Ультразвуковой измеритель прочности бетона: в чем состоит суть метода, модели использующихся приборов

Одна из наиболее серьезных проблем в современном строительстве заключается в формальном подходе к оценке прочностных характеристик бетонных конструкций в процессе строительства и эксплуатации. Принято считать, что бетон имеет однородную структуру. На самом деле в нем присутствует не только неоднородность по составу, но также множество поверхностных и внутренних пространственных дефектов, способных значительно сократить срок службы здания или сооружения. Для определения прочности бетонных конструкций используются различные методы разрушающего и неразрушающего контроля. Один из них – ультразвуковой метод неразрушающего контроля. Благодаря своей универсальности этот метод используется для оценки прочностных характеристик бетона на строительных площадках на всех стадиях набора прочности материала, а также в процессе эксплуатации объекта.

Определение прочности бетона ультразвуковым методом – одна из профильных . При помощи передового оборудования квалифицированные сотрудники испытательной лаборатории проверят конструкции на соответствие физико-механическим характеристикам, действующим ГОСТ и ТУ. По результатам испытаний заказчик получает заключение установленной формы.

Смотреть все цены

Сделать заказ

Сущность метода

Испытание бетона ультразвуком относится к категории неразрушающих косвенных методов контроля. Оно может проводиться на любом объекте и не требует его вывода из эксплуатации. Отличие косвенных методов от прямых заключается в том, что в процессе измерений регистрируется не прочность, а измерения времени и скорости распространения ультразвука, от которых зависит результат прочностной характеристики и соответствие проектному классу бетона.

При ультразвуковом исследовании измеряется время или скорость прохождения волны при поверхностном или сквозном прозвучивании. Эти показатели находятся в корреляционной зависимости с прочностью. Особенность такой зависимости состоит в том, что одному и тому же значению регистрируемого показателя могут соответствовать разные значения искомой величины. То есть корреляционная зависимость между скоростью прохождения волны и прохождения волны зависит также от других параметров: тип и марка цемента, крупность и вид заполнителя, влажность, условия твердения, температура на момент проведения измерений, карбонизация и другие.

Для получения значения прочности бетона необходимо построить градуировочную зависимость между характеристиками ультразвука (косвенный метод) и прочностью бетона, определенной прямым методом. Для этого выполняется измерение одним из следующих способов, построенных на прямой зависимости:

• При проведении испытаний по определению прочности бетона, например, сразу же после распалубки проводят испытания на прочность подготовленных образцов, которые заранее изготавливают из бетонной смеси, используемой при заливке. Образцы стандартной формы (кубы, реже – цилиндры) возрастом 28 суток нагружают в прессе с постоянной скоростью нарастания усилия до полного разрушения.
• При исследовании объектов, которые находятся в эксплуатации, с неизвестным составом бетона выполняют измерения методом отрыва со скалыванием. В конструкции пробуривают отверстие, ввинчивают анкер и вырывают его специальным прибором, который регистрирует усилие. Для густоармированных или тонкостенных конструкций применяют другие методы местных разрушений: скалывание ребра или отрыв дисков.

В состав прибора для проверки прочности бетонных конструкций ультразвуком входят следующие основные элементы:

• Генератор сигнала – генерирует электрические импульсы определенной частоты;
• щуп-излучатель – преобразует импульсы в механические колебания;
• щуп-приемник регистрирует ультразвук, который прошел через бетон и преобразует его обратно в электрические импульсы.

Прибор регистрирует время прохождения волны и вычисляет ее скорость. Показания преобразовываются в цифровой вид и остаются в памяти.

Существует две техники проведения ультразвуковых исследований:

• Поверхностное прозвучивание. Источник и приемник сигнала располагают на одной поверхности. Такой способ позволяет оценить прочность на небольшую глубину. Приемник регистрирует отраженный сигнал. Техника используется при исследовании тонкостенных или полых изделий из бетона.
• Сквозное прозвучивание. Щупы располагаются на противоположных поверхностях исследуемой конструкции. Таким способом прозвучивают колонны, ригели, балки и другие линейные конструкции.

Для корректной работы прибора важно получить хороший акустический контакт между щупами и поверхностью исследуемой конструкции. В зависимости от состояния поверхности и геометрических параметров объекта используются щупы с сухим или мокрым контактом.

ТОП-7 моделей склерометров

В широкой продаже доступны множество моделей профессионального оборудования для ультразвукового измерения прочности бетона. Согласно отзывам потребителей, самыми популярными приборами являются следующие модели:

УКС МГ4С

Универсальный прибор для поверхностного и сквозного обследования бетона. Оснащается цветным дисплеем для удобства считывания показаний. Занесён в Госреестр РФ, заключение, выданное на основании замеров, может использоваться как официальный документ.

Позволяет определить скорость УК волны во время глубинного анализа, идентифицирует координаты расположения дефекта.

Оснащается удобным интерфейсом, совместимым с ПК, результаты измерений импортируются в виде электронной таблицы.

Средняя розничная цена – от 80-85 тыс. руб.

УК 1401 Плюс

Электронное устройство с удобным широкоформатным индикатором. Позволяет произвести обследование конструкции как сквозным, так и поверхностным методом. При снятии показателей не требуется предварительное смачивание поверхности бетона.

Удобное расположение контактных опор позволяет определить прочность не только протяжённых элементов – стен и перекрытий, но также отдельностоящих опор:

• колон;
• мачт;
• столбов;
• горизонтальных балок.

Средняя розничная цена – от 120-125 тыс. руб.

Пульсар 2.2

Профессиональное оборудование с функцией дефектоскопии (визуализации полученных результатов на экране). Устройство позволяет выявить малейший дефект в структуре бетонной конструкции, идентифицировать его расположение и отобразить в виде графического изображения на индикаторе.

Незаменим при проведении лабораторных испытаний бетонных конструкций на объектах повышенного уровня ответственности.

Средняя розничная цена – от 135-145 тыс. руб.

Новотест ИПСМ-У Т Д

Универсальное ультразвуковое устройство, которое может определять прочностные параметры и выявлять дефекты как в монолитных, так и в армокаменных конструкциях.

С высокой точностью идентифицирует глубину расположения:

1. пор;
2. трещин;
3. уплотнений;
4. других видов нарушения структуры.

Позволяет выяснить реальный возраст свежеуложенного бетона. Результаты отображаются на графическом дисплее.

Средняя розничная цена – от 65-70 тыс. руб.

А1410 Пульсар

Один из лучших приборов, представленных на рынке. Контроль прочности производится посредством автоматического анализа полученных результатов и градуировочного графика.

Особенности:

• оснащается цветным TFT экраном;
• защищён от попадания пыли;
• встроенный процессор запоминает последние 50 тыс. итераций;
• возможен импорт данных в электронных таблицах как по кабелю USB, так и посредством беспроводной передачи данных по Bluetooth.

Средняя розничная цена – от 220-230 тыс. руб.

Бетон-70

Занесён в Госреестр, может использоваться для проведения обследований с выдачей официальных заключений для железобетонных конструкций любого уровня ответственности. Предназначен для сквозного сканирования материала с целью определения скорости распространения волновых колебаний.

Передатчик и приёмник устроены в едином корпусе, дискретность замеров не превышает 0,1 мкс. Дополнительно к устройству можно приобрести удлиняющие кабели, которые значительно увеличивают диапазон проводимых измерений.

Средняя розничная цена – от 92-97 тыс. руб.

Proceq Pundit Lab

Ультразвуковой прибор от известной швейцарской компании. Позволяет проводить дистанционный контроль с возможностью удалённого сбора полученной информации и обработкой их на ПК в режиме реального времени.

Обладает международными сертификатами США, ЕС и друг из стран, диапазон измерений составляет от 0,1 до 10 тыс. мкс. Считается самым высокотехнологичным и точным прибором в настоящее время.

Средняя розничная цена – от 310-320 тыс. руб.

Профессиональные эксперты рекомендуют приобретать метрологическое оборудование от российских производителей, имеющих государственную аккредитацию для оформления официального заключения. Каждое оборудование должно проходить периодическую поверку с выдачей соответствующего сертификата.

Как меняется структура бетона в процессе твердения и эксплуатации

Поскольку бетон является искусственным композиционным материалом, его прочность зависит не только от качества компонентов смеси, но и от структуры. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

В процессе заливки бетонной смеси ее компоненты распределяются неравномерно по объему опалубки. В процессе расслоения крупный заполнитель оседает на дно. Неоднородность структуры становится причиной разницы механических характеристик бетона. В верхних и нижних слоях прочность на сжатие может различаться на 10–15 %. Неоднородность структуры и свойств также может быть вызвана несовершенством технологии приготовления бетонной смеси и нарушением условий ее твердения.

В процессе эксплуатации конструкции из бетона подвергаются воздействию агрессивных факторов, что приводит к старению материала. В поверхностных слоях изменения происходят намного быстрее, чем во внутренних, и со временем неравномерность прочности может достигать 30 %. Снижение механических характеристик наблюдается на глубине до 300 мм. Микроскопические дефекты в местах контакта цемента, заполнителя и арматуры под действием влаги и знакопеременных температур превращаются в расслоения и трещины. Наибольшую опасность представляют опасные сечения с высокой концентрацией структурных изменений.

Неоднородность физико-механических характеристик проявляется в крупногабаритных монолитных конструкциях, части которых эксплуатируются в различных условиях. В качестве примеров можно привести теневую и солнечную стороны фундамента, его надземную и подземную части.

Средние цены

Как было сказано выше, приборы для ультразвукового измерения прочности бетона представлены на рынке в широком ассортименте. Каждый из перечисленных аппаратов можно приобрести в специализированной торговой точке по следующим розничным ценам:

• УКС МГ4С – 80-85 тыс. руб.
• УК 1401 Плюс – 120-125 тыс. руб.
• «Пульсар 2.2» – 135-145 тыс. руб.
• «НОВОТЕСТ» ИПСМ-У Т Д – 65-70 тыс. руб.
• А1410 «Пульсар» – 220-230 тыс. руб.
• «Бетон-70» – 92-97 тыс. руб.
• Proceq Pundit Lab – 310-320 тыс. руб.

Преимущества ультразвукового метода

• Точность результатов. Показатели прочности у монолитных конструкций, залитых на строительной площадке и у лабораторных образцов могут иметь значительные различия. Это вызвано разницей в укладке смеси и условиях твердения. Ультразвуковое исследование бетона непосредственно на объекте позволяет дать более полную оценку локальной и средней прочности конструкций.
• Оперативность. Для проведения испытаний прочности бетона ультразвуковым методом на строительном объекте не требуется масштабных подготовительных работ. Используемые нами приборы для прозвучивания компактны и автономны. После построения градуировочной зависимости не нужно проводить дополнительных вычислений. На экран прибора выводятся показатели прочности, а не скорости или времени прохождения колебаний.
• Контроль всего объема конструкции. Ни один из методов разрушающего и неразрушающего контроля кроме ультразвукового не дает возможности определения прочности глубинных слоев бетона при сквозном прозвучивании.
• Неограниченное количество точек измерения. Считывание показаний преобразователей происходит практически мгновенно. Приборы для ультразвукового контроля имеют встроенную память и разъемы для подключения к ПК, что позволяет создавать и анализировать значительные массивы данных.
• Обнаружение скрытых дефектов. Ультразвук позволяет найти расслоения и трещины в бетоне, которые выходят на поверхность.
• Сохранение целостности конструкции. Отрыв со скалыванием, отрыв диска и другие прямые методы относятся к неразрушающим, поскольку не снижают прочность бетонных конструкций. Ультразвуковое исследование, отличие от них, не оставляет после себя даже косметических дефектов.
• Универсальность. При помощи ультразвукового метода можно проводить постоянный контроль нарастания и снижения прочности. Поэтому в качестве заказчиков исследований выступают производители бетонных конструкций, подрядчики, занятые монолитным строительством, а также должностные лица, ответственные за эксплуатацию зданий и сооружений.

Своевременно проведенные исследования позволяют обнаружить дефекты и предотвратить их развитие. Сотрудники лаборатории помогут подобрать наиболее эффективный способ упрочнения конструкций или состав гидрофобизирующих добавок для каждого конкретного объекта. Для получения консультаций и заказа услуги ультразвукового исследования бетона свяжитесь с представителем ООО «СтройЛаборатория СЛ» любым удобным способом.

Особенности и отличия приборов

Приборы для ультразвукового исследования бетонных и ЖБ конструкций отличаются строением, а также принципом работы. В строительном производстве используется 4 основных методики, каждая из которых имеет собственные отличительные особенности:

Импульсный способ эхо-диагностики

Основывается на распространении ультразвукового сигнала в структуре бетона до ближайшей неоднородности.
После столкновения с препятствием, сигнал возвращается в универсальный прибор, одновременно выполняющий роль приёмника и передатчика.

Такие устройства, чаще всего, применяются для материалов с мелкозернистыми заполнителями, фракция которых не превышает 30 мм.

В случае анализа таких массивных сооружений, как фундаментные плиты или гидротехнические сооружения, гранулометрический состав крупного заполнителя в которых может достигать 70 – 150 мм, импульсная эхо-диагностика часто выдаёт ошибочный результат.

Теневое исследование

При использовании такого способа, необходимы два раздельных прибора – приёмник и передатчик, которые устанавливаются по обе стороны конструктивного элемента. Один прибор посылает ультразвуковой сигнал, а другой – принимает его после прохождения через стену, колонну или перекрытие.

О наличии дефектов внутри конструкции говорит исчезновение части волновых колебаний, которые «теряются» при столкновении с неоднородной структурой.

Зеркальная методика эхо-диагностики

Применяется также два прибора, но, в этом случае, они устанавливаются по одну сторону конструкции. Передатчик формирует ультразвуковую волну, которая отражается под определённым углом, при наличии дефектов, а численный результат отображается на индикаторе приёмника.

Комбинированный способ

Способ дефектоскопии напоминает теневую методику с той разницей, что приёмник и передатчик располагаются на одной стороне конструктивного элемента. Таким образом, волны, которые проходят сквозь однородную структуру, не представляют интереса, а отражённые колебания улавливаются приёмником.

Каждый из описанных выше методов неразрушающего контроля прочности бетона позволяет выявить следующие типы нарушений структуры конструкции:

• Наличие внутренних трещин, пустот и пор с увеличенным диаметром.
• Определение непроектных геометрических размеров поперечного сечения элемента.
• Наличие расслоений и образования разнородной структуры, например, при недостаточно интенсивном вибрировании смеси после укладки.
• Выявление зон с неоднородным гранулометрическим составом крупного и мелкого заполнителя.
• Идентификация инородных частиц внутри бетона, которые могли попасть в жидкий материал перед твердением.

Таким образом, метод ультразвукового обследования, проведённый одновременно для нескольких участков поверхности готовой конструкции, позволяет получить полную картину всех имеющихся дефектов.

На основании обследования, как правило, составляется дефектная ведомость, которая передаётся проектировщику для анализа и вынесения решения об усилении сомнительных конструкций.

Анализатор коррозии

Данная аппаратура оценивает уровень коррозии арматурной сетки. Анализатор осуществляет замер потенциала гальванической пары и удельного электросопротивления раствора. Приборы контроля бетона такого типа не имеют альтернатив при обследовании огромных зданий. Роликовый электрод и получение результатов замеров в реальном режиме времени обеспечивает оперативное наблюдение за уровнем коррозии арматуры.

Данные приборы неразрушающего контроля бетона поставляются в 3-х вариантах:

• Со стержневым электродом, обеспечивающим измерение потенциала. Принцип действия заключается в замере потенциалов на поверхности бетонной конструкции для выявления коррозии на поверхности стали, расположенной внутри застывшего раствора. Для этого к электроду вольтметра с высоким входным сопротивлением подключают стальную арматуру. Электрод передвигается по обследуемой решетке на поверхности конструкции. Электрод представляет собой медь/медно-сульфатная полуячейка (Cu/CuSO4), состоящая из медного штока, которые погружается в концентрированный раствор медного купороса, с известным постоянным потенциалом.
• С роликовым и стержневым электродом, измеряющим потенциал. В этом варианте замер потенциалов на поверхности бетонной конструкции выявляет характерную картину коррозии стальной поверхности арматуры внутри материала. Здесь, как и в первом варианте, электрод системы подключается через вольтметр с высоким сопротивлением на входе к стальной арматуре. Электрод выполнен из такого же материала – меди/медно-сульфатной полуячейки (Cu/CuSO4), состоящей из медного штока, погружаемого в концентрированный раствор медного купороса, с известным постоянным потенциалом. Процедура замера потенциала осуществляется аналогично процессу, описанному в первом варианте.
• С датчиком Веннера, осуществляющим фиксирование сопротивления. Для определения удельного электросопротивления бетонной конструкции применяется датчик Веннера. К двум внешним стержням подключается ток и выполняется замер разности потенциалов между двумя внутренними стержнями.

Приборы контроля бетона являются неотъемлемым элементом современного строительства. Благодаря контролю качественных показателей можно значительно продлить срок эксплуатации бетоноконструкций, сделать их максимально безопасными.

Способы проверки

Для испытаний различных типов конструкций используются два основных способа:

• сквозное УЗ прозвучивание линейных сборных конструкций в поперечном направлении. Датчики устанавливаются с противоположных сторон исследуемого изделия.
• поверхностное прозвучивание плоских, ребристых, многопустотных плит перекрытия и стеновых панелей. Датчики устанавливаются с одной стороны объекта.

Качественный акустический контакт между исследуемой конструкцией и ультразвуковыми излучателями обеспечивается использованием вязких материалов. Также допускается «сухой» способ, при котором применяются специальные протекторы и конусные насадки.

Тестер проницаемости бетона

Инструмент обеспечивает измерение коэффициента проницаемости сооружений из бетона воздухом. Приборы контроля бетона данного типа обеспечивают проверку проникновения воздуха в глубь бетонных конструкций с целью выявления факторов, влияющих на коррозию арматуры. Благодаря такому анализу определяется потенциальная долговечность сооружения, его способность сопротивляться воздействию агрессивной среде. Продолжительность испытаний составляет от 2-х до 12-ти минут и зависит от проницаемости материала.

Молоток Шмидта

Впервые для проверки прочности бетона был использован молоток в 1948 году, который был разработан инженером из Швейцарии Э.Шмидтом. По истечении времени появились более усовершенствованные приборы неразрушающего контроля бетона, однако данный аппарат является на сегодняшний день одним из наиболее распространенных склерометров для проверки изделий. Принцип функционирования молотка базируется на определении ударной силы, которая образуется при ударе молотком инструмента.

Благодаря молотку Шмидта обеспечивается низкая погрешность замеров, с выполнением проверки большого числа конструкций в минимальный период времени. Данное преимущество молотка Шмидта на сегодняшний день обеспечивает такому инструменту распространенное применение проверки залитых конструкций в соответствии с нормативами ГОСТ 22690.

Принцип функционирования молотка Шмидта базируется на упругом отскоке при замерах твердости поверхностной части изделия, который был взят из аналогичных замеров прочности металлических изделий. Склерометр обладает специальным ударником и системой пружин, которые позволяют после удара осуществить ударнику произвольный отскок. Твёрдость проверяемой поверхности характеризуется степенью обратного отскока. Данный склерометр, как и любые приборы контроля бетона, отображает градуированную кривую для вычисления прочности материала.

Порядок контроля бетона молотком Шмидта:

• инструмент устанавливается на проверяемую поверхность конструкции;
• далее с помощью обеих рук выполняется плавное нажатие на аппаратуру по направлению к поверхностной части конструкции до осуществления удара молотка;
• в результате отскока на шкале отображаются значения;
• для точности результатов нужно выполнить 10 замеров;
• твердость материала определяется среднеарифметическим вычислением значений.

По принципу функционирования, молотки Шмидта можно условно разделить на два типа:

1.аппарат ультразвукового излучения с комплектацией вмонтированного либо наружного электронного блока. Приборы контроля бетона, функционирующие на этом принципе, отображают все замеры на дисплее и, в большинстве своем, сохраняются в памяти аппаратуры на протяжении определённого срока. Такие приборы неразрушающего контроля бетона способны регистрировать значения от 5 до 120 Мпа.

2.аппарат механического функционирования представляет собой корпус цилиндрической формы, с расположенным внутри него ударным механизмом, который состоит из отталкивающей системы пружин, индикатора со стрелкой. Подобные приборы контроля бетона обеспечивают регистрацию значений от 5 до 50 Мпа. Механический молоток Шмидта используется при проверке сооружений из железобетонных, бетонных материалов.