Перед тем как ознакомиться с таким понятием, как определение прочности неразрушающим методом, необходимо до конца понять, что же из себя представляет бетон.

Наиболее жесткие требования к бетону, который используется при строительстве мостов и стратегически важных объектов.

Бетоном является строительный каменный материал искусственного происхождения, который получается в процессе отвердения правильно подобранной уплотненной смеси связующих веществ (цемент, песок, щебень, вода и др. заполнители). Для увеличения способности к противостоянию агрессивным средам и усиления прочностных свойств используют специальные добавки. Смесь всех этих компонентов до того, как она затвердела, принято называть смесью.

Каменная основа образуется за счет песка и щебня. После добавления в смесь воды образуется цементное тесто, которое заполняет промежутки между песком и щебнем, обво­лакивая их, и выполняет изначально функцию смазки для заполнителей, при помощи которой смесь становится подвижной (текучей). В процессе отвердения зерна заполнители связываются, образуя искусственный монолитный камень, называемый бетоном. При сочетании с арматурой из стали получаемую конструкцию называют железобетонной.

Неразрушающий контроль

Компоненты должны быть чистыми, без примесей, а вода – пресной.

Это такой вид контроля параметров и свойств, который не должен приводить к нарушению пригодности бетона к последующей эксплуатации или использованию. Контроль неразрушающего типа приобретает особую важность при возведении и во время эксплуатации особо важных компонентов, конструкций или изделий.

Проводя определение прочностных показателей при помощи неразрушающих методов контроля, очень важно понимать, что результаты всех этих методов основаны на косвенных характеристиках. Отдать предпочтение тому или иному методу невозможно, они все имеют свои плюсы, минусы и ограничения применения. Для более точного определения передвижная дорожная лаборатория должна быть оснащена аппаратами неразрушающего контроля, включающими все методы контроля. Начальный этап существования здания характеризуется осуществляемым контролем на соответствие линейных размеров проекту и отсутствие значительных отклонений от норм и правил строительства.

Для этого используют:

• всевозможные линейки;
• нутромеры;
• рулетки;
• скобы;
• штангенциркули;
• микроскопы;
• щупы и др. специальное оборудование.

Схема защиты

Отклонения конструкций от допустимых горизонтальных и вертикальных показателей обычно измеряются:

• нивелиром;
• теодолитом;
• поверочной линейкой.

В уже построенных зданиях прочностные показатели отдельных элементов конструкции обычно определяются двумя методами.

1. В одном из них конструкцию нагружают вплоть до момента ее разрушения, определяя таким образом максимальную несущую способность. Но такой метод является очень дорогостоящим и нецелесообразным с экономической точки зрения.
2. Намного привлекательнее и более удобнее неразрушающие методы, в которых подразумевается использование специальных приборов для оценки состояния конструкций. Такие случаи подразумевают обработку получаемых результатов и значений с помощью специальных компьютерных программ, позволяющих с достаточной точностью получать значения конечных характеристик.

Допустимая погрешность при проведении испытаний – наиболее весомый фактор определения методов и средств контроля и измерений. При этом очень важны легкость в обработке результатов и удобство в проведении работ.

Неразрушающие методы опираются на косвенные показатели:

• отпечаток;
• напряжение, приводящее к частичным (локальным) разрушениям конструкции;
• энергия, затрачиваемая при ударе.

Подробнее о наиболее часто применяемых методах контроля неразрушающего типа для бетона и др. строительных материалов будет описываться далее.

Варианты локальных разрушений

Такие неразрушающие методы для контроля прочности являются самыми точными, так как в них разрешается использование универсальной градуировочной зависимости, которая подразумевает изменение всего двух параметров:

Таблица видов бетона

• степень крупности заполнителя, которая принимается равной 1,0, если крупность меньше чем 5,0 см и 1,1, если крупность больше 5,0 см;
• тип (легкий или тяжелый).

Способ отрыва со сколом и способ скола конструктивного ребра характеризуется регистрацией усилий, необходимых для скола части ребра конструкции или локального разрушения бетона по ходу выдергивания из него анкерной конструкции.

Способ отрыва со сколом – единственный метод неразрушающего контроля прочности, для которого стандартами предусмотрены градуировочные зависимости. Этот метод наиболее точен, однако обусловлен большими трудозатратами, которые необходимы для бурения шпуров и установки анкеров. Главным минусом этого метода является невозможность применения в конструкциях, имеющих густое армирование и тонкие стены.

В конструкциях с густым армированием, когда способ отрыва со сколом и способ скалывания ребра невозможно использовать, прочность бетона можно определить методом отрывания металлических дисков. Он довольно точный, но гораздо менее трудоемкий в сравнении со способом отрыва со сколом. К минусам метода относят требование в наклеивании дисков за несколько часов до начала испытаний. Время зависит от условий и используемого клея.

Способ скола конструктивного ребра обычно применяется для определения прочности линейных элементов (колонны, сваи, балки, ригели, перемычки). Для начала испытаний требуются предварительные подготовительные работы. Причем при нарушениях защитного слоя и защитном слое, имеющем толщину менее 2,0 см, способ недопустим.

Схема кладки из пенобетона.

Метод отрывания металлических дисков характеризуется регистрацией напряжений, необходимых для локальных бетонных разрушений во время отрыва от его поверхности стального диска, равных усилиям, затрачиваемым на отрыв, деленных на проекционную площадь отрываемой бетонной поверхности на плоскость диска. В современной жизни этот метод применяется очень редко.

К недостаткам способов определения прочности путем локальных разрушений относятся:

• большая трудоемкость;
• невозможность применения на участках с густым армированием;
• необходимость в определении осей арматуры и глубин их расположения;
• частичные повреждения целостной конструкции.

Ударные методы воздействия

Одним из самых распространенных методов неразрушающего контроля прочности бетона является способ ударного импульса.

В этом методе производят регистрацию энергии удара, которая возникает в тот момент, когда боек соударяется с бетонной поверхностью.

Оборудование, применяемое в данном методе, характеризуется относительно малым весом и объемом занимаемого пространства. Да и определить прочность бетона способом ударного импульса достаточно просто. Все результаты выражаются в тех же единицах измерения, что и прочность на сжатие. Согласно замерам также производят определение класса бетона, производят измерения прочности под разными углами к плоскости объекта, переносят полученные результаты на компьютер.

Молоток Кошкарова является одни из методов определения прочности бетона.

Ударными импульсами называют волны малой энергии, получаемые в результате удара, которые генерируются при помощи подшипников, качения из-за изменений давления и соударения в зоне качения в период работы подшипников и распространяются в элементах подшипника, узле подшипникового механизма и соприкасающихся с ним деталей.

Использование способа ударного импульса имеет следующие основные функции:

• заблаговременные предупреждения об изменениях в условиях смазки подшипников для выполнения работ по замене смазки согласно ее фактическому состоянию;
• заблаговременные предупреждения об изменениях в работе подшипников из-за воздействия различных внешних факторов для выполнения мероприятий по их устранению вовремя и в срок (к примеру, дисбаланс, перегрузки и т. п.);
• заблаговременные предупреждения о дефектах, возникающих в подшипниках, для проведения работ по своевременной их замене;
• доведение до минимума времени простоя оборудования;
• доведение до минимума рисков, связанных с отказами оборудования. Обеспечение надежной работы.

Способ упругого отскока представляет собой величину обратного отскока, получаемую в результате соударения ударника с бетонной поверхностью. Склерометр Шмидта и различные его аналоги являются наиболее распространенными приборами для проведения испытаний этим методом. Измерение поверхностной твердости бетонной конструкции является основой метода упругого отскока и метода пластической деформации.

Изначально способом упругого отскока определяли твердость металлов. Испытания проводят при помощи приборов, носящих название склерометры, которые представляют собой молотки пружинного типа со штампами в виде сферы. Пружинная система молотка не препятствует свободному отскоку ударника после соударения с бетонной поверхностью или со стальной пластинкой, прижимаемой к бетону. Шкала со стрелкой на приборе фиксирует путь ударника во время его обратного отскока. Сила удара молотком должна составлять не меньше, чем 0,75 Н-м, радиус сферического штампа на конце ударника должен быть не менее 5 мм. Через каждые 500 ударов производят тарировку (проверку) аппарата.

По ходу проведения испытания после каждого соударения делается замер согласно шкале прибора (точность должна составлять одно деление). Результат записывается в специальный журнал ведения работ. Требования, предъявляемые к работам по подготовке мест проведения испытаний (расположение, количество мест ударов и эксперименты для построения кривых тарировки), идентичны требованиям способа пластической деформации.

Схема разрушения бетонной балки.

Способ пластической деформации характеризуется измерениями отпечатка, оставшегося на бетоне после удара по нему шарика из стали. Этот способ измерения прочности уже устарел, но его используют и сегодня, так как для проведения испытаний не требуется дорогостоящего оборудования.

Наиболее широкое распространение для проведения таких испытаний получил молоток Кашкарова. Принцип работы относительно прост. Молоток оснащается специальным съемным металлическим стержнем, который имеет определенную уже известную прочность. Таким молотком ударяют по бетонной поверхности. Затем полученные в результате удара отпечатки на стержне и бетоне измеряются при помощи углового масштаба. Прочность бетона вычисляется соотношением размеров отпечатков.

Устройства для определения прочности бетона способом пластических деформаций основываются на эффекте вдавливания штампа в бетонную поверхность при ударе либо статическом давлении определенной силы. Их применение ограничено. Приборы ударного действия представляют собой ручные или пружинные молотки со штампом в виде сферы (шарик) и маятниковые приборы со штампом в виде шара или диска.

Штампы приборов должны быть:

• твердостью не меньше чем HRC60;
• шероховатостью Ra меньше 0,32 мкм. Максимальный износ штампа – до 5 мкм;
• с диаметром шарика не меньше чем 10 мм;
• сила удара должна составлять не менее 125 Н-см;
• толщиной диска не меньше чем 1 мм.

Ультразвуковой способ

Этот метод основан на измерении скорости ультразвуковых волн. Испытания проводят способом сквозного ультразвукового прозвучивания (датчики расположены на противоположных сторонах образца, подвергаемого тестированию) и методом поверхностного прозвучивания (датчики ставятся на одной стороне образца).

Способ сквозного прозвучивания ультразвуком позволяет определять прочность не только в слое бетона около поверхности, но и в теле всей конструкции, в отличие от других неразрушающих способов контроля прочности.

Приборы, основанные на ультразвуковых волнах, используются не только для определения прочностных показателей бетона, но и для контроля качества, дефектоскопии и измерения глубины. Ультразвук распространяется в бетоне со скоростью достигающей 4500 м/с – это довольно много.

Градуировочная зависимость скорости распространения ультразвуковых волн и прочности объекта на сжатие определяется индивидуально для каждого состава бетона. Это обуславливается тем, что при определении прочности использование нескольких градуировочных бетонных зависимостей неизвестных или других составов приведет к возможным погрешностям.

Ультразвуковой метод контроля сварных соединений.

Зависимость «скорость ультразвуковых волн – прочность бетона» обусловливается влиянием следующих факторов, изменения которых должны учитываться при использовании ультразвукового способа определения прочности:

• зернистость заполнителя и его состав;
• колебания расхода цемента, составляющие более 30 %;
• метод изготовления бетонной смеси;
• уплотненность бетона;
• состояние бетона (напряженное).

Ультразвуковой способ определения прочности доступен для массовых многократных испытаний конструкций, имеющих любую форму, и позволяет производить постоянный контроль увеличения или уменьшения показателей прочности. К недостаткам способа можно отнести погрешность, получаемую во время перехода акустических характеристик в прочностные. Контролировать ультразвуковыми приборами качество высокопрочного бетона невозможно, то есть спектр прочностей бетона ограничен марками от В7,5 до В35 или от 10 до 40 МПа (ГОСТ 17624-87).

Разрушающие методы

Любая строительная организация самостоятельно выбирает способы контроля, но согласно требованиям действующим сегодня СНиПов, разрушающий контроль должен производиться обязательно.

Выполнить эти требования можно несколькими способами:

• прочность бетона определяют на изготовляемых специально образцах. Этот метод применяют при возведении железобетонных конструкций сборного типа и для контроля выхода готовой бетонной смеси на строительной площадке;
• замеры прочности получают, выпиливая или вырубая образцы непосредственно из конструкции. Пробы берутся в определенных местах. При этом, в зависимости от напряженного состояния, учитывается снижение несущей способности. Места взятия проб должны быть указаны в проектной документации либо определяться проектировщиками по ходу ведения работ;
• образцы, так называемые “кубики”, изготовленные непосредственно на строительной площадке согласно конкретному технологическому регламенту, для испытаний отправляются в лабораторию. Однако получение бетонных кубиков (их отвердение, хранение) значительно отличается от реального ведения бетонных работ (степени уплотнения и времени твердения смесей). Данные различия значительно снижают правильность результатов, полученных таким методом.

Оформление документации

Все результаты, полученные во время испытаний, заносятся в специальный журнал, который должен содержать следующие данные:

• название конструкции и номер партии;
• тип измеряемой прочности и ее допустимое значение;
• тип бетона;
• способ проведения испытаний (метод), прибор, включая заводской номер;
• усредненный показатель характеристики косвенной прочности и соответствующий ему показатель прочности бетона;
• использованные поправочные коэффициенты;
• результаты испытаний по оценке прочности бетона;
• ФИО, дата и подпись человека, производившего испытания.

Самостоятельное измерение

Таблица методов установления прочности бетона.

Лабораторные методы неразрушающего контроля прочности бетона – довольно дорогое и не всегда доступное удовольствие. Возможно самостоятельно провести обследование на прочность бетонной конструкции.

Для успешного проведения испытаний необходимо иметь:

• молоток, имеющий вес 0,40-0,80 кг;
• зубило.

К поверхности бетона приставляется зубило, и по нему молотком наносится удар, имеющий среднюю силу. Затем производят замер повреждений, нанесенных слою бетона, определяя его класс:

• В25 – зубило оставило небольшую риску;
• В15 – В25 – зубило оставило более заметную зазубрину;
• В10 – зубило проникло в бетонную конструкцию на глубину меньшую чем 5 мм;
• В5 – зубило прорезало бетон более, чем на 10 мм.

Классификация или маркировка бетона по прочности является основным качественным показателем бетонной смеси. Согласно этим показателям можно определить среднюю прочность бетонной конструкции. К примеру, усредненная прочность бетона марки М400 (В30) равна 393 кгс/см?.

Приблизительную прочность бетона Rб, набранную на 28 сутки, можно вычислить, используя основной закон прочности бетона – формулу Боломея-Скрамтаева. Для этого требуется точно знать марку применяемого цемента (Rц) и соотношение воды и цемента (Ц/В). Усредненное значение коэффициента А принимается равным 0,6 (при условии, что заполнители имеют нормальное качество).

Rб = Rц * A * (Ц/В – 0,5)

При этом прочность, набираемая бетоном по времени, вычисляется по формуле:

n = Прочность согласно марке * (lg(n) / lg(28)),

где n не меньше чем 3 дня.

Приблизительно 30 % марочной прочности бетона достигается на 3 сутки, 60 – 80 % – на 7 сутки, предельную прочность (100 %) бетон обретает на 28 сутки. Конечно, с течением временем может возникать повышение прочности, но происходит это очень медленно.

Свежий бетон требует ухода до того момента, как он наберет 70 % прочности или до другого срока демонтажа опалубки (СНиП 3.03.01-87).

Самостоятельное определение прочности бетона по своей сути просто и малозатратно. Однако при строительстве важных и особо важных объектов необходимо обращаться за помощью к специализированным лабораториям.

Применение молотка Шмидта обеспечивает высокую точность измерений и позволяет контролировать большое количество изделий в сжатые сроки. Благодаря своим преимуществам, метод измерения прочностных характеристик с помощью молотка Шмидта является наиболее распространенным измерителем прочности бетонных изделий. Процесс контроля соответствует требованиям ГОСТ 22690 . Компания Proceq (Просек) производит молотки Шмидта с 1950г. Современная линейка молотков представлена несколькими моделями, имеющими свои отличительные особенности.

Принцип работы. В процессе работы на два внешних датчика подается ток и измеряется разность потенциалов между двумя внутренними датчиками. Удельное сопротивление бетона определяется сопротивлением жидкости в порах, структурой пор и степенью насыщения. Расчетное удельное сопротивление зависит от расстояния между датчиками. На сегодняшний день, Resipod это один из самых точных и быстрых приборов на российском рынке. Прибор имеет прочный, водонепроницаемый корпус, для работы в сложных погодных условиях, все это делает Resipod одним из наиболее универсальных приборов неразрушающего контроля бетонных конструкций. Ниже перечислены основные области применения датчика электрического сопротивления бетона Resipod.

Тестер проницаемости бетона Torrent компании Proceq точно и без нарушения целостности измеряет коэффициент проницаемости бетонных конструкций воздухом. Слой бетона защищает арматурные стержни от внешних факторов вызывающих коррозию, поэтому анализ бетона на проницаемость воздуха и воды являются надёжным показателем потенциальной долговечности бетонной конструкции и ее способности сопротивляться проникновению агрессивных газообразных или жидких сред. Измерение проницаемости бетона тестером Torrent занимает от 2 до 12 минут. Полученные данные можно позже проанализировать на дисплее прибора. Тестер Torrent разработан и создан в Швейцарии. Стандартная гарантия – 2 года с возможностью продления до 3 лет. Прибор соответствует требованиями стандартов SIA 262/1 и SN 505 252/1, В РФ методы определения водопроницаемости бетона регламентированы

Качество бетонных и железобетонных изделий и конструкций в значительной степени зависит от эффективности и действенности контроля прочности и однородности бетона, защитного слоя бетона и расположения арматуры, напряжений в арматуре предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Определение прочности бетона может производиться стандартными методами (ГОСТ 10180 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам) путем изготовления и испытания образцов, однако достоверность контроля его прочности и однородности по стандартным образцам является недостаточной в силу ряда причин: объем испытания стандартных образцов не превышает 0,01 % уложенного в конструкцию бетона, условия виброформования и режимы твердения образцов и конструкций различны, стандартными методами невозможно определить однородность бетона в изделии и прочность отдельных его участков. При стандартные методы испытания бетона вообще неприменимы. Перечисленные недостатки стандартных методов испытания прочности бетона обусловили развитие неразрушающих методов контроля и методов, связанных с испытаниями бетона в нестандартных образцах, извлекаемых из конструкции.

Примером эффективного применения приборов неразрушающего контроля может служить контроль прочности и однородности бетона в изделиях кассетного производства ЗЖБИ Главюжуралстроя при выявлении причины вытягивания монтажных петель в процессе извлечения внутренних стеновых панелей из кассетных установок и их транспортировки. По данным лаборатории, прочность бетона контрольных кубов на момент распалубки соответствовала нормируемой отпускной прочности 14,8 МПа. Расследование аварийной ситуации показало, что причиной является пониженная прочность бетона в зоне анкеровки монтажных петель (конструкция петель и длина зоны анкеровки соответствовали проекту). Проверку прочности бетона отдельных участков производили в верхней, нижней и средней частях каждого изделия приборами Бетон-12 (при поверхностном прозвучивании) и ИПС-МГ4 (градуировочная зависимость прибора уточнялась по контрольным кубам). В результате было установлено, что средняя прочность бетона участков по высоте изделий составила 9,2 МПа (верх), 13,7 МПа (середина) и 16,4 МПа (низ), а скорость распространения УЗК составила от 3270 м/с (верх) до 3820 м/с (низ). Очевидно, что прочность бетона в изделиях кассетного производства, определяемая по контрольным образцам, существенно отличается от фактической прочности наиболее ответственных участков изделий, что может приводить к выпуску некачественной продукции и аварийным ситуациям.

Неразрушающий контроль отпускной и передаточной прочности бетона позволяет оперативно влиять на технологический процесс производства железобетонных изделий, своевременно корректировать состав, режимы виброуплотнения и термообработки бетона. Для неразрушающего контроля прочности бетона используются приборы, основанные на методах местных разрушений (отрыв со скалыванием, скалывание ребра, отрыв стальных дисков), ударного воздействия на бетон (ударный импульс, упругий отскок, пластическая деформация) и ультразвукового прозвучивания.

При и больших массивов бетона применение ударно-импульсных и ультразвуковых приборов должно сочетаться с испытаниями бетона методами отрыва со скалыванием, скалывания ребра (ГОСТ 22690 Бетоны. Определение прочности бетона методами неразрушающего контроля) или отбора образцов или кернов (ГОСТ 28570 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкции).

При выборе методов неразрушающего контроля и приборов для проведения испытаний бетона пользователь должен знать их особенности и рекомендуемые области применения. Достаточно полно методы неразрушающего контроля классифицированы Б.Г. Скрамтаевым и М.Ю. Лещинским (Испытание прочности бетона 1964), М.Г. Коревицкой (Неразрушающие методы контроля качества железобетонных конструкций 1989), в их работах даны рекомендации по выбору методов и средств неразрушающего контроля в зависимости от вида контролируемого изделия и условий его эксплуатации. Однако современная приборная база неразрушающего контроля существенно отличается от рекомендуемой названными авторами.

С начала 90-х годов прошлого столетия активно ведется разработка и производство приборов неразрушающего контроля нового поколения с применением электроники и микропроцессорной техники, наращиваются их функциональные возможности. Особого внимания заслуживают методы отрыва со скалыванием, скалывания ребра и отрыва стальных дисков, которые часто называют методами местных разрушений. Эти методы характеризуются большей точностью по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.

Приборы, основанные на методах местных разрушений, применяются в основном в монолитном домостроении и при . Недостатки этих методов, обусловленные повышенной трудоемкостью и необходимостью определения оси арматуры и глубины ее залегания, ограничивают их применение определением прочности бетона отдельных конструкций или их участков, а также уточнением градуировочных зависимостей ультразвуковых и ударно-импульсных приборов в соответствии с Приложением 9 (ГОСТ 22690 Бетоны. Определение прочности бетона методами неразрушающего контроля).

Основные объемы неразрушающего контроля прочности бетона выполняются, как правило, высокопроизводительными приборами после установления корреляции их косвенной характеристики (базовой зависимости) с фактической прочностью контролируемого бетона.

Применение приборов, имеющих большой объем памяти, интерфейс с ПК и функции уточнения и корректировки градуировочных характеристик, маркировки измерений типом контролируемого изделия, значительно облегчает документирование и последующую обработку результатов измерений. Наиболее сложными для контроля бетона конструкций являются случаи воздействия на него агрессивных факторов: химических (соли, кислоты, масла и др.), термических (высокие температуры, замораживание в раннем возрасте, либо переменное замораживание и оттаивание в водонасыщенном состоянии), атмосферных (карбонизация поверхностного слоя). Эти факторы воздействуют в первую очередь на поверхностные слои бетона, в связи с чем при обследовании необходимо визуально, простукиванием, либо смачиванием раствором фенолфталеина (случаи карбонизации бетона) выявить поверхностный слой с нарушенной структурой. Подготовка бетона таких конструкций для испытаний неразрушающими методами заключается в удалении поверхностного слоя на участке контроля и зачистке поверхности наждачным камнем. Прочность бетона конструкций в этих случаях необходимо определять преимущественно приборами, основанными на методах местных разрушений, либо путем отбора образцов. При использовании же ударно-импульсных и ультразвуковых приборов контролируемая поверхность должна иметь шероховатость не более Ra 25, а градуировочные характеристики приборов уточнены.

Пользователь должен знать, что базовая, либо типовая градуировочная зависимость, с которой может поставляться прибор, с достаточной степенью точности воспроизводит прочность бетона того вида (класса), на котором прибор калибровался. Изменение вида крупного заполнителя. влажности, возраста бетона и условий его твердения приводит к увеличению погрешности измерений. Для ультразвуковых приборов перечень факторов, влияющих на точность измерений, еще шире (Лещинский М.Ю. Испытание бетона 1980).

Экспериментальные исследования, проводившиеся с целью установления корреляции косвенной характеристики приборов типа ИПС, откалиброванных на бетонах с гранитным щебнем, с прочностью бетона, изготовленного на других видах крупного заполнителя (гравий, граншлак, известняк, керамзит, речной песок), показали, что погрешность определения прочности бетона может достигать 27% (керамзитобетон). Влияние возраста (до 100 сут) и условий твердения бетона не столь существенны и могут составлять 4-6% измеряемого значения прочности. Контроль влажных поверхностей (для тяжелых бетонов с влажностью более 2-3%) может приводить к занижению показаний приборов до 10-15%.

СКВ Стройприбор производит сертифицированные приборы типов ПОС-50МГ4, ПОС-ЗОМГ4«Скол» и ПОС-50МГ4«Скол», обеспечивающие испытание бетона методами отрыва со скалыванием, скалывания ребра и отрыва стальных дисков, а также приборы типов ИПС-МГ4.01, ИПС-МГ4.03, реализующие метод ударного импульса, и прибор ПОС-2МГ4П, предназначенный для испытания ячеистых бетонов методом вырыва спирального анкера. Приборы типа ПОС состоят из силовозбудителя и электронного блока и комплектуются анкерами типа II 024x30 мм, 024x48 мм и 016x35 мм с предельным усилием вырыва 30 кН (ПОС-ЗО) и 50 кН (ПОС-50), что позволяет производить испытание бетона прочностью до 100 МПа. Погрешность определения усилия - не более ± 2%. Прибор ПОС-50МГ4-Р может оснащаться малогабаритным червячным редуктором, обеспечивающим равномерное нагружение анкера и малое усилие на рукояти. Комплектуется устройством для испытаний методом скалывания ребра конструкций с гранью до 450 мм (модификация ПОС-50МГ4«Скол»). Прибор ПОС-50МГ4-2 имеет две опоры, минимальные массогабаритные характеристики и может применяться для испытания бетона изделий цилиндрической формы, когда применение трехопорных приборов ограничено. Прибор ПОС-50МГ4-3 трехопорный с подъемным силовозбудителем имеет малые габариты и массу.

Испытания методом отрыва со скалыванием должны производиться в соответствии с рекомендациями (ГОСТ 22690 Бетоны. Определение прочности бетона методами нераэрушающего контроля., Рекомендации. Определение прочности бетона в конструкциях и изделиях методом вырыва анкера (МИ2016-03) НИИЖБ-ГП ВНИИФТРИ 2003). Испытания бетона методом отрыва стальных дисков могут производиться любым из приборов ПОС-30(50)МГ4, либо адгезиметром типа ПСО-10МГ4 с предельным усилием отрыва 10 кН (производятся СКВ Стройприбор). Метрологические характеристики приборов типа ПОС и ПСО обеспечиваются образцовыми динамометрами типа ДОРМ на 10, 30 и 50 кН.

Определение глубины залегания арматуры и ее расположение в бетоне при подготовке к испытаниям методом отрыва со скалыванием должно производиться измерителями защитного слоя бетона, например ИПА-МГ4, имеющим диапазон определения защитного слоя 3...80 мм в стержнях диаметром 3...40 мм, с погрешностью до ± 7%.

Для контроля прочности ячеистых бетонов в диапазоне 0.5...8 МПа разработан прибор ПОС-2МГ4-П, основанный на методе вырыва спирального анкера. Прибор обеспечивает испытания бетона с предельным усилием вырыва 2 кН (погрешность до ± 3%). Установка анкера осуществляется специальным устройством, обеспечивающим постоянный шаг ввинчивания в тело бетона. Все приборы имеют автономное питание, связь с ПК и энергонезависимую память.

В отличие от методов местных разрушений приборы, основанные на ударно-импульсном воздействии на бетон, имеют значительно большую производительность, однако контроль прочности бетона ведется в поверхностном слое толщиной 25...30 мм, что ограничивает их применение. В упомянутых выше случаях необходима зачистка поверхности контролируемых участков бетона или удаление поврежденного поверхностного слоя.

Применение ударно-импульсных приборов для неразрушающего контроля прочности и однородности бетона в возрасте до 100 сут не вызывает особых сложностей, если контролируемые поверхности образованы металлической опалубкой. Неразрушающий контроль прочности бетона на заводах ЖБИ и в строительных лабораториях, как правило, осуществляется после приведения градуировочных зависимостей приборов в соответствие с фактической прочностью бетона по результатам испытания контрольных партий кубов в прессе. Подобные испытания прибора ИПС-МГ4.03 проводились в НТЦ «Качество» (г.Николаев, Украина) на кубах из тяжелого бетона класса В25 (шесть серий по три куба). По результатам испытаний был установлен коэффициент совпадения Кс=0,84 используемой градуировочной зависимости (тяжелый бетон на граните, возраст 28 сут, ТВО). Фактическая прочность бетона в сериях составила 32,8...38,9 МПа и соответствовала заявленному классу бетона при коэффициенте вариации 13,5%. Полученный коэффициент Кс был введен в программное устройство прибора нажатием соответствующих кнопок клавиатуры, и испытания были продолжены на двух контрольных сериях образцов с целью проверки уточненной градуировочной зависимости. Прибор воспроизвел прочность бетона с погрешностью 1,2 и 3,1% соответственно. Осмотр разрушенных кубов всех серий показал наличие в растворной части бетона многочисленных глинистых включений размером до 10...12 мм.

Описанный случай является достаточно редким (при правильно выбранной градуировочной зависимости Кс в основном варьируется в пределах 0,88... 1.12) и объясняется применением при изготовлении бетона некачественного песка с большим содержанием глинистых включений.

Применение же ударно-импульсных и ультразвуковых приборов на объектах строительства и при , когда нет возможности уточнить градуировочную зависимость испытанием кубов в прессе, сопряжено с существенными ошибками при определении прочности бетона. Приборы отрыва со скалыванием в таких случаях являются предпочтительными.

Опыт ведущих специалистов по неразрушающему контролю прочности бетона показывает, что в их базовый комплект должны входить приборы, основанные на разных методах контроля: отрыв со скалыванием (скалывание ребра), ударный импульс (упругий отскок, пластическая деформация), ультразвук, а также измерители защитного слоя и влажности бетона, оборудование для отбора образцов из конструкции.

Разработанные ОКБ Стройприбор новые измерители прочности бетона ИПС-МГ4.01 и ИПС-МГ4.03 являются дальнейшим развитием базовой модели ИПС-МГ4, выпускавшейся с 1994 г. Приборы предназначены для оперативного контроля прочности бетона в диапазоне 3...100 МПа при изготовлении сборных железобетонных конструкций и при обследовании конструкций зданий и сооружений. В отличие от предыдущих модификаций и известных аналогов приборы оснащены дополнительными функциями:

• ввода коэффициента совпадения Кс для оперативного уточнения базовых градуировочных характеристик;
• маркировки измерений типом контролируемого изделия (балка, плита, ферма и т.д.);
• вычисления класса бетона В с возможностью выбора коэффициента вариации прочности;
• исключения ошибочного промежуточного значения.

Перечисленные функции, а также выбор направления удара активируются пользователем с клавиатуры приборов в диалоговом режиме. Прибор ИПС-МГ4.03 имеет 44 базовые градуировочные зависимости, учитывающие вид контролируемого бетона (крупного заполнителя), возраст и условия твердения бетона.

Перечисленные возможности приборов позволяют проводить неразрушающий контроль прочности бетона с погрешностью 5...8%. Чем больше исходных данных, характеризующих бетон, известно пользователю и соответственно введено перед началом испытаний, тем ниже погрешность измерений. Измерение прочности бетона заключается в нанесении на контролируемом участке изделия серии до 15 ударов, после чего электронный блок по параметрам ударного импульса, поступающего от склерометра, оценивает твердость и упругопластические свойства испытываемого материала, преобразует параметр импульса в прочность и вычисляет соответствующий класс бетона. Полученные результаты измерений и исходные данные, вводимые пользователем, автоматически архивируются, маркируются датой и временем измерения.

Объем архивируемой информации - 1000 результатов измерений и 15000 промежуточных значений прочности. Предусмотрена возможность ввода в программное устройство приборов характеристик индивидуальных градуировочных зависимостей, установленных пользователем (в приборах ИПС-МГ4.03 и ИПС-МГ4.01 -20 и 9 соответственно). Ввод характеристик индивидуальных зависимостей производится с клавиатуры прибора и заключается в корректировке базовой зависимости по результатам параллельных испытаний бетонных образцов в прессе (либо методом отрыва со скалыванием) и прибором.

Корректировка базовой зависимости может производиться при числе точек корректировки от 1 до 9. Приборы имеют режим передачи данных на ПК, обеспечивающий математическую и статистическую обработку результатов измерении, экспорт в Excel, печать в табличном виде с указанием вводимых пользователем исходных данных, даты и времени измерений. Метрологические характеристики приборов обеспечиваются эквивалентными мерами, аттестованными Госстандартом РФ, воспроизводящими прочность бетона в трех точках диапазона.

Прочность и долговечность железобетонных конструкций во многом зависят от обеспечения проектных значений защитного слоя бетона и диаметра арматуры. Определение параметров армирования производится на предприятиях сборного железобетона, на объектах строительства и при . Контроль в основном ведется приборами магнитного действия (ГОСТ 22904 Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры). Приборы применяются также для определения мест приложения нагрузки при контроле прочности бетона методами отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции.

СКВ Стройприбор производит два типа измерителей защитного слоя бетона: ИПА-МГ4 и ИПА-МГ5. Приборы обеспечивают определение защитного слоя бетона в конструкциях, армированных стержнями диаметром 6...40 мм классов А-I и А-III и проволокой диаметром 3. ..6 мм класса Вр-I в диапазоне защитных слоев З...80мм (ИПА-МГ4) и 3... 150 мм (ИПА-МГ5). Прибор ИПА-МГ5 позволяет выполнять измерения при неизвестном диаметре и защитном слое в диапазоне 5...50 мм, оснащен функциями уточнения базовых градуировочных характеристик при измерениях на арматуре других классов, установления и записи в программное устройство новых градуировочных зависимостей, установленных пользователем, маркировки измерений типом изделия из ряда (балка, колонна и т.п.), имеет режим передачи данных на ПК. Объем памяти прибора 1000 значений.

Точность натяжения арматуры является одним из основных факторов, определяющих жесткость и трещиностойкость предварительно напряженных конструкций и в конечном счете их долговечность и эксплуатационную пригодность. Обеспечение проектного усилия обжатия бетона достигается контролем силы натяжения арматуры преимущественно приборами, основанными на частотном методе и методе поперечной оттяжки (ГОСТ 22362 Конструкции железобетонные. Методы измерения силы натяжения арматуры). Широкое применение на предприятиях сборного железобетона получили приборы ЭИН-МГ4 (частотный метод) и Д0-40МГ4 (Д0-60МГ4) (метод поперечной оттяжки на собственной базе).

Прибор ЭИН-МГ4 обеспечивает измерение напряжений в арматуре диаметром 3...32 мм. длиной 3...18 м. в диапазоне напряжений 100...1800 МПа с пределом погрешности ± 3 %. Прибор имеет функции автоматического расчета заданного удлинения арматуры, длины арматурной заготовки и корректировки расстояния между анкерными головками. Гарантируется высокая достоверность результатов измерений. Прибор Д0-40МГ4 имеет собственную базу 300 мм и предназначен для контроля силы натяжения проволочной арматуры диаметром 3...6 мм в диапазоне усилий 2...45 кН на линиях по производству шпал, стоек ЛЭП, изделий непрерывного бетонирования.

Прибор Д0-60МГ4 имеет собственную базу 600 мм и предназначен для контроля проволочной и канатной арматуры диаметром 6... 12 мм в диапазоне усилий 3...100кН. Погрешность приборов типа ДО - не более ± 3 %. Приборы имеют энергонезависимую память, автономное питание и интерфейс с ПК.

Характеристика склерометрических методов и методов отрыва.  

Метод упругого отскока заключается в том, что о прочности бетона судят по величине отскока бойка, который с помощью пружины ударяет по ударнику и отскакивает от него на определенную высоту, фиксируемую шкалой прибора. Между величиной отскока и прочностью бетона устанавливается экспериментальная зависимость.  

Зависимость прочности бетона от времени прохождения ультразвуковых колебаний при поверхностном прозвучивании.

Метод упругого отскока и ударного импульса основан на зависимости между прочностью бетона на сжатие и величиной отскока бойка от поверхности бетона или величиной ударного импульса.  

Метод упругого отскока основан на зависимости между твердостью поверхностного слоя бетона и его прочностью на сжатие. Этот метод давно известен и ширИ (о при-меняется для определения твердости металлов. Теоретические основы метода разработаны Д. Б. Гогобе - ридэе1 и другими авторами.  

Метод упругого отскока бойка (алмазный наконечник, шарик) для определения твердости металла (метод Шора) считается мало пригодным.  

Метод упругого отскока шарика, рассматриваемый как динамический метод измерения твердости вдавливанием36, может быть пригоден, как указывает Л. А. Шрейнер, для определения твердости только пластичных тел, так как лишь в данном случае высота отражения (высота отскока) пропорциональна твердости. Что же касается хрупких тел, то высота отражения не может служить мерой их твердости; поэтому для испытания хрупких тел этот метод непригоден. Проведенные испытания показали, что определение твердости лакокрасочных покрытий по отскоку шарика17 также не приводит к положительным результатам.  

Следовательно, сущность метода упругого отскока заключается в том, что специальный боек определенной массы при помощи пружины с заданными жесткостью и предварительным напряжением ударяет по концу металлического стержня - ударника, прижатого другим концом к поверхности испытываемого бетона. В результате удара боек отскакивает от ударника. Высота отскока отмечается на шкале прибора при помощи специального указателя.  

Именно такие изделия и удается контролировать по качеству термообработки методом упругого отскока.  

Склерометрические методы подразделяются на две подгруппы: метод пластических деформаций, метод упругого отскока.  

При оценке прочности бетона пользуются как разрушающими методами (испытанием образцов с их разрушением), так и адест-руктивными-ультразвуковым импульсным методом, методом упругого отскока, радиометрическим методом, рентгеновскими лучами в специальных установках и др. Эти методы позволяют также обнаруживать трещины и другие дефекты в бетонных изделиях и конструкциях.  

Строительные конструкции на базе смеси из вяжущего вещества, песка и заполнителя нуждаются в тестировании на предмет надежности и безопасности. Однако подобные исследования не должны стать причиной прерывания эксплуатации испытываемого объекта, поэтому производится неразрушающим методом. Это позволяет сократить расходы, снизить трудоемкость и исключить локальные повреждения.

Прямые методы контроля

Данные способы необходимы для формирования градуировочных зависимостей и их последующей корректировки для косвенных методов, проводимых на тех же самых участках сооружения. Технология может быть применима при освидетельствовании на различных стадиях возведения строений, а также при эксплуатации и реконструкции готовых объектов.

Отрыв со скалыванием

Подобная операция производится в соответствии с государственными стандартами, где отражены основные сведения о способе проведения. На полученные результаты не оказывает никакого влияния состояние поверхности.

Для проведения исследований используются анкерные устройства трех типов.

1. Рабочий стержень, оснащенный анкерной головкой.
2. Прибор с наличием разжимного конуса и рифленых сегментных щек.
3. Устройство с полым разжимным конусом, который имеет специальный стержень для фиксации приспособления в одном положении.

Примечание! Выбирая тип приспособления и глубину проникновения анкера, следует брать в расчет предполагаемую прочность состава и размеры заполнителя, что отражено в таблице ниже.

Условия высыхания смеси	Тип применяемого устройства	Глубина погружения анкера в мм	Предполагаемая прочность в МПа	Значение коэффициента
				Легкий состав	Тяжелый раствор
Тепловая обработка	1	4835	<50>50	1,2	1,32,6
	2	4830	<50>50	1,0	1,12,7
	3	35	<50	—	1,8
Естественное твердение	1	4835	<50>50	1,2	1,12,4
	2	4830	<50>50	1,0	0,92,5
	3	35	<50	—	1,5

В монолитных конструкциях проверка прочности бетона неразрушающим методом, предполагающим отрыв со скалыванием, производится сразу на трех участках. При корректировке градуировочных зависимостей совместно с данным способом осуществляются три косвенных теста.

Скалывание ребра

Данный метод подразумевает отсечение ребра испытуемой конструкции. В первую очередь он применяется для контроля линейных сегментов вроде ригелей, колонн, свай, перемычек и опорных балок. Проведение операции не требует дополнительной подготовки, однако при наличии защитного слоя толщиной менее 20 мм метод не может быть применим.

Отрыв металлических дисков

Еще одно мероприятие, которое позволяет осуществлять неразрушающий метод контроля бетона, не нашло широкого распространения в нашей стране, что связано с ограниченным температурным режимом. Еще одним отрицательным фактором считается необходимость проделывания борозды сверлом, а это снижает производительность исследования.

Сам способ предполагает снятие регистрации напряжения, которое требуется для местного разрушения затвердевшего состава при отрыве стального диска. При определении прочностных качеств учитывается приложенное усилие и площадь проекции поверхности.

Косвенные методы контроля

Подобные исследования проводятся, когда нужно оценить значение прочностных характеристик, используя их в качестве одного из нескольких факторов, дающих представление о техническом состоянии сооружения. Полученный результат не допускается использовать, если не была определена частная градуировочная зависимость ().

Ультразвуковое тестирование

Широкое распространение получил способ испытания бетона неразрушающим методом, подразумевающим использование ультразвуковых волн. При проведении операции устанавливается связь между скоростью колебаний и плотностью затвердевшей смеси.

На зависимость могут влиять самые различные факторы.

• Фракция заполнителя и его количество в растворе.
• Выбранный способ приготовления состава.
• Степень уплотнения и напряжение.
• Изменение расхода вяжущего вещества более, чем на 30 процентов.

Дополнение! Ультразвуковые изыскания предоставляют возможность выполнять массовые испытания практических любых конструкций неограниченное количество раз. Основной недостаток кроется в допускаемой погрешности.

Упругий отскок

Неразрушающий контроль прочности бетона этим методом позволяет установить зависимость между прочностью на сжатие и упругостью материала. При исследовании металлический боек основного прибора после удара отдаляется на определенное расстояние, которое является показателем прочностных качеств конструкции.

Во время испытаний приспособление фиксируется так, чтобы стальной элемент плотно соприкасался с бетонной поверхностью, для чего применяются специальные винты. После крепления маятник устанавливается горизонтально. В этом случае он защелкивается непосредственно спусковым крючком.

Приложив устройство перпендикулярно к плоскости, нажимают на курок. Боек взводится автоматически, после чего самостоятельно освобождается и совершает удар под действием особой пружины. Металлический элемент отскакивает на какое-то расстояние, которое измеряется специальной шкалой.

В качестве основного инструмента для испытаний используется прибор системы КИСИ, который имеет достаточно сложное строение. Прочность затвердевшей смеси удается определить на основании данных устройства после проведения 6-7 тестов по специальному графику.

Придание ударного импульса

Благодаря этому методу исследования можно зафиксировать энергию удара, освобождающуюся в момент соприкосновения бойка с бетонной конструкцией. Положительным моментом считается то факт, что приборы неразрушающего контроля бетона, работающие по принципу ударного импульса, имеют компактные размеры. Однако их цена достаточно высока.

Пластическая деформация

При проведении операции осуществляется измерение размеров следа, оставленного на бетонной поверхности стальным элементом. Метод считается несколько устаревшим, но в связи с дешевизной оборудования он продолжает активно использоваться в строительной среде. После нанесенного удара измеряются оставшиеся отпечатки.

Устройства для определения прочности такого типа базируются на вдавливании стержня непосредственно в плоскость путем статического давления нужной силы или обычного удара. В качестве основных приборов используются маятниковые, молотковые и пружинные изделия.

Ниже приводятся условия проведения операции.

• Испытания должны осуществляться на участке, площадь которого колеблется от 100 до 400 кв. см.
• При проведении данной операции следует делать не менее пяти измерений с высокой точностью.
• Ударная сила должна иметь перпендикулярное направление относительно испытываемой плоскости.
• Для определения прочностных характеристик требуется гладкая поверхность, которая достигается формованием в опалубке из металла.

Важно! Если производится измерение прочности бетона неразрушающим методом с использованием устройств молоткового типа, то образцы должны устанавливаться на идеально ровное основание.

Сравнительная характеристика на примере

В качестве объекта берется колодец, изготовленный из монолитного железобетона. Его глубина составляет 8 м, а радиус – 12 м. Заливка боковых поверхностей велась захватками, которые разделяют конструкцию на 7 ярусов по высоте.

Результаты исследований представлены в таблице ниже.

Ярус	Косвенные методы исследования
	Ультразвуковой		Ударный импульс		Упругий отскок		Испытание прессом
	Ср. знач. в м/c	Процентное соотношение	Ср. знач. в МПа	Процентное соотношение	Ср. знач. в у. ед.	Процентное соотношение	Ср. знач. в МПа
1	4058	3,9	41,9	23,4	46,2	7,8	41,6
2	4082	4,6	24,4	40,2	43,7	7,6	35,0
3	4533	5,2	49,6	28,7	49,7	9,9	36,5
4	4300	3,9	38,1	36,3	46,6	8,3	40,1
5	4094	4,1	38,2	28,5	48,2	8,5	42,1
6	4453	3,6	45,5	41,6	47,6	7,6	39,3
7	3836	4,5	42,8	26,5	44,6	7,3	30,6
Ср. знач. V		≈4,26		≈32,2		≈8,14

Вывод! Из приведенной таблицы становится понятно, что минимальная погрешность при исследованиях характерна для ультразвукового метода. Разброс при проверке ударным импульсом максимален.

Тестирование без использования приборов

Выше были рассмотрены исследования, проводимые при помощи специальных устройств, однако в случае необходимости незамысловатые испытания можно осуществить своими руками. Точную информацию о прочностных качествах получить не удастся, но определить класс бетона вполне реально.

Сначала подготавливается необходимый инструмент: зубило и молоток, вес которого колеблется в пределах 400-800 г. Ударно-режущее приспособление устанавливается перпендикулярно поверхности.

По нему наносятся удары средней силы, по следам которых и будет производиться анализ.

• Еле заметный отпечаток может свидетельствовать о том, что затвердевшая смесь относится к классу B25 и выше.
• Сильно заметные следы на поверхности конструкции остаются обычно при использовании бетона B15.
• Существенные углубления и наличие крошек позволяют отнести применяемый состав к классу B10.
• Если же острие инструмента вошло в плоскость на глубину более 1 см, то возможно для работ использовался бетон B5.

Внимание! Осуществить проверку таким способом можно в течение нескольких минут без какого-либо оборудования. После этого уже будет представление о том, какую прочность имеет затвердевший состав.

Государственный стандарт

Регламентируются неразрушающие методы контроля прочности бетона по ГОСТу 22690-88, пункты которого распространяются на легкие и тяжелые смеси. Однако в нем отражены только механические способы, не включающие ультразвуковое исследование. Их предельные значения представлены в таблице.

Работа с бетоном

• Для формирования конструкций на основе строительной смеси изготавливается деревянная или металлическая опалубка, способная придать нужную форму материалу.
• Для улучшения качественных характеристик в состав помещается сетка из стальной арматуры, скрепленная сваркой или проволокой . Обычно величина ячеек колеблется от 10 до 20 сантиметров.
• Если необходимо отделить от сооружения какую-то часть, то применяется резка железобетона алмазными кругами . Подобная операция может проводиться с использованием воды, чтобы избежать сильного запыления.
• Заливка раствора осуществляется, как правило, при плюсовых температурах . Однако при наличии специального оборудования для прогрева допустимо проводить работы при отрицательных показателях термометра.
• Для создания вентиляции внутри бетонной конструкции (например, для фундамента или чердачного помещения) осуществляется алмазное бурение отверстий в бетоне.
• Нагружать готовое сооружение допускается только после окончательного затвердевания смеси, то есть спустя 28 суток .

В качестве заключения

Представленная инструкция позволяет получить представление о проведении проверки прочностных качеств бетонных конструкций не только при помощи специального оборудования, но и с использованием подручных средств. Однако самостоятельный метод даст возможность сделать лишь предварительную оценку характеристик ().

Более подробную информацию о контроле можно получить после просмотра видео в этой статье.