Ультразвуковой контроль прочности бетона – это неразрушающий метод определения прочностных характеристик материала, который основан на зависимости косвенной характеристики (показаний прибора) от прочности бетона. Косвенный показатель – это время и скорость распространения ультразвука или другие показания, которые получают при измерении прочностных характеристик. Косвенный показатель с прочностью материала связывает градуировочная зависимость (аналитическая или графическая).
Согласно ГОСТ 17624, контроль монолитных сооружений с помощью УЗК выполняется методом сквозного прозвучивания. Также опыт работы лаборатории ГУП НИИЖБ показал, что относительно монолитных конструкций возможно применение ультразвукового метода контроля способом поверхностного прозвучивания. База прозвучивания – это расстояние между центрами излучателя и приемника, т.е. ультразвуковых преобразователей, которые установлены при поверхностном прозвучивании на одну и ту же поверхность, либо между центрами ультразвуковых преобразователей при сквозном прозвучивании.
Особенности УЗК
УЗК применяют, чтобы определить прочность бетона в промежуточном и проектном (обычно 28 суток) возрасте, а также в возрасте, который превышает проектный при обследовании конструкций. Возраст устанавливается проектной документацией. При ультразвуковом контроле прочности бетона используют сквозное или поверхностное прозвучивание. При этом чаще применяют поверхностное прозвучивание. Сквозной способ используют, если есть возможность измерения базы с относительной погрешностью не более 0,5%.
Прочностные характеристики определяют по градуировочным зависимостям, установленным экспериментально, на участках конструкций, которые не имеют видимых повреждений, например, трещин, каверн, отслоений защитного слоя. Температура материала при этом не должна быть ниже -5 градусов.
Виды ультразвукового оборудования для дефектоскопии бетона
Испытание бетона выполняют приборами, которые измеряют время и скорость распространения ультразвука. Оборудование должно быть аттестовано и проверено в установленном порядке. Погрешность измерения времени распространения ультразвука на стандартных образцах, входящих в комплектацию прибора, не должна превышать +/-0,01t+0,1 (t – это время распространения ультразвукового излучения, мкс).
Если определение прочности бетона методом УЗК выполняется несколькими приборами на одном объекте, показания перед построением градуировочной зависимости оттаривают на одном эталоне таким образом, чтобы они не превышали 0,5%. Размер базы при поверхностном прозвучивании должен составлять 120-200 мм. Между поверхностью материала и рабочими поверхностями ультразвуковых приборов обеспечивается надежный акустический контакт. При этом способ обеспечения контакта не различается и при контроле бетона, и при построении градуировочной зависимости. Применять УЗ-приборы, градуированные в единицах прочности бетона, чтобы определить его характеристики, недопустимо. Косвенный показатель используют только после того, как установлена или уточнена градуировочная зависимость, установленная в приборе согласно требованиям ГОСТ.
Подготовительные мероприятия
Подготовка к испытанию проводится поэтапно и включает проверку приборов согласно инструкции по их эксплуатации, а также получение сведений для построения градуировочных зависимостей.
Построение градуировочных зависимостей при поверхностном прозвучивании выполняется на основании результатов:
- параллельных испытаний одинаковых участков конструкций УЗ-методом и способа отрыва со скалыванием (ГОСТ 22690);
- испытаний УЗ-методом и механических испытаний кернов, которые отобранны из тех же участков сооружений и испытаны по ГОСТ 28570;
- испытаний УЗ-способом и механических испытаний одинаковых стандартных бетонных образцов (ГОСТ 10180).
При сквозном прозвучивании градуироворочную зависимость строят на основании следующих результатов:
- испытаний УЗ-методом участков конструкций и исследований по ГОСТ 28570 образцов-кернов, которые отобраны из тех же участков;
- испытаний УЗ-методом и механических испытаний одинаковых стандартных бетонных образцов (ГОСТ 10180).
Построение градуировочных зависимостей выполняется отдельно по каждому типу нормируемой прочности для бетонов с одним номинальным составом. Допустимо строить одну зависимость для материала одного вида, если он отличается по значению нормируемой прочности и номинальному составу, но не больше 3-х нормированных классов.
Возраст бетона на отдельных участках не может отличаться больше чем на 25% от среднего возраста материала зоны конструкции или группы сооружений, где проводятся испытания. Возраст на отдельных участках не учитывают, если градуировочная зависимость устанавливается для сооружений, построенных не больше 2-х месяцев назад. Предварительно на исследуемых участках определяют положение арматуры.
Как проводится контроль прочности
Ультразвуковой метод исследования бетона – сложный процесс. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 17624. Согласно стандарту, число и расположение исследуемых в конструкции участков должно соответствовать требованиям ГОСТ 18105 и указываться в проектных документах либо устанавливаться с учетом:
- вида конструкции: балки, колонны, плиты и пр.;
- задач контроля: установление фактического класса бетона, отпускной либо разопалубочной прочности, выявление зон пониженной прочности и пр.;
- порядка бетонирования и размещения захваток;
- армирования конструкции.
Определяют прочностные характеристики на каждом участке методами поверхностного либо сквозного прозвучивания. В монолитных или сборных конструкциях, где применение сквозного прозвучивания затрудняется, проводят поверхностное. Это ребристые, плоские или многопустотные панели перекрытий, трубы, стеновые панели и др.
При поверхностном прозвучивании база должна быть аналогична той, которая была при построении градуировочной зависимости. При этом возраст бетона исследуемой конструкции не может отличаться от возраста материала образца, который был испытан для построения градуировочной зависимости больше чем на 50% при установлении нормируемой прочности и больше чем на 25% при определении характеристики в процессе твердения материала.
При сквозном прозвучивании измерения проводят в направлении, которое перпендикулярно направлению рабочей арматуры. Чтобы исключить влияние арматуры на результаты, полученные при поверхностном прозвучивании, исследования проводят по специальной схеме. При этом при поверхностном прозвучивании каждый участок измеряют не меньше 2-х раз, а при сквозном – 1 раз.
Когда применяют УЗК
ГОСТ 17624 распространяется на тяжелые и легкие бетоны сборных и монолитных железобетонных и бетонных изделий, сооружений и конструкций. Проводят контроль и оценку прочностных характеристик материала по ГОСТ 18105.
Протокол ультразвукового метода проверки бетона
Протокол испытаний оформляют в рамках приложения ГОСТ 17624. Здесь указывают участок, где выполнялись исследования УЗ-методом, а также прочность материала на данном участке. Далее фиксируют среднюю прочность бетона по конструкции, а на основании полученных результатов материалу присваивают класс. Результаты испытаний представляют в форме таблицы. В ней указан тип конструкции, проектный класс материала, возраст, прочность бетона на каждом контролируемом участке и фактический класс по прочности, рассчитанный согласно ГОСТ 18105. Формат таблицы результатов исследований можно посмотреть в приложении Ж ГОСТ 17624.
Преимущества ультразвукового контроля
Главное преимущество методики в том, что она не наносит вреда конструкции. Это существенное различие с другими способами проверки характеристик материала, в т.ч. и неразрушающими прямыми, которые хотя бы в какой-то степени, но повреждают поверхность. В сравнении с разрушающими способами преимущества очевидны – такие методики сопровождаются выбуриванием или вырезанием куска конструкции.
Еще одно преимущество состоит в том, что после построения градуировочной зависимости уже не требуется делать долгие вычисления, определив время или скорость прохождения ультразвука, рассчитать фактическую прочность можно достаточно быстро.
Наряду с ультразвуковыми тестерами для определения прочности бетона существует целое семейство приборов, называемых ультразвуковые томографы для дефектоскопии бетона. С информацией, полученной после проверки томографами, остается провести грамотный анализ состояния материала, выяснить, что вызвало появление дефектов, понять, статична ли проблема или прогрессирует. Например, если в конструкции проявляются минеральные отложения, на стенах образуются высолы. Чтобы их избежать, применяют гидрофобизирующие пропитки. Это позволяет надолго сохранить первоначальный вид и характеристики материала.
Есть у УЗ-метода и небольшие недостатки. Например, это громоздкость косвенных вычислений и построение градуировочных зависимостей. Но если обратиться в современную строительную лабораторию, расчеты будут проведены легко и быстро. Инженеры учтут нюансы заполнителя и состава бетона, качественно проанализируют образцы, посетят объект, чтобы проверить конструкцию с использованием современного оборудования.
Также к минусам методики можно отнести недостаточную точность, которой можно добиться при применении разрушающих методик контроля. Но современная практика показала, что приборы, которые применяются для измерений сейчас, уже не имеют большого разброса и практически не уступают по точности разрушающим методам. Погрешность составляет не более 1%, т.е. заказчик получает актуальную информацию о состоянии бетонного сооружения.
Чтобы сохранять эксплуатационные характеристики бетонной конструкции в первоначальном виде, обязательно нужно проводить контроль прочности. Ультразвуковой метод – один из лучших. С его помощью получают максимально точные результаты и косвенные данные, которые позволяют своевременно выполнять мероприятия по усилению или обработку конструкции гидрофобизирующей пропиткой. Конечно, самое верное решение – это обращение в строительную лабораторию.
