Георадар для оценки состояния бетона: Новейшие разработки

Георадар (GPR) для неразрушающего контроля бетона — относительно новое применение уже давно хорошо зарекомендовавшей себя технологии. Передающая антенна георадара направляет высокочастотные радиоволны в твердую поверхность. Эти волны рассеиваются и отражаются при столкновении с объектами или границами разной плотности.

Отраженная электромагнитная энергия, регистрируемая приемной антенной, фиксирует изменения в структуре и плотности материала. Этот неинвазивный метод позволяет проводить подповерхностные исследования конструкций, дорожных покрытий, грунта и горных пород, а также выявлять изменения свойств материалов, такие как трещины и пустоты.

История георадара

Патенты на радарные системы появились еще в 1904 году. В 1910 году немецкие исследователи Готтельф Лаймбах и Генрих Лёви запатентовали использование радара для обнаружения захороненных объектов. В. Штерн провел первое известное геофизическое исследование с помощью георадара в 1929 году, измерив толщину льда ледника в Австрии.

Развитие георадара несколько замедлилось до 1970-х годов, когда его начали использовать для обнаружения туннелей в демилитаризованной зоне между Северной и Южной Кореей. Дальнейший интерес в секторе гражданского строительства был вызван необходимостью точного картирования подземных коммуникаций и трубопроводов под городскими улицами. Археологи адаптировали модели для исследования и картирования исторических мест, чтобы минимизировать земляные работы, и к 1980 году началось коммерческое производство доступных георадарных систем.

Оценка бетона с помощью георадара

Георадар — мощный инструмент для неразрушающего контроля затвердевшего бетона. Наиболее распространенные области применения включают обнаружение и картирование арматурных стержней, канатов и других закладных элементов для измерения, подтверждения их расположения и определения местоположения перед бурением или отбором керна.

Георадарное сканирующее оборудование также оценивает однородность, измеряет толщину и обнаруживает трещины, пустоты и другие неоднородности. Комплексные возможности георадара по оценке бетона позволяют определить местоположение и ориентацию основного и распределительного армирования, трещин, дефектов и включений, местоположение трубопроводов и воздуховодов, а также общие размеры. Можно определить общее качество и однородность бетона, а также выявить сильную коррозию арматурных стержней, даже если точные измерения невозможны. Обследование мостовых настилов позволяет определить толщину и однородность асфальтовых слоев поверх бетона.

Оборудование для георадарного сканирования бетона

Различные производители создали сложное и надежное георадарное оборудование, способное собирать ценную информацию о состоянии бетона и армирующих элементов. До недавнего времени некоторые ограничения имеющихся устройств препятствовали их широкому применению для испытаний бетона:

• Большинство передающих и приемных антенн работают на одной фиксированной частоте импульсного радара. Проще говоря, более высокая частота обеспечивает лучшее разрешение сигнала, но меньшую глубину проникновения. Таким образом, высокочастотный георадар может идеально подходить для обнаружения неглубоко залегающей арматуры, но практически бесполезен для обнаружения глубоко залегающих элементов или неоднородностей. Для действительно полной оценки конструкции требуется более одного устройства.
• Оператор георадара должен иметь значительную подготовку и опыт для точной интерпретации необработанных данных, отображаемых на основе отраженных сигналов.
• В большинстве георадаров вся электроника для сбора, обработки и отображения данных находится в одном корпусе с аппаратурой для генерации, передачи и приема сигналов, или же используются громоздкие кабели, соединяющие два корпуса. Большинство обновлений или улучшений мощности обработки данных, производительности или разрешения дисплея требуют покупки нового георадара.

Команда инженеров и разработчиков Proceq/Screening Eagle приступила к работе по устранению этих ограничений и разработала георадарные системы с уникальными и инновационными функциями:

• Устройства Proceq GPR Live оснащены схемой непрерывной волны со ступенчатой частотой (SFCW). Во время сканирования эти модели передают электромагнитные сигналы, которые охватывают широкий диапазон частот, автоматически оптимизируясь для достижения наибольшей глубины проникновения и максимально возможной характеристики разрешения с использованием одной антенны.
• Передовая обработка данных, миграция и программирование дополненной реальности (AR) обеспечивают четкое и понятное 2D- и 3D-графическое отображение встроенных элементов, которое можно наложить на изображения сканируемых областей.
• Георадары Proceq подключаются по беспроводной сети к Apple iPad® для мощной обработки данных и отображения графики и значений с высоким разрешением. Повышение производительности вычислительной мощности и разрешения дисплея достигается экономичным способом путем обновления до последней версии iOS или более новой версии iPad. Встроенные аккумуляторные модули являются горяче-заменяемыми, что исключает запутанные кабели и перерывы в работе во время сканирования.

Современные георадары позволяют не только обнаруживать и определять местоположение арматуры, но и получать полную картину состояния объекта. Зашифрованное подключение Wi-Fi к iPad® пользователя обеспечивает безопасное хранение собранных данных в облаке для мгновенного обмена информацией и совместной работы с заинтересованными лицами в любой точке мира. Информация о местоположении, получаемая с помощью GPS, гарантирует автоматическую запись точных координат.

• Популярные компактные модели, такие как Proceq GP8000, собирают и обрабатывают данные сканирования для открытых площадей размером до 4х4 метров или для линейного сканирования протяжённостью до 1000 метров. Эти устройства являются оптимальным выбором для типичных задач, таких как определение местоположения и картирование арматуры и натяжных кабелей, измерение толщины защитного слоя, обнаружение пустот и неоднородностей, определение толщины плит или стен, а также толщины асфальтобетонного или бетонного покрытия. Эти приборы точно определяют местоположение и размеры крупных арматурных стержней на глубине до 610 мм. На большей глубине они точно обнаруживают пустоты, включения, расслоения и другие вкрапления.

• Ручные модели, такие как Proceq GP8800, решают проблемы сканирования в труднодоступных местах, таких как подвесные конструкции, узкие пространства с зазором всего 63 мм и криволинейные поверхности. Способность этих устройств к перекрёстно-поляризованному сканированию объединяет данные из двух перпендикулярных сканирований, что значительно повышает чувствительность и разрешение прибора.

• Буксируемая модель георадара Proceq GS8000 устанавливается на тележке и быстро сканирует большие площади с готовыми, асфальтированными или бездорожными поверхностями для определения местоположения и картирования подземных инженерных коммуникаций, геофизических исследований и археологических раскопок. Эти устройства могут собирать данные на скорости до 35 км/ч и на глубине до 3,7 метров в средних грунтах или до 10 метров – максимальная глубина.

Диапазон частот в полосе пропускания радара SFCW варьируется в зависимости от модели, но в целом составляет от 0,2 ГГц до 6 ГГц. Максимальная глубина проникновения и обнаружения для ручных и компактных устройств составляет приблизительно от 64 до 81 см, а для буксируемых моделей – до 10 метров.