Об авторе

Штенгель Вячеслав Гедалиевич 

С. н. с. ОАО «ВНИИ гидротехники им. Б. Е. Веденеева». Специалист по НК бетона эксплуатируемых конструкций.

В практической деятельности специалисты по контролю качест­ва бетона и по обследованию экс­плуатируемых железобетонных кон­струкций часто сталкиваются со сложностями в достоверной оцен­ке прочности бетона на сжатие по результатам неразрушающего контроля. Нормативные документы регламентируют построение градуировочной зависимости, которое с достаточной точностью можно вы­полнить в условиях строительных ла­бораторий заводов по производст­ву железобетонных изделий. Одна­ко контроль прочности монолитного бетона в условиях стройплощадок осуществить значительно трудней. В этом случае сложно соблюдать все требования к формам для изго­товления контрольных образцов кубов, к проработке бетонной смеси в формах; часто контрольные образ­цы выполняются непрофессиональ­но. В итоге, разброс значений прочности не дает возможности определить фактическую прочность материала в конструкции и использовать образцы в целях установления градуировочной зависи­мости. Значительную ошибку в испыта­ния образцов вносят их механические испытания на прессе. Недооценивают­ся влияние разброса трения по контакту плиты пресса - поверхности образцов, слоистость образцов и другие факторы.

В частности, по мнению автора, некоррект­но при исследовании прочности промасленно­го бетона проводятся механические испытания контрольных промасленных образцов, так-как в зависимости от плотности материала и качества его микроструктуры промасленный слой состав­ляет лишь 5 ÷ 10 мм, а в процессе разрушения участвует весь образец, кроме того, трение про­масленных поверхностей не соответствует тре­нию граней «чистых» эталонных кубов.

При градуировочных исследованиях образцовкернов, выбуренных из эксплуатируемых конструкций, необходимо учитывать значительное влияние на ре­зультат поверхностных слоев бетона и особенности испытаний кернов.

Таким образом, как это ни парадоксально, самой насущной проблемой НК являет­ся точность механических испытаний, которая должна быть сравнима с точностью испытаний физическими методами.

Тем не менее, следует совершенствовать и методику и средства НК с учетом особенностей выбранного метода, способа контроля бетона конструкции, а также и самого объекта контро­ля (возраст, условия эксплуатации, состояние поверхности и т. д.). Например, рекомен­дуется обратить внимание на ряд фактов, не нашедших должного отражения в методической и технической литературе, но встречающихся в практике лабораторных и натурных исследований.

Механические методы и аппаратура

1. Особое внимание при измерениях необходимо уделять качеству поверхно­сти и поверхностного слоя бетона.

К сожалению, требования по допустимой ше­роховатости в ГОСТ 22690 практически отсут­ствуют, пункт 4.5 только требует соответствия шероховатостей поверхностей бетона участка контролируемых конструкций и образцов-кубов (для «старых» конструкций контрольные кубы, естественно, отсутствуют, а требования к кер­нам должны быть другие, с учетом кривизны бо­ковой поверхности). Кроме того, в этом пункте отмечено, что «в некоторых случаях допускается зачистка поверхности конструкций». Возникает вопрос: в каких? Зачистка должна быть обяза­тельной при наличии на поверхности цементного молока, разрушенной структуры слоя или карбо­низированного слоя.

Подобное безответственное отношение к требованиям по состоянию поверхности в норма­тивных документах привело к тому, что на прак­тике измерения проводятся во многих случаях на «грубой» поверхности (особенно характерной для монолитных бетонов) без предварительной зна­чительной зачистки. Это, естественно, сказыва­ется на разбросе измеренных величин и точно­сти определения прочности бетона. Необходимо отметить, что в комплект зарубежных поставок склерометра - молотка Шмидта входит наждач­ный круг для ручной зачистки и шлифовки по­верхности, в комплектах российских приборов такой необходимый элемент для подготовки кон­трольного участка бетона к испытаниям отсутствует.

Понятно, что зачистка и шлифовка поверхно­сти бетона - трудоемкая операция, нелюбимая прибористами. В таком случае, при необходи­мости многократного использования метода на сооружении можно рекомендовать способ кон­трольных зачисток с определением коэффициен­та перехода к результатам, полученным на необ­работанной поверхности. Это позволит снизить ошибку натурных измерений.

2. Как любая механическая система с набором пружин и движущихся элемен­тов прибор для механического контроля бетона обладает своей индивидуально­стью преобразования энергии. В связи с этим все приборы, даже одной партии, отличаются друг от друга по характеру со­ответствия «прочность бетона - косвен­ный параметр». Корреляционные кривые необходимо строить не только для кон­кретного состава бетона, но и для кон­кретного прибора.

В частности, применяемая для оценки состоя­ния прибора упругого отскока ОМШ-1 (аналога молотка Шмидта) испытательная металлическая наковальня дает только одну условную контроль­ную амплитуду отскока бойка (78 ÷ 80), которая значительно выше диапазона отскока на бето­не (20 ÷ 50), и через эту точку можно построить большое семейство корреляционных кривых, по­лучаемых для разных приборов, проверенных на наковальне.

Необходимо пересмотреть данную серьезную проблему тарировки, комплектуя приборы хотя бы тремя контрольными образцами для тариров­ки приборов на минимальные, максимальные и промежуточные показания. Это позволит кон­тролировать аппаратуру в процессе эксплуата­ции, внося поправки на износ механизмов при­боров, а также более надежно использовать универсальные зависимости «прочность бетона - косвенный параметр НК» с учетом особен­ностей состава, возраста и влажности бетона при гарантии идентичности приборных ошибок. Проблема создания такого комплекта сложна и связана с выбором материалов, изменением их свойств из-за «наклепа» при частом использова­нии, однако, решать ее необходимо.

Ультразвуковой метод

1. В данном случае рассматривается наиболее популярный в настоящее вре­мя вариант использования ультразву­кового контроля - поверхностное прозвучивание на малой базе измерения (110 ÷ 150 мм) с применением ручки- шаблона держателя пьезопреобразователей с насадками для сухого точечного контакта с поверхностью бетона. Это очень удобная в использовании система контроля, позволяющая оперативно по­лучать информацию о прочности бетона по градуировочной зависимости «проч­ность - время». По действующему ГОСТ 17624 эта зависимость может быть полу­чена только для продольных волн. Но, как справедливо отмечено в работах МНПО «Спектр», преобразователи с точеч­ным контактом не являются преобразо­вателями продольных волн.

Исследования, проведенные с помо­щью ультразвукового прибора УК-14П, имеющего такой держатель со съемны­ми преобразователями, показали сле­дующее. Время прохождения сигнала при поверхностном прозвучивании граней образцов-кубов – t _пов отличается от вре­мени прохождения сигнала по диагона­ли сечения при угловом прозвучивании - t_угл, которое, в свою очередь, отличает­ся от времени сквозного соосного прозвучивания, полученного при использо­вании тех же преобразователей, - t_скв .

В зависимости от прочности, плотности и состояния поверхностных слоев соот­ношение времен составляет: t _пов / t_угл / t_скв = 1/1,08 ÷ 1,15/1,16 ÷ 1,25. При этом база измерения при сквозном прозвучи­вании практически равна базе шаблона, то есть влияние различия баз измерения отсутствует и условия проведения опы­тов идентичны. При натурном контроле элементов, на которых возможно прово­дить такие же эксперименты, например колонн, результат аналогичен, но в зави­симости от прочности и состава бетона, а также структуры поверхностного слоя несколько изменяются соотношения ско­ростей.

Аналогичная тенденция наблюдается и при на­турных обследованиях конструкций с помощью пьезопреобразователей без насадок-концентра­торов с большими базами измерений. При­чем, при удалении преобразователей от угла конструкций при диагональном угловом прозву­чивании, скорость прохождения ультразвукового сигнала через конструкцию растет до скорости сквозного прозвучивания.

Факты еще раз подтверждают значи­тельное влияние характеристик и струк­туры поверхностных слоев, а также объемного фактора распространения сигнала (зависимость от динамическо­го коэффициента Пуассона при разных схемах установки преобразователей и геометрических размеров контролируе­мых конструкций) и рабочей частоты преобразователей на зафиксированную при измерениях скорость ультразвуково­го сигнала, что необходимо обязательно учитывать при оценке прочности бетона по результатам ультразвуковых измере­ний. Градуировочную зависимость следу­ет устанавливать по выбранному способу прозвучивания или с учетом поправоч­ных коэффициентов.

2. Необходимо вновь вернуться к во­просу направленности сквозного про­звучивания через сечение элемента: на­правление прозвучивания (трасса сиг­нала) должно быть перпендикулярно направлению бетонирования, как ре­комендуется в ГОСТ 17624 и других нор­мативных документах, или может совпа­дать с направлением бетонирования?

Давно известно, что в сечении крупногаба­ритных железобетонных элементов по высоте укладки бетонной смеси материал неодноро­ден. Обычно в нижней (донной) части конструкции по направлению бетонирования прочность и модуль упругости бетона выше, чем в верхней. Сквозное прозвучивание поперек направления бетонирования характеризует только свойства конкретного слоя бетона. При сквозном прозву­чивании по направлению бетонирования трасса сигнала пересекает все слои и позволяет дать общую контрольную характеристику бетона по сечению, не учитывая расслоения материала по высоте укладки.

В ряде случаев (поперечное прозвучивание сборных колонн), по-видимому, оценка прочно­сти бетона по второму способу прозвучивания более объективна. В других случаях (поперечное прозвучивание балок), возможно, приоритетным является первый способ, что позволяет оценить прочность бетона в различных зонах и слоях бетонирования (для балок, например, в сжатой и растянутой зонах). То есть условия натурного контроля должны диктоваться конкретными усло­виями работы элемента, а не «привязываться» жестко к направлению бетонирования.

Таким образом, в заключение необхо­димо отметить, что за внешней просто­той применения методов и средств НК бетона к роются тщательные исследова­ния, требующие максимального учета комплекса особенностей материала, ме­тодик и аппаратуры и исключающие недооценку «мелочей», способных исказить как градуировочную зависимость, так и оценку фактической прочности бетона в конструктивных элементах.