Неразрушающие методы контроля бетона

Качество ж/б, бетонных конструкций существенно зависит от эффективного контроля, направленного на обеспечение однородности и прочности бетона, правильного расположения арматуры, защитного слоя, учета напряжений в металлических стержнях при предварительном напряжении ж/б изделий. Хотя прочность бетона может быть определена стандартными методами (изготовление, испытание образцов), надежность такого контроля ограничивается из-за нескольких факторов: 

• количество проверок стандартных образцов составляет менее 0.01 % от общего объема бетона в конструкции, что оказывает ограниченное представление;
• режимы твердения конструкций и образцов, условия защитного слоя могут значительно различаться;
• стандартные методы не позволяют достоверно определить прочность отдельных участков, однородность бетона внутри изделия.

По итогу, такие способы испытания в принципе не подходят для получения наиболее достоверных результатов.

Новый подход

При осмотре больших массивов бетона, монолитных сооружений предпочтительно применение физических методов в сочетании с механическим воздействием: отбор образцов, скалывание ребра, отрыв со скалыванием. 

Ответственное лицо, принимающее решение относительно способов неразрушающего контроля и соответствующих инструментов для тестирования бетона, должно быть осведомлено о особенностях каждого способа и рекомендованных областях применения. 

Особенности неразрушающих методик

Испытания должны проводится при температуре, превышающей нулевую отметку бетона. Проверки допустимы и при отрицательной температуре (не ниже -10 градусов), но только в том случае, если к моменту замерзания бетонная конструкция не менее 1 недели находилась при плюсовой температуре и относительной влажности до 75%. 

Основные преимущества используемых методик:

• сохранение целостности конструкции. Не нужно проводить последующий ремонт;
• высокая мобильность - тестирование проводится прямо на месте, требуются лишь калиброванные приборы;
• обширные возможности применения.

Одним из ключевых параметров качества бетона является его прочность, которая влияет на срок эксплуатации, надежность конструкции, условия пользования. Поэтому определение прочностных характеристик проводится с особой тщательностью в соответствии с ГОСТами 18105, 22690, 17624. Проверка качества бетона осуществляется как на этапе проектирования, так и на промежуточных стадиях. С помощью проведения испытаний можно определить, соответствуют ли фактические характеристики бетона тем, что указано в проектной документации.

Виды МНК прочности бетона

Существующие МНК подразделяют на 2 группы:

• Прямые;
• Косвенные.

Прямые

Скалывание ребра	Проводятся измерения силы, необходимой для скалывания бетона в угловой области конструкции. Задача -  определение прочностных характеристик линейных элементов, например, свай. Процесс скалывания достаточно прост в реализации. При этом не требуется предварительная подготовка. Для бетона толщиной менее 170 мм и монолитных конструкций не подходит.
Отрыв диска из металла	Измерение силы, необходимой для того, чтобы оторвать металлический диск от испытуемой поверхности. Сегодня данный механический метод практически не используется из-за ограничений, связанных с проведением работ в холодное время года. Способ подходит для плотно армированных конструкций, его применение отличается простотой, однако требует предварительной подготовки. Для проведения испытаний необходимо заранее приклеивать металлические диски непосредственно на поверхность бетонной конструкции, примерно за 3-24 часа до начала процедуры проверки.
Отрыв со скалыванием	Измерение силы, необходимой для отрыва анкера из бетона. Процесс требует воздействия значительных усилий, но обладает высокой точностью. Не рекомендуется для проверки тонкостенных или сильно армированных элементов.

Недостатки прямых методов:

• длительная, тщательная подготовка;
• предварительные тесты для обнаружения арматуры в строении;
• необходимость проведения восстановительных работ после проведения испытания.

Косвенные

Ударный импульс	Принцип определения прочности бетона связан с изменением энергии, передаваемой ударом молотка по его поверхности. Применяется для бетонных конструкций, толщина которых превышает 50 мм (согласно ГОСТ). Требуется основательно подготовить поверхность с использованием специального абразива, а также подготовить градуировочную зависимость. Преимущество способа – отсутствие следов на поверхности бетона, область измерений - от 5 до 150 МПа.
Упругий отскок	Учитывается связь между отскоком инструмента от поверхности бетона и его прочностью. Используется молоток Шмидта, который имеет массу около 2 кг и может использоваться как на стройплощадке, так и в лаборатории. Расстояние отскока измеряется с использованием шкалы. Молоток можно использовать на наклонных, вертикальных, горизонтальных поверхностях (главное, чтобы инструмент располагается перпендикулярно поверхности испытываемого элемента). В процессе исследования прочности бетона применяются градуированные кривые. Они необходимо для учета положения инструмента, поскольку расстояние отскока зависит от направления. Средний показатель прочности определяется после проведения 9 измерений. Метод считается довольно простым, недорогим и быстрым. Однако он не обладает абсолютной достоверностью, так как прочностные характеристики определяются только на поверхности изделия при толщине слоя 20-30 мм. На правильность результатов могут влиять также влажность, тип бетона, а также гладкость поверхности.
Пластическая деформация	Процедура направлена на определение твердости поверхности бетона класса не выше В40 либо плотноармированных конструкций. В процессе этого теста используется стальной шарик, который встроен в молоток. После удара измеряется образовавшийся след. Инструмент располагается перпендикулярно поверхности. Далее проводятся измерения отпечатка на шарике и бетонной поверхности, полученные данные регистрируются, и вычисляется среднее число.  Принцип работы устройства: штамп по средствам удара либо статического давления вдавливается в поверхность. К таким относят: маятниковые с дисковым либо шариковым штампом, пружинные, ручные молотки. Диаметр шарика должен быть не менее 10 мм, толщина диска – 1 мм, сила ударного воздействия – 125 Н-см.
Ультразвук	Наиболее точный способ оценки прочностных характеристик бетона применяется прямо на месте, в отличие от других методов, не приводящих к разрушению материала. Принцип оценки определяет время, за которое ультразвук проходит через бетон. Для этого используются специальные приборы, включающие приемник импульсов и генератор. Испытания проводятся как в лаборатории, так и вне лаборатории. Точность измерений зависит от нескольких факторов:  гладкости поверхности бетона; расстояние, пройденное в процессе поверхностного прозвучивания. (должна быть в пределах от 240 до 400 мм); температурного режима (должен находиться в диапазоне от 5 до 30 градусов). При минусовых температурах требуется пересмотр градуировочной зависимости; наличие металлических стержней внутри образца. Если они имеются, то важно избегать попадания волн прибора на арматурные стержни. Измерения проводятся как на строящихся, так и готовых объектах. Способ идеален для оценки однородности бетона.
Радиографический	Помогает определить пористость, плотность бетона, выявить расположения арматуры за счет рентгеновских лучей. Важно соблюдать технику безопасности при его применении.
Измерения диаметра защитного слоя, арматуры	Основная функция защитного слоя - обеспечение надежного сцепления между арматурой и бетоном в процессе монтажа и в период эксплуатации. Также он служит барьером, защищающим арматуру от воздействия ОС. Испытания регулируются ГОСТ 22904. Для этого используют специализированные приборы - арматурные локаторы. Их принцип работы основан на импульсной магнитной индукции.

Ключевые значения:

Задачи неразрушающей оценки конструкции

Основные из них:

• определение прочностных параметров и прочих свойств бетонных, ж/б элементов. МНК позволяют оценить прочность материала, что является критическим фактором для обеспечения долговечности и безопасности строительных объектов;
• выявление коррозионных процессов. МНК применяются для обнаружения процессов коррозии, которые могут оказать негативное воздействие на металлические элементы внутри бетона, что важно для предотвращения потенциальных повреждений;
• оценка расположения дефекта, размеров трещин. Позволяет не только выявлять наличие трещин, но и определять их размеры и местоположение, что важно для планирования ремонтных работ и предотвращения возможных проблем;
• определение уязвимых место в испытуемом образце. Помогает выявить участки, подверженные повреждениям или потенциальным проблемам, что позволяет предпринимать меры по укреплению или ремонту.

Несмотря на прочную научную основу методов НК, интерпретация результатов затруднена из-за неоднородности бетона. Однако, опытность специалиста, соблюдение регламентов, техническое состояние оборудования существенно влияют на достоверность и точность проведенных исследований. 

Заключение

Для точного определения прочностных свойств бетона (особенно вне лаборатории) важно применять несколько видов испытаний.  Проводить их должны только специалисты аккредитованной лаборатории, поскольку от полученных результатов зависит не только устойчивость, долговечность будущей постройки, но и здоровье, жизнь людей.