Неразрушающий контроль бетона

Бетон может быть протестирован следующими неразрушающими методами:

Визуальный. Как это работает: Инспектор осматривает бетон визуально, иногда с помощью увеличительного стекла, фонарика, линейки или трещиноскопа. Crackscope - это микроскоп со встроенной шкалой, который позволяет инспектору количественно оценить размеры видимых поверхностных трещин (рис. 2.5).

Рисунок 2.5. Crackscope

Типичные области применения: Быстрая оценка состояния поверхности для выявления трещин, сколов, выцветания и других дефектов поверхности; оценка состояния швов; выявление чрезмерного прогиба и ползучести каркаса. Визуальный осмотр является наиболее распространенным методом оценки бетона.

Сильные стороны: Он прост и недорог, проблемные участки могут быть быстро обнаружены; он очень эффективен в сочетании с другими методами тестирования.

Недостатки: Этот метод не позволяет обнаружить проблемы на поверхности, за исключением случаев глубоких трещин и отслоения; он может предоставить только субъективные данные; для его проведения требуются опытные исследователи.

Датчик Windsor. Как это работает: Специальный пистолет погружает зонды в бетон, и глубина проникновения может быть приблизительно связана с прочностью бетона. Электронная версия этой системы показана на рис. 2.6.

Типичное применение: Оценка прочности бетона на сжатие и выявление участков с дефектами бетона.

Преимущества: Это один из наименее дорогостоящих, простых в эксплуатации и наиболее часто используемых методов испытаний.

Недостатки: Он лучше всего подходит для приблизительных оценок.

Рисунок 2.6. Виндзорский зонд

Отбойный молоток. Принцип работы: Молоток ударяет по бетонной поверхности, и расстояние отскока преобразуется в приблизительную прочность бетона на основе калибровочных кривых. В настоящее время доступны электронные устройства, использующие ту же концепцию (рис. 2.7).

Типичное применение: Оценка прочности на сжатие и качества бетона.

Преимущества: Это один из наименее дорогостоящих, простых в эксплуатации, быстрых и наиболее часто используемых методов испытаний. Его можно использовать для определения участков с некачественным бетоном.

Недостатки: Тест требует частой калибровки молотка; он хорош для приблизительных оценок; результаты могут быть искажены из-за состояния поверхности и пропорций бетона. Его лучше всего использовать, когда его результаты можно сопоставить с результатами теста на сжатие.

Рис. 2.7. Цифровой отбойный молоток с принтером

Сопротивление цепи. Как это работает: Тяжелая цепь волочится по поверхности бетона. Изменение звука указывает на полость и, следовательно, расслоение бетона. В соответствии со стандартом ASTM D4580 вместо тяги цепи можно использовать простукивание бетонного настила стальным стержнем или молотком.

Типичное применение: Быстрое обнаружение сильно расслаивающихся участков плит перекрытия.

Преимущества: Это быстро и недорого.

Недостатки: Этот тест очень неточен и требует тренированного слуха. Его нельзя использовать при наличии наложений. Существуют более продвинутые методы тестирования.

Эхо-сигнал при ударе. Принцип действия: Механический удар возникает при постукивании стального шарика по бетону. Возникающие в результате этого низкочастотные волны напряжения отражаются от внутренних дефектов и внешних поверхностей и регистрируются приемником, расположенным вблизи места удара. Частотный диапазон предоставляет информацию о состоянии бетона и работает, по сути, по тому же принципу, что и тест на удар молотком. История проведения теста на эхо-удар задокументирована компанией Sansalone. Компьютеризированное устройство для определения эхо-удара показано на рис. 2.8.

Типичное применение: Обнаружение отслоившихся участков и внутренних пустот.

Сильные стороны: Оборудование портативно и имеет широкий спектр применения. Тест на эхо-эффект удара более точный, чем при ударе молотком.

Недостатки: Геометрия и масса объекта могут повлиять на результаты.

Рис. 2.8. Компьютеризированное устройство для измерения эхо-сигналов при ударе

Георадар. Принцип работы: Переносной радиолокационный блок перемещается по поверхности плиты, посылая высокочастотные электромагнитные импульсы (от 10 до 3000 МГц), которые отражаются обратно на передатчик. Внутренняя полость отражает сигнал. Величина отражения зависит от электрических свойств материала, на которые влияют содержание влаги и степень упрочнения.

Типичное применение: обнаружение участков расслоения и пустот.

Сильные стороны: Этот тест дает более быстрые и точные результаты, чем методы сопротивления цепи и акустического воздействия.

Недостатки: Относительно высокая стоимость. Результаты могут быть искажены из-за содержания влаги и стальной арматуры, отображаются полосками, повторяющими движение радара, вместо того, чтобы давать полную картину (как, например, при использовании рентгеновских снимков), являются качественными по своей природе и требуют калибровки на месте, а их интерпретация зависит от опыта персонала, проводящего испытание.

Скорость распространения импульса (ультразвук). Принцип работы: Ультразвуковые импульсные волны генерируются портативным ультразвуковым микроскопом. Внутренние дефекты и пустоты отражают волны не так, как в бетоне. Это позволяет их выделить и обнаружить. Теперь доступно оборудование, использующее цифровую обработку сигналов.

Типичные области применения: Очень популярен не только для поиска внутренних дефектов, трещин и пустот, но и для оценки прочности бетона на сжатие (при сопоставлении с результатами испытаний керна).

Сильные стороны: Оборудование недорогое, простое в эксплуатации и дает относительно точные результаты.

Недостатки: Для интерпретации результатов и правильного проведения теста требуется обученный персонал; плотность и различия в составе могут повлиять на результаты.

Рентгенография в рентгеновских и гамма-лучах. Принцип работы: Процедура такая же, как и при рентгенографии в медицинских целях - излучение проникает сквозь объект и записывается на пленку.

Типичное применение: Рентгеновские лучи используются для определения местоположения арматурных стержней, а также для определения состава и плотности бетона. Гамма-лучи также могут определять наличие пустот в бетоне и определять размеры стержней и, в некоторой степени, их состояние.

Основные характеристики: Оборудование портативное. Этот надежный тест позволяет выявить как внешние, так и внутренние дефекты и сохранить данные на пленке. Гамма-оборудование имеет меньшие размеры и несколько более низкую стоимость, чем рентгеновское оборудование.

Недостатки: Тест является дорогостоящим, потенциально опасным, требует экранирования и должен соответствовать санитарным и государственным стандартам. Пленка должна быть разработана отдельно.

Потенциал полуэлемента. Принцип работы: Измерение электрического потенциала арматурных стержней в полевых условиях с помощью портативного оборудования для определения вероятности активной коррозии. Полуэлемент из меди/сульфата меди подключается к вольтметру и арматурной стали. Измеряется электрический потенциал; если значения отрицательнее пороговых значений (обычно -0,3 В или -0,35 В для бетона внутри помещений; меньше для бетона снаружи), вероятность коррозии превышает 90 процентов. В точках сетки можно провести серию измерений, чтобы составить карту вероятной коррозионной активности. Одна из систем картирования коррозии показана на рис. 2.9.

Типичные области применения: Обнаружение признаков коррозии арматуры, электрохимический процесс (см. главу 5).

Сильные стороны: Измерения легко проводятся в полевых условиях.

Недостатки: Требуются обученные операторы. Фактическая скорость коррозии (например, процент потери сечения) в данном испытании не указана.

Рис. 2.9. Это устройство может определять коррозионную активность арматурных стержней путем измерения градиентов электрического потенциала

Инфракрасная термография. Принцип работы: Источник инфракрасного излучения прикладывается к одной стороне объекта, и поток инфракрасной энергии отслеживается и анализируется. Пустоты и неоднородности изменяют поток излучения и могут быть обнаружены.

Типичное применение: обнаружение отслоений, скрытых трещин, пустот, пористости и изменений в составе. Обычно используется для обследования настилов мостов для измерения равномерности естественной температуры поверхности через 2-3 часа после восхода или захода солнца, времени быстрой передачи тепла.

Сильные стороны: Этот тест очень чувствителен и точен.

Недостатки: Требуются квалифицированные специалисты и специализированное оборудование.

Ядерный влагомер. Принцип работы: Портативный прибор направляет поток нейтронов на объект. Поскольку вода снижает скорость распространения излучения, количество влаги можно определить путем измерения скорости нейтронов.

Типичные области применения: Определение содержания влаги в бетоне.

Преимущества: Это самый надежный из доступных тестов на содержание влаги.

Недостатки: Испытание является дорогостоящим, а для эксплуатации оборудования требуется лицензия Комиссии по ядерному регулированию.

Испытание на отрыв. Принцип работы: Круглая стальная пластина прикрепляется к бетонной поверхности и снимается машиной до тех пор, пока бетон не разрушится. Усилие при разрушении преобразуется в прочность бетона на сжатие. Одно из таких устройств показано на рис. 2.10. При проверке адгезии накладок с помощью корончатого сверла прорезают поверхность в бетоне на глубину не менее 3/8 дюйма; затем извлекают сердцевину и приклеивают круглую пластину эпоксидной смолой. Для перекрытий настила моста обычно требуется минимальная прочность на разрыв 250 фунтов на квадратный дюйм.

Типичное применение: Для оценки адгезионной способности различных покрытий и прочности сцепления с поверхностями. Трещины в бетоне основания на глубине менее метра часто указывают на наличие микротрещин. Трещины на линии соединения могут означать плохую подготовку поверхности или низкое качество бетона, на который нанесено покрытие. Трещины глубиной более метра, сопровождающиеся прочностью на разрыв менее 150 фунтов на квадратный дюйм, вероятно, означают, что исходный бетон слишком слаб, чтобы выдержать перекрытие.

Сильные стороны: Тест является недорогим и простым в использовании.

Недостатки: Тест приводит к локальному повреждению бетона.

Рисунок 2.10. Устройство для проведения испытаний на прочность соединения при отрыве

Пахометры, измерители толщины покрытия и локаторы арматуры. Принцип работы: В состав пахометра входит прокладка, прижатая к бетону. Он генерирует магнитное поле, на которое воздействует арматурная сталь, и это взаимодействие обнаруживается и оценивается количественно. Измерители толщины покрытия и локаторы арматуры работают по тому же принципу, что и пахометры.

Типичное применение: Пахометр может определять размер прутков, если известно покрытие, или наоборот, но не то и другое одновременно. Измеритель глубины залегания арматуры измеряет глубину залегания арматурной стали (рис. 2.11). Назначение прибора для определения местоположения арматуры очевидно.

Рисунок 2.11. Определение местоположения арматуры в бетонной колонне с помощью устройства для определения местоположения арматуры

Преимущества: это портативные, недорогие и популярные устройства. Некоторые устройства продаются по цене менее 100 долларов США.

Недостатки: Эти устройства лучше всего использовать в плитах с одним слоем арматуры. Они могут не обнаруживать нижний слой прутков, расположенный точно под верхними прутками, из-за эффекта затенения. Устройства могут быть неэффективны в плитах, армированных сварным проволочным полотном.