Определение прочности бетона методом отрыва со скалыванием

Бетон считается крайне распространённым материалом, применяющимся в сфере строительства зданий и сооружений. Конструкции, возводимые из бетонных смесей, считаются технологичными в монтаже, долговечными, имеют превосходные несущие способности. Но эти достоинства обеспечиваются только при соответствии фактической прочности значениям, заявленным производителями, а также требованиям государственных и международных стандартов.

Чтобы проверить прочностные и другие эксплуатационные параметры бетона, используют различные способы. Самым точным и быстрым методом является испытание отрывом со скалыванием. Полученный результат предоставляет возможность на месте оценивать качество бетонных сооружений без их повреждения. Подобные испытания бетона должны выполняться специализированными организациями, которые обладают соответствующими полномочиями.

Основные особенности исследований

Методика отрыва со скалыванием является весьма надёжным механическим способом оценить прочность бетонных конструкций. Технология считается прямой, неразрушающей методикой испытания, которую применяют на различных этапах возведения сооружений.

Её суть заключена в просверливании отверстий в бетоне с дальнейшим закреплением специальных анкеров и их отрывом из конструкции при помощи высокомощного оборудования. После этого осуществляются замеры усилия в момент вырывания анкера. В случае правильного проведения работ в местах отрыва остаются воронки правильной геометрии, глубина которых в середине соответствует длине анкеров.

Для точного измерения усилия отрыва используется специальный прибор с электронным блоком, отображающим точные значения приложенной к анкеру нагрузки.

В соответствии с государственным стандартом ГОСТ 18105, для более точной оценки прочности бетона следует проводить целый ряд замеров:

• одного участка на 20 м² площади и не менее шести для каждой плоской конструкции (стена, перекрытие, фундаментная плита) и захватки;
• одного участка на 4 метра длины и не менее трех для каждой линейной горизонтальной конструкции (балка, ригель);
• шести участков на каждую линейную вертикальную конструкцию (колонна, пилон)

На основании усреднённых результатов испытаний с помощью специальной формулы можно определить прочность и сопоставить значение с проектным классом бетона.

Методика широко применяется как отдельный вариант контроля прочностных параметров бетона либо с дублированием других методов. Он отлично подходит для сплошного контроля бетонных конструкций в соответствии с требованием ГОСТ 18105.

Виды используемых деталей

Для проведения исследований методом отрыва со скалыванием используются следующих виды анкерных болтов:

• Анкера с диаметром 24 и длиной 48 мм используют в тех случаях, если проектная прочность бетона начинается от 5 МПа.
• Анкерные болты с диаметром 16 и длиной 35 мм применяются, если проектная прочность бетона в возводимых конструкциях начинается от 40 МПа до максимального значения 100 МПа. В случае с низкомарочными смесями использовать анкеры ø16 мм можно только при условии построения градуировочных зависимостей.

Как проводится оценка прочности бетона

Технология и методика осуществления испытаний регламентируются ГОСТ 22690, который описывает механические способы неразрушающего контроля. С помощью метода отрыва со скалыванием обеспечивается определение прочностных параметров бетона в диапазоне усилий от 5 до 100 МПа. Технология может применяться для оценки качества лёгкого, мелкозернистого и тяжёлого бетона в составе сборной или монолитной железобетонной конструкции.

По ГОСТ 22690 исследования осуществляются последовательно в несколько этапов: подготовка сооружения и устройств, осуществление испытаний с фиксацией значений усилия, обработка результатов с помощью общепринятых методов, разработка градуировочных зависимостей. Рассмотрим все этапы.

Подготовительные работы

Испытания бетонных сооружений методом отрыва, предусматривающим скалывание части конструкции, требует качественной подготовки. Прежде чем проводить оценку качества бетона, следует выполнить ряд работ:

• Осмотреть измерительный прибор и анкерные изделия, проверить текущее состояние устройств.
• Подобрать подходящее место для размещения прибора. Желательно устанавливать устройство на ровной поверхности, но небольшая кривизна допускается – главное, чтобы это не мешало работе прибора. На месте проведения испытаний нужно исключить наличие арматуры и других стальных элементов. Поэтому накануне исследования следует проверить конструкции на расположение арматурной сетки с указанием отметок, где идут прутки.
• Высверлить шпур в исследуемом бетонном сооружении, удалить образовавшуюся пыль. Если испытания проводятся в зимний период времени (особенно при температурном режиме ниже -10 °С), то на этом этапе важно прогревать шпуры и прилегающий материал на всю длину.

При проведении испытаний необходимо учитывать ряд условий. Так, исследуемые участки, где планируется отрыв бетона, должны находиться на существенном расстоянии от напряжённых арматурных прутков. Также в зоне исследования не должно быть больших эксплуатационных нагрузок.

Проведение испытательных работ

За высверливанием шпура следует введение лепестковых анкеров в высверленные шпуры в монолитной конструкции. Изделия вводятся на всю длину, а затем надёжно фиксируются. Далее описываемый метод контроля предусматривает выполнение следующих действий:

1. Размещение устройства, которое будет вырывать лепестковый анкер из бетона, соединение устройства с анкером. На этом этапе важно проверять, чтобы устройство плотно прилегало к поверхности испытываемого сооружения.
2. Приложение тянущего воздействия с постепенным увеличением нагрузки – как правило, скорость наращивания составляет от 1,5 до 3 кН/с.
3. Фиксирование значений усилия в момент вырывания анкера из бетонной конструкции. Специалисты выполняют замеры силы и значения проскальзывания анкерных креплений.

Если наибо́льшая часть оторванного образца превышает минимальное значение в 2 и более раз, то результаты считаются примерными. Такой же принцип применяется, когда длина проскальзывания анкеров минимум на 5% превышает глубину шпуров. Измерение длины проскальзывания анкеров может иметь погрешность до 0,1 мм. Испытание признаётся недействительным в том случае, если разница между глубиной вырывания бетона и глубиной заделки анкеров превышает 10%, а также если кратер отрыва обнажает арматуру, находящуюся на ме́ньшем расстоянии от анкерного болта, нежели его заделка.

В результате работ получают показатели силы вырывания, которые вносятся в протокол испытаний. На основе этих значений строятся градуировочные зависимости.

Тонкости проведения испытаний

Для правильного проведения оценки бетона методом отрыва со скалыванием и получения максимально точных данных следует учесть ряд моментов:

• Для сверления шпура выбираются места, находящиеся минимум в 50 см от кромки плоской поверхности (ребро, угол).
• Шпуры сверлятся строго под углом 90° к поверхности.
• При наличии участков, которые залиты бетоном разных марок и классов, а также при разной дате бетонирования испытания должны осуществляться отдельно для каждой части конструкции.

Преимущества и недостатки метода

В России оценка прочности бетона методом отрыва со скалыванием наиболее распространена за счёт ряда плюсов по сравнению с косвенными способами испытания: сравнительной лёгкости проведения (нужно просто закрепить анкеры в бетоне), универсальности применения, возможности проводить испытания почти на любых участках строительных конструкций.

Кроме простоты закрепления в бетоне, при такой методике необязательно иметь ровную поверхность. Главное условие – дефекты не должны мешать установке прибора для тяги анкерных креплений.

Среди других преимуществ метода выделяют:

• возможность исследовать бетоны с самыми высокими классами прочности;
• доступность тягового и измерительного оборудования, а также вспомогательных инструментов;
• возможность проведения испытаний при низкой температуре окружающего воздуха.

К отрицательным моментам метода отрыва со скалыванием относят невозможность оценки прочности монолитных железобетонных конструкций в местах густого армирования. При этом устанавливаются ограничения на толщину испытываемых конструкций – размер должен быть вдвое больше, чем длина используемых анкеров.

Оценка результатов испытаний

Результаты, полученные в процессе испытаний, используются при оформлении протокола в виде таблицы с содержанием следующих данных:

• информация об испытываемых конструкциях, их заявленная прочность и класс бетона;
• дата производства бетонной смеси, время проведения испытания;
• сведения о количестве используемых анкеров, расположении точек отрывов;
• фактический значения прочности и класс бетона в исследуемых конструкциях.

Данные, которые зафиксированы в документе, используются в дальнейшем при определении класса бетона на основании величины приложенной нагрузки в момент скалывания. Далее по этим значениям строят градуировочную зависимость. Но это необходимо не всегда – зависимость не делают при проверке отдельных строительных конструкций или на начальных этапах возведения сооружений. Все расчёты проводятся в соответствии с ГОСТ 18105.