ультразвуковой способ контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации

Формула изобретения

Ультразвуковой способ контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации, включающий измерение скорости ультразвука в образцах-кубах и материале конструкций, механические испытания образцов-кубов, построение градуировочной зависимости "скорость ультразвука - прочность бетона" по результатам измерений и испытаний образцов-кубов и определение прочности бетона конструкции по результатам ультразвуковых измерений и предварительно построенной градуировочной зависимости, отличающийся тем, что определяют по различным сериям образцов-кубов бетона среднюю влажность испытанных образцов-кубов бетона, среднюю скорость распространения ультразвука в образцах-кубах бетона, а также среднюю прочность образцов-кубов бетона, после чего величину прочности устанавливают из зависимостей:

где R - прочность бетона в бетонных и железобетонных конструкциях, МПа;

- средняя прочность образцов-кубов бетона с влажностью W ₀, испытанных при установлении градуировочной зависимости, МПа;

- средняя скорость распространения ультразвука в образцах-кубах бетона с влажностью W_o, испытанных при установлении градуировочной зависимости, м/с;

N - число серий образцов-кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;

R_jф, C_j0 - единичные значения прочности, МПа, и скорости, м/с, распространения ультразвука j-й серии образцов-кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;

C_jk - средняя скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения, м/с;

W_к - средняя влажность бетона контролируемой зоны в конструкции сооружения, мас.%;

W₀ - средняя влажность образцов-кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости, мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области неразрушающего контроля строительных конструкций, преимущественно гидротехнических и гидромелиоративных сооружений, и может быть использовано для определения прочности бетона конструкций в процессе их строительства, реконструкции и эксплуатации.

Известен способ неразрушающего контроля прочности бетонов (см. ГОСТ 22690-88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. - М.: Издательство стандартов, 1988, с.2...9), основанный на корреляционной связи между поверхностной прочностью бетона конструкций и косвенными параметрами прочности (в числе которых значения отскока бойка от поверхности бетона, размеры отпечатка на бетоне, параметр ударного импульса и др.).

Наиболее близким к заявленному объекту относится способ ультразвукового контроля бетонных и железобетонных конструкций, включающий измерение скорости ультразвука в образцах, в виде кубиков, и материале конструкций, механические испытания образцов - кубов, построение градуировочной зависимости "скорость ультразвука - прочность бетона" по результатам измерений и испытаний образцов - кубов, а также определение прочности бетона конструкции по результатам ультразвуковых измерений и предварительно построенной градуировочной зависимости (см., например, ГОСТ 17624-87 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. - М.: Издательство стандартов, 1987).

Указанный способ в данном стандарте не учитывает влияние влажности бетона в конструкциях сооружений на скорость распространения в нем ультразвуковых колебаний (УЗК). Экспериментально установлено, что с увеличением влажности бетона значительно возрастает в нем скорость распространения УЗК. Поэтому определение прочности влажного бетона в существующих конструкциях, например гидротехнических или гидромелиоративных сооружений, а также фундаментов, находящихся в эксплуатации зданий и различных сооружений при близком залегании грунтовых вод, по градуировочной зависимости, экспериментально установленной по результатам ультразвуковых и механических испытаний образцов - кубов бетона естественной влажности (0...2%, т.е. практически "сухого" бетона), осуществляется с большой погрешностью, величина которой составляет 30...100%.

Сущность заявленного изобретения.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение,

- создание способа ультразвукового контроля прочности бетона повышенной влажности.

Технический результат - повышение точности и надежности определения прочности влажного бетона.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном ультразвуковом способе контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации, включающем измерение скорости ультразвука в образцах-кубах и материале конструкций, механические испытания образцов-кубов, построение градуировочной зависимости "скорость ультразвука - прочность бетона" по результатам измерений и испытаний образцов-кубов и определение прочности бетона конструкции по результатам ультразвуковых измерений и предварительно построенной градуировочной зависимости, согласно изобретению определяют по различным сериям образцов-кубов бетона среднюю влажность испытанных образцов-кубов бетона, среднюю скорость распространения ультразвука в образцах-кубах бетона, а также среднюю прочность образцов-кубов бетона, после чего величину прочности устанавливают из зависимостей

;

где R - прочность бетона в бетонных и железобетонных конструкциях, МПа;

- средняя прочность образцов - кубов бетона с влажностью W ₀, испытанных при установлении градуировочной зависимости, МПа;

- средняя скорость распространения ультразвука в образцах - кубах бетона со средней влажностью W₀, испытанных при установлении градуировочной зависимости, м/с;

N - число серий образцов - кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;

R_jф и C_j0 - единичные значения прочности (МПа) и скорости (м/с) распространения ультразвука j-й серии образцов - кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;

C_jk - средняя скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения, м/с;

W_к - средняя влажность бетона контролируемой зоны в конструкции сооружения, % (по массе);

W₀ - средняя влажность образцов - кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости, % (по массе).

Изобретение поясняется графиками.

На фиг.1 представлены зависимости скорости распространения ультразвука в экспериментальных бетонных образцах от их влажности (зависимость 1 для бетона класса В 12,5 по прочности на сжатие; зависимость 2 - В 22,5; зависимость 3 - В 25; зависимость 4 - В 35...40).

Для справки: представленные данные описываются уравнением степенной функции следующего вида

где C_j - скорость распространения УЗК в бетоне при W>0%, м/с;

С₀ - скорость распространения УЗК в бетоне при W=0% (для бетонов класса В 12,5...В 40 по прочности на сжатие, С₀ изменяется соответственно в пределах 4050...4600 м/с; 2,85 и 3,2 - эмпирические коэффициенты пропорциональности, полученные в результате математической обработки экспериментальных данных;

W - влажность бетона, % (по массе).

Коэффициент корреляции данной зависимости (1) составляет К=0,997.

На фиг.2 представлена зависимость интегрального показателя - относительного параметра скорости распространения ультразвука в бетонах класса В 12,5...В 40 по прочности на сжатие от их влажности, которая описывается уравнением убывающей степенной функции

где С₀ - скорость распространения УЗК в бетоне при W=0%, м/с;

C_j - скорость распространения УЗК в бетоне при W>0%, м/с;

W - влажность бетона, % (по массе);

69·10^-5 и 3,1 - эмпирические коэффициенты, установленные в результате исследований.

Коэффициент корреляции полученной зависимости (2) составляет К=0,996.

Для определения прочности R бетона повышенной влажности в конструкциях сооружений, с учетом ранее установленной градуировочной зависимости "скорость ультразвука - прочность бетона", по результатам исследований получена следующая регрессионная модель

где R - прочность бетона в бетонных и железобетонных конструкциях, МПа;

где - средняя прочность образцов - кубов бетона с влажностью W ₀, испытанных при установлении градуировочной зависимости, МПа;

- средняя скорость распространения ультразвука в образцах - кубах бетона с влажностью W₀, испытанных при установлении градуировочной зависимости, м/с;

N - число серий образцов - кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;

R_jф и C_j0 - единичные значения прочности (МПа) и скорости (м/с) распространения ультразвука j-й серии образцов - кубов бетона с влажностью W₀, испытанных при установлении градуировочной зависимости;

С_jk - средняя скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения, м/с;

W₀ - средняя влажность образцов - кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости, % (по массе);

W_к - средняя влажность бетона контролируемой зоны в конструкции сооружения, % (по массе).

Коэффициент корреляции данной модели (3) составляет 0,995.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного способа заключаются в следующем.

Заявленный способ ультразвукового контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений осуществляют следующим образом.

Предварительно устанавливают градуировочную зависимость "скорость ультразвука - прочность бетона" по результатам ультразвуковых измерений в бетонных образцах - кубах (не менее 15 серий) и механических испытаний тех же образцов, изготовленных из бетона того же номинального состава, по той же технологии, при том же режиме твердения, что и конструкции сооружений, подлежащие контролю.

Затем определяют среднюю влажность бетона испытанных образцов-кубов.

После этого определяют скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения.

При этом устанавливают влажность бетона контролируемой зоны конструкции сооружения.

В конечном итоге искомую прочность бетона R контролируемой зоны конструкции сооружения определяют расчетом по формулам:

где - средняя прочность образцов - кубов бетона, МПа;

- средняя скорость распространения ультразвука в образцах - кубах бетона с влажностью W₀, испытанных при установлении градуировочной зависимости, м/с;

N - число серий образцов - кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;

R_jф и С_j0 - единичные значения прочности (МПа) и скорости (м/с) распространения ультразвука j-й серии образцов - кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;

C_jк - средняя скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения, м/с;

W_к - средняя влажность бетона контролируемой зоны в конструкции сооружения, % (по массе);

W₀ - средняя влажность образцов - кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости, % (по массе).

Особенностями предложенного способа контроля прочности бетона являются методы определения скорости ультразвука и прочности бетона в зависимости от его средней влажности в контрольных образцах - кубах (W₀), по испытаниям которых устанавливается градуировочная зависимость, и в конструкции сооружения (W _к).

ПРИМЕР. Прочность бетона класса В22,5 контролируют в конструкции монолитной бетонной облицовки оросительного канала (после его опорожнения от воды) способом поверхностного прозвучивания.

Коэффициент перехода скорости ультразвука при поверхностном прозвучивании к скорости при сквозном прозвучивании составляет К=1,93.

По результатам ультразвуковых и механических испытаний 20 серий образцов - кубов размером 100×100×100 мм в возрасте 28 суток, изготовленных из бетона того же номинального состава, по той же технологии, при том же режиме твердения, что и в конструкциях монолитной бетонной облицовки канала, установлена градуировочная зависимость "скорость ультразвука (С _jк) - прочность бетона (R)", которая описывается уравнением вида

Из уравнения (9) следует, что значения коэффициентов равны a₀=-124,55 и a₁=0,0325. Средняя скорость распространения ультразвука в 15-и участках контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки канала при поверхностном прозвучивании составляет 2539 м/с, при сквозном прозвучивании - С_jк=1,93·2539=4900 м/с.

Средняя влажность бетона контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки после опорожнения канала от воды составляет W_к=5,5% (по массе).

Средняя влажность бетона испытанных образцов - кубов (20 серий) составляет W₀=2% (по массе).

Прочность бетона на сжатие контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки каната, определенная по приведенным зависимостям (1)...(3), составляет:

R=(0,0325·4900-124,55)·(1-69·10 ^-5·5,5^3,1)/(1-69·10^-5 ·2^3,1)=30,15 МПа (296 кг/см²).

Предложенный способ контроля прочности бетона в конструкциях, работающих во влажной среде, позволяет снизить погрешность измерений до 1...2%.