12.Материалы для бетонных и железно-бетонных конструкций

1. Бетон

2. Арматура

3. Опалубка

Совместная работа арматуры и бетона в железобетоне обеспечивается их сцеплением и различными конструктивными закреплениями арматуры в бетоне.

Напряженное состояние железобетонной конструкции обусловливается, во-первых, действием внешней нагрузки и, во-вторых, процессом перераспределения внутренних усилий, вызванного тем, что при совместной работе двух материалов арматура становится внутренней связью, препятствующей свободному проявлению усадки и ползучести бетона.

Механические свойства железобетона зависят от соответствующих свойств бетона и арматуры, но не всегда совпадают с ними. Например, появление трещин в растянутой зоне бетонной конструкции приводит к ее разрушению, в то время как для железобетонной конструкции это, как правило, не опасно. Сжатый стальной элемент при достижении предела текучести теряет несущую способность, а в сжатой железобетонной колонне вследствие ползучести бетона при эксплуатационных нагрузках арматура может быть напряжена на сжатие до предела текучести, а конструкция работает нормально. Из этих примеров видно, что механические свойства железобетона требуют самостоятельного рассмотрения.

Важная особенность обычного железобетона — появление трещин в бетоне растянутой зоны при нагрузках, не достигающих эксплуатационных (за исключением конструкций с малым содержанием арматуры). Это связано с тем, что сталь может быть вытянута (до разрыва) на 4...25 мм на каждый метр длины, а бетой — всего па 0,2...0,4 мм. Поэтому при совместном удлинении со сталью он может сохранять цельность только в начальной стадии.

Для повышения сопротивления конструкции появлению трещин и создания условий для эффективного применения высокопрочной арматуры, сопровождающегося существенной экономией металла, в железобетоне искусственно создают начальные напряжения. Обычно этого достигают созданием уравновешивающих друг друга начальных растягивающих усилий в арматуре и сжимающих — в бетоне.

12. Сквозное и поверхностное прозвучивание

Для испытания бетона ультразвуковым импульсным методом применяют ультразвуковой прибор (рис. 11.18), в корпусе которого смонтированы генератор импульсов, усилитель и индикатор. Щуп-излучатель механических колебаний (волн) ультразвуковой частоты и щуп-приемник соединяются с корпусом гибкими кабелями. После установки щупов с двух сторон на испытуемое изделие и включения прибора генератор посылает импульсы в излучатель, в котором преобразует электрические импульсы в механические ультразвуковые волны. Пройдя через бетон, волны попадают в приемник, где снова преобразуются в электрические импульсы и направляются через усилитель в индикатор, в котором измеряется время прохождения волн. Индикатор снабжен автоматическим устройством, передающим на экран прибора цифровую информацию в микросекундах.

В настоящее время для испытания бетона применяют малогабаритные переносные приборы Бетон-12 с автономным питанием, УК-14П и УФ-50 МЦ с универсальным (сетевым и автономным) питанием.

Ультразвуковой метод (ГОСТ 17624-87) используют для контроля прочности тяжелого, легкого и силикатного бетона классов В-5…В-50. В зависимости от условий проведения испытаний и вида конструкции может применяться сквозное или поверхностное прозвучивание.

Подготовка, проведение и обработка результатов испытаний. Способ испытаний, называемый сквозным прозвучивани-ем, состоит в том, что к противоположным граням изделия прикладывают щупы, и, включив прибор, фиксируют указываемое на экране время.

Перед испытанием намечают места установки прибора и точки измерений с таким расчетом, чтобы длина кабелей со щупами была достаточной для доступа к точкам измерения без их натяжения, а с прибора было бы удобно снимать отсчеты.

При выборе мест прозвучивания учитывают характер укладки и уплотнения бетона при изготовлении изделия и расположение арматуры в конструкции. Направление прозвучивания (воображаемая прямая, соединяющая центры контакта щупов с бетоном) должно быть перпендикулярным направлению укладки и уплотнения бетона.

При прозвучивании параллельно арматуре расстояние до ближайшего стержня должно быть не менее 50 мм. Это объясняется тем, что скорость распространения ультразвука в стали значительно выше, чем в бетоне, и это может существенно исказить результаты испытаний.

Поверхность бетона в местах измерения тщательно очищают проволочными щетками.

При прозвучивании важно обеспечить надежный контакт между щупом и бетоном. Для этого поверхность бетона смазывают солидолом, техническим вазелином или устанавливают специальные эластичные прокладки. Для того чтобы избежать трудоемкие и грязные операции, связанные с подготовкой и смазыванием поверхностей бетона, применяют так называемые концентраторы ножевого или игольчатого типа.

Перед испытанием изделия снимают по прибору нулевой отсчет г0, сомкнув щупы. Этот отсчет проверяют после испытаний, когда контактная поверхность щупов загрязнена смазочным материалом.

Если сквозное прозвучивание невозможно выполнить по каким-то причинам, например при испытании массивных конструкций, применяют способ нивелирования, когда щупы устанавливают на одной из поверхностей. В этом случае направление прозвучивания идет по поверхности бетона, на которой выбирают пары точек измерения. Расстояние между двумя точками пары служит базой прозвучивания. База прозвучивания должна быть одинаковой для всех мест измерения в испытуемой конструкции и равна 16…40 см. Направление прозвучивания должно быть перпендикулярно арматуре. В журнал испытаний записывают время, которое является косвенным показателем прочности бетона.

Преимущества и недостатки ультразвукового импульсного метода. Главное преимущество ультразвукового метода — возможность быстрого и надежного контроля прочности бетона всех изделий, выпускаемых заводом железобетонных конструкций. Можно организовать непрерывный контроль нарастания прочности в процессе термовлажностной обработки. Ультразвуковой метод в отличие от механических позволяет также определять свойства бетона не в поверхностном слое, а по всей толщине изделия, что существенно повышает надежность контроля прочности.

Недостаток применения ультразвука для оценки прочности бетона в изделиях и конструкциях — сильное влияние некоторых технологических факторов на зависимость между прочностью и скоростью ультразвуковых волн, что несколько обесценивает точность метода, особенно при испытании конструкций из бетона с неизвестными свойствами. Импульсным методом нельзя, например, контролировать прочность крупных массивных изделий и конструкций (толщиной свыше 5 м и длиной свыше Юм).

При испытании высокопрочных бетонов классов выше В50 и бетонов на пористых заполнителях классов ниже В5 ультразвуковой метод существенно уступает по точности механическим методам. Кроме того, для ультразвуковых методов испытаний используют сложную радиотехническую аппаратуру, наладка и ремонт которой в полевых условиях затруднительны и требуют специалистов высокой квалификации. Однако ультразвуковой импульсный метод контроля прочности бетона — более технологичный, быстрый и удобный, чем существующие механические методы.