Особенности контроля прочности вертикальных конструкций из тяжелых бетонов проектного класса В45 и выше с помощью неразрушающих методов

Рассматриваются вопросы определения прочности бетона на поверхности и в глубине вертикальных конструкций по результатам испытаний, проведенных методом отрыва со скалыванием.

В последние годы в монолитном домостроении для строительства колонн и стен зданий повышенной этажности все шире применяются бетоны повышенной прочности проектных классов от В45 до В80. Опыт выполнения контроля прочности бетона неразрушающими методами, накопленный в лаборатории железобетонных конструкций и контроля качества НИИЖБ и ООО «Стройдиагностика» показал, что прочность бетона на поверхности таких конструкций часто бывает ниже его прочности в глубине сечения.

Рис 1. Гистограмма распределения фактических значений Kh по 20 классам и кривая нормального распределения.

В литературе [1] отмечается наличие анизотропии свойств бетона в зависимости от направления бетонирования конструкций: в поверхностной зоне бетона вследствие применения механических средств уплотнения выделяется спой, отличающийся от остального бетона большим содержанием цемента (в т. ч. и модифицирующих добавок), воды и мелкой фракции заполнителя. О снижении прочности бетона на поверхности вертикальных конструкций данных в литературе нет.
Для исследования этого вопроса прочность бетона стен и колонн проектных классов В45 и выше контролировалась не только в пределах поверхностного слоя бетона, но и на глубине. Контроль прочности бетона выполнялся методом отрыва со скалыванием. Сначала определялась прочность бетона поверхностного слоя (Rn). Затем вокруг конуса отрыва удалялся бетон равномерным слоем до глубины первоначального вырыва.

В той же точке выполнялось повторное определение прочности бетона на глубине (Rг).

Рис 2. Расчет показателя достоверности для одностороннего интервала с обеспеченностью 0,95.

Так как использовались анкера с глубиной заделки 30,35 и 48 мм, глубина слоя при повторном определении прочности составляла 30~50 мм. По полученным значениям прочности на каждом участке испытания определялся коэффициент увеличения прочности на глубине (Кh) по формуле Кh = Rг/Rn.

Всего было рассмотрено 10 групп значений (каждая группа соответствует отдельной строительной площадке), полученных в 2000—2006 гг. Параметры статистической обработки данных отдельно для каждой группы и всей генеральной совокупности представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 следует, что прочность бетона на глубине может увеличится в 1,5 раза. Без учета этого увеличения контроль прочности бетона по его поверхности будет давать заниженные данные.

Из этой же таблицы следует, что для всей генеральной совокупности было рассмотрено 80 значений К^. Среднее значение составило 1,185, среднее квадратическое отклонение — 0,1646, коэффициент вариации — 13,9%, ошибка определения среднего — 0,018. Гистограмма распределения фактических значений Кь по классам (20 классов), а также нормальный закон распределения, полученные с помощью программы 5ТАТ15Т1СА 6.0, представлены на рис. 1.

Для фактического распределения величина показателя асимметрии и его ошибки составили 0,082 и 0,274, а величина показателя эксцесса и его ошибки — 0,006 и 0,548 соответственно. Следовательно, отношение показателей асимметрии и эксцесса к их ошибкам составили 0,30 и 0,01, что значительно меньше 3. В соответствии с методикой, изложенной в [2], следует, что на основании «правила трех сигм», асимметрия и эксцесс фактического распределения не имеют существенного значения, а фактическое распределение подчинено закону нормального распределения.

Из таблицы 1 также следует, что средние значения Кь, полученные для отдельных классов, существенно отличаются от среднего значения для всей генеральной совокупности. Поэтому по методике [2] был проведен анализ достоверности отличий средних значений по группам от среднего значения для генеральной совокупности, по формуле:

,
где: М1 и М2 — среднее арифметическое; m1 и m2 — их средние ошибки; n — число испытаний; 6/(n-4) — поправка на малое число испытаний (при числе испытаний более 5).

При расчетах за М1 принималось значение для всей генеральной совокупности, за М2 — значения отдельно для каждой группы.

Результаты расчетов по формуле (1) представлены в таблице 2, где в графе 4 показана величина правой части условия (1), в графе 3 — значение левой части условия (1), в графе 6 "+" обозначает выполнение условия (1), а "-" — его невыполнение.

Из таблицы 2 можно сделать вывод, что примерно для половины исследованных групп (группы 3, 4, 7, 8) разница значений Кh, определенных отдельно для группы, и значения Кh, определенного для всей генеральной совокупности, достоверно являются различными, использование для них среднего значения по всей генеральной совокупности недопустимо. Таким образом, для каждой отдельной группы (группы конструкций, отдельной строительной площадки и т. п.) значение Кh должно определяться отдельно.

Необходимое количество испытаний может быть определено по формуле [2]:

,
где:
n — коэффициент изменчивости, %;
t: — показатель достоверности, %;
р — показатель точности, %.

Для фактического распределения (рис. 1) показатель достоверности может быть рассчитан как для одностороннего интервала, ограничивающего наименьшие значения, с обеспеченностью 0,95, с помощью программы STATISTICA 6.0. Результаты расчета представлены на рис. 2, из которого следует, что величина показателя достоверности равна 0,914.

Показатель точности может быть принят как для точности определения единичных значении-прочности бетона с помощью метода отрыва со скалыванием, средняя точность которого составляет 5% [3].

Исходя из формулы (2), необходимое количество испытаний составит 6,5–7.

Необходимое количество испытаний может быть также определено из графика изменения ошибки среднего значения для всей совокупности, представленного на рис. 3. Принимая допустимую ошибку определения среднего равной точности инженерных расчетов — 5% находим, что необходимое количество участков испытаний должно быть не менее 8.

Рис 3. График изменения ошибки среднего значения фактического распределения значений Kh в зависимости от количества испытаний n.

Таким образом, из представленного анализа следует, что при нарушении технологии укладки и ухода за монолитным бетоном прочность поверхностного слоя может оказаться пониженной. Увеличение прочности на глубине более 30–50 мм может быть учтено с помощью коэффициента Кh, определяемого как отношение прочности на глубине к прочности на поверхности. Прочность бетона на поверхности и на глубине для определения Кh принимается по результатам испытания методом отрыва со скалыванием.

Распределение опытных значений Кh для строек Москвы соответствует нормальному закону. Для каждой отдельной группы (отдельной строительной площадки) значение Кh должно определяться отдельно. При этом количество испытаний для определения величины Кh должно быть не менее восьми.

Дальнейшая обработка результатов испытаний может выполняться в соответствии с действующими нормативными и рекомендательными документами, отдельно — для ядра сечения, отдельно — для поверхностного слоя толщиной 30–50 мм. В случае выявления снижения прочности бетона поверхностного слоя оценка снижения несущей способности конструкции может быть выполнена с помощью расчета по деформационной модели, составленной в соответствии с СП 52-101-2003.

Журнал "Технологии Бетонов", №4, 2006 г.

Все публикации
Архив по годам: 2006; 2008; 2013; 2015; 2016; 2018; 2019; 2020; 2021; 2022; 2023;