Неразрушающий контроль прочности бетона: склерометрия и УЗК

Введение в неразрушающий контроль прочности бетона

Неразрушающий контроль прочности бетона представляет собой совокупность методов оценки механических характеристик бетонных конструкций без нарушения их целостности и эксплуатационной пригодности. Основное преимущество данных методов заключается в возможности многократного контроля одних и тех же участков конструкций, что особенно важно при мониторинге состояния сооружений в процессе длительной эксплуатации.

Согласно ГОСТ 18105-2018, неразрушающие методы контроля подразделяются на прямые и косвенные. Прямые методы предусматривают стандартные схемы испытаний с возможностью применения известных градуировочных зависимостей, в то время как косвенные требуют предварительного установления индивидуальных градуировочных характеристик для конкретного состава бетона.

Склерометрия: метод упругого отскока и ударного импульса

Физические основы метода

Склерометрия основана на измерении характеристик упругого взаимодействия ударного тела с поверхностью бетона. Метод базируется на зависимости между твердостью поверхностного слоя бетона и его прочностью на сжатие. При ударе бойка о поверхность бетона происходит деформация материала, а энергия удара частично поглощается, частично возвращается в виде упругого отскока.

В современной практике применяются два основных подхода: метод упругого отскока и метод ударного импульса. Метод упругого отскока измеряет величину отскока бойка от поверхности, в то время как метод ударного импульса регистрирует изменение энергии удара в момент соударения. Оба метода регламентированы ГОСТ 22690-2015.

Технические характеристики метода

Принцип работы склерометра

Склерометр представляет собой механическое или электронное устройство, состоящее из ударного механизма с нормированной энергией удара и системы регистрации результатов. При испытании прибор устанавливается перпендикулярно поверхности бетона, после чего производится удар бойка. Современные электронные склерометры автоматически фиксируют показания и обрабатывают результаты с учетом ориентации прибора относительно горизонтали.

Согласно ГОСТ 22690-2015, на каждом контролируемом участке необходимо провести не менее 5 единичных измерений. Расстояние между точками измерений должно быть не менее 30 мм. Отклонение отдельных результатов от среднего значения не должно превышать 10%.

Факторы, влияющие на точность измерений

На результаты склерометрических измерений оказывают влияние следующие факторы: карбонизация поверхностного слоя бетона, влажность поверхности, температура материала, наличие отделочных покрытий, шероховатость поверхности, расположение зерен крупного заполнителя относительно точки удара, возраст бетона и условия твердения.

Карбонизация поверхностного слоя приводит к завышению показаний прибора на 10-15%, поэтому при обследовании длительно эксплуатируемых конструкций рекомендуется удалять карбонизированный слой толщиной 2-3 мм шлифованием.

Ультразвуковой метод контроля прочности

Физическая сущность метода

Ультразвуковой метод основан на связи между скоростью распространения упругих ультразвуковых волн в бетоне и его упруго-прочностными характеристиками. Скорость распространения ультразвука зависит от плотности, упругих свойств и структуры материала. В плотных бетонах высокой прочности ультразвук распространяется быстрее, чем в бетонах низкой прочности с большой пористостью.

Метод регламентируется ГОСТ 17624-2021 и позволяет контролировать прочность конструкционных тяжелых, мелкозернистых, легких и самонапрягающих бетонов. Стандарт введен в действие с 1 сентября 2022 года взамен ГОСТ 17624-2012.

Способы прозвучивания

Расчет скорости ультразвука

Преимущества ультразвукового метода

Ультразвуковой метод обладает рядом существенных преимуществ: возможность контроля всего объема конструкции при сквозном прозвучивании, выявление внутренних дефектов, трещин и пустот, высокая оперативность измерений, отсутствие даже минимальных повреждений поверхности, возможность автоматизации процесса контроля.

Метод позволяет оценивать не только прочность, но и однородность бетона по объему конструкции, что важно для выявления зон с пониженными характеристиками. При поверхностном прозвучивании глубина контроля составляет приблизительно половину базы прозвучивания, то есть при базе 120 мм глубина контроля около 60 мм.

Построение градуировочной зависимости

Необходимость градуировки

Градуировочная зависимость представляет собой математическую или графическую связь между косвенной характеристикой, измеряемой прибором, и фактической прочностью бетона на сжатие. Установление индивидуальной градуировочной зависимости необходимо для повышения точности определения прочности, так как универсальные зависимости не учитывают особенности конкретного состава бетона.

Согласно ГОСТ 22690-2015, градуировочная зависимость должна иметь среднеквадратическое отклонение не более 15% от среднего значения прочности и коэффициент корреляции не менее 0,7.

Методы установления градуировочной зависимости

Построение градуировочной кривой

Для построения градуировочной зависимости необходимо получить пары значений: косвенная характеристика и соответствующая ей прочность. Данные обрабатываются методом наименьших квадратов для получения уравнения линейной регрессии вида:

Факторы, учитываемые при градуировке

При установлении градуировочной зависимости необходимо учитывать: вид бетона (тяжелый, легкий), класс бетона по прочности, возраст бетона, условия твердения (нормальные, пропаривание), влажность бетона, температуру при измерениях.

Для бетонов разного возраста могут применяться поправочные коэффициенты, учитывающие изменение структуры материала в процессе твердения. Градуировочные зависимости устанавливаются отдельно для каждого вида нормируемой прочности согласно ГОСТ 17624-2021.

Приборы для неразрушающего контроля

Склерометры и измерители ударного импульса

Современные электронные склерометры представляют собой микропроцессорные приборы с автоматической обработкой результатов. К наиболее распространенным относятся приборы серии ОНИКС, выпускаемые НПП «Интерприбор». Прибор ОНИКС-2.5 работает по методу ударного импульса и обеспечивает контроль прочности бетона в диапазоне от 1 до 100 МПа с основной относительной погрешностью измерения прочности на каждой мере не более 8%.

Ультразвуковые приборы

Ультразвуковые приборы для контроля бетона выпускаются в различных модификациях. Серия ПУЛЬСАР включает несколько моделей, различающихся функциональными возможностями. Прибор ПУЛЬСАР-2.1 является универсальным устройством, работающим как в режиме поверхностного, так и сквозного прозвучивания.

Приборы для метода отрыва со скалыванием

Метод отрыва со скалыванием относится к прямым неразрушающим методам и характеризуется высокой точностью. Прибор ОНИКС-1.ОС измеряет усилие вырыва анкерного устройства, установленного в предварительно пробуренное отверстие. Преимуществом метода является возможность применения универсальных градуировочных зависимостей при использовании стандартных анкерных устройств согласно приложениям В и Г ГОСТ 22690-2015.

Комбинированные методы оценки прочности

Двухпараметрический метод

Для повышения достоверности результатов применяются комбинированные методы, основанные на одновременном использовании нескольких косвенных характеристик. Наиболее распространенным является сочетание ультразвукового метода и метода ударного импульса, что позволяет компенсировать недостатки каждого метода и повысить точность определения прочности.

Двухпараметрический метод учитывает как скорость распространения ультразвука, характеризующую объемные свойства бетона, так и показатель ударного импульса, отражающий свойства поверхностного слоя. Современные приборы, такие как ОНИКС-2.5 и ОНИКС-2.6, реализуют двухпараметрический подход с использованием адаптивной фильтрации сигналов, что позволяет снизить погрешность измерений до 8%.

Комбинирование с прямыми методами

Наиболее эффективным подходом является сочетание косвенных методов с выборочным применением прямых неразрушающих или разрушающих методов. Например, при обследовании крупного объекта основной массив данных получают ультразвуковым методом или склерометрией, а на выборочных участках применяют метод отрыва со скалыванием или выбуривают керны для уточнения градуировочной зависимости.

Практическое применение методов

Контроль прочности при производстве ЖБИ

На заводах железобетонных изделий неразрушающий контроль применяется для оценки отпускной и передаточной прочности бетона. Для этого на производстве устанавливают градуировочную зависимость по результатам испытаний контрольных кубов из каждой партии бетонной смеси. Затем прочность изделий контролируют ускоренными неразрушающими методами непосредственно в формах или на складе готовой продукции.

Обследование эксплуатируемых зданий

При техническом обследовании зданий и сооружений неразрушающие методы позволяют оценить фактическую прочность бетона несущих конструкций без нарушения их эксплуатационной пригодности. Особенностью обследования является необходимость учета длительной эксплуатации, карбонизации поверхности, возможного увлажнения и других факторов.

Контроль монолитных конструкций

В монолитном строительстве неразрушающий контроль применяется для оценки прочности бетона перед распалубливанием и нагружением конструкций. Для монолитных плит перекрытий наиболее эффективен ультразвуковой метод поверхностного прозвучивания, позволяющий контролировать прочность по всей площади без выборочного отбора образцов.

Выявление дефектов структуры

Ультразвуковой метод эффективно применяется для выявления внутренних дефектов бетона: трещин, пустот, раковин, зон непровибрированного бетона. При прохождении ультразвука через дефектную зону наблюдается снижение скорости распространения и ослабление сигнала. Современные приборы с функцией визуализации сигнала, такие как ПУЛЬСАР-2.2, позволяют локализовать положение дефектов и оценить их размеры.

Рекомендации по выбору метода

При выборе метода контроля следует учитывать целевое назначение контроля, требуемую точность, доступность участков конструкций для измерений, наличие градуировочных зависимостей, возможность применения прямых методов для уточнения результатов.

Для оперативного контроля больших площадей рекомендуется применение электронных склерометров или ультразвуковых приборов. Для ответственных конструкций необходимо использование комбинированных методов с обязательным уточнением градуировочных зависимостей прямыми методами.

Часто задаваемые вопросы