Краткий гайд по определению прочности бетона неразрушающими методами. Как разобраться и не разрушить
1) Цели статьи
В этой статье я расскажу по порядку о процессе подготовки и определении прочности бетона до этапа камеральных работ. Т.е. подготовительные и полевые работы. Как происходит процесс определения прочности бетона сборных железобетонных конструкций неразрушающим методом в рамках метода параллельных испытаний. Именно определение, а не оценка. Рассмотрю применение связки двух приборов: ультразвуковой прибор для контроля прочности (косвенный метод) и отрыв со скалыванием (прямой метод).
2) Откуда берется необходимость определить прочность.
Необходимость определить прочность может быть прописана в различной форме, в том числе:
Нужно выполнить поверочные расчеты для оценки технического состояния и разработки рекомендаций;
Нужно сравнить нормируемые параметры прочности бетона (как правило указываются в проекте) с фактической прочностью, полученной при лабораторных испытаниях;
Восстановление проектной или исполнительной документации при её утрате. Если касаться нового строительства, то чаще всего исполнительную просто не делали, а теперь нужно вводить здание в эксплуатацию и она понадобилась.
По моему опыту это самые распространённые цели обследования, для которых необходимо определение прочности бетона.
Для достижения выше поставленных целей обследования в рамках проведения испытаний нужно обозначать следующие задачи:
Сравнение прочности бетона с проектными данными;
Определение прочности бетона в отсутствии проекта;
Определение фактической прочности (Rm), фактического класса прочности бетона (Вф), коэффициента вариации (Vm);
Определение фактической прочности бетона в конструкциях или изделиях в целом или на отдельных участках - в однородных зонах;
Оценка нижнего предела прочности бетона в конструкциях или партиях изделий R с обеспеченной надежностью Qн=0,95;
Оценка фактической обеспеченности нормативной Rн или требуемой Rт прочности бетона в конструкциях или партиях изделий;
Установление систематических закономерностей изменения прочности бетона во времени (при твердении) и в пространстве, например, по высоте или толщине конструкции;
Построение и корректировка рабочих градуировочных зависимостей для других средств измерений, применяемых при неразрушающих испытаниях по ГОСТ 22690.
2.1) О какой прочности идёт речь. Кратко про суть методов.
"За показатель прочности бетона принята прочность на сжатие стандартного кубического образца (куба бетона с размером грани 150 мм), испытанного на прессе в соответствии с ГОСТ 10180" (на прессе давят кубик). Измеряется в МПа.
В таком случае самый логичный способ - взять образец бетона из конструкции (керн). Но чаще всего это сильно повреждает конструкцию, требует усиления и т.п. проблемы. Поэтому придумали переводить различные косвенные показатели в значение кубиковой прочности бетона.
Например, самым популярным прямым неразрушающим методом является отрыв со скалыванием. Вообще, прямые неразрушающие методы испытаний - это узаконенные аналоги разрушающего метода. Отрыв со скалыванием измеряет усилие вырыва анкера (прочность бетона на растяжение при скалывании), которое затем пересчитывается в прочность на сжатие по градуировочной зависимости. Т.е. фактически он тоже определяет не прочность бетона на сжатие.
Задача определения прочности бетона сводится к тому чтобы, используя линейную формулу (градуировочную зависимость) перевести различные показатели от косвенных неразрушающих методов в значения кубиковой прочности бетона.
Используемые нормативные документы, в которых полностью описана методика:
ГОСТ 10180-2012 Методы определения прочности по контрольным образцам;
ГОСТ 18105-2018 БЕТОНЫ Правила контроля и оценки прочности;
ГОСТ 22690-2015 БЕТОНЫ Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля;
Методика статистической оценки прочности бетона в железобетонных конструкциях;
ГОСТ 17624-2012 БЕТОНЫ Ультразвуковой метод определения прочности.
«Руководство по определению прочности бетона в изделиях и конструкциях методом отрыва со скалыванием»
СТО 02495307-005-2008
ГОСТ 28570-2019 "Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций"
Для конструкции можно определить фактическое значение прочности (Rm), фактический класс прочности Bф единичной конструкции, партии конструкции, каждой конструкции в рамках партии конструкции. Что это значит?
фактическое значение прочности (Rm) ГОСТ 18105-2018
для сборных конструкций - среднее значение прочности бетона серий контрольных образцов одной пробы или значение прочности бетона контролируемого участка конструкции, или среднее значение прочности бетона одной конструкции;
для монолитных конструкций - значение прочности бетона контролируемого участка конструкции или среднее значение прочности бетона серий контрольных образцов одной пробы.
3.1.25 фактическая прочность бетона: Среднее значение прочности бетона, рассчитанное по результатам ее определения в партиях бетонной смеси, изделий или монолитных конструкциях.
То есть это среднее значение прочности. Может определяться для участка конструкции, одной конструкции, партии конструкций.
Средняя прочность определяется как отношение суммы значений испытаний к их количеству.
Фактический класс прочности Bф ГОСТ 18105-2018 п. 8.4.
п. 3.1.26 фактический класс бетона по прочности: Оценочное значение класса бетона по прочности, рассчитанное по результатам определения фактической прочности бетона и ее однородности.
Согласно ГОСТ 18105-2018
П. 8.4.1 Вф при количестве испытаний более 20 формула для определения класса прочности выглядит следующим образом
П. 8.4.2 Вф при количестве испытаний более 6:
*Формулы различаются т.к. точность оценки зависит от количества испытаний.*
Можно определить для группы конструкций, захватки или зоны конструкции.
**Фактический класс прочности Bф** — это оценочное значение класса бетона, рассчитанное с учётом фактической прочности Rm и коэффициента вариации Vm. Bф определяется как прочность, которую гарантированно обеспечивает бетон с заданной обеспеченностью (0,95).
### 2.2) О какой прочности идет речь 2. Один или все.
- **Класс прочности одной конструкции** можно определять в рамках партии конструкции (описано в следующем абзаце) или прочность единственной конструкции. Для этого проводится ряд испытаний конструкции (можно одной, можно на партии конструкций) и с использованием методов статистической оценки однородности бетона определяют её прочность. Если конструкция единственная (представим, что она вообще одна. Допусти колонна) Нужно на одной конструкции произвести замеры не менее 6 участков, провести на каждом участке по 1 замеру прямым неразрушающим методом, далее провести статистическую оценку данных. Используется для ответственных больших элементов. Или при определении прочности конкретного элемента в рамках партии конструкций.
- **Класс прочности каждой конструкции в партии**. Если необходимо определять прочность каждого элемента в партии, то определяется партия конструкций, затем необходимое количество участков испытывается косвенным методом (более 20), после проводят испытания прямым неразрушающим методом (более 12 участков). Далее, на каждой конструкции, прочность которой надо определить, испытывают по 6 участков *косвенным неразрушающим методом*, переводят значения в прочность бетона с помощью градуировочной зависимости и затем определяют прочность каждой конструкции по ГОСТ 18105-2018 п. 8.4.
- **Класс прочности бетона в партии конструкций** - проводится ряд испытаний, вывод действует для всех конструкции в партии, но не обязательно все конструкции в партии будут испытаны. Важно правильно определить партию. Чем больше партия, тем экономичнее определить её прочность в расчете на единицу конструкции. Допустим есть 40 колонн 400х400 высотой 6 м. Для определения прочности этой партии необходимо провести минимум 12 испытаний прямым методом и не менее 20 испытаний косвенным методом. Для партии в 50 колонн количество испытаний то же самое. Получается значительно проще чем в предыдущем методе. (Согласно ГОСТ 18105-2018 п. 7.2.5 минимальное число единичных значений прочности на одну конструкцию = 3, минимальное количество испытываемых конструкции в партии 10% или 12 шт.)
Можно проводить меньше шести испытаний на одну конструкцию для определения фактического класса прочности одной конструкции **Bф**?
Теоретически можно. Т.к. в формуле ГОСТ 18105-2018 П 8.4.2
Вф зависит от коэффициента Стьюдента Ks с доверительной вероятностью 0,9
то можно по таблицам посмотреть коэффициент Стьюдента для меньшего числа испытаний, но тогда класс прочность бетона будет "занижен".
В рамках документа "Методика статистической оценки прочности бетона в железобетонных конструкциях" для определения прочности бетона Вф используется 4 значения определённых косвенным методом.
## 3) Кратко о технологии определения прочности при обследовании зданий.
Рассмотрю сборные железобетонные конструкции. Для определения прочности при обследовании зданий необходимо:
1) Провести визуальное обследование и обмерные работы. Выполнить планы с нанесенными на них сериями (или типами) конструкций.
2) Создать предварительную программу работ.
1) Распределить конструкции по партиям.
2) Определить места и количество испытаний.
3) Полевые работы.
1) Провести испытания косвенных неразрушающим методом.
2) Провести испытания прямым неразрушающим методом.
4) Камеральные работы.
1) Обработка и отбраковка данных.
2) Анализ данных, подведение итогов, выводы.
### 3.1) Этап первый. Визуальное обследование, обмерные работы, определение партии.
В первую очередь нужно знать, прочность каких конструкций и в каком количестве необходимо определить. То есть нужно понять из чего вообще состоит здание. Для этого проводят визуальное обследование, и обмерные работы. Результатом будут подробные схемы здания с указанием на них всех типов конструкций (в идеале прописанные серии). Идеальный вариант - это набор чертежей из планов фундамента, план колонн, раскладка плит перекрытия и покрытия, раскладка балок перекрытия и покрытия.
Также необходимо вскрыть конструкции. Для примера: очень вероятно, что колонны в уровне 1 этажа и в уровне 9 этажа окажутся с различным армированием, то есть это разный тип конструкций.
На чертежах должны быть отражены серии или типы каждой конструкции.
Примерный перечень конструкций в рамках одного каркасного здания:
- колонны крайнего ряда первого этажа;
- колонны крайнего ряда промежуточного этажа (если здание высотное);
- колонны среднего ряда первого этажа;
- колонны среднего ряда промежуточного этажа;
- балки перекрытий;
- балки покрытий;
- плиты перекрытий;
- плиты покрытий;
- элементы фундамента.
Пример фрагмента плана раскладки плит и балок с известными сериями
Пример фрагмента плана, когда серии конструкций определить неудалось
Когда планы готовы и типы конструкций определены, производят разбивку конструкций на партии. В рамках обследования сборных железобетонных конструкций за партию принимаются конструкции одного вида, с одной геометрий и бетоном одного состава.
На одном из объектов в моей практике встречались очень похожие плиты перекрытия, но для определения партии это будут разные изделия потому что у них разная толщина и разное армирование, разная геометрия. (Кстати, определить прочность этих плит с помощью ОС не получится).
3.2) Применяемые приборы и их применимость. Кратко.
Вкратце с партией конструкций определились. Теперь определимся с приборами.
Самые популярные "связки" приборов - это "ультразвук (УЗ) - отрыв со скалыванием (ОС)" или "ударный импульс (ИУ) - отрыв со скалыванием(ОС)".
Погружаться в проблемы УЗ и УИ пока не буду, с ними проще. Рассмотрим ОС.
Есть ряд моментов, для которых применение прямого метода неразрушающего контроля затруднительно или невозможно.
Для применения метода отрыва со скалыванием расстояния до края конструкции должно быть более 150мм и минимальная толщина конструкции 70мм. Под этот критерий не подходят ребристые и корытные плиты, пустотные плиты, и т.п. конструкции.
Если для испытаний не получается использовать ОС, то есть ещё два варианта: прямой разрушающий метод и метод скалывания ребра. Для разрушающего необходимо отобрать керн и испытать его, но этот способ действительно разрушит плиты. Также и метод скалывания ребра. При использовании этого метода нужно иметь доступ к ребру конструкции. Если это плиты покрытия - то необходимо снять гидроизоляцию, стяжку, утеплитель (если есть). Освободить угол испытуемой плиты. Для этого нужно или сильно повредить соседнюю плиту или вообще её демонтировать. То есть применение этого метода также затруднительно для данного типа конструкций.
Итог - не все конструкции подходят для испытания прямыми неразрушающими или разрушающими методами.
4) Определение количества испытаний. Определение мест испытаний.
В каком порядке действовать? Сколько испытаний проводить? Какие места для испытаний выбирать?
Определяем количество испытаний
Распределяем их по конструкциям
минимум 3 участка на конструкцию
Получаем программу работ.
4.1) Количество конструкций для определения фактического класса прочности бетона (Вф) партии конструкции
Согласно ГОСТ 18105-2018 п. 7.2.5
Количество испытаний для партии конструкций регламентируется следующим образом. Число контролируемых конструкций не менее 10%, но не менее 12 шт. Для партии, в которых конструкций меньше 12 шт, необходимо проводить испытания на всех конструкциях.
Допустим конструкций в партии 40 колонн. 10% от 40 шт. это 4 колонны, но по нормативной документации минимум 12 штук. Нужно испытать 12 колонн. Для 100 колонн нужно испытать также 12 колонн.
4.2) Количество испытаний на одну конструкцию для определения фактического класса прочности бетона (Вф) партии конструкции
Согласно ГОСТ 18105-2018 п. 7.2.5
... При этом число контролируемых участков должно быть не менее трех и не менее одного на 4 м длины изделий линейных конструкций (колонны, ригели, трубы) и не менее одного на 4 м площади изделий плоских конструкций (плиты, панели). Общее число участков измерений для расчета характеристик однородности прочности бетона при контроле по схеме В должно быть не менее 20. ...
Линейная конструкция - балка или колонна. ГОСТ 18105-2018 п. 7.2.5 — не менее 1 участка на 4 м длины. Для 15-метровой балки: 15/4 = 3,75 → округление в большую сторону → 4 участка. Для балки пролетом 15 метров получается 4 участка.
Плоские конструкции - плиты. Для сборных железобетонных плит число участков на одной испытываемой конструкции должно быть не менее 1 на 4м2. То есть на плиту 1.5х6 м необходимо провести минимум 3 испытания.
Краткий итог: для партии колонн высотой 6 метров в количестве 40 шт необходимо провести 12 (шт) х 3 (участка) = 36 испытаний косвенным неразрушающим и 12 прямым неразрушающим. Для партии в 100 колонн количество испытаний аналогичное.
5) Порядок проведения испытаний. Приборы, подготовка мест испытаний, проведение испытаний.
Как говорилось ранее, рассматривать буду связку из двух приборов: Пульсар (УЗ) и Оникс-ОС (ОС)
Порядок проведения испытаний следующий: сначала проводим серию испытаний неразрушающим методом (УЗ). Например партия колонн высотой 6 метров в количестве 40 шт необходимо провести 12 (шт) х 3 (участка) = 36 испытаний косвенным неразрушающим.
Вносим данные в таблицу измерений. В рамках каждого испытания на 36 участках необходимо отбраковать единичные значения прибора с отклонением от среднего значения для УЗ более 2%.
Пример: измеряем скорость УЗ, получаем 1000 м/с, 1050 м/с 1100 м/с. Отклонение 4,76%. Много. Делаем ещё пару замеров. Допусти получилось 1010 м/с и 990м/с. Убираем самые большие по отклонению (1050 и 1100) и так делаем пока максимальное отклонение не будет в рамках 2%.
Из этих участков 36 минимум 12 надо выбрать для прямого неразрушающего метода. Фактически необходимо выполнить испытаний с запасом на отбраковку. Т.е. 14-15 шт.
Внимательнее рассмотрим условия, в которых применяется УЗ.
Для примера ультразвукового определителя прочности рассмотрим прибор типа Пульсар. Обычно используется режим поверхностного прозвучивания как наименее энергозатратный для исполнителя.
Подготовка места испытания (Требования к поверхности)
Очистка: Поверхность бетона должна быть очищена от пыли, грязи, краски, штукатурки и других покрытий до чистого бетона. (Болгарка со шлифовальным диском)
Дефекты поверхности: В зоне контакта преобразователей (площадка установки) не допускается наличие: пыли, грязи, штукатурки, краски. Шероховатость не должна иметь выступов более 0,5 мм и углублений более 3 мм (диаметром более 6 мм) в зоне контакта преобразователей (ГОСТ 17624 п. 6.18). Не должно быть глубоких трещин.
Температура: Испытания проводят при положительной температуре бетона. При отрицательной — только если градуировочная зависимость построена для таких условий (при обследовании обычно отогревают участок или используют керны).
Геометрия конструкции: напрямую ограничения в нормативке не прописаны.
На каждом участке определяют положение арматуры, а затем ультразвуковым прибором проводят не менее двух измерений косвенного показателя. Прозвучивание проводят в двух взаимно перпендикулярных направлениях под углом примерно 45° к направлению арматуры, параллельно или перпендикулярно к ней. При прозвучивании в направлении, параллельном арматуре, линию прозвучивания располагают между арматурными стержнями (см. рисунок 1). Отклонение отдельных результатов измерений скорости или времени распространения ультразвука на каждом участке от среднего арифметического значения результатов измерений для данного участка не должно превышать 2%. На каждом участке необходимо произвести минимум 2 измерения. Результаты измерений, неудовлетворяющие этому условию, не учитывают при вычислении среднеарифметического значения скорости (времени) распространения ультразвука для данного участка.
Кратко: Нашли арматуру, подготовили поверхность, сделали 2 замера без пересечения арматуры.
Внимательнее рассмотрим условия, в которых применяется ОС.
Выбор анкера
Для испытания сборных железобетонных конструкций чаще всего используют анкер диаметром 24 мм и длиной рабочей части 48 мм. Этот анкер имеет самый большой диапазон применимости. На что это влияет? На коэффициенты уравнения градуировочной зависимости для перевода значений усилия вырыва анкера в прочность бетона на сжатие. Не буду затрагивать эту тему, рассмотрю только порядок действия и методику полевых работ.
Согласно ГОСТ 22690-2015
7.6.1 При испытании методом отрыва со скалыванием участки должны располагаться в зоне наименьших напряжений, вызываемых эксплуатационной нагрузкой или усилием обжатия предварительно напряженной арматуры.
Выбор места
Расстояния от края конструкции не менее 150 мм. Испытания нужно проводить между стержнями арматурной сетки. В результате испытание арматура не должна быть оголена, иначе испытания бракуется.
Подготовка места
В месте испытания (ОС) ранее должно быть проведено испытание неразрушающим методом. В месте испытания не должно быть дефектов и повреждений конструкции
Бурение
Шпур должен проходить строго перпендикулярно поверхности конструкции. Диаметр отверстия для анкера диаметром 24 мм не должен быть больше, чем на 1 мм. Глубина отверстия должна быть на 25% больше длины анкера. Для анкера с рабочим телом 48 мм глубина отверстия 60 мм.
Установка анкера
При наличии на щёчках анкера выступов, необходимо специальным резцом сделать канавку внутри отверстия для лучшего зацепа анкера с бетоном и уменьшения проскальзывания. Перед установкой анкера отверстия нужно обеспылить (продуть). Тело анкера должно быть чистым от пыли и грязи предыдущего испытания. Это необходимо для более легкого "раскливания" анкера внутри отверстия, что также уменьшит проскальзывание. Подготовленный анкер вставляют в отверстие до касания упорной шайбой поверхности конструкции. Надеваем гайку и даем предварительное натяжение гаечным ключом. Натяжение нужно сделать максимально возможное руками. Предварительное расклинивание (натяжение) обеспечивает качественный результат и снижает вероятность брака (проскальзывания)
**Закрепление оборудования**
Оборудование крепим на анкер и ещё до начала испытания даем значительное натяжение на прижимную гайку.
**Проведение испытаний**
Равномерно вращаем ручку прибора до получения результата.
Отбраковка
Согласно ГОСТ 22690-2015 п. 7.6.5
Не круглый отрыв (сильно овальный или частичный / неполный), оголилась арматура при испытаниях, анкер проскользнул более чем на 10% (для анкера с рабочим телом 48 мм это 4,8 мм) - результат бракуем. Совсем не учитываем.
Фото отбракованных результатов
6) Фиксация данных
Результаты испытаний можно фиксировать сразу в гуглтаблицу. Необходимо фиксировать место и результат. Дополнительно делать фото показателей прибора и фото результата вырыва. Чтобы потом приложить данные к отчету при необходимости или в дальнейшем сохранить результат для доказательной базы.
7) Камеральные работы
Составление таблицы и анализ данных рассматривать не буду. Вся методика описана в нормативной документации. Т.к. основная цель - описать происходящее при полевых работах.
Здесь необходимо получить все результаты изначально определенные целями проведения лабораторных испытаний.
8) Выводы по результатам проведенных испытаний
Какие могут быть выводы по результатам
Принципиально выводы можно разделить на 4 варианта:
Соответствует (если есть с чем сравнить)
Не соответствует (если есть с чем сравнить)
Факт определен сравнить не с чем
Факт определить в полном объеме невозможно.
Если первые три варианта понятны, то четвертый вариант - это ситуация в которой разброс значений слишком большой, а конструкция небольшая. Можно определить среднее значение прочности бетона, но класс бетона определить нельзя, потому что недостаточное количество участков.
Как пример - это монолитный плитный фундамент мелкого заложения под ИЖС, который залили с нарушениями. Результатом испытаний такой конструкции будет таблица результатов, коэффициент вариации которой будет сильно больше 15%.
Итог: Коэффициент вариации слишком большой, нормировать данные по прочности невозможно, конструкции не соответствуют нормам.
9) Проблемы определения прочности бетона при отрицательных температурах
Эту часть проблемы определения прочности в данной статье не рассматриваю, но если кратко - это тема отдельного разговора.
Допускается проведение испытаний при отрицательной температуре бетона, но не ниже минус 10°С
Градуировочная зависимость должна быть установлена или привязана с учётом требований п. 6.2.4 ГОСТ 22690-2015.
Согласно этому пункту ГОСТ 22690-2015 , нужно сначала на холодном бетоне провести испытания косвенным методом, потом отогреть место до положительной температуры с помощью инфракрасных ламп и провести испытания прямым неразрушающим методом.
Более подробно о проблеме и методах её решения
Добшиц Л.М., Белов А.В. «Особенности испытаний бетона в зимнее время» (2019)
10) Итоги
Каждый из описанных выше пунктов требует более детального рассмотрения. Но основная задача - связать в единую схему несколько элементов обследования: обмерные работы, визуальное и инструментальное обследование. Определение прочности бетонных конструкций - самостоятельная глубокая тема, которую нужно изучать инженеру по обследованию зданий. Грамотных людей не так много.
Сетка https://set.ki/mCh5f3i
Telegram — https://t.me/Zhuchenko_D_OZiS








































