СПОСОБ КОНТРОЛЯ УКЛАДКИ БЕТОННОЙ СМЕСИ
METHOD TO MONITOR CONCRETE POURING

Изобретение относится к строительству, а именно к способам контроля качества укладки бетонной смеси по методу сквозного прозвучивания, и может быть использовано при операционном контроле качества выполнения строительно-монтажных работ при бетонировании бетонных и железобетонных конструкций в несъемной опалубке.
Из уровня техники известен способ контроля укладки бетонной смеси, основанный на измерении уровня поверхности укладываемого бетона с помощью поплавка (см. патент RU 2081299, кл. E21B 33/14, опубл. 10.06.1997). Однако предлагаемый способ не применим к железобетонным конструкциям, в которых дефекты бетонирования в основном связаны с ″зависанием″ бетона на стержнях поперечной арматуры и закладных деталях, т.к. анализ уровня поверхности бетонной смеси без одновременного измерения объема не может характеризовать качество укладки и степень уплотнения бетонной смеси в отдельных участках сооружения.
Также известен способ контроля укладки бетонной смеси, основанный на измерении массы укладываемого бетона, путем установки в нижнем основании бетонируемой конструкции весоизмерительного устройства (см. а.с. SU 779503, кл. E02D 1/08, опубл. 15.11.1980). Однако такой способ требует предварительной стационарной установки в бетонируемое сооружение значительного числа измерительных устройств, чтобы гарантировать необходимое качество укладки бетона по всей площади основания сооружения, которые невозможно извлечь после окончания бетонирования. Кроме того, он не позволяет локализовать положение дефектных зон по высоте сооружения.
Известны способы оценки степени уплотнения бетонной смеси по ее электропроводимости (см., например, а.с. SU 197249, кл. G01N 9/36, опубл. 01.01.1967 и а.с. SU 1278399, кл. E02D 1/08, опубл. 23.12.1986). Однако предлагаемые способы требуют предварительной стационарной установки в бетонируемое сооружение значительного числа первичных преобразователей (датчиков), чтобы гарантировать требуемое качество укладки бетона по всему объему сооружения и локализацию дефектных зон. При этом установленные преобразователи невозможно извлечь после окончания бетонирования для повторного их применения.
Известны способы оценки степени уплотнения бетонной смеси по степени поглощения ею гамма-излучений (см., например, а.с. SU 652805, кл. G01N 23/12, опубл. 05.12.1979 и а.с. SU 824753, кл. G01N 33/38, опубл. 30.04.1982). Однако такие способы требуют предварительной стационарной установки в бетонируемое сооружение значительного числа излучателей и приемников гамма-излучений, чтобы гарантировать требуемое качество укладки бетона по всему объему сооружения и локализацию дефектных зон, которые невозможно извлечь после окончания бетонирования, а при расположении датчиков на поверхности бетона ограничивается контролируемая толщина укладываемого слоя. Кроме того, наличие арматуры в железобетонных конструкциях вносит существенную погрешность в результаты измерения.
Из уровня техники также известен ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-87 ″Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности″, регламентирующий контроль прочности бетона в железобетонных конструкциях. Недостатком этого метода является то, что он распространяется не на контроль укладки бетона, а на контроль его прочности в процессе твердения и регламентирует только требования к установке ультразвуковых преобразователей на бортоснастку. Кроме того, указанный метод требует установки значительного числа ультразвуковых преобразователей, чтобы гарантировать необходимое качество укладки бетона по всему объему сооружения.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ контроля укладки бетонной смеси, включающий использование несъемной опалубки и выявление наличия дефектов укладки на основе регистрации скорости распространения ультразвукового импульса (см. патент RU 2367742, кл. G01N 3/32, опубл. 20.09.2009). В известном способе базовым является сейсмоакустический метод, при реализации которого используются механические колебания невысокой частоты, что накладывает значительные ограничения на минимальный размер выявляемых неоднородностей укладки. Ультразвуковой метод, позволяющий обнаружить более мелкие дефекты, используется только как дополнительный, полный контроль конструкции ультразвуком не проводится. Основным недостатком указанного способа является то, что контроль качества укладки проводят в отвержденной бетонной смеси, что значительно усложняет процесс устранения выявленных дефектов. Кроме того, для его реализации необходимо использовать специализированные приборы, что приводит к усложнению и увеличению времени проведения подготовительных работ. При этом одной из основных причин дефектов бетонирования (непробетонированные зоны, каверны, раковины) является зависание бетонной смеси на арматуре и опалубке. При этом в случае использования несъемной опалубки при реализации известного способа некоторые дефекты бетонирования не могут быть обнаружены ни в процессе бетонирования, ни после затвердевания бетона.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении процедуры контроля укладки бетонной смеси и обеспечении возможности оперативного устранения выявленных дефектов непосредственно в процессе бетонирования. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что способ контроля укладки бетонной смеси включает использование несъемной опалубки и выявление наличия дефектов укладки на основе регистрации скорости распространения ультразвукового импульса, причем в качестве несъемной опалубки используют опалубку из фибробетона, а наличие дефектов укладки выявляют в неотвержденной бетонной смеси путем измерения разности скоростей распространения ультразвукового импульса при сквозном прозвучивании до укладки бетонной смеси в опалубку и после укладки, но до начала отвержения бетонной смеси, при этом используют ультразвуковой импульс частотой 20-100 кГц. Для повышения качества контроля сквозное прозвучивание предпочтительно проводят по нескольким различным трассам. При этом для определения характеристик выявленных дефектов измеряют и сравнивают скорости ультразвукового импульса в бетонной смеси и на эталонном участке с известным качеством укладки, а для определения кинетики набора прочности измеряют скорость распространения ультразвукового импульса в процессе твердения бетонной смеси.
Предлагаемый способ контроля качества укладки заключается в проведении сквозного прозвучивания бетонной смеси до начала ее отверждения с помощью стандартизированной аппаратуры ультразвукового контроля по ГОСТ 17624-87 ″Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности″. Схема сквозного прозвучивания была выбрана исходя из простоты и удобства ее использования в полевых условиях.
Для получения информативного сигнала необходимо, чтобы акустические характеристики (в частности, скорость распространения ультразвукового импульса) опалубки были сравнимы с акустическими характеристиками бетонной смеси. В противном случае сигнал будет сильно искажен и не позволит идентифицировать наличие, а тем более геометрию дефектов. Например, в случае использования обычной железобетонной опалубки ультразвуковой сигнал сильно искажается, поскольку переход ультразвуковых колебаний из одной среды (опалубка, свежеуложенная бетонная смесь) в другую (арматура) значительно уменьшают среднюю скорость ультразвука, что делает невозможным осуществление сквозного контроля. Для изготовления опалубки с требуемыми свойствами предлагается использовать фибробетон, в качестве армирующего материала в котором могут быть использованы:
- нити (или жгуты) из полипропилена, полиэтилена, нейлона, акрила, полиэфира диаметром 0,003-0,01 мм или узкие полоски пленки диаметром 0,02-0,67 мм и длиной от 5 до 25 мм;
- волокна базальта диаметром 0,008-0,013 мм, получаемые путем вытяжки через фильеры расплава базальта, габбро-долерита, диабаза, порфирита;
- углеродные волокна, получаемые посредством вытяжки через фильеры расплава нефтяных и каменноугольных пеков после их карбонизации и графитизации в вакууме или инертном газе;
- волокна асбеста (для получения асбестоцемента) диаметром 0,003 мм и длиной 1,2-2 мм;
- нити или жгуты из специального щелочестойкого стекла диаметром 0,003-0,01 мм;
- стальная проволока, полоски или стружка из стали СтО вкп, Ст10, Ст20, Ст30 диаметром 0,2-1,6 мм длиной от 15 до 60 мм.
Благодаря небольшим линейным размером таких армирующих материалов, их наличие практически не влияет на скорость распространения ультразвукового импульса, при этом прочность получаемой опалубки даже выше, чем у традиционных конструкций.
После установки фибробетонной опалубки в проектное положение подготавливают аппаратуру ультразвукового контроля. С противоположенных сторон полученной конструкции размещают источник и приемник ультразвуковых импульсов (пьезоэлектрические либо магнитострикционные), и подключают их к системе регистрации. Для обеспечения оперативности выполнения контроля ультразвуковые преобразователи могут иметь концентраторы, исключающие необходимость в применение контактной акустической смазки. Связь между ультразвуковыми преобразователями и системой регистрации может быть беспроводной. Для реализации предлагаемого способа используют ультразвуковые импульсы частотой 20-100 кГц, которая является нормативной частотой работы стандартной аппаратуры для ультразвукового контроля бетонных конструкций и обеспечивает возможность эффективного сквозного прозвучивания фибробетонной опалубки. После установки аппаратуры измеряют скорость распространения ультразвукового импульса в пустой опалубке.
По завершении подготовительных работ в опалубку подают бетонную смесь. До начала отверждения проводят сквозное прозвучивание по основным трассам. О наличии и локализации дефектов (каверн и участков с недоуплотненной бетонной смесью) судят по разности скоростей распространения ультразвукового импульса до и после укладки бетонной смеси в опалубку. Для определения характеристик (в частности, геометрии, точного месторасположения и т.д.) выявленных дефектов проводят прозвучивание по дополнительным трассам, при этом измеряют и сравнивают скорости ультразвукового импульса в бетонной смеси и на эталонном участке с известным качеством укладки. Обработку полученных сигналов производят с помощью специализированного программного обеспечения.
Выявленные дефекты укладки устраняют путем локального вибрационного воздействия, с помощью глубинного вибратора, путем механических воздействий ударного типа, штыкования или любым другим известным способом до начала отверждения бетонной смеси.
В случае необходимости определения кинетики набора прочности продолжают измерять скорость распространения ультразвукового импульса в процессе твердения бетонной смеси.
Предлагаемый способ позволяет значительно упростить процедуру контроля укладки бетонной смеси, поскольку практически не требует подготовительных работ (в частности, предварительной установки и постоянной фиксации ультразвуковых преобразователей в заданных точках) и позволяет осуществлять многоразовое использование стандартной аппаратуры. При этом за счет обеспечения возможности оперативного устранения выявленных дефектов непосредственно в процессе бетонирования значительно увеличивается качество получаемых конструкций при сокращении время- и трудозатрат на их возведение. Реализация изобретения позволяет предотвратить потерю несущей способности и эксплуатационных характеристик железобетонных конструкций в случае наличия невыявленных дефектов бетонирования и снизить на 5-10% общие затраты на бетонные работы.
Пример.
Для проверки применимости предлагаемого способа был изготовлен тестовый участок, представляющий собой прямоугольный армоопалубочный блок, состоящий из арматурного каркаса с жестко прикрепленной к нему с двух сторон несъемной опалубкой, представляющей листы толщиной 30 мм, высотой 2 м и длиной 3м. Опалубка была изготовлена на основе самоуплотняющегся мелкозернистого бетона, армированного стальными волокнами диаметром 0,3 мм и длиной от 15 мм с армированием по объему 3%.
До укладки бетонной смеси в указанный армоопалубочный блок с несъемной сталефибробетонной опалубкой с противоположенных сторон полученной конструкции разместили пьезоэлектрические источник и приемник ультразвуковых импульсов с концентраторами, подключенные к системе регистрации Бетон-32, и проводили измерения скорости распространения ультразвуковых импульсов при сквозном прозвучивании на частотах 60 кГц. Рабочие трассы прозвучивания выбирали по координатной сетке с вертикальным и горизонтальным шагами 200 мм по всей поверхности армоопалубочного блока.
Затем в указанный армоопалубочный блок с несъемной сталефибробетонной опалубкой укладывали бетонную смесь класса В35 и проводили измерения скорости распространения ультразвуковых импульсов при сквозном прозвучивании, как указывалось выше по трассам, там где бетон уже был уложен и где он еще не был уложен. Полученные скорости прохождения ультразвукового импульса сравнивали со скоростью на эталонном участке. В случае резкого уменьшения скорости прохождения ультразвукового импульса регистрировался дефектный участок, определяли его координаты.
По полученной разности в скорости распространения ультразвука были выявлены следующие дефекты укладки:
- зависание бетона на арматурных каркасах;
- недоуплотнение бетонной смеси.
Указанные дефекты были устранены посредством дополнительного виброуплотнения.