Контроль качества бетона в процессе производства работ

Контроль качества бетона в процессе производства работ, качества выполненных готовых конструкций и частей сооружений.

Контроль качества бетона заключается в проверке соответствия его физико-механических показателей требованиям проекта. Обязательной является проверка прочности бетона на сжатие. Бетон для дорожного и аэродромного строительства необходимо испытывать также на растяжение при изгибе. Испытание бетона на прочность при осевом растяжении, растяжении при изгибе, на морозостойкость и водонепроницаемость производится по требованию проекта. Эти испытания производят на контрольных образцах, изготовленных из проб бетонной смеси, отобранных после ее приготовления на бетонном заводе, а также на месте производства бетонных работ.

Контроль качества бетона в конструкциях и сооружениях осуществляется по требованию проекта или специальных нормативных документов, в случаях, когда имеются опасения, что качество уложенного бетона по каким-либо причинам не соответствует требованиям проекта или физико-механические показатели контрольных образцов ниже проектных. Контроль качества бетона в конструкциях осуществляется испытанием на прочность, морозостойкость и водонепроницаемость выбуренных кернов, а также неразрушающими методами определения прочности.

У места укладки бетонной смеси в конструкции должен производиться систематический контроль ее удобоукладываемости.

Контрольные образцы, изготовленные на месте производства работ, следует хранить в условиях твердения бетона контролируемых конструкций. При этом возможность их повреждения как во время твердения, так и в процессе доставки на испытания должна быть исключена.

Для изготовления контрольных образцов бетона (кубов, цилиндров, балочек и др.) рекомендуется применять только чугунные или стальные разъемные формы, имеющие шлифованные внутренние поверхности с допусками не более 0,01 мм. При формовании бетонной смеси ее уплотнение в образцах должно проводиться на лабораторной виброплощадке с заданными параметрами вибрации (частота 3000 колебаний в 1 мин, амплитуда под нагрузкой 0,35 мм), так как иные приемы уплотнения (глубинными вибраторами, штыкованием и т. д.) создают различные режимы обработки бетонной смеси и показывают обычно заниженные прочностные характеристики бетона.

В общей системе подготовки и проведения контрольных испытаний качества бетона важное значение имеют условия хранения контрольных образцов. Эти условия должны быть одинаковы для всех строительств и лабораторий, осуществляющих контроль качества бетона, так как только при одинаковых условиях твердения контрольных образцов могут быть получены данные испытаний, сопоставимые с нормативными или проектными требованиями. Поэтому после хранения свежеизготовленных образцов под влажной тканью в течение 2—3 сут в помещении при температуре 20±2°С их освобождают от форм, маркируют и хранят в камере нормального режима твердения с относительной влажностью не менее 90% и температурой воздуха 20±2°С.

Прочностные показатели бетона при подборе состава в лабораторных условиях, а также при испытаниях контрольных образцов в производственных условиях рекомендуется определять испытаниями на сжатие, осевое растяжение и изгиб. В тех случаях, когда основным расчетным напряжением является осевое растяжение, прочность на растяжение устанавливается испытанием бетонных образцов-восьмерок.

Если проект не содержит такого условия, прочность при растяжении может быть получена путем раскалывания образцов-кубов или образцов-цилиндров.

Институтом ВНИИжелезобетон разработаны удобные разъемные шлифованные формы, предназначены для изготовления контрольных бетонных образцов при определении прочности бетона. Формы состоят из двух одинаковых узлов. Каждый узел включает сваренные между собой три стенки, образующие три грани одного куба и одну грань другого куба. Узлы соединены винтами с гайками конической формы, которые не раскручиваются при вибрировании. Для контроля прочности бетона в кассетах формы комплектуют крышками с прижимным усилием на поверхность образца около 80 г/см².

Формы изготовляют двухгнездовыми для образцов-кубов с ребрами 10, 15 и 20 см. Масса форм с крышками соответственно 9,1, 9,75 и 17,7 кг. Формы изготовляет опытный завод института.

Статистический контроль однородности и прочности бетона позволяет определить, какие средние значения прочности по отношению к нормируемым значениям могут быть приняты при производстве бетонных работ в зависимости от достигнутого коэффициента вариации.

Как показывает опыт, «а практике обнаруживаются колебания прочностных и других свойств бетона в сооружении. Эти колебания обусловлены неустойчивостью процессов приготовления, транспортировки и укладки бетонной смеси и, как отмечалось, отклонениями от нормативных требований к точности дозирования материалов на бетонном заводе, точности текущего контроля характеристик материалов, применяемых для приготовления бетона, и др. Практически это приводит к тому, что часто завышают прочностные и другие показатели бетона против проектных в расчете на то, что завышение прочности позволит перекрыть все неполадки технологического процесса приготовления и укладки бетонной смеси. Как правило, это увеличивает расход цемента и экономичность бетона снижается. Строгий контроль и тщательное соблюдение нормативов позволяют устранить перерасход цемента и повысить экономичность бетона.

Колебание свойств бетона, укладываемого в сооружение, характеризуется величиной так называемого коэффициента вариации, который может быть определен для любой характеристики бетона. Чем больше колебание свойств, тем больше коэффициент вариации. Определение некоторых из этих характеристик очень трудоемко, поэтому коэффициент вариации вычисляют обычно для прочности при сжатии. Эта величина легко определяется испытанием и может быть использована для целей оперативного, повседневного контроля.

Производя систематические определения коэффициента вариации прочности на конкретном строительстве, можно составить представление о степени однородности укладываемого бетона и налаженности всего технологического комплекса бетонных работ. Коэффициент вариации прочности бетона можно рассматривать как числовое выражение технического уровня организации и выполнения бетонных работ на данном строительстве.

Чем меньше коэффициент (вариации прочности бетона, тем выше технико-экономический уровень строительства.

Другой контрольной величиной является так называемая средняя прочность бетона. Отметим, что чем меньше коэффициент вариации прочности, тем средняя контрольная прочность бетона может быть задана ближе к требуемой по проекту и этим будет достигнуто устранение перерасхода цемента.

Чем больше коэффициент вариации, тем больше на практике прибегают к завышению средней прочности, что приводит к перерасходу цемента на строительстве.

Отсюда следует, что во всех случаях необходимо стремиться к обеспечению наименьшего в условиях строительства коэффициента вариации прочности бетона.

Для ориентировки можно указать, что при значениях коэффициента вариации до 15% качество бетона и тщательность контроля считаются хорошими, от 15 до 20% — удовлетворительными и свыше 20% — неудовлетворительными.

Коэффициент вариации прочности бетона вычисляют по данным испытаний образцов, пользуясь специальной инструкцией.

Предварительно нужно определить так называемую среднюю прочность образцов бетона R_ср по формуле

где R₁, R₂,...R_n — прочность отдельных образцов; n — число образцов.

Затем определяют среднее квадратичное отклонение прочности образцов от средней прочности по формуле

где R₁ — значения прочности образцов (от 1 до n).

Далее из отношения величины ? к величине R_ср определяют в процентах коэффициент вариации С_V по формуле

Коэффициент вариации показывает, какой процент средней прочности составляет среднее квадратичное отклонение прочности.

Величина С_V зависит от многих факторов, которые можно разделить на две группы:

• производственные факторы, к которым относятся переменная влажность заполнителей, недостаточно высокая точность дозирования компонентов бетона при приготовлении бетонной смеси, загрязненность и неудовлетворительный фракционный состав заполнителей, неравномерная проработка бетонной смеси при изготовлении контрольных образцов и др.;
• технологические факторы, связанные с применением цемента различной активности, корректированием составов бетона в связи с применением добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ), неоднородностью составляющих бетон материалов в объеме образца, некоторыми отклонениями от условий механических испытаний образцов и др.

Действуя совместно, производственные и технологические факторы оказывают сложное влияние на конечный результат, определяя среднюю прочность бетона, и обусловливают результат каждого частного испытания.

Поэтому наряду с контролем всех основных технологических процессов в отношении их стабильности по заданным параметрам необходима текущая производственная проверка качества бетона с обработкой ее результатов по указанным выше статистическим зависимостям. Анализ данных позволяет поддерживать качество бетона на высоком уровне, не допуская перерасхода цемента.

Контроль однородности и прочности бетона распадается на анализируемый (базисный) и контрольный периоды. Анализируемый период, равный по длительности одному-двум месяцам, предназначен для сбора и обработки данных с целью определения основных статистик, характеризующих производство, на котором предполагается внедрить статистический контроль.

Контрольный период предназначен для контроля производства и сопоставления результатов с ранее полученными результатами. Коэффициент вариации прочности бетона за этот период постоянен и равен коэффициенту вариации за предшествующий анализируемый период. Длительность контрольного периода — от двух недель до одного месяца.

Для получения статистических данных отбирают пробы и изготовляют из них серии образцов, которые в свою очередь объединяют в партии.

На предприятии по производству товарной бетонной смеси из каждой пробы следует изготовлять одну серию контрольных образцов для определения прочности бетона в 28-суточном или любом другом установленном лабораторией возрасте, при бетонировании конструкций — одну серию в заданные лабораторией сроки. Образцы в первом случае должны твердеть в камере нормального хранения, на строительной площадке — в условиях, аналогичных условиям твердения бетона в конструкции.

Для контроля прочности бетона в предварительно напряженных конструкциях, при твердении его в несущей опалубке в зимних условиях и других обоснованных случаях число серий образцов, изготовленных из одной пробы, должно быть увеличено, если не производились промежуточные контрольные испытания неразрушающими методами.

Для предварительно напряженных конструкций дополнительная серия образцов должна быть испытана перед передачей усилия напряжения арматуры на бетон, при бетонировании конструкции в несущей опалубке— перед снятием опалубки. При зимнем бетонировании одна из серий должна быть испытана, когда температура упадет до 1—2°С, а в конструкциях с противоморозными добавками — до расчетной температуры. Вторая серия — запасная для получения контрольных данных.

При бетонировании в скользящей опалубке на месте изготовляют три серии образцов, которые в случае твердения бетона при положительной температуре испытывают в возрасте 1; 3 и 28 сут. В зимних условиях одну серию хранят в условиях нормальной влажности и температуры и испытывают через 28 сут, остальные образцы хранят в тепляке на наружных подвесных подмостях на расстоянии 0,5 м от пола до выхода бетона равного им возраста из тепляка. При этом одну серию испытывают непосредственно перед выходом бетона из тепляка, а вторую хранят при отрицательной температуре и испытывают весной после месячного хранения при положительной температуре.

Серия образцов должна состоять из трех контрольных образцов-кубов, изготовленных из бетонной смеси одной пробы, твердевших в одинаковых условиях и испытанных в одном и том же возрасте. Изготовлять два образца в серии допускается только тогда, когда коэффициент вариации, рассчитанный по результатам испытаний 12 образцов, не превышает 5%, а также в тех случаях, когда есть возможность сопоставить результаты испытаний контрольных образцов бетона, отобранных у места укладки и на предприятии, поставляющем бетонную смесь.

Размер партии назначают, исходя из того, что продолжительность ее изготовления не должна превышать суток для бетона монолитных конструкций зданий и сооружений.

От каждой партии бетона необходимо отбирать не менее двух проб из разных замесов и не менее одной пробы за сутки на предприятии, выпускающем товарную бетонную смесь, и двух проб за сутки — на строительных площадках при бетонировании монолитных конструкций. Количество проб, выбираемых от каждой партии бетона, должно быть постоянным в течение контролируемого периода.

Пробы бетона следует отбирать из произвольно -выбранных замесов у места погрузки бетонной смеси в транспортную емкость — при производстве товарной бетонной смеси и у места бетонирования — при бетонировании конструкций зданий и сооружений.

На объектах с общим объемом бетонных работ не менее 50 м³ допускается производить оценку прочности бетона по данным предприятия, изготовляющего товарную бетонную смесь, без изготовления контрольных образцов на месте укладки. Это требование не распространяется «а контроль прочности бетона при возведении тонкостенных и каркасных конструкций, а также при замоноличивании стыков сборных и сборно-монолитных конструкций.

На приобъектных бетонных заводах производительностью до 15 м³ в смену допускается оценку прочности бетона производить только по данным испытания контрольных образцов, изготовленных непосредственно у места укладки бетонной смеси в конструкции.

Применение неразрушающих методов испытаний бетона в производственных условиях позволяет с определенной степенью приближения определять свойства бетона, в первую очередь его прочность, в отдельных частях и сечениях сооружений. С помощью этих методов можно определять степень однородности бетона по прочности, выявлять дефектные участки бетона в сооружении, контролировать рост прочности во времени в процессе твердения.

Использование неразрушающих методов позволяет повышать надежность контроля прочностных показателей бетона, улучшать эксплуатационно-технические свойства бетонных конструкций и сооружений.

Различают неразрушающие испытания прочности бетона в конструкции приборами механического действия и электронно-акустическими методами. Для определения плотности бетона, его дефектов как поверхностных, так и внутренних, расположение арматуры, влажность бетона и бетонной смеси контролируют рентгеновскими и радиометрическими, магнитными и электромагнитными методами, люминесцентной и цветной дефектоскопией.

Механические приборы для испытания прочности бетона непосредственно в конструкциях и сооружениях подразделяют на две труппы: приборы, основанные на принципе заглубления наконечника в бетон и получения величины пластической деформации, и приборы, основанные на принципе упругого отскока от поверхности бетона и получения величины упругой деформации.

В настоящее время разработан и изготовляется серийно комплекс ультразвуковых, радиоизотопных, электромагнитных и других приборов операционного и неразрушающего контроля бетонных и железобетонных конструкций, позволяющих осуществлять оперативный контроль таких физико-механических характеристик, как прочность, плотность, влажность.

Для измерения времени распространения ультразвука в бетоне на конечной стадии твердения, а также в готовых железобетонных конструкциях применяют приборы типа УФ-90ПЦ, «Бетон-8УР», УК-10П, УКД6П.

Так, ультразвуковой прибор «Бетон-8УР», разработанный институтом ВНИИжелезобетон, предназначен для определения физико-механических свойств бетона на основании информации о скорости распространения ультразвука в материале. Прибор переносной. Он позволяет производить измерения в диапазоне 0,1—1 м толщины бетона. Автономный источник питания обеспечивает его непрерывную работу в течение 8 ч.

При выполнении бетонных работ с использованием скользящей опалубки перспективно применение переносного прибора «Бетон-9КТ», позволяющего контролировать прочностные характеристики бетона на ранних стадиях твердения, определять начало схватывания бетонной смеси.

Прибор обеспечивает контроль прочности бетона с остаточной погрешностью 0,2 МПа (при прочностях до 2 МПа).

Заключение

Дальнейшее повышение производительности труда при производстве бетонных работ может быть достигнуто за счет технического перевооружения строительных организаций, применения высокоэффективных машин и механизмов, специализированного технологического автотранспорта, средств малой механизации. Сокращению трудозатрат способствует создание в общестроительных трестах специализированных участков по возведению монолитных бетонных и железобетонных конструкций и участков управлений малой механизации при управлениях трестов механизации.

Повышение технического уровня возведения монолитных конструкций зданий и сооружений обеспечивается не только использованием наиболее совершенных организационно-технологических решений, высокопроизводительного оборудования, но в значительной мере определяется также внедрением новых строительных материалов и прогрессивных монолитных бетонных конструкций.

Значительное развитие должны получить конструкции на основе высокомарочных цементов, цементов с регулируемыми сроками схватывания, а также обеспечивающих определенное предварительное напряжение. Развитие методов предварительного напряжения или последующего натяжения арматуры позволяет уменьшить размеры поперечных сечений конструкций из монолитного бетона. Это в первую очередь относится к монолитным железобетонным перекрытиям и балкам.

Однако на практике мы часто сталкиваемся с недостаточным учетом взаимовлияющих факторов. Наблюдается неверная оценка значимости отдельных задач под влиянием узкопрофессиональной точки зрения, разобщена деятельность организаций, отвечающих за технический уровень монолитного строительства.

Так, отсутствие унификации, конструктивных решений арматуры и опалубки приводит к огромному перерасходу трудовых ресурсов, появлению многочисленных типов опалубки, перерасходу материалов.

Увлечение ряда организаций конструктивными локальными опалубочными системами часто не обеспечивается проработкой вопросов централизованного изготовления унифицированной опалубки.

Создав мощные средства укладки бетонной смеси, мы не в состоянии часто обеспечить своевременную доставку смеси или, например, обеспечить требуемое ее качество по составу.

Поэтому необходима система, которая бы объединяла и взаимоувязывала все необходимые знания, сведения, материальные средства и способы их использования, методы организации работ, направленные на решение проблемы.

Такая система должна обеспечить ответы в первую очередь на следующие вопросы:

• что должно быть сделано, какие технические средства и технология необходимы для повышения эффективности монолитного строительства;
• что должно быть создано, произведено, израсходовано для достижения цели;
• когда должны быть начаты и закончены отдельные этапы работы;
• какова общая технико-экономическая эффективность и эффективность решения частных задач проблемы;
• где должны быть выполнены отдельные этапы программы, на каких заводах и стройплощадках;
• кто отвечает за выполнение программы в целом, отдельных ее этапов, кто выполняет работу и выделяет ресурсы.

Построение такой программы повышения эффективности монолитного строительства включает группировку мероприятий и распределение ответственности за их реализацию по трем основным направлениям: конструкции и материалы, технология и техника, организация и экономика.

Целью решений, принимаемых по первому направлению, являются разработка экономичных проектных решений, обеспечивающих технологичность и унификацию монолитных конструкций, опалубки, арматуры, применение эффективных материалов, арматурных сталей с повышенными механическими свойствами, высокомарочных цементов, суперпластификаторов и пр.

Задачи второго направления — разработать высокоэффективную технологию и технику монолитного строительства, индустрию централизованного изготовления прогрессивных конструкций опалубки, арматуры, приготовления товарной бетонной смеси на специализированных заводах и установках, средства и технологию работ в построечных условиях.

Третье направление определяет решения по организации и экономике строительства, обеспечению материально-техническими ресурсами, решает вопросы ценообразования.

Программный принцип решения проблемы позволяет увязывать действия организаций-исполнителей, каждая из которых решает частную задачу при осуществлении общей цели.

Каждый вид работы — опалубочные, арматурные, бетонные — рассматривается как подсистема, различные элементы которой взаимоувязаны. Система возведения монолитных конструкций зданий и сооружений должна представлять собой планируемый комплекс мер различного характера, направленных на повышение эффективности монолитного строительства.

Выполнение широкой программы целенаправленных системных исследований потребует радикального пересмотра организации научных исследований в области монолитного строительства.