Методы и средства неразрушающего контроля бетона и железобетонных изделий

Для оценки состояния конструкций зданий и сооружений необходим всесторонний анализ факторов, влияющих на их эксплуатационные характеристики, при этом определяющей характеристикой является несущая способность конструкции, которая, в свою очередь, напрямую зависит от прочности бетона и параметров армирования. Для контроля прочности бетона достаточно широко применяются методы с частичным разрушением бетона — отрыв со скалыванием, скалывание ребра и отрыв дисков, механические методы — пластической деформации, упругого отскока и ударного импульса, физические методы — ультразвуковой и метод волны удара. Далее пойдет речь о преимуществах и недостатках перечисленных методов и о приборах, созданных на их основе. Наиболее точными являются методы с частичным разрушением бетона. Метод отрыва со скалыванием позволяет контролировать прочность бетона на глубине до 48 мм, что определяется глубиной заделки анкера. К недостаткам этого метода можно отнести высокую трудоемкость и невозможность его использования в густоармированных участках конструкций; альтернативой является метод скалывания ребра: к его достоинствам можно отнести более высокую производительность и возможность испытания густоармированных участков конструкций. �з приборов, основанных на методах с частичным разрушением бетона, в настоящий момент в России производится только две современных модели — «Скол» и «Отрыв», являющиеся модификациями прибора ПОС-МГ4. Это сравнительно небольшие и легкие приборы, развивающие усилия 3000 кГс и 5000 кГс, предназначенные для контроля прочности бетона в диапазоне 5—100 МПа с погрешностью до ±2%. Отличительной особенностью приборов является электронный силоизмеритель. Для удобства эксплуатации приборы оснащены функцией запоминания максимальной нагрузки при вырыве фрагмента бетона, устройством индикации скорости нагружения в процессе испытаний в диапазоне 1,5—3 кН/сек и микрометрической гайкой для контроля величины проскальзывания анкера. Устройство для нагружения выполнено по оригинальной компоновочной схеме, обеспечивающей большее удобство при эксплуатации прибора. С целью повышения точности обеспечена возможность ввода информации в диалоговом режиме: о виде бетона, об условиях твердения бетона и типоразмере анкера, о фракции заполнителя, при этом происходит автоматический выбор одной из 12 градуировочных зависимостей, установленных в приборах. Предусмотрена возможность записи в программное устройство приборов дополнительно 16 индивидуальных зависимостей пользователя. Результаты испытаний хранит энергонезависимое запоминающее устройство. �з методов, основанных на ударном воздействии на бетон, наиболее производительным является метод ударного импульса, он также и более перспективен с точки зрения автоматизации процесса контроля. К достоинствам метода относится форма электрического сигнала (акустического импульса), являющаяся комплексной характеристикой, зависящей от упругих и пластических свойств исследуемого материала, а также относительно низкое влияние состава бетона на результаты измерений. К недостаткам можно отнести контроль прочности в поверхностном слое и трудоемкость контроля карбонизированного бетона, связанную с необходимостью удаления поверхностного слоя, подверженного карбонизации. На сегодняшний день разработано два прибора, реализующих этот метод: �ПС-МГ4 и �ПС-МГ4+. Микропроцессорный прибор �ПС-МГ4 предназначен для оперативного и производственного контроля прочности и однородности бетона (раствора) методом ударного импульса по ГОСТу 22690. Прибор позволяет записать в программное устройство 16 индивидуальных градуировочных зависимостей, установленных пользователем, для удобства эксплуатации �ПС-МГ4 поставляется потребителю с базовой градуировочной зависимостью, обеспечивающей определение прочности легких и тяжелых бетонов (растворов), имеющих кубиковую прочность от 3 до 100 МПа с погрешностью не более 10%. �змерение прочности бетона заключается в нанесении на контролируемом участке изделия серии до 15 ударов; электронный блок по параметрам ударного импульса, поступающим от склерометра, оценивает твердость и упругопластические свойства испытуемого материала, преобразует параметры импульса в прочность, индицируя ее на дисплее прибора в МПа. Алгоритм обработки результатов измерений включает: усреднение единичных значений; сравнение каждого единичного значения со средним с последующей отбраковкой единичных значений, имеющих отклонения от среднего, более допустимого; усреднение оставшихся после отбраковки единичных значений; индикация и запись в память конечного значения прочности. Конструктивные особенности датчика-склерометра учитывают суровые условия эксплуатации, поэтому по стойкости к ударным нагрузкам и абразивному воздействию он превосходит все известные аналоги; кроме того, в �ПС-МГ4 впервые применена не спиральная, а листовая пружина, что обеспечивает простоту конструкции и стабильные во времени характеристики склерометра. В отличие от предшественника, �ПС-МГ4+ хранит в программном устройстве около 100 градуировочных зависимостей, учитывающих вид бетона, заполнитель, условия твердения и возраст бетона, оснащен более мощным запоминающим устройством, таймером реального времени, оригинальной программой передачи и просмотра данных на компьютере. Многочисленные исследования в области испытания бетона неразрушающими методами показали, что результат, полученный ультразвуковым методом, более других зависит от расхода цемента, крупности и вида заполнителя, от влажности и пористости бетона; различие значений Rсж с показаниями прибора при этом могут достигать 80%. Следовательно, для получения достоверного результата ультразвуковые приборы чаще других необходимо градуировать, а это значительно снижает производительность операций контроля. К неоспоримым преимуществам ультразвука относится возможность обнаружения трещин и скрытых полостей в теле бетона. �сходя из опыта Б. Г. Скрамтаева, М. Ю. Лещинского, В. А. Клевцова и других исследователей, для контроля прочности бетона при обследовании можно рекомендовать сочетание методов — метода отрыва со скалыванием или метода скалывания ребра с высокопроизводительными методами ударного импульса или упругого отскока. При этом уточнение градуировочной зависимости приборов ударного действия производится через коэффициент совпадения, установленный по результатам испытания бетона методом отрыва и ударным методом на одном и том же участке. На остальных участках прочность бетона определяется приборами ударного действия. При выполнении таких работ важную роль играют параметры армирования. Необходимо обладать информацией о наличии арматуры на участке конструкции и о глубине ее залегания. Арматура может увеличивать погрешность в результатах измерения прочности бетона любым методом, кроме того, не обладая информацией о параметрах армирования, нельзя рассчитать несущую способность конструкции, определить аварийные участки. Для определения параметров армирования широко используется магнитный метод. Этот наиболее простой и надежный метод положен в основу всех измерителей защитного слоя бетона в России и за рубежом. В «СКБ Стройприбор» разработан микропроцессорный прибор �ПА-МГ4, предназначенный для контроля толщины защитного слоя бетона и расположения стержневой арматуры диаметром от 3 до 40 мм магнитным методом по ГОСТу 22904. Диапазон измерения защитного слоя — 3—100 мм с погрешностью не более ± 7%. Предусмотрена возможность определения диаметра арматурных стержней при известном защитном слое. Прибор оснащен энергонезависимым запоминающим устройством.