CC BY
15
УДК 614.8
Учет влияния армирования при оценке прочности железобетонных конструкций методом ультразвукового неразрушающего контроля
ISSN 1996-8493
© Технологии гражданской безопасности, 2020
Г.М. Нигметов, А.Н. Ротару, А.М. Савинов, Т.Г. Нигметов
Аннотация
Метод ультразвукового неразрушающего контроля не нашел широкого применения для оценки прочности железобетонных конструкций, хотя значительно облегчает и ускоряет диагностику сооружений, особенно в условиях чрезвычайных ситуаций. Во многом сдерживает применение метода отсутствие надежных градуи-ровочных зависимостей между скоростью прохождения ультразвука в железобетоне и прочностью с учетом влияния факторов армирования, влажности и возраста бетона.
Ключевые слова: ультразвуковой метод неразрушающего контроля железобетона; прочность железобетона; защитный слой арматуры; влияние армирования на скорость прохождения ультразвука и прочность железобетона.
Reinforcement Influence Accounting in Assessing the Strength of Reinforced Concrete Structures by Ultrasonic Nondestructive Testing Method
ISSN 1996-8493
© Civil Security Technology, 2020
G. Nigmetov, A. Rotaru, A. Savinov, T. Nigmetov
Abstract
The method of ultrasonic non-destructive testing has not been widely used to assess the strength of reinforced concrete structures, although it significantly facilitates and speeds up the diagnosis of structures, especially in emergency situations. The lack of reliable calibration dependencies between the speed of ultrasound passage in reinforced concrete and strength, taking into account the influence of reinforcement factors, humidity and age of concrete, largely constrains the use of the method.
Key words: ultrasonic method of non-destructive testing of reinforced concrete; strength of reinforced concrete; protective layer of reinforcement; influence of reinforcement on the speed of ultrasound and strength of reinforced concrete.
29.07.2020
1. Применение метода ультразвукового контроля строительных конструкций
Метод ультразвукового контроля широко применяется для оценки сплошности материалов, скрытых дефектов, сварных швов при контроле оборудования и конструкций в промышленности и строительстве.
Однако при оценке прочности железобетонных конструкций ультразвуковой метод не нашел такого
широкого применения, как при контроле металлических конструкций. В отличие от склерометрии и метода откола со скалыванием метод неразрушающего ультразвукового контроля для железобетонных конструкций не получил статуса обязательного, хотя очень удобен для применения, особенно в условиях чрезвычайных ситуаций. Трудность применения метода для оценки прочности железобетона заключается в отсутствии надежных зависимостей, связывающих скорость прохождения ультразвукового импульса от излучателя к приемнику с прочностью среды. Необходимо иметь
зависимости, связывающие скорость прохождения ультразвука и прочность в железобетонных конструкциях, с учетом различного армирования, состава, влажности и возраста [2, 3, 4].
В градуировочных зависимостях устанавливается связь между скоростью прохождения ультразвука и прочностью железобетонных конструкций в графическом или аналитическом виде.
Градуировочную зависимость получают по результатам ультразвуковых измерений скорости прохождения ультразвука в бетонных образцах кубов и последующих механических испытаний этих образцов на прочность [1]. Бетонные образцы кубов изготовливают по ГОСТ 10180 в разные смены, в течение не менее 3 суток из бетона того же состава и по тем же технологии, режиме твердения, что и в конструкции, подлежащей контролю. Получение градуировочных зависимостей — достаточно трудоемкий процесс и как правило это выполняется при заливке железобетонных конструкций. Градуировочные зависимости устанавливают отдельно по каждому виду нормируемой прочности, для чего используют не менее 15 серий образцов кубов. Для естественного твердения образцы испытывают не менее, чем в трех возрастах (выбранных из ряда 3, 7, 14, 28, 60, 90, 180, 365 сут.), один из которых является проектным. Число серий в каждом возрасте не менее четырех. Время распространения ультразвука в образцах при установлении градуировочной зависимости «скорость-прочность» измеряется способом сквозного прозвучивания. Скорость ультразвука V в метрах в секунду вычисляется по формуле:
V = (//t)-103, (1)
где:
t — время распространения ультразвука, мкс;
l—расстояние между центрами установки преобразователей (база прозвучивания), мм. База прозвучивания должна быть не менее 100 мм. Для мелкозернистых бетонов и бетона на ранних стадиях твердения (V < 2000 м/с) допускается 70 мм.
Для измерения времени распространения ультразвука в железобетонных конструкциях используются приборы: УК 1401, Пульсар, Оникс и др.
В практике специалистов ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) наибольшее применение нашел прибор УК 1401М как наиболее простой и удобный в обращении. С его помощью по скорости прохождения ультразвука определяются прочность бетона и целостность материалов и конструкций. Для ультразвукового прибора УК 1401 предлагается применять градуировочную зависимость (рис. 1), связывающую скорость прохождения ультразвука с прочностью бетона.
Аналитически зависимость, связывающая прочность бетона со скоростью прохождения ультразвука, для прибора УК1401 выглядит следующим образом [1, 5]:
R = 0,016 х V - 27,3, (2)
где:
R — прочность бетона в МПа;
V— скорость в м/с ультразвукового импульса в бетоне.
^ чэ о ъ ^
2000Г 2500 • ЗООО • 3500 • 4000 • 4500 •
•w
^ L
Рис. 1. Градуировочная зависимость, связывающая скорость прохождения ультразвука с прочностью бетона для прибора УК1401М
2. Оценка влияния армирования на скорость прохождения ультразвука
Было замечено, что при ультразвуковом измерении прочности бетона при попадании ультразвуковой волны в арматуру скорость прохождения ультразвука будет увеличиваться, что приводит к завышению прочности бетона. Для экспериментальной оценки области влияния арматуры на скорость прохождения ультразвука использовались специально отлитые балки № 1, № 2 и № 3 (рис. 2, 3, 4) с разной глубиной залегания арматуры.
Рис. 2. Балка № 1, толщина защитного слоя — 18 мм
Рис. 3. Балка № 2, толщина защитного слоя — 14 мм
Рис. 4. Балка № 3, толщина защитного слоя — 20 мм
Целью поведения эксперимента была проверка влияния толщины защитного слоя на результаты ультразвуковых измерений. Измерения проводились на различных гранях балок с шагом перемещения ультразвукового прибора УК1401 равным 5 мм. При этом толщина защитного слоя составляла 14, 18, 20 и 72 мм. Результаты измерений представлены ниже в табл. 1:
Таблица 1
Измерения скорости прохождения ультразвуковой волны в балках при различной толщине защитного слоя арматуры
Расстояние от начала балки 14 мм 18 мм 20 мм
5 1950 1550 1500
10 2070 1560 1480
15 1970 1530 1470
2 2160 1630 1470
25 2250 1730 1470
30 2240 1800 1500
35 2150 2070 1570
40 1990 1600
45 2120 1950
Исходя из табл. 1 и графиков (рис. 5-8), построенных на основании полученных данных, было установлено, что прибор чувствует арматуру при толщине защитного слоя 14, 18, 20 мм.
Таблица 2
Измерение скорости прохождения ультразвуковой волны на ж/б волне
Номер точки Скорость прохождения волны
0 3450
1 3563
2 3670
3 3780
4 3811
5 3783
6 3760
7 3773
8 3683
9 3730
10 3717
11 3707
12 3803
13 3753
14 3713
15 3703
16 3763
17 3843
18 3917
19 4030
20 3957
21 3967
22 3983
23 4030
24 3960
25 4117
26 4007
27 4153
28 4367
29 4333
30 4243
31 4197
32 4210
Номер точки Скорость прохождения волны
33 4150
34 4177
35 4163
36 4353
37 4543
38 4637
Рис. 5. График распределения скорости прохождения ультразвуковой волны при толщине защитного слоя 14 мм (красной вертикальной линией показывается место нахождения арматуры)
Рис. 6. График распределения скорости прохождения ультразвуковой волны при толщине защитного слоя 18 мм
Рис. 7. График распределения скорости прохождения ультразвуковой волны при толщине защитного слоя 20 мм
ЛЯПА
/
/
5800
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Рис. 8. График распределения скорости прохождения ультразвуковой волны на ж/б колонне
Для определения места нахождения арматуры и ее защитного слоя применяются приборы типа металло-искателей (рис. 9) и прибор «Бетоноскоп» (рис. 10), который показывает не только место нахождения арматуры, но и глубину ее залегания.
Рис. 9. Поиск арматуры металлодетектором
жений // Технологии гражданской безопасности. 2018, Т. 15. № 2(56). С. 26-29.
3. Нигметов Г. М., Акатьев В. А., Савинов А. М., Нигметов Т. Г. Оценка сейсмостойкости зданий динамико-геофизическим методом с учетом особенности взаимодействия сейсмической волны с системой «грунт-сооружение» // Строительная механика и расчет сооружений. 2018. Вып. 1. С. 24-30.
4. Акатьев В. А., Нигметов Г. М., Нигметов Т. Г. Влияние степени армирования железобетонной балки на амплитудно-частотные характеристики // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 3. С. 10-14.
5. Майер В. В., Вараксина Е. И. Звук и ультразвук в учебных исследованиях. Долгопрудный: Из-во «Интеллект», 2012.
Сведения об авторах
Нигметов Геннадий Максимович: к. т. н, доц., ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), в. н. с. науч.-исслед. центра. 121352, Москва, Давыдковская ул., 7. е-таИ: tagirmaks@mail.ru SPIN-код — 8578-2778.
Рис. 10. Измерение прибором «Бетоноскоп» армирования колонны
Выводы
Таким образом, результаты экспериментальных исследований показали, что как на модельных, так и на реальных железобетонных конструкциях при измерении скорости прохождения ультразвукового импульса в районе арматуры при защитном слое до 20 мм скорость прохождения ультразвука увеличивается в среднем в 1,3 раза. Необходимо продолжить экспериментальные исследования для определения минимального защитного слоя армирования, при котором не будет сказываться влияние арматуры на прохождение ультразвуковой волны.
Литература
1. УК1401. Ультразвуковой тестер для контроля бетона: Справочное руководство. Акустические Контрольные Системы.
2. Нигметов Г. М., Рыбаков А. В., Савинов А. М., Нигметов Т. Г. Современные подходы к оценке опасности обрушения соору-
Ротару Алена Николаевна: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), н.с. науч.-исслед. центра 121352, Москва, Давыдковская, 7. e-mail: alenarotaru@mail.ru
Савинов Андрей Максимович: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ),
н. с. науч.-исслед. центра.
121352, Москва, Давыдковская ул., 7.
e-mail: allarnatar@gmail.com
SPIN-код — 3843-4637.
Нигметов Темир Геннадьевич: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), м. н. с. науч.-исслед. центра. 121352, Москва, Давыдковская ул., 7. e-mail: t.nigmetov@yandex.ru
Information about the authors
Nigmetov, Gennady M.: Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies, Leading Researcher of research center. 7, Davydkovskaya str., Moscow, 121352, Russia. e-mail: tagirmaks@mail.ru SPIN-scientific — 8578-2778.
Rotaru Aliona N.: All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies, Researcher of the Research Center. 7, Davydkovskaya str., Moscow, 121352, Russia. e-mail: alenarotaru@mail.ru
Savinov, Andrey M.: All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies, Researcher of the Research Center.
7, Davydkovskaya str., Moscow, 121352, Russia. e-mail: allarnatar@gmail.com SPIN-code — 3843-4637.
Nigmetov, Temir G.: All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies, Junior Researcher of the Research Center.
7, Davydkovskaya str., Moscow, 121352, Russia. e-mail: t.nigmetov@yandex.ru
