Методы определения прочности бетона неразрушающими методами

Определение прочности бетона при обследовании зданий и сооружений

В предлагаемой статье рассмотрены основные методы неразрушающего контроля прочности бетона, применяемые при обследовании конструкций зданий и сооружений. Приведены результаты экспериментов по сопоставлению данных, получаемых неразрушающими методами контроля и испытанием образцов. Показывается преимущество метода отрыва со скалыванием перед другими методами контроля прочности. Описываются мероприятия, без выполнения которых применение косвенных неразрушающих методов контроля недопустимо.

Прочность бетона на сжатие является одним из наиболее часто контролируемых параметров при строительстве и обследовании железобетонных конструкций. Имеется большое число методов контроля, применяемых на практике. Более достоверным, сточки зрения авторов, является определение прочности не по контрольным образцам (ГОСТ 10180-2012), изготовляемым из бетонной смеси, а по испытанию бетона конструкции после набора им проектной прочности. Метод испытания контрольных образцов позволяет оценить качество бетонной смеси, но не прочность бетона конструкции. Это вызвано тем, что невозможно обеспечить идентичные условия набора прочности (вибрирование, прогрев и др.) для бетона в конструкции и бетонных кубиков образцов.

Методы контроля по классификации ГОСТ 18105-2010 разделены на три группы:

1. Разрушающие;
2. Прямые неразрушающие;
3. Косвенные неразрушающие.

К методам первой группы относится упомянутый метод контрольных образцов, а также метод определения прочности путем испытания образцов, отобранных из конструкций. Последний является базовым и считается наиболее точным и достоверным. Однако при обследовании к нему прибегают довольно редко. Основными причинами этого являются существенное нарушение целостности конструкций и высокая стоимость исследований.

Таблица 1. Характеристики методов неразрушающего контроля прочности бетона.

№	Наименование метода	Диапазон применения*, МПа	Погрешность измерения**
1	Пластической деформации	5 . 50	± 30 . 40%
2	Упругого отскока	5 . 50	± 50%
3	Ударного импульса	10 . 70	± 50%
4	Отрыва	5 . 60	нет данных
5	Отрыва со скалыванием	5 . 100	нет данных
6	Скалывания ребра	10 . 70	нет данных
7	Ультразвуковой	10 . 40	± 30 . 50%
* по требованием ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690; ** по данным источника [3] без построения частной градуировочной зависимости

В основном применяются методы неразрушающего контроля. При этом большая часть работ выполняется косвенными методами. Среди них наиболее распространенными на сегодняшний день являются ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-2012, методы ударного импульса и упругого отскока по ГОСТ 22690. Однако при использовании указанных методов редко соблюдаются требования стандартов по построению частных градуировочных зависимостей. Некоторые исполнители не знают этих требований. Другие знают, но не понимают, насколько велика ошибка результатов измерений при использовании зависимостей, заложенных или прилагаемых к прибору, вместо зависимости, построенной на конкретном исследуемом бетоне. Есть «специалисты», которые знают об указанных требованиях норм,но пренебрегают ими, ориентируясь на финансовую выгоду и неосведомленность заказчика в данном вопросе.

Про факторы, влияющие на ошибку измерения прочности без построения частных градуировочных зависимостей, написано много работ, в том числе приведенные в списке литературы [1,2]. В табл. 1 представлены данные по максимальной погрешности измерений различными методами, приведенные в монографии по неразрушающему контролю бетона [3].

В дополнение к обозначенной проблеме использования несоответствующих («ложных») зависимостей обозначим еще одну, возникающую при обследовании. Согласно требованиям СП 13-102-2003 обеспечение выборки измерений (параллельных испытаний бетона косвенным и прямым методом) на более чем 30 участках является необходимым, но не достаточным для построения и использования градуировочной зависимости. Необходимо, чтобы полученная парным корреляционнорегрессионным анализом зависимость имела высокий коэффициент корреляции (более 0,7) и низкое СКО (менее 15% от средней прочности). Чтобы данное условие выполнялось, точность измерений обоих контролируемых параметров (например, скорость ультразвуковых волн и прочность бетона) должна быть достаточно высокой, а прочность бетона, по которому строится зависимость, должна изменяться в широком диапазоне.

При обследовании конструкций указанные условия выполняются редко. Во-первых, даже базовый метод испытания образцов нередко сопровождается высокой погрешностью. Во-вторых, за счет неоднородности бетона и других факторов [4] прочность в поверхностном слое (исследуемая косвенным методом) может не соответствовать прочности того же участка на некоторой глубине (при использовании прямых методов). И наконец, при нормальном качестве бетонирования и соответствии класса бетона проектному в пределах одного объекта редко можно встретить однотипные конструкции с прочностью, изменяющейся в широком диапазоне (например, от В20 до В60). Таким образом, зависимость приходится строить по выборке измерений с малым изменением исследуемого параметра.

Рис. 1 . Зависимость между прочностью бетона и скоростью ультразвуковых волн

В качестве наглядного примера вышеуказанной проблемы рассмотрим градуировочную зависимость, представленную на рис.1. Линейная регрессионная зависимость построена по результатам ультразвуковых измерений и испытаний на прессе образцов бетона. Несмотря на большой разброс результатов измерений, зависимость имеет коэффициент корреляции 0,72, что допустимо по требованиям СП 13-102- 2003. При аппроксимации функциями, отличными от линейной (степенной, логарифмической и пр.) коэффициент корреляции был менее указанного. Если бы диапазон исследуемой прочности бетона был меньше, например от 30 до 40 МПа (область, выделенная красным цветом), то совокупность результатов измерений превратилась бы в «облако», представленное в правой части рис. 1. Данное облако точек характеризуется отсутствием связи между измеряемым и искомым параметрами, что подтверждается максимальным коэффициентом корреляции 0,36. Иными словами, градуировочную зависимость здесь не построить.

Также необходимо отметить, что на рядовых объектах количество участков измерения прочности для построения градуировочной зависимости сопоставимо с общим количеством измеряемых участков. В данном случае прочность бетона может быть определена по результатам только прямых измерений, а в градуировочной зависимости и использовании косвенных методов контроля уже не будет смысла.

Таким образом, без нарушения требований действующих норм для определения прочности бетона при обследовании в любом случае необходимо в том или ином объеме использовать прямые неразрушающие либо разрушающие методы контроля [2]. Учитывая это, а также обозначенные выше проблемы, далее более подробно рассмотрим прямые методы контроля.

К данной группе по ГОСТ 22690-2015 относится три метода:

1. Метод отрыва;
2. Метод отрыва со скалыванием;
3. Метод скалывания ребра.

Контроль прочности бетона методом отрыва

Метод отрыва основан на измерении максимального усилия, необходимого для отрыва фрагмента бетонной конструкции. Отрывающая нагрузка прилагается к ровной поверхности испытываемой конструкции за счет приклеивания стального диска (рис. 2), имеющего тягу для соединения с прибором. Для приклеивания могут использоваться различные клеи на эпоксидной основе. В ГОСТ 22690 рекомендуются клеи ЭД20 и ЭД16 с цементным наполнителем. На сегодняшний день могут применяться современные двухкомпонентные клеи,производство которых хорошо налажено (POXIPOL, «Контакт», «Момент» и др.). В отечественной литературе по испытанию бетона [5, 6] методика испытания предполагает приклеивание диска к участку испытания без дополнительных мероприятий по ограничению зоны отрыва. В таких условиях площадь отрыва является непостоянной и должна определяться после каждого испытания. В зарубежной практике перед испытанием участок отрыва ограничивается бороздой, создаваемой кольцевыми сверлами (коронками). В данном случае площадь отрыва постоянна и известна, что увеличивает точность измерений.

Рис. 2. Прибор для метода отрыва с диском для приклеивания к бетону

После отрыва фрагмента и определения усилия определяется прочность бетона на растяжение (R_bt),по которой с помощью пересчета по эмпирической зависимости может быть определена прочность на сжатие (R). Для перевода можно воспользоваться выражением, указанным в пособии [7]:

Для метода отрыва могут применяться различные приборы, используемые и для метода отрыва со скалыванием, такие как ПОС-50МГ4, ПИВ, DYNA (рис. 2), а также старые аналоги: ГПНВ-5, ГПНС-5. Для проведения испытания необходимо наличие захватного устройства, соответствующего тяге, расположенной на диске.

В России метод отрыва не нашел широкого распространения. Об этом свидетельствует и отсутствие серийно выпускаемых приборов, приспособленных для крепления к дискам, а также самих дисков. В нормативных документах отсутствует зависимость для перехода от усилия вырыва к прочности на сжатие. В новом ГОСТ 18105-2010, а также предшествующем ГОСТ Р 53231-2008 метод отрыва не включен в перечень прямых методов неразрушающего контроля и вообще не упоминается. Причиной этому, по всей видимости, является ограниченный температурный диапазон применения метода, что связано с продолжительностью твердения и (или) невозможностью использования эпоксидных клеев при низкой температуре воздуха. Большая часть России расположена в более холодных климатических зонах, чем страны Европы, поэтому данный метод, широко применяемый в европейских странах, в нашей стране не используется. Другим отрицательным фактором является необходимость сверления борозды, что дополнительно снижает производительность контроля.

Контроль прочности бетона методом отрыва со скалыванием

Данный метод имеет много общего с описанным выше методом отрыва. Основным отличием является способ крепления к бетону. Для приложения отрывающего усилия используются лепестковые анкеры различных размеров. При обследовании конструкций анкеры закладываются в шпур, пробуренный на участке измерения. Так же, как и при методе отрыва, измеряется разрушающее усилие (Р). Переход к прочности бетона на сжатие осуществляется по указанной в ГОСТ 22690 зависимости:

где m₁— коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя, m₂ — коэффициент перехода к прочности на сжатие, зависящий от вида бетона и условий твердения.

В нашей стране данный метод нашел, пожалуй, самое широкое распространение благодаря своей универсальности (табл.1), относительной простоте крепления к бетону, возможности испытания практически на любом участке конструкции. Основными ограничениями для его применения являются густое армирование бетона и толщина испытываемой конструкции, которая должна быть больше, чем удвоенная длина анкера. Для выполнения испытаний могут использоваться приборы, указанные выше.

Помимо более простого и быстрого крепления к бетону конструкции по сравнению с методом отрыва, не требуется обязательное наличие ровной поверхности. Главным условием является необходимость того, чтобы кривизна поверхности была достаточной для установки прибора на тягу анкера. В качестве примера на рис. 3 представлен прибор ПОС-МГ4, установленный на деструктированную поверхность устоя гидротехнического сооружения.

Контроль прочности бетона методом скалывания ребра

Последним прямым методом неразрушающего контроля является модификация метода отрыва — метод скалывания ребра. Основное отличие заключается в том, что прочность бетона определяют по усилию (Р), необходимому для скалывания участка конструкции, расположенному на внешнем ребре. В нашей стране долгое время выпускались приборы типа ГПНС-4 и ПОС-МГ4 Скол, конструкция которых предполагала обязательное наличие двух рядом расположенных внешних углов конструкции. Захваты прибора подобно струбцине крепились на испытываемый элемент, после чего через захватывающее устройство прилагалось усилие к одному из ребер конструкции. Таким образом, испытание можно было проводить только на линейных элементах (колонны, ригели) или в проемах на краях плоских элементов (стены, перекрытия). Несколько лет назад была разработана конструкция прибора, которая позволяет устанавливать его на испытываемый элемент с наличием только одного внешнего ребра. Закрепление осуществляется к одной из поверхностей испытываемого элемента при помощи анкера с дюбелем. Данное изобретение несколько расширило диапазон применения прибора, но одновременно с этим уничтожило основное преимущество метода скалывания, которое заключалось в отсутствии необходимости сверления и потребности в источнике электроэнергии.

Прочность бетона на сжатие при использовании метода скалывания ребра определяется по нормированной зависимости:

где m — коэффициент, учитывающий крупность заполнителя.

Таблица 2. Сравнительные характеристики прямых методов неразрушающего контроля

Преимущества	Метод
	Отрыв	Отрыв со скалыванием	Скалывание ребра
Определение прочности бетонов классом более В60	—	+	—
Возможность установки на неровную поверхность бетона (неровности более 5 мм)	—	+	—
Возможность установки на плоский участок конструкции (без наличия ребра)	+	+	—
Отсутствие потребности в источнике электроснабжения для установки	+*	—	+
Быстрое время установки	—	+	+
Работа при низких температурах воздуха	—	+	+
Наличие в современных стандартах	—	+	+
* без свердения борозды, ограничивающей участок отрыва

Для наглядности сравнения характеристики прямых методов контроля представлены в табл. 2.

Поданным, приведенным в таблице, видно, что наибольшим числом преимуществ характеризуется метод отрыва со скалыванием.

Однако, несмотря на возможность применения данного метода по указаниям норм без построения частной градуировочной зависимости, у многих специалистов возникает вопрос о точности получаемых результатов и соответствии их прочности бетона, определяемой методом испытания образцов. Для исследования этого вопроса, а также сопоставления результатов измерений, полученных прямым методом, с результатами измерений косвенными методами проведен эксперимент, описанный далее.

Результаты сравнения методов

В лаборатории «Обследование и испытание зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «СПбГПУ» были проведены исследования при использовании различных методов контроля. В качестве объекта исследования использован фрагмент бетонной стены, выпиленный алмазным инструментом. Габариты бетонного образца — 2,0 х 1,0 х 0,3 м. Армирование выполнено двумя сетками арматуры диаметром 16 мм, расположенной с шагом 100 мм с величиной защитного слоя 15-60 мм. В исследуемом образце применен тяжелый бетон на заполнителе из гранитного щебня фракции 20-40.

Для определения прочности бетона использован базовый разрушающий метод контроля. Из образца с помощью установки алмазного сверления выбурены 11 кернов различной длины диаметром 80 мм. Из кернов изготовлены 29 образцов — цилиндров, удовлетворяющих по своим размерам требованиям ГОСТ 28570-90. По результатам испытания образцов на сжатие выявлено, что среднее значение прочности бетона составило 49,0 МПа. Распределение значений прочности подчиняется нормальному закону (рис. 4). При этом прочность исследуемого бетона имеет высокую неоднородность с коэффициентом вариации 15,6% и СКО равным 7,6 МПа.

Для неразрушающего контроля применены методы отрыва, отрыва со скалыванием, упругого отскока и ударного импульса. Метод скалывания ребра не применялся по причине близкого расположения арматуры к ребрам образца и невозможности выполнения испытаний. Ультразвуковой метод не использован, так как прочность бетона выше допустимого диапазона для применения данного метода (табл. 1). Выполнение измерений всеми методами производилось на грани образца, срезанной алмазным инструментом, что обеспечивало идеальные условия с точки зрения ровности поверхности. Для определения прочности косвенными методами контроля использовались градуировочные зависимости, имеющиеся в паспортах приборов, или заложенные в них.

Таблица 3. Результаты измерения прочности различными методами

№ п/п	Метод контроля (прибор)	Количество измерений, n	Среднее значение прочности, Rm, МПа	Коэффициент вариации, V, %
1	Испытание на сжатие в прессе (ПГМ-1000МГ4)	29	49,0	15,6
2	Метод отыва со скалыванием (ПОС-50МГ4)	6	51,1	4,8
3	Метод отрыва (DYNA)	3	49,5	—
4	Метод ударного импульса (Silver Schmidt)	30	68,4	7,8
5	Метод ударного импульса (ИПС-МГ4.04)	100	78,2	5,2
6	Метод упругого отскока (Beton Condtrol)	30	67,8	7,27

На рис. 5. представлен процесс измерения методом отрыва. Результаты измерений всеми методами представлены в табл. 3.

Поданным, представленным в таблице, можно сделать следующие выводы:

• среднее значение прочности, полученной испытанием на сжатие и прямыми методами неразрушающего контроля, различается не более чем на 5%;

• по результатам шести испытаний методом отрыва со скалыванием разброс прочности характеризуется низким значением коэффициента вариации 4,8%;

• результаты, полученные всеми косвенными методами контроля, завышают прочность на 40-60%. Одним из факторов, приведших к данному завышению, является карбонизация бетона, глубина которой на исследуемой поверхности образца составила 7 мм.

Выводы

1. Мнимая простота и высокая производительность косвенных методов неразрушающего контроля теряются при выполнении требований построения градуировочной зависимости и учете (устранении) влияния факторов, искажающих результат. Без выполнения этих условий данные методы при обследовании конструкций можно применять только для качественной оценки прочности по принципу «больше — меньше».

2. Результаты измерений прочности базовым методом разрушающего контроля путем сжатия отбираемых образцов также могут сопровождаться большим разбросом, вызванным как неоднородностью бетона, так и другими факторами.

3. Учитывая повышенную трудоемкость разрушающего метода и подтвержденную достоверность результатов, получаемых прямыми методами неразрушающего контроля, при обследовании рекомендуется применять последние.

4. Среди прямых методов неразрушающего контроля оптимальным по большинству параметров является метод отрыва со скалыванием.

А. В. Улыбин, к. т. н.; С. Д. Федотов, Д. С. Тарасова (ПНИПКУ «Венчур», Санкт-Петербург)

1. Штенгель В. Г. О корректном применении НК в обследованиях железобетонных конструкций длительно эксплуатирующихся сооружений // В мире НК. 2009. №3. С. 56-62.

2. Улыбин А. В. О выборе методов контроля прочности бетона построенных сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2011. №4 (22). С. 10-15

3. Джонс Р., Фэкэоару И. Неразрушающие методы испытаний бетонов. Пер.срумынск. М., Стройиздат, 1974. 292 с.

4. Штенгель В. Г. Общие проблемы технического обследования неметаллических строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2010. №7(17). С. 4-9.

5. Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. М.: ЦНИИПромзданий, 1997.179 с.

6. Лужин О. В. Обследование и испытание зданий и сооружений/О. В.Лужин и др. М.: Стройиздат, 1987. 264 с.

7. Строительные конструкции: учебное пособие /Р. Л. Маилян, Д. Р. Маилян, Ю. А. Веселов. Изд. 4-е. Ростов н/Д : Феникс, 2010. 875 с.

Товары

Услуги

Полезная информация

• Главная ::
• Статьи по неразрушающему контролю ::
• Твердомеры Proceq ::
• Неразрушающий контроль бетона ::
• Методы и приборы неразрушающего контроля бетона

Методы и приборы неразрушающего контроля бетона

Для оценки состояния бетонных конструкций необходим всесторонний анализ факторов, влияющих на их эксплуатационные характеристики, такие как прочность, толщина защитного слоя, диаметр арматуры, теплопроводность, влажность, адгезия покрытий и т.д. Неразрушающие методы контроля особенно актуальны, когда характеристики бетона и арматуры неизвестны, а объёмы контроля значительны. Методы НК дают возможность контроля как в лабораторных условиях, так и на строительных площадках в процессе эксплуатации.

В чём плюсы неразрушающего контроля:

• Возможность не организовывать на площадке лабораторию оценки бетона.
• Сохранение целостности проверяемой конструкции.
• Сохранение эксплуатационных характеристик сооружений.
• Широкая сфера применения.

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.

Процедура обследований регламентирована ГОСТ 22690-2015 и ГОСТ 17624-2012. Общие правила проверки качества бетона изложены в ГОСТ 18105-2010. Неразрушающий контроль прочности бетона подразумевает применение механических методов (удар, отрыв, скол, вдавливание) и ультразвукового сканирования.

Контроль прочности готовых бетонных конструкций как правило проводится по графику, в установленном проектом возрасте, либо при необходимости, например, когда планируется реконструкция. Контроль прочности строящихся конструкций даёт возможность оценить распалубочную и отпускную прочность, сравнить реальные характеристики материала с паспортными.

Методы неразрушающего контроля прочности бетона делят на две группы

Прямые (методы местных разрушений)	Косвенные
Скалывание ребра Отрыв со скалыванием Отрыв металлических дисков	Ударный импульс Упругий отскок Пластическая деформация Ультразвуковое обследование

Прямые методы испытания бетона (методы местных разрушений)

Методы местных разрушений относят к неразрушающим условно. Их основное преимущество – достоверность. Они дают настолько точные результаты, что их используют для составления градуировочных зависимостей для косвенных методов. Испытания проводятся по ГОСТ 22690-2015.

Метод	Описание	Плюсы	Минусы
Метод отрыва со скалыванием	Оценка усилия, которое требуется, чтобы разрушить бетон, вырывая из него анкер (видео).	— Высокая точность. — Наличие общепринятых градуировочных зависимостей, зафиксированных ГОСТом.	— Трудоёмкость. — Невозможность использовать в оценке прочности густоармированных сооружений, сооружений с тонкими стенами.
Скалывание ребра	Измерение усилия, которое требуется, чтобы сколоть бетон на углу конструкции. Метод применяется для исследования прочности линейных сооружений: свай, колонн квадратного сечения, опорных балок.	— Простота использования. — Отсутствие предварительной подготовки.	— Не применим, если слой бетона меньше 2 см или существенно повреждён.
Отрыв дисков	Регистрация усилия для разрушения бетона при отрыве от него металлического диска. Способ широко использовался в советское время, сейчас почти не применяется из-за ограничений по температурному режиму.	— Подходит для проверки прочности густоармированных конструкций. — Не такой трудоёмкий, как отрыв со скалыванием.	— Необходимость подготовки: диски нужно наклеить на бетонную поверхность за 3-24 часа до проверки.

Основные недостатки методов местных разрушений – высокая трудоёмкость, необходимость расчёта глубины прохождения арматуры, её оси. При испытаниях частично повреждается поверхность конструкций, что может повлиять на их эксплуатационные характеристики.

Косвенные методы испытания бетона

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

Неразрушающий контроль прочности бетона на заводах ЖБИ и в строительных лабораториях осуществляется после приведения градуировочных зависимостей приборов в соответствие с фактической прочностью бетона по результатам испытания контрольных партий в прессе.

Метод	Описание	Плюсы	Минусы
Ударного импульса	Регистрация энергии, которая появляется при ударе специального бойка. Для обследований используется молоток Шмидта. Как работает молоток Шмидта	— Компактное оборудование. — Простота. — Возможность одновременно устанавливать класс бетона.	— Относительно невысокая точность
Упругого отскока	Измерение пути бойка при ударе о бетон. Для обследования используют склерометр Шмидта и аналогичные устройства.	— Простота и скорость исследования.	— Жёсткие требования к процедуре подготовки контрольных участков. — Техника требует частой поверки.
Пластической деформации	Измерение отпечатка, оставшегося на бетоне при ударе металлическим шариком. Метод устаревший, но используется часто. Для оценки применяют молоток Кашкарова и аппараты статического давления. Оценка прочности бетона молотком Кашкарова.	— Доступность оборудования. — Простота.	— Невысокая точность результатов.
Ультразвуковой метод	Измерение скорости колебаний ультразвука, проходящего сквозь бетон.	— Возможность проводить массовые изыскания неограниченное число раз. — Невысокая стоимость исследований. — Возможность оценить прочность глубинных слоёв конструкции.	— Повышенные требования к качеству поверхности. — Требуется высокая квалификация сотрудника.

Метод ударного импульса

Метод ударного импульса – самый распространённый среди неразрушающих методов из-за простоты измерений. Он позволяет определять класс бетона, производить измерения под разными углами к поверхности, учитывать пластичность и упругость бетона.

Суть метода. Боёк со сферическим ударником под действием пружины ударяется о поверхность. Энергия удара расходуется на деформации бетона. В результате пластических деформаций образуется лунка, в результате упругих возникает реактивная сила. Электроме¬ханический преобразователь превращает механическую энергию удара в эле¬ктрический импульс. Результаты выдаются в единицах измерения прочности на сжатие.

К достоинствам метода относят оперативность, низкие тру¬дозатраты, отсутствие сложных вычислений, слабую за¬висимость от состава бетона. Недостатком считается определение прочности в слое глубиной до 50 мм.

Метод упругого отскока

Метод упругого отскока заимствован из практики определения твёрдости металла. Для испытаний применяют склерометры – пружинные молотки со сферическими штампами. Система пружин допускает свободный отскок после удара. Шкала со стрелкой фиксирует путь ударника при отскоке. Прочность бетона определяют по градуировочным кривым, которые учитывают положение молотка, так как величина отскока зависит от его направления. Среднюю величину вычисляют по данным 5-10 измерений, выполненных на определённом участке. Расстояние между местами ударов – от 30 мм.

Диапазон измерений методом упругого отскока – 5-50 МПа. К достоинствам метода относят простоту и скорость измерений, возможность оценки прочности густоармированных конструкций. Ключевые недостатки такие же, как у других ударных методов: контроль прочности в поверхностном слое (глубина 20-30 мм), необходимость частых поверок (каждые 500 ударов), построение градуировочных зависимостей.

Ниже представлены измерители прочности бетона, работающие по принципу ударного импульса, из ассортимента нашей компании

Метод пластической деформации

Метод пластической деформации считается одним из самых дешёвых. Его суть – в определении твёрдости поверхности посредством измерения следа, который оставляет стальной шарик/стержень, встроенный в молоток. При проведении испытаний молоток располагают перпендикулярно поверхности бетона и совершают несколько ударов. С помощью углового масштаба измеряют отпечатки на бойке и бетоне. Для облегчения измерений диаметров используют листы копировальной или белой бумаги. Полученные характеристики фиксируют и вычисляют среднее значение. Бетонная прочность определяется по соотношению размеров отпечатков.

Принцип действия приборов для испытаний методом пластических деформаций основан на вдавливании штампа при помощи удара либо статического давления. Устройства статических давлений применяются ограниченно, более распространены приборы ударного действия – ручные и пружинные молотки, маятниковые устройства с шариковым/дисковым штампом. Твёрдость стали штампов минимум HRC60, диаметр шарика — минимум 10 мм, толщина диска — не меньше 1 мм. Энергия удара должна быть равна или больше 125 H.

Метод прост, может применяться в густоармированных конструкциях, отличается быстротой, но подходит для оценки прочности бетона не больше М500.

Ультразвуковое обследование

Ультразвуковой метод – это регистрация скорости прохождения ультразвуковых волн. По технике проведения испытаний можно выделить сквозное ультразвуковых прозвучивание, когда датчики располагают с разных сторон тестируемого образца, и поверхностное прозвучивание, когда датчики расположены с одной стороны. Сквозной метод позволяет, в отличие от всех остальных методов НК прочности, контролировать прочность в приповерхностных и глубоких слоях конструкции.

Ультразвуковые приборы неразрушающего контроля бетона могут использоваться не только для контроля прочности бетона, но и для дефектоскопии, контроля качества бетонирования, определения глубины и поиска арматуры в бетоне. Они позволяют многократно проводить массовые испытания изделий любой формы, вести непрерывный контроль нарастания или снижения прочности.

На зависимость «прочность бетона – скорость ультразвука» влияют количество и состав заполнителя, расход цемента, способ приготовления бетонной смеси, степень уплотнения бетона. Недостатком метода считается довольно большая погрешность при переходе от акустических характеристик к прочностным.

Ниже даны ссылки на приборы неразрушающего контроля бетона, представленные в ассортименте нашей компании

Ультразвуковой томограф А1040 MIRA Ультразвуковой дефектоскоп А1220 Монолит Ультразвуковой тестер UK1401 Измеритель прочности бетона УКС-МГ4 Ультразвуковой тестер бетона Pundit Ультразвуковой индикатор прочности бетона БЕТОН-70

Кроме перечисленных способов контроля прочности существуют менее распространённые. На стадии экспериментального использования метод электрического потенциала, инфракрасные, вибрационные, акустические методы.

Опыт ведущих специалистов по неразрушающему контролю 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.

Погрешность методов неразрушающего контроля прочности бетона

№	Наименование метода	Диапазон применения*, МПа	Погрешность измерения**
1	Пластическая деформация	5 . 50	± 30 . 40%
2	Упругий отскок	5 . 50	± 50%
3	Ударный импульс	10 . 70	± 50%
4	Отрыв	5 . 60	нет данных
5	Отрыв со скалыванием	5 . 100	нет данных
6	Скалывание ребра	10 . 70	нет данных
7	Ультразвуковой	10 . 40	± 30 . 50%
* по ГОСТ 17624 и ГОСТ 22690; ** источник: Джонс Р., Фэкэоару И. Неразрушающие методы испытаний бетонов. М., Стройиздат, 1974. 292 с.

Процедура оценки

Общие правила контроля прочности бетона изложены в ГОСТ 18105-2010. Требования к контрольным участкам приведены в следующей таблице

Испытание готовых бетонных конструкций на сжатие, является одним из факторов оценки состояния зданий и сооружений. С помощью тех или иных технологий проверяется фактическая прочность нового или старого бетонного сооружения.

По результатам испытаний принимается решение о возможности дальнейшей эксплуатации конструкции, возможности ее ввода в эксплуатацию, необходимости усиления и т.п. Неразрушающие испытания бетона – самый популярный и перспективный вид проверки прочности, характеризующийся высокой производительностью, приемлемой точностью, низкой трудоемкостью, невысокой себестоимостью и простотой.

Технологии неразрушающего контроля прочности бетона

Все существующие технологии неразрушающего контроля, регламентированные ГОСТ 22690-2015 основаны на механическом воздействии на поверхность бетона. В отличие от проверки прочности по методике разрушения образцов, технологии неразрушающего контроля являются косвенными.

Фактическую прочность материала определяют по специальным таблицам, составленным на основе эмпирических данных. Отдельной строкой идет технология определения прочности с помощью ультразвуковых волн по ГОСТ 17624-2012.

В этом случае используются специальный прибор, излучающий ультразвуковые волны и измеряющий время и скорость их распространения в толще бетона. Истинную прочность материала определяют по экспериментально установленным зависимостям. Использование показывающих (прочность материала) приборов, действующим ГОСТом не допускается. Это наиболее точный метод неразрушающего контроля.

Виды испытаний бетона неразрушающим методом ГОСТ 22690-2015:

• Упругий отскок. Измеряется значение величины обратного отскока средства измерения после удара о поверхность испытуемой конструкции. Для измерения величины отскока применяют склерометр Шмидта и его аналоги. Количество измерений на участке поверхности для расчета средней величины – 9. Минимальная толщина бетона – 0,1м.
• Пластическая деформация. Измеряются габариты следа от шарика, образовавшегося после удара рабочей частью молотком Кашкарова. Самый простой и дешевый метод. Количество измерений – 5. Минимальная толщина конструкции, при которой разрешено определять прочность данным методом – 0,07 м.
• Ударный импульс. Измеряется значение величины энергии удара в момент удара бойка средства измерения об испытуемую поверхность. Используются приборы: ИПС МГ 4.03, ОНИКС ОС, ОНИКС-2,5. Количество измерений – 10. Минимальная толщина конструкции – 0,05 м.
• Отрыв образца. Измеряется сила напряжения отрыва стального диска приклеенного к бетону. Вследствие сложности технологии, в последнее время используется очень редко. Измерительное оборудование, приборы: ПОС-30-МГ4 и ПОС-50-МГ4. Количество измерений – 1. Минимальная толщина бетона 0,05 м.
• Отрыв образца со скалыванием или скалывание ребра изделия. Измеряется числовое значение силы необходимой для скалывания кусочка ребра или вырыва специального анкера. Самое точное испытание бетона неразрушающим методом. Рекомендуется использовать приборы: ПОС-50МГ4 «Скол», ГПНВ-5, ГПНС-4. 2.6. Количество измерений – 1. Минимальная толщина конструкции – 0,05 м. Глубина заделки анкера: 30, 35, 40 и 48 мм в зависимости от прибора измерения.

Примечание. Измерения осуществляются на участке бетона площадью от 0,1 до 0,9 м2.

Испытание бетона методом неразрушающего контроля ГОСТ 17624-2012

Суть технологии заключается в измерении времени и скорости распространения ультразвуковых волн в толще конструкции или железобетонного изделия. Существует две методики: сквозное прозвучивание и поверхностное прозвучивание.

В первом случае излучатель УЗ-волн и приемник волн располагают с разных сторон проверяемой конструкции.

Во втором случае, излучатель и приемник расположены с одной стороны на определенном расстоянии, регламентированном Гостом как база прозвучивания. Первый вариант применяется для определения прочности тела бетона, а второй для определения прочности бетона в поверхностном слое.

Ультразвуковой метод единственный из видов испытаний бетона на прочность неразрушающим методом, который позволяет получить более-менее точное значение прочности на сжатие не только поверхностного слоя, но толщи сооружения. Приборы для определения прочности ультразвуковым прозвучиванием: УК1401, Бетон-32, УК-14П, УКС-МГ4, УКС-МГ4С.

Виды испытаний. Таблица значений.

Каждому виду технологии неразрушающего контроля прочности соответствует определенный рекомендованный диапазон прочности на сжатие. Максимальный диапазон измерения прочности регламентируется результатами, полученными эмпирически и производителями средств измерения. Для удобства выбора вида испытаний, сводим диапазоны и погрешности измерений в таблицу.

Табл.1

50-500

50
Пластическая деформация	30-40
Ударный импульс	50-1500	50
Отрыв диска	50-600

Нет данных

Отрыв скалыванием 50-1000 Скалывание ребра 100-700 Ультразвуковое исследование 100-400 30-50

Примечание. Прочность бетона определяют на участках поверхности соответствующей площади, не имеющих видимых повреждений и аморфных отслоений, при плюсовой температуре окружающего воздуха.

Заключение

Частным покупателям сооружений и застройщикам малоэтажных зданий, которые решают задачу определения прочности новой или старой бетонной конструкции, можно рекомендовать использование следующих недорогих методик: пластическая деформация или упругий отскок.

Простота данных технологий позволяет провести измерения своими силами. Цена вопроса заключается в стоимости инструмента: молоток Кашкарова или склерометр Шмидта. На данный момент времени цена молотка Кашкарова в среднем составляет 2 500-2 700 рублей, а стоимость аренды склерометра Шмидта 400-500 рублей в сутки.

Таблицы для определения прочности методами пластической деформации или упругого отскока можно найти в интернете бесплатно.

«>