Неразрушающие испытания бетона

Содержание

Испытания бетона

Прочность бетона – это одна из основных технических характеристик данного материала определяющая его возможность выдерживать механические и химические нагрузки.

Что определяет прочность бетона, в чём важность данной характеристики

Бетон является одним из основных материалов при строительстве практически всех типов зданий и сооружений – жилых, промышленных, административных и т. д. В зависимости от того, какие задачи стоят перед строителями, какие требования заложены в проекте, какие факторы влияют на успешную эксплуатацию здания, зависят и требования к бетону. Различные марки используются для заливки фундамента и стен, для жилых домов и гидротехнических сооружений. А именно марка и определяет прочность материала.

Поэтому прочность является наиболее важным параметром бетона, от которого зависят его эксплуатационные и физико-химические свойства, соответственно и эксплуатационные качества строительных конструкций в целом. Знание и учет данной характеристики позволяет точно подобрать марку бетона, избежать таких неприятных последствий как появление трещин, деформации, преждевременные разрушения с необходимость реставрации или капитального ремонта, а то и полного разрушения здания. Прочность бетона в обязательном порядке определяется застройщиком перед сдачей дома в эксплуатацию.

Методы определения прочности бетона

Для определения прочности материала необходим отбор образцов для проведения лабораторной проверки с помощью специальной аппаратуры. Эти проверки регламентированы действующими стандартами, принятыми для определенных видов бетона.

Определить прочность бетона можно и без отбора образцов, проведя все необходимые исследования непосредственно на строительной площадке. Это проводится при контроле прочности возведенных строительных конструкций.

Широко используется несколько методов определения прочности материала, которые, в зависимости от воздействия, подразделяются на две основные категории:

разрушающие методы исследований;
неразрушающие методы контроля.

В первом случае происходит полное разрушение пробы бетона – образца изготовленного из испытуемой смеси. Образец может быть взят и со строительной конструкции путем бурения.

При разрушающей методике образцы подвергаются воздействию пресса с непрерывным увеличением нагрузки. При достижении критического параметра нагрузки образец разрушается, параметр фиксируется и используется для расчета фактического показателя прочности.

Контроль разрушающим методом признан наиболее точным для определения прочности материала. Таким образом, определяется прочность на сжатие и данная процедура, в соответствии с требованиями СНиП, является обязательной при приёмке здания.

При контроле прочности неразрушающими методами нет необходимости в отборе образцов. Для этого используются различные приборы и инструменты позволяющие провести контроль прочности бетонной конструкции путем:

частичного разрушения;
ультразвукового исследования;
приложения ударной нагрузки.

Рассмотрим более подробно каждую из методик неразрушающего контроля.

Частичное разрушение

Данная технология подразумевает ограниченное воздействие на поверхность строительной конструкции с незначительным её повреждением. При этом определяются следующие испытания прочности:

На отрыв – клеевая фиксация стального диска и последующий отрыв с приложением определенных усилий. Сила, необходимая для разрушения поверхности фиксируется для дальнейшего определения прочности материала.
Скалывание – скользящее ударное воздействие на ребро бетонной конструкции. Фиксируется сила удара достаточная для откалывания небольшого куска материала.
Отрыв со скалыванием – наиболее точная из всех методик частичного разрушения. На поверхности строительной конструкции крепятся анкерные устройства, и определяется сила необходимая для их отрыва.

Ударная нагрузка

Методики ударного типа основаны на применении механических ударных воздействий к строительной конструкции. Здесь так же существует три основных метода:

Ударный импульс – основан на фиксации силы удара и необходимой для этого энергии.
Упругий отскок – замер величины отскока ударного элемента от поверхности строительной конструкции.
Пластическая деформация – приложение силовой нагрузки шариковыми или дисковыми штампами на определенный участок. Нагрузка может быть ударной или путем механического давления. Далее, для расчета фактической прочности, берётся сила удара и размер полученного отпечатка.

Ультразвуковое исследование бетона на прочность

Исследование ультразвуком производится при помощи специальной аппаратуры. Приборы излучают ультразвуковые волны и фиксируют скорость их прохождения сквозь бетонную поверхность. На основании скорости прохождения через различные слои определяются их фактические показатели прочности. Это основное достоинство данного метода, недостатком же является заметный процент погрешности при расчетах.

Факторы, оказывающие влияние на прочность бетона

Бетон образуется в результате химического взаимодействия специальной смеси с водой. При этом свою прочность он получает по мере испарения влаги и застывания в заданной при заливке форме. Различные внешние и внутренние факторы могут влиять на скорость химических реакций и, соответственно, на прочность бетона.

Перечислим основные факторы, оказывающие заметное влияние на прочность полученного материала:

Соотношение цемента с песком и др. материалами в бетонной смеси.
Показатель активности цемента.
Баланс воды и цемента в бетонном растворе.
Показатели качества и параметры наполнителей бетона.
Качество смешивания компонентов смеси.
Время застывания бетонного раствора
Характеристика уплотнения.
Температура и влажность наружной среды.
Использование повторного вибрирования.

Кратко остановимся на каждом из факторов. Активность цемента напрямую влияет на прочность полученного материала – чем она выше, тем большую прочность приобретает бетон. Соответственно при малой активности бетон теряет в прочности и качестве.

Важной составляющей процесса создания качественной смеси является и соотношение цемента в используемой смеси. Цемент увеличивает прочность бетона и, соответственно, его нехватка негативно сказывается на характеристиках бетонных конструкций. Но здесь следует учесть и тот факт, что чрезмерное соотношение цемента в смеси приводит к увеличению усадки и ползучести. Прочность повышается лишь до определенного момента, после которого добавление цемента является нежелательным.

Бетон связывает не более 15-25% воды входящей в его состав, что обуславливает важность такого фактора как соотношение воды и цемента при застывании бетонной смеси. Для облегчения укладки бетона в формы в смеси находится от 40 до 70% воды. Вся излишняя влага является причиной образования пор в материале и, соответственно, к уменьшению показателей прочности. Соотношение воды и цемента – В/Ц непосредственно влияет на прочность в обратной прогрессии – чем выше соотношение В/Ц, тем ниже прочность и наоборот.

Песок и щебень содержат глинистые и органические наполнители, негативно влияющие на прочность бетона. Непосредственное влияние оказывает и размер материалов смеси – крупные фракции щебня и песка увеличивают прочность бетона, мелкие – уменьшают. Играет роль и шероховатость зерен щебня, чем она выше – тем лучше сцепление с цементными связующими и, соответственно, выше прочность полученного материала.

Перемешивание и вибрирование воздействуют на плотность бетонного раствора и, как следствие, на его прочность. Плотность и прочность материала взаимосвязаны – чем более плотно расположены частицы строительного материала, тем выше и прочность всей конструкции.

И, наконец, условия наружной среды и время отвердевания материала. Наиболее оптимальными для отвердевания считаются:

Температура воздуха – от 15 до 20°С.
Влажность воздуха – 90 – 100%.

В таких условиях прочность быстро возрастает и повышается время его отвердевания. Далее, постепенно, прочность продолжает увеличиваться, и этот процесс продолжается до полного испарения влаги либо до замерзания.

Повышение прочности бетона с течением времени – через 7 и 28 дней

Процесс отвердевания и приобретения конечной прочности длится 28 дней при точном соблюдении технологии. Существует следующая закономерность:

3-й день – бетон приобретает 30% прочности.
7-й день – от 60 до 80% прочности.
28-й день – максимальная прочность.

Действующий ГОСТ рекомендует именно в вышеуказанные дни проводить испытания образцов на прочность.

Выведена следующая формула определения прочности материала в зависимости от того, сколько времени идёт застывание:

Rb(n) = Rb(28) lgn / lg28,

где Rb – прочность материала;

n – количество дней

lg – десятичный логарифм возраста материала.

Данная формула даёт только примерный показатель прочности. При этом необходимо учесть, что действует она лишь для материала, чей срок застывания составляет не менее трех дней.

Марка прочности бетона

Это основной показатель определяющий предел прочности на сжатие в килограмм-силы на кв. см. Имеет буквенное и цифровое обозначение. Первой идет буква М, затем усредненный показатель прочности – М100, М200 и т. д. Данный показатель составляет (в кгс/см2) для марок бетона:

М100 – 98,23
М150 – от 130,96 до 163,71
М200 – 196,45
М250 – 261,93
М300 – 294,68 – 327,42
М350 – 327,42 – 360,18
М400 – 392,9
М450 – 458,39
М500 – 523,87

Как уже говорили выше марка и, соответственно, прочность материала зависят от соотношения цемента. Чем больше данного материала в смеси – тем прочность на сжатие и наоборот, чем меньше, тем меньшие показатели прочности демонстрирует бетон.

Сфера применения основных марок бетона

Главной прочностной характеристикой является прочность материала при приложении усилий сжатия, что определено маркой. Каждая марка используется для решения определенных задач, приведём наиболее распространенную сферу применения:

М100 – относится к категории легких бетонов, применяется для конструкций, на которые не прилагается значительные нагрузки. Это заливка основания под фундамент дома, устройство бордюров и т. д.
М150 – более высокие, в сравнении с М100, прочностные показатели позволяют использовать для стяжки полов, прокладки пешеходных дорог. Также используется для фундамента сравнительно легких малоэтажных построек из дерева, легких ячеистых бетонов и др. подобных материалов.
М200 – наиболее широко используется в строительстве, характеризуется высокими прочностными характеристиками. Применяется для несущих стен, лестниц, фундаментов, пешеходных дорожек, а также заливки площадок, создания основания под бордюры.
М250 – сфера применения аналогична М200, но также используется и для производства плит перекрытий малоэтажных домов.
М300 – популярная в современном строительстве, применяется для заливки блоков основных стен, плит межэтажных перекрытий, фундаментов монолитного типа и т. д.
М350 – высокопрочная марка, применяется при производстве плит фундамента для многоэтажных домов, опорных конструкций и ж/б плит межэтажного перекрытия. Данная марка широко используется в современном монолитном строительстве, при производстве опорных колон и др. ответственных строительных конструкций.
М400 – широко используется при производстве железобетонных конструкций, при возведении гидротехнических строений. Прочностные качества данной марки позволяют использовать её при строительстве зданий несущих повышенные нагрузки.
М450 – высокопрочная марка бетона. Применяется при заливке особо ответственных конструкций – дамбы, плотины, тоннели метрополитена и т. д.
М500 – как и М450 относится к высокопрочным маркам. Благодаря высоким прочностным показателям основная сфера использования – строительство ответственных гидротехнических сооружений, высокопрочных железобетонных изделий.

Неразрушающий контроль бетона в строительной лаборатории

Если конструкции из бетона были изготовлены согласно нормам и правилам, то срок службы их исчисляется десятками лет. Для определения качества бетона и надежности изделий из него применяются неразрушающие методы контроля. Они помогают выявить основные качественные особенности конструкции: ее устойчивость, плотность материала, прочность и т. д. Главным параметром качества бетонных изделий является их прочность на сжатие. Есть и конструкции, для которых важна прочность на растягивание при изгибе. Неразрушающий контроль бетона – это выявление его качественных параметров без нарушения его целостности.

Какие способы используются для выявления прочности бетона

Имеется три способа, с помощью которых исследуется конструкция. Однородность, плотность, прочность бетона выявляется путем:

местного разрушения (скалывание ребра, отрыва дисков из стали и т. д.);
воздействия ударом (искусственная деформация, образование ударного импульса);
ультразвуковым.

Точность показаний зависит от:

вида наполнителя;
возраста бетона;
марки и компонентов смеси;
условий, при которых проходило схватывание и застывание бетона;
условий влажности и температуры поверхности.

Один из точных способов испытания прочности бетона – местные разрушения. При определении такими методами используется простейшая градуированная зависимость, которая учитывает два показателя:

величину фракций заполнителя;
вид бетона (тяжелый/легкий).

Испытание бетона методом отрыва со скалыванием

Приборы и аппараты для проведения испытаний

Для испытания бетона и определения его качества применяют:

измерители прочности бетона (они могут быть электронные, механические и ультразвуковые);
анализаторы твердости;
анализаторы защитного слоя;

Закажите неразрушающий контроль бетона в нашей компании. Вы получите качественные работы по доступной стоимости. Опытные специалисты проведут все необходимые исследования и на основании их дадут заключение.

Независимая Экспертиза Волгоград

Финансово-экономическая экспертиза

Финансово-экономические экспертизы назначаются для решения задач, касающихся финансовой деятельности предприятий, соблюдения законодательных актов.

Оценка недвижимости

Сегодня понятие оценочной деятельности подразумевает, в большинстве случаев, оценку рыночной стоимости недвижимости.

Автооценка при ДТП

Ситуаций, при которых требуется автоэкспертиза – множество и порядок проведение автоэкспертизизы следует доверять профессионалам.

Почерковедческая экспертиза

Почерковедческая экспертиза – один из видов идентификации личности.

Оценка ущерба

Если вашей квартире нанесен ущерб от пожара, затопления, независимая оценка ущерба – обратитесь к нам, используя контактную информацию.

Неразрушающие методы контроля прочности бетона

Сегодня неразрушающие методы контроля прочности бетона широко используются не только в России, но и в странах СНГ – везде, где ведется монолитное строительство ( Белоруссия, государства Средней Азии и др. ). Востребованы эти методы и в странах Западной и Восточной Европы, США, Канаде и т. д. Их развитию тоже уделяется большое внимание – периодически проводятся международные конференции, посвященные неразрушающему контролю ( НК ). Например, в этом году такая конференция прошла в США, три года назад – в Германии. На Западе такие приборы используются в основном при реконструкции сооружений.

Раньше, когда строительство в России велось в основном с применением сборного железобетона, неразрушающие методы внедрялись непосредственно на заводах. Особенно много в этом направлении было сделано Министерством строительства и руководством «Главзапстроя», обслуживающего западные районы страны. В Литве на всех заводах по производству сборного железобетона использовались неразрушающие методы контроля прочности.

При производстве сборного железобетона заводы располагались недалеко от объектов строительства. На каждом заводе была лаборатория, где прочность бетона определялась с помощью традиционных методов. Такая практика позволяла эффективно осуществлять контроль качества бетонных конструкций. Сегодня популярность неразрушающих методов контроля прочности бетона в большой степени обусловлена увеличением числа зданий из монолитного железобетона.

При использовании монолитного железобетона цементную смесь приходится транспортировать на значительные расстояния. При этом почти всегда на один и тот же крупный объект смесь поставляют несколько производителей. Соответственно лаборатории по контролю качества бетона приходится устраивать не только на предприятиях, но и непосредственно на объектах, а специалистам – контролировать готовые бетонные конструкции.

Большинство организаций не могут или не хотят устраивать на своих объектах такие лаборатории. Поэтому использование неразрушающих методов контроля прочности бетона оказывается крайне целесообразным. Особенно это актуально для России, где в отличие от большинства европейских государств далеко не все предприятия могут производить бетон стабильно одинакового качества.

Приборы для неразрушающих методов контроля прочности бетона

Существует несколько неразрушающих методов контроля прочности бетона:

метод отрыва со скалыванием
ультразвуковой метод
метод ударного импульса
метод упругого отскока
метод пластической деформации.

Выделить какой-то один метод или сказать, что он лучше другого, нельзя. Все они обладают своими достоинствами, недостатками и ограничениями в применении.

Метод отрыва со скалыванием является единственным неразрушающим методом контроля прочности, который можно считать эталонным и единственным методом, для которого в ГОСТах прописаны градуировочные зависимости. Ни один другой неразрушающий метод нельзя использовать, не привязавшись к какому-либо эталону. Но если быть совсем точным, то метод отрыва со скалыванием нельзя назвать полностью неразрушающим; скорее это метод местных разрушений.

Метод отрыва со сколом был создан в СССР – его разработал и предложил специалист Донецкого «ПромСтройНИИПроект» Иван Валентинович Вольф. В Америке об этом методе узнали от нашего крупнейшего специалиста по бетону Б.Г. Скрамтаева. К сожалению, тогда нашим исследователям не удалось официально закрепить за собой приоритет в разработке данного метода, и только впоследствии некоторые американские специалисты признали, что метод отрыва со сколом был создан в Советском Союзе. Приборы, реализующие этот метод, были выпущены в США, Канаде, скандинавских странах и т. д. Однако, когда в рамках СЭВ проводились сравнительные испытания данных устройств, выяснилось, что именно отечественные приборы позволяют получить лучшие результаты. К настоящему времени они были значительно усовершенствованы. Одни из приборов, реализующие данный метод, выпускаются в Челябинске ( СКБ «Стройприбор» ).

В основном это касается модели ПОС-50 МГ-4. Другой прибор – ПОС-30 – ориентирован на анкер с меньшей глубиной заделки ( 30 и 35 мм ), и тут возникают определенные сложности. Дело в том, что наиболее точные результаты позволяют получить приборы с анкером, имеющим глубину заделки 48 мм – для них определена точная градуировочная зависимость. Сотрудниками Донецкого «ПромСтройНИИПроект» было поставлено большое количество экспериментов по использованию данного метода. И для анкера с глубиной заделки 48 мм экспериментальные данные практически идеально совпадали с теоретическими результатами, полученными во ВНИИФТРИ А.И. Марковым.

Когда-то инициатором применения анкеров с малой глубиной заделки был НИИЖБ. Во многом это связано с тем, что анкер с глубиной заделки 48 мм нельзя использовать для контроля качества высокопрочных бетонов – необходимо ориентироваться на анкер с глубиной заделки 35 мм. К сожалению, существующие нормированные коэффициенты для анкеров с меньшей глубиной заделки не вполне точны. Поэтому сегодня специалисты постоянно работают над определением переходного коэффициента от анкера с глубиной заделки 48 мм к анкерам с глубиной заделки 30 и 35 мм. В настоящее время для анкера с глубиной заделки 35 мм нам удалось накопить достаточно данных и определить надежные переходные коэффициенты. Для 30 мм таких коэффициентов пока нет.

Ультразвуковые приборы могут использоваться не только для контроля прочности бетона, но и для дефектоскопии, контроля качества бетонирования, определения глубины трещин и т. д.

Одним из наиболее крупных отечественных предприятий по разработке и производству оборудования для неразрушающего контроля во всех областях промышленности является компания «Спектр». В нее входит фирма «Акустические контрольные системы», которая выпускает ультразвуковой прибор для широкого применения ( в том числе и для неразрушающего контроля прочности бетона ) УК 14-01. Этот прибор достаточно прост в эксплуатации, имеет большую встроенную память, а полученные данные легко «скачать» на компьютер. К сожалению, ультразвуковые приборы нельзя использовать для контроля качества высокопрочных бетонов. Для этой цели необходимо применять метод ударного импульса.

Хорошие приборы, реализующие метод упругого отскока, отечественная промышленность сейчас не производит. Несколько десятков лет назад швейцарскими производителями был создан соответствующий прибор ( так называемый прибор Шмидта ). Он оказался настолько эффективным, что до сих пор ни одной компании в мире не удалось разработать более совершенную конструкцию. Сегодня различные модификации прибора Шмидта выпускаются в Германии, Швейцарии, Италии, Китае и т. д. С точки зрения качества продукция европейских производителей выглядит предпочтительней.

Как вы считаете, достаточно ли широко применяются методы неразрушающего контроля прочности бетона в России?

На мой взгляд, сегодня определение прочности бетона с помощью приборов неразрушающего контроля в нашей стране развито слабо. Использование методов НК только начинает набирать обороты. Некоторые строительные организации отказываются от услуг лабораторий, использующих методы неразрушающего контроля прочности бетона.

Какие методы неразрушающего контроля прочности бетона наиболее популярны? С помощью каких приборов они реализуются?

Самым распространенным методом контроля прочности бетона был и остается метод ударного импульса. Для его реализации используется стандартный молоток Кашкарова. Принцип действия прибора достаточно прост. В молоток вставляется металлический стержень определенной прочности, после чего прибором наносят удар по поверхности бетона. С помощью углового масштаба измеряют размеры отпечатков, получившихся на бетоне и стержне. Прочность бетона определяется из соотношения размеров отпечатков ( прочность стержня известна ). Основным достоинством молотка Кашкарова является низкая стоимость прибора.

Другим распространенным устройством для реализации метода ударного импульса является электронный прибор ИПС-МГ4. В нем удар по поверхности бетона производится специальным датчиком. Определение прочности выполняется автоматически – данные высвечиваются на дисплее. Этот прибор проще в эксплуатации, и при его использовании исключаются ошибки, связанные с человеческим фактором. Это повышает точность измерений – погрешность составляет ±10%. Еще одним достоинством устройства является возможность передачи данных из памяти прибора на ПК. Менее широко распространены приборы серии ПОС, реализующие метод отрыва со скалыванием.

Как вы оцениваете состояние отечественного рынка ПНК прочности бетона?

Сегодня выбор приборов для НК прочности бетона не слишком широк. В основном такие устройства различаются по методам определения прочности. Лучше всего представлены приборы, использующие метод ударного импульса и метод отрыва со скалыванием. Большинство этих приборов российского производства. Они соответствуют всем требованиям нормативных документов, регламентирующих проведение НК прочности бетона ( основной документ – ГОСТ 22690-88 «Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля» ). Из-за высокой стоимости зарубежные аналоги представлены ограничено, а соотношение «цена/качество» большинства российских приборов лучше

При проведении контроля прочности бетона с помощью неразрушающих методов необходимо учитывать то обстоятельство, что все эти методы являются косвенными. И ни один из приборов НК нельзя применять, не построив градуировочную зависимость для каждого конкретного бетона. К сожалению, подавляющее большинство российских и зарубежных производителей приборов градуирует свою продукцию в единицах прочности. А такая градуировка может быть построена только для каких-то вполне определенных условий и не является универсальной. Все это достаточно четко прописано в ГОСТах, однако практика показывает, что эти требования соблюдаются не всегда.

До недавнего времени интерпретация показаний приборов, реализующих методы неразрушающего контроля прочности бетона, была связана с некоторыми трудностями. Все неразрушающие методы имеют определенные погрешности, и при оценке прочности бетона их необходимо учитывать.

ФГУП НИИ недавно был выпущен новый отраслевой стандарт по ультразвуковому методу контроля прочности бетона – «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности» СТО 3655 4501 009 ( 2007 г.). В этом документе учтены результаты большого количества испытаний бетона при строительстве монолитных зданий. Сотрудники института разрабатывают аналогичный документ для метода отрыва со сколом.

Оценивая состояние отечественного рынка приборов для неразрушающих методов контроля прочности бетона, можно сказать, что ассортимент приборов широк: на рынке работает большое количество производителей, сопровождающих свою продукцию инструкциями, часто не соответствующими требованиям стандартов.

Цены на такое оборудование вполне оправданны. При соблюдении всех требований по проведению контроля большинство приборов для НК фактически являются равноточными. Западные приборы на российском рынке представлены в основном различными модификациями прибора Шмидта.

Проблемы, связанные с применением неразрушающих методов контроля в строительстве

Существует несколько причин, ограничивающих использование приборов НК для определения прочности бетона. Во-первых, в настоящий момент в России нет соответствующей нормативной базы. Все стандарты по неразрушающим методам контроля прочности бетона были разработаны еще в СССР. Последний, по механическим методам неразрушающего контроля, был принят в 1988 году. Все эти документы устарели и не отвечают требованиям сегодняшнего дня, а разработка новых нормативов практически не финансируется. Далеко не самый сложный новый стандарт «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности» ( 2007 г.) был разработан специалистами ФГУП НИИ фактически между делом. Поэтому его создание потребовало так много времени. Строго говоря, современной нормативной базы по методам НК прочности бетона в РФ не существует.

Во-вторых, в России не хватает квалифицированных специалистов по неразрушающим методам контроля прочности бетона. Неразрушающие методы используются во всех отраслях промышленности. Причем почти во всех отраслях существуют документы, четко определяющие требования к специалистам, которым разрешается проведение неразрушающего контроля. В этих документах сказано, какими знаниями и практическими навыками должны обладать такие специалисты, какие квалификационные процедуры они должны проходить и т. д. В строительстве ничего подобного нет. Человек покупает прибор для НК и уже считает, что имеет право определять прочность бетона. На самом деле это сложный процесс. Недостаточно снять показания прибора, нужно их грамотно обработать и интерпретировать, что могут сделать только специалисты, обладающие высокой квалификацией именно в данной области

Отечественный рынок приборов для неразрушающего контроля прочности бетона

Почему в последнее время методы неразрушающего контроля прочности бетона все чаще используются на строительных площадках России?

Во-первых, возросла необходимость технической экспертизы зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации на протяжении длительного времени. Во-вторых, в нашей стране существует большое количество недостроенных объектов ( строительство было остановлено в 90-е годы прошлого столетия ). Для того чтобы возобновить строительство таких объектов, необходимо провести предварительную оценку их прочностных характеристик. В-третьих, возросло количество объектов, возводимых с помощью технологии монолитного домостроения. При строительстве таких объектов специалистам постоянно приходится оперативно определять распалубочную прочность бетона. В-четвертых, на заводах ЖБИ в связи с ростом количества и объемов заказов возникла необходимость быстрого определения прочностных характеристик изготавливаемых конструкций.

Какому методу неразрушающего контроля отдают предпочтение российские специалисты? Почему?

Согласно моим данным, для определения прочности бетона чаще всего применяется метод ударного импульса. Приборы, использующие данный метод, отличаются небольшим весом и компактностью, а определение прочности бетона методом ударного импульса является достаточно простой операцией. Однако если требования к контролю качества строительства будут возрастать, то широкое применение получит метод отрыва со скалыванием как наиболее точный.

Точность приборов, реализующих метод ударного импульса, как правило, составляет 8-10%. Результаты измерений выдаются в единицах измерения прочности на сжатие. После соответствующей настройки данные приборы можно использовать для работы с различными строительными материалами. Также с их помощью можно определять класс бетона, производить измерение прочности под различными углами к поверхности объекта, переносить накопленные данные на компьютер.

Как вы оцениваете состояние российского рынка приборов неразрушающего контроля прочности бетона?

Ассортимент приборов, реализующих все известные методы НК прочности бетона, достаточно широк. Их технические возможности в основном соответствуют предъявляемым к ним требованиям. Стоит отметить, что большинство из них выпускается отечественными производителями. Количество импортных приборов для НК прочности бетона, представленных на российском рынке, относительно невелико. В основном это оборудование фирмы Proseq, реализующее методы ударного импульса и отрыва со скалыванием. Как средства измерения в России эти приборы не сертифицированы.

Качество большинства приборов, представленных на рынке, вполне приемлемое. Используя индивидуальную градуировку оборудования, можно добиться высокой точности. Большинство приборов выпускается в компактных и эргономичных корпусах, обладают интуитивно понятным меню, а их функциональных возможностей вполне достаточно для проведения измерений и получения достоверных результатов. Как правило, производители дают гарантию на свое оборудование от 1 до 1,5 лет, и реальное количество отказов (в пределах гарантийного срока) невелико. Часть приборов занесена в Государственный Реестр средств измерений.

Какие факторы ограничивают применение неразрушающих методов контроля прочности бетона на территории России? Как вы оцениваете перспективы таких методов?

Ограничение использования методов НК прочности бетона связано с отсутствием квалифицированных специалистов (они должны быть в штате всех крупных строительных организаций) и нежеланием руководства компаний выделять средства для приобретения приборов и обучения специалистов.

Что касается перспектив развития приборов для НК, то скорее всего будут дорабатываться (модифицироваться) уже существующие модели приборов – в основном за счет улучшения их измерительной части – датчиков. Не исключено, что получат распространение системы, позволяющие осуществлять мониторинг уже построенных конструкций в процессе их эксплуатации

Специалисты организации Независимая Экспертиза готовы помочь как физическим, так и юридическим лицам в проведении неразрушающего метода, экспертиза бетона, экспертиза фундамента.

Особенности применения новых приборов неразрушающего контроля прочности бетона

В последние годы отмечается значительный рост производства и применения средств неразрушающего контроля строительной продукции. Динамика развития НК обусловлена расширением сферы его применения и постоянно растущими потребностями отрасли.

Преимущества неразрушающего контроля, обусловленные его высокой производительностью, становятся очевидными при обследовании зданий и сооружений, когда неизвестны характеристики бетона и арматуры, а объемы контроля значительны.

Для оценки состояния конструкций зданий и сооружений необходим всесторонний анализ факторов, влияющих на их эксплуатационные характеристики – прочность бетона, защитный слой и диаметр арматуры, теплопроводность и влажность бетона, адгезия защитных и облицовочных покрытий, морозостойкость и водонепроницаемость бетона и др.

Однако при всем многообразии контролируемых параметров контроль прочности бетона занимает особое место, поскольку при оценке состояния конструкции определяющим фактором является соответствие фактической прочности бетона проектным требованиям.

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 обследовании монолитных конструкций и больших массивов бетона применение ударно-импульсных и ультразвуковых приборов должно сочетаться с испытаниями бетона методами отбора образцов (кернов) [1], отрыва со скалыванием или скалывания ребра [2]с определением коэффициента совпадения Кс градуировочных зависимостей.

Достоверность НК прочности бетона зависит от ряда факторов:

наличия программы и методики проведения испытаний, включающей выбор участков испытаний, их количества, учет состояния поверхности, возраста, условий твердения бетона;
оптимального выбора метода (методов) контроля и приборов, обеспечивающих НК в соответствии с программой испытаний;
правильного подхода к определению класса бетона с учетом изменчивости прочности бетона конструкции (группы конструкций) [3];
уточнения градуировочных характеристик применяемых приборов и наличия метрологического обеспечения.

Правильность учета перечисленных факторов и дальнейшей оценки результатов НК зависят от квалификации персонала, осуществляющего НК. Можно иметь качественные результаты испытаний бетона отдельных участков или конструкций, но при недостаточном объеме контроля определение коэффициента вариации прочности и, соответственно, класса бетона окажется ошибочным.

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 в соответствии с Приложением 9 [2].

При выборе методов НК и приборов для проведения испытаний бетона пользователь должен знать их особенности и рекомендуемые области применения.

Достаточно полно методы НК классифицированы Б.Г. Скрамтаевым и М.Ю. Лещинским [4, 5], в их работах даны рекомендации по выбору методов и средств НК в зависимости от вида контролируемого изделия и условий его эксплуатации.

Однако современная приборная база НК существенно отличается от рекомендуемой авторами. 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 авторами ГОСТ 22690 не претерпели существенных изменений и остаются основой развития средств НК в отрасли.

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.

Метод отрыва со скалыванием характеризуется наибольшей точностью, но и наибольшей трудоемкостью испытаний, обусловленной необходимостью подготовки шпуров для установки анкера. К недостаткам метода следует отнести также невозможность использования в густоармированных и тонкостенных конструкциях.

Метод отрыва стальных дисков может быть использован при испытании бетона в густо-армированных конструкциях, когда метод отрыва со скалыванием, а нередко и метод скалывания ребра конструкции (с учетом его ограничений) не могут быть использованы. Он точен и менее трудоемок по сравнению с методом отрыва со скалыванием. К недостаткам метода следует отнести необходимость наклеивания дисков за 3-24 часа до момента испытания ( в зависимости от применяемого клея).

Метод скалывания ребра конструкции используется главным образом для контроля линейных элементов (сваи, колонны, ригели, балки, перемычки и т.п.). В отличие от методов отрыва и отрыва со скалыванием, он не требует подготовительных работ. Однако при защитном слое менее 20мм и повреждениях защитного слоя метод неприменим.

Вид типовых градуировочных зависимостей RC5K от усилия Р для методов местных разрушений приведен на рис. 1.

СКБ Стройприбор производит сертифицированные приборы типов ПОС-50МГ4, ПОС-30МГ4 «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 024хЗОмм, 024х48мм и 016х35мм с предельным усилием вырыва ЗОкН (ПОС-30) и 50кН (ПОС-50), что позволяет производить испытание бетона прочностью до 100 МПа. Погрешность определения усилия – не более ± 2%.

Отличительной особенностью приборов является электронный силоизмеритель, обеспечивающий индикацию текущего значения приложенной нагрузки с фиксацией максимального значения, индикацию скорости нагружения и микрометрическое устройство для измерения величины проскальзывания анкера в процессе испытаний.

Ввод исходных данных (вид и условия твердения бетона, типоразмер анкера) осуществляется с клавиатуры приборов, при этом обеспечивается выбор коэффициентов для автоматического вычисления прочности бетона по результатам нагружения (вырыва фрагмента бетона).

Силовозбудители приборов типа ПОС имеют различное конструктивное исполнение, отличающиеся устройством механизма нагружения и количеством опор.

Прибор ПОС-50МГ4-Р (рис. 2) оснащен 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.

Прибор ПОС-50МГ4-2 (рис. 3) имеет две опоры, минимальные массогабаритные характеристики и может применяться для испытания бетона изделий цилиндрической формы, когда применение трехопорных приборов ограничено.

Для получения качественных измерений методом отрыва со скалыванием отверстие для заложения анкера должно быть не ближе 70 мм от ближайшего арматурного стержня и не ближе 150 мм от края изделия, а величина проскальзывания анкера при вырыве должна контролироваться с погрешностью не более ±0,1 мм и составлять не более 10% глубины его заложения.

Полученное по результатам испытаний усилие вырыва фрагмента бетона должно корректироваться умножением на коэффициент , учитывающий величину проскальзывания анкера:

где: h_H – длина анкера; Δh – величина проскальзывания анкера.

Пренебрежение величиной проскальзывания анкера может приводить к дополнительной погрешности при определении прочности бетона до 20% в сторону ее занижения.

Испытания методом отрыва со скалыванием должны производиться в соответствии с рекомендациями [2, 6].

Испытания бетона методом отрыва стальных дисков могут производиться любым из приборов ПОС-50МГ4, либо адгезиметром типа ПСО-10МГ4 (рис. 4) с предельным усилием отрыва 10 кН (производятся СКБ 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 измерителем защитного слоя бетона, например ИПА-МГ4 (рис. 5), имеющим диапазон определения защитного слоя 3. 100 мм в стержнях диаметром 3. 40 мм с погрешностью до ± 7% (производится СКБ Стройприбор).

Для контроля прочности ячеистых бетонов в диапазоне 0,5. 8 МПа разработан прибор ПОС-50МГ4-2ПБ (рис. 6), 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 НК прочности и однородности бетона в возрасте до 100 суток не вызывает особых сложностей, если контролируемые поверхности образованы металлической опалубкой. НК 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 [7] в прессе.

Аналогичные 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 суток, 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. 12мм.

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 обследовании эксплуатируемых конструкций, когда нет возможности уточнить градуировочную зависимость испытанием кубов в прессе, сопряжено с существенными ошибками при определении прочности бетона. Известны случаи, когда контроль бетона ведется молотком Кашкарова или ультразвуковым прибором, результаты такого контроля очевидны, поскольку косвенные характеристики, воспроизводимые приборами, не учитывают состав и свойства контролируемого бетона.

Опыт ведущих специалистов по НК прочности бетона показывает, что в базовый комплект специалистов, занятых обследованием, 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.

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 суток) и условий твердения бетона не столь существенны и могут составлять 4-6% измеряемого значения прочности.

Контроль влажных поверхностей может приводить к занижению показаний приборов до 10-15%.

Полученные результаты свидетельствуют, что НК прочности бетона приборами с универсальной градуировочной зависимостью может приводить к существенным ошибкам при определении прочности бетона, в связи с чем уточнение градуировочных зависимостей при изменении вида бетона (заполнителя), либо поставщика бетона (железобетонных изделий) является обязательным условием применения приборов, основанных на ударно-импульсном воздействии на бетон, равно как и ультразвуковых приборов.

Уточнение градуировочной зависимости необходимо производить путем параллельных испытаний бетонных кубов в прессе и калибруемым прибором, либо с применением метода отрыва со скалыванием в соответствии с Приложением 9 [2]. В СКБ Стройприбор разработаны новые измерители прочности бетона ИПС-МГ4.01 и ИПС-МГ4.03 (рис. 7 и 8), являющиеся дальнейшим развитием базовой модели ИПС-МГ4, выпускавшейся с 1994 года.

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 градуировоч ных 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 НК 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 количестве точек корректировки от 1 до 9.

Координата каждой из точек индивидуальной градуировочной зависимости определяется коэффициентом совпадения:

R_Φi среднее значение прочности бетона, определяемое в i-той точке диапазона по ГОСТ 10180, либо методом отрыва со скалыванием , МПа;
R_Hi среднее значение прочности бетона, определяемое прибором по базовой градуировочной зависимости в i-той точке диапазона, МПа.

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.