Неразрушающий контроль прочности бетона. Комплексная оценка затвердевшего бетона

Методы неразрушающего контроля используются для оценки свойств бетона, таких как прочность, а также коррозия арматуры, водонепроницаемость, трещинообразование и структура пор. Этот тип испытаний важен для оценки как новых, так и старых конструкций.

Определение качества и свойств затвердевшего бетона является ключевым для оценки конструкции, независимо от того, сколько ей лет – несколько десятилетий или она все еще строится. Испытания бетона на месте являются важной частью оценки физического состояния и безопасности существующей конструкции во время планового обслуживания, при подготовке к структурным изменениям или при смене собственника в рамках комплексной проверки.

Хотя прочность бетона по праву является основным фактором при оценке затвердевшего бетона, необходимо также исследовать расположение и коррозию арматурной стали, характеристики влажности и физическое состояние бетона. В этой серии статей мы сначала обсудим методы и оборудование для неразрушающего контроля и испытаний на месте для измерения прочности бетона, а затем сосредоточимся на расположении и коррозии арматурной стали, а также на оценке состояния и эксплуатационных характеристик бетона во второй части.

Для строящихся объектов испытание затвердевшего бетона методами неразрушающего контроля или другими методами испытаний строительных материалов часто используется для решения проблем качества, возникающих во время строительства. Если результаты испытаний на прочность на сжатие бетона оказываются низкими, возникают как минимум два важных вопроса, на которые неразрушающие испытания отвечают быстро:

• Отражают ли лабораторные испытания с низкими показателями фактическую прочность бетона на месте?
• Даже если прочность бетона на месте не полностью соответствует проектной, достаточна ли она для обеспечения безопасной эксплуатации?

В дополнение к методам испытаний ASTM, перечисленным в этой статье, рекомендуется стандарт ACI 437R-19 Американского института бетона: "Оценка прочности существующих бетонных зданий" в качестве всеобъемлющего справочного материала. Стандарт ASTM C823 "Стандартная практика для обследования и отбора проб затвердевшего бетона в конструкциях" также рекомендуется в качестве руководства для проведения этих оценок.

Методы испытания прочности бетона на сжатие

Независимо от того, оценивается ли старый бетон или исследуются участки, где образцы прочности не прошли лабораторные испытания, вопрос об определении прочности на сжатие на месте остается наиболее распространенным. Лучший метод оценки прочности бетона зависит от цели исследования. Когда ставится под сомнение структурная целостность, выбор точных и надежных методов испытаний гарантирует соответствие проектным требованиям. В других случаях целью может быть простая оценка однородности бетона по всей конструкции.

Оценка прочности бетона по степени его зрелости

Оценка прочности бетона по степени его зрелости основывается на измерении температуры бетонной смеси по мере выделения ею тепла во время твердения и набора прочности.

Датчики температуры встраиваются в свежеуложенный бетон в конструкции, накапливая данные о температуре бетона во времени. Эта история температур сравнивается с данными испытаний лабораторных образцов, и с помощью уравнений рассчитывается зависимость прочности от степени зрелости в любой момент времени. Метод зрелости очень полезен при различных оценках прочности. Он часто используется для прогнозирования безопасных сроков снятия опалубки и переопирания, выполнения операций по натяжению арматуры или ввода покрытий и сооружений в эксплуатацию.

Современные интегрированные системы, разработанные специально для испытаний на зрелость бетона, используют беспроводные датчики и технологии Bluetooth или Wi-Fi для упрощения сбора, обработки и хранения данных. Облачные приложения для оценки зрелости обеспечивают постоянный мониторинг и предоставляют отчеты о прочности в режиме реального времени всем заинтересованным сторонам.

Испытания на зрелость бетона требуют предварительной лабораторной подготовки бетонных смесей и планирования размещения датчиков, но точные оценки прочности, предоставляемые этим методом, являются проверенными и надежными. Постоянные показания от встроенных датчиков также могут контролировать характеристики в течение более длительных периодов времени. Процедуры испытаний на зрелость определены в стандартах ASTM C1074, AASHTO T 276 и AASHTO T 325.

Критерий отскока

Склерометры, иногда называемые молотками Шмидта или швейцарскими молотками, используют подпружиненную массу для удара по поверхности бетона и регистрации энергии отскока, или значения R, от удара. Значения R могут быть соотнесены с прочностью на сжатие. Эти экономичные инструменты отлично подходят для быстрой оценки больших площадей бетона. Один оператор может использовать испытательный молоток для быстрого профилирования однородности прочности большой бетонной конструкции и определения областей, требующих более целенаправленного тестирования.

Принцип работы молотка Шмидта (склерометра)

Склерометры дают наиболее точные оценки прочности на сжатие при прямой корреляции с результатами испытаний бетонных цилиндров из той же смеси. Следуя методу, предписанному в ASTM C805, можно получить надежную оценку прочности на месте.

В основе числа отскока лежит твердость поверхности, поэтому шероховатые или текстурированные участки перед испытанием необходимо шлифовать. Повреждение поверхности бетона от испытания на отскок минимально, часто оставляя лишь небольшие вмятины на поверхности. Цифровой молоток для отскока, более новая версия этого устройства, использует электронные акселерометры для измерения чисел отскока, записи местоположения GPS и веб-отчетности, что повышает точность и надежность испытаний. Для более подробного обсуждения испытательного молотка для бетона см. предыдущий материал: "Испытание бетона склерометром".

Проникающий зонд

Метод зондирования Виндзора использует заряд с пороховым приводом (холостой патрон) для вдавливания закаленного стального зонда в поверхность бетона. Усовершенствованные версии устройства оснащены электронным измерением зонда, регистрацией и расчетом прочности на сжатие.

Для одного испытания в тестовой области вдавливаются три зонда. Открытые длины зондов измеряются и используются для определения среднего сопротивления проникновению. Поскольку твердость заполнителя напрямую влияет на проникновение, производитель предоставляет набор для определения твердости заполнителя по шкале Мооса и таблицу для получения скорректированных значений сопротивления.

Как указано в ASTM C803, точная прочность бетона может быть оценена, если была установлена корреляция между сопротивлением проникновению и прочностью на сжатие аналогичной смеси. Тест относительно прост в выполнении, но механизм с пороховым приводом и сильный удар требуют соблюдения строгих мер безопасности и средств индивидуальной защиты. Устройство разработано с функциями безопасности, предотвращающими работу, если оно не находится в твердом положении для стрельбы. Стальные зонды и холостые пороховые заряды являются расходными материалами для каждого испытания, проводимого с этим устройством. Испытание зондом Виндзора оставляет некоторые устранимые повреждения поверхности, вызванные отверстиями от проникновения.

Скорость распространения ультразвуковых импульсов

Приборы для измерения скорости распространения ультразвуковых импульсов (УЗИ) используют передающие и принимающие датчики для отправки и приема синхронизированных импульсов ультразвуковой энергии через бетонную секцию. Время прохождения сигнала указывает на плотность бетона и замедляется пустотами, включениями и разрывами. Этот метод оптимален для сбора информации об однородности и обнаружения внутренних дефектов, таких как каверны и трещины. Процедуры использования измерителей скорости импульса на бетоне описаны в ASTM C597.

В таблице ниже показана общая зависимость между качеством бетона и скоростью импульса.

Обобщенная зависимость скорости импульса от качества бетона

Преимущества УЗИ не ограничиваются оценкой однородности бетона или обнаружением пустот. Подобно измерителям прочности бетона, приборы для измерения скорости импульса могут использоваться для оценки качества бетона на больших площадях для выбора участков для дальнейшего тестирования.

Математическое объединение значений испытаний с помощью прибора для измерения скорости импульса и значений критерия отскока R измерителя прочности бетона показало высокую точность оценки прочности на сжатие, особенно при наличии корреляции с образцами кернов. Метод SONREB (SONic-REBound) представляет собой алгоритм, объединяющий результаты методов измерения скорости импульса и испытания измерителем прочности бетона. Объединение результатов двух методов компенсирует некоторые из их недостатков и позволяет провести более полную оценку, выходящую за рамки простого измерения твердости поверхности.

В настоящее время не существует опубликованных методов испытаний ASTM или AASHTO для метода SONREB. В интернете доступно множество исследований и научных статей, в которых обсуждается этот метод и подходящие уравнения для оценки прочности на сжатие. Разработка и принятие стандартного метода продолжается в Европейском Союзе, особенно в Италии, где сейсмические испытания конструкций являются обязательными по закону.

Отбор кернов

Извлечение кернов из затвердевшего бетона, по сути, является противоположностью неразрушающего контроля. Тем не менее, качество предоставляемой ими информации делает необходимым учитывать их при оценке прочности.

Керны, испытанные в лаборатории, предоставляют простые, точные и однозначные данные о фактической прочности бетона на сжатие. Хотя при испытании необходимо внести некоторые поправки на ориентацию и несвязанные заполнители по периметру, керны являются эталоном для определения прочности бетона на месте. Очевидная проблема заключается в том, что отбор кернов косметически повреждает проверяемую конструкцию, а также существует некоторый потенциал для непреднамеренного структурного повреждения.

При некотором планировании отбор кернов можно проводить в местах, где риск структурного повреждения минимален, а визуальные дефекты можно устранить. Несколько кернов, отобранных для корреляции с неразрушающими испытаниями прочности, обеспечивают большую точность и повышают достоверность оценки. Такой подход более эффективен и экономичен, а также уменьшает повреждение конструкции.

Оборудование для отбора кернов бетона требует некоторых первоначальных затрат, но стоимость расходных материалов низка по сравнению с количеством взятых образцов. ASTM C42 охватывает отбор проб, подготовку и испытание бетонных кернов.