ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ
Генеральный дистрибьютор компаний TOPCON и SOKKIA
  
+7 (495) 921-22-08
КАТАЛОГ
БАЗОВЫЕ СТАНЦИИ
СЕРВИСНЫЙ ЦЕНТР
ПОДДЕРЖКА
О НАС
 

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ДЕФЕКТОСКОПИИ БЕТОНОВ И ДРУГИХ ИСКУССТВЕННЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ


Чихунов Д. А.,
инженер ЗАО "ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ"

 

В статье освещены современные методики и приборы, позволяющие неразрушающими методами проводить диагностику и дефектоскопию бетона, проведен сравнительный анализ возможностей применения современных приборов, проанализирован ряд проблем возникающих при разработке методик контроля.

Рассмотренные в предыдущем номере журнала вопросы технологии, способов и средств контроля прочности бетонов являются основным, но далеко не единственным параметром при неразрушающем контроле (НК) бетонов.

В данной статье будут рассмотрены способы и средства контроля диаметра и положения арматуры, величины и дефектоскопии защитного слоя бетона.

На долговечность железобетонной конструкции существенное влияние оказывает величина защитного слоя бетона и наличие на нем дефектов - раковин, пор, трещин и т.д. Защитный слой предохраняет арматуру от доступа влаги, кислорода, агрессивных веществ и газов. Арматурные стержни, имеющие небольшой защитный слой или значительные дефекты в нем, подвергаются коррозии в первую очередь. Для исследования защитного слоя ж/б конструкций в настоящее время применяются измерители защитного слоя, диаметра и положения арматуры - ИПА-МГ4, выпускаемый "СКБ "Стройприбор", ПОИСК-2.5, выпускаемый фирмой "Интерприбор", ИЗС-10 и другие, менее распространенные в России приборы, электронный томограф - А1220, выпускаемый фирмой "Акустические Контрольные Системы; георадары - ОКО-2, выпускаемый ООО "Логис", ЛОЗА, выпускаемый фирмой "Технодалс", и рядом других как отечественных, так и импортных производителей.

Методы контроля защитного слоя и дефектоскопии бетона в зависимости от используемых технологий можно разделить на:

А. Магнитный метод контроля регламентируется ГОСТ 22904-93. Основан на взаимодействии магнитного или электромагнитного поля прибора со стальной арматурой железобетонной конструкции. Этот метод позволяет установить величину защитного слоя, выявить расположение верхнего ряда стержневой арматуры и закладных, а также при неизвестном защитном слое примерно оценить диаметр арматуры.

Использование магнитного метода дает возможность уточнить соответствие исполнения ж/б конструкций проектным решениям в части соответствия диаметра и положения использованной арматуры; восстановить утраченную проектную документацию по армированию; произвести разметку конструкции для испытания прочности бетона при использовании методов отрыва, скалывания ребра, УЗ метода либо при выбуривании кернов; оценить взаимное расположение арматуры и трещин, выходящих на поверхность конструкции.

Несомненным недостатком этого метода является невозможность проведения контроля через арматурную сетку, связанную небольшим шагом, а также влияние на показания прибора сильного электромагнитного поля, создавать которое могут силовые трансформаторы, антенны и другие устройства, расположенные вблизи участка проведения работ.

Наиболее распространенные приборы, реализующие данный метод - измерители защитного слоя, диаметра и положения арматуры - ИПА-МГ4, выпускаемый "СКБ "Стройприбор", ПОИСК-2.5, выпускаемый фирмой "Интерприбор", ИЗС-10Н и другие, менее распространенные в России приборы.

Наиболее широко используемый прибор ИПА-МГ4:

  • Имеет очень удобную структуру пользовательского меню, в котором все настройки производятся из одного экрана прибора, который появляется после включения и калибровки датчика
  • Позволяет определить ось арматурного стержня
  • Определяет диаметр арматуры при известном защитном слое
  • Определяет величину защитного слоя до 10 см при известном диаметре
  • Имеет справочный режим работы при неизвестном диаметре и толщине защитного слоя, дающий достаточно точные результаты
  • Датчик прибора имеет кнопку включения, что позволяет избежать намагничивания датчика наведенными электромагнитными полями при выключенном режиме измерений
  • Поиск оси арматурного стержня осуществляется по изменению тональности звукового сигнала, достаточно громкого, чтобы можно было его услышать в условиях стройплощадки, и по показаниям цифрового дисплея
  • Предусмотрена возможность выбора класса контролируемой аппаратуры
  • Режим калибровки преобразователя нажатием одной кнопки
  • Энергонезависимая память измерений

Прибор ПОИСК-2.5:

  • измерение толщины защитного слоя при известном диаметре арматуры
  • измерение толщины защитного слоя и неизвестного диаметра арматуры
  • сканирование объектов с запоминанием результатов
  • автоматизированная настройка на любые марки сталей, в том числе на неизвестные
  • акустический поиск арматуры
  • комбинированное отображение толщины защитного слоя в цифровом виде и линейным индикатором;
  • энергонезависимая память 800 результатов с возможностью просмотра результатов по номерам и датам, а также условий выполнения измерений;
  • выбор вида арматуры (стержни, проволока, канаты, пряди) и вида с возможностью индивидуальной настройки;
  • полноценное отображение результатов на графическом дисплее с регулируемой контрастностью и подсветкой;
  • автоматическая термокомпенсация и калибровка прибора;
  • диалоговый режим работы пользователя с прибором через систему меню;
  • индикация степени разряда батареи питания с выдачей сообщения о необходимости её заряда;
  • автоматическое отключение неработающего прибора;
  • выбор языка текстовых сообщений (русский, английский);
  • инфракрасный оптоинтерфейс для связи с компьютером

Б. Ультразвуковой метод контроля. Основан на свойстве УЗ волн по-разному отражаться от объектов различных плотностей.

В настоящее время используют три способа УЗ диагностики защитного слоя: сквозное и поверхностное прозвучивание, а также эхо-метод.

Первые два метода подробно рассмотрены в предыдущем номере журнала. Их использование для дефектоскопии защитного слоя аналогично их применению для измерения прочности. Отличие состоит в том, что по регистрируемым изменениям в скорости прохождения УЗ волн делается заключение не о прочности, а о наличии приповерхностных либо внутренних дефектов материала. Приборы, которые используются для этих методов те же, что и для контроля прочности бетона - УК1401 или ПУЛЬСАР. Естественно, что в этом случае нужно комплектовать прибор выносными датчиками. Однако в практике НК железобетонных объектов значительное место занимают объекты, имеющие доступ только с одной стороны: оболочки туннелей, трубы, защитные оболочки реакторов, взлетно-посадочные полосы, гидротехнические сооружения и т. д. Да и не всегда есть возможность протянуть длинный провод на другую сторону объекта контроля, потери сигнала в котором могут значительно ухудшить точность измерений.

Эхо-метод намного информативнее и требует лишь одностороннего доступа к обследуемой конструкции. При этом результаты контроля представляются в виде томограммы внутренней структуры объекта контроля, где различными уровнями яркости или цветом отмечены области, отражающие УЗ волны, то есть вероятные дефекты конструкции.

УЗ томограф А1220 - единственный серийно выпускаемый в России прибор, реализующий эхо-метод контроля. Изготавливает его фирма "Акустические контрольные системы". Он не уступает импортным аналогам по возможностям и качеству исполнения, но значительно превосходит их по цене, естественно, в сторону ее уменьшения. Благодаря таким выдающимся характеристикам, он успешно экспортируется в страны ЕЭС.

Конструктивно прибор состоит из электронного блока и антенного устройства с решеткой из 24 (4х6) УЗ преобразователей. Подпружиненный подвес преобразователей решетки позволяет вести контроль объектов с шероховатостью поверхности бетона до 8 мм между впадинами и выступами.

Пыле- и брызгозащищенная конструкция прибора позволяет эксплуатировать его в тяжелых полевых условиях. А наличие подогрева экрана позволяет проводить работы при отрицательных температурах до -20°С.

К прибору можно подключать выносные УЗ преобразователи для контроля прочности и дефектоскопии методами поверхностного и сквозного прозвучивания.

Прибор позволяет:

  • Контролировать изделия из бетона толщиной до 1м
  • Обнаруживать дефекты в виде воздушного цилиндра диаметром от 50 мм на глубинах от 100 до 400мм
  • Погрешность измерения толщины и глубины залегания дефектов не хуже 10%

В. Метод радиолокации.

УЗ эхо-метод контроля позаимствован из радиолокации, типичным представителем которой является прибор радиолокационного подповерхностного зондирования, в общепринятой терминологии - георадар. Работа георадара основана на использовании классических принципов радиолокации. Передающей антенной прибора излучаются сверхкороткие электромагнитные импульсы (единицы и доли наносекунды), имеющие 1,0-1,5 периода квазигармонического сигнала и достаточно широкий спектр излучения. Центральная частота сигнала определяется типом антенны.

Выбор длительности импульса определяется необходимой глубиной зондирования и разрешающей способностью прибора. Для формирования зондирующих импульсов используется возбуждение широкополосной передающей антенны перепадом напряжения (ударный метод возбуждения).

Излучаемый в исследуемую среду импульс отражается от находящихся в ней предметов или неоднородностей среды, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость, принимается приемной антенной, усиливается в широкополосном усилителе, преобразуется в цифровой вид при помощи аналого-цифрового преобразователя и запоминается для последующей обработки. После обработки полученная информация отображается на дисплее компьютера в виде так называемых радарограмм. Радарограмма состоит из набора георадарных трасс, которая представляет собой запись радиоволны излученной антенной и принятой приемником излучения. Одна трасса представляет собой синусоиду с различной амплитудой и длиной периода. Амплитуда и длина периода волны зависят от диэлектрической проницаемости среды, через которые они проходят. В нашем случае такой средой является бетон.

Радарограмма, так же как и УЗ томограмма, представляется на экране компьютера или прибора в виде областей, где различными уровнями яркости или разными цветами представлены области имеющие различную диэлектрическую проницаемость. Но, поскольку, бетон является однородной средой, то эти участки будут являться либо арматурными стержнями, закладными, либо дефектами.

Отличить арматуру от дефектных участков на радарограмме можно по регулярному шагу арматуры. В сомнительных случаях можно воспользоваться прибором ИПА или ПОИСК.

Наибольшее распространение в России имеют георадары серии ОКО.

Для контроля сооружений из бетона используются два типа георадарных антенн: с центральной частотой 1700МГц - АБ-1700, и частотой 1200МГц - АБ-1200.

Георадар позволяет:

  • Контролировать сооружения из бетона толщиной от 1м (АБ-1700) до 1,5м (АБ-1200).
  • Разрешающая способность от 3см (АБ-1700) до 5см (АБ-1200).

Как следует из вышеизложенного, метод георадиолокации и УЗ эхо-метод сходны по получаемым результатам. Отличия методов заключаются в:

  • УЗ эхо-метод позволяет проводить контроль на "сырых" (с недавно снятой опалубкой) бетонах и густоармированных бетонах. В этих же случаях метод георадиолокации будет работать хуже.
  • Прибор УЗ эхо-локации кроме дефектоскопии, можно использовать и для определения прочности бетона методом поверхностного либо сквозного прозвучивания.
  • Метод георадиолокации обладает значительно более высокой производительностью и позволяет осуществлять площадную съемку. Это можно использовать при поиске заложенных отверстий, проемов и т.д. Так, например, георадары используют для поиска мест тайников в бетонных стенах.
  • Метод георадиолокации можно использовать и для дефектоскопии кирпичной кладки, на которой УЗ эхо-метод работать не будет.

Г. Механический метод дефектоскопии

Часто для определения глубины трещин, выходящих на поверхность используют щупы. Для определения ширины раскрытия трещин обычно применяются специальные оптические микроскопы с 20-30 - кратным увеличением.

Д. Электрохимический метод дефектоскопии

После того, как в бетоне на глубине залегания арматурных стержней созданы благоприятные условия для возникновения и развития процессов коррозии, в течение определенного периода времени происходит скрытая коррозия арматуры - без внешних признаков на поверхности. Это начало первой фазы коррозии. Дать качественную оценку состояния арматуры на этом этапе, кроме способа прямого вскрытия, позволяет метод измерения поля электрохимического потенциала арматуры в бетоне.

Коррозия стали в бетоне представляет собой электрохимический процесс, при котором возникает эффект гальванического элемента. При этом возникающий внутри конструкции электрический ток можно померить на поверхности бетона. Поле потенциала может быть измерено при помощи электрода, известного как микрогальваническая пара. Проведя измерения по всей поверхности, можно определить участки, где протекает коррозия арматуры и где она отсутствует.

Исследования производятся с помощью специального прибора модели CANIN фирмы Proceq (Швейцария). Результаты измерений могут быть представлены в виде карт с изолиниями равных напряжений. Российского стандарта на применение указанного метода пока нет. Используется стандарт США.

По мере развития коррозии начинается трещинообразование защитного слоя вдоль арматурных стержней, который может сопровождаться появлением на поверхности ржавых потеков. По величине раскрытия коррозионных трещин косвенно можно судить о степени коррозии арматуры. Отличить трещину коррозионного характера от иных видов трещин возможно при помощи индикатора металла или измерителя защитного слоя.

Во второй фазе коррозии трещинообразование усиливается и под действием давления увеличивающихся продуктов коррозии происходит отслоение защитного слоя, отколы и обнажение арматуры. Разрушение арматуры в бетоне может иметь характер язвенного поражения ее отдельных участков, либо равномерного уменьшения сечения по всей поверхности.

В общем, методику дефектоскопии бетонных сооружений можно свести к следующему. В массиве результатов измерений прочности бетона выделяются бездефектные участки с относительно стабильной прочностью. Значение показателя прочности этих участков будет являться определяющей для оценки фактической прочности бетона конструкции. Далее отдельно рассматриваются участки со снижением условной расчетной прочности на 20-30% и уже на них особо выделяют участки со снижением прочности в 2 и более раза. На этих участках проводят обязательную дефектоскопию с целью установления границ дефектной зоны и определения круга возможных причин для возникновения дефекта.

Кроме перечисленных методов и аппаратных средств для дефектоскопии бетонных сооружений, существует и ряд других менее распространенных, таких как инфракрасный, вибрационно-акустический, акустико-эмиссионный, применение которых находится в стадии опытной эксплуатации либо очень сложно.

Естественно, что в такой небольшой статье нельзя рассмотреть все разнообразие методов и аппаратных средств контроля. Заинтересованные читатели могут обратиться к списку литературы.

 

Литература

  1. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.
  2. ГОСТ 22904-93. Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры.
  3. В.Г.Штенгель. О методах и средствах НК для обследования эксплуатируемых железобетонных конструкций. - В мире НК. 2002. № 2(16). С.12-15.
  4. А.А.Самокрутов, В.Г.Шевалдыкин, В.Н.Козлов. Ультразвуковая дефектоскопия бетона эхо-методом: состояние и перспективы. - В мире НК. 2002. № 2(16). С.6-10.
  5. В.К.Матвеев, В.К.Блохин, О.В.Крутиков. Современные методы обследования автодорожных мостов.
  6. В.В.Помозов, Н.П.Семейкин. Георадар как универсальный поисковый прибор.

СТАТЬИ

 
Обратная связь
Обратная связь