Неразрушающие методы определения прочности бетона

К неразрушающим методам определения прочности бетона в конструкциях относятся: а) склерометрические методы с применением приборов механического действия; б) методы с использованием приборов физического действия.

Склерометрические методы с применением приборов механического действия делятся на две разновидности: а) метод упругого отскока; б) метод пластических деформаций.

Склерометрическими методами испытывается только поверхностный слой бетона. Применяют молотки (склерометры) и маятниковые приборы разнообразных систем. Если есть опасения, что внутри бетона есть пустоты или по какой-то причине прочность внутренних слоев отличается от поверхностных, то кроме исследований склерометрическими методами проводят испытания ультразвуковыми методами.

Склерометрические методы определения прочности бетона отличаются меньшей трудоемкостью, но имеют невысокую точность (погрешность измерений составляет 20...30%); поэтому их рекомендуется преимущественно применять при: техническом осмотре для выявления конструкций (или зон конструкций) с относительно меньшей прочностью бетона; большом объеме контроля.

В этом случае для повышения надежности результатов измерения необходимо к прочности бетона вводить корректирующие множители, которые учитывают технологические особенности исследуемой конструкции, карбонизацию поверхностного слоя, влажность бетона и др. факторы, которые влияют на тарировочную зависимость. Эти коэффициенты приведены в руководствах по использованию приборов. Кроме того, для бетонов, возраст которых превышает один год, слишком твердую поверхностную прослойку стоит удалять на толщину 2¸З мм с помощью шлифовального камня. Удары стоит наносить по растворимой части бетона. Не следует исследовать методом упругого отскока конструкции толщиной меньше 50 мм, а также в местах расположения арматуры, потому что при диаметре арматуры более 6 мм и толщине защитного слоя менее 10 мм заметно искажаются показатели прочности.

Методу упругого отскока (рис. 3.4в) (с применением склерометров типа К.М. Шмидта) стоит отдавать преимущество при необходимости обследования конструкций в труднодоступных местах, а также при большом объеме обследования. В последнем случае этим методом выявляют наименее прочные участки или конструкции со последующим определением в них прочности бетона более точным методом.

Сущность метода пластических деформаций (рис. 3.4а) заключается в том, что о прочности бетона судят по пластическим деформациям (отпечаткам, полученным от вдавливании в поверхность бетона стальных шариков, дисков или штампов); приборы: ударные молотки с эталонным стержнем Кашкарова, гидравлическими штампами, маятниковые приборы ударного типа). Молотком Кашкарова определяется прочность бетона по градуированным зависимостям при R=5...50 МПа.

Испытания следует проводить в местах, которые расположены от края конструкции не менее чем на 50 мм. На исследуемых участках с поверхности бетона шлифовальным камнем должны быть удалены неровности от опалубки. На каждом участке молотком Кашкарова нужно нанести не менее 5 отпечатков при расстояниях между отпечатками на бетоне не менее 30 мм, а на эталонном стержне не менее 10 мм.

Испытания молотком Кашкарова проводят следующим образом: удар молотком наносят по поверхности молотка, обеспечивая получение на бетоне отпечатка размером 0.5 диаметра шарика, то есть 6…8 мм, и отпечатка на эталонном стержне не меньше 2.5 мм. Единичное значение косвенного показателя на исследуемом участке определяют по формуле:

 

где

ds/db – отношение диаметров в каждой точке;

n – число отпечатков на участке.

Единичное значение прочности бетона R на участке определяют по косвенному показателю К с использованием универсальной градуированной зависимости, с учетом поправочных коэффициентов к ней.

Ультразвуковой метод определения прочности бетона в конструкциях основанный на наличии связи между прочностью бетона R и скоростью V распространения в бетоне ультразвукового импульса.

Скорость распространения ультразвука в бетоне колеблется от 2800 до 4800 м/с в зависимости от его структуры и прочности. Измерение такой скорости на относительно малых участках (в среднем 0.1¸1 м) является сравнительно сложной технической задачей, которая может быть решена только при высоком уровне развития радиоэлектроники.

Из всех существующих методов измерения скорости распространения ультразвука, с точки зрения возможности их применения для испытания строительных материалов, наибольшее распространение получил импульсный метод. Он основан на многократной посылке в бетон коротких ультразвуковых импульсов с частотой следования 30-60 Гц и измерении времени распространения этих импульсов на определенном расстоянии, называемой базой прозвучивания.

В большинстве современных приборов (рис. 3.4б) (например таких как УКС-МГ4 или «Пульсар»), имеются процессор и блок ввода коэффициентов, с помощью которых решается аналитическое уравнение зависимости «скорость-прочность», а на табло цифровой индикации выдаются время t, скорость V и прочность бетона R.

Такие конструкции как балки, ригели, колонны прозвучивают в поперечном направлении; плиты – по наименьшему размеру (ширина, толщина); ребристые плиты – по толщине ребра. Ультразвуковые преобразователи устанавливают в участках где отсутствует арматура или процент армирования минимален.

Метод ударного импульса.

Во всех ранее рассмотренных неразрушающих методах в качестве косвенных характеристик использовалось по одному показателю, соответствующему определенному свойству бетона. Склерометрический метод, используя диаметр отпечатков, учитывает только пластические свойства, а методы упругого отскока и ультразвуковой учитывают только упругие свойства бетона. Но прочность любого материала является многопараметровой функцией. Поэтому рассмотренные косвенные характеристики имеют сложную и не всегда надежную связь с прочностью.

Исследователями было замечено, что если проводить комплексные испытания и использовать несколько косвенных характеристик, то точность измерения повышается.

Метод ударного импульса позволяет учитывать как пластические, так и упругие свойства бетона.

 


а) б)
в) г)

Рис. 3.4 Приборы для измерения прочности бетона неразрушающими методами (а – молоток Кашкарова для измерений методом пластических деформаций; б – ультразвуковой прибор; в – прибор Шмидта для измерений методом упругого отскока; г – прибор для измерений методом ударного импульса).


Сущность метода заключается в следующем.

Боек, имеющий сферическую поверхность ударника, под действием пружины ударяется о поверхность бетона, при этом вся энергия удара (не считая тепловых потерь) расходуется на упругие и пластические деформации бетона. В результате пластических деформаций образуется лунка, а упругих - возникает реактивная сила F. При нормированном ударе величина реактивной силы F и длительность действия удара могут служить показателями прочности материала, по которому наносится удар.

Прибор (рис. 3.4г) прикладывается к поверхности железобетонной конструкции, и нажатием на спусковой крючок производится удар бойка о бетон, и, в зависимости от амплитуды и длительности ответного сигнала, определяется прочность, которая регистрируется цифровым индикатором. На одно измерение с учетом записи в журнал требуется не более 5 секунд.

Для повышения надежности результатов за единичный показатель прочности принимается усредненное значение из пяти измерений, при этом выбросы в большую или меньшую стороны не учитываются. Это означает, что боек ударился в щебень или раковину. Недостатком метода является определение прочности в поверхностном слое бетона глубиной только до 50 мм.