Методы и приборы неразрушающего контроля прочности искусственного камня

Методы и приборы неразрушающего контроля прочности искусственного камня
Приборы неразрушающего контроля (ПНК) – условно принятый в технической литературе термин, которым обозначают приборы для толщинометрии и дефектоскопии покрытий и материалов, определения их твердости и прочности, а также ряда других характеристик.

Измерения вышеназванных параметров производятся различными методами:
ультразвуковым (УЗ);
рентгенографическим;
вихретоковым;
ударно-имульсным;
упругого отскока;
пластической деформации;
магнитным;
магнитопорошковым;
термографическим;
оптическим;
импедансным, а также рядом других менее распространенных методов.
Само название метода, по-видимому, происходит от принятого в зарубежной литературе термина non-destructive testing (NDT), периодически встречающегося в отечественной технической литературе.
Наибольшее распространение методы НК получили в области дефектоскопии металлов и изделий из твердых пластмасс. По этому вопросу выпущено большое количество литературы, проводятся сотни исследований и экспериментов. Мы же рассмотрим методы и средства НК применительно к изделиям и сооружениям из искусственного камня или, другими словами, бетона.
Параметрами, исследуемыми неразрушающим контролем в бетонах, являются прочность, толщина защитного слоя, влажность, морозоустойчивость, влагонепроницаемость и ряд других. При производстве ЖБИ также контролируют натяжение арматуры и величину вибрации при уплотнении бетонной смеси. Но основным контролируемым параметром для бетонов является прочность на сжатие.
Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами (стесненная усадка, неравномерное нагревание и т. п.).
Существует несколько методов испытания бетонов на прочность.
1. Метод стандартных образцов. Как правило, изготавливаются образцы кубической формы, иногда – цилиндрической. Образцы для испытаний изготавливаются из проб бетонной смеси, применяемой при производстве контролируемого изделия. Пробы берутся из одного замеса или из одного кузова автомобиля, перевозящего бетонную смесь. Образцы подвергаются испытанию через 28 суток после изготовления: устанавливаются в пресс и нагружаются непрерывно и равномерно до разрушения. Разрушающая нагрузка фиксируется, затем по ней рассчитывается прочность бетона.
2. Использование выбуренных из конструкции кернов, которые затем испытываются подобно стандартным образцам под прессом. Бетон кернов полностью соответствует реальному материалу конструкции. Однако есть сложность отбора образцов-кернов – высокая трудоемкость и стоимость выбуривания, опасность нарушения целостности конструкции, возможное нарушение структуры керна при выбуривании и обработке торцов – все это во многих случаях ограничивает использование метода.
3. Методы неразрушающего контроля. Основное отличие метода от двух предыдущих состоит в том, что при его использовании измеряемой величиной является не прочность, а какой-либо физический показатель, связанный с измеряемой величиной корреляционной зависимостью.


Корреляционной называется зависимость, в которой каждому значению измеряемой величины может соответствовать несколько значений искомой величины.


Другими словами, на показания прибора оказывают влияние несколько свойств материала, не все из которых поддаются четкой и однозначной математической, а следовательно, и приборной интерпретации.
Для определения корреляционной зависимости предварительно устанавливается градуировочная (тарировочная) зависимость между прочностью бетона и косвенной характеристикой. Градуировочная зависимость должна быть установлена для бетонов одного проектного возраста и приготовленных из одинаковых материалов по результатам испытаний на прочность образцов-кубов. Итак, все методы неразрушающего контроля прочности бетона требуют построения индивидуальных градуировочных зависимостей по результатам испытаний стандартных образцов-кубов, изготовленных из бетона такого же состава и возраста, что и испытываемый образец.
На точность измерения прочности при измерении неразрушающими методами могут оказывать влияние такие факторы, как тип цемента, его состав, тип заполнителя, условия твердения, возраст бетона, влажность и температура поверхности, тип поверхности, карбонизация поверхностного слоя бетона и еще ряд других менее значимых факторов.
Далеко не все из перечисленных факторов можно учесть при построении градуировочной зависимости, поэтому их нужно учитывать при разработке методики измерений на конкретный объект тестирования.
Методов НК, основанных на построении индивидуальных градуировочных зависимостей, достаточно много.
1. Метод пластической деформации основан на измерении размеров отпечатка, который остался на поверхности бетона после соударения с ней стального шарика. Метод устаревший, но до сих пор его используют ввиду дешевизны оборудования. Наиболее широко для таких испытаний используют молоток Кашкарова.
2. Метод упругого отскока заключается в измерении величины обратного отскока ударника при его соударении с поверхностью бетона. Типичным представителем приборов для испытаний по этому методу является склерометр Шмидта и его многочисленные аналоги. Метод упругого отскока, как и метод пластической деформации, основан на измерении поверхностной твердости бетона.
3. Метод ударного импульса заключается в регистрации энергии удара, возникающей в момент соударения бойка с поверхностью бетона. В России этот метод, пожалуй, распространен больше всего. Типичные представители приборного ряда для испытаний этим методом – семейство приборов ИПС, выпускаемых СКБ "Стройприбор", г. Челябинск, и приборы ОНИКС, производящиеся на НПП "Интерприбор".
4. Метод отрыва со скалыванием и Скалывания ребра конструкции заключается в регистрации усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции либо местного разрушения бетона при вырывании из него анкерного устройства. Это самый точный из методов НК прочности, поскольку для них допускается использовать универсальную градуировочную зависимость, в которой изменяются всего два параметра: крупность заполнителя, которую принимают равной единице при крупности менее 50 мм, и 1,1 при крупности более 50 мм; тип бетона – тяжелый либо легкий. К недостаткам этого метода следует отнести его высокую трудоемкость и невозможность его использования в густоармированных участках, а также то, что он частично повреждает поверхность конструкции. В настоящее время наиболее широко используются приборы серии ПОС, выпускаемые СКБ "Стройприбор". Также до сих пор применяют приборы ГПНВ и ГПНС.


Вариант использования УК1401




5. Метод отрыва стальных дисков основан на регистрации напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве приклеенного к нему металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска. В настоящее время метод используется крайне редко.
6. Ультразвуковой метод заключается в регистрации скорости прохождения ультразвуковых волн. По технике проведения испытаний можно выделить сквозное УЗ-прозвучивание, когда датчики располагают с разных сторон тестируемого образца, и поверхностное прозвучивание – датчики расположены с одной стороны. Метод сквозного УЗ-прозвучивания, в отличие от всех остальных методов НК, позволит контролировать прочность не только в приповерхностных слоях бетона, но и прочность тела бетона конструкции. Наиболее широко распространенные приборы, реализующие этот метод, – УК1401 производства "Акустические контрольные системы", г. Москва, семейство приборов ПУЛЬСАР (НПП "Интерприбор"), "Бетон-32" (ЗАО "Интротест"), УК-14П и ряд других.
С начала 90-х годов прошлого столетия активно ведется разработка и производство приборов НК нового поколения с применением электроники и микропроцессорной техники, наращиваются их функциональные возможности. Методики контроля, разработанные авторами ГОСТ 22690 не претерпели существенных изменений и остаются основой развития средств НК в отрасли.
До недавнего времени испытания бетонов на прочность проводили только заводы ЖБИ да несколько лабораторий при профильных институтах, таких как НИИЖБ. В последнее время, в связи с бурным развитием строительства зданий и сооружений из монолитного железобетона и участившимися случаями разрушений сооружений, вызванных недостаточным контролем их состояния, наблюдается повышенный интерес к средствам и методам проверки качества.
Сложившаяся ситуация экономически вполне объяснима: потребители хотят получить современный, простой и надежный в эксплуатации прибор; производители, почувствовав значительное увеличение спроса, стремятся реализовать как можно большее количество приборов; лаборатории разрабатывают новые методы контроля, являющиеся дополнениями к существующей нормативной базе.
Существующие ГОСТы содержат устаревшие требования к самим методам контроля, а также к приборам, на которые они ссылаются. Дело в том, что действующие ГОСТы разрабатывались в период, когда основой строительства являлся сборный железобетон. Поэтому они базировались на методиках, предназначенных, в основном, для НК при производстве сборных ЖБИ. Вопросы контроля монолитного железобетона рассмотрены слабо.
Так, например, согласно ГОСТ 17624-86, применение способа поверхностного прозвучивания при ультразвуковом методе контроля прочности бетона не допускается, разрешается только сквозное прозвучивание. Однако использование метода сквозного прозвучивания на реальных объектах крайне затруднено: сложно обеспечить приемлемую степень соосности приемного и передающего УЗ-преобразователей, которые должны быть расположены с разных сторон конструкции. Зачастую негде провести длинный провод к преобразователю, да и потери энергии в длинных проводах будут крайне велики, чтобы результаты измерений можно было считать достоверными.
Еще пример. В соответствии с ГОСТ 18105-86, при изготовлении монолитных конструкций контроль прочности бетона должен проводиться на зав