The article deals with modern NDT methods used in assessing the strength of concrete and reinforced concrete structures. It is noted that concrete is the oldest and most widely used building material. It is important to note that modern techniques are often combined to optimize the results of benchmark tests.
Keywords: concrete, reinforced concrete structures, mechanical methods, the calibration dependence.
Бетон является самым распространенным строительным материалом, который используется в инженерных сооружениях, а соответственно его надежность является объективной необходимостью. Обеспечение безопасности требует постоянного контроля. Неразрушающий метод контроля дефектности и прочности бетона по параметрам электрического отклика на упругое ударное воздействие является эффективным средством осуществления мониторинга.
Метод неразрушающего контроля, регламентирован ГОСТ 16504–81 «Испытания и контроль качества продукции» [1]. Согласно ГОСТ 22690–88 прочность бетона определяется механическими методами НК [2] по предварительно установленным градуировочным зависимостям между прочностью контрольных бетонных образцов по ГОСТ 10180 [3] и косвенным характеристикам прочности, выдаваемыми прибором. На момент выхода ГОСТ 22690–88для проведения неразрушающего контроля механическими методами применялись приборы, не имеющие электронно-вычислительных процессоров. Практика неразрушающих испытаний бетона показывает, что даже строгое следование нормативным методикам построения градуировочных зависимостей не гарантирует адекватности результатам прессовых испытаний изъятых из массива образцов [4].
Современные приборы по неразрушающему контролю, в большинстве своем, снабжены электронно-вычислительными процессорами, выполняющими функции настройки перед измерениями, обработки результатов измерения, хранения результатов измерения в памяти прибора.
Основная проблема неразрушающих испытаний бетона конструкций заключается в том, что измерительные процессы известных неразрушающих методов испытания прочности бетона не являются адекватными напряженно-деформированному состоянию бетона в зоне контроля ни друг другу, ни процессу прессового испытания бетонного образца на одноосное сжатие. Растущее распространение неразрушающего контроля бетона в конструкциях и накопленная статистика результатов испытаний заставляет обратить особое внимание на используемые методы испытаний и принятые оценочные критерии.
Косвенные параметры неразрушающих методов испытаний в раз ной степени подвержены влиянию изменений физико-механический свойств контролируемого бетона. Это значит, что оценки прочности неразрушающими методами будут зависеть не только от фактической прочности бетона (определяемой прессовыми испытаниями образцов), но и от других его характеристик: модуля упругости, динамической вязкости, структурной неоднородности и др. Безусловно, вариации физико-механических свойств бетона оказывают влияние и на результаты метода прессовых испытаний. Но поскольку этот метод принят в качестве эталонного, то его результат рассматривается как «истинная» оценка прочности бетона, а все остальные методы должны на нее «равняться». Другой специфичной проблемой в практике неразрушающего контроля железобетонных конструкций является обоснование выбора критериев соответствия фактической прочности бетона нормативным показателям.
Качество железобетонных изделий устанавливают на основании результатов контрольных испытаний нагружением до разрушения в соответствии с требованиями нормативных документов и рабочей документации. В процессе испытаний контролируются: деформации в середине пролета, момент образования и ширина раскрытия трещин в растянутой зоне бетона, разрушающая нагрузка.
Фактические параметры качества конструкций сравнивают с их контрольными значениями и гарантируется величина расчетной нагрузки, которая приводится в рабочих чертежах на изготовление и, как правило, указывается в маркировке изделия. Однако деформации конструкций в составе здания с учетом их совместной работы отличается от расчетных схем нагружения, а в процессе длительной эксплуатации изменяются физико-механические характеристики материалов бетона и стали, порой теряется проектная документация, исполнительные схемы, изменяются требования нормативных документов с их переизданием.
Определение фактических параметров качества становится актуальной задачей при реконструкции эксплуатируемых зданий, изменения их назначения и особенно с увеличением эксплуатационных нагрузок, включая разработку способа усиления конструкций при неизвестных текущих значений параметров их качества. Косвенными методами неразрушающего контроля можно определить механические характеристики материалов и выполнить поверочный расчет согласно требованиям нормативной литературы на обследование конструкций, однако история воздействий постоянных и временных нагрузок и соответственно накопившиеся деформации остаются неизвестными. Разработка методов определения прочности бетонных изделий и конструкций на сжатие, без значительной потери точности измерений является актуальной задачей.
В РФ стандартизованы следующие методы механического поверхностного действия: метод упругого отскока, метод ударного импульса, метод пластической деформации, метод скола, отрыва диска и отрыва со скалыванием.
Сущность методов заключается в следующем: боек имеющий сферическую поверхность ударника, под действием пружины выбрасывается и ударяется о поверхность бетона, при этом вся энергия удара (не считая тепловых потерь) расходуется на упругие и пластические деформации бетона.
Для измерения силы F и времени действия удара в конструкцию бойка приборов, реализующих метод ударного импульса, включают электромеханический преобразователь (пьезоэлектрический или магнитострикционный), который механическую энергию удара преобразует в электрический импульс. Амплитуда А электрического импульса будет пропорциональна силе F, а время t пропорционально длительности действия удара. Следовательно, амплитуда А и время t могут служить косвенными характеристиками прочности бетона на основе зависимости f(A/t).
Конструкция приборов, реализующих метод отскока, бывает разной. В первых моделях приборов высота отскока бойка отображалась перемещением плунжера при отскоке, который перемещался вместе с бойком при отскоке. В более поздних моделях с помощью оптического датчика измеряется скорость бойка перед ударом и после удара. Полученные значения скоростей используются для определения доли Q начальной кинетической энергии, оставшейся у бойка после удара об исследуемую поверхность.
При оценке свойств бетон следует рассматривать как материал со значительной случайной составляющей характеристических параметров, подчиняющейся нормальному распределению, основной причиной которой являются вариации состава бетона и технологии бетонирования. Систематическая составляющая в оценке характеристической прочности бетона неразрушающими методами испытаний обусловлена двумя факторами: неадекватностью напряженно- деформированного состояния бетона в зоне контроля при неразрушающих и прессовых испытаниях и неполной адекватностью процессов неразрушающих испытаний в железобетонной конструкции и малоразмерных образцах бетона.
Неразрушающий контроль может быть применен во время специальных и предпроектных обследований конструкций сооружений и, при необходимости, в рамках приемочных обследований после выполнения ремонта и реконструкции. По результатам диагностики определяются прочностные характеристики конструкции, которые, в свою очередь, позволяют оценить регламентируемый эксплуатационный показатель согласно критериям технического состояния сооружения. Знание актуальной категории состояния дает возможность назначать безопасный режим эксплуатации объекта в создавшихся условиях.
Таким образом, комплексный подход, включающий неразрушающий контроль железобетонной конструкции и оценку по результатам обследования прочностных показателей, дает возможность уточнить актуальные характеристики технического состояния объекта. В итоге профильные службы получают информацию, которая может быть использована для коррекции режима эксплуатации сооружения и при назначении восстановительных мероприятий. Повышение надежности в оценке характеристической прочности бетона возможно на основе комбинирования стандартизированных методов неразрушающих испытаний. Подводя итоги, следует отметить ГОСТ 22690–88 на текущий момент времени устарел и вопрос его пересмотра вполне актуален.
Литература:
- ГОСТ 16504–81 «Испытания и контроль качества продукции
- ГОСТ 22690–88 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. Введ. 01.01.91. М.: Стандартинформ, 2010.18 с.
- ГОСТ 10180–2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. Введ. 01.07.2013. М.: Стандартинформ, 2013. 35с.
- Снежков Д. Ю., Леонович С. Н. Неразрушающий контроль бетона монолитных конструкций // Строительная наука и техника. Минск. 2009. № 4. С. 76–84.
