Методика определения прочности бетона на стройплощадке методом неразрушающего контроля c помощью молотка Шмидта

УДК 69

Баранов Евгений Евгеньевич Менеджер по технической поддержке АО МАПЕИ, 142800, Россия, Московская область, г. Ступино, ул. Академика Белова, 5, e.baranov@mapei.ru

Для проведения неразрушающего испытания бетона на прочность применяются различные методы, основанные на определение твердости. Представляет большой практический интерес достаточно доступные приборы, типа молотка Шмидта. А методика, описанная известным немецким инженером и ученым Р. Альбрехтом, позволяет получить весьма надежные результаты по кубиковой прочности бетона. В описанной методике задачи разбиваются на 2 подзадачи: пункт 1 – 6 способы определения марочной прочности бетона на объекте, п.7 определение марочной прочности бетона в зависимости от его поверхностной прочности.

Основные принципы анализа

1. Поверхностная прочность раствора/бетона в начальный период набора прочности (при нормальных условиях твердения) ниже прочности на сжатие (первые 20 суток), на 30 сутки эти показатели становятся равными, а после 30 суток поверхностная прочность всегда выше прочности на сжатие (таб. 1). В этом отражается принцип Фактора времени. Учет фактора времени необходим для понимания проектной прочности бетона, когда она тестируется спустя какое – либо время.

Таблица 1. Фактор времени α _t

Возраст в днях	10	20	30	50	100	150	200	300	500	1000	>1000
Фактор      времени	1,20	1,04	1,00	0,98	0,95	0,91	0,86	0,78	0,70	0,63	0,60

2. Для испытаний целесообразно выбирать распалубленные, высушенные на воздухе, по возможности плоские поверхности без крупных пор, гнезд или других дефектов, испытываемая поверхность должна быть очищенна от несвязанных частиц. При необходимости для зачистки используйте шлифовальный камень из комплектации молотка -склерометра. Испытания проводятся на участке размером не менее 100 см², а расстояние от края площадки до края конструкции – не менее 5 см. В тонкостенных бетонных элементах (например стяжки на изолирующем слое) для испытаний пригодны только те площадки, расположение которых исключают их упругую податливость. Необходимо производить измерения в нескольких точках, согласно рекомендациям производителя.

3. С увеличением возраста бетона и глубины проникновения в него соединений углерода (карбонизация) значительно возрастает величина отскока – возможна переоценка прочности на сжатие до 50%. Точные значения прочности бетона можно получить, удалив твёрдый поверхностный слой, насыщенный углеродными соединениями, с помощью шлиф. машины на поверхности площадью приблизительно Ø120 мм, а затем произведя измерения на бетоне без воздействия карбонизации. Коэффициент карбонизации, то есть количество увеличенных значений отскока, может быть получено путем проведения дополнительных измерений на неочищенной поверхности, насыщенной углеродными соединениями. Глубина карбонизации может определяться просто при помощи индикаторного раствора фенолфталеина в этаноле. Индикатор разбрызгивается на свежую поверхность образца, взятого из толщи бетона. Не карбонизированный слой с pH > 9,2 становится пурпурным, карбонизированный слой с pH < 9,2 остается бесцветным (рис. 1).

Рис. 1. Реакция индикатора на карбонизацию бетона

4. При применении прибора необходимо ориентироваться на показатели шкалы (Rφ), которые необходимо переводить по табличным значениям в зависимости от направления удара при испытании. На рис. 2 проиллюстрированы углы наклона. В таблице 2 определены поправки результата в зависимости от направления удара.

Рис. 2. Учет направления удара.

Таблица 2. Поправки ∆Rφ для учета направления удара

Значения RφM	Поправка ∆Rφ при φ0
	+90	+60	+30	от -30 до -90
20	— 7	— 5	— 3	+ 2
30	— 6	— 4	— 2	+ 2
40	— 5	— 3	— 2	+ 2
50	— 4	— 3	— 2	+ 2
60	— 3	— 2	— 1	+ 1

Используя данные таблицы, можно узнать поверхностную прочность бетонного основания, по формуле:

R_M  = Rφ_M + ∆Rφ     (формула I), где

Rφ_M – показатель прибора;

∆Rφ – поправка (табличное значение);

φ⁰ – угол направления удара;

R_M – полученное в результате вычислений значение поверхностной прочности.   Необходимо обратить внимание, что поправка изменяется не только с изменением удара, но и зависит от прочностных характеристик бетона. При горизонтальном ударе поправочный коэффициент равен 0.

5. Для понимания кубиковой прочности бетона полученные результаты по формуле 1 коррелируются по таблице 3. Важно учитывать не только расчетные значения, но и «Минимальную прочность»,  которая составляет 90% от расчетной, это гарантированные значения прочности бетона.

Таблица 3. Испытания склероскопом. Кубиковая прочность бетона в возрасте одного месяца при горизонтальном направлении удара

Показатель отскока	Средняя прочность, кгс/см2	Минимальная прочность, кгс/см2	Показатель отскока	Средняя прочность, кгс/см2	Минимальная прочность, кгс/см2
21	120	60	36	350	270
22	130	70	37	370	280
23	140	80	38	390	300
24	150	90	39	410	320
25	160	90	40	430	340
26	170	100	41	450	360
27	190	120	42	470	380
28	200	130	43	490	400
29	220	140	44	510	420
30	230	150	45	530	440
31	250	170	46	550	460
32	270	190	47	570	470
33	290	210	48	590	490
34	310	230	49	610	510
35	330	250	50	630	530

6. Для учета возраста бетона полученные результаты (кубиковую прочность), принятых по таблице 3 умножить на фактор времени α _t (таблица 1). При этом мы получим прочность бетона на сжатие в момент испытаний – реальная прочность бетона на стройплощадке в момент изготовления изделий из бетона.

Пример расчета
Застройщик – ХХХ; Подрядчик – ХХХ;
Объект –  фундамент, колонны
Марка бетона В 22,5;
Дата заливки – апрель 2024г.    Дата анализа прочности – октябрь 2024г.

Таблица 4. Пример расчета

Показатели / № измерений	RφM – показатель прибора
	Фундамент	Колонны
1	42	32
2	38	35
3	38	36
4	42	49
5	36	34
6	44	35
7	39	31
8	38	35
9	38	32
10	38	33
11	44	33
12	39	35
13	39	34
14	36	34
15	44	32
Среднее значение	39,6	33,3
Направление удара φ0	— 900	00
Поправка ∆Rφ при φ0 (Таб. 2)	+2	0
RM  = RφM + ∆Rφ     (формула I)	41,6	33,3
Прочность по таблице 3 средняя/минимальная, кгс/см2	470/380	290/270
Возраст бетона, дни	Около 200	Около 200
Фактор времени	0,86	0,86
Прочность в момент испытания (прочность*фактор времени)	404/327	249/232

Т.к. марка бетона В 22,5 должна соответствовать 295 кгс/см² прочности на сжатие, то в контрольной точке 2 (колонны) полученная прочность не соответствует требуемым условиям.

7. Молоток Шмидта позволяет также определить марочную прочности бетона в зависимости от его поверхностной прочности. Для этого необходимо произвести измерения согласно методике. При испытаниях склероскоп с выдвинутым ударным штоком устанвливают перпендикулярно поверхности бетона, затем шток освобождают путем постепенного увеличения давления на заднюю крышку. В этом положении снимают по шкале показания длины отскока или фиксируют положение стрелки путем нажима на кнопку. Затем, воспользовавшись градировочной зависимостью, определяют кубиковую прочность бетона (рисунок 3). Кривые действительны для бетона на портландцементе с твердым гравийно-песчаным заполнителем, состоящим в основном из известняка.

Рис.3. Кубиковая прочность на сжатие в зависимости от твердости поверхности

8. В соответствии с инструкцией по эксплуатации при использовании для испытаний бетона молотков системы Шмидта, необходимо дополнительно учитывать следующие моменты, связанные с пределами пригодности кривых:

• в песчаном, сухом и недостаточно обработанном бетоне, к которому без сомнения относится бетон с недостаточным содержанием цемента могут возникать внешнее незаметные пустоты, которые снижают прочность, но не влияют на твердость поверхности;
• в старом, высушенном бетоне раствор у поверхности, как правило, более твердый, чем в глубине конструкции. Поэтому прочность бетона меньше, чем получается по калибровочным кривым;
• во всех сомнительных случаях, особенно при использовании заполнителя неизвестного качества и при старом, высушенном бетоне дополнительно к испытаниям молотком необходимо раздавливать под прессом пробный кубик, изготовленный из материала конструкции. Чем ниже качество бетона, тем больше необходимость проведения дополнительных испытаний.