| Число отскока (условные единицы) | Прочность бетона (МПа) | Класс бетона | Марка бетона |
|---|---|---|---|
| 20–25 | 10–15 | В7,5–В10 | М100–М150 |
| 26–30 | 16–20 | В12,5–В15 | М150–М200 |
| 31–35 | 21–25 | В15–В20 | М200–М250 |
| 36–40 | 26–32 | В20–В25 | М250–М350 |
| 41–45 | 33–40 | В25–В30 | М350–М400 |
| 46–50 | 41–50 | В30–В40 | М400–М500 |
| 51–60 | 51–70 | В40–В50 | М500–М600 |
| Класс бетона | Скорость при сквозном прозвучивании (м/с) | Скорость при поверхностном прозвучивании (м/с) |
|---|---|---|
| В7,5–В10 | 3000–3400 | 2700–3100 |
| В12,5–В15 | 3400–3700 | 3100–3400 |
| В20 | 3700–4000 | 3400–3700 |
| В25 | 4000–4300 | 3700–4000 |
| В30 | 4300–4500 | 4000–4200 |
| В35–В40 | 4500–4700 | 4200–4400 |
| В45–В50 | 4700–4800 | 4400–4600 |
| Фактор влияния | Условия | Коэффициент для склерометрии | Коэффициент для УЗ-метода |
|---|---|---|---|
| Влажность бетона | Воздушно-сухой (2–4%) | 1,00 | 1,00 |
| Нормальная (5–6%) | 0,95–0,97 | 1,02–1,03 | |
| Влажный (7–8%) | 0,90–0,93 | 1,04–1,06 | |
| Водонасыщенный (>10%) | 0,85–0,90 | 1,06–1,08 | |
| Возраст бетона | 7 суток | 0,70–0,75 | 0,75–0,80 |
| 14 суток | 0,85–0,90 | 0,88–0,92 | |
| 28 суток | 1,00 | 1,00 | |
| 90 суток | 1,05–1,10 | 1,03–1,06 | |
| 180 суток | 1,10–1,15 | 1,06–1,09 | |
| >180 суток | 1,15–1,25 | 1,09–1,12 |
| Метод контроля | Минимальное количество измерений на участке | Расстояние между точками измерений | Расстояние от края конструкции |
|---|---|---|---|
| Склерометрия (упругий отскок) | 5–10 ударов | ≥30 мм | ≥50 мм |
| Ультразвуковой метод (сквозное прозвучивание) | 1 измерение | — | ≥50 мм |
| Ультразвуковой метод (поверхностное прозвучивание) | 3–5 измерений | База прозвучивания ≥120 мм | ≥50 мм |
| Метод ударного импульса | 5–10 ударов | ≥15 мм | ≥50 мм |
- Физические основы неразрушающего контроля прочности бетона
- Метод склерометрии (упругого отскока)
- Ультразвуковой импульсный метод
- Построение градуировочных зависимостей
- Факторы, влияющие на результаты измерений
- Комбинированные методы контроля
- Практические рекомендации по проведению измерений
- Часто задаваемые вопросы
Физические основы неразрушающего контроля прочности бетона
Неразрушающий контроль прочности бетона представляет собой совокупность методов, основанных на измерении косвенных характеристик материала, коррелирующих с его прочностными свойствами. В отличие от разрушающих методов, требующих изготовления контрольных образцов или выбуривания кернов, неразрушающие методы позволяют проводить оценку прочности непосредственно в конструкции без нарушения ее целостности.
Основные методы неразрушающего контроля бетона регламентируются следующими нормативными документами: ГОСТ 22690-2015 для механических методов и ГОСТ 17624-2021 для ультразвукового метода. Эти стандарты устанавливают требования к приборам, методикам измерений, построению градуировочных зависимостей и оценке погрешности результатов.
К основным механическим методам относятся метод упругого отскока (склерометрия), метод ударного импульса, метод пластической деформации, метод отрыва и метод отрыва со скалыванием. Среди физических методов наибольшее распространение получил ультразвуковой импульсный метод, основанный на измерении скорости распространения упругих волн в бетоне.
Нормативная база и область применения
Согласно ГОСТ 22690-2015, механические методы применяются для контроля прочности тяжелых, мелкозернистых, легких и напрягающих бетонов в диапазоне от 5 до 100 МПа. ГОСТ 17624-2021 распространяется на тяжелые, мелкозернистые, легкие и самонапрягающие бетоны монолитных, сборных и сборно-монолитных конструкций.
Неразрушающие методы применяются для определения отпускной и передаточной прочности, контроля прочности в промежуточном и проектном возрастах, а также при обследовании эксплуатируемых конструкций. Правила контроля и оценки прочности бетона в конструкциях установлены ГОСТ 18105-2018.
Метод склерометрии (упругого отскока)
Метод склерометрии основан на измерении величины упругого отскока бойка склерометра (молотка Шмидта) от поверхности бетона. Физический принцип метода заключается в том, что при ударе по поверхности твердого тела часть кинетической энергии бойка поглощается, а часть возвращается в виде энергии упругого отскока. Величина отскока прямо пропорциональна поверхностной твердости материала, которая, в свою очередь, коррелирует с прочностью бетона на сжатие.
Конструкция и типы склерометров
Наибольшее распространение получили молотки Шмидта различных модификаций, различающиеся энергией удара. Основные типы приборов:
МШ-20 (тип P): энергия удара 0,196 Дж, предназначен для контроля растворов и легких бетонов прочностью от 5 до 15 МПа. Применяется для испытаний швов кирпичной кладки и тонкослойных покрытий.
МШ-225A (тип N): энергия удара 2,207 Дж, наиболее распространенный тип для контроля тяжелого бетона прочностью от 10 до 70 МПа. Применяется для конструкций толщиной не менее 100 мм, жестко связанных с массивным основанием.
МШ-75 (тип L): энергия удара 0,735 Дж, используется для контроля прочности тонкостенных конструкций толщиной от 50 до 100 мм, малогабаритных изделий и кернов. Энергия удара в три раза меньше, чем у типа N.
Методика проведения измерений
Согласно ГОСТ 22690-2015, измерения методом упругого отскока проводятся на участках конструкций площадью от 100 до 900 см². На каждом участке наносится от 5 до 10 ударов с расстоянием между точками не менее 30 мм. Расстояние от края конструкции должно быть не менее 50 мм, а от арматурных стержней – не менее 30 мм.
Прибор должен располагаться перпендикулярно к поверхности бетона. При горизонтальном, наклонном или вертикальном направлении удара необходимо вводить поправочные коэффициенты в соответствии с паспортом прибора или градуировочной зависимостью.
где R – прочность бетона (МПа), N – среднее число отскока по шкале прибора, a₁ и a₀ – коэффициенты градуировочной зависимости.
Подготовка поверхности
Поверхность бетона перед испытаниями должна быть очищена от загрязнений, высолов, отслаивающихся частиц. Карбонизированный поверхностный слой толщиной 3–5 мм следует удалить шлифованием, так как он обладает повышенной твердостью и искажает результаты измерений в сторону завышения прочности на 15–25%.
Ультразвуковой импульсный метод
Ультразвуковой метод определения прочности бетона основан на зависимости между скоростью распространения упругих продольных волн в материале и его прочностными характеристиками. Физическая сущность метода заключается в том, что скорость распространения упругих волн в твердом теле определяется его упругими свойствами и плотностью, которые, в свою очередь, коррелируют с прочностью.
Физические основы метода
При прохождении ультразвуковых волн через бетон скорость их распространения зависит от модуля упругости, плотности, пористости и структуры материала. В плотном бетоне с высоким модулем упругости скорость ультразвука выше, чем в пористом бетоне низкой прочности. Для тяжелого бетона скорость продольных волн находится в диапазоне от 3000 до 4800 м/с в зависимости от класса прочности.
Способы прозвучивания
Сквозное прозвучивание применяется, когда имеется доступ к противоположным поверхностям конструкции. Излучатель и приемник устанавливаются с противоположных сторон конструкции, расстояние между ними определяется непосредственно. Этот способ обеспечивает наибольшую точность измерений, так как ультразвуковая волна проходит через весь объем бетона.
Поверхностное прозвучивание используется при одностороннем доступе к конструкции. Излучатель и приемник располагаются на одной поверхности на расстоянии (базе прозвучивания) не менее 120 мм согласно ГОСТ 17624-2021. При этом методе ультразвуковая волна распространяется в поверхностном слое бетона на глубину, примерно равную базе прозвучивания.
где V – скорость ультразвука (м/с), L – база прозвучивания (мм), t – время распространения ультразвука (мкс).
Требования к оборудованию
Ультразвуковые приборы должны обеспечивать генерацию и прием продольных волн с частотой от 40 до 60 кГц для тяжелого бетона. Погрешность измерения времени распространения ультразвука не должна превышать ±0,1 мкс. Рабочая поверхность преобразователей должна иметь диаметр не менее 40 мм для обеспечения надежного акустического контакта с бетоном.
Построение градуировочных зависимостей
Градуировочная зависимость представляет собой математическую функцию, связывающую косвенную характеристику (число отскока, скорость ультразвука) с прочностью бетона. Различают три типа градуировочных зависимостей: универсальные, индивидуальные и уточненные.
Типы градуировочных зависимостей
Универсальные зависимости устанавливаются для типовых составов бетона и приводятся в нормативной документации или паспортах приборов. Они применяются для экспресс-оценки прочности при обследовании конструкций, однако их погрешность может достигать 20–25% для склерометрии и 15–20% для ультразвукового метода.
Индивидуальные зависимости строятся для конкретного состава бетона путем параллельных испытаний образцов неразрушающим методом и разрушающим методом по ГОСТ 10180-2012. Этот тип зависимостей обеспечивает минимальную погрешность определения прочности (10–12% для склерометрии, 8–12% для ультразвука).
Уточненные зависимости получают путем корректировки универсальной или ранее построенной зависимости с помощью коэффициента совпадения. Для этого проводят контрольные испытания нескольких участков (не менее 3) неразрушающим и разрушающим методами.
Требования к построению зависимостей
Согласно ГОСТ 22690-2015 и ГОСТ 17624-2021, для построения градуировочной зависимости необходимо испытать не менее 12 участков конструкций или образцов. Прочность бетона этих участков должна охватывать диапазон от 0,5 до 1,5 ожидаемой прочности контролируемого бетона.
Для метода упругого отскока коэффициент корреляции между прочностью и числом отскока должен быть не менее 0,7. Для ультразвукового метода – не менее 0,8. При более низких значениях коэффициента корреляции зависимость считается неудовлетворительной и требует увеличения числа точек или пересмотра условий испытаний.
Факторы, влияющие на результаты измерений
Влажность бетона
Влажность бетона оказывает существенное и противоположное влияние на результаты склерометрии и ультразвукового метода. При увлажнении бетона поверхностная твердость снижается вследствие размягчения цементного камня, что приводит к уменьшению числа отскока на 10–15% по сравнению с воздушно-сухим состоянием. Одновременно скорость ультразвука возрастает на 5–8%, так как вода, заполняя поры, улучшает передачу упругих колебаний.
Для учета влияния влажности при использовании универсальных градуировочных зависимостей применяют поправочные коэффициенты. При построении индивидуальных зависимостей необходимо обеспечить соответствие влажности образцов и контролируемых конструкций.
Возраст бетона
С увеличением возраста бетона его прочность возрастает вследствие продолжающейся гидратации цемента. В раннем возрасте (7–14 суток) прочность составляет 70–90% от проектной прочности в возрасте 28 суток. После 28 суток прочность продолжает нарастать более медленными темпами, достигая 110–125% от проектной к возрасту 180 суток и более.
Косвенные характеристики также изменяются с возрастом, но не всегда пропорционально прочности. Поэтому при контроле прочности в возрасте, отличающемся от возраста построения градуировочной зависимости, необходимо вводить возрастные коэффициенты или строить отдельные зависимости для разных возрастов.
Тип заполнителя
Вид крупного заполнителя существенно влияет на результаты неразрушающего контроля. Бетон на гранитном щебне при одинаковой прочности показывает более высокие значения числа отскока и скорости ультразвука по сравнению с бетоном на известняковом щебне. Различие может достигать 15–20% для склерометрии и 8–12% для ультразвукового метода.
Влияние арматуры
Наличие арматуры вблизи точки измерения значительно искажает результаты, особенно при ультразвуковом методе. Скорость распространения продольных волн в стали составляет 5800–5900 м/с, что в 1,3–1,5 раза выше, чем в бетоне. При прохождении ультразвука вблизи арматурного стержня волна частично распространяется по стали, что приводит к завышению скорости на 10–30% и, соответственно, к ошибочному завышению прочности.
Для исключения влияния арматуры необходимо предварительно определить ее расположение с помощью магнитных или электромагнитных приборов (профилометров) и проводить измерения на расстоянии не менее 30 мм от стержней. При ультразвуковом поверхностном прозвучивании база должна располагаться перпендикулярно направлению арматуры.
Температурный фактор
При отрицательных температурах прочность бетона, определенная неразрушающими методами, может быть завышена на 20–40% вследствие замерзания воды в порах, что временно повышает твердость и скорость ультразвука. Контроль прочности при температуре ниже минус 10°C не рекомендуется без специальных поправок.
Комбинированные методы контроля
Повышение точности определения прочности достигается применением комбинированных методов, основанных на одновременном измерении двух косвенных характеристик. Наибольшее распространение получил ультразвуковой метод ударного импульса, сочетающий измерение скорости ультразвука и параметров ударного импульса в одной точке конструкции.
Преимущества комбинированного метода
Двухпараметрический метод позволяет учесть влияние различных факторов, по-разному воздействующих на измеряемые характеристики. Например, влажность снижает твердость, но повышает скорость ультразвука. При совместном использовании этих параметров влияние влажности частично компенсируется, что снижает общую погрешность определения прочности до 8–12%.
Верификация результатов
Для повышения достоверности результатов неразрушающего контроля рекомендуется выборочная верификация методом отрыва со скалыванием или испытанием кернов. На каждые 100–150 м² контролируемой площади следует провести не менее 3–5 контрольных разрушающих испытаний для проверки градуировочной зависимости.
Практические рекомендации по проведению измерений
Выбор участков контроля
Согласно ГОСТ 18105-2018, число и расположение контролируемых участков должны обеспечивать представительность результатов для всей партии бетона или конструкции. Для монолитных конструкций рекомендуется контролировать не менее 3 участков на плитах и стенах площадью до 100 м², и не менее 6 участков на колоннах и балках одного типоразмера.
Требования к испытательному оборудованию
Приборы неразрушающего контроля должны проходить периодическую поверку. Для механических склерометров межповерочный интервал составляет 1 год, для электронных приборов и ультразвуковых дефектоскопов – 2 года. Между поверками необходимо проводить ежедневную проверку работоспособности на эталонных мерах (наковальнях), входящих в комплект прибора.
Оформление результатов
Результаты испытаний оформляются в виде протокола, содержащего описание объекта контроля, тип и номер прибора, градуировочную зависимость, результаты единичных измерений, расчет средних значений косвенных характеристик, вычисленную прочность и ее статистические характеристики. Протокол должен быть подписан специалистом, проводившим испытания, и утвержден руководителем лаборатории.
