А.И.САГАЙДАК, канд. техн. наук (НИИЖБ), Применение метода акустической эмиссии для оценки качества заделки закладных деталей
В НИИЖБе были проведены исследования, направленные на разработку новых неразрушающих методов контроля качества заделки закладных деталей в ограждающих конструкциях. Необходимость в этом возникла после того, как при строительстве производственного корпуса появились сомнения в качестве изготовления закладной детали в ограждающей стеновой панели. Требовалось разработать неразрушающий метод контроля, который позволял бы отбраковывать дефектные конструкции. Радиографический метод не позволил решить такую задачу; тогда возникла идея использовать метод тестовых нагрузок и акустической эмиссии (АЭ).
Метод тестовых нагрузок основан на испытании конструкции нагрузками, составляющими 10...30% от расчетных эксплуатационных, при нагружении конструкции по схеме, моделирующей действительную работу конструкции. Метод АЭ позволяет оценивать прочность и деформативность материалов, уровень напряженного состояния, качество сцепления арматуры с бетоном. Предполагалось, что качество заделки закладных деталей определяется площадью и силой адгезионного сцепления поверхности закладной детали с бетоном, прочностью и трещиностойкостью приграничной области бетона. Известны тесные корреляционные связи между АЭ и уровнем действующих напряжений в элементах железобетонных конструкций под действием силовых факторов. Разработанная методика оценки качества заделки закладных деталей базируется на указанных выше методах.
Эксперименты выполнялись на фрагментах стеновых панелей размером 1400x900x370 мм. Образцы изготовляли из керамзитобетона класса В8,5 с наружными и внутренными слоями из тяжелого бетона. В образцах исследовали узел сопряжения стеновой панели с колонной. Фрагменты стеновых панелей изготовляли с закладными деталями двух типов в натуральную величину. В образцах первой серии закладная деталь была выполнена в виде стального плоского элемента, к которому под углом 90° приваривались стержневые анкеры с закрепленными на концах шайбами. В образцах второй серии закладная деталь была выполнена в виде стального плоского элемента, к которому под углом 90° приваривались стержневые анкеры с закрепленными на концах шайбами и наклонные стержневые анкеры, располагавшиеся попарно на торцах пластин. На концах этих анкеров были приварены уголки.
В фрагментах стеновых панелей первой серии были смоделированы основные технологические дефекты, возможные при изготовлении панелей с закладными деталями: плоские элементы закладных деталей не были утоплены в бетон (первый тип дефекта); пустоты и недоуплотнения бетона в области анкеров и под плоским элементом (второй и третий тип дефекта). Были также изготовлены и бездефектные образцы. Всего было испытано 16 фрагментов стеновых панелей.
Закладные детали испытывали в железобетонной силовой раме на действие нагрузок, имитирующих отрывающие усилия. Для этого к закладным деталям приваривали стальной столик, предназначенный для передачи на них отрывающего усилия. Нагрузку к столику прикладывали при помощи гидравлического домкрата с эксцентриситетом 130 мм. Режим приложения нагрузки был принят ступенчатым, с выдержкой на каждой ступени нагружения по 5... 10 мин. Перемещение закладной детали относитель
В качестве примера на рисунке представлены результаты регистрации суммарного счета АЭ Nc на четырех уровнях дискриминации амплитуды сигналов АЭ. Появление сигналов АЭ при нагружении закладной детали обусловливается изменением напряженно-деформированного состояния бетона в приграничной с закладной деталью области, нарушением адгезионного слоя между бетоном и металлом закладной детали, микротрещи- нообразованием и разрушением бетона и металла.
Исследования показали, что при нагружении закладной детали характер сигналов АЭ позволяет выявить, как минимум, три стадии деформир- вания бетона. Первая характеризуется незначительным ростом АЭ; на второй наблюдается практически линейная зависимость между усилием нагружения и количеством регистрируемых сигналов АЭ; третья стадия характеризуется резким увеличением количества регистрируемых сигналов АЭ.
По результатам испытаний была определена реальная несущая способность (Rp.a) закладных деталей. Наибольшую несущую способность показали образцы второй серии (150...160 кН). В образцах первой серии наибольшая несущая способность оказалась у образцов с первым типом дефекта (90... 140 кН). Наименьшая несущая способность была зафиксирована у образцов первой серии со вторым типом дефекта (50...60 кН). Для эталонных образцов первой серии несущая способность закладных деталей составила 70...90 кН. Несущая способность образцов первой серии с третьим типом дефекта составила 60...70 кН.
По результатам испытаний фрагментов стеновых панелей была построена градуировочная зависимость между суммарным счетом АЭ Nc, зарегистрированным на уровне 30% от эксплуатационных нагрузок R, и реальной несущей способностью закладных деталей Яраз
При построении такой градуировочной зависимости наиболее информативным оказался первый уровень дискриминации амплитуды сигнала АЭ. Градуировочная зависимость является универсальной, так как для ее построения были использованы образцы, содержащие основные технологические дефекты и различные типы закладных деталей. Правомерность такой аппроксимации подтверждается статистическими критериями: коэффициентом корреляции г = 0,97 и коэффициентом вариации v = 5,2%.
Таким образом, разработанная методика неразрушающего контроля качества заделки закладных деталей позволяет при помощи метода АЭ и тестовых нагрузок, составляющих 30% от расчетных эксплуатационных, прогнозировать предельную несущую способность закладных деталей.
Бетон и железобетон, 1998 №5