Методы контроля прочности бетона в забетонированных конструкциях

Контроль прочностных характеристик бетона в конструкции действующими на сегодняшнее время нормативными документами [118,138] допускается выполнять неразрушающими методами и испытанием контрольных образцов согласно государственным стандартам на методы испытаний. В соответствии с ГОСТ 18105-2010 [114], для контроля прочности бетона монолитных железобетонных конструкций могут использоваться:

- метод определения прочности по контрольным образцам (ГОСТ 10180-2012);

- методы локальных разрушений: метод отрыва со скалыванием и метод скалывания ребра (ГОСТ 22690-2015);

- неразрушающий ультразвуковой метод контроля при сквозном прозвучивании (ГОСТ 17624-2012);

- метод определения прочности по образцам (кернам), отобранным из конструкций (ГОСТ 28570-90).

Кроме перечисленных, допускается метод упругого отскока, пластической деформации, ударного импульса, испытание проб бетона, отобранных из конструкций «только при согласовании с ведущими научно- исследовательскими организациями» [114]. При этом каждый метод может применяться с учётом полагаемой прочности бетона (предельных минимальных и максимальных значений определяемой прочности для данного метода).

Однако ни один из названных методов не способен дать реальную оперативную оценку прочности выдерживаемого на строительных объектах бетона, особенно в раннем возрасте. Причины здесь кроются в физических принципах измерений, условиях применения, стоимости и практичности этих методов.

Опыт [30,60] показывает, что наиболее точным (с погрешностью не более 5%R₂₈) является испытание отобранных из конструкции образцов, что, как правило, применяется при инспекционных и экспертных испытаниях. Чуть большая погрешность у методов отрыва со скалыванием и скалывания ребра. Но эти методы контроля дорогостоящи, требуют высокой квалификации исполнителей, устранения образующихся дефектов в конструкциях и выполняются, в основном, специализированными организациями и на поздних этапах твердения бетона. Их использование характерно при возникновении критических дефектных ситуаций, когда требуется принимать решения о демонтаже или усилении конструкций.

Испытания по контрольным образцам-кубам дают достаточно точные результаты лишь при естественном твердении бетона (в тёплое время года), когда режим содержания кубиков мало отличается от условий твердения бетона контролируемых конструкций. Кроме того, объём контроля по образцам в соответствии с ГОСТ 18105-2010 (п.2.2) [114] часто очень мал по сравнению с объёмом укладываемого бетона, так как стандарт требует отбора одной пробы (3 образца) от объёма бетона, уложенного на стройплощадке за одни сутки. Рекомендации [124] также устанавливают одну пробу на каждые 200м³ бетона или на 1 этаж при меньших объёмах. Однако при реальном контроле прочности бетона в каркасных и тонкостенных конструкциях назначают одну серию кубов на каждые 20м³. Но как бы то ни было, метод испытания кубов категорически непригоден для оперативного определения промежуточной прочности бетона в конструкциях и служит для выборочного подтверждения проектного класса бетона.

При использовании неразрушающих механических и ультразвуковых методов контроля прочности достаточная быстрота и точность получения данных о прочности бетона в конструкциях обеспечивается, только если для всех используемых приборов построены градуировочные зависимости для применяемого бетона [29,30,60,96]. Эти зависимости должны регулярно проверяться и обновляться. Стандартная ошибка методов неразрушающего контроля (НК) лежит в диапазоне 8... 12% измеренной величины (ИВ), а при наличии конкретной градуировки и постоянных характеристиках применяемого бетона – 5…8%ИВ.

На практике во многих случаях невозможно выполнить некоторые требования ГОСТов по соотношению температуры, влажности и возраста бетона для испытываемой конструкции, а отступления от правил проведения испытаний могут приводить к недопустимо большим ошибкам. Так, например, для склерометров типа ИПС ошибки могут достигать 27%ИВ прочности, при этом влияние возраста и условий твердения могут составлять 4…6%ИВ, а при контроле влажных поверхностей (W> 2...3%) можно получить занижение результатов измеряемой прочности до 10... 15%ИВ [30].

Существенным недостатком практически всех упомянутых методов определения прочности бетона является невозможность оценки прочности бетона под опалубкой. В силу этого обстоятельства, или когда обеспечить идентичные условия, твердения образцов и конструкции не удаётся, контроль прочности бетона рекомендуется [118 п.9.6.8] вести по температурно­-временному фактору с выборочным подтверждением достигнутой прочности неразрушающими методами. Несмотря на то, что метод определения прочности по температуре бетона в процессе выдерживания предусмотрен нормативными документами [138,118].

Анализ действующей в Российской Федерации нормативной литературы (СП, ГОСТ и т.д.), регламентирующей вопросы контроля основных технологических параметров монолитного строительства, выполненный в работе [94] также показал недостаточность имеющихся сведений относительно контроля прочности монолитного бетона конструкций, как в раннем, так и в зрелом возрасте. Автором указанной работы проведен многокритериальный анализ существующих методов контроля прочности монолитного бетона (см. таблица 1.1 и рис. 1.1),где установлено, что применение большинства из них не позволяет полностью оценить прочностные показатели в различном его возрасте с достаточной достоверностью. Критериями являлись:

К1 – достоверность метода и обеспеченность нормативной литературой;

К2 – быстродействие и возможность автоматизации;

КЗ – возможность применения к различным конструкциям (по форме, армированию, ответственности);

К4 – стоимость, трудоемкость и безопасность проведения испытаний;

К5 – негативное влияние на конструкцию и необходимость устранения образовавшихся дефектов.

При экспертной оценке методов контроля использовался метод средних баллов, при котором критерии выражаются в баллах от 0 до 1 с градацией по 0,1. Самый высокий балл, равный 1, указывает на соответствие критерия качеству.

Таблица 1.1 Критериальное сопоставление методов контроля прочности

Отмечается также, что для контроля прочности в раннем возрасте (до снятия опалубки) применимы только методы, представленные на рисунке (рис. 1.1) в № 1,7,11,12, 13 по таблице (таблица 1.1).

Рис. 1.1 Качественное сравнение по выделенным критериям различных методов контроля прочности монолитного бетона (а, б, в): наименование критериев по табл.1.1.

Таким образом, наиболее эффективным для контроля прочности бетона на различных этапах возведения монолитных конструкций является использование нескольких методов:

- для оперативного управления выдерживанием бетона и определения его прочности в раннем возрасте - метод расчетного определения прочности по температурно-временному фактору и неразрушающие методы по ГОСТ [114] (склерометрические, поверхностное прозвучивание) для выборочного подтверждения прочности бетона к моменту окончания температурного контроля;

- для установления фактических прочностей готовых конструкций при сдаче-приёмке - методы локальных разрушений и разрушающего контроля по ГОСТ [114] (отрыв со скалыванием, испытания образцов, извлекаемых из тела монолитной конструкции) или ультразвуковой импульсный метод неразрушающего контроля при сквозном прозвучивании по ГОСТ [113];

- для контроля марочной прочности поставляемого бетона следует осуществлять периодический отбор и испытание контрольных образцов по ГОСТ [111] или утверждённым экспресс методикам.

Комплексное применение этих методов позволяет осуществлять надежную оценку прочности бетона в раннем и зрелом возрасте, а использование температурного контроля даёт возможность управлять процессами структурообразования бетона непосредственно в ходе выдерживания, в том числе в опалубке.