В последние годы популярность и доступность различных методов контроля прочности бетона и реализующих их приборов резко возросла. И несмотря на требования нормативных документов, резко ограничивающие возможность применения большинства методов для использования в ходе обследования конструкций зданий и сооружений, в том или ином объеме они применяются большинством организаций.

Необходимо уточнить, что в данной статье речь идет только о прочности бетона на сжатие и далее под «прочностью» понимается именно этот параметр бетона.

Рассмотрим следующие вопросы.

Какие методы определения (оценки) прочности бетона применяются и какие наиболее доступны?
Каковы параметры основных применяемых методов с точки зрения стоимости оборудования, производительности и погрешности измерений?
Какие методы в реальных условиях объектов обследования, с учетом сложившейся на рынке ситуации, можно применять, соблюдая требования норм?

, , , ГОСТ Р 53231 (вышел новый ), СТО . Условно все применяемые методы можно разделить на 3 группы, представленные на рис. 1.

Рисунок 1. Классификация методов контроля прочности бетона

Результаты, полученные методами первой группы, являются наиболее соответствующими истинному значению прочности материала по следующим причинам. Во-первых, измеряется именно искомый параметр – усилие, соответствующее разрушению при сжатии. Во-вторых, исследуется образец материала, изъятый из тела конструкции, а не только из поверхностного слоя. В-третьих, влияние на результат измерения внешних факторов: влажность, армирование, дефекты поверхностного слоя и прочих, – можно свести к минимуму.

Однако данный подход для рядовых объектов на практике применяется крайне редко. Это обусловлено тремя основными причинами: высокая стоимость оборудования, большая трудоемкость процесса измерения и, следовательно, его себестоимость и локальное повреждение конструкций, которое в большинстве случаев заказчик не приемлет.

Подсчитаем оценочную стоимость необходимого для первого вида измерений оборудования. Учитывая, что метод выбуривания кернов по сравнению с отбором проб выпиливанием характеризуется меньшей трудоемкостью и повреждением, наносимым конструкции, рассмотрим оборудование именно для него. Рассмотрим комплект оборудования, доступного на рынке, со средним качеством и минимальными необходимыми параметрами. В минимальный комплект можно включить: перфоратор (Bosch GBH 2-26), установка алмазного сверления для отбора кернов диаметром до 100 мм (Husqvarna DMS 160A), камнерезный станок (Diam SK-600) и пресс гидравлический (ПГМ-1000МГ4). Данные сведены в таблицу 1.

Трудозатраты для выполнения измерений будут состоять из выбуривания трех кернов (согласно п.СП13-102 для определения прочности одного конструктивного элемента), доставки с объекта в лабораторию (в расчет взят 1 ч), торцовки на камнерезном станке и испытания на прессе с последующей обработкой результатов.

Для всех методов контроля, указанных на рис. 1, по требованиям ГОСТов необходимо до выполнения измерений (отбора проб) определить наличие и расположение арматуры (для этого использовался измеритель защитного слоя бетона ИПА-МГ4.01). Данная операция, как правило, выполняется магнитным методом по ГОСТ 22904 . Эта составляющая в затраты на приборное обеспечение и трудоемкость не включена.

Подсчитаем оценочную стоимость необходимого для второго вида измерений оборудования. Расчет выполнен для метода отрыва со скалыванием, так как в отличие от методов отрыва и скалывания ребра, данный метод в отечественной практике обследования нашел наибольшее применение.

Стоимость оборудования

В минимальный комплект можно включить перфоратор (Bosch GBH 2-26) и прибор для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием (ПОС-50МГ4). Трудозатраты для выполнения измерения методом отрыва со скалыванием будут состоять из бурения шпура, закладки анкера и проведения измерения. Количество единичных измерений для определения прочности бетона участка конструкции должно быть не менее трех . Данные представлены в таблице 1.

Во всех косвенных неразрушающих методах контроля прочности для реализации достаточно наличия самого прибора контроля. Трудоемкость состоит непосредственно из измерений того или иного параметра (отскок, скорость ультразвука, диаметр отпечатка и пр.) после выполнения надлежащего количества измерений.

Таблица 1. Сводные данные по методам измерения

*Трудоемкость определена по всем операциям с момента начала работ на объекте, учитывая необходимость обработки поверхности и прочие вспомогательные операции, до получения первичных данных о прочности, без работ по оформлению результатов.
**Стоимость указана по результатам опроса специализированных организаций с учетом минимально необходимого по требованиям нормативных документов количества измерений и без учета дополнительных затрат.

Измерение прочности методом пластической деформации характеризуется большей трудоемкостью, так как помимо нанесения отпечатков на поверхность бетона конструкции необходимо производить измерение их диаметров и дальнейший расчет их отношения (при использовании молотка Кашкарова).

Исходя из данных, представленных в таблице 1, можно сделать вывод о том, что приборы третьей группы характеризуются очевидными преимуществами. Они обладают наименьшей трудоемкостью и, соответственно, стоимостью единичного испытания. Величина инвестиций в приобретение оборудования также минимальна по сравнению с методом 1 группы. И сопоставима со стоимостью оборудования 2 группы. Помимо этого все косвенные методы контроля являются полностью «неразрушающими» и не наносят повреждений бетону конструкций при измерениях.

Именно эти факторы являются основной причиной большой популярности методов группы 3 у различных организаций, занимающихся обследованием и испытаниями бетона. Особенно это относится к фирмам, стремящимся минимизировать расходы на оборудование, либо «молодым» организациям, а также к организациям, основной целью которых является не качество выполненной работы.

Правила контроля прочности бетона.

Согласно п. 3.14 , «для определения прочности бетона в конструкциях предварительно устанавливают градуировочную зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой прочности (в виде графика, таблицы или формулы)». Применение методов упругого отскока, ударного импульса или пластической деформации при обследовании конструкций, бетон которых обладает параметрами, отличающимися от бетона, на котором построена градуировочная зависимость (то есть всегда), возможно только с уточнением данной зависимости. Уточнение зависимости подразумевает испытание бетона методом группы 2 или 1.

Согласно п. 3.16. ГОСТ Р 53231 (вышел новый ), использование всех косвенных методов контроля (группа 3) возможно только с построением градуировочной зависимости.

Согласно п. 8.3.1 и Приложению Б , определение прочности бетона выполняется неразрушающими методами в соответствии с , и без построения градуировочной зависимости может быть выполнено только методами отрыва со скалыванием, отрыва, скалывания ребра и по испытанию отобранных образцов.

Иными словами, применять все методы контроля прочности, входящие в группу 3 (рис. 1), без построения градуировочной зависимости НЕЛЬЗЯ, а построение зависимости ведет к неизбежному использованию методов группы 1 или 2. По результатам анализа отчетов сторонних организаций, а также общения с коллегами из различных регионов России можно утверждать, что в отечественной практике обследования указанными нормами пренебрегает большинство организаций. Почему так происходит, описано выше.

Рассмотрим, чем вызвано такое категоричное требование норм по отношению к косвенным неразрушающим методам контроля.

Во-первых , это большая неопределенность (погрешность) результатов измерения фиксируемого параметра. Помимо наличия приборной составляющей погрешности (износ пружины, низкий заряд аккумуляторов и т.п.), которая вносит определенный вклад в результирующую погрешность, превалирующую роль играют многочисленные внешние факторы . К ним относятся:

качество обработки поверхности бетона;
наличие дефектов (скрытых и явных) в зоне измерения (микротрещины, поры, каверны,расслоения и т.п.);
включения крупного заполнителя;
наличие арматуры в зоне измерения;
повреждение поверхностного слоя (размораживание, промасливание, увлажнение, карбонизацияи другие виды коррозии);
сила прижатия датчика (для ультразвукового метода);
другие факторы.

Все перечисленные факторы в определенном сочетании имеют место всегда, а минимизация их влияния либо невозможна, либо снижает производительность измерений в разы (например, предварительная шлифовка поверхности бетона).

Во-вторых , даже при сведении к минимуму влияния внешних факторов путем тщательной подготовки и проведения исследований, а также статистической обработки результатов измерений и отбраковки их части, полученный результат не может быть использован без частной градуировочной зависимости для конкретного исследуемого бетона.

Установление градуировочной зависимости, например, для ультразвукового метода, по требованиям п. 3.4 подразумевает испытание не менее 30 образцов кубов (15 серий по 2 куба в каждой). На большинстве объектов среднего масштаба, а также при выборочном обследовании бетонных конструкций выполнение такого количества прямых испытаний сводит к нулю необходимость применения неразрушающих методов вообще. Помимо этого, получить согласование заказчика на повреждение конструкций (неизбежное при испытаниях) в таком объеме на эксплуатируемых объектах гражданского назначения редко представляется возможным.

Необходимо отметить, что на практике, даже при соблюдении минимального количества образцов для построения градуировочной зависимости, найденная зависимость может оказаться не удовлетворяющей требованиям норм по статистическим параметрам оценки (допустимое среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации). Таким образом, выполненная исследовательская работа может оказаться бесполезной.

Тем не менее, применять косвенные методы неразрушающего контроля можно. Это целесообразно в следующих случаях:

когда нет необходимости определять прочность бетона (например, для расчета), а необходимо только оценить ее значение и использовать как один из ряда факторов, характеризующих техническое состояние конструкции (однородность, сплошность и др.), например при обследовании фундаментов по требованиям п. 7.16 ТСН 50-302 и п.5.2.15 ГОСТ Р 53778 ;
когда необходимо качественно выявить зоны неоднородности прочности бетона для дальнейшего применения методов групп 1 и 2 в этих зонах;
когда есть возможность и необходимость выполнения комплексных работ и построения частной градуировочной зависимости согласно требованиям ГОСТ.

Учитывая, что методов третьей группы несколько, рассмотрим, какой из них оптимален. Параметры трудоемкости и стоимости имеются в таблице 1. Ниже рассмотрим третий немаловажный фактор – погрешность измерения.

Исследование прочности бетона колодца различными методами

На одном из обследованных в 2011 г объектов автором было проведено исследование, в ходе которого осуществлен контроль прочности бетона тремя косвенными неразрушающими методами с последующим испытанием отобранных образцов. Метод пластической деформации не применялся ввиду его низкой производительности.

Объект представляет собой колодец, выполненный из монолитного железобетона, радиусом 12 м и глубиной 8 м. Бетонирование стен колодца велось захватками, разделяющими колодец по высоте на 8 ярусов. Результаты измерений, выполненных различными методами, представлены в таблице 2. Для измерений использованы следующие приборы: ультразвуковой метод – УКС-МГ4 («СКБ Стройприбор») (рис. 2); метод упругого отскока – Original Schmidt N (Proseq) (рис. 3); метод ударного импульса – ИПС МГ4.03 («СКБ Стройприбор»).

Рисунок 2. Измерения ультразвуковым методом

Рисунок 3. Измерения методом упругого отскока

Среднее значение регистрируемых параметров, представленное в таблице, получено по выборке, состоящей из результатов не менее чем 30 единичных измерений. Коэффициент вариации V определен как отношение среднего квадратичного отклонения к среднему значению (математическому ожиданию).

Таблица 2. Результаты исследования прочности бетона колодца различными методами


	Ультразвуковой, м/с		Упругого отскока, у.ед.		Ударного импульса, МПа		Испытание на прессе
	Ср. знач.	V,%	Ср. знач.	V,%	Ср. знач.	V,%	R, МПа
1	4058	3.9	46.2	7.8	41.9	23.4	41.6
2	4300	3.9	46.6	8.3	38.1	36.3	40.1
3	4082	4.6	43.7	7.6	24.4	40.2	35.0
4	4094	4.1	48.2	8.5	38.2	28.5	42.1
5	4110	6.2	48.9	8.2	48.1	28.1	36.5
6	3836	4.5	44.6	7.3	42.8	26.5	30.6
7	4453	3.6	47.6	7.6	45.5	41.6	39.3
8	4533	5.2	49.7	9.9	49.6	28.7	36.5
Ср. знач. V		4.5		8.1		31.6

По данным, представленным в таблице, видно, что наименьшей погрешностью измерения характеризуется ультразвуковой метод. Метод упругого отскока имеет коэффициент вариации приблизительно в 2 раза выше. Разброс результатов измерения методом ударного импульса максимален и характеризуется коэффициентом вариации, превышающим 40%, при среднем значении 31,6%.

Для сопоставления результатов измерений, приведенных в таблице, они представлены в графическом виде на рис. 4. Значения приведены в виде отклонений результата измерения по каждому ярусу от среднего по всем ярусам.

Упругость - свойство твердого тела самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней силы. Упругая деформация, полностью исчезающая после снятия внешней нагрузки, называется обратимой.

Пластичность характеризует способность материала под действием внешних сил изменять первоначальную форму без нарушения сплошности структуры. После снятия нагрузки пластичный материал не восстанавливает первоначальной формы. Пластическая (остаточная) деформация, не исчезающая после снятия нагрузки, называется необратимой. Под действием внешних нагрузок в материале возникают внутренние силы упругости, стремящиеся возвратить его в первоначальное состояние. Физическая величина, которая характеризует интенсивность внутренних сил, приходящихся на единицу площади сечения, называется механическим напряжением. При одноосном растяжении или сжатии напряжение о определяют по формуле а = F/A, где F - действующая сила; А - площадь первоначального поперечного сечения элемента. Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, вызванных внешними силами. Количественная характеристика прочности - это предел прочности, численно равный напряжению, при котором материал разрушается.

Для экспериментального определения предела прочности материала используют образцы правильной геометрической формы - кубы, призмы, цилиндры, стержни, полоски. Размеры образцов, процедура испытания, вид и скорость нагружения, правила обработки результатов выдерживаются в строгом соответствии с требованиями стандарта. Чаще всего испытывают материалы сжимающей или растягивающей нагрузкой

Нагрузку выражают в меганьютонах, площадь - в м2, поэтому в Международной системе единиц предел прочности, как и напряжение, измеряется в МН/м2 или в МПа. Однако в ряде действующих нормативных документов сохранилась размерность предела прочности в технической системе единиц - кгс/см2. Приблизительное соотношение между ними: 1 МПа = 10 кгс/см2.

Прочность строительных материалов колеблется в очень широких пределах. Так, для гранита предел прочности при сжатии достигает 120... 250 МПа, конструкционного бетона 80, керамического и силикатного кирпича - 30 МПа. Наименее прочны теплоизоляционные материалы (0,1...1МПа).

Предел прочности при растяжении для обычной строительной стали составляет 380 МПа, тяжелого бетона - 1...4 МПа.

Большинство строительных материалов - это хрупкие тела, которые разрушаются без заметных пластических деформаций. Предел прочности при сжатии таких материалов, как бетон, гораздо больше предела прочности при растяжении. Это значит, что их можно использовать только для возведения сжимаемых конструкций - колонн, стен.

Некоторые материалы характеризуются прочностью при растяжении, равной или большей прочности при сжатии (сталь, древесина). Их применяют в изгибаемых или растягиваемых конструкциях - балках, ригелях, элементах строительных ферм. Для расширения конструктивных возможностей хрупких каменных материалов в их состав вводят элементы, хорошо сопротивляющиеся растяжению. Например, сочетание бетона со стальной арматурой дает железобетон.

Для оценки сравнительной эффективности конструкционных материалов используют понятие удельной прочности, т.е. прочности, которая приходится на единицу массы конструкции.

Если выражать среднюю плотность материала по отношению к плотности воды, равной 1 г/см3, то рт оказывается безразмерной величиной. В этом случае размерность АГКК будет та же, что и предела прочности, т.е. МПа.

Для возведения несущих конструкций эффективны такие материалы, в которых высокая прочность сочетается со сравнительно низкой плотностью.

Модуль упругости характеризует жесткость материала, его способность деформироваться под влиянием внешних сил. Чем выше Е, тем менее материал склонен к деформациям. Такие конструкционные материалы, как сталь, железобетон, отличаются высокими значениями модуля упругости.

При увеличении напряжений в стальном образце наблюдается пластическое разрушение, отмеченное плошадкой текучести (6,а). Бетон характеризуется хрупким разрушением, при котором пластические деформации невелики - площадка текучести отсутствует (6,6).

Некоторые материалы, например бетон в фундаментах машин или в конструкции дорожного покрытия, подвержены действию ударных повторяющих нагрузок. Для характеристик свойств в этих случаях применяют понятие динамической прочности, т.е. способности материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Динамическую прочность выражают количеством работы, затраченной на разрушение стандартного образца и отнесенной к единице его объема или площади поперечного сечения (Дж/м3 илиДж/м2).

Традиционные методы определения прочности материалов связаны с изготовлением стандартных образцов, которые во время испытания доводят до разрушения. Однако неизбежно встает вопрос, насколько прочность материала в образцах соответствует прочности его в реальной конструкции. Чтобы достоверно судить, например, о прочности бетона, из конструкции выбуривают большое число кернов, что может ослабить конструкцию.

Небольшую часть сборных железобетонных конструкций подвергают испытанию до разрушения с целью проверки прочности, жесткости и тре-щиностойкости изделий. Для сплошного контроля качества изделий традиционные, так называемые разрушающие, методы испытаний непригодны.

Используя неразрушающие методы контроля, можно оценить прочность материала по косвенным характеристикам. Наиболее распространен импульсный ультразвуковой метод. Его физической основой является связь между скоростью распространения упругих волн и характеристиками материала: его плотностью и упругими свойствами, в частности модулем Юнга. Чем плотнее материал, тем быстрее распространяются в нем ультразвуковые волны. С повышением плотности возрастает и прочность материала. Это позволяет увязать прочность непосредственно со скоростью распространения в теле материала упругих ультразвуковых волн.

Ультразвуковые волны - это упругие колебания среды с малой длиной волны и частотами, превышающими предел слышимости - свыше 20 кГц. Ультразвуковые волны не вызывают в бетоне и подобных ему строительных материалах никаких изменений.

С помощью ультразвуковой аппаратуры можно контролировать прочность бетона в любой части конструкции. Для этого изготовляют контрольные образцы из бетона с применением материалов, используемых на данном строительстве. После затвердевания бетона к заданному сроку определяют скорость прохождения ультразвука в образцах, затем их испытывают на прочность обычным, т.е. разрушающим, методом. Результаты всех испытаний наносят на градуировочный график "скорость ультразвука - предел прочности бетона при сжатии.

Располагая таким графиком, можно приступать к оценке прочности на любом участке бетонной конструкции. Чаще пользуются способом сквозного прозвучивания. При этом ультразвуковые преобразователи (датчики) устанавливают на противоположных поверхностях изделия или конструкции, определяют время прохождения ультразвукового сигнала t, мкс. Измерив толщину конструкции /, рассчитывают скорость распространения ультразвука v по формуле v = l/t, км/с. Далее по градуировочному графику находят искомую прочность на исследуемом участке конструкции.

Таким путем можно получить картину фактической прочности бетона во всех частях конструкции, оценить однородность бетона и качество бетонных работ.

Твердость - свойство поверхностных слоев материала сопротивляться местным деформациям. Твердость большинства материалов определяют путем вдавливания в образцы с установленным усилием стального шарика либо твердого наконечника правильной геометрической формы - конуса или пирамиды. После удаления нагрузки н поверхности испытываемого материала остается отпечаток. Чем меньше отпечаток, тем выше твердость материала.

По твердости можно судить о других механических свойствах материала. Так, показатель твердости используют для оценки прочности бетона неразрушающими ударными методами (склерометрические испытания). Характеристика твердости имеет важное значение при выборе материалов для покрытия полов и дорожных одежд.

Истираемость - свойство образца материала уменьшаться в объеме и массе под воздействием истирающих усилий.

Сопротивление истиранию определяют путем воздействия на образец материала стандартными абразивами - кварцевым песком или наждаком. Это свойство имеет решающее значение при выборе долговечных материалов для лестничных ступеней, полов, автомобильных дорог.

Рассмотренные в главе I свойства наиболее часто употребляют для характеристики строительных материалов, поэтому эти свойства называют основными. Кроме того, для конкретных материалов необходимо выделять и специальные свойства. Например, для вяжущих веществ - это способность к твердению, для бетонных смесей - удобоукладывае-мость и т.д. Они будут рассмотрены при изучении конкретных материалов

Прочность бетона является важнейшей характеристикой, от которой зависят эксплуатационные параметры материала. Под прочностью подразумевают способность бетона противостоять внешним механическим силам и агрессивным средам. Особенно актуальны способы определения этой величины методами неразрушающего контроля: механическими или ультразвуковым.

Правила испытания прочности бетона на сжатие, растяжение и изгиб определяются ГОСТ 18105-86. Одной из характеристик прочности бетона является коэффициент вариации (Vm), который характеризует однородность смеси.

По ГОСТ 10180-67 предел прочности бетона при сжатии определяется при сжатии контрольных кубов с размерами ребер 20 см в 28-суточном возрасте - это так называемая кубиковая прочность. Призменная прочность определяется как 0,75 кубиковой прочности для класса бетона В25 и выше и 0,8 для класса бетона ниже В25

Помимо ГОСТов, требования к расчётной прочности бетона задаются в СНиПах. Так, например, минимальная распалубочная прочность бетона незагруженных горизонтальных конструкций при пролете до 6 метров должна составлять не менее 70% проектной прочности, а свыше 6 метров – 80% проектной прочности бетона.

Механические неразрушающие методы определения прочности бетона

Неразрушающие способы бетона на сжатие основываются на косвенных характеристиках показаний приборов. Испытания прочности бетона проводятся с помощью основных методов: упругого отскока, ударного импульса, отрыва, скалывания, пластической деформации, отрыва со скалыванием.

Рассмотрим виды испытательных приборов механического принципа действия. Таким способом прочность бетона определяется глубиной внедрения рабочего органа прибора в поверхностный слой материала.

Принцип действия молотка Физделя основан на использовании пластических деформаций строительных материалов. Удар молотка по поверхности бетона образует лунку, диаметр которой и характеризует прочность материала. Место, на которое наносятся опечатки, должно быть очищено от штукатурки, шпатлевки, окрасочного слоя. Испытания проводятся локтевыми ударами средней силы по 10-12 раз на каждом участке конструкции с расстоянием между отпечатками не менее 3 см. Диаметр полученных лунок измеряется с помощью штангенциркуля по двум перпендикулярным направлениям с точностью до десятой миллиметра. Прочность бетона определяется с помощью среднего диаметра отпечатка и тарировочной кривой. Тарировочная кривая строится на сравнении полученных диаметров отпечатков и результатов лабораторных исследований на образцах, взятых из конструкции или изготовленных по технологиям, аналогичных примененным.

На свойствах пластической деформации основан и принцип действия молотка Кашкарова. Различие между этими приборами заключается в наличии между молотком и завальцованным шариком отверстия, в которое введен контрольный стержень. Удар молотка Кашкарова приводит к образованию двух отпечатков. Одного — на поверхности обследуемой конструкции, второго — на эталонном стержне. Соотношение диаметров получаемых отпечатков зависит от прочности исследуемого материала и контрольного стержня и не зависит от скорости и силы удара молотка. По среднему соотношению диаметров двух отпечатков с помощью тарировочного графика устанавливают прочность бетона.

Пистолеты ЦНИИСКа, Борового, молоток Шмидта, склерометр КМ, оснащенный стержневым ударником, работают, основываясь на принципе упругого отскока. Измерения величины отскока бойка проводятся при постоянной величине кинетической энергии металлической пружины и фиксируются указателем на шкале прибора. Взвод и спуск бойка происходят автоматически при соприкосновении ударника и испытуемой поверхности. Склерометр КМ имеет специальный боек определенной массы, который с помощью предварительно напряженной пружины с заданной жесткостью ударяет по металлическому ударнику, прижатому другим концом к обследуемой поверхности.

Метод испытания на отрыв со скалыванием позволяет определить прочность бетона в теле бетонного элемента. Участки для испытания подбираются таким образом, чтобы в этой зоне не было арматуры. Для проведения исследований используют анкерные устройства трех типов. Анкерные устройства первого типа устанавливаются в конструкцию при бетонировании. Для установки второго и третьего типов анкерных устройств предварительно подготавливают шпуры, высверливая их в бетоне.

Ультразвуковой метод измерения прочности бетона

Принцип действия приборов ультразвукового контроля основывается на связи, которая существует между скоростью распространения ультразвуковых волн в материале и его прочностью.

В зависимости от способа прозвучивания разделяют две градуировочные зависимости: «скорость распространения волн — прочность бетона», «время распространения ультразвуковых волн — прочность бетона».

Метод сквозного прозвучивания в поперечном направлении применяется для сборных линейных конструкций — балок, ригелей, колонн. Ультразвуковые преобразователи при таких испытаниях устанавливаются с двух противоположных сторон контролируемой конструкции.

Поверхностным прозвучиванием испытывают плоские, ребристые, многопустотные плиты перекрытия, стеновые панели. Волновой преобразователь устанавливается с одной стороны конструкции.

Для получения надежного акустического контакта между испытуемой конструкцией и рабочей поверхностью ультразвукового преобразователя используют вязкие контактные материалы типа солидола. Возможна установка «сухого контакта» с использованием конусных насадок и протекторов. Ультразвуковые преобразователи устанавливают на расстоянии не менее 3 см от края конструкции.

Приборы для ультразвукового контроля прочности состоят из электронного блока и датчиков. Датчики могут быть раздельными или объединенными для поверхностного прозвучивания.

Скорость распространения ультразвуковой волны в бетоне зависит от плотности и упругости материала, наличия в нем пустот и трещин, отрицательно влияющих на прочность и другие качественные характеристики. Следовательно, ультразвуковое прозвучивание предоставляет информацию о следующих параметрах:

однородности, прочности, модуле упругости и плотности;
наличии дефектов и особенностях их локализаций;
форме А-сигнала.

Прибор записывает и преобразует в визуальный сигнал принимаемые ультразвуковые волны. Оснащенность контрольного оборудования цифровыми и аналоговыми фильтрами позволяет оптимизировать соотношение сигнала и помех.

Методы разрушающего контроля прочности бетона

Каждый застройщик может выбирать самостоятельно методы неразрушающего контроля, но согласно существующим СНиПам разрушающий контроль является обязательным. Способов организации выполнения требований СНиПов существует несколько.

Контроль прочности бетона может проводиться на специально изготовленных образцах. Применяется этот метод при производстве сборных железобетонных конструкций и для выходного контроля БСГ (бетонной смеси готовой) на стройплощадке.
Прочность бетонов может контролироваться на образцах, которые были получены способами выпиливания и вырубывания из самой конструкции. Места взятия проб определяются с учетом снижения несущей способности в зависимости от напряженного состояния. Целесообразно, чтобы эти места указывались самими проектировщиками в проектной документации.
Испытания образцов, изготовленных на месте проведения работ в условиях, определенных конкретным технологическим регламентом. Однако укладка бетона в кубы для проведения последующих испытаний, его твердение и хранение значительно отличаются от реальных условий укладки, уплотнения и твердения рабочих бетонных смесей. Эти различия существенно снижают достоверность получаемых таким способом результатов.

Самостоятельное измерение прочности бетона

Профессиональные методы определения прочности бетона дороги и не всегда доступны. Существует способ самостоятельного проведения обследования на прочность бетонных конструкций.

Для испытаний потребуется молоток весом 400-800 г и зубило. По приставленному к поверхности бетона зубилу наносится удар средней силы. Далее определяется степень повреждения, нанесенного поверхностному слою. Если зубило оставило лишь небольшую отметину, то бетон можно отнести к классу прочности В25. При наличии более значительной зазубрины бетон можно отнести к классам В15-В25. Если зубило проникнет в тело конструкции на глубину менее 0,5 см, то образец можно отнести к классу В10, если более 1 см — к классу В5. Класс или марка бетона по прочности - это основной показатель качества бетонной смеси, которые определяют среднюю прочность бетона. Например, средняя прочность бетона В30 (М400) составляет 393 кгс / см2.

Ориентировочно определить прочность бетона Rб в на 28 сутки в МПа можно по формуле Боломея-Скрамтаева, которая является основным законом прочности бетона. Для этого необходимо знать марку примененного цемента — Rц и цементно-водное соотношение — Ц/В. Коэффициент А при нормальном качестве заполнителей равен примерно 0,6.

Rб = А*Rц*(Ц/В-0,5)

При этом набор прочности бетона во времени подчиняется формуле

n = Марочная прочность *(lg(n) / lg(28)) , где n не менее 3 дней,

на 3 сутки бетон набирает около 30% марочной прочности, на 7 сутки - 60-80%, а 100% предел прочности достигается на 28-е сутки. Дальнейшее повышение прочности бетона происходит, но очень медленно. Согласно СНиП 3.03.01-87, уход за свежим бетоном продолжается до набора 70% прочности или до другого срока распалубливания.

Методы самостоятельного определения прочности бетонных конструкций просты и экономичны. Однако в случае строительства важных объектов целесообразно обратиться к услугам специализированных лабораторий.

Определение характеристик прочности

Прочность – свойство материала сопротивляться пластической деформации и разрушению под действием внешних сил.

В зависимости от способа приложения нагрузки различают прочность при растяжении, изгибе, сжатии, кручении, прочность на срез, при действии циклической или знакопеременной нагрузки – усталостную прочность и др.

В зависимости от скорости приложения нагрузки различают

статическую прочность, характеристики которой определяются при медленном равномерном возрастании нагрузки;

динамическую прочность, характеристики которой определяются при ударном приложении нагрузки.

В зависимости от температуры испытания различают

прочность при температуре () °C, низкотемпературную прочность и прочность при повышенной и высокой температуре.

1.1. Определение характеристик статической прочности

Основными характеристиками статической прочности материалов являются предел текучести σ т, который характеризует способность материала
сопротивляться пластической деформации, и предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ в. Значения названных характеристик определяют по ГОСТ 1497-84 (Металлы. Методы испытаний на растяжение). Для испытаний применяют специальные цилиндрические или плоские стандартные разрывные образцы (рис. 1), которые изготавливаются на металлорежущих станках из заготовок. Правила вырезки этих заготовок из изделий указаны в стандартах. Образец закрепляют в испытательной машине, схема которой приведена на рис. 2, и нагружают.

Рис. 1. Стандартные образцы для испытания на статическое осевое
растяжение: а – круглые образцы; б – плоские образцы с головками

На рис. 2 обозначено: 1 – собственно машина; 2 – винт грузовой; 3 – нижний
захват (активный); 4 – образец; 5 – верхний захват (пассивный); 6 – силоизмерительный датчик; 7 – индикатор нагрузок;
8 – привод нагружающего механизма.

Результаты испытаний фиксируются на диаграмме растяжения (график зависимости напряжения σ от деформации ε , рис. 3). При этом силу Р , растягивающую образец, относят к первоначальной площади поперечного сечения F 0 (это отношение называется напряжением σ ), а удлинение образца Dl – к первоначальной длине расчетной части образца l 0:

σ = P / F 0 , (1)

ε = Δl / l 0 , (2)

ε σ т σ в σ , Па Предел текучести физический (нижний предел текучести) σ т – наименьшее напряжение, соответствующее растягивающему усилию Р т, при котором образец деформируется без заметного увеличения этого усилия, Н/м 2 (МПа, кгс/мм 2):

σ т = Р т / F 0 , (3)

где Р т – наименьшая нагрузка, соответствующая стадии текучести материала на диаграмме растяжения образца, Н (кгс);

F 0 – начальная площадь поперечного сечения образца, м 2 (мм 2).

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ в – напряжение, соответствующее наибольшему усилию Р max , предшествующему разрыву образца, Н/м 2 (МПа, кгс/мм 2):

σ в = Р max / F 0 , (4)

1.2. Определение характеристик прочности при циклическом нагружении
(испытания на усталость)

Процесс постепенного накопления напряжения в металле при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению, называется усталостью . Разрушение таких деталей, как валы, рессоры, рельсы, шестерни и др., в эксплуатации происходит в результате циклического нагружения при напряжении, значительно меньшем, чем временное сопротивление металла. Свойство металла выдерживать большое число циклов переменных напряжений, т. е. противостоять усталости, называется выносливостью , или циклической (усталостной) прочностью .

Усталостная прочность – способность металла сопротивляться упругим и пластическим деформациям при переменных нагрузках, она характеризуется наибольшим напряжением σ -1 , которое выдерживает металл, не разрушаясь при бесконечно большом числе циклов нагружения, и называется пределом усталости , или пределом выносливости . Для оценки способности материала сопротивляться действию циклических напряжений и исследования различных стадий усталостного разрушения в технике широко используют кривые усталости (рис. 4), которые показывают связь между уровнем переменного напряжения σ и числом циклов до разрушения N (кривые Велера).

Для углеродистой конструкционной стали предел усталости условно принимается равным (0,4 – 0,5) σ в.

Значение предела выносливости зависит от многих факторов: степени загрязненности металла неметаллическими включениями, макро- и микроструктуры металла, состояния поверхности, формы и размеров детали и др.

Важной характеристикой конструктивной прочности (надежности) металла является живучесть при циклическом нагружении.Живучесть − это способность металла работать в поврежденном состоянии после образования трещины до полного разрушения, она измеряется числом циклов нагружения или скоростью развития трещины усталости при данном напряжении. Живучесть является самостоятельным свойством, которое не зависит от других свойств металла. Живучесть имеет важное значение для оценки работоспособности деталей, работа которых контролируется различными методами дефектоскопии. Чем меньше скорость развития трещины усталости, тем легче ее обнаружить.

1.3. Определение характеристик динамической прочности

Основной характеристикой динамической прочности материалов является ударная вязкость KCU илиKCV , Дж/м 2 (кгс∙м/см 2).

В процессе эксплуатации многие детали машин испытывают динами-ческие (ударные) нагрузки. Для определения стойкости металла к удару и одновременной оценки его склонности к хрупкому разрушению проводят испытания на ударный изгиб по ГОСТ 9454-78 (Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах).
Метод основан на разрушении стандартного образца для испытания на динамическую прочность (рис. 5) с концентратором посередине одним ударом маятникового копра. Концы образца располагают на опорах (схема испытания представлена на рис. 6). При испытании определяют полную работу, затраченную на разрушение образца ударным изгибом (работу удара), по значению которой рассчитывается ударная вязкость.

Ударную вязкость (KC ) в Дж/см 2 (кгс·м/см 2) вычисляют по формуле:

KC = K / S 0 , (5)

где K – работа удара, Дж (кгс·м);

S 0 – начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, см 2 , вычисляемая по формуле:

S 0 = H 1 ∙ B , (6)

где Н 1 – начальная высота рабочей
части образца, см;

B − начальная ширина образца, см.

Для определения ударной вязкости применяют образцы (обычно размером 10 ´ 10 ´ 55 мм) с U - или V -образным надрезом. Надрез посередине образца называется концентратором. Испытания проводят на маятниковом копре 1 (рис. 6, а). Маятник 2, падая с определенной высоты, разрушает образец 3, свободно установленный на двух опорах копра (рис. 6, б). Работа удара K (Дж или кгс×м), затраченная на излом (разрушение) образца, фиксируется стрелкой на шкале копра и определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара. Ее можно определить по формуле:

К = G (h 1 – h 2), (7)

где G – сила тяжести, Н, G = mg ;

m – масса маятника, кг;

h 1 – исходная высота подъема маятника, м;

h 2 – высота подъема маятника после разрушения образца, м.

Если образец имеет U -образный надрез, то в обозначение ударной вяз-кости добавляется буква U (КСU ), а если V -образный, то добавляется буква
V (КСV ).

Рис. 6. Схема испытаний на ударную вязкость:

а – маятниковый копер; б – установка образца

Для обозначения работы удара и ударной вязкости при пониженной и повышенной температуре вводится цифровой индекс, указывающий температуру испытания. Цифровой индекс ставят вверху после буквенных составляющих, например: KCV −40 – работа удара, определенная на образце с концентратором вида V при температуре минус 40 °С; KCU +100 – ударная вязкость, определенная на образце с концентратором вида U при температуре плюс 100 °С.

Определение ударной вязкости является наиболее простым и показательным способом оценки сопротивляемости к хрупкости при работе в условиях низких температур, называемой хладноломкостью . Практически хладноломкость определяют при испытании на удар серии образцов при нескольких понижающихся значениях температуры (от комнатной до минус 100 °С). Результаты испытаний наносят на график в координатах «ударная вязкость – температура испытания» (рис. 7). Температура, ниже которой происходит падение ударной вязкости, называется критической температурой хрупкости, или порогом хладноломкости. Порог хладноломкости − температура, при которой металл переходит из вязкого состояния в хрупкое. Верхним порогом хладноломкости является температура t в, при которой доля вязкой (волокнистой, матовой) составляющей в изломе металла (сплава) более 90 %, а нижним – температура t н, при которой доля вязкой составляющей в изломе металла менее 10 %, т. е. преобла-дает хрупкий (кристаллический, блестящий) излом. В технике за порог хладноломкости принимают критическую температуруt кр, при которой доля вязкого излома составляет 50 %. Чем ниже порог хлад ноломкости материала, тем выше его надежность при низкой температуре.

1.4. Определение характеристик жаропрочности – прочности металла
при высокой температуре

Жаропрочность − свойство металлов при высокой температуре соп-ротивляться деформации и разрушению при действии приложенных напряжений. Жаропрочность зависит от химического состава, структуры и технологии изготовления сплава.

Основными характеристиками жаропрочности являются предел ползучести σ пл и предел длительной прочности σ дл. О жаропрочности судят по результатам длительных испытаний на статическое осевое растяжение стандартных образцов (см. рис. 1) при высокой температуре (ГОСТ 9651-84), на ползучесть (ГОСТ 3248-81) и длительную прочность (ГОСТ 10145-81). Образец при испытаниях помещается в термостат, в котором поддерживается заданная температура.

Пределом ползучести называется напряжение, которое вызывает за установленное время испытания при данной температуре заданное удлинение образца (суммарное или остаточное) или заданную скорость ползучести на прямолинейном участке кривой ползучести.

Предел ползучести обозначается как напряжение σ с числовыми индексами – верхний указывает температуру в градусах Т , а нижний − отношение
деформации δ в процентах и времени τ в часах, за которое она возникает , например: МПа означает, что напряжение 80 МПа за время 100 000 ч при температуре 600 °С создает 1 % пластической деформации ползучести. Нижний индекс представляет собой скорость ползучести, %/ч, V = 1×10 −5 .

Предел ползучести является базовой расчетной характеристикой конст-рукций, работающих с ограниченной суммарной деформацией ползучести. Например, для подвижных узлов турбин (валов, лопаток) суммарная деформация ползучести за весь период работы не должна превышать определенного значения, обусловленного конструктивными соображениями работоспособности.

Ползучесть − свойство металлов медленно и непрерывно пластически деформироваться при статическом нагружении, особенно при высокой температуре. При повышенной температуре металлы приобретают способность получать остаточные деформации («ползти») даже в тех случаях, когда действующие напряжения лежат значительно ниже предела текучести (упругости) данного металла при заданной температуре.

Испытания на ползучесть дают возможность получения кривой ползу-чести, представляющей собой графическое изображение зависимости деформации от времени при постоянных температуре и напряжении, по которой определяют деформацию за установленное время или скорость ползучести.

Пределом длительной прочности называется напряжение, которое вызывает разрушение материала при заданной температуре за определенное время.

Предел длительной прочности обозначается как напряжение МПа, с числовыми индексами − верхний указывает температуру в градусах, а нижний − длительность испытания в часах. Например, означает, что температура испытания − 650 °С, длительность испытания − 100 000 ч.

В статье освещены современные методики и приборы, позволяющие неразрушающими методами контролировать прочность бетона. Проведен сравнительный анализ преимуществ современных приборов неразрушающего контроля прочности. Проанализирован ряд проблем, возникающих при разработке методик контроля.

Приборы неразрушающего контроля (ПНК) - условно принятый в технической литературе термин, включающий в себя приборы для толщинометрии и дефектоскопии покрытий и материалов, для определения твердости и прочности материалов, а также ряд других характеристик. Измерения вышеназванных параметров производятся различными методами: ультразвуковым (УЗ), рентгенографическим, вихретоковым, ударно-импульсным, упругого отскока, пластической деформации, магнитным, магнитопорошковым, термографическим, оптическим, импедансным, а также рядом других менее распространенных методов.

Вы можете сразу перейти к выбору .

Само название метода, по-видимому, происходит от принятого в зарубежной литературе термина "non-destructive testing" (NDT), также периодически встречающегося в отечественной технической литературе.

Наибольшее распространение методы НК получили в области дефектоскопии металлов и изделий из твердых пластмасс. По этому вопросу выпущено огромное количество литературы, проводятся сотни исследований и экспериментов. Но в данной статье мы рассмотрим использование методов и средств НК применительно к изделиям и сооружениям из искусственного камня или, другими словами, бетонов.

Параметрами, подвергаемыми неразрушающему контролю в бетонах, являются прочность, величина защитного слоя, влажность, морозоустойчивость, влагонепроницаемость и ряд других. При производстве ЖБИ также контролируют натяжение арматуры и величину вибрации при уплотнении бетонной смеси. Но основным контролируемым параметром для бетонов является прочность на сжатие.

Прочность - свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами (стесненная усадка, неравномерное нагревание и т. п.)

Существует несколько методов испытания бетонов на прочность:

Метод стандартных образцов. Как правило, изготавливают образцы кубической формы, иногда - цилиндрической. Образцы для испытаний изготавливают из проб бетонной смеси, применяемой при изготовлении контролируемого изделия. Пробы берут из одного замеса или из одного кузова автомобиля, перевозящего бетонную смесь. Образцы, изготовленные из бетонной смеси, испытывают через 28 суток после изготовления. Образцы устанавливают в пресс и нагружают его непрерывно и равномерно до разрушения образца. Разрушающая нагрузка фиксируется и затем по ней рассчитывают прочность бетона.
Использование выбуренных из конструкции кернов, которые затем испытывают подобно стандартным образцам под прессом. Бетон кернов полностью соответствует реальному материалу конструкции. Однако сложность отбора образцов-кернов, высокая трудоемкость и стоимость выбуривания кернов, опасность нарушения целостности конструкции, возможное нарушение структуры керна при выбуривании и обработке торцов, - все это во многих случаях ограничивает использование этого метода.
Методы неразрушающего контроля . Основное отличие метода от двух предыдущих состоит в том, что при использовании этого метода непосредственно измеряемой величиной является не прочность, а какой-либо физический показатель, связанный с измеряемой величиной корреляционной зависимостью.

Корреляционной называется зависимость, в которой каждому значению измеряемой величины может соответствовать несколько значений искомой величины. Другими словами, на соотношение измеряемый показатель - показания прибора (прочность) оказывают влияние несколько свойств материала, не все из которых поддаются четкой и однозначной математической, а, следовательно, и приборной интерпретации.

Для установления этой корреляционной зависимости, а, значит, и для определения прочности бетона предварительно устанавливают градуировочную (тарировочную) зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой. Градуировочную зависимость устанавливают для бетонов одного проектного возраста и приготовленных из одинаковых материалов по результатам испытаний на прочность образцов-кубов. Итак, все методы неразрушающего контроля прочности бетона требуют построения индивидуальных градуировочных зависимостей по результатам испытаний стандартных образцов-кубов, изготовленных из бетона такого же состава и возраста, что и испытываемый образец.

На точность измерения прочности при измерении неразрушающими методами могут оказывать влияние такие факторы как: тип цемента, состав цемента, тип заполнителя, условия твердения, возраст бетона, влажность и температура поверхности, тип поверхности, карбонизация поверхностного слоя бетона и еще ряд других менее значимых факторов.

Далеко не все из перечисленных факторов можно учесть при построении градуировочной зависимости. Поэтому такие факторы нужно учитывать при разработке методики измерений на конкретный объект тестирования.

Основных методов НК, основанных на построении индивидуальных градуировочных зависимостей, несколько:

1. Метод пластической деформации основан на измерении размеров отпечатка, который остался на поверхности бетона после соударения с ней стального шарика. Метод устаревший, но до сих пор его используют из-за дешевизны оборудования. Наиболее широко для таких испытаний используют молоток Кашкарова.

2. Метод упругого отскока заключается в измерении величины обратного отскока ударника при соударении с поверхностью бетона. Типичным представителем приборов для испытаний по этому методу является склерометр Шмидта и его многочисленные аналоги. Метод упругого отскока, как и метод пластической деформации, основан на измерении поверхностной твердости бетона.

3. Метод ударного импульса заключается в регистрации энергии удара, возникающей в момент соударения бойка с поверхностью бетона. В России этот метод, пожалуй, больше всего распространен. Типичные представители приборного ряда для испытаний этим методом - семейство приборов ИПС , выпускаемых "СКБ "Стройприбор"" г.Челябинск и приборы ОНИКС , выпускаемые "НПП "Интерприбор"" г. Челябинск.

4. Метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции заключается в регистрации усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции, либо местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства.

Это самые точные из методов НК прочности, поскольку для них допускается использовать универсальную градуировочную зависимость, в которой изменяются всего два параметра: 1) крупность заполнителя, которую принимают равной 1 при крупности менее 50 мм и 1,1 при крупности более 50 мм; 2) тип бетона - тяжелый либо легкий.

К недостаткам этого метода следует отнести его высокую трудоемкость и невозможность его использования в густоармированных участках, а также то, что он частично повреждает поверхность конструкции.

Наиболее широко в настоящее время используются приборы серии ПОС , выпускаемые "СКБ "Стройприбор"" г.Челябинск. Также до сих пор применяют приборы ГПНВ и ГПНС.

5. Метод отрыва стальных дисков заключается в регистрации напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве от него металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска. В настоящее время метод используется крайне редко.

6. Ультразвуковой метод заключается в регистрации скорости прохождения УЗ волн. По технике проведения испытаний можно выделить сквозное УЗ прозвучивание, когда датчики располагают с разных сторон тестируемого образца, и поверхностное прозвучивание, когда датчики расположены с одной стороны.

Метод сквозного УЗ прозвучивания позволяет, в отличие от всех остальных методов НК прочности, контролировать прочность не только в приповерхностных слоях бетона, но и прочность тела бетона конструкции.

Наиболее широко распространенные приборы, реализующие этот метод - УК1401 производства "Акустические Контрольные Системы" г. Москва, семейство приборов Пульсар - "НПП "Интерприбор" г.Челябинск, Бетон-32 - ЗАО "Интротест", УК-14П и ряд других.

Современная приборная база НК существенно отличается от рекомендуемой ав-торами ГОСТов и многочисленных исследований, проведенных в 80-х годах прошлого века. С начала 90-х годов прошлого столетия активно ведется разработка и производство приборов НК нового поколения с применением электроники и микропроцессорной техники, наращиваются их функциональные возможности. Методики же контроля, разработанные ав-торами ГОСТ 22690, не претерпели существенных изменений и остаются основой развития средств НК в отрасли.

До недавнего времени испытания бетонов на прочность проводили только заводы ЖБИ да несколько лабораторий при профильных институтах, таких как НИИЖБ. В последнее время в связи с бурным развитием строительства зданий и сооружений из монолитного железобетона и участившимися случаями разрушений зданий, вызванных недостаточным контролем над их состоянием, наблюдается большой интерес к средствам и методам для такого контроля. Причем, интерес этот проявляют не только потребители, но и производители такого оборудования, а также специализированные лаборатории, призванные разрабатывать новые и совершенствовать существующие методики.

Сложившаяся ситуация вполне экономически объяснима. Потребители хотят получить современный, простой и надежный в эксплуатации прибор; производители, почувствовав значительное увеличение спроса, стремятся реализовать как можно большее количество приборов; лаборатории по заказам как производителей, так и потребителей разрабатывают новые методики контроля, являющиеся дополнениями к существующей нормативной базе (ГОСТам).

В настоящем сложилась интересная ситуация: существующие ГОСТы содержат устаревшие требования как к самым методам контроля, так и приборным средствам, на которые ссылаются ГОСТы. Дело в том, что существующие ГОСТы разрабатывались в период, когда основой строительства являлся сборный железобетон. Поэтому они основывались на методиках, предназначенных, в основном, для НК при производстве сборных ЖБИ. Вопросы же контроля монолитного железобетона рассмотрены очень слабо.

Так, например, по ГОСТ 17624-86 применение способа поверхностного прозвучивания при ультразвуковом методе контроля прочности бетона не допускается. Разрешается только сквозное прозвучивание. Однако использование метода сквозного прозвучивания на реальных объектах крайне затруднено, очень сложно обеспечить приемлемую степень соосности приемного и передающего УЗ преобразователя, которые должны быть расположены с разных сторон конструкции. Зачастую негде провести длинный провод к преобразователю, да и потери энергии в длинных проводах будут крайне велики, чтобы результаты измерений можно было считать достоверными.

Еще пример: в соответствии с ГОСТ 18105-86 при изготовлении монолитных конструкций контроль прочности бетона должен вестись на заводах ЖБИ. В соответствии с этим ГОСТ прочность бетона регулируется в зависимости от значения коэффициента вариации: чем ниже значение коэффициента вариации, тем меньше может быть значение средней прочности. При этом надежность конструкции не уменьшается, так как расчетное значение прочности не изменяется.

Такой подход оправдывает себя для ЖБИ, изготовление которых территориально совмещено с изготовлением бетонной смеси. При возведении же монолитных конструкций процесс бетонирования отделен от процесса изготовления бетонной смеси пространством и временем. А, следовательно, свойства бетонной смеси на стройплощадке могут отличаться от свойств на заводе. И, кроме того, одна строительная площадка может иметь разных поставщиков бетонных смесей, которые могут отличаться друг от друга значениями коэффициента вариации.

Также не совсем правильной следует назвать практику изготовления и испытания стандартных бетонных образцов-кубов по целому ряду причин: объем изготовления стандартных образцов-кубов не соизмерим с объемами производства конструкций и сооружений, условия формования и твердения бетонных кубов не всегда соответствуют условиям изготовления конструкций. Поэтому прочностные характеристики стандартных образцов могут значительно отличаться от фактической прочности бетона в конструкциях.

Потребителей приборов НК прочности бетона можно разделить на три группы. И, хотя это деление весьма условно, все же накопленный опыт общения с потребителями, позволяет установить такую дифференциацию:

Заводы стройиндустрии (ЖБИ, кирпичные, керамической плитки и т.д.). Имеют в своем составе лаборатории, оборудованные прессами, позволяющими проводить испытания стандартных образцов и специалистов, которые могут квалифицированно произвести такие испытания. Заводы, как правило, используют регламентированные составы смесей для изготовления изделий. Сырье поставляется несколькими поставщиками, качество продукции которых проверено. Поэтому могут устанавливать градуировочные зависимости под производимые у них составы изделий. Такой подход, с одной стороны, позволяет повысить точность измерений, т.к измерительное оборудование градуируется на предприятии под производимые на нем материалы. Во вторых, позволяет снизить стоимость закупаемого оборудования, т.к. приборы могут поставляться "пустыми", - без установленных в них на предприятии-изготовителе градуировочных зависимостей. Чаще всего заводы приобретают приборы ИПС-МГ4.01 и УК1401 .

Предприятия и фирмы, занимающиеся техническим обследованием существующих зданий и сооружений. Специалисты этих организаций, как правило, до начала обследований не имеют сведений ни о составе материалов несущих конструкций, ни о возрасте, т.к. зачастую необходимость обследования возникает в процессе реконструкции сооружений, которым ни один десяток лет. Также очень редки случаи, когда удается получить образцы-керны бетонов обследуемого сооружения в силу ряда причин, о которых говорилось выше.

Как же выходят из такой, прямо скажем, непростой ситуации? ГОСТ 22690-88 допускает использовать для уточнения градуировочной зависимости методы отрыва со скалыванием, скалывание ребра либо испытание кернов. Для этого результат, полученный одним из этих методов, делят на прочность, полученную в результате испытаний каким-либо из прочих методов НК. Полученный результат называют коэффициентом совпадения.

Для обследования остальных участков конструкции результаты, полученные одним из остальных методов, умножают на этот коэффициент. Так, например, в приборах серии ИПС ввод этого коэффициента осуществляется с клавиатуры, и результаты выдаются уже с его учетом.

Соответственно организации, проводящие обследования, должны иметь на своем вооружении не только полный спектр приборов для контроля прочности, но также дополнительные приборы, такие как дефектоскопы, георадары, влагомеры, термометры и ряд других приборов для повышения достоверности результатов.

Чаще всего такими организациями приобретаются приборы ИПС-МГ4.03 , ПОС-50-МГ4 "Скол", УК1401 .

Ну и, наконец, третья группа - самая многочисленная. Сюда входят предприятия и фирмы, занимающиеся строительством сооружений из монолитного железобетона.

Перед ними стоят две задачи:

1. Контролировать распалубочную прочность бетона, т.е. следить за состоянием бетона, при котором в соответствии с регламентами можно снимать опалубку.

2. Контроль за техническим соответствием поставляемого бетона заявленным паспортным характеристикам.

При этом основными требованиями здесь являются максимальная простота использования, универсальность и достаточная точность. То есть с прибором должен уметь работать неквалифицированный специалист по прочтении паспорта прибора.

Таким характеристикам наиболее полно соответствует прибор ИПС-МГ4.03, в котором предварительно установлены 16 градуировочных зависимостей по различным составам бетонов, кирпичу керамическому, силикатному; по различным условиям твердения бетона и по всем проектным возрастам.

Ну и, наконец, можно провести небольшой сравнительный анализ приборов, выпускаемых различными производителями. Начнем с чаще всего используемого и самого простого метода.

Прибор ИПС-МГ4.01

Прибор имеет одну усредненную градуировочную зависимость по тяжелым бетонам
Возможность ввода девяти индивидуальных градуировочных зависимостей
Возможность выбора направления удара бойка, в том числе и под 45 градусов
Погрешность измерений - не более 10%
Возможность маркировки измерения типом изделия (балка, колонна, ригель, плита, наружная стена, внутренняя стена, свая, ферма, стяжка, фунд.блок, полы, изделие)
Возможность подключения к компьютеру RS -232
Память на 500 участков/результатов

Прибор ИПС-МГ4.03 - самый популярный в настоящее время. Прибор имеет очень удобную организацию пользовательского интерфейса, выбор всех параметров измерений осуществляется сразу после включения в одном пункте меню с функцией круговой прокрутки.

Прибор имеет 58 градуировочных зависимостей по различным материалам (тяж.бетон на граните, тяж.бетон на известняке, тяж.бетон на гравии, тяж.бетон на граншлаке, мелкозернистый бетон, керамзитобетон, шлакопемзобетон, кирпич керамический, кирпич силикатный), условиям твердения (нормальное или термообработка) и проектным возрастам (1, 7, 28 или 100 суток).
Возможность ввода двадцати индивидуальных градуировочных зависимостей
Интеллектуальный алгоритм обработки результатов измерений включает:
- Усреднение промежуточных значений
- Сравнение каждого промежуточного значения со средним с последующей отбраковкой значений, имеющих отклонение от среднего выше допустимого
- Усреднение оставшихся промежуточных значений
- Запись в память конечного значения прочности и класса бетона
Усовершенствованный механизм склерометра, долговременно сохраняющий неизменность характеристик силовой пружины
Надежная система крепления датчика отсчета к силовой пружине
Возможность корректировки показаний прибора с учетом усталостного старения силовой пружины
Возможность выбора направления удара бойка, в том числе и под 45 градусов.
Возможность маркировки измерения типом изделия (балка, колонна, ригель, плита, наруж.стена, внут.стена, свая, ферма, стяжка, фунд.блок, полы, изделие)
Выбор коэффициента вариации для расчета класса бетона
Выбор коэффициента соответствия
Возможность подключения к компьютеру RS-232.
Память на 999 участков/15000 результатов
Корректировка/просмотр промежуточных результатов в серии измерений

Прибор ОНИКС-2.51/ОНИКС-2.52

Две градуировочные зависимости (легкие/тяжелые бетоны) с возможностью выбора возраста бетона от 1 до 100 суток с шагом 1 сутки и от 100 до 1000 суток с шагом 10 суток
Возможность установки одной пользовательской градуировочной зависимости
Малые габариты
Облегченная конструкция склерометра из особо прочного пластика
Двухпараметрический метод контроля - по упругому отскоку и ударному импульсу, что повышает достоверность измерений
Улучшенная погрешность измерений - не более 8%
Выбор коэффициента вариации для расчета класса бетона и размаха измерений
Подсветка дисплея
Встроенный термометр, позволяющий вносить корректировки за температуру
Возможность выбора языка (русский/английский)
Просмотр промежуточных результатов в серии измерений
Прибор ОНИКС-2.51 имеет

Прибор УК1401

Удобный анатомический корпус облегченной конструкции со встроенными УЗ-датчиками, позволяющими проводить измерения одной рукой
Высокоточные УЗ-датчики
Определение прочности бетона в эксплуатируемых сооружениях в сочетании с методом "отрыв со сколом".
Оценка несущей способности бетонных опор и столбов из центрифугированного бетона через отношение скоростей распространения ультразвука в направлениях вдоль и поперек оси опоры.
Поиск приповерхностных дефектов в бетонных сооружениях по аномальному уменьшению скорости или увеличению времени распространения ультразвука в дефектном месте по сравнению с областями без дефектов.
Оценка пористости и трещиноватости горных пород, степени анизотропии и текстуры композитных материалов.
Оценка сходства или различия упругих свойств материалов или образцов одного материала друг от друга, а также возраста материала при условии изменения его свойств от времени.
ИК-порт для связи с компьютером
Имеется модификация с выносными УЗ-датчиками для сквозного прозвучивания

Приборы ПУЛЬСАР-1.0/1.1

способы прозвучивания: сквозное, поверхностное;
виды акустического контакта: сухой контакт с коническими насадками; сухой контакт с полиуретановыми протекторами; с контактной смазкой;
измерительная база: произвольная с вводом в прибор её значения (для сквозного прозвучивания); фиксированная база с возможностью её изменения (для поверхностного прозвучивания);
измеряемые параметры: прочность, плотность, модуль упругости, звуковой индекс абразивов;
основные виды материалов: бетон (тяжелый, легкий), кирпич (керамический, силикатный), абразивы;
прибор оснащен большим графическим дисплеем с подсветкой, формирующим текстовые и графические изображения;
пользователь работает с прибором через систему меню;
ИК-порт для связи с компьютером
Прибор ПУЛЬСАР-1.1 имеет дополнительные возможности (определение глубины трещин, оценка прочности бетонов неизвестного состава), большой графический дисплей (160*160 точек).

Семейство приборов ПОС состоит из нескольких модификаций приборов:

ПОС-30-МГ4 и ПОС-50-МГ4 имеют две опоры и предназначены для контроля изделий круглого сечения. Отличаются друг от друга усилием вырыва анкера - 30 и 50 кН соответственно.
ПОС-30-МГ4 "Скол" и ПОС-50-МГ4 "Скол" имеют три опоры и предназначены для контроля плоских бетонных поверхностей. Оба прибора имеют универсальную конструкцию, позволяющую проводить испытания как методом отрыва, так и методом скалывания ребра конструкции. Отличаются друг от друга усилием вырыва анкера - 30 и 50 кН соответственно.
ПОС-2-МГ4 предназначен для контроля ячеистого бетона методом вырыва спирального анкера. Прибор может применяться для контроля прочности полистиролбетона и пеноситалла.
Отличительной особенностью приборов являются: устройство для измерения величины проскальзывания анкера и электронный силоизмеритель, обеспечивающий ин-ди-кацию текущего значения приложенной нагрузки с фик-са-цией максимального значения, а также индикацию скорости нагружения в процессе испытаний.
В приборах предусмотрена возможность установки следующих параметров: вида бетона (тяжелый/легкий), вида твердения (нормальное/ТВО), предполагаемой прочности бетона (< 50МПа/ > 50МПа), типоразмера анкера. Выбор параметров осуществляется с клавиатуры приборов, при этом обеспечивается выбор коэффициентов для автоматического вычисления прочности бетона по результатам нагружения (вырыва фрагмента бетона).
Энергонезависимую память 99 результатов из-ме-рений
Возможность установления индивидуальных гра-ду-иро-вочных зависимостей
Передача данных на ПК через COM -порт
Занесенные в память приборов результаты измерения маркируются типом контролируемого изделия, датой и временем измерения.
Индикация цифровая в кН и МПа.

Кроме перечисленных методов и аппаратных средств контроля существует и ряд других менее распространенных, таких как инфракрасный, электрического потенциала, вибрационно-акустический, акустико-эмиссионный применение которых находится в стадии опытной эксплуатации либо очень сложно.

Естественно, что в такой небольшой статье нельзя рассмотреть все разнообразие методов и аппаратных средств контроля. Заинтересованные читатели могут обратиться к списку литературы.