В этой статье мы, как испытатели, попытаемся аргументированно изложить свое видение процесса испытания бетона по прочности на сжатие используя неразрушающие методы контроля прочности бетона в соответствии с требованиями ТНПА, действующими в настоящее время в Республики Беларусь. Заранее оговорим, что данная статья охватывает некоторые аспекты применения неразрушающих методов контроля прочности бетона и не претендует на статус фундаментального и всеобъемлющего труда по определению всех прочностных характеристик бетонов.
ТНПА в области испытания бетона на прочность методами неразрушающего контроля
На территории Республики Беларусь в отношении определения прочности бетона устанавливают требования следующие ТНПА:
- ГОСТ 22690-2015 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля»;
- ГОСТ 18105-2018 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности»;
- ГОСТ 28570-2019 «Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций»;
- СТБ 2264-2012 «Испытание бетона. Неразрушающий контроль прочности».
Далее по тексту статьи мы не будем рассматривать требования СТБ 2264-2012 и ГОСТ 28570-2019, так как работа по этим документам так или иначе требует проведения испытаний образцов бетона с использованием лабораторного испытательного пресса.
Какие виды нормируемой прочности подлежат контролю и в каком возрасте?
Прежде всего необходимо представлять время набора прочности бетоном. Наглядно график набора прочности бетона по суткам можно проиллюстрировать следующим образом
Как видно из графика, за первую неделю бетон в нормально-влажностных условиях набирает приблизительно 60 % проектной прочности. Естественно, что при возведении монолитных железобетонных каркасов домов невозможно делать длительные перерывы для того, чтобы конструкции нижних ярусов набрали 100 % прочности для возведения вышерасположенных конструкций, да и логически это не требуется, так как во время производства работ нагрузка на конструкции гораздо меньше, чем во время эксплуатации.
Соответственно, проект производства работ должен предусматривать следующие виды контроля нормируемой прочности бетона монолитных конструкций:
- прочность в промежуточном возрасте (при снятии опалубки, нагружении конструкций вышерасположенными конструкциями и т.п.);
- прочность в проектном возрасте (на 28 сутки).
При этом ГОСТ 18105-2018 требует, чтобы при контроле бетона в промежуточном возрасте испытаниям подвергалось как минимум по одной конструкции каждого вида (колонна, ригель, балка и т.п.) из контролируемой партии. В проектном возрасте необходимо выполнять сплошной контроль конструкций.
Схемы контроля прочности для монолитных конструкций
ГОСТ 18105-2018 регламентирует применение следующих схем для контроля прочности бетона монолитных бетонных и железобетонных конструкций:
- В – Для определения характеристик однородности бетона по прочности используют результаты контроля прочности бетона конструкций одной текущей контролируемой партии или группы конструкций;
- Г – Без прямого определения характеристик однородности бетона по прочности.
В качестве характеристик однородности используют коэффициенты вариации прочности бетона.
Построение и использование при испытаниях градуировочных зависимостей прочности бетона
Важно понимать, что испытания бетона по определению прочности на сжатие неразрушающими методами контроля в соответствии с действующими ТНПА запрещено проводить без предварительно построенных градуировочных зависимостей. Даже испытания бетона прямыми механическими методами (метод отрыва со скалыванием и метод скалывания ребра) также предусматривают использование градуировочных зависимостей (приложение В и Г ГОСТ 22690-2015).
В общем случае построение градуировочных зависимостей прочности бетона регламентирует ГОСТ 22690-2015 (приложение Е). Градуировочная зависимость представляет собой линейную функцию зависимости вида «прочность бетона – косвенная характеристика». Данная функция – ничто иное как аппроксимация минимум 12-ти пар данных, полученных прямыми и косвенными методами неразрушающего контроля бетона, при помощи метода наименьших квадратов.
Совет: для определения коэффициентов градуировочной зависимости можно воспользоваться такими программными комплексами как Mathcad, Maple и другими продуктами для символьных вычислений. Однако и всем знакомая программа для работы с электронными таблицами Microsoft Excel прекрасно справляется с такими задачами, особенно при использовании условного форматирования при контроле выполнения условий установления градуировочных зависимостей.
Также, для возможности длительного использования установленной градуировочной зависимости, требуется проводить корректировку такой зависимости не реже одного раза в месяц с учетом дополнительно полученных результатов испытаний (приложение Е ГОСТ 22690-2015).
Мы считаем, что требование ТНПА по корректировке зависимости обусловлено тем, что в процессе эксплуатации метрологические характеристики приборов изменяются. Следовательно отклонение результатов, получаемых по градуировочной зависимости постепенно увеличивается от ожидаемого.
Однако ГОСТ 22690-2015 допускает применение косвенных неразрушающих методов определения прочности бетона с использованием градуировочных зависимостей, установленных для бетона, отличающегося от испытуемого по составу, возрасту, условиям твердения, влажности, с привязкой в соответствии с методикой по приложению Ж.
В качестве промежуточного итога:
- при проведении контроля прочности бетона на объектах длительного строительства (многоэтажные жилые дома, бизнес-центры, санатории и т.п.) оправдано применение схемы В с самостоятельным построением и своевременной корректировкой градуировочных зависимостей;
- при проведении контроля прочности бетона отдельных конструкций или небольших партий конструкций целесообразно использовать схему Г с привязкой имеющейся градуировочной зависимости.
Используя схему В необходимо устанавливать зависимости для каждого вида нормируемой прочности и для контроля бетона при отрицательной температуре.
Неопределенность измерений при использовании неразрушающих методов контроля прочности бетона
Как известно, при проведении обработки результатов испытаний любая аккредитованная лаборатория должна уметь рассчитывать неопределенность своих измерений. Однако и измерительным лабораториям, и структурным подразделениям предприятий, осуществляющих действия в рамках системы производственного контроля, целесообразно понимать величину неопределенности своих измерений для предоставления соответствующих заключений о качестве бетона.
Расчет неопределенности измерений показателей прочности бетона, полученных с использованием градуировочных зависимостей, не так прост, как кажется на первый взгляд. Для более полного определения входных величин, вносящих вклады в суммарную стандартную неопределенность измерений, рекомендуем ознакомиться с положениями Руководства ЕВРАХИМ / СИТАК CG 4.
При расчете неопределенности измерений обращайте внимание на то, что даже при использовании прямых неразрушающих методов с применением градуировочных зависимостей по приложениям В и Г ГОСТ 22690-2015, необходимо учитывать среднее квадратическое отклонение этих градуировочных зависимостей (см. руководство по эксплуатации используемых средств измерений)
Обозначение класса бетона по прочности на сжатие
Оценка прочности бетона на сжатие монолитных конструкций в соответствии с ГОСТ 18105-2018 предполагает использование в качестве обозначения класса бетона литеру «В» с цифрой. Такое обозначение классов бетона применяется на территории Российской Федерации (разработчик межгосударственного стандарта ГОСТ 18105-2018) и для бетонов транспортных и гидротехнических сооружений в соответствии с СТБ 2221-2020.
В то же время в Республике Беларусь действует СТБ 1310-2002 «Бетоны. Классификация. Общие технические требования», где приводится обозначение класса бетона с использованием литеры «В».
Дальнейшее обсуждение вопроса о корректном отражении классов в протоколах испытаний бетона на прочность всем заинтересованным сторонам предлагаем обсудить в комментариях к этой статье.
Подытожив вышеизложенное, рекомендуем обращаться за качественными услугами по контролю и оценке прочности бетона монолитных конструкций только в аккредитованные испытательные лаборатории (центры). Если же решили испытывать бетон самостоятельно – досконально разберитесь во всех требованиях ТНПА и руководств по эксплуатации средств измерений, так как неправильная оценка прочности бетона может привести к непоправимым последствиям.