ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

РЕКОМЕНДАЦИЯ

Государственная система
обеспечения единства измерений

ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА В КОНСТРУКЦИЯХ И ИЗДЕЛИЯХ

Методика выполнения измерений при натурных
испытаниях методом вырыва анкера

МИ 2016-03

Москва
2003

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

РЕКОМЕНДАЦИЯ РАЗРАБОТАНА:

Государственным научным метрологическим центром ГП «ВНИИФТРИ»

Отдел метрологии в строительстве.

Научно-исследовательским институтом бетона и железобетона (НИИЖБ)

Лаборатория железобетонных конструкций и контроля качества.

ИСПОЛНИТЕЛИ: Марков А.И., Павлов Л.С., Клевцов В.А., Коревицкая М.Г., Матвеев Ю.К.

ВВОДИТСЯ: взамен МИ 2016-89 с «__1__» __12 _ 2003 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Дата введения 1.12.03 г.

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящая рекомендация устанавливает методику выполнения измерений (МВИ) при определении прочности бетона методом вырыва анкера (далее - методом вырыва) в изделиях и конструкциях при их натурных испытаниях.

Рекомендации распространяются на конструкционные цементные бетоны в бетонных и железобетонных конструкциях и изделиях.

Натурными испытаниями бетона в конструкциях и изделиях с применением метода вырыва решаются следующие задачи:

- определение фактической прочности бетона в конструкциях или изделиях в целом, или на отдельных их участках - в однородных зонах;

- оценка нижнего предела прочности бетона в конструкциях или партии изделий , обеспеченной с надежностью Q_н = 0,95;

- оценка фактической обеспеченности нормативной R_н или требуемой R_т прочности бетона в конструкции или партии изделий;

- установление систематических закономерностей изменения прочности бетона во времени (при твердении) и в пространстве, например, по высоте или толщине конструкции;

- построение и корректировка рабочих градуировочных зависимостей для других средств косвенных измерений, применяемых при неразрушающих испытаниях.

Натурные испытания бетона в конструкциях с применением метода вырыва выполняют в случаях:

- отмеченных отклонений от заданных технологических режимов бетонных работ или изготовления изделий, возникших сомнений в кондиционности уложенного бетона; отрицательных результатов испытаний контрольных образцов или результатов натурных испытаний с применением других неразрушающих методов;

- выполнения бетонных работ в неблагоприятных для бетона условиях (например, при отрицательной температуре, в сухом и жарком климате);

- освидетельствования состояния бетона при проведении обследований, после экстремальных неучтенных при проектировании внешних воздействий, изменения условий работы, перераспределения и изменения нагрузок, выявленных признаков деструкции бетона.

- возведение из монолитного железобетона зданий и сооружений I уровня ответственности.

Рекомендации разработаны в развитие п. 4.10 ГОСТ 22690, в части метода отрыва со скалыванием, в расширенном диапазоне прочности.

2 НОРМЫ ПОГРЕШНОСТИ

2.1 Погрешность результата определения прочности бетона методом вырыва складывается из приведенной погрешности измерения усилия вырыва Δ_н и погрешности применяемой переводной зависимости Δ_г. В случае проскальзывания анкера добавляется погрешность определения поправочного коэффициента Δ_м. Если все погрешности оценивать СКО, то СКО относительной погрешности результата измерения можно представить как

σ_е = [σ_н² + σ_г² + σ_м²]^1/2,

где σ_н = 0,9Δ_н, Δ_н - предел погрешности измерения усилия вырыва

σ_г - берут из табл. 2,

σ_м = 1,2Δ_м, Δ_м - предел погрешности измерения проскальзывания анкера.

2.2 Критерием применимости метода для количественного определения прочности бетона в конструкции с учетом неоднородности самого бетона, оцениваемого максимальной крупностью заполнителя и распределения его прочности по объему конструкции, оцениваемой коэффициентом вариации прочности V, является выполнение двух требований:

- СКО погрешности метода испытаний σ_е не должно превышать половины нормативного V_н или фактического V_ф коэффициента вариации прочности;

- напрягаемое, при нагружении анкера, сечение бетона должно охватывать не менее десяти крупных заполнителей с максимальным размером d_з.

2.3 Оба требования выполняются соответствующим выбором глубины захвата бетона h_н согласно пп. 3.5 и 4.1 и выбором средств измерений, удовлетворяющих требованиям пп. 4.4 и 4.5

Например, при V_н = 13,5 % СКО суммарной погрешности единичного определения прочности бетона σ_е не должно превышать 7 %.

При максимальной крупности заполнителя d_з £ 30 мм и глубине захвата анкера типа II-35 h_н = 35 мм, σ_г £ 4,5 %; если применяемое средство измерений имеет предельную погрешность δ_н = 3 %, а проскальзывание анкера измеряется с предельной погрешностью δ_м = 2 %, то

σ_е = [4,5² + (0,9 × 3)² + (1,2 × 2)²]^1/2 < 5,5 %

3 ОСНОВЫ МЕТОДА ИСПЫТАНИЙ

3.1 Метод вырыва основан на существовании расчетной зависимости между сопротивлением бетона одноосному сжатию R_c и усилием Р_о вырыва анкера из бетона.

3.2 Метод вырыва позволяет определять прочность бетона при сжатии в образце-кубе R_ск без разрушения или с локальным разрушением малого объема.

3.3 Метод вырыва реализуется нагружением бетона равномерно возрастающим вырывным усилием закрепленного в бетоне на заданной глубине h_н анкера определенной формы до отрыва фрагмента бетона или до заданной контрольной нагрузки Р_к. Кубиковую прочность бетона при сжатии R_к находят по зафиксированному усилию вырыва Р_о с помощью переводной зависимости, которая, если размерность R_к и Р_о выражена соответственно в МПа и кН, имеет общий вид:

                                       (1)

где S_p и S_c - площади поверхностей по которым действуют максимальные напряжения, соответственно, растяжения и сжатия,

β - угол расклинивания бетона, °, , °

χ - показатель уровня хрупкости бетона (табл. 1), МПа^1/3

χ = R_р/R_к^2/3, где R_p - предел прочности на растяжение.

S_p = 3,6h_н(0,58h_н + D), см²                                                (2)

где D - диаметр дуги захвата бетона, см:

D = d_н - для анкеров типа I,

D = (d_н + Δ_р)(1 + 0,002Р_о) - для анкеров типа II и III.

Для анкеров типа I

S_c = 3,14l cos(60 - β)[l,15(h_н - h_к) + d_н - 1,44cos(60 - β)], см²                      (3)

где l - ширина дуги захвата бетона, см,

l = (d_н - d_c)/2sinβ, см

Для анкеров типов II и III

S_c = 3,14l(1,15h_н + D - 1,44), см²                                          (4)

Величины h_н, h_к, d_н, d_c, β и Δ являются геометрическими характеристиками анкера, значения которых находят из размеров и формы применяемых анкеров (рис. 1 и табл. 2).

Значения χ или χ' = χ^3/2 зависят от вида заполнителя и при естественном твердении бетона, их значения равны:

Таблица 1

3.4 Для испытаний бетона методом вырыва применяют замоноличиваемые - типа I или закладные саморасклинивающиеся типов II и III анкеры.

Рекомендуемые конструкции, формы и размеры анкеров типов I, II, III приведены на рис. 1.

Глубину захвата бетона h_н выбирают из ряда: 48, 35, 30, 25 мм.

Схема испытаний и параметры шпуров для закладки анкеров типа II и III приведены на рис 2.

3.5 В таблице 2 приведены значения расчетных геометрических параметров анкеров типов I, II и III и соответствующие им значения СКО переводных зависимостей σ_г при максимальной крупности заполнителя d_з не более 30 мм.

Таблица 2

3.6 Изготовитель анкеров должен привести в паспорте номиналы указанных параметров, после подстановки которых в формулу (1), получить переводные зависимости и представить их в графическом виде для каждого типоразмера применяемых анкеров и вида заполнителя.

На рис. 3 приведены графики переводных зависимостей R_к(Р_о) для приведенных в табл. 2 типоразмеров анкеров для бетона нормального твердения на различных видах заполнителей.

На рис. 4 приведено сравнение значений переводных коэффициентов m₂, приведенных в ГОСТ 22690, от их значения, рассчитанных по переводным зависимостям.

3.7 Для анкеров типа II и III допускается их проскальзывание по стенкам шпура на величину Δh не более 0,1 h_н. При этом измеренное значение Р_о необходимо умножить на поправочный коэффициент γ = h_н²/(h_н - Δh)².

Рис. 1. Типы анкеров

Параметры шпуров, мм

Рис. 2. Схема испытаний методом вырыва анкера

Рис. 3. Расчетные зависимости R_к от Р_о и типа анкера

заполнители: - гранитный

 мелкозернистый или гравийный

Рис. 4. Зависимости m₂ от Р_о и типа анкера по ГОСТ 22690 и настоящей методике

заполнители: - гранитный

 мелкозернистый или гравийный

4 ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ ИСПЫТАНИЙ

4.1 Глубина захвата бетона h_н является основным параметром анкера, она должна превышать наибольший размер зерен крупного заполнителя d_м: h_н > d_м.

4.2 Конструкция анкеров типа II и III должна обеспечивать предварительное (до приложения нагрузки) обжатие стенок шпура на глубине h_н и контроль проскальзывания с помощью специального или табельного инструмента.

4.3 Усилие вырыва должно быть направлено по оси анкера и равномерно возрастать за время τ, с, до отрыва фрагмента бетона или до заданного контрольного уровня Р_о = Р_ок. Скорость возрастания нагрузки должна быть такой, чтобы значение 2200 Р_о/h_н² τ находилось в пределах

0,2 < 2200 Р_о/h_н²τ < 1,0.                                                   (5)

4.4 Предел погрешности δ_н измерения, приложенного к анкеру усилия, должен быть не более ± 3 % от действующего значения.

4.5 Контроль проскальзывания анкера должен производиться с погрешностью не более ± 2 % от номинального значения h_н.

Для измерения проскальзывания, если анкер не снабжен микрометрической гайкой, рекомендуется использовать штангенглубиномер с ценой деления не более 0,2 мм или набор щупов от 0,2 до 5 мм с шагом 0,2 мм.

4.6 Нагружающие устройства должны обеспечивать равномерно возрастающее усилие, направленное по оси анкера. Опора должна позволять центрировать ось приложения усилия и выбирать зазоры.

4.7 При опирании устройства нагружения о поверхность бетона, опоры должны быть регулируемые по высоте или иметь возможность регулировки в пределах не менее 5 мм и отстоять от оси приложения нагрузки на расстоянии не менее 1,5h_н.

4.8 Анкера типов II и III должны изготавливаться из легированной стали. Разжимной конус должен иметь угол при вершине β в пределах 18 - 22° и поверхностную твердость конусной поверхности не менее 50 HRC.

Разжимные сегментные обкладки должны иметь на конце не менее 3-х радиальных зубьев ^* треугольного профиля с шагом Δр не менее 2 мм с поверхностной твердостью не менее 60 HRC.

______________

^* Допускается сегментные обкладки с одним зубом, если в шпуре специальным инструментом выполнять радиальную нишу на нормативной глубине h_н.

Анкера могут эксплуатироваться пока высота радиальных зубьев не станет менее 1 мм.

Анкера типа I изготавливают из любой арматурной стали, выдерживая геометрические параметры, указанные в Руководстве по эксплуатации применяемой аппаратуры.

4.9 Шпуры под анкеры выполняют вращательным или ударно-вращательным инструментом. Требуемые параметры шпуров приведены на рис. 2.

В таблице 3 приведена рекомендуемая отечественная аппаратура для испытаний бетона методом вырыва ^**.

______________

^** Допускается применять другие аналогичные средства, удовлетворяющие требованиям п. 4.

Таблица 3

5 УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

5.1 На обследование конструкции составляется задание, которое должно содержать: схему обследования, перечень мероприятий, необходимых для обеспечения обследования и безопасности работ с указанием лиц, ответственных за их выполнение.

5.2 При работе на высоте более 2 м и на глубине более 3 м, а также при прохождении в пределах 15 м силовой электросети или электрифицированных путей, необходимо строго соблюдать установленный порядок допуска к работам.

5.3 Перед работой необходимо ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, действующей на стройке или предприятии, к которому относится обследуемый объект.

5.4 О начале, окончании и характере работ при испытаниях необходимо уведомить прораба стройки, начальника участка или смены предприятия.

5.5 Зону выполнения испытаний необходимо обозначить предупреждающими знаками.

5.6 При выполнении шпуров с использованием электрических машин необходимо:

- обесточить проходящую в зоне испытаний скрытую электропроводку;

- обеспечить подводку напряжения от ближайшего щитка обрезиненным шнуром сечением не менее 1,0 мм;

- выбрать устойчивое положение, стоя на земле или специальных подмостях.

5.7 При подготовке шпуров с использованием электронагревателей необходимо:

- использовать напряжение не более 42 В,

- работать в сухих брезентовых рукавицах,

- обеспечить подводку напряжения от ближайшего щитка обрезиненным шнуром сечением не менее 1,5 мм,

- отключать напряжение перед установкой и снятием нагревателей.

- заземлять металлические корпуса нагревателей,

- контакты подвода тока изолировать от попадания воды или пара,

- установить световую индикацию наличия напряжения.

5.8 При выполнении испытаний на высоте более 2 м и глубине более 3 м необходимо:

- работать вдвоем,

- работать, стоя на специальных подмостях,

- обязательно пользоваться монтажным поясом и каской.

6 ПЛАНИРОВАНИЕ ИСПЫТАНИЙ

6.1 Испытания методом вырыва могут быть:

- количественными с определением фактической прочности R в одном изделии или одной однородной зоне конструкции;

- количественным с определением нижней границы прочности  в партии изделий одной или группы однотипных конструкций, обеспеченной с надежностью Q_н;

- альтернативными с определением фактического уровня обеспеченности Q_j требуемой R_т, например нормативной R_н, прочности.

По объему контроля испытания методом вырыва могут быть выборочными и сплошными. Сплошные испытания могут выполняться комплексно методом вырыва и любым другим методом неразрушающего контроля при условии корректировки их градуировочных зависимостей согласно приложения А.

6.2 При выборочных испытаниях оценивают фактическую среднюю прочность бетона в отдельных изделиях или в отдельных однородных зонах конструкций.

6.3 При сплошных испытаниях однотипные изделия или зоны конструкции объединяют в условные партии, исходя из поступивших партий бетона, объема бетона, сроков бетонирования (изготовления), однотипности изделий или конструкций.

Изделия или конструкции одной условной партии разбивают на однородные зоны испытаний, исходя из естественных, влияющих на прочность факторов: высоты бетонирования, наличия раздельных ярусов, различия в сроках бетонирования, режимах уплотнения и твердения.

6.4 Оценки прочности бетона в условных партиях производят для каждой условной партии отдельно в пределах однородных зон.

6.5 Результатом одного испытания методом вырыва считают:

- при глубине захвата h_н = 48 мм, единичное значение прочности R_e, полученное по результату одного испытания, если выполнены условия п.п. 3.7 и 4.1;

- при глубине захвата h_м £ 35 мм, среднее значение прочности R_e, полученное по результатам не менее 3-х единичных испытаний R_i, полученных на одном контролируемом участке в одной однородной зоне R = ΣR_i/3 при условии, что ни одно единичное значение R_i не отклоняется от средней R более чем на 12 %.

Если одно из значений R_i выходит за 12 %, то его отбрасывают и усредняют оставшиеся два. Если два значения R_i выходят за 12 %, то выполняют дополнительные испытания на том же участке до получения двух значений, отличающихся друг от друга не более 24 % от наибольшего.

6.6 Нормативный уровень обеспеченности заданной прочности бетона в партии однотипных изделий или однородных зонах конструкций принимают равным Q_н = 0,95 (соответствующий односторонний квантиль нормального распределения U = 1,64).

Уровень достоверности оценок принимают равным γ = 0,9 (U = 1,28), риск заказчика β = 1 - γ = 0,1.

Нормативное значение коэффициента вариации прочности бетона внутри выделенной партии принимают равным VR_н = 0,135.

СКО погрешности результата одного испытания σ_е принимают по п. 2.1.

6.7 При сплошном контроле, общий объем испытаний назначают, исходя из общих требований, чтобы в каждой однородной зоне выполнялось не менее 6-ти испытаний, а количество контролируемых однородных зон в условной партии бетона было не менее 3-х.

6.8 Контрольную прочность при альтернативных испытаниях рекомендуется устанавливать на уровне 1,2R_т.

Контрольное усилие Р_к определяют по переводной зависимости, представленной в графическом виде.

7 ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

7.1 Выбирают типоразмер анкера, глубину захвата h_н и соответствующее нагружающее устройство, исходя из сведений о максимальной фракции крупного заполнителя и соблюдения условия п. 4.1.

7.2 Если расположение арматуры неизвестно, необходимо его выявить с помощью индикатора защитного слоя и обозначить на поверхности бетон.

7.3 Производят разбивку конструкций, изделий или выбранных однородных зон на контролируемые участки и разметку точек выполнения шпуров, соблюдая следующие требования:

- шпуры выполняют между арматурными стержнями на расстоянии не ближе h_н к ближнему стержню;

- шпуры должны быть расположены не ближе 3h_н от края бетона или соседнего шпура;

- толщина бетона на контролируемом участке должна быть не менее 3h_н.

7.4 Диаметры и глубины шпуров приведены на рис. 2, отклонение от вертикальности к поверхности бетона допускается - не более 1:20.

При замоноличивании анкеров тип I, их закрепляют в отверстиях на опалубке или стенках таким образом, чтобы перед распалубливанием можно было удалить оголовники анкеров.

7.5 Испытываемый бетон должен быть во всех контролируемых зонах в воздушно-сухом состоянии. Если поверхность бетона локально переувлажнена, например после сверления с водяным охлаждением рабочего органа, ее следует перед испытаниями подсушить.

В зимних условиях поверхностный слой переувлажненного бетона оттаивают приставным или лучистым нагревателем, прогревают и подсушивают до воздушно-сухого состояния согласно приложения В.

Прогрев допускается не производить, если известен состав бетона. В этом случае истинную прочность бетона находят по методике приложения В.

7.6 При необходимости определения возможного добора прочности зимнего бетона производят локальный поверхностный изотермический прогрев бетона по режиму согласно приложения Б.

Если требуемый относительный набор прочности до замерзания бетона составляет φ_т от заданного класса, а фактический набор достигает φ_ф, то длительность нагрева τ, ч, при температуре t °C рассчитывают по формуле

                                                                              (6)

где коэффициенты α_ц и K_t находят по таблицам Б.1 и Б.2 приложения Б.

7.7 В протокол заносят следующие имеющиеся сведения о бетоне:

- вид и максимальная крупность заполнителя;

- сроки укладки бетона и условия твердения до момента испытаний, для зимнего бетона - способ прогрева и температурный лист прогрева;

- заданный класс бетона В или требуемое (в промежуточных возрастах) R_т значения прочности.

При оценке возможного добора прочности зимнего бетона, дополнительно необходимо знать вид используемого цемента.

Производят привязку контролируемых участков для конструкций - к осям и высотам, для изделий - к сроку изготовления и порядковому номеру партии.

8 ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

8.1 Проверяют целостность и состояние зубьев анкеров типов II и III, очищают межзубьевые канавки от остатков бетона, подбирают (при необходимости) размер ограничительной шайбы, очищают шпур от продуктов сверления, закладывают в него анкер до ограничительного фланца и закрепляют анкер с помощью оголовника.

8.2 Нагружающее устройство приводят в начальное положение, силоизмеритель - в нулевое, соединяют оголовник анкера с захватом нагружающего устройства и с помощью регулируемых ножек (для анкеров типа II) выбирают начальный зазор и добиваются соосности анкера оси захвата нагружающего устройства.

8.3 Равномерно с заданной скоростью производят нагружение анкера до контрольного усилия Р_к или до отрыва фрагмента бетона. После чего замеряют с помощью штангенглубиномера или щупов проскальзывание анкера Δ_h (если оно имеется) по величине образовавшегося зазора между ограничительным фланцем и поверхностью вырванного бетонного фрагмента и снимают показания силоизмерителя l_р, которые заносят в протокол.

При использовании штангенглубиномера Δh находят как разность между h_п и замеряют расстояние от верха ограничительного фланца до поверхности бетона h_п, толщиной фланца h_o.

С помощью градуировочной характеристики силоизмерителя Р_о(l_р), приведенной в паспорте прибора, находят усилие вырыва Р_о.

8.4 Если вырыва или нагружения не произошло или значение проскальзывания Δh превышает 0,1h_н, то испытание бракуют и выполняют его повторно, закрепляя анкер вновь в этом же или соседнем шпуре.

Если проскальзывание в пределах нормы, то рассчитывают поправочный коэффициент γ₂ (см. п. 3.7), который заносят в протокол (Приложение Г).

8.5 При альтернативной схеме испытаний, положительным исходом следует считать, если в серии из 3-х нагружений на одном участке хотя бы в 2-х случаях отрыва не произошло или хотя бы два отрыва произошло с проскальзыванием анкера, учет которых по п. 3.7 дает приведенное усилие Р' = Р × γ, превышающее Р_к.

9 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

9.1 Прочность бетона на одном контролируемом участке определяют по результатам одного, если выполнены условия п. 3.5, или не менее трех испытаний путем усреднения в последнем случае не менее двух приведенных усилий отрыва, скорректированных на проскальзывание анкера по п. 3.7.

Приведенное единичное или среднее усилие вырыва Р_о переводят в кубиковую прочность бетона при сжатии R_к(P_o), используя зависимость в графическом виде.

Полученному значению прочности бетона на одном участке R_ск приписывают СКО погрешности по п. 2.1.

9.2 Одна однородная зона или одна серия изделий характеризуется средней прочностью , если размах прочности - разница между максимальной R_max и минимальной R_min полученными значениями прочности отдельных участков в пределах этой зоны (изделия) не превышает 24 % от R_max.

В зонах с размахом прочности более 24 % производят дополнительные испытания и, если размах все же остается более 24 %, пересматривают границы однородных зон.

9.3 Если в однородной зоне (одной серии изделий) выполнено m (не менее 6-ти) испытаний результаты которых R_j, j = 1, 2 ... m удовлетворяют условиям пп. 3.4 и 6.2, вычисляют оценки:

- средней зональной прочности                               (7)

- зонального коэффициента вариации прочности

                                              (8)

9.4 При выборочном контроле, нижнюю границу средней прочности бетона в одной однородной зоне определяют с достоверностью γ_с = 0,9 по формуле

                                              (9)

Отбраковку бетона в отдельных однородных зонах выполняют путем сравнения  с требуемой прочностью R_т.

Если в отдельных зонах  < R_т, а них производят дополнительные испытания и по результатам основных и дополнительных испытаний рассчитывают скорректированные значения  и S_z и вычисляют новые значения .

9.5 Если в пределах одной условной партии бетона конструкций или изделий были выполнены испытания в М однородных зонах конструкций (сериях изделий) и получено М значений , η = 1,2 ... М, то вычисляют среднюю прочность по всем зонам

                                                        (10)

межзональный коэффициент вариации

                                          (11)

и нижнюю границу прочности^*, обеспеченной с надежностью Q_н = 0,95

                                   (12)

______________

^* Допускается нижнюю границу прочности вычислять по формуле:  где К_т - коэффициент требуемой прочности, находимый по табл. 2 ГОСТ 18105, в зависимости от V_п, где V_п = [Sp² + σe²]^1/2 × 100, %

9.6 При испытаниях по альтернативной схеме, обеспеченность требуемой прочности принимаемой партии бетона конструкций или изделий подтверждается, если на каждом контролируемом участке произошло не более одного вырыва с приведенным усилием Р' менее контрольного Р_к и общее количество контролируемых участков составило не менее, указанного в п. 6.7.

Если в отдельных зонах имеются m участков, на которых произошло не менее двух вырывов при средних приведенных усилиях P_j соответствующих средним прочностям R = P_j × m₂, j = 1,2 ... m_o и ни одно из значений R_j не ниже требуемой прочности R_т, то по результатам M_m - m_o положительных и m_о отрицательных испытаний производят перерасчет нижней границы прочности  следующим образом: вычисляют показатели V и h

                                                       (13)

                                                  (16)

и по таблицам Д.1 и Д.2 приложения Д находят значение коэффициента Z и f₁(z), и затем вычисляют оценки

                                          (14)

                                                       (15)

и по ним выполняют расчет нижней границы прочности .

9.7 В однородных зонах, в которых отрицательные результаты альтернативных испытаний хотя бы на одном участке показали среднюю прочность R_j ниже требуемой прочности R_т, переходят на количественную схему контроля и обработки результатов по пп. 9.2 - 4.

9.8 При оценке возможного добора прочности зимнего бетона (уложенного при отрицательной температуре) на не менее двух участках одной однородной зоны выполняют серии из трех испытаний до и после локального изотермического прогрева в течение τ часов при температуре t °С.

Если по результатам n сравнительных испытаний были получены средние значения прочности до прогрева R₁ и после прогрева R₂ при соответствующих СКО прочности S₁ и S₂ и

то рассчитывают коэффициент прироста прочности K_r = R₂/R₁, на который при оценке ожидаемой прочности умножают значения прочности, полученные по результатам измерений при натурных испытаниях с указанием времени достижения прироста прочности после оттаивания бетона, определяемые согласно приложения Б.

9.9 Обработку результатов измерений при натурных испытаниях оформляют протоколом, рекомендуемая форма которого приведена в приложении Г.

Приложение А
(рекомендуемое)

ПОСТРОЕНИЕ И КОРРЕКТИРОВКА РАБОЧИХ ГРАДУИРОВОЧНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

А.1 Метод вырыва, как наиболее точный, позволяет получать и корректировать рабочие градуировочные зависимости (РГЗ) для других средств испытаний, применяемых при неразрушающем контроле (НК) в натурных условиях с привязкой к конкретным видам бетона и условиям испытаний.

А.2 Нелинейную в общем случае РГЗ прочности R от косвенного показателя Н во всем диапазоне измерения R можно линеаризировать в ограниченном рабочем поддиапазоне и представить в виде кусочно линейной зависимости

R = A + BH, R_н < R < R_в, Н_н < Н < Н_в                                (A.1)

дополняя ее, при необходимости, квадратичной зависимостью вида

R = A + BH + [C₁ × (H_п - H)² - C₂],                                    (A.2)

где Н_п = (Н_н - Н_в)/2 - средняя точка диапазона изменения косвенного показателя Н.

А.3 Построение РГЗ выполняют по результатам сравнительных испытаний бетона методом вырыва и другим методом НК в пределах не менее трех однородных зон со средними значениями прочности, перекрывающими весь рабочий диапазон, при числе серий (участков) сравнительных испытаний в одной однородной зоне не менее 6-ти.

Корректировку ранее полученной РГЗ выполняют по результатам сравнительных испытаний не менее, чем на 6-ти участках в пределах одной условной партии.

А.4 При построении РГЗ, обработку сравнительных испытаний выполняют методом наименьших квадратов или методом Вальда.

Метод наименьших квадратов реализуется, например, программой EXEL.

Метод Вальда реализуется следующим образом.

Если в М однородных зонах было выполнено по m сравнительных испытаний и получены значения прочности методом ОСК - R_кj и косвенного параметра - методом НК H_кj, j = 1, 2 ... m, к = 1, 2 ... М, то последовательно рассчитывают средние зональные  и

                                                     (A.3)

                                                     (А.4)

и общие средние значения  и

                                                     (A.5)

                                                     (А.6)

затем после ранжирования  по возрастанию, определяют оценки коэффициентов регрессии В и А:

                                 (А.7)

А = R_с - В_нс                                                         (А.8)

Например, для случая трех однородных зон: к = 1, 2, 3

                                                       (А.9)

                                       (А.10)

А.5 Для оценки точности полученной РГЗ, вычисляют зональные СКО

                                           (A.11)

                                           (A.12)

и общие СКО:

                                                   (A.13)

                                                   (A.14)

СКО погрешности определения коэффициента В

                                          (A.15)

и СКО погрешности полученной РГЗ в любой точке R

                                  (A.16)

СКО результирующей погрешности градуируемого средства НК получают путем учета погрешности метода вырыва σ_г:

S_Σ = (σ_г² + S_гн²)^1/2                                                 (A.17)

А.6 Далее, по данным m_n испытаний бетона в зоне с промежуточными значениями средней прочности  и СКО прочности S_Rn, найденными по п. 4 - 5, определяют отклонение среднего значения R_n от расчетного значения прочности, полученного с использованием полученной РГЗ - R(H_n):

                                                   (A.18)

Если эта разность превышает величину

1,64[S_гн²(R_n) + S_Rn²]^1/2                                              (A.19)

это значит, что необходимо ввести в РГЗ дополнительно квадратичный член:

ΔR = C₁(H_n - H)² × C₂                                             (A.20)

где коэффициенты С₁ и С₂ находят по формулам:

                                          (А.21)

С₂ = С₁ × (Н_м - Н_с)²                                                (А.22)

А.7 Считается, что полученной РГЗ можно пользоваться по крайней мере в диапазоне

R₁ - S_R < R < R_м + S_R,

если в нем соблюдается условие S_Σ/R < 0,08.

При необходимости выйти за пределы указанного диапазона, например в сторону больших прочностей, используют данные испытаний по крайней мере в одной однородной зоне с прочностью R_м+1, перекрывающей требуемое расширение диапазона; при этом линейную зависимость строят в поддиапазоне от R_м-1 до R_м+1 и проверяют на адекватность в точке R_м.

А.8 Для корректировки ранее построенной РГЗ путем введения поправочного множителя К_г, достаточно в одной однородной зоне со средней прочностью бетона в пределах рабочего поддиапазона выполнить не менее 9-ти сравнительных испытаний и по полученным данным: R_j и R_нj; j = 1, 2 ... m, где R_нj - значения прочности, полученные методом МНК, рассчитывают оценки средних значений R_с и R_Нc:

                                                      (A.23)

                                                    (A.24)

значения поправочного множителя и СКО погрешности его определения:

К_г = R_с/R_hc                                                     (A.25)

                                            (A.26)

где                                    (A.27)

Если отношение К_г/S_к > 2, то на результат, полученный методом МНК следует вводить поправку, равную К_г, если К_г/S_к < 1, то поправка не вводится, если 1 < К_г/S_к < 2, то решение о введении поправки принимают по результатам удвоенного количества сравнительных испытаний.

При введении поправки, истинную прочность бетона R по крайней мере в диапазоне R_с - 2S < R < R_c + 2S,

где                                       (A.28)

по результатам испытаний методом МНК R_н находят путем умножения R_н на К_г.

Приложение Б
(рекомендуемое)

РЕКОМЕНДАЦИИ
по оттаиванию и изотермическому прогреву замерзшего бетона

Б.1 В зимних условиях без оттаивания допускается испытывать зимний бетон только подверженный электропрогреву. Бетон, уложенный методом термоса или прогретый паром, может давать завышенные оценки прочности до 20 %.

Б.2 Для испытаний бетона в зимних условиях принимают предварительное местное оттаивание бетона на контролируемом участке.

Для оценки возможного добора прочности после оттаивания применяют местный поверхностный изотермический прогрев бетона.

Б.3 Оттаивание может производиться, как лучистым обогревом, так и с помощью приставных обогревателей. Прогрев выполняют до температуры +(2 - 3) °С, которую контролируют с помощью закладного термометра в донной части одного из шпуров.

Б.4 Длительность прогрева τ, сут, при известных: марочной прочности бетона R_см (средней прочности бетона в контрольных образцах-кубах, выдержанных 28 суток при температуре +20 °С) и группы примененного цемента определяют в зависимости от достигнутой равновесной температуры t_н, °С, по формуле твердения бетона по В. Лукьянову:

R(τ_пр) = R_см[1 - Be^ατ_пр],                                                  (Б.1)

где τ_пр = τ × К_пр (t_u) и определяемой по табл. Б.2,

В и α - константы твердения, определяемые в зависимости от группы применяемого в бетоне цемента по табл. Б.1.

R_см - проектная марка бетона по прочности на сжатие.

Б.5 Если при твердении выявляются несколько интервалов твердения длительностью τ_i, i = 1, 2 ... при средней температуре t_i, i = 1, 2 ..., то приведенный возраст определяют путем суммирования

τ_пр = ΣiK_пр(t_i)

Например, если при электропрогреве в течение τ₁, сут, средняя температура была t₁, °С, а при изотермическом обогреве в течение τ₂, сут, средняя температура составила t₂, °С, то

τ_пр = τ₁ × К_пр(t) + τ₂ × К_пр(t₂)                                          (Б.2)

Ориентировочно с погрешностью ± 15 % оценку К_пр(t) дает формула

К_пр(t) = 1 + (t - 20)S,

где S находят по таблице Б.1 для данной группы цемента.

Б.6 При необходимости оценки возможного добора прочности бетона после оттаивания и установления возможных сроков нагружения конструкции, на двух-трех участках выполняют не менее 6-ти шпуров на каждом из них по три шпура используют для испытаний сразу после оттаивания по п. 3 и по три - после изотермического прогрева по пп. 4 - 6.

Таблица Б.1

В, α, S - константы твердения, составляющие для групп цемента.

Таблица Б.2. Температурные коэффициенты приведения К(t)

Приложение В
(рекомендуемое)

РЕКОМЕНДАЦИЯ
по оценке прочности замершего бетона без проведения его предварительного прогрева

Методика распространяется на бетоны известного состава на плотных заполнителях, испытываемые при температуре окружающей среды ниже -3 °С и твердевшие до их замораживания не менее 2 суток при положительной температуре, обеспечиваемой электропрогревом, электроподогревом, способом термоса, отогревом пара и обогревом воздуха, окружающего бетон.

В.1 Технические средства, вспомогательные устройства и материалы:

- весы лабораторные по ГОСТ 24104 4-го класса на 1 - 1,5 кг,

- шкаф сушильный на предел нагрева +105 °С с точностью поддержания температуры ± 2 °С,

- термометр на диапазон, перекрывающий интервал (-30 ÷ 0) °С с погрешностью ± 1 °С,

- металлический сосуд со сливом объемом не менее 2 л,

- водосборный стакан объемом не менее 200 мл.

В.2 Порядок выполнения работ.

В.2.1 Собирают куски бетона, полученные в результате не менее 6 вырывов анкера от одной однородной зоны. Из пробы удаляют мелкие непредставительные части. Полученную пробу из представительных кусков бетона помещают в полиэтиленовый пакет.

В.2.2 Замороженную пробу, не доводя до оттаивания, взвешивают, определяя ее массу m_з.

В.2.3 После взвешивания пробу помещают в металлический сосуд с водой при температуре (20 ± 5) °С и выдерживают в нем в течение не менее 1 часа. Затем сливают воду, и высыпают пробу на противень, а сосуд наполняют вновь водой до уровня слива и, по методу вытеснения объема воды, определяют суммарный объем V всех кусков пробы. Каждый кусок перед погружением в сосуд промокают влажной (отжатой) ветошью. Перед началом определения объема под сливом устанавливают приемный сосуд или мерный стакан.

B.2.4 Пробу помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре (100 ± 5) °С до постоянной массы m_с.

B.2.5 Предел кубиковой прочности бетона на сжатие R_к при t = (20 ± 5) °С определяют по зависимости:

R_к = R_Кз{[(W - W_л)/C + 3,2ΔV']/(W/C + 3,2ΔV')}^3/2,                    (B.1)

где R_Кз - предел кубиковой прочности на сжатие замерзшего бетона, определяемый по усилию вырыва анкера Р_о (см график на рис. 3), МПа,

W - объем воды затворения бетонной смеси (по составу) см³,

С - содержание цемента в 1 л бетона, г,

3,2 - стехиометрическая константа, отн. ед,

W_л - объем льда в 1 л бетона, см³ определяют по формуле В.2.

ΔV' - удельная контракция цемента, находят по таблице В.1.

                     (В.2)

где d = 1 - плотность воды при температуре (20 ± 2) °С, г/см³,

П и Щ - содержание песка и щебня в 1 л бетона, г,

Р - коэффициент, равный 0,01 см³/г,

3,5 - стехиометрическая константа, отн. ед.

Если в расчетах по формуле В.2 параметр W_л принимает отрицательные значения, то в расчетах по формуле В.1 его значение принимают равным 0.

Таблица В.1

Приложение Г
(рекомендуемое)

Приложение Д

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ

Таблица Д.1

Таблица Д.2

Значения функции f(z)

Таблица Д.3

Квантили одностороннего нормального распределения Ф(U)

Приложение Е
(справочное)

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Е.1 Параметр уровня хрупкости χ - величина постоянная для каждого типа бетона, определяемого видом заполнителя или условиями его твердения, и определяется формулой:

где R_p и R_к - пределы прочности бетона соответственно на одноосное растяжение и одноосное сжатие (в образцах-кубах).

Е.2 Переводные зависимости - градуировочные зависимости для каждого типа анкера и типа бетона, устанавливаемые расчетным путем по зависимости общего вида (1), полученной на основе теории наименьшего сопротивления отрыву хрупких материалов по А.И. Маркову (случай плоского напряженного состояния, вызванного одновременным нагружением бетона сжатием и растяжением). Переводные зависимости связывают пределы кубиковой прочности при сжатии бетона R_к с усилием вырыва из него анкера Р_о.

Е.3 Контролируемый участок.

Участок изделия или конструкции, отвечающий требованиям п. 7.3, на котором выполняется одна серия испытаний и устанавливается одно единичное значение прочности R_e.

Е.4 Однородная зона.

Зона конструкции, характеризующаяся одним показателем прочности  при допустимой неоднородности бетона, оцениваемой зональным коэффициентом вариации S_z.

Для изделий, изготавливаемых в заводских или полигонных условиях, за однородную зону принимают все изделие в целом или серию изделий, изготавливаемых за один технологический цикл.

Для бетонируемых конструкций однородная зона выбирается исходя из цикличности бетонирования и обеспечения в ней идентичных условий укладки и твердения бетона.

Для обследуемых конструкций, при отсутствии сведений об условиях бетонирования, однородная зона выбирается исходя из условий нагружения и эксплуатации.

Е.5 Нижняя граница средней прочности бетона в однородной зоне .

Полученное с доверительной вероятностью γ_с = 0,9 по результатам испытаний в одной однородной зоне среднее значение прочности , которое приписывают данной однородной

Е.6 Условная партия бетона.

Совокупность изделий или однородных зон конструкций, изготовленных из одной партии бетона по единому технологическому режиму и находящихся в идентичных условиях укладки и твердения бетона.

При отсутствии сведений об условиях бетонирования в условные партии могут объединяться изделия и однородные зоны конструкций, находящиеся в идентичных условиях нагружения и эксплуатации.

Е.7 Нижняя граница прочности бетона в условной партии .

Найденное по результатам испытаний условной партии бетона значение кубиковой прочности , обеспеченное с надежностью Q_н = 0,95 и риске заказчика α = 0,1 при установленной неоднородности бетона, оцениваемой межзональным коэффициентом вариации S_p.

При приемочном контроле значение  не должно быть ниже заданного уровня - класса бетона В или требуемой прочности R_т. При обследовании готовых конструкций значение  служит для установления класса бетона, за который принимают ближайшее меньшее значение В.

Вниманию проектировщиков!

При определении нижней границы прочности бетона R_p в конструкции по результатам испытаний методом вырыва, коэффициенты условия работы γ_в1 и γ_в5 можно принимать равными единице.