О погрешностях нейтронного метода измерения тажности заполнителя и бетона
Нейтронные методы измерения влажности широко применяют в строительстве для контроля, инертных заполнителей, бетона и других строительных материалов. В нашей стране и за рубежом разработаны нейтронные влагомеры, отличающиеся геометрией измерений, параметрами источника пептонов, базой измерений, детекторами в электрическими схемами они и техническими характеристиками, важнейшей из которых является точность Абсолютная погрешность нейтронных влагомеров колеблется IT 0,2 до 1,5%. а относительная погрешность составляет 2... 10%.
Приводимое в описаниях влагомеров основной погрешности случайной погрешностью однократного измерения влажности в определенных условиях испытаний. В других условиях погрешность измерения влажности может значительно отличаться от погрешности прибора из-за систематической ошибки. Основными источниками систематической погрешности является несоблюдение расчетной геометрии измерений, изменение плотности твердой (скелета) контролируемой среды, а также колебания ее химического состава.
Рассмотрим только часть систематической погрешности, обусловленной наличием в контролируемой среде связанной воды. При этом принимаем, что связанная и свободная вода влияет на показания влагомера одинаково, в отличие от других точек зрения.
Рассмотрим доинверсионный влагомер, считая, что его градуировочная характеристика линейна (см. прямую 1 на рисунке). При одинаковой плотности скелета эта характеристика пригодна для любых сред, не содержащих связанного водорода (воды) и аномальных элементов (бора, кадмия, хлора и т, п.). При наличии в составе скелета связанной воды градуировочная характеристика сместится параллельно, и тем выше, чем больше содержание связанной воды. Если содержание связанной воды в подлежащей контролю среде неизвестно, то результат измерений будет отягощен систематической ошибкой, увеличивающейся при отклонении градуировочной характеристики влагомера от «истинной», соответствующей фактическому содержанию связанной воды. В некоторых случаях эту «истинную» характеристику удается построить, пе определяя содержания связанной воды. Так, в сыпучей среде при изменении влажности и параллельном измерении ее нейтронным и термостатно-весовым способом можно автоматически учесть фактическое содержание связанной воды. При этом точность измерении будет близка точности прибора. При измерении влажности твердых тел, например схватившегося бетона, исключить систематическую погрешность таким способом невозможно.
Связанная вода содержится в крупном заполнителе, в качестве которого для тяжелого бетона обычно используется гранит. Согласно ()3), содержание связанной воды в гранитах отечественных месторождений колеблется от 0,48 до 1,38%. Учитывая наличие воды в порах гранита (которую в данном случае следует рассматривать как связанную), в пересчете на бетон количество связанной воды может изменяться от 0,5 до 1,5%.
Другим источником связанной воды в бетоне является цементный камень. По данным )4). в полностью прогидратироваином портландцементе связывается вода, масса которой составляет 25% массы сухого цемента. В хорошо прогидратированном цементе эта величина составляет 20%- Если расход цемента на 1 м3 тяжелого бетона колеблется от 200 до 450 кг, а количество воды, идущее на гидратацию цемента, от 10 до 20% его массы, то количество связанной цементным камнем воды может изменяться от 1 до 4,5% массы бетона.
Следовательно, в зависимости от заполнителя, расхода цемента и степени его гидратации содержание связанной воды в бетоне может изменяться от 1,5 до 6% по массе (см. рисунок). При использовании других заполнителей, например песчаника, гравия или базальта, этот диапазон будет еще шире. Если о составе бетона, влажность которого подлежит определению, что- либо известно, например расход цемента, то можно ограничить диапазон возможных градуировочных характеристик. Так, при расходе цемента 400 кг/м3 возможные колебания содержания связанной поды будут составлять от 2,5 до 5,5%. При отсутствии сведений о составе бетона приходится считать, что «истинная» градуировочная характеристика может оказаться в любом месте между прямыми 2 и 3 (см. рисунок), и для перехода от полученного при измерениях значения скорости счета л, к влажности необходимо ориентироваться на крайние значения W, HjW72. При ЭТОМ абсолютная систематическая погрешность будет составлять более 4%. Очевидно, что при этом случае измерения теряют смысл, так как максимальная влажность тяжелого бетона пе превышает 8— 9%. Различные ухищрения, например использование специальных образцов для калибровки, также бессмысленны при неизвестном фактическом содержании связанной воды в контролируемом бетоне.
Таким образом, в рассмотренных случаях точность измерения влажности определяется не аппаратурной, а методической погрешностью, которую можно классифицировать как систематическую погрешность известного происхождения, но неизвестной величины. Это приводит к парадоксальной ситуации, когда, имея точный влагомер, невозможно отградуировать его для измерения влажности бетона. Однако это не снижает ценности нейтронной влагометрин, эффективность которой для многих случаев несомненна, а позволяет исходя из реальных возможностей разумно ограничить область применения нейтронного метода измерения влажности или обогреву конструкции. При предварительном определении ожидаемой прочности общее, время остывания z0 допустимо принимать равным Зт.
Выводы
На основании анализа кинетики остывания конструкций, бетонируемых методом «термос» с разогревом смеси, дано математическое описание процесса в зависимости от показателя интенсивности остывания в начальный период.
Предложена методика расчета приведенного возраста и прочности бетона с помощью номограммы, позволяющая определять ожидаемую прочность заблаговременно по данным наблюдения за фактическим режимом остывания в начале выдерживания.