Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующего состояния проблемы обеспечения качества монолитного строительства в Российской Федерации 12
1.1. Технологические особенности монолитного строительства 12
1.2. Анализ существующей в Российской Федерации нормативной литературы по вопросу обеспечения качества возводимых монолитных зданий 15
1.3. Анализ существующих методов контроля качества основных параметров производства бетонных работ 20
1.3.1. Анализ существующих методов контроля удобоукладываемости бетонной смеси 21
1.3.2. Анализ существующих методов контроля степени уплотнения бетонной смеси в конструкции 23
1.3.3. Анализ существующих методов определения влажности бетона монолитной конструкции 26
1.3.4. Анализ существующих методов определения температуры монолитного бетона 27
1.3.5. Анализ существующих методов прочности монолитного бетона 29
1.4. Цели и задачи исследования 38
Выводы по главе 40
2. Теоретические исследования методов и средств контроля качества уплотнения бетонной смеси и прочности бетона монолитных конструкций 41
2.1. Теоретические предпосылки создания метода контроля степени уплотнения по стабилизации мощности, потребляемой электродвигателем глубинного вибратора 46
2.2. Методика определения прочностных характеристик монолитного бетона и железобетона ультразвуковым импульсным методом 48
2.3. Методика расчетного определения прочностных показателей монолитного бетона по температурно-временному фактору 63
Выводы по главе 68
3. Экспериментальные исследования методов и средств контроля степени уплотнения бетонной смеси при бетонировании конструкции 69
3.1. Содержание экспериментальных исследований 69
3.2. Составы бетонов, применяемых в работе 70
3.3. Методика проведения первой серии экспериментальных исследований по определению степени уплотнения бетонной смеси 72
3.4. Оценка результатов первой серии экспериментальных исследований контроля степени уплотнения бетонной смеси 75
3.5. Методика проведения второй серии экспериментальных исследований по контролю степени уплотнения бетонной смеси 86
3.6. Оценка результатов второй серии экспериментальных исследований контроля степени уплотнения бетонной смеси 88
3.7. Практическая реализация разработанного метода контроля степени уплотнения бетонной смеси 91
Выводы по главе 94
4. Экспериментальные исследования комплексной системы контроля прочности монолитного бетона 95
4.1. Содержание экспериментальных исследований 95
4.2. Методика экспериментальных исследований комплексной системы контроля прочности монолитного бетона 96
4.3. Оценка результатов экспериментальных исследований комплексной системы контроля прочности бетона монолитной конструкции 103
4.4. Практическая реализация комплексной системы контроля прочности монолитного бетона 107
Выводы по главе 116
Основные выводы 116
Библиографический список источников 118
Приложения 134
- Анализ существующих методов контроля степени уплотнения бетонной смеси в конструкции
- Методика определения прочностных характеристик монолитного бетона и железобетона ультразвуковым импульсным методом
- Оценка результатов первой серии экспериментальных исследований контроля степени уплотнения бетонной смеси
- Оценка результатов экспериментальных исследований комплексной системы контроля прочности бетона монолитной конструкции
Введение к работе
Постоянный рост объемов монолитного строительства является одной из основных тенденций, характеризующих современный период российского строительства. Сложная экономическая обстановка в стране позволила, к сожалению, осуществить лишь в последние годы медленный, хотя и достаточно устойчивый рост объемов возведения объектов из монолитного железобетона (таблица). Опыт развитых стран, таких как США, Германия, Франция, в которых доля монолитного строительства составляет 62-86% общего объема возводимых гражданских зданий, свидетельствует о недостаточном развитии данного вида строительства в России (рисунок).
Объемы строительства предприятиями России зданий с использованием сборного и монолитного бетона и железобетона
Общеизвестный комплекс достоинств монолитного железобетона, позволяющих с экономической выгодой реализовать практически любые замыслы современных архитекторов, дающих возможность широкого его ис-
пользования для возведения сложных объектов повышенной этажности, определяет отход от сборного варианта как проектных, так и строительных организаций. Отмеченное явление полностью соответствует принципам рыночной экономики, стимулирующей более эффективные варианты строительства. В последние годы этому способствует дополнительно и значительный физический износ имеющейся базы сборного железобетона [98].
Объем монолитного бетона в м , приходящийся на одного жителя страны
В советский период, когда понятие «индустриальность строительства» практически отождествлялось с термином «сборность», возведение монолитных зданий было редким явлением. Монолитные дома обычно повышенной этажности являлись архитектурным акцентом застройки микрорайонов. В связи с новизной и разнообразием технологий монолитного строительства к их возведению привлекались лучшие строительные организации с высокой культурой производства, передовой технической базой, богатым интеллектуальным потенциалом. Проектирование и строительство объектов носило экспериментальный характер, поэтому на всех стадиях реализации проектов в них участвовали ученые НИИ и вузов. Большинство монолитных зданий были построены в крупных городах СССР, где имелись научные школы монолитного строительства. Показательным примером высокой эффективности
научного «сопровождения» при реализации монолитных программ является «Вильнюсский эксперимент», позволивший перейти от строительства отдельных монолитных зданий к массовому возведению домов из монолитного железобетона. Именно на основе успешной совместной работы ученых и строителей в 1980-1987 гг. были обновлены нормативные документы, разработаны руководства и рекомендации по проектированию и строительству с применением монолитного бетона.
К сожалению, в период перестройки структурная реорганизация строительного комплекса страны существенно затормозила рост его технической оснащенности, разрушила систему информационного обеспечения строительства, снизила финансирование научных изысканий по актуальным проблемам монолитного строительства.
В современных условиях массовый переход к строительству из монолитного железобетона возможно будет иметь негативные последствия, связанные с низким уровнем качества отдельных объектов. Иллюзию простоты перехода к данному виду строительства создало появление на российском рынке множества зарубежных опалубочных фирм, активно рекламирующих свою продукцию на примерах ее эффективного применения на строительстве сложнейших объектах во всем мире. Однако, конкретный опыт российского строительства из монолитного бетона, отмеченный многими отечественными учеными, говорит о наличии серьезных проблем данного вида строительства. Основными причинами низкого качества возводимых объектов являются:
неполнота нормативной базы строительства из монолитного бетона и железобетона;
отсутствие достаточного опыта и необходимой технологической культуры монолитного строительства и качественного технического оснащения строительных организаций;
отсутствие надежной системы управления качеством монолитного строительства, включающей производственный контроль качества работ;
- отсутствие в отдельных случаях необходимой технологической документации по производству работ (в частности, в зимних условиях).
По мнению автора, только решение перечисленных проблем в комплексе приведет к существенному изменению ситуации. Наиболее сложным и длительным процессом будет разработка нормативной базы для монолитного строительства [95], которая должна решить не только имеющиеся актуальные вопросы возведения монолитных зданий, но и их проектирования с учетом комплекса взаимосвязанных проблем технологий производства работ.
Важнейшим моментом является подготовка и постоянное повышение квалификации строительных кадров в области монолитного строительства [101], необходимые для обучения сложным вопросам зависимости качества взводимых объектов от множества взаимосвязанных факторов: материало-ведческих, технологических и климатических. Не менее важной задачей становится качественное техническое оснащение строительных организаций, специализирующихся на возведении именно монолитных объектов.
На основе имеющихся перспективных разработок отдельных научных школ должна быть решена задача оценки качественного уровня работы строительных и проектных организаций [39, 78, 91], а также возможности выдачи им специальной лицензии на работы по проектированию и возведению монолитных объектов и, следовательно, приостановления ее действия и аннулирования у организаций с низким уровнем качества выполнения работ.
Основной целью изменений в существующем состоянии монолитного строительства должна стать разработка надежной системы управления качеством работ и обеспечения бездефектности построенных объектов. Опыт НИИЖБ, МГСУ, других центральных и региональных научных организаций, включая и нижегородских ученых (ННГАСУ), говорит о целесообразности и необходимости на данном этапе возвратиться при строительстве нетиповых (уникальных, высотных) монолитных зданий к опыту сотрудничества строителей с научными центрами, имеющими необходимую лабораторную базу и
высококвалифицированный кадровый потенциал для обеспечения контроля качества работ и принятия на основе полученных оперативных данных организационно-управленческих решений на всех стадиях возведения объекта.
Важнейшая роль в сокращении трудоемкости и обеспечении качества монолитных объектов путем надежного управления технологией возведения отводится автоматизации процессов, включающей и постоянный автоматизированный технологический контроль за основными операциями и кинетикой роста прочности бетона. Разработка современных малолюдных автоматизированных бетонирующих комплексов, начатая в ННГАСУ под руково-
дством профессора [А.Ф.Мацкевича|, показывает перспективность и эффективность данного направления снижения трудоемкости и стоимости работ, а также повышения качества монолитных объектов [96].
Целью диссертационной работы является повышение эффективности и технологической надежности монолитного строительства путем совершенствования технологического контроля качества уплотнения в процессе бетонирования конструкций и прочности монолитного бетона в различном возрасте за счет создания новых и усовершенствования существующих методов и средств контроля.
Научная новизна работы состоит в следующем:
теоретически обоснован и практически реализован метод контроля степени уплотнения бетонной смеси в процессе бетонирования, основанный на зависимости между данным параметром и силой тока, потребляемого электродвигателем глубинного вибратора;
предложена методика определения прочности бетона монолитных конструкций ультразвуковым импульсным методом, основанная на учете основных факторов влияния на корреляционную зависимость «скорость ультразвука - прочность бетона»;
усовершенствована методика расчетного определения прочности по темпе-ратурно-временному фактору за счет учета влияния основных факторов, оп-
ределяющих скорость набора бетоном прочности.
На защиту выносятся следующие результаты научных исследований и разработок:
результаты качественного анализа эффективности существующих методов и средств контроля технологических параметров основных операций возведения монолитных зданий;
метод и средства контроля степени уплотнения бетонной смеси в процессе бетонирования конструкций, основанный на зависимости между данным параметром и силой тока, потребляемого электродвигателем глубинного вибратора;
методика определения прочности монолитного бетона ультразвуковым импульсным методом с учетом основных факторов, влияющих на точность корреляционной зависимости «скорость ультразвука - прочность бетона»;
конструкция закладной формы и технология изъятия с ее помощью из тела монолитной конструкции контрольных образцов-кубов;
комплексная система контроля прочности монолитного бетона в раннем и зрелом возрасте, включающая результаты испытаний эффективными методами, основывающимися на различных физических принципах.
Практическое значение работы состоит в следующем:
в определении рациональных методов и средств контроля основных технологических параметров бетонных работ в монолитном строительстве;
в создании нового эффективного метода контроля степени уплотнения бетонной смеси в процессе ее вибрирования, аппаратной реализации его автоматизированного варианта на базе современной микроэлектроники;
в разработке комплексной системы контроля прочностных параметров монолитного бетона, состоящей из ультразвукового импульсного метода, метода расчетного определения прочности по температурно-временному фактору, метода испытания контрольных образцов-кубов, извлекаемых из тела монолитной конструкции.
Апробация и публикация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на Международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки» (ВГУ, г. Владимир, 2003г.); II и III Международных научно-технических конференциях «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (г. Пенза, 2003-2004гг.); научно-технической конференции «Архитектура и строительство» (ННГАСУ, г. Нижний Новгород, 2004г.); на 9-ой и 10-ой Нижегородских сессиях молодых ученых «Технические науки» (г. Дзержинск, 2004-2005 гг.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы дорожного и строительного комплекса» (МарГТУ, г. Йошкар-Ола, 2004г.).
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, библиографического списка источников, 2 приложений. Общий объем работы составляет 149 страниц, в том числе 34 иллюстрации в виде схем, графиков и фотографий, 31 таблица, библиографический список, включающий 144 наименования.
Анализ существующих методов контроля степени уплотнения бетонной смеси в конструкции
Контролирование степени уплотнения смеси является одним из самых важных параметров, как уже было отмечено, влияющим на различные характеристики бетона конструкции, такие как пористость, морозостойкость, водонепроницаемость, прочность. Так, 1% неудаленного воздуха снижает прочность бетона в среднем на 5-7%, что требует перерасхода цемента до 10-15 кг/м3 [15, 84]. Как уже отмечалось, данный вопрос остается одной из нерешенных проблем в нашей стране. Так, окончание процесса вибрирования обычно определяется по визуальным признакам: прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молока на ее поверхности и прекращение выделения пузырьков воздуха [50, 105, 143]. Применение такого достаточно субъективного способа контроля, очевидно, может привести к неоднородности уплотнения бетонной смеси в теле монолитной конструкции и, следовательно, неоднородности ее прочности.
Наибольшее распространение при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций получил метод определения плотности и степени уплотнения, основанный на прохождении и поглощении бетонной смесью гамма-лучей. Стабилизация поглощения характеризует уплотненную смесь [37]. Существует автоматизированный вариант данного метода с бесконтактным контролем уплотнения бетонной смеси [74]. К сожалению, данный метод небезопасен для здоровья рабочих и сложен для использования в монолитном строительстве.
Принципиально иным является способ контроля, основанный на прохождении через бетонную смесь переменного электрического тока. По мере уплотнения сила тока увеличивается, а в конце уплотнения нарастание ее прекращается. Возможен автоматизированный вариант данного метода [7, 15, 37]. Недостатками можно считать зависимость измеряемой величины от различных факторов, таких как характеристики составляющих бетонной смеси, температура среды и другие, а также опасность работы, связанная с применением электрического тока. Данный метод возможно эффективно применять при стационарном производстве (сборный бетон и железобетон).
Степень уплотнения возможно контролировать так же с помощью ультразвука [4]. По стабилизации скорости прохождения ультразвука через уплотняющуюся толщу бетонной смеси судят о достижении максимальной плотности, возможной при данном способе уплотнения. Для реализации этого метода ультразвуковые преобразователи устанавливаются в опалубку, тем самым уменьшается объем контроля. Как показали проведенные автором исследования, проблемой здесь может стать нарушение надежного контакта преобразователей с бетонной смесью при вибрировании.
СВЧ-метод также пригоден для контроля степени уплотнения [28, 117]. Максимальное уплотнение фиксируется стабилизацией показаний приборов. Неоспоримым достоинством его можно считать бесконтактность и возможность контроля в каждой точке уплотнения при установке датчика на вибратор. Однако проведенные автором исследования показали, что данный метод осложняется зависимостью СВЧ-излучения от множества факторов (влагосо-держание, расстояние до объекта измерения, температура и т. д. [92]), позволяя получать достоверные результаты только в лабораторных условиях.
В результате проведенного выше анализа существующих методов контроля степени уплотнения бетонной смеси стало возможным выделить наиболее важные критерии и произвести многокритериальное сравнение по ним основных методов. Критериями оценки являлись: Ki - достоверность метода; #2 - быстродействие и возможность автоматизации; Кз — возможность применения в каждой точке уплотнения и к различным конструкциям (по форме, армированию, ответственности); К4 — стоимость, трудоемкость и безопасность проведения испытаний; Кз — обеспеченность нормативной литературой.
Критерии выражаются в баллах от 0 до 1,0 с градацией по 0,1. Самый высокий балл 1,0 указывает на соответствие критериям качества. Анализ выполнен методом паутинной сети. Результаты анализа по выбору рациональных методов контроля степени уплотнения бетонной смеси приведены в табл. 1.1 и на рис. 1.2.
Как показал проведенный анализ, большинство существующих методов контроля степени уплотнения разрабатывались для заводских условий и не обеспечивают универсальности и мобильность средств измерения, тем самым применимо к условиям монолитного строительства недопустимо ограничивается объем контролирования этого важнейшего параметра.
Влажность является одним из факторов, определяющих условия твердения бетона конструкции. Наряду с этим, определение влажности бетона в процессе твердения позволяет анализировать режим твердения с недопущением местного пересушивания, которое может привести к деструктивным процессам (например, при термообработке бетона) [33, 34]. Контролирование влажности имеет так же весомое значение как фактор влияния на результаты определения других параметров бетона (например, прочности) многими не-разрушающими методами (ультразвуковой метод, большинство механических методов).
Определение влажности возможно различными способами. Существует метод контроля влажности посредством испытания образцов или проб, извлекаемых из конструкций [127], позволяющий получит значения относительной влажности бетона по массе или объему. Данный метод достаточно точный, но имеет высокую трудоемкость, низкое быстродействие, требует большого количества лабораторного оборудования.
Методика определения прочностных характеристик монолитного бетона и железобетона ультразвуковым импульсным методом
Метод контроля степени уплотнения должен характеризоваться следующими параметрами: - контроль степени уплотнения должен осуществляться в каждой точке вибрирования (наиболее часто в монолитном строительстве уплотнение смеси осуществляется посредством ее вибрирования, при этом применяются глубинные или поверхностные вибраторы); - метод должен позволять контролировать указанный параметр с достаточной точностью и надежностью при переменных условиях открытой строительной площадки, а также в автоматизированном режиме; - применяемые при реализации метода приборы и оборудование должны обеспечивать требуемое быстродействие, а также легкость и удобство работы с ними. Проблемным звеном (см. пп. 1.2, 1.3) системы контроля качества монолитного строительства является контролирование прочностных характеристик бетона. Как показал проведенный автором анализ (см. п. 1.3), на настоящий момент не существует какого-то одного универсального метода контроля прочности бетона на всех этапах его твердения (распалубочная, критическая, проектная и другие). Наиболее рационально в данной ситуации применять комплексный подход к контролю прочности бетона, т.е. использовать параллельно несколько методов, основанных на различных физических принципах. В первую очередь это относится к неразрушающим методам контроля, позволяющим обеспечить требуемый объем измерений данного параметра. Из всех существующих методов наиболее перспективным для контроля прочности монолитного бетона в различном возрасте является ультразвуковой импульсный метод. Недостатки традиционного ультразвукового импульсного метода (см. п. 1.3) не позволяют в полной мере использовать данный метод для надежного контроля прочности монолитного бетона. Видятся несколько путей совершенствования данного метода: - повысить точность измерений путем создания и использования универсальных инженерных методик подсчета, адаптированных к условиям монолитного строительства, т. е. учета всех факторов, влияющих на скорость ультразвука и рост прочности бетона; - комплексное использование различных схем измерения, как, например, поверхностного, сквозного (диагонального и соосного); - увеличение количества измерений; - совершенствование процессов измерения и статистической обработки за счет их автоматизации. Для контроля прочностных показателей бетона в раннем возрасте необходимо в палубу щита устанавливать ультразвуковые преобразователи со специальными устройствами для их прижима к поверхности бетона после уплотнения смеси. При этом будут решены две важные проблемы ультразвукового метода контроля. Во-первых, будет обеспечен плотный контакт преобразователей с бетонной поверхностью за счет гидростатического давления бетонной смеси, уплотнения при ее укладке и прижима после нее. Это позволит более точно измерять скорость ультразвука в конструкции без применения специальных смазок (пластилин, технический вазелин и т. д.). Во-вторых, исключит возможность появления субъективной ошибки, связанной с личностью испытателя. При снятии опалубки ультразвуковые датчики могут оставаться в контакте с бетоном до набора им проектной прочности.
Прочность монолитного бетона достаточно контролировать в нескольких местах, что полностью соответствует принципу выборочного контроля. Такими местами могут быть для железобетонных стен своего рода «критические» точки, например, под оконными проемами (а точнее, под проемообра-зователями), в местах сопряжения наружных и внутренних стен. Именно в этих местах наиболее вероятно недоуплотнение бетонной смеси. Для колонн из монолитного железобетона автором рекомендуется выбирать расположение контрольных точек непосредственно вблизи от мест их стыковки с капителями, балками или монолитными перекрытиями. Для монолитных перекрытий этими точками могут стать области средней части пролета, как наиболее ответственные и подверженные деформациям. То же самое условие -для монолитных балок. В каждом конкретном случае принятие данных мест установки датчиков должно осуществляться индивидуально.
Установка ультразвуковых преобразователей в щиты опалубки производится следующим образом. Всего на каждое «критическое» место должны устанавливаться по 4 (четыре) преобразователя, по два с каждой стороны монолитной конструкции (рис. 2.1). Такое расположение датчиков позволит совершить четыре измерения. Так, возможны два сквозных соосных измерения I-IV и П-Ш на базе її, два сквозных диагональных измерения І-ІІІ и II-IV на базе 12 (также возможны два поверхностных измерения І-ІІ и III-IV на базе 13).
Необходимо отметить, что данная схема имеет несколько существенных недостатков, которые заключаются в возможности снятия в данном месте конструкции ограниченного числа измерений (четырех), а также, его применение противоречит принципу «случайности» выборки.
Другим методом, выделяемым нами в качестве приоритетного, является метод определения прочности бетона по температурно-временному фактору. СНиП [142] разрешают вести контролирование прочности бетона по результатам температурного контроля в условиях производства работ при отрицательных температурах. Данный метод возможно также применять при твердении монолитного бетона известного состава при известной положительной температуре с момента бетонирования конструкции до набора бетоном проектной прочности при минимуме затрат.
Для эффективного его применения необходимо использовать инженерную методику расчетного определения прочностных параметров монолитного бетона по температурно-временному фактору с учетом основных условий, влияющих на ее точность.
Оценка результатов первой серии экспериментальных исследований контроля степени уплотнения бетонной смеси
Степень уплотнения определялась следующими методами: - визуально с регистрацией момента появления основных признаков достаточного уплотнения (появление цементного молока на поверхности уплотняемой смеси, прекращение выхода пузырьков воздуха и оседания смеси); - ультразвуковым методом при сквозном прозвучивании уплотняемой бетонной смеси с регистрацией момента стабилизации скорости (времени прохождения) ультразвукового импульса; - предлагаемым методом, основанным на измерении потребляемой электродвигателем глубинного вибратора мощности с регистрацией момента стабилизации данного параметра. Для контроля степени уплотнения ультразвуковым импульсным методом в палубу щитов соосно были установлены ультразвуковые преобразователи: попарно, по 4 преобразователя на каждом участке стены (рис. 3.1). Установка преобразователей производилась таким образом, чтобы исключить прохождение ультразвукового импульса через наконечник вибраторов. Использовался ультразвуковой прибор УК-14П.
Для реализации метода, основанного на измерении потребляемой электродвигателем глубинного вибратора мощности, использовались клещи то-коизмерительные М266С. В качестве параметра, характеризующего изменения потребляемой мощности, принята сила тока. Место расположения клещей при опытах для вибратора с гибким валом и для вибратора со встроенным двигателем было различным. В первом случае ток измерялся на участке от сети 3-х фазного тока до понижающего трансформатора. Во втором случае измерение проводились на участке между преобразователем частоты тока (двигатель-генератор) и вибратором. Вибрирование производилось до появления всех визуальных признаков достаточного уплотнения, после чего процесс продолжался еще в среднем 10-15 с для выявления дальнейшего изменения указанных параметров. Снятие показаний с ультразвукового прибора и токоизмерительных клещей производилось через каждые 2 с. Частота зависит от технических возможностей приборов и технологических требований процесса уплотнения.
Дополнительно, для контроля однородности бетонной смеси в момент ее вибрирования из экспериментальной конструкции происходило изъятие проб смеси (за исключением песчаного бетона (состав IV)). Пробы изымались попарно из верхней и нижней частей бетонируемых слоев (рис. 3.1) в момент появления визуальных признаков достаточного уплотнения и по окончании вибрирования. Изъятие «нижних» проб производилось с помощью специальных приспособлений, устанавливаемых в торцовой части сооружения так, чтобы не влиять на процесс уплотнения. «Верхние» пробы изымались с поверхности слоев. После изъятия пробы разделялись на составляющие, т. е. вымывалась растворная часть из смеси. После этого определялось процентное отношение крупного заполнителя в пробах (по массе).
При уплотнении в конструкции толщиной 200 мм бетонных смесей, составы которых приведен ранее (табл. 3.2), были получены результаты, представленные в табл. 3.3, 3.4 и на рис. 3.2 ... 3.5. Результаты, полученные при уплотнении смесей в конструкции толщиной 400 мм, представлены в табл. 3.5, 3.6 и на рис. 3.6 ... 3.9.
Полученных в ходе экспериментальных исследований данные однозначно свидетельствуют о существовании достаточно устойчивой связи между силой тока, потребляемого электродвигателями глубинных вибраторов (как с гибким валом, так и со встроенным электродвигателем), и степенью уплотнения бетонной смеси. Тем самым подтверждаются теоретические положения (см. п. 2.1).
На графиках (рис. 3.2 ... 3.9) отчетливо прослеживаются начальные стадии уплотнения бетонных смесей (переукладки и сближения составляющих [19, 88]). Стабилизация силы тока, потребляемого электродвигателями глубинных вибраторов, означает стабилизацию процессов, происходящих в бетонной смеси во время ее уплотнения. Дополнительным подтверждением служат результаты визуального контроля, т. к. именно в момент стабилизации указанных выше параметров происходит появление всех основных видимых признаков достаточной степени уплотнения (появление цементного молока на поверхности уплотняемой смеси, прекращение выхода пузырьков воздуха и оседания смеси). Дальнейшее падение и стабилизация значений силы тока означает расслоение бетонной смеси. Так, в более жестких смесях (состав № Пи состав № IV) при дальнейшем вибрирование происходит переуплотнение слоев бетонной смеси, прилегающих непосредственно к вибронаконечнику. При этом происходит образование полости вокруг него, вибрируя в которой наконечник вибратора не ощущает должного сопротивления бетонной смеси. В более пластичных смесях (состав № I и состав № IV) при дальнейшем вибрирование также происходит образование полости, но из-за большего водосодержа-ния смеси вибронаконечник совершает движения в ней, насыщенной цементным молоком. Поэтому в данном случае после момента достижения силой тока максимального значения и последующего некоторого ее снижения регистрируются более стабильные показатели без резких перепадов.
Подтверждением тезиса о расслоении бетонной смеси после достижения стабилизации силы тока, потребляемой электродвигателем вибратора с гибким валом ИВ-116А, служат данные изъятия проб смеси в момент вибрирования, представленные в табл. 3.7 (конструкции толщиной 200 мм). Расслоение смеси характеризуется перемещение более тяжелой крупной фракции в нижнюю часть конструкции. При уплотнении смеси вибратором ИВ-102А со встроенным электродвигателем получены аналогичные результаты (табл. 3.8). При уплотнении бетонных смесей в конструкции, имеющей толщину 400 мм, были получены результаты, аналогичные приведенным в табл. 3.7 и 3.8.
Оценка результатов экспериментальных исследований комплексной системы контроля прочности бетона монолитной конструкции
Основная цель экспериментальных исследований — оценка эффективности разработанной системы комплексного контроля прочности монолитного бетона в реальных условиях с изменяющимися параметрами окружающей среды на моделях конструкций с получением достоверных результатов. В основу экспериментальных исследований заложен принцип идентичности проведения эксперимента производственным условиям.
В комплексе экспериментальных исследований системы контроля прочности монолитного бетона решались следующие задачи: - выбор материалов (с привязкой к условиям г. Н.Новгорода) для создания лабораторной модели. Подбор составов бетона, охватывающих все основные его виды (тяжелый, легкий, мелкозернистый) и широкую область классов прочностей бетона; - создание лабораторной модели, позволяющей осуществлять процессы укладки, уплотнения бетонной смеси, твердения бетона в различных условиях (естественное твердение и обогрев в термоактивной опалубке) и контролирования всех процессов; - проверить точность предлагаемой инженерной методики (п.п. 2.2) определения прочности бетона ультразвуковым импульсным методом; - проверить точность предлагаемой инженерной методики (п.п. 2.3) расчетного определения прочности бетона по температурно-временному фактору; - разработать специальную закладную форму и технологию извлечения с ее помощью из тела монолитной конструкции контрольных образцов; - оценить объективность предлагаемой комплексной системы контроля проч ностных показателей бетона при различных режимах твердения (естествен ные условия, обогрев в термоактивной опалубке). Для решения поставленных задач проведен комплекс экспериментальных исследований. Исследования проводились на аналогичных экспериментальных моделях участка монолитной стены (толщиной 200 мм), что и при контроле степени уплотнения бетонной смеси (см. глава 3). Применялись бетоны, составы которых приведены в табл. 3.2. Бетонирование экспериментального сооружения производилось слоями по 0,3 м. Для уплотнения бетонной смеси применяется электромеханический глубинный вибратор ИВ-116А. Прочностные характеристики бетона экспериментальных конструкций определялись следующими методами: - ультразвуковым импульсным методом с различными схемами прозвучива-ния - сквозным диагональным и сквозным соосным с обработкой результатов по разработанной инженерной методике (п. 2.2); - расчетным методом по температурно-временному фактору, основанным на инженерной методике контроля прочности бетона (п. 2.3); - методом испытания образцов-кубов, извлекаемых их тела бетонной конструкции с помощью специальной закладной формы (после снятия опалубки); - методом испытания образцов-кубов, твердеющих около бетонируемой конструкции; - механическим неразрушающим методом с помощью молотка Шмидта типа N. Для большей объективности экспериментальных исследований (большего количества различных вариантов) они состояли из нескольких комбинаций составов бетона; в качестве режимов твердения были приняты твердение без обогрева (опыты № 3-6) и с обогревом в термоактивной опалубке (опыты № 1-2); конструкция имела армирование (опыт № 3) и не имела его; в состав одного из бетонов (опыт № 4) вводилась добавка-пластификатор Лиг-нопан-Б2 (для уменьшения содержания воды в смеси с сохранением ее подвижности). Составы бетонов, условия их твердения и армирования представлены в табл. 4.1. Для реализации методов контроля прочностных показателей бетона, основанных на ультразвуковом импульсном методе и расчетном методе по температурно-временному фактору, были созданы измерительные блоки. Блоки состоят из основания, на котором установлены ультразвуковые преобразователи на расстоянии 200 мм друг от друга. Измерительные блоки устанавливались на противоположных поверхностях экспериментальной конструкции, так чтобы ультразвуковые преобразователи были попарно соосны. Для крепления измерительных блоков после снятия опалубки конструкции, а также для более точного измерения базы сквозного прозвучивания и обеспечения соосности преобразователей, использовались стальные градуированные крепежно-измерительные стержни с нанесением делений с шагом 1 мм. В качестве пьезоэлемента в преобразователях применялся титанат бария ТБК-3. Использовался ультразвуковой прибор УК-14П. Влажность определялась посредством влагомера универсального ВИМС-1.УЗ. Для измерения температуры на поверхности и в теле бетонной конструкции применялся портативный цифровой измеритель температуры ТЕМП-3.01. Принципиальная схема измерительного блока представлена нарис. 4.1.
Экспериментальные исследования контроля прочностных показателей бетона, как уже было сказано, состояли из опытов, в которых бетон твердел в естественных условиях или с обогревом в термоактивной опалубке. С обогревов проводилось два опыта (опыт№ 1, 2). Обогрев производился в разработанной на кафедре ТСП ИНГ АСУ эффективной термоактивной опалубке [52]. Греющая опалубка была разработана на базе стальной опалубки с размерами щитов 1200x600 мм. В качестве нагревателей применялись трубчатые электронагреватели (ТЭНы). Для повышения ее эффективности были реализованы следующие решения:
