ВОЗМОЖНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЭХОМЕТОДА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С МНОГОРЯДНЫМ АРМИРОВАНИЕМ

ВОЗМОЖНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЭХОМЕТОДА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПАРАМЕТРОВ АРМИРОВАНИЯ МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С МНОГОРЯДНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ АРМАТУРЫ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛЕДОВАНИИ

Аннотация

В настоящей статье, рассмотрены возможности ультразвукового эхометода при определении параметров армирования железобетонных конструкций с многорядным расположением арматуры при обследования технического состояния с применением ультразвуковых низкочастотных томографов отечественного производства. Представлены параметры железобетонных конструкций, определяемые при обследовании технического состояния железобетонных конструкций. Описан способ определения отдельных фактических параметров монолитных железобетонных конструкций ультразвуковым эхометодом, представлены его возможности, границы применимости и ограничения.

Приводятся данные об особенностях применения ультразвуковых томографов при техническом обследовании готовых и возводимых монолитных железобетонных конструкций с многорядным армированием, анализируются перспективы использования ультразвуковых томографов для различных типов конструкций.

Ключевые слова: ультразвуковой эхометод; ультразвуковой томограф; железобетонные конструкции; обследование технического состояния, многорядное армирование.

POSSIBILITIES OF ULTRASONIC ECHO METHOD IN DETERMINING THE REINFORCEMENT PARAMETERS OF MONOLITHIC CONCRETE STRUCTURES WITH MULTILINEAR REINFORCEMENT DURING TECHNICAL EXAMINATION

Abstract

This article examines the capabilities of the ultrasonic pulse-echo method for determining reinforcement parameters in reinforced concrete structures with multi-row reinforcement during technical condition assessments using domestically produced low-frequency ultrasonic tomographs. The parameters of reinforced concrete structures that can be identified during such inspections are presented. The methodology for determining specific actual parameters of monolithic reinforced concrete structures by means of the ultrasonic echo method is described, along with its capabilities, scope of applicability, and limitations.

The paper provides data on the specific features of applying ultrasonic tomographs in the technical inspection of both completed and under-construction monolithic reinforced concrete structures with multi-row reinforcement. Prospects for the use of ultrasonic tomographs across various types of structures are also analyzed.

Key words: ultrasonic pulse echo; ultrasonic tomograph; reinforced concrete structures; technical inspection, multilinear reinforcement.

Введение

Железобетонные конструкции — это конструкции из бетона с рабочей и конструктивной стальной арматурой, в которых, расчётные усилия от всех воздействий воспринимаются бетоном и рабочей арматурой.

Железобетонные конструкции с многорядным армированием — это элементы, в которых арматура расположена в несколько рядов. Это может быть предусмотрено для уменьшения размеров конструкции или улучшения механических свойств элемента. Многорядное армирование учитывают при расчете на прочность, трещиностойкость и деформативность изгибаемых, внецентренно-сжатых и растянутых элементов. Армирование в несколько рядов встречается в таких типах железобетонных конструкций: массивные фундаментные плиты и плитные ростверки, стены и пилоны, балки.

Таким образом, определение и оценка фактических параметров системы армирования железобетонных конструкций, влияющих на восприятие эксплуатационных нагрузок и воздействий, а также, долговечность конструкций, является важной, часто встречающейся задачей, которая решается при техническом обследовании.

Определяемые при техническом обследовании фактические параметры железобетонных конструкций, являются исходными данными для выполнения поверочных расчетов и разработки проекта их восстановления или усиления, и очень важны для принятия обоснованных решений.

В настоящей статье, рассмотрены возможности ультразвукового эхометода, используемого для определения параметров армирования и геометрических параметров железобетонных конструкций с многорядным армированием. Методика реализована в ультразвуковых низкочастотных томографах, применение которых, отдельно или в сочетании с другими методами определения параметров армирования, эффективно при обследования технического состояния монолитных железобетонных конструкций с многорядным армированием.

Использование ультразвукового эхометода при обследовании технического состояния монолитных железобетонных конструкций с многорядным армированием

Обследование монолитных бетонных и железобетонных конструкций гражданских и промышленных зданий (сооружений) с целью оценки их технического состояния, выполняется в соответствии с ГОСТ 31 937-2024. Для этого, выполняются процедуры, схожие с теми, что применяются при производственном контроле готовых железобетонных конструкций, с той разницей, что при обследовании, часто отсутствует проектная, рабочая и исполнительная документация, значительно упрощающая решение задач обследования. Это создает необходимость, применять не один метод определения искомых фактических параметров обследуемой конструкции, а несколько, то есть, решать задачи комплексно.

При обследовании технического состояния монолитных железобетонных конструкций, в зависимости от задач обследования, могут определяться:

— фактические геометрические параметры конструкций;

— фактические физико-механические параметры материалов конструкций (арматурной стали, бетона);

— параметры визуально выявляемых дефектов (трещин, отколов, разрушений), качество лицевой поверхности монолитных конструкций;

— фактические параметры системы армирования (тип и количество слоев армирования, шаг арматуры в слое, толщина защитного слоя бетона и диаметры арматурных стержней.

В п. 5.3.1.10 ГОСТ 31 937-2024 перечислены методы определения параметров фактического армирования готовых железобетонных конструкций, применяемые при техническом обследовании:

 — выполнение контрольных вскрытий с обнажением арматуры для непосредственного определения параметров армирования ручным измерительным инструментом (штангенциркули, штангенглубиномеры, линейки, рулетки);

— магнитный по ГОСТ 22 904–2023 «Конструкции железобетонные. Магнитный метод определения толщины защитного слоя бетона и расположения арматуры»;

— радиационный по ГОСТ 17 625–83 «Конструкции и изделия железобетонные. Радиационный метод определения толщины защитного слоя бетона, размеров и расположения арматуры».

Кроме того, для определения системы армирования железобетонных конструкций, стандарт допускает применение геофизических (георадиолокационные) методов и ультразвукового метода.

В большинстве случаев, при определении параметров системы армирования элементов железобетонных конструкций гражданских, общественных и промышленных зданий, для решения задач обследования, технически и экономически оправдано и достаточно применения магнитного метода и выполнения контрольных вскрытий с обнажением арматуры для непосредственного определения параметров армирования ручным измерительным инструментом. 

Но, постоянное усложнение объемно-планировочных и конструктивных решений вновь возводимых проектируемых и строящихся зданий, заставляет усложнять систему армирования элементов железобетонного каркаса.

Для того, чтобы сечения элементов железобетонных конструкций могли воспринимать колоссальные усилия, возникающие при действии эксплуатационных нагрузок в современных зданиях, приходится постоянно увеличивать размеры сечения, физико-механические характеристики бетона и арматурной стали, и, часто, усложнять систему армирования, в том числе, располагая арматуру в несколько (два, три и более) рядов. Использование магнитного метода или метода прямых вскрытий в таких конструкциях будет неэффективно или невозможно.

Также, существующие методы определения параметров армирования железобетонных конструкций, оказываются ограниченно применимыми или неприменимыми, в случаях:

— глубокого расположения стержней арматурного каркаса (более 100 мм);

— плотного расположения стержней арматурного каркаса (менее 100 мм), в зонах перехлестки стержней;

— установки противооткольных сеток;

— необходимости определения параметров армирования конструкции при одностороннем доступе (в заглубленных, подземных сооружениях,

— необходимости определения параметров армирования конструкции при одностороннем доступе (в вертикальных конструкциях, расположенных по контуру плит перекрытий, высотных строений);

— использования несъемной опалубки;

— невозможности выполнения контрольных вскрытий защитного слоя бетона.

Ультразвуковой эхометод позволяет эффективно определять отдельные параметры армирования (количество рядов армирования, координаты центров и шаг арматурных стержней) второго, третьего и последующих рядов армирования, расположенных на различных глубинах в различных типах конструкций. Из ограничений ультразвукового эхометода, следует отметить невозможность определения диаметров элементов арматурного каркаса.

Ниже, в следующих примерах, представлены результаты обследования фрагментов обследования железобетонных конструкций с многорядным армированием. 

Пример 1. Использование ультразвукового эхометода при обследовании технического состояния фрагмента монолитной железобетонной стены с многорядным армированием

В примере рассмотрены результаты обследования фрагмента стены толщиной 1100 мм, выполненной из высокопрочного монолитного бетона. Бетон стен класса по прочности на сжатие В60, СУБ-самоуплотняющаяся бетонная смесь. 

Армирование стены выполнено пространственными армоблоками, собираемыми из плоских каркасов. Вертикальная арматура каркасов- Ø18A500. Горизонтальная арматура- Ø18A500, шаг 200 мм. По требованиям проектной документации, в бетоне конструкций не допускаются расслоения, пустоты и трещины. 

Целями обследования, являлось определение наличия скрытых дефектов внутренней структуры бетона (в том числе, полостей, участков недостаточно уплотненного и расслоившегося бетона, инородных включений), определение и оценка фактических параметров армирования стен (шаг стержней вертикальной и горизонтальной арматуры пространственных каркасов (армоблоков), толщина защитного слоя), определение толщины стен на участках с односторонним доступом. 

Выполнение контрольных вскрытий для данных конструкций не допускалось. Применение магнитного метода по ГОСТ 22 904-2023 позволяло получить значения толщины защитного слоя и шага стержней для первого ряда армирования. 

Использование низкочастотного ультразвукового томографа А1040MIRA (ACS), позволило получить данные о фактических параметрах армирования конструкции, в рядах, расположенных глубже.

По результатам анализа томограмм, можно сделать следующие выводы: 

— на B-сканах выявляются образы вертикальной арматуры плоских каркасов (7 рядов), шаг стержней в каркасе- 100 мм, шаг каркасов- 200 мм. Фактическое расстояние до центров стержней вертикальной арматуры 1-го ряда — 100 мм; 

— выявлены отдельные (ослабленные) образы фрагментов вертикальной арматуры 8-го ряда плоских каркасов; 

— не выявлены дефекты внутренней структуры бетона с линейными размерами более 16 мм; 

— фактическая толщина конструкций стен 1100 мм.

Пример 2. Использование ультразвукового эхометода при обследовании технического состояния фрагмента монолитной железобетонной балки с многорядным расположением каркасов поперечного армирования

В примере рассмотрены результаты обследования фрагмента консольной балки толщиной 600 мм, выполненной из монолитного бетона. Бетон балки класса по прочности на сжатие В40. Армирование балки выполнено пространственными армоблоками, собираемыми из плоских каркасов. Вертикальная арматура каркасов- Ø18A500. Горизонтальная арматура- Ø18A500, шаг 200 мм. 

По требованиям проектной документации, в бетоне конструкций не допускаются расслоения, пустоты и трещины. 

Целями обследования, являлось определение наличия скрытых дефектов внутренней структуры бетона (в том числе, полостей, участков недостаточно уплотненного и расслоившегося бетона, инородных включений), определение и оценка фактических параметров армирования стен (шаг стержней вертикальной и горизонтальной арматуры пространственных каркасов (армоблоков), толщина защитного слоя), определение толщины стен на участках с односторонним доступом. 

Выполнение контрольных вскрытий для данных конструкций не допускалось. Применение магнитного метода по ГОСТ 22 904-2023 позволяло получить значения толщины защитного слоя и шага стержней для первого ряда армирования. Использование низкочастотного ультразвукового томографа А1040MIRA (ACS), позволило получить данные о фактических параметрах армирования конструкции, в рядах, расположенных глубже.

По результатам анализа томограмм, можно сделать следующие выводы: 

—на В-сканах выявляются отдельные образы стержней продольного армирования (Поз.1); 

—на В-сканах выявляются образы хомутов (поз. АИ-1, огибающие стержни продольного армирования) расположенные с шагом около 120-200мм, величина защитного слоя около 26-38мм; 

—на В-сканах выявляются образы вертикальной арматуры плоского каркаса Кр1 поперечного армирования, расположенной в зоне обследования с шагом около 90-110мм; 

—на В-сканах выявляются отдельные образы вертикальной арматуры плоского каркаса Кр2 поперечного армирования, расположенной в зоне обследования с шагом около 80-120мм; 

—дефектов внутренней структуры бетона с линейными размерами более 20 мм в конструкции балки в зоне обследования не выявлено.