Обеспечение качества бетона

Неразрушающий контроль прочности бетона разрешено проводить только при положительных температурах конструкций.
Многочисленные исследования показали, что на градуировку неразрушающих методов испытаний оказывает большое влияние вид применяемых цементов и заполнителей. Поэтому для многих строек, получающих бетон от разных заводов либо от заводов, работающих с непостоянными поставщиками, использование предварительно устанавливаемых градуировок оказывается невозможным. Учитывая изложенное, неразрушающие методы не используют для систематического приемочного контроля прочности монолитного бетона. В то же время они широко применяются для оценки качества готовых конструкций при экспертизе, для дефектоскопии и т.п.
Высококвалифицированным специалистам разрешается производить ориентировочную оценку прочности даже по приближенным зависимостям с привязкой по малому числу испытаний кернов или лабораторных образцов.
Перспективы расширения использования неразрушающих методов для приемочного контроля качества монолитного бетона связаны с уточнением методики расчета влияния на измеряемые косвенные характеристики многочисленных факторов для корректировки градуировочной зависимости. При этом появится возможность использовать градуировку в широком диапазоне меняющихся условий производства работ. Частные поправки к градуировочным зависимостям предлагаются и сейчас рядом специалистов, однако они являются весьма приближенными и не позволяют достигнуть желаемой точности.
Аппаратура для контроля качества бетона ультразвуковым импульсным методом серийно выпускается отечественной промышленностью. В настоящее время масса ультразвуковых приборов снижена до 2 кг (за счет перехода на современную элементную базу), используется автономное питание, осциллографический индикатор заменен цифровым, позволяющим исключить субъективные ошибки при взятии отсчетов. Контроль прочности бетона с использованием современных ультразвуковых приборов (Бетон12, УК14П, УК10ПМС) может осуществляться 1—2 операторами, прошедшими двухтрехнедельную подготовку.

При контроле ультразвуковым импульсным методом по возможности используют сквозную схему про-звучивания, при которой преобразователи устанавливают на противоположных сторонах испытываемой конструкции. При этом реализуется основное преимущество метода — получение информации о качестве бетона по глубине конструкции. Ультразвуковые приборы позволяют испытывать массивы толщиной до 10 м.
В случаях когда двусторонний доступ к конструкции затруднен, применяют способы поверхностного прозвучивания или продольного .профилирования. При этом глубина информативного слоя бетона составляет половину длины акустической волны (около 3—5 см).
Важной методической задачей ультразвукового контроля прочности бетона является обеспечение надежного акустического контакта между преобразователями и испытываемой конструкцией. Нестабильность контакта может привести в завышению времени распространения ультразвуковых импульсов, а следовательно, и к занижению прочности бетона. Особенно ос-тро этот вопрос стоит при испытаниях на малых базах (порядка 10 см), в частности при испытании кубов для построения градуировочной зависимости. Наиболее распространенным способом обеспечения акустического контакта является использование густых органических масел. Перспективным является иммерсионный способ передачи колебаний (через жидкость), который из-за конструктивных сложностей пока применяется только в лабораторной практике.
При всей привлекательности неразрушающих методов их использование для контроля монолитных конструкций связано с определенными трудностями. Это объясняется, главным образом, сложностью, а чаще      невозможностью      соблюдения      требования ТОСТ 22690.0—77 обеспечить одинаковую продолжи-тельность и условия твердения бетона образцов для построения градуировочной кривой и бетона контролируемых конструкций. Эти условия могут быть выдержаны при использовании для построения градуировки образцов, извлекаемых из тела конструкций. Такая процедура, однако, резко снижает преимущества наразру-шающих методов. Следует учитывать также сильное влияние влажности бетона при определении любыми методами его прочности. Изменение влажности бетона
конструкции в результате осадков может привести к ошибкам в определении прочности до 25—30%.

Градуировочные зависимости “косвенная характеристика — прочность” для любых неразрушающих методов определяют предварительными опытами. В них проводят параллельные испытания не менее 20 серий
образцов принятым для дальнейшего использования неразрушающим методом и обычным методом разрушения на прессе. Образцы, испытываемые для построения градуировочных зависимостей, изготовляют из бетона на одинаковых материалах, но отличающихся по прочности. Это достигается искусственным увеличением диапазона изменения водоцементного отношения. В случаях когда требуется определить нарастание прочности бетона при твердении, градуировочную зависимость строят по результатам испытаний образцов одного состава в разных возрастах.
Для использования неразрушающих методов контроля должна быть обеспечена достаточно тесная статистическая связь результатов измерения косвенных характеристик и результатов разрушающих испытаний образцов. В отечественных стандартах в качестве критерия тесноты связи принята величина остаточного среднеквадратического отклонения, которая не должна превышать 12%.
Градуировочная зависимость может меняться во времени. В связи с этим периодически, обычно не реже одного раза в неделю, следует проводить проверку ее правильности. При больших отклонениях результатов проверочных испытаний от установленной зависимости частоту проверочных испытаний увеличивают. При отклонениях, превышающих регламентированные допуски, а также при изменении применяемых материалов либо технологии градуировочную зависимость устанавливают заново. Во всех случаях градуировка должна возобновляться не реже, чем каждые 6 мес.
Описанная выше процедура установления градуировочной зависимости используется обычно на стройках, где систематически применяют неразрушающие методы контроля прочности. В случаях когда оценку прочности бетона в возведенных конструкциях обычно не проводят, а испытывают образцыспутники, градуировочная зависимость отсутствует. При неудовлетворительных результатах разрушающих испытаний образцов либо в других случаях, когда возникает необходимость контроля бетона в конструкциях, градуировку неразрушающих методов проводят по образцам, извлекаемым из тела конструкций. В этом сяучае определение косвенных характеристик проводят до извлечения образцов на тех участках, где намечено их вырезать.

Наиболее развитыми и широко применяющимися в практике являются акустические методы. Они позволяют определять физикомеханические характеристики бетона по параметрам волнового процесса, развивающегося в конструкции или образце при возбуждении в них колебаний. По типу волнового процесса акустические методы подразделяются на импульсные и непрерывные. Импульсные в зависимости от способа возбуждения акустического сигнала подразделяют на методы прозвучивания и волны удара, а непрерывные — на методы свободных и вынужденных колебаний. Методы непрерывных колебаний при использовании низких частот (до десятков Гц) называют вибрационными.
При резонансном методе, являющемся разновидностью непрерывных методов, на испытываемое изделие подаются колебания, возбуждаемые звуковым генератором. Изменяя частоту возбуждаемых колебаний, определяют момент достижения резонанса испытываемого изделия. Он соответствует возникновению максимальных значений амплитуд колебаний изделия при совпадении частоты его собственных колебаний с частотой возбуждаемых вынужденных колебаний. При использовании методов свободных колебаний генерацию волн звуковых частот осуществляют в изделии механическим способом, например ударом. При испытании определяют характер затухания этих колебаний в изделии и их частоты.
Резонансный и вибрационный методы позволяют рассчитать по функциональным зависимостям динамический модуль упругости первого и второго ряда и логарифмический декремент затухания колебаний в материале исследуемых изделий. Серьезным недостатком обоих методов является зависимость результатов измерений от формы и размеров испытываемого изделия, расположения арматуры, а также от характера его опирания или защемления. Эти методы применяют, в основном, в практике научных исследований.
Известны также попытки применения вибрационных методов для контроля качества сборных железобетонных конструкций. Здесь, в условиях стабильного производства, для изделий постоянной формы и приготовленных по одной технологии перспективы освоения
вибрационного метода несравненно более благоприятны, чем для монолитных конструкций. Резонансный метод стандартизован в США для контроля морозостойкости бетона на призматических образцах.
При использовании импульсных методов прочность бетона определяют по гравировочной зависимости “скорость распространения колебаний — прочность бетона”. При этом скорость рассчитывают по времени пробега акустического импульса на известной базе.
При контроле методом “волны удара” возбуждение звуковых колебаний в конструкции производится ударом по ней. Скорость распространения волны определяется с помощью звукоприемников, установленных на конструкции с заданным расстоянием друг от друга. Частота распространяющихся в бетоне колебаний при этом соответствует звуковому диапазону. Метод волны удара достаточно хорошо зарекомендовал себя для определения качества бетона в крупных массивных конструкциях и дорожных покрытиях, поскольку он позволяет проводить испытания сравнительно на больших базах.

Для поддержания постоянной энергии удара в приборах различных конструкций применяют тарированные пружины. От качества пружины зависит стабильность ее характеристик во времени и, следовательно, стабильность результатов определения прочности.
Постоянство энергии удара достигается при использовании прибора ДПГ4, так называемого диска Губбера. Этот прибор, разряЯлтанный во ВНИИГе, предусматривает измерение отпечатка на поверхности бетона после удара по ней ребром стального диска при свободном падении его с определенной высоты. По данным различных авторов, ошибки определения прочности с помощью диска Губбера составляют 10—20%. Методика определения прочности прибором .ДПГ4 стандартизована. Она применяется, в основном, для экспертной оценки прочности в гидротехническом строительстве.
Большое распространение в последние годы получил еще один стандартизованный метод, предусматривающий применение ручного эталонного молотка конструкции К.П. Кашкарова. Этот метод учитывает непостоянство энергии удара. Для этого конструкция молотка предусматривает одновременное нанесение удара по бетону и по стальному стержню с эталонной твердостью. При изменении энергии удара одновременно изменяются диаметры отпечатков на бетоне d6 и на стержне d3. Прочность бетона определяют по градуировочной кривой в зависимости от dJda. Погрешность определения прочности молотком Кашкарова 15—20%.
Еще одна группа приборов для определения прочности бетона основана на измерении упругого отскока бойка от поверхности бетона при ударе с определенной энергией. При этом часть энергии удара расходуется на пластическую деформацию бетона, а остальная часть — практически полностью на упругое сжатие, вызывающее отскок бойка. Для исключения пластической деформации материала бойка его изготовляют из стали высокой твердости. Величина отскока тем больше, чем меньше пластическая деформация бетона.
Для измерения упругого отскока наибольшее распространение получили пружинные молотки. Имеются также приборы для определения упругого отскока при свободном падении груза на бетон.