УЗК - ультразвуковой контроль бетона

При эксплуатации бетонных конструкций до 80% дефектов не обнаруживаются визуально, т.е. находятся в глубинных слоях, но при этом оказывают влияние на несущие способности. Выявить дефекты на поверхности, определить прочность бетона можно с помощью ультразвуковых и механических методов исследования, а глубинных - только ультразвуковым. Именно поэтому ультразвуковой метод контроля (УЗК) широко востребован в строительстве и при проведении обследований состояния конструктивных элементов.

Ультразвуковой метод определения прочности - это неразрушающий метод установления фактических прочностных характеристик бетона в затвердевшем состоянии в любом возрасте. Порядок проведения УЗК регламентирует ГОСТ 17624 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. Метод основывается на зависимости показаний прибора от прочности материала. УЗК может использоваться для любых бетонных конструкций, в т.ч. эксплуатируемых, аварийных, находящихся под нагрузкой, имеющих армирование. Ультразвуковым методом можно не только установить фактическую прочность бетона и сравнить ее с проектной, но и выявить невидимые повреждения в глубине бетонного массива, определить наличие трещин, каверн, пустот, отслоений защитного слоя и пр.

Существует множество способов проверки фактической прочности бетона с применением ультразвука, но в России наибольшее распространение получила УЗ-дефектоскопия. Это современный метод неразрушающего контроля, позволяющий обнаружить нарушение структуры и однородности исследуемых материалов с помощью специального прибора - дефектоскопа.

Испытание ультразвуком поможет обнаружить поры, пустоты, утолщения, отслоение, коррозию арматуры, неоднородные вкрапления и другие дефекты, влияющие на прочность.

Принцип работы УЗК

Принцип работы ультразвукового метода определения прочности по ГОСТ 17624 базируется на взаимосвязи между скоростью проникновения УЗ-колебаний в бетон с его классом прочности.

Ультразвуковые волны при прохождении через толщу однородного по структуре материала не изменяют траекторию движения. УЗ-волны отражаются с изменениями от границы участков с различным удельным сопротивлением. При этом, чем больше различие между участками, тем больше УЗ-волн отражается, что позволяет сделать вывод об изменении структуры внутри бетонного массива. Эти изменения, как правило, вызваны наличием дефектов. При наличии практически полного отражения волн можно сделать вывод о наличии пустот в бетоне.

Прочность бетона в конструкциях на основании скорости прохождения ультразвука в толще материала осуществляется путем сопоставления полученных данных с градуировочными зависимостями.

Определение градуировочной зависимости выполняется по образцам, вырезанным из конструкции или по специально изготовленным образцам, которые являются точным аналогом бетона в исследуемой конструкции

Особенности метода УЗК

Испытания с применением ультразвукового метода проводится при температуре поверхности бетона выше нуля. Поверхность, непосредственно подвергающаяся прозвучиванию прибором, называется базой. Минимальный размер базы прозвучивания - 120 мм. Между базой и УЗ-прибором должен быть плотный контакт. При наличии на поверхности изоляционных, лакокрасочных, отделочных и других материалов нужно их удалить. При невозможности их удаления такие же материалы должны быть на образцах, по которым устанавливается градуировочная зависимость.

Важно понимать, что определение прочности материала одним ультразвуковым методом не дает 100% результата. Поэтому контроль прочности материала при поверхностном прозвучивании проводится с использованием еще одного метода.

К таким методам относят:

• отрыв со скалыванием по ГОСТ 22690;
• испытание кернов по ГОСТ 28570;
• испытание образцов по ГОСТ 10180.

При выполнении сквозного прозвучивания УЗК дополняется одним из следующих методов определения прочности:

• испытание кернов по ГОСТ 28570;
• испытание образцов по ГОСТ 10180.

Метод ультразвукового исследования предназначен для установления фактической прочности бетона в проектном возрасте, а также в возрасте многократно превышающем проектный. Это делает УЗК универсальным способом проверки текущего состояния бетонных конструкций и позволяет сделать выводы об их несущей способности, безопасности. Методика широко применяется для проведения строительных экспертиз и комплексных обследований, проводимых перед капитальным ремонтом, реконструкцией, а также в рамках судебного и досудебного рассмотрения споров.

Подготовка и проведение проверки

Подготовка к определению прочности бетона УЗ-методом включает:

1. Подготовка поверхности. С поверхности исследуемой бетонной конструкции удаляются остатки шлака, искусственные покрытия, устраняются крупные неровности. При необходимости поверхность водо-, песко- или дробеструйной обработке. Для улучшения проникновения УЗ-волн используются специальные химические составы на основе воды и минеральных масел. Обработка составом выполняется непосредственно перед началом прозвучивания.
2. Подготовка оборудования. Для УЗК используются специализированные приборы - дефектоскопы. Настройка прибора выполняется специалистом непосредственно перед прозвучиванием.
3. Определение градуировочной зависимости. По нормам действующей документации СНиП градуировочная зависимость, отображающая скорость прохождения УЗ-волн через бетон определенного состава определяется перед началом испытаний. При определении зависимости между скоростью УЗ-волн и прочностью материала учитывается зерновой состав бетона, рецептура смеси - соотношение частей цемента к мелкому и крупному заполнителю, технология затворения бетонной смеси, степень уплотнения, условия твердения. Эти данные берутся из проектной документации на исследуемую конструкцию. Для создания градуировочной зависимости по рецептуре изготавливают несколько аналогичных образцов бетона (от 5 до 10 шт.). Значение прочности устанавливается как среднее число, полученное при испытании всех образцов
4. Определение положения арматуры. На каждом участке исследуемого конструктивного элемента определяется положение арматуры в составе армирующего каркаса. Прозвучивание выполняется в двух перпендикулярных друг другу направлениях под углом 40-45 градусов к армирующим стержням. При прозвучивании вдоль арматуры база располагается между стержнями.
5. Определение количества и местоположения исследуемых участков. Число и расположение исследуемых участков строительных конструкций устанавливается по ГОСТ 18105 или по индивидуально разработанной программе обследования. Программа должна пройти согласование в проектной организации, которая разрабатывала техническую документацию на данную конструкцию. Количество участков для УЗК определяется с учетом задач, которые ставятся перед специалистом-дефектоскопистом, особенностей работы конструкции, действующих на нее нагрузок, степени армирования, условий проведения испытаний.

Оборудование для УЗ-исследования бетона

Определение прочности материала ультразвуковым методом осуществляется специальными приборами, фиксирующими скорость и время прохождения ультразвуковой волны. Приборы должны быть откалиброваны, поверены, зарегистрированы в госреестре СИ. Главная часть всех приборов - кристалл из титана или бария, испускающий волны с частотой 50-200 кГц/сек. При перемещении щупа прибора по поверхности фиксируется угасание УЗ-волны, что говорит об обнаружении несплошности (нарушении однородности бетона).

В импульсных дефектоскопических приборах используются эхо-метод, основанный на испускании коротких импульсов и регистрации возвращенных эхо-сигналов, отражающихся от пустот и дефектов.

Самым современным прибором для определения прочности материалов УЗ-методом считается дефектоскоп с визуализацией. Это максимально функциональная версия ультразвукового прибора, которая применяется в строительстве и экспертизе. Благодаря функции визуализации оператор не только принимает сигнал о скорости прохождения волны, но и получает данные в виде картинки на ЖК-дисплее, что позволяет устанавливать не только наличие дефектов, но и делать промежуточные выводы об их параметрах.

Когда может применяться метод УЗК?

Метод определения прочности бетона ультразвуком может применяться для любых конструкций из бетона. УЗК подходит для определения прочностных характеристик тяжелого, легкого, ячеистого бетона, а также сборных и монолитных конструкций. В гражданском строительстве УЗ-метод используется для обследования фундаментов, перекрытий, стен. В промышленности с его помощью исследуют технические резервуары, фермы, балки, ригельные системы и пр.

Протокол ультразвукового контроля

В соответствии с ГОСТ 17624 результаты исследования бетонной конструкции ультразвуковым методом оформляется в виде протокола или технического заключения.

Документ содержит:

• информацию об исследуемой конструкции;
• данные, на основании которых построена градуировочная зависимость;
• данные о количестве участков исследования с указанием их размещения;
• данные о полученной прочности бетона на исследованных участках;
• расчет средней прочности для конструкции;
• фактический класс прочности и выводы о его соответствии нормативам.

Преимущества метода УЗК

Достоинства ультразвукового контроля бетона обеспечивают широкое распространение методики:

• неразрушающий метод;
• возможность исследования конструкции под нагрузкой;
• высокая точность и возможность получить объективные данные о конструкции;
• подходит для любых видов бетона и железобетона;
• безопасность для сооружения, человека и окружающей среды;
• мобильность, возможность выезда оператора с оборудованием на объект;
• низкая стоимость обследования;
• быстрое получение результатов - процедура занимает 1 день.

Заключение

УЗК - современный метод контроля состояния монолитных конструкций, который дает быстрые и объективные результаты. Применение метода позволяет своевременно обнаружить дефекты и предотвратить снижение несущей способности, разрушение конструкций.