ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ НОВИХ ПРИЛАДІВ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ МІЦНОСТІ БЕТОНУ

В останні роки відзначається значне зростання виробництва і застосування засобів неруйнівного контролю будівельної продукції. Динаміка розвитку ПК обумовлена розширенням сфери його застосування і постійно зростаючими потребами галузі.

Переваги неруйнівного контролю, зумовлені його високою продуктивністю, стають очевидними при обстеженні будівель і споруд, коли невідомі характеристики бетону і арматури, а обсяги контролю значні.

Для оцінки стану конструкцій будівель і споруд необхідний всебічний аналіз факторів, що впливають на їх експлуатаційні характеристики - міцність бетону, захисний шар і діаметр арматури, теплопровідність і вологість бетону, адгезія захисних і облицювальних покриттів, морозостійкість і водонепроникність бетону та ін.

Однак при всьому різноманітті контрольованих параметрів контроль міцності бетону займає особливе місце, оскільки при оцінці стану конструкції визначальним фактором є відповідність фактичної міцності бетону проектним вимогам.

Для неруйнівного контролю міцності бетону використовуються прилади, засновані на методах місцевих руйнувань (відрив зі сколюванням, сколювання ребра, відрив сталевих дисків), ударного впливу на бетон (ударний імпульс, пружний відскік, пластична деформація) та ультразвукового прозвучання.

При обстеженні монолітних конструкцій і великих масивів бетону застосування ударно-імпульсних і ультразвукових приладів повинно поєднуватися з випробуваннями бетону методами відбору зразків (кернів) [1], відриву зі сколюванням або сколювання ребра [2]з визначенням коефіцієнта збігу Кс градуювальних залежностей.

Достовірність ПК міцності бетону залежить від ряду факторів:

• наявності програми та методики проведення випробувань, що включає вибір ділянок випробувань, їх кількості, облік стану поверхні, віку, умов твердіння бетону;
• оптимального вибору методу (методів) контролю і приладів, що забезпечують ПК відповідно до програми випробувань;
• правильного підходу до визначення класу бетону з урахуванням мінливості міцності бетону конструкції (групи конструкцій) [3];
• уточнення градуювальних характеристик застосовуваних приладів і наявності метрологічного забезпечення.

Правильність обліку перерахованих факторів і подальшої оцінки результатів НК залежать від кваліфікації персоналу, що здійснює ПК. Можна мати якісні результати випробувань бетону окремих ділянок або конструкцій, але при недостатньому обсязі контролю визначення коефіцієнта варіації міцності і, відповідно, класу бетону виявиться помилковим.

Найбільш складними для контролю бетону конструкцій є випадки впливу на неї агресивних факторів-хімічних (солі, кислоти, масла та ін), термічних (високі температури, заморожування в ранньому віці, або змінне заморожування і відтавання у водонасиченому стані), атмосферних (карбонізація поверхневого шару).

Ці чинники впливають, в першу чергу, на поверхневі шари бетону, у зв'язку з чим, при обстеженні необхідно візуально, простукуванням, або змочуванням розчином фенолфталеїну (випадки карбонізації бетону), виявити поверхневий шар з порушеною структурою.

Підготовка бетону таких конструкцій для випробовувань неруйнівними методами полягає у видаленні поверхневого шару на ділянці контролю, та зачистки поверхні наждачним каменем. Міцність бетону конструкцій у цих випадках необхідно визначати переважно приладами, заснованими на методах місцевих руйнувань, або шляхом відбору зразків. При використанні ж ударно-імпульсних і ультразвукових приладів контрольована поверхня повинна мати шорсткість не більше Ra 25, а градуювальні характеристики приладів уточнені згідно з Додатком 9 [2].

При виборі методів НК та приладів для проведення випробувань бетону користувач повинен знати їх особливості та рекомендовані області застосування.

Досить повно методи НК класифіковані Б. Р. Скрамтаевым і М. Ю. Лещинським [4, 5], в їх роботах запропоновано рекомендації щодо вибору методів та засобів ПК в залежності від виду контрольованого виробу і умов його експлуатації.

Однак сучасна приладова база ПК суттєво відрізняється від рекомендованої авторами. З початку 90-х років минулого століття активно ведеться розробка і виробництво приладів ПК нового покоління із застосуванням електроніки і мікропроцесорної техніки, нарощуються їх функціональні можливості, методики ж контролю, розроблені авторами ГОСТ 22690 не зазнали істотних змін і залишається основою розвитку засобів ПК в галузі.

Особливої уваги заслуговують методи відриву зі сколюванням, сколювання ребра і відриву сталевих дисків, які часто називають методами місцевих руйнувань. Ці методи характеризуються більшою точністю в порівнянні з іншими методами неруйнівного контролю.

Метод відриву зі сколюванням характеризується найбільшою точністю, але і найбільшою трудомісткістю випробувань, зумовленої необхідністю підготовки шпурів для установки анкера. До недоліків методу слід віднести також неможливість використання в густоармованих і тонкостінних конструкціях.

Метод відриву сталевих дисків може бути використаний при випробуванні бетону в густо-армованих конструкціях, коли метод відриву зі сколюванням, а нерідко і метод сколювання ребра конструкції (з урахуванням обмежень) не можуть бути використані. Він точний і менш трудомісткий порівняно з методом відриву зі сколюванням. До недоліків методу слід віднести необхідність наклеювання дисків за 3-24 години до моменту випробування ( в залежності від застосовуваного клею).

Метод сколювання ребра конструкції використовується головним чином для контролю лінійних елементів (палі, колони, ригелі, балки, перемички і т. п.). На відміну від методів відриву і відриву зі сколюванням, він не вимагає підготовчих робіт. Однак при захисному шарі менше 20мм і пошкодженнях захисного шару метод непридатний.

Вид типових градуювальних залежностей RC5K від зусилля Р методів для місцевих руйнувань наведено на рис. 1.

СКБ Стройприбор виготовляє сертифіковані прилади типів ПОС-50МГ4, ПОС-30МГ4 «Скол» і ПОС-50МГ4 «Скол», що забезпечують випробування бетону методами відриву зі сколюванням, сколювання ребра і відриву сталевих дисків, а також прилади типів ІПС-МГ4.01, ІПС-МГ4.03, реалізують метод ударного імпульсу і прилад ПОС-2МГ4П, призначений для випробування ніздрюватих бетонів методом вириваючи спірального анкера.

Прилади типу ПОС складаються з силовозбудителя і електронного блоку і комплектуються анкерами типу II 024хЗОмм, 024х48мм і 016х35мм з граничним зусиллям вириваючи ЗОкН (ПОС-30) і 50кН (ПОС-50), що дозволяє проводити випробування бетону міцністю до 100 МПа. Похибка визначення зусилля - не більше ± 2%.

Відмінною особливістю приладів є електронний силоизмеритель, що забезпечує індикацію поточного значення прикладеного навантаження з фіксацією максимального значення, індикацію швидкості навантаження і микрометрическое пристрій для вимірювання величини проковзування анкера в процесі випробувань.

	1 - Метод відриву (діаметр диска 60мм); 2 - Метод сколювання ребра (фр. до 20мм); 3 - Метод відриву зі сколюванням (анкер Ø16 35, тип ІІ); 4 - Те ж для анкера Ø24х48мм тип II
Рис. 1. Залежно Rсж від Р.

Введення вихідних даних (вид та умови твердіння бетону, типорозмір анкера) здійснюється з клавіатури приладів, при цьому забезпечується вибір коефіцієнтів для автоматичного обчислення міцності бетону за результатами навантаження (вириваючи фрагмента бетону).

Силовозбудители приладів типу ПОС мають різне конструктивне виконання, що відрізняються пристроєм механізму навантаження і кількістю опор.

Прилад ПОС-50МГ4-Р (рис. 2) оснащений малогабаритним черв'ячним редуктором, забезпечує рівномірне навантаження анкера і мале зусилля на рукояті. Комплектується пристроєм для випробувань методом сколювання ребра конструкцій з гранню до 450 мм.

Прилад ПОС-50МГ4-2 (рис. 3) має дві опори, мінімальні масогабаритні характеристики і може застосовуватися для випробування бетону виробів циліндричної форми, коли застосування трехопорных приладів обмежена.

Для отримання якісних вимірювань методом відриву зі сколюванням отвір для закладення анкера має бути не ближче 70 мм від найближчого арматурного стрижня і не ближче 150 мм від краю виробу, а величина проковзування анкера при вырыве повинна контролюватися з похибкою не більше ±0,1 мм і становити не більше 10% глибини його закладення.

Отримане за результатами випробувань зусилля вириваючи фрагмента бетону має коригуватися множенням на коефіцієнт , що враховує величину проковзування анкера:

де: h_H - довжина анкера; Δh - величина проковзування анкера.

Нехтування величиною прослизання анкера може призводити до додаткової похибки при визначенні міцності бетону до 20% у бік її заниження.

Випробування методом відриву зі сколюванням повинні проводитися у відповідності з рекомендаціями [2, 6].

Випробування бетону методом відриву сталевих дисків можуть здійснюватися будь-яким з приладів ПОС-30(50)МГ4, або адгезиметром типу ПСО-10МГ4 (рис. 4) з граничним зусиллям відриву 10 кН (виробляються СКБ Стройприбор).

Метрологічні характеристики приладів типу ПОС і ПСО забезпечуються зразковими динамометр типу ДОРМ на 10, 30 і 50 кН.

Визначення глибини залягання арматури і її розташування в бетоні, при підготовці до випробувань методом відриву зі сколюванням, повинно проводитися вимірювачем захисного шару бетону, наприклад ІПА-МГ4 (рис. 5), що має діапазон визначення захисного шару 3...100 мм у стрижнях діаметром 3...40 мм з похибкою до ± 7% (проводиться СКБ Стройприбор).

Для контролю міцності ніздрюватих бетонів в діапазоні 0,5...8 МПа розроблений прилад ПОС-2МГ4-П (рис. 6), заснований на методі вириваючи спірального анкера. Прилад забезпечує випробування бетону з граничним зусиллям вириваючи 2 кН (похибка до ± 3%). Установка анкера здійснюється спеціальним пристроєм, що забезпечує постійний крок вкручування в тіло бетону.

Всі прилади мають автономне живлення, зв'язок з ПК і енергонезалежну пам'ять.

На відміну від методів місцевих руйнувань, прилади, засновані на ударно-імпульсному впливі на бетон, мають значно більшу продуктивність, однак, контроль міцності бетону ведеться в поверхневому шарі товщиною 25...30 мм, що обмежує їх застосування. У згаданих вище випадках необхідна зачищення поверхні контрольованих ділянок бетону або видалення пошкодженого поверхневого шару.

Застосування ударно-імпульсних приладів для ПК міцності й однорідності бетону у віці до 100 діб не викликає особливих складнощів, якщо контрольовані поверхні утворені металевої опалубкою. ПК міцності бетону на заводах ЗБВ і в будівельних лабораторіях, як правило, провадиться після приведення градуювальних залежностей приладів у відповідність з фактичною міцністю бетону за результатами випробування контрольних партій кубів [7] в пресі.

Аналогічні випробування приладу ІПС-МГ4.03 проводилися в НТЦ «Якість» р Миколаїв (Україна) на кубах з важкого бетону класу В25 (шість серій по три куба). За результатами випробувань було встановлено коефіцієнт збігу Кс=0,84 використовуваної градуювальної залежності (важкий бетон на граніті, вік 28 діб, ТВО). Фактична міцність бетону в серіях склала 32,8...38,9 МПа і відповідала заявленому класу бетону при коефіцієнті варіації 13,5%.

Отриманий коефіцієнт Кс був введений в програмне пристрій приладу натисканням відповідних кнопок клавіатури і випробування були продовжені на двох контрольних серіях зразків з метою перевірки уточненої градуювальної залежності. Прилад відтворив міцність бетону з похибкою 1,2 і 3,1% відповідно. Огляд зруйнованих кубів всіх серій показав наявність в розчинової частини бетону численних глинистих включень розміром до 10...12мм.

Описаний випадок є досить рідкісним (при правильно обраній градуювальної залежності Кс, в основному, варіюється в межах 0,88...1,12) і пояснюється застосуванням при виготовленні бетону неякісного піску з великим вмістом глинистих включень.

Застосування ж ударно-імпульсних і ультразвукових приладів на об'єктах будівництва і при обстеженні експлуатованих конструкцій, коли немає можливості уточнити градуювальну залежність випробуванням кубів в пресі, пов'язане з істотними помилками при визначенні міцності бетону. Відомі випадки, коли контроль бетону ведеться молотком Кашкарова або ультразвуковим приладом, результати такого контролю очевидні, оскільки непрямі характеристики, відтворювані приладами, не враховують склад і властивості контрольованого бетону.

Досвід провідних фахівців з НК міцності бетону показує, що в базовий комплект фахівців, зайнятих обстеженням, повинні входити прилади, засновані на різних методах контролю: відрив зі сколюванням (сколювання ребра), ударний імпульс (пружний відскік, пластична деформація), ультразвук, а також вимірники захисного шару і вологості бетону, обладнання для відбору зразків з конструкції.

Експериментальні дослідження, що проводилися з метою встановлення кореляції непрямої характеристики приладів типу ІПС, відкаліброваних на бетонах з гранітним, з міцністю бетону, виготовленого на інших видах крупного заповнювача (гравій, граншлак, вапняк, керамзит, річковий пісок) показали, що похибка визначення міцності бетону може досягати 27% (керамзитобетон).

Вплив віку (до 100 діб) і умов твердіння бетону не настільки істотні і можуть становити 4-6% вимірюваного значення міцності.

Контроль вологих поверхонь може призводити до заниження показань приладів до 10-15%.

Отримані результати свідчать, що ПК міцності бетону приладами з універсальною градуювальної залежності може призводити до суттєвих помилок при визначенні міцності бетону, у зв'язку з чим уточнення градуювальних залежностей при зміні виду бетону (заповнювача), або постачальника бетону (залізобетонних виробів) є обов'язковою умовою застосування приладів, заснованих на ударно-імпульсному впливі на бетон, так само як і ультразвукових приладів.

Уточнення градуювальної залежності необхідно проводити шляхом паралельних випробувань бетонних кубів в пресі і калибруемым приладом, або з застосуванням методу відриву зі сколюванням згідно з Додатком 9 [2]. В СКБ Стройприбор розроблені нові вимірювачі міцності бетону ІПС-МГ4.01 і ІПС-МГ4.03 (рис. 7 та 8), що є подальшим розвитком базової моделі ІПС-МГ4, що випускалася з 1994 року.

Прилади призначені для оперативного контролю міцності бетону в діапазоні 3...100 МПа при виготовленні збірних залізобетонних конструкцій і при обстеженні конструкцій будівель і споруд.

На відміну від попередніх модифікацій і відомих аналогів прилади оснащені додатковими функціями:

-введення коефіцієнта збігу Кс для оперативного уточнення базових градуировоч ційних характеристик; -маркування вимірювань типом контрольованого виробу (балка, плита, ферма тощо); -обчислення класу бетону з можливістю вибору коефіцієнта варіації міцності; -виключення помилкового проміжного значення.

Перераховані функції, а також вибір напрямку удару активуються користувачем з клавіатури приладів в діалоговому режимі.

Прилад ІПС-МГ4.03 має 44 базові градуювальні залежності, що враховують вид контрольованого бетону (крупного заповнювача), вік і умови твердіння бетону.

Перераховані можливості приладів дозволяють проводити ПК міцності бетону з похибкою 5...8%. Чим більше вихідних даних, що характеризують бетон, відомо* користувачу і, відповідно, введено перед початком випробувань, тим нижче похибка вимірювань.

Вимірювання міцності бетону полягає в нанесенні на контрольованому ділянці вироби серії до 15 ударів, після чого електронний блок параметрів ударного імпульсу, що надходить від склерометра, оцінює твердість і упругопластические властивості випробовуваного матеріалу, перетворює параметр імпульсу міцність і обчислює відповідний клас бетону. Отримані результати вимірювань і вихідні дані, що вводяться користувачем, автоматично архівуються, маркуються датою і часом вимірювання. Обсяг архівується інформації - 1000 результатів вимірювань і 15000 проміжних значень міцності.

Передбачена можливість введення в програмне пристрій приладів характеристик індивідуальних градуювальних залежностей, встановлених користувачем (в приладах ІПС-МГ4.03 та ІПС-МГ4.01 - 20 і 9 відповідно).

Введення характеристик індивідуальних залежностей здійснюється з клавіатури приладу і полягає в корегуванні базової залежності за результатами паралельних випробувань бетонних зразків в пресі (або методом відриву зі сколюванням) і приладом.

Коригування базової залежності може проводитися при кількості точок коригування від 1 до 9.

Координата кожної з точок індивідуальної градуювальної залежності визначається коефіцієнтом збіги:

• R_Φi середнє значення міцності бетону, обумовлений в i-тій точці діапазону за ГОСТ 10180, або методом відриву зі сколюванням , МПа;
• R_Hi середнє значення міцності бетону, визначається приладом за базовою градуювальної залежності в i-тій точці діапазону, МПа.

Прилади мають режим передачі даних на ПК, забезпечує математичну та статистичну обробку результатів вимірювання, експорт в Excel, друк в табличному вигляді з зазначенням вводяться користувачем вихідних даних, дати та часу вимірювань.

Метрологічні характеристики приладів забезпечуються еквівалентними заходами, атестованими Держстандартом РФ, відтворюють міцність бетону в трьох точках діапазону.

Журнал «У світі Неруйнівного контролю» №2 2005р.