5 методов неразрушающего контроля прочности бетона

Испытание свойств затвердевшего бетона играет ключевую роль в оценке зданий и сооружений, будь то объекты, построенные десятилетия назад, или находящиеся на стадии строительства. Выездное испытания бетона на месте являются важной частью оценки безопасности и физического состояния существующей конструкции при плановом техническом обслуживании, перед проведением реконструкций или при смене собственника в рамках процедуры комплексной проверки. Для строящихся объектов испытание затвердевшего бетона неразрушающими или другими методами контроля строительных материалов зачастую является единственным приемлемым способом решения проблем качества, возникающих в процессе строительства.

Хотя прочность бетона, безусловно, является основным фактором при оценке затвердевшего бетона, также необходимо оценивать расположение и коррозию арматурной стали, характеристики влажности и физическое состояние. В этой статье мы рассмотрим методы и оборудование для измерения прочности бетона на месте с применением неразрушающих методов. В дополнение к методам испытаний ASTM, упомянутым в этой статье, мы рекомендуем использовать в качестве комплексного справочника по этим испытаниям руководство ACI 437R-19 «Оценка прочности существующих бетонных зданий». Еще одним полезным руководством для таких оценок является стандарт ASTM C823 «Стандартная практика исследования и отбора проб затвердевшего бетона в конструкциях».

Прочность бетона на сжатие

При оценке старого бетона или исследовании причин недавних неудачных лабораторных испытаний наиболее распространенным фактором, требующим внимания, является прочность бетона на сжатие, определенная на месте. Оценка прочности бетона может проводиться в нескольких направлениях. Если цель состоит в определении однородности по всей конструкции, то испытаний на месте с использованием косвенных измерений для сравнения относительной прочности может быть достаточно. Эти испытания менее инвазивны и предоставляют надежные эмпирические данные. При исследовании конструкций, в которых проблемные зоны неизвестны, начало работы с методов испытаний на месте является быстрым и эффективным способом оценки однородности. Этот метод позволяет создать профиль для фокусировки на зонах, которые требуют более тщательного изучения. Если требуется точная оценка прочности на сжатие, данные о прочности, полученные из кернов, должны дополнять эти неразрушающие испытания на месте.

Отбор кернов

Образцы кернов являются эталоном для определения прочности бетона на месте. Образцы кернов, испытанные в лаборатории с поправками на ориентацию и несвязанные заполнители, дают простые, точные и понятные данные о фактической прочности. Очевидная проблема заключается в том, что отбор кернов приводит к косметическим и, возможно, структурным повреждениям конструкции.

Метод отбора кернов бетона

Тщательное планирование мест отбора кернов может минимизировать визуальное и структурное воздействие отверстий. Нескольких кернов часто бывает достаточно для корреляции с другими видами испытаний для установления надежной прочности бетона. Такой подход более эффективен и экономичен, а также снижает повреждение конструкции.

Оборудование для отбора кернов бетона требует первоначальных затрат, но стоимость расходных материалов относительно невелика по сравнению с количеством отобранных образцов. Стандарт ASTM C42 описывает отбор, подготовку и испытание бетонных кернов.

Метод отскока

Для испытания бетона методом отскока используются молотки с пружинным механизмом, которые ударяют по поверхности бетона и регистрируют энергию отскока, или значение R. Эти приборы, иногда называемые молотками Шмидта или швейцарскими молотками, являются экономичными, быстрыми и простыми в использовании для определения однородности бетона на больших площадях. Когда значения отскока напрямую соотносятся с прочностью на сжатие контрольных цилиндров или кернов того же состава, как описано в ASTM C805, можно получить надежную оценку прочности бетона на месте.

Метод отскока с использование склерометра (молотка Шмидта)

Один оператор может использовать молоток для быстрого определения профиля однородности прочности большой бетонной конструкции и выявления участков, требующих более детального исследования. Метод отскока основан на измерении поверхностной твердости, поэтому текстурированные или более мягкие участки требуют шлифовки перед проведением испытания. Повреждение поверхности бетона при испытании методом отскока минимально и часто оставляет лишь небольшие углубления. Новые версии этого устройства, такие как цифровые молотки отскока, используют электронные акселерометры для измерения значений отскока. Они также обеспечивают запись GPS-координат и формирование отчетов в веб-интерфейсе, что повышает точность и надежность испытаний. Более подробное обсуждение испытания бетона молотком отскока см. в нашем предыдущем сообщении в блоге «Испытание молотком отскока: что вы можете не знать».

Метод проникновения зонда

Метод Виндзорского зонда

Метод Виндзорского зонда использует пороховой заряд (холостой патрон) для вбивания закаленного стального зонда в поверхность бетона. Усовершенствованные версии прибора оснащены электронным измерителем глубины проникновения зонда, функцией регистрации данных и расчета прочности на сжатие. Один тест состоит из трех зондов, вбитых в определенную область. Измеряются открытые длины зондов и определяется среднее сопротивление проникновению. Поскольку твердость заполнителя напрямую влияет на проникновение, производитель предлагает комплект для определения твердости заполнителя по шкале Мооса и диаграмму для получения скорректированных значений сопротивления.

Как указано в ASTM C803, установление корреляции между сопротивлением проникновению и прочностью на сжатие аналогичных составов бетона позволяет точно оценить прочность бетона. Испытание относительно легко провести, но пороховой привод и высокоэнергетическое воздействие требуют соблюдения строгих мер безопасности и использования средств индивидуальной защиты. Предохранительные устройства на приборе предотвращают его срабатывание, если он не установлен надежно в положение для стрельбы. Стальные зонды и холостые пороховые заряды являются расходными материалами для каждого испытания, проводимого с помощью этого устройства. Испытание Виндзорским зондом приводит к некоторому ограниченному повреждению поверхности, вызванному отверстиями от проникновения.

Метод определения зрелости

Метод определения зрелости бетона требует предварительного тестирования, планирования укладки бетона и опытной интерпретации результатов, но оценки прочности, предоставляемые этими данными, являются проверенными и надежными. Проводные или беспроводные датчики, встроенные в бетон, регистрируют температуру твердеющего бетона с течением времени, создавая температурный профиль. Сравнение истории температуры на месте с лабораторными данными позволяет рассчитать прочность.

Этот метод полезен и часто указывается для прогнозирования безопасного времени выдержки для снятия опалубки и повторного крепления, операций по натяжению арматуры и ввода конструкций в эксплуатацию. Встроенные датчики также могут контролировать характеристики в течение более длительных периодов. Процедуры испытания на зрелость описаны в ASTM C1074 и методах AASHTO T 276 и T 325. Некоторые версии оборудования для испытания бетона на зрелость имеют функции автоматической регистрации данных или дистанционного мониторинга.

Метод ультразвукового импульсного зондирования

Ультразвуковые импульсные измерители скорости используют передающие и приемные преобразователи для отправки и приема синхронизированного импульса ультразвуковой энергии через участок бетона. Время прохождения сигнала указывает на плотность бетона и зависит от пустот, включений и разрывов. Этот метод оптимален для сбора информации об однородности и обнаружения внутренних дефектов, таких как раковины и трещины. Точные корреляции с прочностью на сжатие возможны с использованием метода SONREB (SONic-REBound)¹, алгоритма, сочетающего результаты методов ультразвукового импульсного зондирования и испытания бетона молотком отскока. Работа с прибором и интерпретация результатов испытаний требуют специальной подготовки и опыта. Процедуры использования ультразвуковых измерителей скорости на бетоне описаны в ASTM C597.