Дефектоскопия железобетонных конструкций

УЗ эхо-метод контроля позаимствован из радиолокации, типичным представителем которой является прибор радиолокационного подповерхностного зондирования, в общепринятой терминологии - георадар. Работа георадара основана на использовании классических принципов радиолокации. Передающей антенной прибора излучаются сверхкороткие электромагнитные импульсы (единицы и доли наносекунды), имеющие 1,0-1,5 периода квазигармонического сигнала и достаточно широкий спектр излучения. Центральная частота сигнала определяется типом антенны.

Выбор длительности импульса определяется необходимой глубиной зондирования и разрешающей способностью прибора. Для формирования зондирующих импульсов используется возбуждение широкополосной передающей антенны перепадом напряжения (ударный метод возбуждения).

Излучаемый в исследуемую среду импульс отражается от находящихся в ней предметов или неоднородностей среды, имеющих отличную от среды диэлектрическую проницаемость или проводимость, принимается приемной антенной, усиливается в широкополосном усилителе, преобразуется в цифровой вид при помощи аналого-цифрового преобразователя и запоминается для последующей обработки. После обработки полученная информация отображается на дисплее компьютера в виде так называемых радарограмм. Радарограмма состоит из набора георадарных трасс, которая представляет собой запись радиоволны излученной антенной и принятой приемником излучения. Одна трасса представляет собой синусоиду с различной амплитудой и длиной периода. Амплитуда и длина периода волны зависят от диэлектрической проницаемости среды, через которые они проходят. В нашем случае такой средой является бетон.

Радарограмма, так же как и УЗ томограмма, представляется на экране компьютера или прибора в виде областей, где различными уровнями яркости или разными цветами представлены области имеющие различную диэлектрическую проницаемость. Но, поскольку, бетон является однородной средой, то эти участки будут являться либо арматурными стержнями, закладными, либо дефектами.

Отличить арматуру от дефектных участков на радарограмме можно по регулярному шагу арматуры. В сомнительных случаях можно воспользоваться прибором ИПА или ПОИСК. Наибольшее распространение в России имеют георадары серии ОКО. Для контроля сооружений из бетона используются два типа георадарных антенн: с центральной частотой 1700МГц - АБ-1700, и частотой 1200МГц - АБ-1200.

Основан на взаимодействии магнитного или электромагнитного поля прибора со стальной арматурой железобетонной конструкции. Этот метод позволяет определить величину защитного слоя, выявить расположение верхнего ряда стержневой арматуры и закладных, а также если необходимо примерно выявить диаметр арматуры. Выполняется в соответствии с ГОСТ 22904-93.

Использование данного метода позволяет более точно оценить соответствие исполнения железобетонных конструкций проектным решениям в части соответствия диаметра и положения арматуры в конструкции. Выполнить разметку конструкции для испытания бетона на прочность методами отрыва, скалывания ребра, ультразвукового метода или при выбуривании кернов. Оценить взаимное расположение арматуры и трещин, выходящих на поверхность железобетонной конструкции.

Основным недостатком этого метода является невозможность проведения контроля через арматурную сетку, связанную небольшим шагом, воздействие на показания прибора сильного электромагнитного поля, создать которое могут силовые трансформаторы, антенные и другие устройства, расположенные поблизости с участком проведения работ.

Наиболее распространенные приборы в России, реализующие данный метод, измерители защитного слоя, диаметра и положения арматуры: ИПА-МГ4, ПОИСК-2.5, ИЗС-10Н.

Основан на свойстве УЗК волн по-разному отражаться от объектов различных плотностей. В настоящее время применяют три способа УЗК диагностики защитного слоя: сквозное и поверхностное прозвучивание и эхо-метод. Их использование в дефектоскопии защитного слоя аналогично их применению для измерения прочности конструкции. Отличие состоит в том, что по регистрируемым изменениям в скорости прохождения УЗК волн делается заключение о наличии приповерхностных либо внутренних дефектов конструкции. Приборы, используемые для этих методов те же, что и для определения прочности бетона. В этом случае необходимо комплектовать прибор выносными датчиками.

Однако огромное количество железобетонных объектов НК имеют доступ только с одной стороны: оболочки туннелей, трубы, защитные оболочки реакторов, взлетно-посадочные полосы, гидротехнические сооружения и др., и не всегда есть возможность протянуть длинный провод на другую сторону объекта контроля, к тому же потеря сигнала может значительно ухудшить точность измерений.

Эхо-метод значительно информативнее и требует лишь одностороннего доступа к обследуемой конструкции. При этом результаты исследования представляются в виде томограммы внутренней структуры объекта контроля, где различными уровнями яркости или цветом отмечены области, отражающие УЗ волны, то есть вероятные дефекты конструкции.

УЗ томограф А1220 - единственный серийно выпускаемый в России прибор, реализующий эхо-метод контроля.
Конструктивно прибор состоит из электронного блока и антенного устройства с решеткой из 24 (4х6) УЗ преобразователей. Подпружиненный подвес преобразователей решетки позволяет вести контроль объектов с шероховатостью поверхности бетона до 8 мм между впадинами и выступами.

К прибору можно подключать выносные УЗ преобразователи для контроля прочности и дефектоскопии методами поверхностного и сквозного прозвучивания.

Часто для определения глубины трещин, выходящих на поверхность используют щупы. Для определения ширины раскрытия трещин обычно применяются специальные оптические микроскопы с 20-30 - кратным увеличением.

После того, как в бетоне на глубине залегания арматурных стержней созданы благоприятные условия для возникновения и развития процессов коррозии, в течение определенного периода времени происходит скрытая коррозия арматуры - без внешних признаков на поверхности. Это начало первой фазы коррозии. Дать качественную оценку состояния арматуры на этом этапе, кроме способа прямого вскрытия, позволяет метод измерения поля электрохимического потенциала арматуры в бетоне.

Коррозия стали в бетоне представляет собой электрохимический процесс, при котором возникает эффект гальванического элемента. При этом возникающий внутри конструкции электрический ток можно померить на поверхности бетона. Поле потенциала может быть измерено при помощи электрода, известного как микрогальваническая пара. Проведя измерения по всей поверхности, можно определить участки, где протекает коррозия арматуры и где она отсутствует.

Исследования производятся с помощью специального прибора модели CANIN фирмы Proceq (Швейцария). Результаты измерений могут быть представлены в виде карт с изолиниями равных напряжений. Российского стандарта на применение указанного метода пока нет. Используется стандарт США.

По мере развития коррозии начинается трещинообразование защитного слоя вдоль арматурных стержней, который может сопровождаться появлением на поверхности ржавых потеков. По величине раскрытия коррозионных трещин косвенно можно судить о степени коррозии арматуры. Отличить трещину коррозионного характера от иных видов трещин возможно при помощи индикатора металла или измерителя защитного слоя.

Во второй фазе коррозии трещинообразование усиливается и под действием давления увеличивающихся продуктов коррозии происходит отслоение защитного слоя, отколы и обнажение арматуры. Разрушение арматуры в бетоне может иметь характер язвенного поражения ее отдельных участков, либо равномерного уменьшения сечения по всей поверхности.

В общем, методику дефектоскопии бетонных сооружений можно свести к следующему. В массиве результатов измерений прочности бетона выделяются бездефектные участки с относительно стабильной прочностью. Значение показателя прочности этих участков будет являться определяющей для оценки фактической прочности бетона конструкции. Далее отдельно рассматриваются участки со снижением условной расчетной прочности на 20-30% и уже на них особо выделяют участки со снижением прочности в 2 и более раза. На этих участках проводят обязательную дефектоскопию с целью установления границ дефектной зоны и определения круга возможных причин для возникновения дефекта.