Ультразвуковой способ контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации (варианты)
Патент 2277239
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Ультразвуковой способ контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации (варианты)
Иллюстрации
Использование: для контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации. Сущность: заключается в том, что прочность бетона в бетонных и железобетонных конструкциях осуществляется при повышенной влажности бетона при отрицательных температурах и, как следствие, при наличии кристаллов льда в порах бетона. При этом согласно первому варианту используют водонасыщенные, замороженные, бетонные образцы-кубы с последующим построением тарировочной зависимости «скорость ультразвука - прочность бетона», используя которую в дальнейшем устанавливают прочность бетона. Согласно второму и третьему варианту способа определяют скорость ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции с последующим определением прочностей в участках путем выбуривания кернов из намеченных участков для испытания их на прочность, после чего производят расчетное определение прочности бетона. Технический результат: повышение точности и надежности определения прочности бетона повышенной влажности при наличии кристаллов льда в его порах. 3 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Реферат
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 значение откоса бойка от поверхности бетона, размеры отпечатка на бетоне, параметр ударного импульса и др.).
Недостатком данного метода является то, что он позволяет определить только прочность бетона поверхностных слоев. Кроме того, при изменении состава бетонов, условий их твердения в конструкции, сроков испытаний, имеющаяся градуировочная зависимость должна уточняться. Это требует дополнительных трудозатрат.
Кроме описанного, известен способ ультразвукового контроля прочности 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 естественной влажности, осуществляется с большой погрешностью.
Наиболее близким к заявленному относится ультразвуковой способ контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений, включающий увлажнение бетонных эталонных образцов - кубов, возбуждение ультразвуковых колебаний (УЗК) в эталонных образцах - кубах и материале конструкций, одновременное измерение влажности бетона и скорости распространения УЗК в эталонных образцах - кубах и контролируемых конструкциях, механические испытания образцов - кубов, построение тарировочной зависимости «скорость ультразвука - прочность бетона» с учетом влияния влажности бетона на скорость распространения УЗК и прочность бетона, определение прочности бетона конструкции по результатам ультразвуковых измерений и предварительно построенной тарировочной зависимости (авторское свидетельство SU №616580 А1, МПК7 G 01 N 29/00. Способ определения прочности бетона в изделиях. / Э.Н.Репьев и Ю.Н.Воронов (СССР). Заявлено 17.08.1976; опубл. 25.07.1978, бюл.№27).
Указанный способ не может быть реализован при отрицательных температурах окружающей среды, так как он не учитывает влияние размеров кристаллов льда в порах бетона сооружений в процессе их эксплуатации на скорость распространения ультразвуковых колебаний и прочность бетона.
Одним из близких приемов к заявленному объекту относится способ экспертного контроля прочности бетона в строящихся и эксплуатируемых конструкциях и сооружениях, включающий измерение времени распространения ультразвука не менее чем в 10 участках контролируемой зоны конструкции, вычисление средней скорости ультразвука (), определение участков в контролируемой зоне, в которых измеренная скорость имеет максимальное (Смакс) и минимальное (Смин) и наиболее близкое к средней скорости ультразвука значение (Сn), выбуривание и испытание не менее двух кернов из каждого намеченного участка с последующим определением значений прочностей Rф.макс, Rф.мин, Rф.n в этих участках, имеющих скорости ультразвука Смакс, Смин, Сn, а также определение прочности бетона (R) в любом участке контролируемой зоны конструкции по выражению
где R - прочность бетона в j...ом участке контролируемой зоны конструкции, МПа;
Сj - скорость распространения ультразвука в j-ом участке контролируемой зоны конструкции, м/с (см. ГОСТ 17624-97 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. - М.: Издательство стандартов, 1987, с.23, прил.7).
Указанный способ в Российском стандарте не учитывает влияний влажности бетона и размеров кристаллов льда в порах бетона в конструкциях сооружений на скорость распространения в нем ультразвуковых колебаний (УЗК) при отрицательных температурах. Нами экспериментально установлено, что с увеличением влажности и при наличии кристаллов льда в порах бетона значительно возрастает в нем скорость распространения УЗК при отрицательных температурах окружающей среды.
Гидротехнические и гидромелиоративные сооружения, представляющие собой бетонные и железобетонные конструкции, находятся постоянно в контакте с водой и имеют высокую степень водонасыщения. Даже в зимний период при опорожненных каналах гидротехнических систем она поддерживается на достаточно высоком уровне за счет атмосферных осадков (дождя и особенно снега) и грунтовых вод. При этом влажность бетона по высоте конструкций сооружений (подводная часть, зона переменного горизонта воды, надводная часть) распределяется неравномерно. Поэтому определение прочности бетона в условиях эксплуатации гидротехнических и гидромелиоративных сооружений по данному нормированному методу ультразвукового контроля, не учитывающего влажность бетона и наличие кристаллов льда в его порах, осуществляется с большой погрешностью, величина которой составляет 25...100%.
Близкой разновидностью заявляемого объекта является способ ультразвукового контроля прочности бетона в конструкциях и сооружениях в процессе эксплуатации, включающий измерение времени и скорости (Cj) распространения ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции, вычисление средней () и максимальной (Смакс) скоростей ультразвука в контролируемой зоне, выбуривание в конструкции и испытание кернов с последующим определением значений прочностей Rф.макс, в участках, имеющих соответствующие скорости ультразвука Смакс, , а также определение прочности бетона на сжатие:
класса до В 25 по формуле
класса выше В 25 по формуле
где R - прочность бетона в контролируемом j...ом участке, МПа;
- средняя прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Cj - средняя скорость распространения ультразвука в бетоне на j-ом участке контролируемой зоны, м/с;
- средняя скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны, м/с;
Rф.макс - максимальная прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Смакс - максимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны, м/с (см., например, ГОСТ 17624-87 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. - М.: Издательство стандартов, 1987, С.23, приложение 7).
Указанный способ в данном Российском стандарте также не учитывает влияние влажности и наличие кристаллов льда в порах бетона в конструкциях сооружений на скорость распространения в нем ультразвуковых колебаний (УЗК) при отрицательных температурах окружающей среды. Экспериментально установлено, что с увеличением влажности и наличии кристаллов льда в порах бетона значительно возрастает в нем скорость распространения УЗК. Поэтому определение прочности влажного бетона с наличием кристаллов льда в его порах в эксплуатируемых конструкциях и сооружениях вышеуказанным способом осуществляется с большой погрешностью.
Сущность заявленного изобретения.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создание нового способа ультразвукового контроля прочности бетона повышенной влажности при наличии кристаллов льда в его порах.
Технический результат - повышение точности и надежности определения прочности бетона повышенной влажности при наличии кристаллов льда в его порах.
Указанный технический результат в части ультразвукового способа контроля прочности бетона по первому варианту достигается тем, что в известном ультразвуковом способе контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений в процессе эксплуатации, включающем увлажнение бетонных эталонных образцов-кубов, возбуждение ультразвуковых колебаний (УЗК) в эталонных образцах-кубах и материале конструкций, одновременное изменение влажности бетона и скорости распространения УЗК в эталонных образцах-кубах и контролируемых конструкциях, механические испытания образцов-кубов, построение тарировочной зависимости «скорость ультразвука - прочность бетона» с учетом влияния влажности бетона на скорость распространения УЗК и прочность бетона и определение прочности бетона конструкции по результатам ультразвуковых измерений и предварительно построенной тарировочной зависимости, согласно изобретению перед испытанием водонасыщенные эталонные образцы-кубы замораживают в морозильной камере при температуре до минус 20°С в течение двух и более суток и строят тарировочную зависимость с учетом влияния размеров кристалла льда в порах бетона эталонных образцов-кубов на скорость распространения ультразвуковых колебаний и прочность бетона, причем измерение скорости распространения УЗК в конструкциях осуществляют при отрицательных температурах окружающей среды и наличии кристаллов льда в порах бетона, а величину прочности бетона устанавливают из зависимости
где R - прочность бетона в бетонных и железобетонных конструкциях, МПа;
a0 - коэффициент пропорциональности, МПа,
а1 - коэффициент размерности, МПа/(м/с),
Cjk - скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения, м/с;
- средняя прочность образцов-кубов бетона с влажностью W0, 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;
Rjф - единичные значения прочности j-ой серии образцов-кубов бетона с влажностью W0, испытанных при установлении градуировочной зависимости, МПа;
Cj0 - единичные значения скорости распространения ультразвука j-ой серии образцов-кубов бетона с влажностью W0, испытанных при установлении градуировочной зависимости, МПа;
Wk - влажность бетона контролируемой зоны в конструкции сооружения, % (по массе);
W0 - средняя влажность образцов-кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости, % (по массе).
Технический результат в части ультразвукового способа контроля прочности бетона по второму варианту достигается тем, в известном способе ультразвукового контроля прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений, включающем измерение времени распространения ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции, вычисление средней скорости ультразвука () определение участков в контролируемой зоне, в которых измеренная скорость имеет максимальное (Смакс), минимальное (Смин) и наиболее близкое к средней скорости ультразвука значение (Сn), выбуривание и испытание не менее двух кернов из каждого намеченного участка с последующим определением значений прочностей Rф.макс, Rф.мин, Rф.n в этих участках, имеющих скорости ультразвука Смакс, Смин, Сn, а также определение прочности бетона в любом участке контролируемой зоны конструкции, устанавливаемое расчетом, согласно изобретению измерения времени и скорости распространения ультразвука в участках контролируемой зоны конструкции, выбуривание кернов из намеченных участков для испытания их на прочность производят при отрицательных температурах окружающей среды, причем определяют влажность бетона (Wj) в намеченных участках контролируемой зоны конструкции сооружения и устанавливают максимальную (W1) и минимальную (W2) влажность бетона контролируемой зоны конструкции, а также влажность бетона (W3), соответствующей скорости Сn, наиболее близкой к средней скорости ультразвука (), после чего прочность бетона определяют с учетом реальной влажности и влияния размеров кристаллов льда в порах бетона на скорость распространения ультразвуковых колебаний из зависимости
где R - прочность бетона на участке контролируемой зоны конструкции, МПа;
Смин - минимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции, м/с;
Сn - значение скорости распространения УЗК в бетоне контролируемой зоны конструкции, наиболее близкое к средней скорости ультразвука, м/с;
Rф.макс - максимальная прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Rф.n - прочность бетона на участке контролируемой зоны конструкции, где скорость ультразвука имеет величину (Сn), наиболее близкую к средней скорости ультразвука, м/с;
Rф.мин - минимальная прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Cj - скорость распространения ультразвука в бетоне на j-ом участке контролируемой зоны конструкции, м/с;
Wj - влажность бетона на j-ом участке контролируемой зоны конструкции исследуемого сооружения, %;
W2 - минимальная влажность бетона контролируемой зоны конструкции (надводная часть конструкции сооружения), %;
W3 - влажность бетона контролируемой зоны конструкции, соответствующая скорости Сn, наиболее близкой к средней скорости ультразвука () (зона переменного горизонта воды), %;
Смакс - максимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции, м/с;
W1 - максимальная влажность бетона контролируемой зоны конструкции (подводная часть конструкции сооружения), %.
Технический результат в части способа контроля прочности бетона по третьему варианту достигается тем, что в известном способе ультразвукового контроля прочности бетона, включающем измерение времени и скорости распространения ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции, вычисление средней () и максимальной (Смакс) скоростей ультразвука в контролируемой зоне, выбуривание из конструкции и испытание кернов с последующим определением значений прочностей Rф.макс, в участках, имеющих соответственно среднее и максимальное значения скорости ультразвука (, Смакс), а также расчетное определение прочности бетона на сжатие, согласно изобретению измерения времени и скорости распространения ультразвука в участках контролируемой зоны конструкции, выбуривание кернов из намеченных участков для испытания их на прочность производят при отрицательных температурах окружающей среды, причем определяют среднюю влажность () и влажность бетона на j-ом участке (Wj) контролируемой зоны, а прочность бетона определяют в зависимости от влажности и наличия кристаллов льда в его порах для бетонов класса по прочности на сжатие до В 25 по выражению
где R - прочность бетона на j-ом участке контролируемой зоны, МПа;
- средняя прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Сj - скорость распространения ультразвука в j-ом участке контролируемой зоны, м/с;
- средняя скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемое зоны, м/с;
Wj - влажность бетона в j-ом участке контролируемой зоны, % (по массе);
- средняя влажность бетона в контролируемой зоне, % (по массе);
и для бетонов класса по прочности на сжатие выше В25
где R - прочность бетона в j-ом участке контролируемой зоны, МПа;
Rф.макс - максимальная прочность бетона в контролируемой зоне, МПа;
Cj - скорость распространения ультразвука в j-ом участке контролируемой зоны, м/с;
Смакс - максимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоне, м/с;
Wj - влажность бетона в j-ом участке контролируемой зоны, % (по массе);
Wмакс - максимальная влажность бетона в контролируемой зоне, % (по массе).
Изобретение поясняется иллюстрированным материалом.
На фиг.1 представлены зависимости скорости распространения ультразвука в экспериментальных бетонных образцах от их влажности (зависимость 1 для бетона класса В15...В20 по прочности на сжатие; зависимость 2 - В22,5; зависимость 3 - В25; зависимость 4 - В35...40).
На фиг.2 представлена зависимость интегрального показателя - величины обратной относительно параметру скорости распространения ультразвука а бетонах класса В15...В40 по прочности на сжатие от их влажности.
Кривые на фиг.1 описываются уравнением степенной функции следующего вида:
где Cj - скорость распространения УЗК в бетоне при W>0%, м/с;
С0 - скорость распространения УЗК в бетоне при W=0% для бетонов класса В15...В40 по прочности на сжатие, С0 изменяется соответственно в пределах 4350...4600 м/с; 90 и 1,33 - эмпирические коэффициенты, полученные в результате математической обработки экспериментальных данных;
W - влажность бетона, % (по массе);
Коэффициент корреляции данной зависимости (12) составляет К=0,995.
График на фиг.2 описывается уравнением убывающей степенной функции
где С0 - скорость распространения УЗК в бетоне при W=0%, м/с;
Сj - скорость распространения УЗК в бетоне при W>0%;
- показатель величины обратной относительно параметру скорости распространения ультразвука а бетонах класса В15...В40 по прочности на сжатие;
W - влажность бетона, % (по массе);
0,0205 и 1,21 - эмпирические коэффициенты, полученные в результате исследований.
Коэффициент корреляции полученной зависимости (13) составляет К=0,994.
Для определения прочности (R) бетона повышенной влажности при наличии кристаллов льда в его порах при отрицательных температурах окружающей среды в конструкциях сооружений, с учетом ранее установленной градуировочной зависимости «скорость ультразвука - прочность бетона», по результатам исследований, в части ультразвукового способа контроля прочности бетона по первому варианту, получена следующая регрессивная модель
где R - прочность бетона в бетонных и железобетонных конструкциях, МПа;
a0 - коэффициент пропорциональности, МПа,
а1 - коэффициент размерности, МПа/(м/с),
;
Cjk - скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения, м/с;
- средняя прочность образцов-кубов бетона с влажностью W0, 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;
Rjф - единичные значения прочности j-ой серии образцов-кубов бетона с влажностью W0, испытанных при установлении градуировочной зависимости, МПа;
Cj0 - единичные значения скорости распространения ультразвука j-й серии образцов-кубов бетона с влажностью W0, испытанных при установлении градуировочной зависимости, м/с;
WK - влажность бетона контролируемой зоны в конструкции сооружения, % (по массе);
W0 - средняя влажность образцов-кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости, % (по массе).
Коэффициент корреляции данной модели составляет 0,992.
Для определения прочности бетона (R) с учетом его влажности при наличии кристаллов льда в порах бетона при отрицательных температурах окружающей среды в эксплуатируемых конструкциях сооружений по результатам экспериментальных и теоретических исследований, в части ультразвукового способа контроля прочности бетона по второму варианту, получена следующая регрессивная модель:
где R - прочность бетона на участке контролируемой зоны конструкции, МПа;
Смин - минимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции, м/с;
Сn - значение скорости распространения УЗК в бетоне контролируемой зоны конструкции, наиболее близкое к скорости ультразвука, м/с;
Rф.макс - максимальная прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Rф.n - прочность бетона на участке контролируемой зоны конструкции, где скорость ультразвука имеет величину (Сn), наиболее близкую к средней скорости ультразвука, м/с;
Rф.мин - минимальная прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Cj - скорость распространения ультразвука в бетоне на j-ом участке контролируемой зоны конструкции, м/с;
Wj - влажность бетона на j-ом участке контролируемой зоны конструкции исследуемого сооружения, %;
W2 - минимальная влажность бетона контролируемой зоны конструкции (надводная часть конструкции сооружения), %;
W3 - влажность бетона контролируемой зоны конструкции, соответствующая скорости Сn, наиболее близкой к средней скорости ультразвука () (зона переменного горизонта воды), %;
Смакс - максимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции, м/с;
W1 - максимальная влажность бетона контролируемой зоны конструкции (подводная часть конструкции сооружения), %.
Коэффициент корреляции данной модели (17) составляет 0,99.
Для определения прочности бетона повышенной влажности при наличии кристаллов льда в его порах при отрицательных температурах окружающей среды в конструкциях сооружений по результатам исследований, в части ультразвукового способа контроля прочности бетона по третьему варианту, получены следующие регрессивные модели:
1. Для бетонов класса по прочности на сжатие до В25
где R - прочность бетона на j-ом участке контролируемой зоны, МПа;
- средняя прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Cj - скорость распространения ультразвука в j-ом участке контролируемой зоны, м/с;
- средняя скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны, м/с;
Wj - влажность бетона в j-ом участке контролируемой зоны, % (по массе);
- средняя влажность бетона в контролируемой зоне, % (по массе).
Коэффициент корреляции данной модели (18) составляет 0,99.
2. Для бетонов класса по прочности на сжатие выше В25
где R - прочность бетона в j-ом участке контролируемой зоны, МПа;
Rф.макс - максимальная прочность бетона в контролируемой зоне, МПа;
Сj - скорость распространения ультразвука в j-ом участке контролируемой зоны, м/с;
Смакс - максимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны, м/с;
Wj - влажность бетона в j-ом участке контролируемой зоны, % (по массе);
Wмакс - максимальная влажность бетона в контролируемой зоне, % (по массе).
Коэффициент корреляции полученной зависимости (19) составляет 0,991.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленных способов (вариантов), заключаются в следующем.
Заявленный способ ультразвукового контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений, в процессе эксплуатации по первому варианту, осуществляют следующим образом:
Предварительно эталонные бетонные образцы-кубы (не менее 15 серий), изготовленные из бетона того же номинального состава, по той же технологии, что и конструкции сооружений, подлежащие контролю, увлажнят до различной степени водонасыщения, помещают их в морозильную камеру и замораживают в течение двух и более суток. Затем возбуждают ультразвуковые колебания и определяют скорость распространения УЗК и среднюю влажность бетонных образцов-кубов, выполняют их механические испытания по ГОСТ 10180-90 и строят тарировочную зависимость «скорость ультразвука - прочность бетона» с учетом влияния размеров кристаллов льда в порах бетона эталонных образцов-кубов при различной их влажности на скорость распространения ультразвуковых колебаний (УЗК) и прочность бетона. После этого осуществляют измерение скорости УЗК в конструкциях сооружений при отрицательных температурах окружающей среды и наличии кристаллов льда в порах бетона, а величину прочности бетона устанавливают из зависимости (6)
где R - прочность бетона в бетонных и железобетонных конструкциях, МПа;
a0 - коэффициент пропорциональности, МПа,
а1 - коэффициент размерности, МПа/(м/с),
Cjk - скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения, м/с;
- средняя прочность образцов-кубов бетона с влажностью W0, 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;
Rjф - единичные значения прочности j-ой серии образцов-кубов бетона с влажностью W0, испытанных при установлении градуировочной зависимости, МПа;
Cj0 - единичные значения скорости распространения ультразвука j-ой серии образцов-кубов бетона с влажностью W0, испытанных при установлении градуировочной зависимости, МПа;
Wk - 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 при отрицательных температурах окружающей среды в зависимости от его влажности и наличии кристаллов льда в порах бетона в контрольных образцах-кубах (W0), no испытаниям которых устанавливается градуировочная зависимость, и в конструкциях сооружения (Wk).
ПРИМЕР 1. Прочность бетона класса В22,5 контролируют в конструкции монолитной бетонной облицовки оросительного канала (после его опорожнения от воды) способом поверхностного прозвучивания при отрицательных температурах окружающей среды, то есть при наличии кристаллов льда в порах бетона облицовки.
Коэффициент перехода скорости ультразвука при поверхностном 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, при отрицательных температурах окружающей среды (до минус 20°С), то есть при наличии кристаллов льда в порах бетона установлена градуировочная зависимость «скорости ультразвука (Cjk) - прочность бетона (R), которая описывается уравнением вида
Из уравнения (20) следует, что значение коэффициентов равны а0=-115,5 и a1=0,028. Средняя скорость распространения ультразвука в 15 участках контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки канала при поверхностном прозвучивании составляет 2781,7 м/с, при сквозном прозвучивании - Cjk=1,93·2781,7=5369 м/с.
Средняя влажность бетона контролируемой зоны конструкции монолитной облицовки после опорожнения канала от воды составляет Wk=5,5% (по массе).
Средняя влажность бетона испытанных образцов-кубов (20 серий) составляет W0=1,5% (по массе).
Прочность бетона на сжатие контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки канала, определенная по приведенной зависимости (6), составляет
R=(0,028·5369-115,5)·(1-0,0205·5,51,21)/(1-0,0205·1,51,21)=30 МПа.
Предложенный способ контроля прочности бетона при отрицательных температурах в конструкциях, работающих во влажной среде, позволяет снизить погрешность измерений до 1...2%.
Прочность бетона на сжатие контролируемой зоны монолитной бетонной облицовки с влажностью бетона Wл=5,5% и скоростью распространения ультразвука Сjk=5369 м/с, определенная по формуле (7) в соответствии с ГОСТ 17624-87, прил.4, составляет
R=0,028·5369-115,5=35 МПа.
Погрешность при определении прочности бетона (без учета его влажности и наличия кристаллов льда в порах бетона) по ГОСТ 17624-87, прил.4 при этом составила
Предложенный способ контроля прочности бетона при отрицательных температурах окружающей среды в конструкциях, работающих во влажной среде, позволяет снизить погрешность измерений до 1...2%.
Предложенный способ ультразвукового контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений в процессе эксплуатации по второму варианту осуществляют следующим образом.
Определение прочности бетона при экспертизе эксплуатируемых конструкций сооружений проводят при отрицательных температурах окружающей среды и наличии кристаллов льда в порах бетона в зонах конструкций, изготовленных из бетона на одном виде крупного заполнителя, и измеряют время распространения ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции. Затем вычисляют среднюю скорость () распространения ультразвука в контролируемой зоне.
В контролируемой зоне намечают участки, в которых измеренная скорость ультразвука имеет максимальное (Смакс) и минимальное (Смин) значение, а также участок, где скорость ультразвука имеет величину (Сn), наиболее близкую к средней скорости ультразвука ().
Из каждого намеченного участка в соответствии с ГОСТ 10180-90 выбуривают и испытывают не менее двух кернов. По данным испытаний кернов определяют значение прочностей Rф.макс, Rф.мин, Rф.n в участках, имеющих скорости ультразвука Смакс, Смин, Сn, экспериментально определяют влажность бетона (Wj) в намеченных участках контролируемой зоны конструкции сооружения и устанавливают максимальную (W1) и максимальную (W2) влажность бетона контролируемой зоны конструкции, а также влажность бетона (W3), соответствующей скорости Сn, наиболее близкой к средней скорости ультразвука ().
Для получения числовых значений искомую прочность бетона (R) в любом участке контролируемой зоны конструкции сооружения определяют по формуле (9) ультразвуковых колебаний из зависимости
где R - прочность бетона на участке контролируемой зоны конструкции, МПа;
Смин - минимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции, м/с;
Сn - значение скорости распространения УЗК в бетоне контролируемой зоны конструкции, наиболее близкое к скорости ультразвука, м/с;
Rф.макс - максимальная прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Rф.n - прочность бетона на участке контролируемой зоны конструкции, где скорость ультразвука имеет величину (Сn), наиболее близкую к средней скорости ультразвука, м/с;
Rф.мин - минимальная прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
Сj - скорость распространения ультразвука в бетоне на j-ом участке контролируемой зоны конструкции, м/с;
Wj - влажность бетона на j-ом участке контролируемой зоны конструкции исследуемого сооружения, %;
W2 - минимальная влажность бетона контролируемой зоны конструкции (надводная часть конструкции сооружения), %;
W3 - влажность бетона контролируемой зоны конструкции, соответствующая скорости Сn наиболее близкой к средней скорости ультразвука () (зона переменного горизонта воды), %;
Смакс - максимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции, м/с;
W1 - максимальная влажность бетона контролируемой зоны конструкции (подводная часть конструкции сооружения), %.
Особенностями предложенного способа экспертного контроля прочности бетона являются новые методы определения скорости ультразвука и прочности бетона при отрицательных температурах в зависимости от его влажности и наличии кристаллов льда в порах бетона в исследуемых участках контролируемой зоны эксплуатируемых конструкций сооружений.
ПРИМЕР 2. Прочность бетона класса В22,5 контролируют ультразвуковым прибором УК-14ПМ в конструкции монолитной бетонной облицовки оросительного канала (после его опорожнения от воды) способом поверхностного прозвучивания при отрицательных температурах окружающей среды и наличии кристаллов льда в порах бетона. Параметры оросительного канала: наполнение (Н) - 3 м, ширина по дну (в) - 2 м, коэффициент заложения откос