Армирующая сталь и контроль качества бетона для неразрушающего контроля

Во второй части нашей серии материалов (первую смотрите здесь), посвященной методам и оборудованию для неразрушающего контроля (НК) затвердевшего бетона, мы подробно рассмотрим оборудование, предназначенное для определения местоположения, ориентации и степени коррозии арматурной стали, влияния влаги, а также способы документирования качества самого бетона.

Обнаружение арматурной стали, определение её местоположения и размеров

Определение размеров, расстояния между элементами и трёхмерного расположения арматурной стали имеет решающее значение для анализа железобетонных конструкций. Документирование этой информации обеспечивает соответствие проектной документации, помогает диагностировать текущие проблемы и прогнозировать возможные будущие дефекты. Если требуется отбор проб (керновое бурение), эти данные позволяют избежать повреждения арматуры и обеспечивают получение более качественных образцов.

Детекторы арматуры и измерители защитного слоя представлены в различных моделях с отличающимися функциями и технологиями. Выбор подходящего устройства зависит от требуемой информации и необходимой степени точности. Простой металлоискатель может быть полезен для предотвращения повреждения арматуры при бурении, но он недостаточно точен для регистрации точного местоположения, размера и глубины. Более продвинутые устройства, такие как радары георадиолокации (GPR), предоставляют полные профили бетонных сечений и даже позволяют создавать трёхмерные модели. Однако такие устройства могут обладать избыточным функционалом для базовых задач. Детекторы арматуры и измерители защитного слоя соответствуют требованиям британского стандарта BS 1881, часть 204: «Рекомендации по использованию электромагнитных измерителей защитного слоя».

Электронный металлоискатель

Электронный металлоискатель сканирует бетон и другие строительные материалы для обнаружения встроенных металлических объектов. Это экономичное устройство легко в эксплуатации и способно обнаруживать металл на глубине до 150 мм. Металлоискатель хорошо подходит для предварительного сканирования больших площадей и определения базового расположения арматурных стержней, электрических трубопроводов и натяжных кабелей. Устройство может различать ферромагнитные и неферромагнитные объекты, но ему не хватает точности и функций для точного документирования размеров и глубины арматуры.

Детекторы арматуры и измерители защитного слоя

Детекторы арматуры отличаются простотой использования и позволяют быстрее и точнее определять расположение арматурных стержней, их центры и ориентацию по сравнению с металлоискателями. Они обеспечивают достаточную точность для оценки размеров и глубины арматуры, а продвинутые модели позволяют сохранять данные, которые затем можно загрузить на компьютер пользователя. Большинство моделей оснащены визуальными и звуковыми сигналами для определения центральных точек. Максимальная глубина обнаружения составляет около 180 мм, а арматурный стержень диаметром 16 мм можно точно обнаружить на глубине до 140 мм.

Измерители защитного слоя способны обнаруживать арматурную сталь с точностью, равной или превышающей точность детекторов арматуры. Они обеспечивают более функциональные возможности для точного измерения защитного слоя бетона и размеров арматуры. Достаточная толщина защитного слоя бетона над арматурой является важным фактором для обеспечения прочности конструктивных элементов и снижения риска коррозии. Измерители защитного слоя имеют дополнительные функции, позволяющие оптимизировать работу при поиске арматуры на большей глубине или при определении отдельных стержней в условиях плотного армирования. Дополнительные функции включают удобное управление, улучшенное логирование данных, построение графиков и отображение результатов. Некоторые модели можно модифицировать для использования в качестве измерителей коррозии с помощью специальных комплектов.

Георадар (Ground Penetrating Radar, GPR)

Оборудование для сканирования с использованием георадара (GPR) выходит за рамки простого обнаружения и определения местоположения арматуры, предоставляя полное представление о состоянии конструкции. GPR позволяет провести всесторонний анализ бетонного участка, отображая несколько слоев и ориентаций арматурной стали, а также выявляя трещины, дефекты и включения в бетонной матрице, местоположение проводов, воздуховодов и общие размеры конструкции.

Некоторые модели георадаров оснащены продвинутой электроникой, которая позволяет создавать трёхмерные изображения с четкой визуализацией подповерхностных данных. Однако оборудование GPR является относительно дорогим, а его использование требует обучения для работы и интерпретации результатов. Для проведения более глубокого анализа может также потребоваться скалывание или сверление бетонного покрытия для подтверждения данных.

Обнаружение и картирование коррозии арматурной стали

Арматурная сталь в бетоне обычно устойчива к коррозии до тех пор, пока хлориды из окружающей среды не проникают в бетонную матрицу и не вызывают электрические токи. Активная коррозия увеличивает объем арматуры, создавая значительное давление, которое приводит к растрескиванию и отслаиванию бетона. Обнаружение существующей коррозии в арматуре и оценка вероятности её возникновения в будущем позволяет предотвратить серьёзные структурные проблемы и продлить срок службы конструкций. Мониторинг коррозии особенно важен для мостовых настилов, колонн, подпорных стен и других внешних несущих элементов.

Электрическое сопротивление бетона

Измерители электрического сопротивления бетона – это портативные приборы, удобные для использования как в лаборатории, так и на строительной площадке. Датчики расположены в четырёхзондовой конфигурации Веннера (Wenner array), чтобы измерять значения электрического сопротивления. Эти значения хорошо коррелируют с проницаемостью бетона для жидкостей, а также с его подверженностью коррозии арматурной стали, вызванной хлоридами. Методы испытаний описаны в стандарте AASHTO T 358, а методика ASTM находится в процессе разработки. Измеритель сопротивления является быстрым и удобным аналогом теста на проницаемость хлоридов. Его можно использовать как для оценки состава бетонной смеси в лаборатории, так и для проверки железобетона на объекте, чтобы подтвердить аналогичные свойства и оценить риск коррозии арматуры.

Обнаружение и картирование коррозии

Коррозиметры позволяют обнаруживать и картировать степень активности коррозии в системах арматурной стали. Метод полупотенциалов, изложенный в стандарте ASTM C876, позволяет выявлять незначительные различия в электрическом потенциале на поверхности бетона, которые указывают на наличие или вероятность коррозии стали. Коррозиметры используют зонды, насыщенные раствором медь/медный купорос, и требуют прямого подключения к арматурной сетке. Результаты измерений можно наносить на поверхность бетона, а продвинутые модели имеют функции отображения данных на экране или экспорта в компьютер для построения графиков. Некоторые модели предлагают дополнительные комплекты для преобразования прибора в измеритель защитного слоя бетона над арматурой.

Быстрая проницаемость хлоридов

Тест на быструю проницаемость хлоридов – это устаревший лабораторный метод, описанный в стандартах ASTM C1202 и AASHTO T 277, предназначенный для определения характеристик проницаемости бетонных смесей, которые могут приводить к коррозии арматурной стали. Для проведения теста цилиндры или образцы бетонного керна помещаются между заполненными жидкостью отрицательным и положительным электродами, после чего измеряется протекающий электрический ток. Этот метод является надёжным, но требует значительного времени на подготовку и проведение, а также плохо подходит для полевых условий.

Состояние бетона

Трещины и смещения

Появление трещин в бетонных конструкциях нежелательно, но и не является чем-то необычным и не всегда является серьезной проблемой. Возникновение и развитие трещин, тем не менее, требуют исследования, и существуют методы и оборудование для измерения и мониторинга трещин.

• Измерители ширины трещин и карты-компараторы трещин удобны для оперативных ручных измерений параметров трещин во время первоначальных обследований.
• Регистраторы данных о трещинах в бетоне документируют движения трещин и раскрытие швов через заданные пользователем интервалы времени и сохраняют измерения в памяти. Трос из нержавеющей стали перекрывает раскрытие трещины и его длина точно измеряется при наматывании или разматывании с катушки в регистраторе.
• Индикаторы трещин крепятся к поверхности бетона и предназначены для регистрации направления и величины смещения с течением времени. Существуют различные модели и комплекты для разных требований применения.
• Комплекты тензодатчиков обеспечивают очень точные измерения движений трещин, вызванных усадкой, относительным смещением и деформацией под нагрузкой. Комплект тензодатчиков соответствует требованиям ASTM C490 для испытаний на изменение длины.

Влажность

Влага в бетоне может быть проблемой, оказывающей значительное влияние на финишные покрытия и полы в помещениях, вызывая отслаивание, образование конденсата, вздутия и расслоение. Влага может быть постоянной, меняться со временем или мигрировать через бетонные элементы, в том числе циклически. Некоторые "домашние" методы обнаружения, такие как приклеивание полиэтиленовой пленки к поверхности, могут помочь подтвердить наличие проблемы, но мало что дают для документирования или регистрации масштаба проблемы. Существуют методы и оборудование, позволяющие выполнить эту работу должным образом.

• Измерители влажности бетона используются вручную для измерения количества воды на поверхности бетонного элемента в данный момент времени. Показания электрического импеданса между зондами указывают на степень насыщения. Эти измерители хорошо подходят для диагностики проблем с влажностью и определения влажных и сухих зон при следовании методам, описанным в ASTM F2659.
• Комплекты для определения скорости выделения влаги соответствуют требованиям ASTM F1869 для определения скорости выделения влаги через бетонную плиту. Комплект состоит из пластикового купола, размещенного и герметично закрепленного над контейнером с хлоридом кальция. Хлорид кальция взвешивается до и после периода испытания, чтобы рассчитать вес воды, выделенной бетоном в пределах зоны испытания.
• Комплекты для измерения влажности используют датчики, заделанные под поверхность плиты, для периодических измерений относительной влажности в бетоне. Значения влажности считываются с датчиков измерительными приборами, что позволяет получить полную картину влажностных условий по всей плите, как того требует ASTM F2170.

Испытание на отрыв

Приборы для испытания на отрыв измеряют прочность бетона на растяжение вблизи поверхности, а также прочность сцепления ремонтных составов и покрытий с основанием. В соответствии со стандартным методом испытания ASTM C1583, в месте проведения испытания высверливается неглубокий керн, а на поверхность с помощью эпоксидного клея крепится металлический диск. Устройство для испытания на отрыв оттягивает диск от поверхности и измеряет силу растяжения до разрушения.

При непосредственном испытании бетонной поверхности этот метод не считается широко признанным показателем прочности на сжатие. Тем не менее, он позволяет установить пригодность поверхности для нанесения ремонтных составов и покрытий. То же устройство используется для измерения прочности сцепления покрытий и накладок с исходным бетоном. Испытание легко настраивается и может быть проведено на любом бетонном основании или основании с покрытием с минимальной подготовкой поверхности.

Щелочно-кремнеземная реакция (ЩКР)

Обнаружение ЩКР – это простой тест, часто используемый для подтверждения уже протекающего деструктивного процесса. Для проведения теста свежеобломанную бетонную поверхность обрабатывают двумя химическими реагентами. Желтое окрашивание после первой обработки указывает на наличие ЩКР. Розовое окрашивание после второй обработки указывает на то, что ЩКР находится в продвинутой стадии.

ЩКР возникает, когда наличие влаги усугубляет реакцию между высокощелочным цементным камнем и соединениями кремнезема, содержащимися в некоторых реакционноспособных заполнителях. Реакция вызывает локальное увеличение объема, и расширяющееся давление растрескивает как заполнитель, так и окружающий цементный камень.

Реактивность заполнителей в свежем бетоне может быть снижена с помощью добавок на основе лития или электрохимической экстракции, но лучшей профилактикой является раннее тестирование источников заполнителей на предмет реакционной способности. ASTM C1293, C1260 и другие тесты для заполнителей, или C1567 для комбинаций заполнителей и вяжущих материалов, предназначены для проверки заполнителей перед использованием.