Выбор методов контроля прочности бетона

Выбор методов контроля прочности бетона

В последние годы популярность и доступность различных методов контроля прочности бетона и реализующих их приборов резко возросла. И несмотря на требования нормативных документов, резко ограничивающие возможность применения большинства методов для использования в ходе обследования конструкций зданий и сооружений, в том или ином объеме они применяются большинством организаций.

Содержание статьи:

  1. Классификация методов контроля прочности бетона
  2. Стоимость оборудования
  3. Правила контроля прочности бетона
  4. Исследование прочности бетона колодца различными методами
  5. Выводы и рекомендации
  6. Литература

Необходимо уточнить, что в данной статье речь идет только о прочности бетона на сжатие и далее под «прочностью» понимается именно этот параметр бетона.

Рассмотрим следующие вопросы.

  1. Какие методы определения (оценки) прочности бетона применяются и какие наиболее доступны?
  2. Каковы параметры основных применяемых методов с точки зрения стоимости оборудования, производительности и погрешности измерений?
  3. Какие методы в реальных условиях объектов обследования, с учетом сложившейся на рынке ситуации, можно применять, соблюдая требования норм?

Классификация методов контроля прочности бетона

Исследования прочности бетона должны выполняться по требованиям ГОСТ 28570 [1], 22690 [2], 17624 [3], ГОСТ Р 53231 (вышел новый ГОСТ 18105)[4], СТО [5]. Условно все применяемые методы можно разделить на 3 группы, представленные на рис. 1.

Классификация методов контроля прочности бетона
Рисунок 1. Классификация методов контроля прочности бетона

Результаты, полученные методами первой группы, являются наиболее соответствующими истинному значению прочности материала по следующим причинам. Во-первых, измеряется именно искомый параметр – усилие, соответствующее разрушению при сжатии. Во-вторых, исследуется образец материала, изъятый из тела конструкции, а не только из поверхностного слоя. В-третьих, влияние на результат измерения внешних факторов: влажность, армирование, дефекты поверхностного слоя и прочих, – можно свести к минимуму.

Однако данный подход для рядовых объектов на практике применяется крайне редко. Это обусловлено тремя основными причинами: высокая стоимость оборудования, большая трудоемкость процесса измерения и, следовательно, его себестоимость и локальное повреждение конструкций, которое в большинстве случаев заказчик не приемлет.

Подсчитаем оценочную стоимость необходимого для первого вида измерений оборудования. Учитывая, что метод выбуривания кернов по сравнению с отбором проб выпиливанием характеризуется меньшей трудоемкостью и повреждением, наносимым конструкции, рассмотрим оборудование именно для него. Рассмотрим комплект оборудования, доступного на рынке, со средним качеством и минимальными необходимыми параметрами. В минимальный комплект можно включить: перфоратор (Bosch GBH 2-26), установка алмазного сверления для отбора кернов диаметром до 100 мм (Husqvarna DMS 160A), камнерезный станок (Diam SK-600) и пресс гидравлический (ПГМ-1000МГ4). Данные сведены в таблицу 1.

Трудозатраты для выполнения измерений будут состоять из выбуривания трех кернов (согласно п.СП13-102 [6] для определения прочности одного конструктивного элемента), доставки с объекта в лабораторию (в расчет взят 1 ч), торцовки на камнерезном станке и испытания на прессе с последующей обработкой результатов.

Для всех методов контроля, указанных на рис. 1, по требованиям ГОСТов [1,2,3] необходимо до выполнения измерений (отбора проб) определить наличие и расположение арматуры (для этого использовался измеритель защитного слоя бетона ИПА-МГ4.01). Данная операция, как правило, выполняется магнитным методом по ГОСТ 22904 [7]. Эта составляющая в затраты на приборное обеспечение и трудоемкость не включена.

Подсчитаем оценочную стоимость необходимого для второго вида измерений оборудования. Расчет выполнен для метода отрыва со скалыванием, так как в отличие от методов отрыва и скалывания ребра, данный метод в отечественной практике обследования нашел наибольшее применение.

Стоимость оборудования

В минимальный комплект можно включить перфоратор (Bosch GBH 2-26) и прибор для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием (ПОС-50МГ4). Трудозатраты для выполнения измерения методом отрыва со скалыванием будут состоять из бурения шпура, закладки анкера и проведения измерения. Количество единичных измерений для определения прочности бетона участка конструкции должно быть не менее трех [4,6]. Данные представлены в таблице 1.

Во всех косвенных неразрушающих методах контроля прочности для реализации достаточно наличия самого прибора контроля. Трудоемкость состоит непосредственно из измерений того или иного параметра (отскок, скорость ультразвука, диаметр отпечатка и пр.) после выполнения надлежащего количества измерений.

Таблица 1. Сводные данные по методам измерения

№ по рис. 1Метод измеренияСтоимость оборудования, руб.Трудоемкость*, чел/чСтоимость испытания**, руб.
1.2Испытание кернов на прессе490000412000
2.2Отрыв со скалыванием7200015000
3.1Ультразвуковой метод660000,11500
3.2Метод упругого отскока1000000,22500
3.3Метод ударного импульса560000,21500
3.4Метод пластической деформации40000,52000

*Трудоемкость определена по всем операциям с момента начала работ на объекте, учитывая необходимость обработки поверхности и прочие вспомогательные операции, до получения первичных данных о прочности, без работ по оформлению результатов.
**Стоимость указана по результатам опроса специализированных организаций с учетом минимально необходимого по требованиям нормативных документов количества измерений и без учета дополнительных затрат.

Измерение прочности методом пластической деформации характеризуется большей трудоемкостью, так как помимо нанесения отпечатков на поверхность бетона конструкции необходимо производить измерение их диаметров и дальнейший расчет их отношения (при использовании молотка Кашкарова).

Исходя из данных, представленных в таблице 1, можно сделать вывод о том, что приборы третьей группы характеризуются очевидными преимуществами. Они обладают наименьшей трудоемкостью и, соответственно, стоимостью единичного испытания. Величина инвестиций в приобретение оборудования также минимальна по сравнению с методом 1  группы.  И сопоставима со стоимостью оборудования 2 группы. Помимо этого все косвенные методы контроля являются полностью «неразрушающими» и не наносят повреждений бетону конструкций при измерениях.

Именно эти факторы являются основной причиной большой популярности методов группы 3 у различных организаций, занимающихся обследованием и испытаниями бетона. Особенно это относится к фирмам, стремящимся минимизировать расходы на оборудование, либо «молодым» организациям, а также к организациям, основной целью которых является не качество выполненной работы.

Правила контроля прочности бетона.

Согласно п. 3.14 ГОСТ 22690 [2], «для определения прочности бетона в конструкциях предварительно устанавливают градуировочную зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой прочности (в виде графика, таблицы или формулы)». Применение методов упругого отскока, ударного импульса или пластической деформации при обследовании конструкций, бетон которых обладает параметрами, отличающимися от бетона, на котором построена градуировочная зависимость (то есть всегда), возможно только с уточнением данной зависимости. Уточнение зависимости подразумевает испытание бетона методом группы 2 или 1.

Согласно п. 3.16. ГОСТ Р 53231 (вышел новый ГОСТ 18105)[4], использование всех косвенных методов контроля (группа 3) возможно только с построением градуировочной зависимости.

Согласно п. 8.3.1 и Приложению Б СП 13-102 [6], определение прочности бетона выполняется неразрушающими методами в соответствии с ГОСТ 22690 [2], и без построения градуировочной зависимости может быть выполнено только методами отрыва со скалыванием, отрыва, скалывания ребра и по испытанию отобранных образцов.

Иными словами, применять все методы контроля прочности, входящие в группу 3 (рис. 1), без построения градуировочной зависимости НЕЛЬЗЯ, а построение зависимости ведет к неизбежному использованию методов группы 1 или 2. По результатам анализа отчетов сторонних организаций, а также общения с коллегами из различных регионов России можно утверждать, что в отечественной практике обследования указанными нормами пренебрегает большинство организаций. Почему так происходит, описано выше.

Рассмотрим, чем вызвано такое категоричное требование норм по отношению к косвенным неразрушающим методам контроля.

Во-первых, это большая неопределенность (погрешность) результатов измерения фиксируемого параметра. Помимо наличия приборной составляющей погрешности (износ пружины, низкий заряд аккумуляторов и т.п.), которая вносит определенный вклад в результирующую погрешность, превалирующую роль играют многочисленные внешние факторы [8]. К ним относятся:

  • качество обработки поверхности бетона;
  • наличие дефектов (скрытых и явных) в зоне измерения (микротрещины, поры, каверны,расслоения и т.п.);
  • включения крупного заполнителя;
  • наличие арматуры в зоне измерения;
  • повреждение поверхностного слоя (размораживание, промасливание, увлажнение, карбонизацияи другие виды коррозии);
  • сила прижатия датчика (для ультразвукового метода);
  • другие факторы.

Все перечисленные факторы в определенном сочетании имеют место всегда, а минимизация их влияния либо невозможна, либо снижает производительность измерений в разы (например, предварительная шлифовка поверхности бетона).

Во-вторых, даже при сведении к минимуму влияния внешних факторов путем тщательной подготовки и проведения исследований, а также статистической обработки результатов измерений и отбраковки их части, полученный результат не может быть использован без частной градуировочной зависимости для конкретного исследуемого бетона.

Установление градуировочной зависимости, например, для ультразвукового метода, по требованиям п. 3.4 ГОСТ 17624 [3] подразумевает испытание не менее 30 образцов кубов (15 серий по 2 куба в каждой). На большинстве объектов среднего масштаба, а также при выборочном обследовании бетонных конструкций выполнение такого количества прямых испытаний сводит к нулю необходимость применения неразрушающих методов вообще. Помимо этого, получить согласование заказчика на повреждение конструкций (неизбежное при испытаниях) в таком объеме на эксплуатируемых объектах гражданского назначения редко представляется возможным.

Необходимо отметить, что на практике, даже при соблюдении минимального количества образцов для построения градуировочной зависимости, найденная зависимость может оказаться не удовлетворяющей требованиям норм по статистическим параметрам оценки (допустимое среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации). Таким образом, выполненная исследовательская работа может оказаться бесполезной.

Тем не менее, применять косвенные методы неразрушающего контроля можно. Это целесообразно в следующих случаях:

  • когда нет необходимости определять прочность бетона (например, для расчета), а необходимо только оценить ее значение и использовать как один из ряда факторов, характеризующих техническое состояние конструкции (однородность, сплошность и др.), например при обследовании фундаментов по требованиям п. 7.16 ТСН 50-302 [9] и п.5.2.15 ГОСТ Р 53778 [10];
  • когда необходимо качественно выявить зоны неоднородности прочности бетона для дальнейшего применения методов групп 1 и 2 в этих зонах;
  • когда есть возможность и необходимость выполнения комплексных работ и построения частной градуировочной зависимости согласно требованиям ГОСТ.

Учитывая, что методов третьей группы несколько, рассмотрим, какой из них оптимален. Параметры трудоемкости и стоимости имеются в таблице 1. Ниже рассмотрим третий немаловажный фактор – погрешность измерения.

Исследование прочности бетона колодца различными методами

На одном из обследованных в 2011 г объектов автором было проведено исследование, в ходе которого осуществлен контроль прочности бетона тремя косвенными неразрушающими методами с последующим испытанием отобранных образцов. Метод пластической деформации не применялся ввиду его низкой производительности.

Объект представляет собой колодец, выполненный из монолитного железобетона, радиусом 12 м и глубиной 8 м. Бетонирование стен колодца велось захватками, разделяющими колодец по высоте на 8 ярусов. Результаты измерений, выполненных различными методами, представлены в таблице 2. Для измерений использованы следующие приборы: ультразвуковой метод – УКС-МГ4 («СКБ Стройприбор») (рис. 2); метод упругого отскока – Original Schmidt N (Proseq) (рис. 3); метод ударного импульса – ИПС МГ4.03 («СКБ Стройприбор»).

Среднее значение регистрируемых параметров, представленное в таблице, получено по выборке, состоящей из результатов не менее чем 30 единичных измерений. Коэффициент вариации V определен как отношение среднего квадратичного отклонения к среднему значению (математическому ожиданию).

Таблица 2. Результаты исследования прочности бетона колодца различными методами

Ярус

Метод

Ультразвуковой, м/сУпругого отскока, у.ед.Ударного импульса, МПаИспытание на прессе
Ср. знач.V,%Ср. знач.V,%Ср. знач.V,%R, МПа
140583.946.27.841.923.441.6
243003.946.68.338.136.340.1
340824.643.77.624.440.235.0
440944.148.28.538.228.542.1
541106.248.98.248.128.136.5
638364.544.67.342.826.530.6
744533.647.67.645.541.639.3
845335.249.79.949.628.736.5
Ср. знач. V4.58.131.6

По данным, представленным в таблице, видно, что наименьшей погрешностью измерения характеризуется ультразвуковой метод. Метод упругого отскока имеет коэффициент вариации приблизительно в 2 раза выше. Разброс результатов измерения методом ударного импульса максимален и характеризуется коэффициентом вариации, превышающим 40%, при среднем значении 31,6%.

Для сопоставления результатов измерений, приведенных в таблице, они представлены в графическом виде на рис. 4. Значения приведены в виде отклонений результата измерения по каждому ярусу от среднего по всем ярусам.

По графикам (рис. 4) можно сделать вывод, что результаты измерений методами ударного импульса и ультразвуковым характеризуются высокой корреляцией и в целом сопоставимы с результатами испытания на прессе. Результаты измерений методом ударного импульса не характеризуются тесной связью ни с другими методами неразрушающего контроля, ни с результатами испытания на прессе.

Сравнение результатов измерения прочности бетона различными методами
Рисунок 4. Сравнение результатов измерения прочности бетона различными методами

Выводы и рекомендации.

  1. Для измерения прочности бетона обследуемых конструкций без нарушения требований современных норм можно применять только методы 1 и 2 групп (испытание отобранных образцов и метод отрыва со скалыванием).
  2. Оптимальным по точности, трудоемкости, стоимости и доступности оборудования, универсальности использования и масштабу разрушения конструкции является метод отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690 [2].
  3. В случаях, когда поверхностный слой имеет глубокое повреждение, бетон конструкции заморожен, а также требуются наиболее достоверные результаты, необходимо выполнять отбор проб и испытание в лабораторных условиях.
  4. Применение ультразвукового метода и метода ударного импульса целесообразно для приблизительной оценки прочности, а также для выявления зон с отклонением прочности от среднего значения (зон неоднородности бетона).
  5. Из всех косвенных методов неразрушающего контроля рекомендуется использование ультразвукового метода или метода ударного импульса, а при возможности их сочетание, что также рекомендуется в литературе [11,12].

Литература

  1. ГОСТ 28570-90. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций.
  2. ГОСТ 22690-2015. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. Технические требования.
  3. ГОСТ 17624-2012. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.
  4. ГОСТ Р 53231-2008. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. (вышел новый ГОСТ 18105)
  5. СТО 36554501-009-2007. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.
  6. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений.
  7. ГОСТ 22904-93. Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры.
  8. Штенгель В.Г. О корректном применении НК в обследованиях железобетонных конструкций длительно эксплуатирующихся сооружений // В мире НК. 2009. No3. С. 56-62.
  9. ТСН 50-302-2004. Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге.
  10. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
  11. Штенгель В.Г. Общие проблемы технического обследования неметаллических строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2010. No7(17). С. 4-9.
  12. РД 153-34.1-21.326-2001. Методические указания по обследованию строительных конструкций производственных зданий и сооружений. Часть 1. Железобетонные и бетонные конструкции.

К.т.н., старший преподаватель А.В. Улыбин
ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Определение прочности бетона

Определение прочности бетона

Определение прочности бетона при обследовании зданий и сооружений

В предлагаемой статье рассмотрены основные методы неразрушающего контроля прочности бетона, применяемые при обследовании конструкций зданий и сооружений. Приведены результаты экспериментов по сопоставлению данных, получаемых неразрушающими методами контроля и испытанием образцов. Показывается преимущество метода отрыва со скалыванием перед другими методами контроля прочности. Описываются мероприятия, без выполнения которых применение косвенных неразрушающих методов контроля недопустимо.

Требуется построить градуировочную зависимость?
Мы выполним все расчеты и поможем построить индивидуальную градуировочную зависимость. Напишите нам, заполните форму ниже. 
Форма заявки

Прочность бетона на сжатие является одним из наиболее часто контролируемых параметров при строительстве и обследовании железобетонных конструкций. Имеется большое число методов контроля, применяемых на практике. Более достоверным, сточки зрения авторов, является определение прочности не по контрольным образцам (ГОСТ 10180-2012), изготовляемым из бетонной смеси, а по испытанию бетона конструкции после набора им проектной прочности. Метод испытания контрольных образцов позволяет оценить качество бетонной смеси, но не прочность бетона конструкции. Это вызвано тем, что невозможно обеспечить идентичные условия набора прочности (вибрирование, прогрев и др.) для бетона в конструкции и бетонных кубиков образцов.

Методы контроля по классификации ГОСТ 18105-2010 разделены на три группы:

  1. Разрушающие;
  2. Прямые неразрушающие;
  3. Косвенные неразрушающие.

К методам первой группы относится упомянутый метод контрольных образцов, а также метод определения прочности путем испытания образцов, отобранных из конструкций. Последний является базовым и считается наиболее точным и достоверным. Однако при обследовании к нему прибегают довольно редко. Основными причинами этого являются существенное нарушение целостности конструкций и высокая стоимость исследований.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

Наименование методаДиапазон применения*, МПаПогрешность измерения**
1Пластической деформации5 ... 50± 30 ... 40%
2Упругого отскока5 ... 50± 50%
3Ударного импульса10 ... 70± 50%
4Отрыва5 ... 60нет данных
5Отрыва со скалыванием5 ... 100нет данных
6Скалывания ребра10 ... 70нет данных
7Ультразвуковой10 ... 40± 30 ... 50%
* по требованием ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690;
** по данным источника [3] без построения частной градуировочной зависимости

В основном применяются методы неразрушающего контроля. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-2012, методы ударного импульса и упругого отскока по ГОСТ 22690. Однако при использовании указанных методов редко соблюдаются требования стандартов по построению частных градуировочных зависимостей. Некоторые исполнители не знают этих требований. Другие знают, но не понимают, насколько велика ошибка результатов измерений при использовании зависимостей, заложенных или прилагаемых к прибору, вместо зависимости, построенной на конкретном исследуемом бетоне. Есть «специалисты», которые знают об указанных требованиях норм,но пренебрегают ими, ориентируясь на финансовую выгоду и неосведомленность заказчика в данном вопросе.

Про факторы, влияющие на ошибку измерения прочности без построения частных градуировочных зависимостей, написано много работ, в том числе приведенные в списке литературы [1,2]. В табл. 1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона [3].

В дополнение к обозначенной проблеме использования несоответствующих («ложных») зависимостей обозначим еще одну, возникающую при обследовании. Согласно требованиям СП 13-102-2003 обеспечение выборки измерений (параллельных испытаний бетона косвенным и прямым методом) на более чем 30 участках является необходимым, но не достаточным для построения и использования градуировочной зависимости. Необходимо, чтобы полученная парным корреляционнорегрессионным анализом зависимость имела высокий коэффициент корреляции (более 0,7) и низкое СКО (менее 15% от средней прочности). Чтобы данное условие выполнялось, точность измерений обоих контролируемых параметров (например, скорость ультразвуковых волн и прочность бетона) должна быть достаточно высокой, а прочность бетона, по которому строится зависимость, должна изменяться в широком диапазоне.

При обследовании конструкций указанные условия выполняются редко. Во-первых, даже базовый метод испытания образцов нередко сопровождается высокой погрешностью. Во-вторых, за счет неоднородности бетона и других факторов [4] прочность в поверхностном слое (исследуемая косвенным методом) может не соответствовать прочности того же участка на некоторой глубине (при использовании прямых методов). И наконец, при нормальном качестве бетонирования и соответствии класса бетона проектному в пределах одного объекта редко можно встретить однотипные конструкции с прочностью, изменяющейся в широком диапазоне (например, от В20 до В60). Таким образом, зависимость приходится строить по выборке измерений с малым изменением исследуемого параметра.

Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн
Рис. 1 . Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн

В качестве наглядного примера вышеуказанной проблемы рассмотрим градуировочную зависимость, представленную на рис.1. Линейная регрессионная зависимость построена по результатам ультразвуковых измерений и испытаний на прессе образцов бетона. Несмотря на большой разброс результатов измерений, зависимость имеет коэффициент корреляции 0,72, что допустимо по требованиям СП 13-102- 2003. При аппроксимации функциями, отличными от линейной (степенной, логарифмической и пр.) коэффициент корреляции был менее указанного. Если бы диапазон исследуемой прочности бетона был меньше, например от 30 до 40 МПа (область, выделенная красным цветом), то совокупность результатов измерений превратилась бы в «облако», представленное в правой части рис. 1. Данное облако точек характеризуется отсутствием связи между измеряемым и искомым параметрами, что подтверждается максимальным коэффициентом корреляции 0,36. Иными словами, градуировочную зависимость здесь не построить.

Также необходимо отметить, что на рядовых объектах количество участков измерения прочности для построения градуировочной зависимости сопоставимо с общим количеством измеряемых участков. В данном случае прочность бетона может быть определена по результатам только прямых измерений, а в градуировочной зависимости и использовании косвенных методов контроля уже не будет смысла.

Таким образом, без нарушения требований действующих норм для определения прочности бетона при обследовании в любом случае необходимо в том или ином объеме использовать прямые неразрушающие либо разрушающие методы контроля [2]. Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рассмотрим прямые методы контроля.

К данной группе по ГОСТ 22690-2015 относится три метода:

  1. Метод отрыва;
  2. Метод отрыва со скалыванием;
  3. Метод скалывания ребра.

Контроль прочности бетона методом отрыва

Метод отрыва основан на измерении максимального усилия, необходимого для отрыва фрагмента бетонной конструкции. Отрывающая нагрузка прилагается к ровной поверхности испытываемой конструкции за счет приклеивания стального диска (рис. 2), имеющего тягу для соединения с прибором. Для приклеивания могут использоваться различные клеи на эпоксидной основе. В ГОСТ 22690 рекомендуются клеи ЭД20 и ЭД16 с цементным наполнителем. На сегодняшний день могут применяться современные двухкомпонентные клеи,производство которых хорошо налажено (POXIPOL, «Контакт», «Момент» и др.). В отечественной литературе по испытанию бетона [5, 6] методика испытания предполагает приклеивание диска к участку испытания без дополнительных мероприятий по ограничению зоны отрыва. В таких условиях площадь отрыва является непостоянной и должна определяться после каждого испытания. В зарубежной практике перед испытанием участок отрыва ограничивается бороздой, создаваемой кольцевыми сверлами (коронками). В данном случае площадь отрыва постоянна и известна, что увеличивает точность измерений.

Прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону
Рис. 2. Прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону

После отрыва фрагмента и определения усилия определяется прочность бетона на растяжение (Rbt),по которой с помощью пересчета по эмпирической зависимости может быть определена прочность на сжатие (R). Для перевода можно воспользоваться выражением, указанным в пособии [7]:

Форм 2

Для метода отрыва могут применяться различные приборы, используемые и для метода отрыва со скалыванием, такие как ПОС-50МГ4, ПИВ, DYNA (рис. 2), а также старые аналоги: ГПНВ-5, ГПНС-5. Для проведения испытания необходимо наличие захватного устройства, соответствующего тяге, расположенной на диске.

В России метод отрыва не нашел широкого распространения. Об этом свидетельствует и отсутствие серийно выпускаемых приборов, приспособленных для крепления к дискам, а также самих дисков. В нормативных документах отсутствует зависимость для перехода от усилия вырыва к прочности на сжатие. В новом ГОСТ 18105-2010, а также предшествующем ГОСТ Р 53231-2008 метод отрыва не включен в перечень прямых методов неразрушающего контроля и вообще не упоминается. Причиной этому, по всей видимости, является ограниченный температурный диапазон применения метода, что связано с продолжительностью твердения и (или) невозможностью использования эпоксидных клеев при низкой температуре воздуха. Большая часть России расположена в более холодных климатических зонах, чем страны Европы, поэтому данный метод, широко применяемый в европейских странах, в нашей стране не используется. Другим отрицательным фактором является необходимость сверления борозды, что дополнительно снижает производительность контроля.

Контроль прочности бетона методом отрыва со скалыванием

Испытание бетона методом отрыва со скалыванием
Рис. 3. Испытание бетона методом отрыва со скалыванием

Данный метод имеет много общего с описанным выше методом отрыва. Основным отличием является способ крепления к бетону. Для приложения отрывающего усилия используются лепестковые анкеры различных размеров. При обследовании конструкций анкеры закладываются в шпур, пробуренный на участке измерения. Так же, как и при методе отрыва, измеряется разрушающее усилие (Р). Переход к прочности бетона на сжатие осуществляется по указанной в ГОСТ 22690 зависимости:

Форм 3

где m1— коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя, m2 — коэффициент перехода к прочности на сжатие, зависящий от вида бетона и условий твердения.

В нашей стране данный метод нашел, пожалуй, самое широкое распространение благодаря своей универсальности (табл.1), относительной простоте крепления к бетону, возможности испытания практически на любом участке конструкции. Основными ограничениями для его применения являются густое армирование бетона и толщина испытываемой конструкции, которая должна быть больше, чем удвоенная длина анкера. Для выполнения испытаний могут использоваться приборы, указанные выше.

Помимо более простого и быстрого крепления к бетону конструкции по сравнению с методом отрыва, не требуется обязательное наличие ровной поверхности. Главным условием является необходимость того, чтобы кривизна поверхности была достаточной для установки прибора на тягу анкера. В качестве примера на рис. 3 представлен прибор ПОС-МГ4, установленный на деструктированную поверхность устоя гидротехнического сооружения.

Контроль прочности бетона методом скалывания ребра

Последним прямым методом неразрушающего контроля является модификация метода отрыва — метод скалывания ребра. Основное отличие заключается в том, что прочность бетона определяют по усилию (Р), необходимому для скалывания участка конструкции, расположенному на внешнем ребре. В нашей стране долгое время выпускались приборы типа ГПНС-4 и ПОС-МГ4 Скол, конструкция которых предполагала обязательное наличие двух рядом расположенных внешних углов конструкции. Захваты прибора подобно струбцине крепились на испытываемый элемент, после чего через захватывающее устройство прилагалось усилие к одному из ребер конструкции. Таким образом, испытание можно было проводить только на линейных элементах (колонны, ригели) или в проемах на краях плоских элементов (стены, перекрытия). Несколько лет назад была разработана конструкция прибора, которая позволяет устанавливать его на испытываемый элемент с наличием только одного внешнего ребра. Закрепление осуществляется к одной из поверхностей испытываемого элемента при помощи анкера с дюбелем. Данное изобретение несколько расширило диапазон применения прибора, но одновременно с этим уничтожило основное преимущество метода скалывания, которое заключалось в отсутствии необходимости сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность бетона на сжатие при использовании метода скалывания ребра определяется по нормированной зависимости:

Форм 4

где m — коэффициент, учитывающий крупность заполнителя.

Таблица 2. Сравнительные характеристики прямых методов неразрушающего контроля

ПреимуществаМетод

ОтрывОтрыв со скалываниемСкалывание ребра
Определение прочности бетонов классом более В60-+-
Возможность установки на неровную поверхность
бетона (неровности более 5 мм)
-+-
Возможность установки на плоский участок
конструкции (без наличия ребра)
++-
Отсутствие потребности в источнике
электроснабжения для установки
+*-+
Быстрое время установки-++
Работа при низких температурах воздуха-++
Наличие в современных стандартах-++
* без свердения борозды, ограничивающей участок отрыва

Для наглядности сравнения характеристики прямых методов контроля представлены в табл. 2.

Поданным, приведенным в таблице, видно, что наибольшим числом преимуществ характеризуется метод отрыва со скалыванием.

Однако, несмотря на возможность применения данного метода по указаниям норм без построения частной градуировочной зависимости, у многих специалистов возникает вопрос о точности получаемых результатов и соответствии их прочности бетона, определяемой методом испытания образцов. Для исследования этого вопроса, а также сопоставления результатов измерений, полученных прямым методом, с результатами измерений косвенными методами проведен эксперимент, описанный далее.

Результаты сравнения методов

В лаборатории «Обследование и испытание зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «СПбГПУ» были проведены исследования при использовании различных методов контроля. В качестве объекта исследования использован фрагмент бетонной стены, выпиленный алмазным инструментом. Габариты бетонного образца — 2,0 х 1,0 х 0,3 м. Армирование выполнено двумя сетками арматуры диаметром 16 мм, расположенной с шагом 100 мм с величиной защитного слоя 15-60 мм. В исследуемом образце применен тяжелый бетон на заполнителе из гранитного щебня фракции 20-40.

Для определения прочности бетона использован базовый разрушающий метод контроля. Из образца с помощью установки алмазного сверления выбурены 11 кернов различной длины диаметром 80 мм. Из кернов изготовлены 29 образцов — цилиндров, удовлетворяющих по своим размерам требованиям ГОСТ 28570-90. По результатам испытания образцов на сжатие выявлено, что среднее значение прочности бетона составило 49,0 МПа. Распределение значений прочности подчиняется нормальному закону (рис. 4). При этом прочность исследуемого бетона имеет высокую неоднородность с коэффициентом вариации 15,6% и СКО равным 7,6 МПа.

Для неразрушающего контроля применены методы отрыва, отрыва со скалыванием, упругого отскока и ударного импульса. Метод скалывания ребра не применялся по причине близкого расположения арматуры к ребрам образца и невозможности выполнения испытаний. Ультразвуковой метод не использован, так как прочность бетона выше допустимого диапазона для применения данного метода (табл. 1). Выполнение измерений всеми методами производилось на грани образца, срезанной алмазным инструментом, что обеспечивало идеальные условия с точки зрения ровности поверхности. Для определения прочности косвенными методами контроля использовались градуировочные зависимости, имеющиеся в паспортах приборов, или заложенные в них.

Таблица 3. Результаты измерения прочности различными методами


п/п
Метод контроля
(прибор)
Количество
измерений, n
Среднее значение
прочности, Rm, МПа
Коэффициент
вариации, V, %
1Испытание на сжатие в прессе
(ПГМ-1000МГ4)
2949,015,6
2Метод отыва со скалыванием
(ПОС-50МГ4)
651,14,8
3Метод отрыва (DYNA)349,5-
4Метод ударного импульса
(Silver Schmidt)
3068,47,8
5Метод ударного импульса
(ИПС-МГ4.04)
10078,25,2
6Метод упругого отскока
(Beton Condtrol)
3067,87,27
Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие
Рис. 4. Распределение значений прочности по результатам испытаний на сжатие

На рис. 5. представлен процесс измерения методом отрыва. Результаты измерений всеми методами представлены в табл. 3.

Поданным, представленным в таблице, можно сделать следующие выводы:

• среднее значение прочности, полученной испытанием на сжатие и прямыми методами неразрушающего контроля, различается не более чем на 5%;

•     по результатам шести испытаний методом отрыва со скалыванием разброс прочности характеризуется низким значением коэффициента вариации 4,8%;

•     результаты, полученные всеми косвенными методами контроля, завышают прочность на 40-60%. Одним из факторов, приведших к данному завышению, является карбонизация бетона, глубина которой на исследуемой поверхности образца составила 7 мм.

Выводы

Измерение прочности методом отрыва
Рис. 5. Измерение прочности методом отрыва

1. Мнимая простота и высокая производительность косвенных методов неразрушающего контроля теряются при выполнении требований построения градуировочной зависимости и учете (устранении) влияния факторов, искажающих результат. Без выполнения этих условий данные методы при обследовании конструкций можно применять только для качественной оценки прочности по принципу «больше — меньше».

2. Результаты измерений прочности базовым методом разрушающего контроля путем сжатия отбираемых образцов также могут сопровождаться большим разбросом, вызванным как неоднородностью бетона, так и другими факторами.

3. Учитывая повышенную трудоемкость разрушающего метода и подтвержденную достоверность результатов, получаемых прямыми методами неразрушающего контроля, при обследовании рекомендуется применять последние.

4. Среди прямых методов неразрушающего контроля оптимальным по большинству параметров является метод отрыва со скалыванием.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург)

Список литературы:

1.  Штенгель В. Г. О корректном применении НК в обследованиях железобетонных конструкций длительно эксплуатирующихся сооружений // В мире НК. 2009. №3. С. 56-62.

2.  Улыбин А. В. О выборе методов контроля прочности бетона построенных сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2011. №4 (22). С. 10-15

3.  Джонс Р., Фэкэоару И. Неразрушающие методы испытаний бетонов. Пер.срумынск. М., Стройиздат, 1974. 292 с.

4.  Штенгель В. Г. Общие проблемы технического обследования неметаллических строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2010. №7(17). С. 4-9.

5.  Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. М.: ЦНИИПромзданий, 1997.179 с.

6.  Лужин О. В. Обследование и испытание зданий и сооружений/О. В.Лужин и др. М.: Стройиздат, 1987. 264 с.

7.  Строительные конструкции: учебное пособие /Р. Л. Маилян, Д. Р. Маилян, Ю. А. Веселов. Изд. 4-е. Ростов н/Д : Феникс, 2010. 875 с.

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей

Методы неразрушающего контроля бетона

Методы неразрушающего контроля бетона

В статье речь пойдет о методах неразрушающего контроля бетона, приборах неразрушающего контроля и способах определения прочности бетона.

Качество бетонных и железобетонных изделий и конструкций в значительной степени зависит от эффективного и действенного контроля прочности и однородности бетона, защитного слоя бетона, расположения арматуры, напряжений в арматуре предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Определить прочность бетона можно стандартными методами путем изготовления и испытания образцов. Но достоверность контроля прочности и однородности бетона по стандартным образцам недостаточна из-за ряда причин: объем испытания стандартных образцов к превышает 0.01 % уложенного в конструкцию бетона, условия виброформования и режимы твердения образцов и конструкций различны, стандартными методами невозможно определить однородность бетона в изделии и прочность отдельных его участков. При обследовании конструкций зданий и сооружений стандартные методы испытания бетона вообще неприменимы.

Эти недостатки стандартных методов испытания прочности бетона обусловили развитие неразрушающих методов контроля и методов, связанных с испытаниями бетона в нестандартных образцах, извлекаемых из конструкции.

Для неразрушающего контроля прочности бетона используются приборы, основанные на методах местных разрушений (отрыв со скалыванием, скалывание ребра, отрыв стальных дисков), ударного воздействия на бетон (ударный импульс, упругий отскок, пластическая деформация) и ультразвукового прозвучивания.

При обследовании монолитных конструкций и больших массивов бетона применение ударно-импульсных и ультразвуковых приборов должно сочетаться с испытаниями бетона методами отрыва со скалыванием, скалывания ребра или отбора образцов (кернов).

При выборе методов неразрушающего контроля и приборов для проведения испытаний бетона пользователь должен знать их особенности и рекомендуемые области применения.

Достаточно полно методы неразрушающего контроля классифицированы в работах Б.Г. Скрамтаева и М.Ю. Лещинского «Испытание прочности бетона» (М., 1964) и М.Г. Коревицкой «Неразрушающие методы контроля качества железобетонных конструкций» (М., 1989). В этих изданиях даны рекомендации по выбору методов и средств неразрушающего контроля в зависимости от вида контролируемого изделия и условий его эксплуатации.

Однако современная приборная база неразрушающего контроля существенно отличается от рекомендуемой авторами. С начала 90-х годов XX века активно ведется разработка и производство приборов неразрушающего контроля нового поколения с применением электроники и микропроцессорной техники, наращиваются их функциональные возможности.

Особого внимания заслуживают методы отрыва со скалыванием, скалывания ребра и отрыва стальных дисков, которые часто называют методами местных разрушений. Эти методы характеризуются большей точностью по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.

В настоящее время в РФ выпускается несколько модификаций сертифицированных приборов, реализующих перечисленные методы (таблицы 1 и 2).

Приборы, основанные на методах местных разрушений, применяются в основном в монолитном домостроении и при обследовании конструкций зданий и сооружений. Недостатки этих методов обусловлены повышенной трудоемкостью и необходимостью определения оси арматуры и глубины ее залегания, что ограничивает их применение при определении прочности бетона отдельных конструкций или их участков, а также при уточнении градуировочных зависимостей ультразвуковых и ударноимпульсных приборов в соответствии с ГОСТ 22690.

Таблица 1. Отрыв со скалыванием.

ТипПредельное усилие 
вырыва, кН, индикация
Тип анкераПредел погрешности, %Масса, кгИзготовитель
ПОС-50МГ4,
внесен в Госреестр РФ
60
цифровая
II - 30, II - 35, II - 48± 25,0"СКБ Стройприбор", Челябинск
ПОС-2МГ42
цифровая
спиральный для 
ячеистых бетонов
± 31,1"СКБ Стройприбор", Челябинск
ПБЛР50
маномер
III - 35± 44,0ИТЦ "Контрос", Москва
ВМ-2.450
цифровая
I - 35, II - 35± 33,2ВЗ "Эталон", Москва

Таблица 2. Скалывание ребра.

ТипПредельное усилие 
вырыва, кН, индикация
Размер грани контролируемого
изделия, мм
Предел 
погрешности, %
Масса, кгИзготовитель
ПОС-50МГ4 "Скол",
внесен в Госреестр РФ
60
цифровая
II - 30, II - 35, II - 48± 25,0"СКБ Стройприбор", Челябинск

Неразрушающего контроля прочности бетона выполняется, как правило, высокопроизводительными приборами после установления корреляции их косвенной характеристики (базовой зависимости) с фактической прочностью контролируемого бетона. Для этих целей применяются приборы ударного действия, основанные на методах ударного импульса (упругого отскока, пластической деформации) и ультразвуковые измерители скорости (времени) распространения ультразвуковых колебаний в бетоне. Характеристики основных приборов ударного действуя, выпускаемых в РФ, приведены в табл. 3.

Следует отметить, что погрешности приборов, указанные в табл. 3, обеспечиваются после уточнения их базовых
градуировок в соответствии с требованиями ГОСТ 22690 либо в случае установления пользователем индивидуальных градуировок для конкретного вида бетона (в приборах типа ИПС предусмотрена возможность установления до 20 индивидуальных градуировок).

Таблица 3.

ТипПредельное усилие 
вырыва, кН, индикация
Основная погрешность %,
не более
Количество базовых
градуировок
Объем памяти,
связь с ПК
Масса,кгИзготовитель
ИПС-МГ4.013...100
цифровая
± 101500
RS-232
0,85"СКБ Стройприбор", Челябинск
ИПС-МГ4.03,
внесен в Госреестр РФ
3...100
цифровая
± 84415000
USB
0,85"СКБ Стройприбор", Челябинск
Beton Pro Condtrol3...100
цифровая
± 1011000
RS-232
0,95НПП "Кондтроль",
Челябинск
ОМШ-15...40
стрелочная
± 20нетнет1,5Фирма ВНИР, Москва
ИТЦ "Контрос", Москва
Молоток
Кашкарова
5...40
нет
± 20нетнет1,2Фирма ВНИР, Москва
ИТЦ "Контрос", Москва

Характеристики ультразвуковых приборов, выпускаемых в РФ и Молдове, приведены в табл. 4. При использовании ультразвуковых приборов для определения прочности бетона следует учитывать, что диапазон контролируемых прочностей ограничивается классами В7,5…В35 (10…40 МПа) согласно ГОСТ 17624. При более высоких прочностях возможна лишь дефектоскопия бетона и локализация скрытых дефектов (трещины, раковины, несплошности).

Таблица 4.

ТипБаза прозвучивания, ммДиапазон измерения 
времени, мкс
Предел погрешности
измерения времени, %
Рабочая
частота, кГц
Масса,кгИзготовитель
УК 1401,
внесен в Госреестр РФ
15015...100± 1700,35ООО АКС, Москва
УК-14ПМ12020...9900± (0,01Т+0,1)20...3002,3АО "Интроскоп", Молдова
УК-10ПМС-10...5000± 0,525...10008,7АО "Интроскоп", Молдова
Бетон-3212015...6500± (0,01Т+0,1)601,4ИТЦ "Контрос", Москва
УКС-МГ4,
внесен в Госреестр РФ
11015...2000± (0,01Т+0,1)60...700,95"СКБ Стройприбор", Челябинск
А1212Дефектоскопия и толщинометрия бетона на глубину до 1050 мм20...1501,6ООО АКС, Москва

Контроль прочности ударными и ультразвуковыми методами ведется в поверхностных слоях бетона (кроме сквозного ультразвукового прозвучивания), из-за чего состояние поверхностного слоя может оказывать существенное влияние на результаты контроля. При воздействии на бетон агрессивных факторов (химических, термических или атмосферных) необходимо выявить толщину поверхностного слоя с нарушенной структурой.

Подготовка бетона таких конструкций для испытаний неразрушающими методами заключается в удалении поверхностного слоя на участке контроля и зачистке поверхности наждачным камнем. Прочность бетона при этом определяют преимущественно приборами, основанными на методах местных разрушений, или путем отбора образцов. При использовании ударно-импульсных и ультразвуковых приборов контролируемая поверхность должна иметь шероховатость не более Ra 25, а градуировочные характеристики приборов требуют уточнения.

Пользователь должен знать, что базовая либо типовая градуировочная зависимость, с которой может поставляться прибор, с достаточной степенью точности воспроизводит прочность бетона того вида (класса), на котором прибор калибровался. Изменение вида крупного заполнителя, влажности, возраста бетона и условий его твердения приводит к увеличению погрешности измерений. Для ультразвуковых приборов перечень факторов, влияющих на точность измерений, еще шире (Лещинский М.Ю. Испытание бетона. М., 1980).

В.В. Гулунов, директор ООО «СКБ Стройприбор»

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей

Дефекты конструкций и приемы устранения дефектов

Дефекты конструкций в процессе строительства и современные приемы их устранения

В статье дается анализ основных дефектов, возникающих при строительно-монтажных работах, а также проявляющихся в ходе эксплуатации зданий и сооружений.

Лаборатории ГУП «НИИМосстрой» осуществляют обследования на строящихся строительных объектах и довольно часто выявляют целый ряд нарушений и дефектов. Дефекты зачастую приводят к значительным экономическим и материальным потерям в виде затрат на переделку и исправления. Есть случаи, когда дефекты могут привести к аварии с обрушением отдельных элементов конструкций или всего сооружения.

Анализ причин аварий на строящихся и эксплуатируемых зданиях и сооружениях показал, что их причинами в 60-80% являются низкое качество выполнения строительно-монтажных работ.

Для улучшения качества строительства большое значение имеет изучение дефектов, допускаемых при строительстве (вклад ученых В.Г. Гвоздева, В.Л. Клевцова, М.Н. Лашенко, И.А. Физделя и др.)

Скол бетона с оголением и коррозией рабочей арматуры
Рисунок 1а. Скол бетона с оголением и коррозией рабочей арматуры
Скол бетона с оголением и коррозией рабочей арматуры
Рисунок 1б. Скол бетона с оголением и коррозией рабочей арматуры
Непровибрированные участки с образованием каверн под металлической балкой
Рисунок 2а. Непровибрированные участки с образованием каверн под металлической балкой
Непровибрированные участки с образованием каверн под металлической балкой
Рисунок 2б. Непровибрированные участки с образованием каверн под металлической балкой
Рисунок 3. Пористая структура бетона
Рисунок 3а. Пористая структура бетона
Пористая структура бетона
Рисунок 3б. Пористая структура бетона
Пористая структура бетона
Рисунок 3в. Пористая структура бетона
Пористая структура бетона
Рисунок 3г. Пористая структура бетона

При выполнении строительно-монтажных работ часто наблюдаются отклонения от проектных величин в размерах, прочности и физических свойствах материалов.

Статистика аварий, вызванных дефектам и строительномонтажных работ, подтверждает вышесказанное:

  • устройство оснований и фундаментов — 11%;
  • монтажно-сварочные работы — 31%;
  • монолитные бетонные работы — 3%;
  • кровельные работы — 2%.

Дефекты возникают в основном за счет:

  • непроектного выполнения конструкций;
  • нарушений технологии производства;
  • применения материалов, изделий, конструкций с дефектами;
  • некачественного уплотнения бетонной смеси;
  • неудовлетворительного ухода за бетоном в процессе твердения;
  • применения бетонной смеси с прочностными показателями ниже проектных;
  • применения арматуры с явлением коррозии, что также вызывает снижение прочности, образование трещин, снижение долговечности и эксплуатационных свойств.
Таблица 1. Основные дефекты при возведении монолитных железобетонных конструкций и их влияние на качество
Возможные отклонения (нарушения)Дефекты
1. Несоответствие параметров прочности, морозостойкости, плотности, водонепроницаемости бетона проекту и нормамСнижение прочности и долговечности
2. Несоответствие арматуры по прочности и химическому составуСнижение прочности
3. Положение рабочих стержней не соответствует проектуСнижение прочности
4. Нарушение требований проекта и норм в расположении рабочих швов при бетонированииСнижение прочности
5. Нарушение правил зимнего бетонированияСнижение прочности
6. Невыполнение правил по уходу за бетономСнижение прочности
7. Загружение конструкций до проектной прочностиВозможно разрушение конструкции
8. Отклонение в толщине защитного слоя, превышающего нормуСнижение прочности
9. Бетонная поверхность имеет поры, раковины, обнажение арматурыСнижение долговечности
Косослой бетона, дефектный холодный шов
Рисунок 4а. Косослой бетона, дефектный холодный шов
Косослой бетона, дефектный холодный шов
Рисунок 4б. Косослой бетона, дефектный холодный шов
Оголение арматуры, отсутствие защитного слоя бетона
Рисунок 5а. Оголение арматуры, отсутствие защитного слоя бетона
Оголение арматуры, отсутствие защитного слоя бетона
Рисунок 5б. Оголение арматуры, отсутствие защитного слоя бетона

Таким образом, следует, что для обеспечения качества возводимых монолитных конструкций необходимо в обязательном порядке организовать постоянный контроль всех строительно-монтажных работ на объекте квалифицированными кадрами.

Значительное количество дефектов наблюдается при устройстве оснований и фундаментов:

  • за счет нарушения производства земляных работ;
  • рыхлая песчаная подсыпка вызывает неравномерную осадку фундаментов и появление трещин;
  • повреждения сооружений могут быть также вследствие пучения грунта при его промораживании.

Некачественное выполнение гидроизоляции фундаментов повышает влажность стен, что может привести к разрушению фундамента.

При несоблюдении толщины защитного слоя бетона арматурные стержни либо выходят на поверхность, либо закрыты тонким слоем цементного раствора, что приводит к коррозии арматуры, снижению сцепления арматуры с бетоном.

При понижении температуры наружного воздуха ниже 0°С процессы твердения бетона, уложенного в этот период, значительно снижаются. Понижение прочности монолитного бетона может привести к обрушению конструкций.
При применении при зимнем бетонировании добавок — ускорителей твердения бетона следует иметь в виду, что введение добавок, содержащих хлористые соли, вызывает коррозию арматуры.

Влияние дефектов, допущенных в ходе строительства, может оцениваться с позиций обеспечения надежности и безаварийности сооружений или с экономических позиций.

Существует целый ряд приемов и технологий, за счет которых возможно не допустить дефекты конструкций.

  1. Расчет на прочность является определяющим, и при его невыполнении может произойти разрушение конструкции.
  2. В расчетах по оценке несущей способности следует принимать наихудший вариант, т.е. максимально выявленную величину дефекта в конструкции, так как наибольший дефект приводит к разрушению.

Таким образом, дефекты в конструкциях должны рассматриваться с позиций надежности сооружения. Оценку можно определять по методике, разработанной Добромыс-ловым А.Н. «Оценка надежности зданий и сооружений по внешним признакам» (М.: Издательство АС В, 2004 г.).

Методика дает возможность:

  • в короткие сроки оценить надежность и техническое состояние строительных конструкций;
  • учитывать влияние повреждений на надежность конструкций, что позволит вовремя выполнить ремонт и усиление и тем самым обеспечить их надежность при эксплуатации.

Также надежность сооружения косвенно может быть оценена в виде коэффициента запаса прочности сооружения, категорий его технического состояния.

Наплывы бетона с нарушением геометрии конструкции
Рисунок 6. Наплывы бетона с нарушением геометрии конструкции

Большое значение также имеет материал книги Добромыслова А.Н. «Диагностика повреждений зданий и сооружений» для проведения обследований качества строительства: рассмотрены признаки аварийного состояния строительных конструкций и сооружений, прогнозирования деформаций сооружений, представлен полный анализ повреждений конструкций.

Целый ряд дефектов могут снизить прочность и устойчивость конструкции.

Например, дефект, снижающий прочность конструкции на 25% и более, является критическим, представляющим опасность на стадии монтажа и при эксплуатации сооружения.

Дефект, снижающий несущую способность конструкции более чем на 35%, свидетельствует об аварийном состоянии конструкции.

Физико-механические свойства бетона определяются характером процесса гидратации цемента и внутренним напряженным состоянием. Это связано с условиями выдерживания бетона — температурой и влажностью среды. Температура и влажность среды влияют на термические напряжения в массивных конструкциях за счет тепловыделения цемента.

Залогом роста прочности является поддержание влажности бетона, т.е. влажность среды оказывает влияние на твердение и на содержание воды в цементах.

При полном насыщении влагой гидратация цемента проходит полно и длительное время, что улучшает показатели водонепроницаемости и морозостойкости бетона.

Увлажнение бетона после его обезвоживания частично только восстанавливает его влагосодержание.

Особенно отрицательно сказывается на свойствах бетона испарение воды вскоре после уплотнения бетонной смеси.

Раннее обезвоживание бетона отрицательно влияет на его прочность и сцепление с арматурой.

В результате пластической усадки появляются поверхностные трещины с раскрытием до нескольких миллиметров.

Температура твердения бетона, также как и влажность, влияет на процессы гидратации цемента.

Нормальные условия выдерживания бетона приняты следующие:

  • температура (20±2)°С;
  • относительная влажность >90%.
Пустоты глубиной более толщины защитного слоя бетона, оголение арматуры, мусор в бетоне
Рисунок 7а. Пустоты глубиной более толщины защитного слоя бетона, оголение арматуры, мусор в бетоне
Пустоты глубиной более толщины защитного слоя бетона, оголение арматуры, мусор в бетоне
Рисунок 7б. Пустоты глубиной более толщины защитного слоя бетона, оголение арматуры, мусор в бетоне

Структура бетона, набравшего 30-40% марочной прочности, достаточно прочная.

Для получения качественной продукции важно выполнять мероприятия по уходу за бетоном, т.е. создать необходимые условия для твердения (необходимая влажность и благоприятная температура).

Влагу в бетоне можно сохранить следующими способами:

  • задержкой распалубки, распылением воды;
  • применением влагоудерживающих ковров;
  • при помощи защитного слоя, который наносится на бетон в жидком виде и при затвердевании образует тонкую пленку.

Необходимо предохранять поверхности от высыхания и в промежутках между распылением воды, т.к. процесс попеременного увлажнения и высыхания свежеуложенного бетона приводит к образованию волосяных трещин и даже к растрескиванию поверхности.

Поэтому часто применяется непрерывное разбрызгивание воды, которое обеспечивает более постоянный приток влаги, чем обильная поливка водой.

Продолжительность ухода за бетоном до достижения прочности 50-70% устанавливается проектом.
Следует соблюдать правила по уходу за бетоном при зимнем бетонировании.

Методы ухода за бетоном при зимнем бетонировании должны обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде в течение срока до набора бетоном необходимой прочности, характеризующее сохранение структуры бетона за счет выполнения следующих мероприятий:

  1. Использование внутреннего запаса теплоты бетона, которое обеспечивается:
    а) применением высокопрочного и быстротвердеющего портландцемента;
    б) ускорителей твердения бетона;
    в) уменьшением количества воды в бетонной смеси.

Внутренний запас тепла в бетоне создают путем подогрева материалов бетонной смеси и воды до температуры 50°С. Бетонная смесь при выходе из бетоносмесителя должна иметь температуру не выше 30-40°С. Применяется также «способ термоса» при зимнем бетонировании: подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Это считается рациональным способом при сохранении тепла в течение 5-7 суток. Но этот метод возможен только в массивных конструкциях.

  1. а) применение дополнительной подачи бетону теплоты извне методом электроподогрева, пропуская через бетон электрический переменный ток;
    б) при зимнем бетонировании применяется также обогрев окружающего воздуха;
    в) возможно обеспечить твердение бетона в тепляках из фанеры, а также под брезентовыми навесами, где устанавливаются временные печи, специальные газовые горелки или используется воздушное отопление;

  2. введение в состав бетона химических добавок.

На рисунках представлены основные дефекты конструкций на строящихся объектах в городе Москве.

Контроль дефектов бетона

Пример конструкции с участком недовибрированного бетона
Рис. 1. Пример конструкции с участком недовибрированного бетона

Статья посвящена вопросам контроля, «лечения» и локализации дефектов бетона монолитных конструкций, даются различные рекомендации по выявлению и устранению различных видов дефектов. В статье также приводятся наиболее часто встречающиеся дефекты конструкций.

К настоящему моменту монолитное домостроение занимает все большую долю в области промышленного и гражданского строительства в городах России. Данному факту способствуют такие положительные предпосылки, как скорость, инновации и уникальность проектов, а также свободный выбор конфигурации будущего здания, не зависящий от типовых элементов. С каждым годом совершенствуется технология производства железобетонных конструкций, внедряются новые строительные материалы, разрабатываются индивидуальные проекты. Наряду с этим с каждым годом ужесточаются

Дефект, устраненный ремонтной смесью типа Mapegrout Thixotropic
Рис. 2. Дефект, устраненный ремонтной смесью типа Mapegrout Thixotropic

требования к выполнению строительно-монтажных работ и проектных решений. Для достижения положительного результата работы на объектах необходимо осуществлять контроль за качеством процесса производства.

Особое внимание необходимо уделять качеству возводимого монолитного железобетонного каркаса здания как основного «скелета» воплощенного в реальность проекта.

В данной статье отведем особое внимание вопросу по контролю, «лечению» и локализации дефектов бетона монолитных конструкций.

Сегодня существует достаточное количество рекомендаций по выявлению и устранению различных видов дефектов. Попытаемся сформулировать основные аспекты по минимизации данных воздействий на конструктив.

Согласно классификатору существует 2 основных вида дефектов:

  • значительный — дефект, при наличии которого существенно ухудшаются эксплуатационные характеристики строительной продукции и ее долговечность. Такие дефекты подлежат устранению до скрытия их последующими работами;
  • критический — дефект, при наличии которого здание, сооружение, его часть или конструктивный элемент функционально непригодны, дальнейшее ведение работ по условиям прочности и устойчивости небезопасно либо может повлечь снижение указанных характеристик в ипроцессе эксплуатации. Данные дефекты подлежат безусловному устранению до начала последующих работ или с приостановкой начатых работ.

Следует отметить, что наиболее часто встречающимися дефектами конструкций являются:

  • участки с оголенной арматурой;
  • наплывы;
  • трещины;
  • полости и пустоты в «теле» бетона, а также в узлах сопряжения конструкций и в зоне холодных швов;
  • сколы на поверхности;
  • участки с недовибрированным бетоном (см. рис. 1);
  • раковины и каверны;
  • нарушение толщины защитного слоя бетона;
  • инородные включения;
  • участки с расслаивающимся и шелушащимся бетоном;
  • участки с промороженным бетоном.
Исправленный дефект балки
Рис. 3. Исправленный дефект балки

Стоит сказать о причинах появления дефектов, так как, предотвратив их, зачастую можно избежать ненужных финансовых затрат и немалой трудоемкости, связанных с ремонтом конструкций. Такой дефект, как наплыв из бетона, является как одним из следствий неправильной установки или недостаточной герме-алчности опалубки, либо ее низкого качества. Полости и пустоты в конструкциях образуются при недостаточном уплотнении бетонной смеси, чрезмерного воздухововлечения и попадания в зону бетонирования инородных предметов (строительного мусора) и ряда других факторов.

Недостаточная толщина защитного слоя зачастую связана с неправильной установкой или смещением опалубки, ее некачественной поверхностью, а также с нарушением или отступлением от проекта при выполнении арматурных и бетонных работ.

Исправленный дефект в примыкании конструкций
Рис. 4. Исправленный дефект в примыкании конструкций

Появлению трещин, как правило, сопутствуют неправильный уход или его отсутствие за конструкциями (резкий перепад температур), в иных случаях — нагружение конструкций до достижения бетоном требуемой проектом прочности, ошибки в чертежах, не до конца проработанные решения по проблемам процесса проведения земляных работ и ряд других причин.

В качестве материала для лечения дефектов применяют сухие многокомпонентные смеси из специального безусадочного цемента, фракционированных заполнителей, армирующих волокон и комплекса полимерных добавок (Mapegrout Thixotropic (см. рис. 2), БИРСС, Sika, CONSOLIT BARS 113, ЭМАКО S88 или аналогичные составы (по согласованию с НИИЖБ). Такие смеси при затворении водой позволяют приготовить безусадочную, пластичную, не расслаивающуюся смесь, обеспечивающую следующие основные требования по прочности, адгезии, трещиностойкости, морозостойкости, водонепроницаемости ит.д.

Исправленный дефект в конструкции стены
Рис. 5. Исправленный дефект в конструкции стены

Вышеперечисленные показатели должны быть не ниже проектных значений монолитных железобетонных конструкций.

Также существует явление так называемого «ремонта», целью которого является лишь сокрытие дефектов различными способами: замазывание трещин, полостей несоответствующими ремонтными составами, цементной смесью на неподготовленное основание (без его обеспыливания, обезжиривания, конфигурирования и т.д.). Данный факт ведет к негативным последствиям и значительным финансовым потерям. Существует значительный риск деструкции конструкций и, как следствие, некачественно выполненных последующих отделочных работ. Для устранения данной проблемы в первую очередь рекомендуется создавать специализированные бригады или звенья, прошедшие соответствующее обучение.

Как правило, ремонтные работы начинают осуществлять после тщательного изучения дефектных участков, к которым доставляются необходимый инвентарь, приспособления и средства для безопасного выполнения работ.

Основным и наиболее часто встречающимся дефектом является недовибрированный бетон.

Пример монолитности конструкций после использования деревянного бруса
Рис. 6. Пример монолитности конструкций после использования деревянного бруса

Важно отметить, что в зимний период бетонирования при скоростном монолитном домостроении отремонтированную поверхность необходимо защитить тепловлагоизоляционным материалом, тем самым предохраняя ее от испарения влаги и сохраняя тепло в «теле» ремонтируемого участка, учитывая еще и собственную экзотермию смеси за счет цементного вяжущего (см. рис. 3, 4, 5). В построечных условиях в качестве защитного покрытия может служить соответствующий размер фанерной доски, совмещенный с распространенным материалом «Этафом».

Также считаем нужным отметить, что для соблюдения монолитности стен лифтовой шахты с нижележащим перекрытием необходимо с внутренней стороны перед установкой стеновой опалубки жестко установить деревянный брус. Это позволяет исключить перепад в бетоне между торцом плиты перекрытия и стенами шахты (см. рис. 6).

Эти приемы позволяют сэкономить время, трудовые и материальные затраты при ускоренном темпе строительства и сжатых производственных сроках.

В заключение отметим, что при строительстве объектов любого назначения необходимо осуществлять регулярный контроль за процессом производства и стараться вовремя соблюдать нормативные, технологические и проектные требования.

Библиографический список

  1. СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительное конструкций зданий и сооружений».
  2. Классификатор основных видов дефектов в строительстве и промышленности строительных материалов. Госстрой России, М.: ЦИТП Госстроя России, 1993.
  3. ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинг технического состояния».
  4. МРДС 02-08 «Пособие по научно-техническому сопровождению и мониторингу строящихся зданий и сооружений, в том числе большепролетных, высотных, уникальных».
  5. CHuII 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции. М., 1998. в. СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».
  6. Пособие по обследованию строительных конструкций. АО «ЦПИ-ИПромзданий», М.: 1997.
  7. Руководство по проведению натурных обследований промышленных зданий и сооружений, АО «ЦНИИПромзданий», М., 1997.
  8. СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции».
  9. СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».

Ограждающих конструкций зданий, неразрушающий контроль теплозащитных свойств

Развитие методики неразрушающего контроля теплотехнического состояния ограждающих конструкций зданий

Описана новая методика неразрушающего контроля теплотехнического состояния ограждающих конструкций зданий, в основу которой положена разработанная ранее автором методика, базирующаяся на совместном использовании двух неразрушающих физических методов контроля — диэлькометрического (электрического) и тепловизионного (теплового). Новая методика позволяет в натурных условиях экспериментально-расчетным способом определить приведенное сопротивление теплопередаче обследуемой конструкции одновременно с количественным определением фактических значений влажности и теплопроводности отдельных слоев, в том числе внутреннего теплоизоляционного слоя. Приведен пример практической реализации описанной методики.

Основной теплозащитной характеристикой ограждающих конструкций зданий является, как известно, сопротивление теплопередаче, а точнее, приведенное сопротивление теплопередаче, метод расчета которого представлен в приложении Е СП 50.13330.2012 («Тепловая защита зданий». Актуализированная редакция СНиП 23-02—2003. Минрегион России, 2012). Аналогичный расчет используется и в европейских нормах, регламентирующих требования к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций [1]. Эти расчеты проводят по формулам, в которых используются, в частности, такие величины, как количество и геометрические размеры структурных неоднородностей различного типа, количественная оценка которых без экспериментального подтверждения весьма условна и существенно снижает достоверность расчета.

В практике натурных обследований жилых и общественных зданий широкое применение нашел неразрушающий тепловизионный метод контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций [2, 3]. Однако вследствие изменчивости теплофизических величин, наблюдаемых в натурных условиях по данным разовых (одномоментных) измерений, можно получить лишь качественную оценку теплозащитных свойств массивных стеновых конструкций, обладающих значительной тепловой инерцией. Причиной температурных аномалий на отдельных участках поверхности конструкции, выявляемых при тепловизионной съемке, могут быть структурные неоднородности материала и дефекты, такие как пустоты, мостики холода, чрезмерная влажность и теплопроводность материала в разных слоях конструкции, например во внутреннем теплоизоляционном слое и другие факторы. Также достаточно широко в строительной практике применяют неразрушающий диэлькометрический метод контроля влажности и теплопроводности [4, 5].

Диэлькометрический и тепловизионный методы измерений каждый по отдельности не позволяют проконтролировать процесс распределения влаги между слоями конструкции, происходящий в натурных условиях в процессе эксплуатации зданий, в то время как совместное их применение в натурных условиях открывает новые возможности определения теплозащитных качеств многослойных Ограждающих конструкций как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации современных зданий. Дальнейшее развитие методики [6], основанной на совместном использовании тепловизионных и диэлькомезрических измерений, позволяет количественно оценить теплофизические характеристики отдельных слоев многослойных стен, влияющие на теплотехническое состояние ограждающей конструкции в целом и его соответствие нормативным требованиям.

Ниже описан основной регламент (объем работ и последовательность операций) комплексной проверки теплозашитных качеств с количественным определением сопротивления теплопередаче, теплопроводности и влажности как отдельных слоев, так и ограждающих конструкций в целом.

Комплексное теплотехническое обследование ограждающих конструкций зданий с использованием тепловизионного и диэлькометрического методов контроля включает в себя:

  • получение термограмм с помощью тепловизора, сканирующего температуры поверхностей ограждающих конструкций, между внутренними и наружными поверхностями которых имеется температурный перепад;
  • измерение температур внутреннего и наружного воздуха;
  • измерение теплового потока с помощью контактных датчиков (тепломеров);
  • измерение фактических значений влажности и теплопроводности материала наружной и внутренней поверхностей конструкции диэлькометрическим методом;
  • обработку полученных экспериментальных данных и вычисление сопротивлений теплопередаче как отдельных слоев, так и всей конструкции в целом.

Тепловизионному контролю подвергают наружные и внутренние поверхности ограждающих конструкций. По термограммам наружной поверхности ограждающих конструкций выявляют участки с температурными аномалиями, которые затем подвергают летальному обследованию и с внутренней стороны.

Измерения диэлькометричсским методом производят с помощью экспресс-измерителя, снабженного контактным емкостным датчиком, прикладываемым к поверхности контролируемого объекта.

Для практического использования описываемой методики используют следующие средства измерений (приборы): тепловизор — для визуализации тепловых полей и измерения температуры; термогигрометр — для измерения температуры и относительной влажности воздуха; многоточечный измеритель теплового потока в комплекте с контактными датчиками (тепломерами); диэлькометрический экспресс-измеритель влажности и теплопроводности строительных материалов в комплекте с контактным датчиком поверхностного типа.

Все приборы, используемые при обследовании, должны быть внесены в Госреестр средств измерений или иметь сертификат соответствия с разрешением к применению в РФ. Средства измерения должны быть поверены (или откалиброваны) в установлен ном порядке. Основные технические характеристики применяемых средств измерения должны удовлетворять следующим требованиям:

  • Тепловизор: спектральный
    • диапазон…………………3—5 мкм
    • диапазон измерений температуры………от -20°С до 40°С
    • температурная чувствительность……..не более 0,1 °С
    • абсолютная погрешность измерения температуры.не более 1 °С
    • разрешения кадра……………….не менее 256 х 256
  • Термогигрометр ТГЦ-МГ4
    • диапазон измерений температуры воздуха.от — 40°С до +50°С
    • абсолютная погрешность измерения……не более ±2°С
    • диапазон измерения влажности воздуха..от 10 до 100%
    • абсолютная погрешность измерения……не более ±3%
  • Измерители температуры и теплового потока в комплекте с датчиками ИТП-МГ4-10 «Поток»
    • диапазон измерений температуры от ….-40°С до +50°С
    • абсолютная погрешность измерения……..не более ±1°С
    • диапазон измерения плотности теплового потока…2-50 Вт/м2
    • относительная погрешность измерения плотности теплового потока…….не более ±7%
    • период регистрации отсчетов…………..2-300 мин
    • количество запоминаемых отсчетов……..не менее 1000
    • длина линии связи с датчиками……….не менее 5 м
  • Экспресс-измеритель влажности Влагомер-МГ4 и теплопроводности ИТП-МГ4
    • диапазон измерений влажности……….от 0,3 до 20%
    • абсолютная погрешность………….не более ± 1,5%;
    • диапазон измерения теплопроводности от 0,03 до 1,5 Вт/м °С
    • относительная погрешность………………..не более ±10%
    • глубина зоны контроля……………..не менее 50 мм
    • время единичного измерения…………не более 10 с

Процедура теплотехнического обследования является комплексной и предусматривает осуществление контроля основных теплотехнических параметров конструкций, используя при этом только неразрушающие и расчетные способы получения нужной информации.

Перед началом обследований проверяют комплектность применяемой аппаратуры и подготавливают ее к измерениям в натурных условиях, при этом у портативных приборов с автономным питанием проверяют работоспособность и при необходимости заряжают аккумуляторы или меняют химические источники питания (батарейки). Затем производят визуальный осмотр наружных и внугренних поверхностей ограждающих конструкций объекта, выбранных для обследования, оценивают степень их состояния. В случае необходимости подвергают их дополнительной обработке и очистке поверхностей в соответствии с требованиями нормативных документов, регламентирующих технические условия (технические требования) к конкретной строительной продукции.

Конкретные средства измерений подготавливают к работе в соответствии с инструкциями (руководствами) по эксплуатации.
Диэлькометрические измерения выполняют по ГОСТ Р 8.621-2006 («ГСИ. Материалы и изделия строительные. Методика выполнения измерений влажности и теплопроводности диэлькометрическим методом». М.: Стандартинформ, 2006.18 с.)

Тепловизионные измерения выполняют по ГОСГ Р 54852-2011 («Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций». М.: Стандартинформ, 2011. 20 с.)

Измерения плотности тепловых потоков выполняют по ГОСТ 25380-82 («Здания и сооружения. Метол измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции». М.: Изд-во стандартов, 1982. 12с.)

Измерения температуры наружного и внутреннего воздуха проводят на расстоянии 10 см от поверхности ограждающей конструкции.

После проведения натурных обследований проводят обработку полученных экспериментальных данных. Обработка результатов диэлькометрических измерений заключается в нахождении среднеарифметических значений влажности и теплопроводности материала поверхностного слоя ограждающей конструкции для полученного массива локальных измерений отдельно по наружной и внутренней поверхностям. Обработка результатов тепловизионных измерений сводится к расшифровке термограмм. Расшифровку термограмм проводят либо с помощью компьютера по специальной программе, либо программными средствами, имеющимися непосредственно в тепловизоре. Расшифровки термограмм на компьютере не требуется, если полученные с помощью тепловизора значения температур на реперных участках совпадают с температурами, измеренными с помощью контактных датчиков.

Приведенное сопротивление теплопередаче отдельных слоев многослойной ограждающей конструкции находят путем выполнения следующих действий:

  • измеряют фактические значения влажности (wн, wв) и теплопроводности (λн, λв) наружного и внутреннего поверхности ых слоев ограждающей конструкции. Измерения проводят в соответствии с ГОСТ Р 8.621 — 2006;
  • вычисляют значения сопротивлений теплопередаче поверхностных слоев конструкции (Rн, Rв) по формулам Rн = δн/ λн; Rв = δв/ λв, где δн и δв — толщина наружного и внутреннего поверхностных слоев, соответственно. Величины δн и δв известны, как правило, из проектной документации;
  • измеряют температуру (tн, tв) на наружной и вну-тренней поверхностях конструкции и плотность проходящего через нее теплового потока (Q) в условиях, близких к стационарной теплопередаче;
  • вычисляют значение сопротивления теплопередаче всей конструкции (Rк) по формуле Rк = Δt/Q, где Δt = tв  — tн
  • вычисляют значение сопротивления теплопередаче внутреннего слоя теплоизоляции (Rт) по формуле: Rт = Rк — 1/αв — 1/αн — Rн — Rв
  • вычисляют фактическое значение теплопроводности (λт) утеплителя по формуле: λт = δт/Rт, где δт — толщина слоя теплоизоляции;
  • вычисляют влажность утеплителя (wт) по формуле wт = (λт—λт0)/Δλw, где λт0 — значение теплопроводности сухого утеплителя; Δλw — приращение теплопроводности на 1% влажности (значения λт и  λт0 берутся из приложения Т СП 50.13330.2012 («Тепловая защита зданий». Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. Минрегион России. М.: 2012. С. 83-93);
  • сравнивают полученное значение wт с нормируемым значением допустимой влажности материала утеплителя по приложению Т СП 50.13330.2012 и делают вывод о соответствии (несоответствии) тепловой защиты обследуемой конструкции здания нормативным требованиям. Условия эксплуатации в зоне влажности А или Б в зависимости от региона России выбирают по приложению В СП 50.13330.2012.

Ниже приведен пример практической реализации описанной методики в практике натурных обследованиях, проведенных НИИСФ РААСН в 2013 г.

Обследовали стеновые панели типа «сэндвич» эксплуатируемого жилого дома в Московской области. Из проектной документации известно, что панели представляют собой трехслойную конструкцию, состоящую из двух поверхностных слоев бетона плотностью 1600 кг/м3 и слоя теплоизоляции из минеральной ваты плотностью 75 кг/м3, причем толщина поверхностных слоев панелей составляет 40 мм с внутренней стороны и 60 мм с наружной стороны панели, а толщина слоя теплоизоляции составляет 160 мм.
Измерили температуры tв, tн внутренней и наружной поверхностей нескольких наружных стен здания и после обработки результатов измерений получили: tв = +18,2°С; tн = -12,5°С.

В результате измерений плотности теплового потока Q по методике ГОСТ 25380—82 после обработки результатов измерений получили: Q = 9,6 Вт/м2.

Значение общего сопротивления теплопередаче Rк конструкции, рассчитанное по формуле: Rк = (tв — tн)/Q, составило Rк = 30,7/9,6 = 3,2 м2·ºС/Вт.

Фактические средние значения теплопроводности λв и λн внутреннего и наружного поверхностных слоев обследованных стен, измеренные с помощью экспресс-измерителя типа ИТП-МГ4 по ГОСТ 8.621—2006, после статистической обработки результатов измерений составили соответственно λв = 0,65 Вт/м°С; λн = 0,75 Вт/м°С.

Значения сопротивлений теплопередаче Rв, Rн внутреннего и наружного поверхностных слоев конструкции, вычисленные по формулам: Rв = δвв; Rн =  δнн, составили: Rв = 0,04/0,65 = 0,06 м2·°С/Вт и Rн = 0,06/0,75 = 0,08 м2·°С/Вт, соответственно.

В результате вычисления значения сопротивления теплопередаче слоя теплоизоляции Rт, по формуле: Rт = Rк — 1/αв — 1/αн — Rв — Rн получен следующий результат: Rт = 3,2 — 0,11 — 0,04 — 0,06 — 0,08 = 2,91 м2·°С/Вт (табличные значения αв = 8,7 и αн = 23 взяты из СП 50.13330.2012).

Фактическое значение теплопроводности слоя тепло-изоляции, рассчитанное по формуле: λт = δт / Rт , составило λт = 0,16/2,91 = 0,055 Вт/м·ºС.

В результате вычисления влажности минеральной ваты по формуле wт = (λт — λ0) / Δλw получено: wт = (0,055 — 0,046)/0,005 = 1,8% (значение λо=0,046 для минеральной ваты по ГОСТ 9573-96 плотностью 75 кг/м2 взято из таблицы Т1 приложепия ТСПСП50.13330.2012, а значение Δλ= 0,005 получено расчетным путем по той же таблице).

Таким образом, количественно определены фактические значения теплозащитных свойств (сопротивления теплопередаче, теплопроводности и влажности) материалов по отдельности всех слоев обследуемой трех слойной ограждающей конструкции без нарушения ее целостности.

Следует отметить, что разработанная методика экспериментального определения основных теплотехнических показателей ограждающих конструкций [7] ни в коей мере нс является альтернативой расчетным методам, регламентируемым действующими нормативным и документами.

Основные отличия и достоинства разработанной методики контроля теплофизических характеристик наружных ограждающих конструкций при обследовании зданий в натурных условиях заключаются в следующем.

Методика позволяет в течение нескольких минут дать количественную оценку теплозащите ограждающих конструкций при обследованиях зданий; применима как к однослойным, так и к многослойным строительным конструкциям; вместе с экспериментально-расчетным определением приведенного сопротивления теплопередаче обследуемой конструкции в целом получают фактические значения влажности и теплопроводности отдельных слоев, в том числе внутреннего теплоизоляционного слоя, что невозможно осуществить другими неразрушающими методами контроля.

Список литературы
1. Гагарин В.Г., Дмитриев К.А. Учет теплотехнических неоднородностей при оценке теплозащиты офаждающих конструкций в России и европейских странах //Строительные материалы. 2013. № 6. С. 14—16.
2. Левин Е.В., Окунев А.Ю., Умнякова Н.П., Шубин И.Л. Основы современной строительной термографии. М.: НИИСФ РААСН. 2012. 176с.
3. Гагарин В. Г., Козлов В. В. идр. Теплозащита наружных стен зданий с облицовкой из кирпичной кладки // АВОК. 2009. № 6. С.48-55.
4. Ройфе В.С. К обоснованию выбора неразрушаюше-го метода оценки теплозащитных свойств строительных материалов. // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 22-23.
5. Royfe. V.S. Physical meaning of correlation between the thermo- and electro-physical characteristics of nonmetallic materials. // Measurement Techniques. 2012. Vol. 55. №2. pp. 193-198.
6. Ройфе B.C. Экспресс-методика комплексного неразрушающего контроля теплотехнического состояния ограждающих конструкций зданий // Жилищное строительство. 2011. № 1. С. 24—26.
7. Патент РФ 2497106. Способ перазрушающего контроля теплотехнических качеств ограждающих конструкций зданий / В.С. Ройфе; Заявл. 22.05.2012. Оиубл. 27.10.2013. Бюл. № 30.

Испытание свай, определение глубины свай

Испытание свай, определение глубины свай

Испытание свай, определение глубины свай.

Построить дом на «слабых» грунтах без ущерба для соседних зданий возможно только на свайных фундаментах, опирающихся на прочные подстилающие грунты. 

Прибор диагностики свай ПДС-МГ4
Рис 1. Прибор диагностики свай ПДС-МГ4

Санкт-Петербург — город, построенный в чрезвычайно неблагоприятных грунтовых условиях. Очертание исторического центра города удивительным образом совпадает с территорией распространения «слабых» (в строительном отношении) глинистых грунтов — одних из самых коварных геологических отложений.

Еще 10-15 лет назад в фундаментостроении в нашем городе использовались технологии забивки или вдавливания готовых свай заводского изготовления.

В последние годы распространение получили различные технологии изготовления свай в грунте (буровые сваи). Для этих новых технологий особую актуальность имеет вопрос качества их изготовления.

Как показывает опыт десятилетней работы,обеспечить надежность свайного фундамента оказывается возможным только при условии непрерывного сопровождающего контроля (мониторинга) за всеми стадиями процесса изготовления свай.

Чем эффективнее технологии, тем строже должен быть надзор за соблюдением требуемых режимов работы. Высокая технология требует, как известно, должного отношения и уровня квалификации. Самая совершенная технология, бесконтрольно отданная на откуп буровику, может привести к колоссальным потерям — разрушению соседних зданий. Свидетельство тому — дома на Невском проспекте вокруг гостиницы «Невский палас», стыдливо прикрытые нарисованными фасадами

Мониторинг

Вид дисплея прибора ПДС-МГ4 в режиме измерений
Рис 2. Вид дисплея прибора ПДС-МГ4 в режиме измерений

В целях снижения количества аварийных объектов в городском строительстве, прежде всего, необходимы пооперационный контроль изготовления свай, в ходе которого должны отслеживаться все щадящие технологические параметры режимов проходки скважины и бетонирования ствола сваи. Одновременно должен осуществляться контроль за параметрами колебаний грунта и фундаментов соседних зданий. Такой контроль позволяет уберечь историческую застройку от разрушительного влияния нового строительства.

Еще одной составляющей мониторинга является геологический контроль грунта на забое скважины. Проведение такого контроля даст гарантии наличия надежного основания под пятой свай.

Неотъемлемой частью мониторинга является также контроль качества применяемых материалов — арматурных каркасов. Контроль качества бетона должен начинаться на заводе-изготовителе при отгрузке бетона и завершаться отбором образцов из готовых свай.

И, наконец, этапом, подводящим итог мониторинга, является тестирование свай на сплошность ствола сваи.

Для проведения контроля сплошности ствола в мировой практике широко применяются низкодеформационные динамические испытания свай при помощи прибора диагностики свай ПДС-МГ4 (рис 1).  Испытания свай позволяют проверить однородность изготовления свай и выявить скрытые дефекты (трещины в забивных сваях, а также «шейки» и включения грунта в буронабивных, буроинъекционных и струйных сваях).

Сущность данной методики заключается в следующем: по голове сваи ударяют ручным молотком, который посылает вниз по поверхности сваи сжимающую волну. Неоднородности в теле сваи и длина сваи фиксируются восходящими волнами. Чувствительный акселерометр, установленный на верхнем обрезе, измеряет перемещение головы сваи, вызванной волной напряжений от удара молотком и последующими отражениями. Результаты испытаний сваи фиксируются и сохраняются для последующего отчета в компьютере. Прибор диагностики свай ПДС-МГ4 позволяет точно определить длину для неповрежденной сваи.

В числе преимуществ прибора диагностики свай ПДС-МГ4 можно выделить тот факт, что он позволяет: быстро получать информацию по состоянию свай; находить дефекты любой доступной сваи, устанавливать фактическую длину сваи до 60 м, привносить минимальное вмешательство в деятельность подрядчиков по стройплощадке. Представляется необходимым проводить проверку этим методом как минимум 10% забивных и 20% буровых, буроинъекционных и особенно свай, изготовленных с использованием струйной технологии.

Проведение комплексного мониторинга позволяет обеспечить надежность основания капитальных зданий и их безаварийную эксплуатацию в любых по степени сложности грунтах.

Наименование характеристикПДС-МГ4
Количество измерительных каналов2
Рабочая полоса частот, Гц10 - 8000
Частота дискретизации, кГц62,5
Число отсчетов при измерении2048 - 16384
Динамический диапазон, дБот 0 до 60
Регулируемый усилитель, дБот 0 до 26
Габаритные размеры, мм240×200×110
Масса прибор, не более, кг3
Также читайте:

Толщиномеры | Ультразвуковой контроль | Неразрушающего контроля бетона

Испытание анкеров и дюбелей на вырыв

Испытание анкеров и дюбелей на вырыв

О корректности существующих методов испытаний анкеров на вырыв из различных стеновых материалов и возможных областях их применения

Испытание анкеров на вырывВ последние 15-20 лет в России значительно вырос объем строительных работ, связанных с применением анкерного крепежа. При этом на строительном рынке лидирующее положение занимали и занимают такие зарубежные фирмы, как НИИ, Fischer, Sormat и MKT. Качество и надежность производимого ими анкерного крепежа достаточно высокие. Однако опыт применения анкерного крепежа в России выявил ряд проблем, без решения которых объективная оценка эксплуатационной надежности анкерного узла и тем более величины расчетного (рекомендуемого) усилия вырыва весьма затруднительна.

Среди этих проблем можно выделить следующие:

  1. Выбор методики статических и динамических испытаний анкеров на вырыв и срез. При этом как у нас в стране, так и за рубежом утвержденной (нормативной) методики динамических испытаний анкеров в настоящее время не существует;
  2. Разработка методики обработки результатов испытаний с целью получения необходимых для проектировщиков расчетных (рекомендуемых) значений нагрузок вырыва анкера из материала конструкции;
  3. Оценка области применения и эффективности работы анкерного крепежа в зависимости от материала конструкции (сталь, железобетон, каменные материалы и т. д.) и его структуры (плотность, пустотность и т. д.).

Отметим, что такие немаловажные вопросы, как огнестойкость, коррозионная стойкость и т. д., либо решены, либо с учетом современного уровня развития техники решаются относительно просто.

Решение указанных выше проблем зависит от двух факторов:

  • наличия подготовленных специалистов-исследователей в области анкерного крепежа;
  • финансирования исследований в указанной области.

Анкерный крепеж разрабатывается и используется в строительстве достаточно давно. Так, в университете г. Штутгарта (Германия) имеются профессионалы высочайшего класса в области анкерного крепежа, которые проводят исследования и готовят специалистов в этой области. Фирмы- производители анкеров постоянно финансируют исследования по анкерному крепежу. На основании результатов таких исследований разрабатываются и совершенствуются как производственные технологии,конструкции анкеров, так и методики их испытаний, а также создаются нормативные документы по анкерному крепежу.

Статический метод испытания анкеров на вырыв

В настоящее время за рубежом для испытаний анкеров на вырыв принята единая методика, подробно изложенная в ETAG 001 [1]. Суть методики определения рекомендуемой (расчетной) величины нагрузки вырыва заключается в следующем:

  1. Проводятся испытания серии анкеров, состоящей из n-образцов, на вырыв из материала основания. Скорость нагружения анкера до момента его вырыва (или разрушения анкерного узла) составляет 1-3 мин;
  2. Далее проводится обработка результатов испытаний на основе принятого нормального закона распределения случайных величин. Исследуемая величина усилия вырыва зависит от многих факторов, каждый из которых мало связан с большинством других (например, параметры размещения анкера по полю основания и характеристики самого основания). Поэтому принятый закон нормального распределения позволяет с достаточной степенью точности и надежности оценить величины предельных расчетных нагрузок и перемещений анкера.

Суть алгоритма определения рекомендуемых нагрузок на анкер и перемещений самого анкера состоит в том, что на основе использования кривой распределения Гаусса (рис. 1) по результатам теста на выдергивание значение характерного сопротивления(предельной нагрузки) определяется в соответствии с так называемым 5%-ным фрактилем. Это величина означает такое значение нагрузки, когда в 5% всех опытов разрушения анкерного узла происходят при нагрузке ниже этой величины, а в 95% испытаний разрушения происходят при нагрузке выше этой величины. Те же рассуждения относятся и к определению предельных перемещений анкера.

Чтобы определить предельные (характерные) значения нагрузок вырыва (или соответствующие им значения перемещений), 5%-ный фрактиль используется в качестве базовой величины чаще, чем средняя величина по результатам испытаний.

Рассмотрим конкретный пример определения значения расчетной нагрузки вырыва анкера по методике ETAG 001. По результатам испытаний на выдергивание пяти анкеров получены следующие характеристические (разрушающие) значения нагрузок вырыва:

форм 5

Среднее значение нагрузок: Форм 6

Величина среднего квадратичного отклонения вычисляется по формуле:

форм 7 S=0,920.

Коэффициент вариации:

форм 8

При этом:

форм 9

форм 10

где k = 3,401 при числе испытаний n= 5 (величины k для различных значений приведены в методике [2]).

Кривая плотности распределения
Рис. 1. Кривая плотности распределения

Согласно методике [1] коэффициент k рассчитывается в соответствии со статистическими процедурами при достоверности 90%.

Таким образом, принимается, что разрушение анкеров происходит при нагрузке ниже Frk =14,65 кН, а в 95% испытаний разрушение происходит при нагрузке выше указанной.

Далее определяется значение рекомендуемой (расчетной)нагрузки путем деления на коэффициент надежности по материалу:

форм 11

 

 

Данная методика обработки результатов экспериментальных исследований соответствует современному уровню развития науки и при правильно выбранной методике испытаний обеспечивает надежные показатели, характеризующие работу анкерного крепежа.

Однако подходы к методам испытаний анкеров в ETAG 001 и в нормах РФ существенно различаются между собой в части, принятой в процессе испытаний скорости нагружения конструкций.

Вопрос о влиянии скорости нагружения конструкций на их прочность и несущую способность в России изучен достаточно подробно. Так, в работах исследователей [4, 5] установлено, что:

  • уменьшение скорости нагружения железобетонных колонн в 15 раз привело к увеличению деформаций в 2-2,5 раза;
  • предел прочности бетона при сжатии увеличивается с ростом скорости нагружения;
  • при увеличении скорости нагружения с 0,1 кг / (см2 · сек.) до 1,6 кг /(см· сек.) значения модуля упругости возрастают в среднем в 1,9-2,2 раза;
  • по данным [5] прочность бетона на сжатие (Rb)при ударе в зависимости от скорости нагружения превышает это значение на 10-85%.
График зависимости «нагрузка-деформация» (материал стены - ячеистый бетон - В2.0, марка анкера - КАТ N 10x160)
Рис. 2. График зависимости «нагрузка-деформация» (материал стены — ячеистый бетон — В2.0, марка анкера — КАТ N 10×160)

Методы испытаний опытных образцов с целью определения прочностных характеристик (марки) материала конструкций и методы испытаний самих конструкций регламентируются различными нормативными документами. Так, при определении прочностных характеристик материала время испытаний образцов составляет:

  • 20-60 сек — при оценке прочности кирпича (ГОСТ 8462-85);
  • 90 сек — при оценке условного предела прочности древесины (ГОСТ 16483-70*);
  • 10 Мпа/сек-при определении предела прочности арматурной стали при растяжении (ГОСТ 12004-81);
  • 1 Мпа/сек — при определении марок раствора по прочности на сжатие (ГОСТ 5802-86);
  • 1 Мпа/сек — при определении марки бетона по прочности на сжатие (ГОСТ 10180-2012).

В то же время методика испытаний конструкций, включенная в ГОСТ 8829- 94 «Изделия строительные железобетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением. Правила оценки прочности и трещиностойкости», устанавливает следующий алгоритм испытаний:

  • нагрузка на конструкцию прикладывается ступенями, каждая из которых составляет ∼10% от контрольной нагрузки;
  • на каждой ступени нагружения конструкция выдерживается под нагрузкой 5-10 мин;
  • в начале и в конце каждого этапа нагружения с помощью измерительных приборов фиксируются деформации (перемещения) конструкции либо ее элементов.

Таблица 1. Результаты испытаний анкеров на вырыв из стеновых материалов по методикам ETAG 001 и ГОСТ 8829-84

Марка анкераВид основанияКоличество
испытанных образцов
NEразр (кН), по
методике ETAG 001
NГразр (кН), по
методике ГОСТ 8829-94
k=([NГ-NE]/NГ)x100
MB-S 10x160 (Mungo)Ячеистый бетон
(класс В 2,0 D500)
1043,225
SDP-KB 10Sx100V(EJOT)Ячеистый бетон
(класс В 2,0 D500)
102,75237,5
MBK 10x120 (Mungo)Ячеистый бетон
(класс В 2,0 D500)
102,52,2511
FUR 10x100 FUS (Fischer)Керамзитобетон (М150)1012,811,79,5
HRD-S 10x100 (Hilti)Керамзитобетон (М150)1011,09,022
KAT N 10x100 (Sormat)Керамзитобетон (М150)1014,512,021
MBRK 10x100 (Mungo)Железобетон (В30)1012,012,00
KAT N 10x100 (Sormat)Железобетон (В30)106,97,00
SXS 10x100 FUS (Fischer)Железобетон (В30)1019,520,00

Поскольку анкерный узел — составная часть конструкции, то мы считаем, что для оценки его несущей способности может быть использована только методика ГОСТ 8829-94 с обязательной выдержкой нагрузки на каждой ступени нагружения.

Сравнительный анализ результатов испытаний анкеров на вырыв с использованием методик ETAG 001 и ГОСТ 8829-94 позволяет отметить следующее:

  1. Для анкеров, установленных в легкие и ячеистые бетоны, предлагаемая в ETAG 001 скорость нагружения приводит к значительному завышению величины как предельной (разрушающей) нагрузки, так и, соответственно, назначаемой из испытаний расчетной нагрузки вырыва на анкер. Это связано с тем, что методика ETAG 001 из-за значительной скорости нагружения не позволяет учесть эффект стабилизации усилий на каждом этапе нагружения. Как видно из графика на рис. 2, при испытании анкера марки КАТ N 10 х 160 (SORMAT), установленного в ячеистый бетон, значение разрушающей нагрузки при испытании по методике ETAG 001 на 22% выше значения разрушающей нагрузки, полученной при испытаниях по методике ГОСТ 8829-94;
  2. В табл. 1 приведены результаты испытаний анкеров ведущих фирм- производителей анкерного крепежа на вырыв из различных стеновых материалов по методикам ETAG и ГОСТ. Анализ результатов испытаний анкеров, приведенных в табл. 1, позволяет отметить, что значения предельных разрушающих нагрузок, полученные по европейской методике испытаний (время испытаний — 1 мин), для отдель- ных материалов конструкций на 30-37% выше, чем результаты испытаний, полученные по методике ГОСТ. При этом (как видно из табл. 1), чем выше модуль упругости и плотность материала основания, тем меньше влияет скорость нагружения на величину разрушающей нагрузки. На рис. 3 приведены графики испытаний анкеров марки HRD 10 х 100 (HILTI), установленных в железобетонную панель, по указанным выше методикам;
  3. Испытания анкеров зарубежными специалистами осуществляются в основном в лабораторных условиях с использованием ЭВМ и специального программного комплекса. Проведение испытаний в полевых условиях по методике ETAG 001 требует специальной аппаратуры, позволяющей автоматически измерять перемещения анкера в процессе его нагружения. Выполнить эти измерения с использованием механических приборов за интервал времени в одну минуту нереально. Без данных о перемещении анкера полученная информация недостоверна.
График зависимости «нагрузка-деформация» (материал стены - железобетон - ВЗО, марка анкера - HRD 10x100)
Рис. 3. График зависимости «нагрузка-деформация» (материал стены — железобетон — ВЗО, марка анкера — HRD 10×100)

Анализ результатов испытаний анкеров на вырыв из различных материалов с использованием указанных выше методик ETAG и ГОСТ, а также большого объема экспериментальных исследований в части испытаний различных марок анкеров, установленных в стены из материалов с различными физико-механическими характеристиками, позволил рекомендовать следующую методику испытаний анкеров:

  • испытания анкеров на вырыв должны проводиться по методике ГОСТ 8829-94;
  • нагрузка на анкер прикладывается ступенями, каждая из которых не должна превышать 1 /10 от величины разрушающей нагрузки вырыва;
  • на каждой ступени нагружения производится полная разгрузка анкера с фиксацией величины остаточных деформаций (перемещений) анкерного узла;
  • последующий этап нагружения осуществляется до величины нагрузки Pi = Рi-1 + ΔР с его разгрузкой. Такое поэтапное увеличение нагрузки осуществляется до тех пор, пока величины остаточных деформаций не превысят величины Δ = 0,1 мм либо величина нагрузки на данном шаге нагружения будет составлять Ni ≥ 0,5 х Nразр;

Принимаемое предельное значение перемещения анкера Δ = 0,1 мм обусловлено тем, что, поданным многочисленных экспериментальных исследований, это значение перемещения анкера соответствует двум параметрам:

  • в случае применения анкеров с полиамидным или другим дюбелем это значение перемещения анкера соответствует полной величине обжатия головки обоймы анкера из полиамидного дюбеля. После этого смещения, как показывает эксперимент, анкер включается в работу на вырыв;
  • в случае применения химических или стальных анкеров после достижения указанного значения остаточных деформаций дальнейшее увеличение нагрузки на анкер приводит к значительному росту остаточных деформаций (при разгрузке) и снижению жесткости (повышению деформативности) анкерного узла. В связи с этим после того, как указанный фактор будет в процессе разгрузки установлен, дальнейшее пошаговое нагружение анкера следует проводить без разгрузки до достижения предельного разрушающего усилия. На рис. 4 приведена схема испытания анкеров по описанной выше методике.

Динамический метод испытания анкеров на вырыв

График зависимости «нагрузка-деформация» (по результатам испытаний по методике ЦНИИСК)
Рис. 4. График зависимости «нагрузка-деформация» (по результатам испытаний по методике ЦНИИСК)

Как известно, сейсмические воздействия относятся к динамическим и возникают в связи с движением основания сооружения во время землетрясений.

Сейсмометрический анализ характера различных землетрясений позволил многим исследователям констатировать, что регистрируемый с помощью сейсмографов процесс колебаний грунтового основания и сооружения содержит три основные фазы:

  • начальная фаза — начальный отрезок записи, на котором фиксируются относительно небольшие амплитуды с высокой частотой колебаний;
  • основная фаза — наиболее интенсивный по амплитудам колебаний участок, переход к которому явно выражен на акселерограмме. На этой фазе часто наблюдаются довольно разнообразные периоды колебаний и имеют место «пиковые» циклы, в несколько раз превышающие значения, например, в спектре ускорений. При этом наибольшие ускорения грунта и, соответственно, сооружения находятся в диапазоне короткопериодного спектра: от 0,1 до 0,5 сек. Внезапное изменение скорости от нуля до некоторого значения характеризует импульсный характер воздействия. Изменения скоростей весьма большие, т. е. это как бы разрывы скоростей, аналогичные колебаниям грунтов, вызываемых взрывом. При этом возникающие максимальные ускорения почвы до 0,4 g и более (до 1,0 g) соответствуют периодам 0,05 и 0,1 сек, что хорошо увязывается с понятием импульсивного (одно- и многоразового) источника воздействия;
  • конечная фаза-участокзаписи,характеризуемый низкими периодами и малыми амплитудами колебаний. Эта часть сейсмограммы имеет наименьшее практическое значение. Однако любое сейсмическое воздействие не только циклично, но и характеризуется ударными толчками, которые для конструкции могут быть опаснее, чем плавно меняющиеся нагрузки.

Ударные нагрузки характеризуются главным импульсом и сравнительно непродолжительны. При ударных (импульсных) нагрузках затухание сказывается значительно меньше, чем при циклических (периодических или гармонических) нагрузках. Это связано с тем, что максимальное значение ответной реакции конструкции или сооружения достигается мгновенно, за более короткий промежуток времени, прежде чем силы затухания смогут поглотить значительную долю энергии, как это имеет место при циклическом сейсмическом воздействии.

В Центре исследования сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко на основе анализа отечественных и зарубежных работ по экспериментальным исследованиям сейсмостойкости конструкций предложена методика испытаний анкерного крепежа на действие динамических нагрузок, моделирующих сейсмические воздействия различной интенсивности, в том числе ударные воздействия.

Методика динамических испытаний анкеров включает в себя три этапа:

  • на первом этапе проводятся статические испытания анкеров(не менее пяти образцов) на вырыв из стенового материала. По результатам статических испытаний устанавливается предельная разрушающая (ультимативная — по терминологии ETAG 001) нагрузка вырыва. Статические испытания проводятся по одной из указанных выше методик:
  • на втором этапе проводятся динамические испытания анкеров на воздействия, характеризуемые следующими параметрами:
  • частота изменения нагрузки варьируется в интервале 5-15 Гц;
  • количество циклов нагружения варьируется в интервале 300-500 в мин;
  • длительность динамического воздействия на образец — 30-40 сек;
  • нагрузка на анкер изменяется в интервале от 2 kN до 0,7 х Npa3p (при вырыве) и от 0,2 kN до 0,2 · Vpa3p (при срезе). Интервал нагрузок принят на основе рекомендаций профессора Rainera Mallee [3];
  • на третьем этапе после завершения динамических испытаний проводятся статические испытания этих же анкеров на вырыв из стенового материала. По результатам этих испытаний проводятся сравнения величин предельных разрушающих нагрузок вырыва с полученными величинами на первом этапе испытаний.

Кроме этого, в ЦНИИСК на основе использования специальной виброплатформы с двумя степенями свободы (горизонтальной и вертикальной) проводится четвертый этап динамических испытаний на действие ударной нагрузки. К сожалению, для проведения испытаний по первым трем этапам требуется специальное экспериментальное динамическое оборудование, которое имеется в зарубежных научно-исследовательских центрах, а в России — только в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. Авторы настоящей статьи отрабатывали данную методику динамических испытаний анкеров в Научно-исследовательском Центре компании FISCHER (Германия) и в Центре исследования фасадных конструкций (г. Дрезден, Германия).

Для испытаний анкерных устройств рекомендуем использовать измерители адгезии ПСО-10МГ4АД с измерением перемещения анкера и построением зависимости «Нагрузка-перемещение».

Выводы

  1. Предложенная в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко методика статических испытаний анкеров на вырыв из различных стеновых материалов позволяет на основе имеющегося отечественного опыта испытаний конструкций более корректно учесть их физико-механические характеристики при определении расчетной несущей способности анкера, чем это сделано в европейских нормах ETAG 001.
  2. Предложенная методика испытаний анкеров на действие динамической нагрузки, моделирующей сейсмические воздействия, позволяет повысить надежность конструкций и достоверность результатов эксперимента и приблизить их к реальной работе конструкций при землетрясениях.

А. В. Грановский, к. т. н.;

Д. А. Киселев, к. т. н.

(ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко)

Список литературы:

  1. ETAG 001. Guideline for European Technical Approval of Metal Anchors for Use in Concrete. Brussels, 1997.
  2. Owen D. Handbook of Statistical Tables. Изд.ком- панияЭдисон / Уесли. 1968.
  3. Eligehausen R., Malle R., Silva J. Anchorage in Concrete Construction. Ernst & Sohn, Berlin, 2006.
  4. Квирикадзе О. П. Влияние скорости нагружения на прочность и деформации бетонов. Тбилиси, 1958 г. 53 с.
  5. Корчинский И. Л., Беченева Г. В. Прочность строительных материалов при динамических нагружениях. М.: Стройиздат, 1966.

 

Также читайте:

Оконная фурнитура | Двери межкомнатные | Деревянные окна | Фурнитура для межкомнатных дверей