta. 2015. No. 1 (48), pp. 140-147. (In Russian).
3. Davidyuk A.A., Rumayantsev I.M. Strength control of structures made of high-strength concrete at the stage of operation of high-rise buildings. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 1-2, pp. 63-66. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-756-1-2-63-66 (In Russian).
4. Gulunov A.V. Methods and means of nondestructive testing of concrete and reinforced concrete products. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2002. No. 8, pp. 14-16. (In Russian).
5. Vlasov V.M., Donov A.V., Kondakov V.E., Bakano-vichus N.S. The use of non-destructive methods of control in assessing the quality of concrete for testing cores. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo. 2007. No. 2, pp. 11-22. (In Russian).
6. Bukin A.V., Patrakov A.N. Determination of concrete strength by methods of destructive and non-destructive testing. Vestnik Permskogo gosudarstvennogo tekhni-cheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2010. No. 1, pp. 89-94. (In Russian).
7. Pavlov A.N. Non-destructive methods for monitoring the strength of concrete during the construction of monolithic buildings. Nauka, tekhnika i obrazovanie. 2015. No. 5 (11), pp. 47-49. (In Russian).
8. Kozlov A.V., Kozlov V.N. Development and current state of the methods of non-destructive testing and acoustic tomography of concrete. Defektoskopiya. 2015. No. 6, pp. 3-14. (In Russian).
9. Nesvetaev G.V., Kolleganov A.V., Kolleganov N.A. Features of non-destructive testing of concrete strength of operated reinforced concrete structures. Internet-zhurnal Naukovedenie. 2017. Vol. 9. No. 2, p. 100. (In Russian).
10. Yavorskii A.A., Martos V.V. Problems of ensuring the quality of monolithic construction objects. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2010. No. 3, pp. 6-8. (In Russian).
11. GOST 28570-90. Concretes. Methods of strength evaluation on cores drilled from structures. (In Russian).
12. GOST 22690-2015. Concretes. Determination of strength by mechanical methods of nondestructive testing. (In Russian).
13. GOST 17624-2012. Concretes. Ultrasonic method of strength determination. (In Russian).
14. GOST 18105-2010. Concretes. Rules for control and assessment of strength. (In Russian).
15. UlybinA.V. On the choice ofconcrete strength inspection methods of ready-built structures. Magazine of Civil Engineering. 2011. No. 4 (22), pp. 10-15. (In Russian).
16. SP 13-102-2003. Regulations for inspection the structures of buildings and erections. Moscow: Gosstroy of Russia, GUP TsPP, 2004. (In Russian).
17. Zubkov V.A. Opredelenie prochnosti betona. [Determination of concrete strength]. Moscow: ASV. 1998. 120 p.
