Определение прочности бетона ультразвуковым методом

Бетон считается самым распространённым стройматериалом, применяющимся при возведении зданий и сооружений. Важнейшей характеристикой, которая определяет надёжность, долговечность, безопасность эксплуатации возводимых строений, является прочность железобетонных конструкций. Чтобы определить данный параметр, применяются разнообразные способы, среди которых высоким спросом пользуется ультразвуковой метод.

Ультразвуковое обследование бетона относится к неразрушающим методикам определения прочностного показателя твёрдых материалов. Этот метод контроля основан на определении зависимости косвенных методов определения прочности монолитных конструкций (значений ультразвуковых измерительных приборов) от прямых методов  . Косвенными показателями считают время и скорость, с которой распространяется ультразвук. Также могут учитываться иные параметры, получаемые в процессе измерения прочностной характеристики. Косвенные методы и прямые методы определения прочностных характеристик бетонной конструкции связаны между собой посредством градуировочной зависимости.

Основные особенности метода

В соответствии с ГОСТ 17624, контроль за монолитными сооружениями осуществляется с помощью ультразвука посредством сквозного прозвучивания. Но в процессе своей деятельности сотрудники ГУП НИИЖБ доказали, что бетонные конструкции можно проверять на прочность и путём поверхностного обследования. Важным показателем здесь считают базу прозвучивания – дистанцию от излучателя до приёмника (представлены ультразвуковыми преобразователями), установленных на одной или противоположных поверхностях.

Неразрушающий метод позволяет оценить качество бетона в поверхностных слоях или по всей толщине конструкций.

В случае со сквозным прозвучиванием градуировочные зависимости (ГЗ) основывают на связи «прочность – скорость», а при использовании поверхностного прозвучивания уже важна зависимость «прочность – время». При любом способе для исследования важно, чтобы поверхность не имела холодных швов, раковин, наплывов или иных деформаций.

В случае с монолитными или сборными конструкциями нередко может применяться только методика поверхностного прозвучивания. Это касается ребристых, плоских или многопустотных перекрытий, труб, стеновых панелей и т. д.

Принцип действия методики

УЗК основывают на взаимосвязи прочностных параметров материалов и скорости распространения в них акустической волны. Качественные характеристики бетона определяются при помощи целого ряда формул. Причём данный способ контроля даёт минимальные погрешности в измерениях. Используемые приборы оснащаются дефектоскопами, которые позволяют получать необходимую информацию об объёме бетонного массива. Также ультразвуковое оборудование показывает открытые и закрытые трещины, внутренние пустоты, холодные швы, другие дефекты материала, свойства однородности, пористости бетона.

За время использования ультразвуковых аппаратов разработчики определили множество зависимостей – сегодня применяется свыше 10 уравнений функций. Полученные данные позволяют описывать связи между скоростью УЗ-сигналов и прочностью материала.

Сам принцип действия приборов довольно простой:

1. Формирование импульсов внутри устройства.
2. Преобразование импульсов в ультразвуковые волны с высокой частотой, передача волны строительной конструкции.
3. Приём обратного сигнала устройством, его усиление с целью передачи информации на развёртку.
4. Отображение состояния обследуемой конструкции.

Как проводятся испытания

Определение прочностных характеристик бетона включает в себя следующие основные этапы: подготовительные работы, ультразвуковое исследование, оформление протокола. Рассмотрим каждый этап в отдельности.

Подготовительные работы

Подготовку к испытаниям проводят поэтапно. В первую очередь проверяются УЗ-приборы в соответствии с инструкциями по эксплуатации. Также специалисты формируют перечень показателей, на основе которых в дальнейшем будут строиться градуировочные зависимости.

В случае с поверхностным прозвучиванием ГЗ строятся на основании параллельных испытаний ультразвуком и прямыми методами определения прочностных характеристик монолитных конструкций:

• отрывом со скалыванием (испытания регламентированы ГОСТ 22690);
• механическим исследованием кернов (согласно ГОСТ 28570);
• механическим испытанием нескольких бетонных образцов-кубов установленных размеров (по ГОСТ 10180).

Если применяется сквозное прозвучивание, то градуироворочные зависимости строят по результатам ультразвукового исследования участка бетонной конструкции совместно с прямыми методами определения прочности или испытаниями кернов, или отобранного при бетонировании конструкции образца-куба. ГЗ строятся отдельно по всем типам нормируемых прочностных параметров для бетона, имеющего один номинальный состав. Допускается построение одной зависимости для бетонных конструкций из одного материала, если нормируемая прочность и номинальный состав отличаются максимум на 3 нормированных класса.

Отметим, что «возраст» монолитных конструкций на отдельном участке не должен отличаться более чем на 25% от усреднённого возрастного значения материалов в зоне конструкции либо группе испытываемых сооружений. Если ГЗ строят для сооружения, возведённого не раньше 2 месяцев до проведения испытательных работ, то различия в возрасте не учитываются.

Также подготовка предусматривает определение положения арматурных стержней в зоне проведения исследований.

Оценка прочностных характеристик

УЗ контроль качества бетонных сооружений является весьма сложным процессом. Все исследования осуществляются по требованиям ГОСТ 17624. Количество и места расположения изучаемых участков в бетонных конструкциях регламентируются требованиями ГОСТ 18105. Они должны быть указаны в проектной документации или определяться на основе:

• типа конструкций (балка, колонна, плита и т. д.);
• задач проведения испытаний (определение фактического класса бетона, отпускных/разопалубочных прочностных параметров, поиск участков с пониженной прочностью и др.);
• очерёдности бетонирования монолита, размещения захватки;
• способа армирования монолитных конструкций.

При использовании сквозного прозвучивания измерения проводятся исключительно перпендикулярно расположению арматурных прутков. Во избежание влияния армирующего каркаса на результат испытаний, полученный в процессе поверхностного прозвучивания, для осуществления исследований разрабатывается специальная схема.

В случае с поверхностным прозвучиванием все зоны должны измеряться минимум по 2 раза, а для сквозного достаточно и 1 раза.

Оформление протокола УЗ-исследования

Протокол проведённой проверки прочности бетона оформляется согласно приложению ГОСТ 17624. В данном документе указывается оси монолитных конструкций для проведения исследований ультразвуком, прочностные показатели материала в конкретной зоне. После этого специалисты определяют среднее значение прочности по всему массиву конструкции, а затем полученные данные используются для присвоения класса бетона. Результат испытания оформляется в виде таблицы с указанием типа сооружения, проектного класса бетона, возраста и прочностных характеристик монолитных конструкций на исследуемом участке, рассчитанных по ГОСТ 18105.

Преимущества и недостатки УЗ методики

Контроль качества частей бетонных сооружений с использованием ультразвука имеет такие важные плюсы:

• Точность испытаний. Значение прочности монолитного массива, залитого на стройплощадке, и взятых образцов для лабораторного исследования могут сильно различаться. Это можно связывать с разницей заливки бетонных смесей и условиями их затвердевания. Ультразвуковые испытания проводятся непосредственно на строительных объектах, за счёт чего они позволяют полноценно оценить локальную и среднюю прочность сооружения.
• Быстрота. Чтобы проводить контроль качества бетона с помощью УЗ методики, отсутствует потребность осуществлять масштабные подготовительные работы. Применяемые устройства для прозвучивания являются компактными и автономными. После формирования градуировочных зависимостей не нужны дополнительные вычисления – значения прочности сразу отображаются на экране прибора.
• Оценка всего бетонного массива. Ни одна методика (если рассматриваем как разрушающий, так и неразрушающий контроль), помимо ультразвуковой, не предоставляет возможность определять прочность глубинного слоя бетона.
• Отсутствие ограничений. Показания ультразвуковых передатчиков и приёмников считываются почти моментально. УЗ-устройства оснащаются встроенной памятью и разъёмами для подключения к компьютеру. Благодаря этому даётся возможность создания и анализа значительных массивов данных.
• Поиск скрытых дефектов. Ультразвуковые волны позволяют находить расслоение или трещину в бетонной конструкции, которая выходит на поверхность.
• Отсутствие разрушения конструкций. Метод отрыва со скалыванием, отрыва диска и большинство других способов контроля считаются неразрушающими, поскольку не влияют на надёжность и долговечность зданий. Однако только при ультразвуковом исследовании на поверхности конструкций не остаётся никакого визуального дефекта.
• Универсальность применения. УЗ-метод позволяет постоянно контролировать набор и снижение прочности строений. Благодаря этому данные испытания часто заказывают предприятия по производству бетонных изделий, застройщики, возводимые дома по монолитным технологиям, и должностные лица, которые несут ответственность за эксплуатацию определённого здания или сооружения.

При своевременном проведении исследований обеспечивается обнаружение дефектов и предотвращение их развития. Специалисты лаборатории SATIS EXPERT помогают подбирать наиболее эффективные способы определения прочностных характеристик монолитных железобетонных конструкций и сооружений в каждой ситуации.

Используемые приборы и материалы

Чтобы получать точные измерения по ультразвуковому методу оценки прочности бетона, используется современное и надёжное оборудование. Для проведения испытаний применяют ультразвуковые приёмники и передатчики, а также специализированные прессы, оснащённые гидро или электроприводами и цифровым интерфейсом. Все приборы внесены в госреестры, поэтому гарантируют получение высокоточных результатов с минимальным отклонением.

Благодаря цифровой панели устройства сразу выдают результаты измерений, на основании которых можно судить о состоянии бетонных конструкций. Данные с пресса тщательно обрабатываются и сохраняются во внутреннюю память или отправляются на подсоединённый компьютер для дальнейшего документирования.