Nevyhnutelným předpokladem důvěryhodného hodnocení existující stavby je prověření aktuálního stavu konstrukce a vlastností stavebních materiálů. K tomuto účelu se používají destruktivní a nedestruktivní zkušební metody. Často je účelná kombinace obou metod - té se využívá například v diagnostice podmínek vzniku koroze výztuže v betonu.
Armaturami nazýváme ve stavebním odvětví ocelové výztuže, které se vkládají do betonových směsí. Někdy se tomu přezdívá „betonářská ocel“ nebo „betonářská výztuž“. Vede nás k tomu jeden jediný podstatný důvod, a tím je zvýšení pevnosti a houževnatosti betonové konstrukce. Jde o to, že beton sám o sobě není schopen v zatěžovaných konstrukcích snést působení fyzikálních sil, má například velmi omezenou pevnost v tahu. Abychom předešli zborcení překladu, vloží se před betonáži do dolní části betonářská výztuž, která převezme tahová napětí tam, kde beton na tah nevyhovuje. Velmi důležité je ovšem zajistit, aby byla výztuž pevně ukotvena v betonové směsi a vytvářela zcela homogenní, soudržný celek. Proto se výztuže vyrábí s různými výstupky, žebrováním či prohlubněmi, kam betonová směs při procesu odlévání bez problémů pronikne, a vznikne tak soustava velmi drobných takzvaných zarážek. Armování betonu, jinými slovy vkládání ocelových výztuží do betonu, se musí provádět podle přesného postupu a harmonogramu, aby armovací výztuže správně plnily svou funkci.
Význam diagnostiky a nedestruktivních metod
Za účelem zachování řádného stavu budov, mostů, silnic a dalších staveb je nezbytná jejich pravidelná údržba a kontrola skutečného stavu. Diagnostika je soubor činností, které musíme vykonat, chceme-li zpřesnit a rozšířit informace získané z dokumentace a prohlídky stavby. Slouží k ověření vlastností materiálů, identifikaci, klasifikaci a kvantifikaci chyb a poruch. Důležité je nejen komplexně zmapovat poruchy, ale i předpovídat jejich vývoj v čase. Klíčovým prostředkem ke zjištění skrytých defektů jsou metody nedestruktivního testování.
Tyto metody pomáhají určit hledané vlastnosti bez rozsáhlejšího poškození stavebního materiálu nebo konstrukčního prvku. Jejich předností je, že umožňují několikeré měření na stejném místě, registraci změn v čase a statistické vyhodnocení. Zásadní nedostatek této metody spočívá ve skutečnosti, že se měří pomocná charakteristika, která je s požadovanou charakteristikou v určité závislosti. Moderní nedestruktivní metody založené na počítačové technologii výrazně zjednodušují vykonávání zkoušek. Při diagnostikování existujících konstrukcí se kladou na zkušební metody tyto požadavky: mají být přesné, rychlé, levné a minimálně poškozující nosnou konstrukci. Těmto nárokům nejlépe vyhovují moderní, počítači řízené přístroje nedestruktivních metod. Jejich aplikace umožňuje systematické a plošné vyšetřování vlastností stavebních materiálů. K jejich kalibraci postačuje obvykle jen několik míst s použitím destruktivní metody. Destruktivní metody se uplatňují, nevede-li použití nedestruktivních metod k požadovanému cíli nebo je-li žádoucí přesnější stanovení vyšetřovaných charakteristik.
Nedestruktivní metody detekce armatury
K diagnostikování polohy výztuže v betonu se používá metoda založená na principu měření změn velikosti magnetického toku způsobených přítomností feromagnetického materiálu v elektromagnetickém poli. Metodu lze hodnotit jako nenáročnou s rychlým získáním výsledků. S použitím kvalitních přístrojů a tloušťce krytí 40 mm je přesnost měření ±1 mm. Dosah přístroje je do hloubky přibližně 150 mm. Z hlediska vyhodnocení jsou kritická místa křížení nosných prvků a místa, kde vzdálenost výztuže je menší než tloušťka krytí.
Čtěte také: Zjistěte více o sanaci a nátěrech betonu
Elektromagnetické indikátory výztuže
Indikátory výztuže využívají metodu, která je založena na elektromagnetickém principu, tvorbě vířivých proudů a magnetických vlastnostech ocelové výztuže. Budící cívky přístroje vytvářejí kolem sondy elektromagnetické pole, které přes beton proniká ke kovové výztuži. Toto primární elektromagnetické pole je hledaným (kovovým) cílem deformováno a vytváří v něm vířivý proud, jež současně snímají přijímací cívky přístroje. U nových konstrukcí lze pomocí této metody ověřit, zda je výztuž na správném místě a zda bylo dodrženo předepsané krytí. Při diagnostice starších mostů slouží metoda ke stanovení rozteče výztuže v konstrukci a k vytipování vhodných míst pro odběr jádrových vývrtů tak, aby nedošlo k porušení výztuže a znehodnocení vývrtu. Elektromagnetické indikátory výztuže jsou při diagnostice betonových konstrukcí využívány již desítky let, postupně však dochází k jejich zdokonalování a zpřesňování. Základní hobby přístroje lze pořídit i za jednotky tisíc, nicméně tyto indikátory kromě samotné indikace výztuže už žádné další funkce nenabízí. O něco pokročilejší přístroje již umí pro předdefinovaný průměr výztuže odhadnout tloušťku krytí. Ty nejdokonalejší indikátory, jako jsou například Profometer PM-650 a Ferroscan PS 300, lze použít i pro zjištění průměru výztuže. Chyba měření by pak podle výrobců neměla činit více než jednu velikost výztuže, což u menších průměrů odpovídá 2 mm. Hilti PS 250 je skener, který vytváří elektromagnetické pole a zároveň vnímá kovové prvky - dráty betonářské výztuže, které toto magnetické pole naruší. Je schopen přibližně určit průměr výztuže a hloubku. Navíc pokud budeme uvažovat s hloubkou výztuže na nějaké očekávané hodnotě, lze přečíst průměr výztuže téměř přesně anebo při logickém (projektovaném) průměru výztuže - 8mm, 10mm, 12mm lze prokázat dodržení či nedodržení požadovaného krytí vnější výztuže s výbornou přesností - pod 5mm.
Georadar
V posledních letech se na trh dostávají nové moderní přístroje, které jsou mnohem více uživatelsky přívětivé než předchozí generace georadarů. Tyto kompaktní přístroje jsou určeny především pro jednoduchou a rychlou lokalizaci výztuže v betonu. Lze provádět jak liniové, tak i plošné skeny s automatickým vyhodnocením polohy výztuže. Ke zjednodušení měření se na povrch konstrukce lepí papírové šablony s vyznačeným rastrem pojezdů ve dvou na sebe kolmých směrech. Zjištěnou výztuž si lze následně prohlédnout i ve 3D zobrazení. Pokud nedosahuje hustota vyztužení příliš vysokých hodnot, lze lokalizovat i polohu druhé vrstvy výztuže či kabelových kanálků. Jako příklad lze uvést georadar GP8000 od švýcarské firmy Proceq, který je pomocí Wi-Fi propojený s tabletem iPad.
Georadary bývají vybaveny jednou či více vysílacími anténami. Anténa generuje impulzy a vysílá je do zkoumané konstrukce. Pokud se v prostředí pod povrchem nachází nějaká diskontinuita, dochází k částečnému odražení impulzu zpět k povrchu, kde je tento signál zachycen přijímací anténou. Diskontinuita může být rozhraní mezi dvěma vrstvami s různými dielektrickými vlastnostmi, dutina nebo delaminace. Výrobci georadarů nabízí přístroje s různými druhy antén pracujících na frekvencích od 10 MHz až po 10 GHz. S pomocí nízkofrekvenčních antén lze provádět měření do větších hloubek, ovšem s nižším rozlišením. Naopak vysokofrekvenční antény umožňují měřit ve vysokém rozlišení, ale s nižším hloubkovým dosahem. Při měření georadarem je důležitý pohyb anténou, během něhož anténa opakovaně vysílá signál do zkoumané konstrukce. Podle požadované přesnosti měření lze nastavit počet skenů na jednotku délky, v případě betonových konstrukcí je obvykle používána četnost 1-10 skenů/cm. Intenzita odražené vlny je zaznamenávána v diskrétních časových okamžicích. Výsledný záznam z měření se nazývá radargram. Osa x obvykle odpovídá vzdálenosti, osa y představuje čas průchodu elektromagnetického signálu prostředím. Pro lepší přehlednost se tento čas převádí na hloubku pomocí známé (nebo odhadnuté) rychlosti šíření signálu v materiálu. Hilti PS 1000 je uživatelsky velice příjemné provedení takzvaného georadaru neboli kombinovaného nekontaktního vysílače a přijímače vlnění. Jeho zabudovaný software pro uživatele již analyzuje rozdíl mezi vysílačem a přijímačem a předá tak signál ve velice srozumitelné podobě. Konstrukce a analýza přístroje odpovídá hlavnímu využití přístroje pro diagnostiku výztuže v železobetonu. V principu je schopen odhalit jakoukoli cizorodou překážku ve (skoro) homogenním prostředí. Ocel se svou hustotou a modulem pružnosti velice liší od betonu a tím je ocel dobře rozpoznatelná i když není vidět.
Ultrazvuk Pulse-Echo
Základem metody pulse-echo je vysílání mechanických impulzů do zkoumaného prvku. Na rozdíl od georadaru, je však nutný přímý kontakt mezi měřicí sondou a povrchem zkoumané konstrukce. UZ sondu je tedy nutné postupně k povrchu přikládat na rozdíl od georadaru, kterým se po konstrukci pohybuje. Metoda pulse-echo je určena především k lokalizaci vnitřních vad či rozhraní materiálů. Pulse-echo sonda vysílá prostřednictvím budiče impulsy do zkoumané konstrukce, narazí-li impuls při svém prostupu materiálem na hranici mezi dvěma prostředími s různou akustickou impedancí, dochází k jeho částečnému odrazu zpět. Na povrchu je pak odražený impuls zaznamenán prostřednictvím snímače. Z naměřeného času průchodu signálu a rychlosti šíření impulzu v materiálu stanovené při kalibračním měření lze určit hloubky vnitřních rozhraní. Akustické vlny mohou, na rozdíl od elektromagnetických, prostupovat kovem. Měřicí zařízení se skládá z tabletu a z osmikanálové sondy. Při měření vždy jeden kanál vysílá impulzy, zatímco ostatní kanály slouží jako přijímače. Takto se postupně během chvíle vystřídají všechny kanály. Výsledkem je krátký liniový sken. Každý jednotlivý budič/snímač má vlastní nezávislý přítlak, díky čemuž je zaručen dokonalý kontakt s měřeným povrchem, lze tak provádět měření i na hrubém betonu. Hlavní aplikace této metody je lokalizace trhlin, dutin či poruch a měření tloušťky betonových prvků. Příklad ukazuje měření na zkušebním betonovém bloku, kde se nejblíže povrchu podařilo lokalizovat ocelovou výztuž. Pod ní se nachází kabelový kanálek, který byl ovšem zainjektován jen v jedné polovině zkušebního bloku. UZ pulse-echo přístroj dokázal správně identifikovat nezainjektovanou část kanálku.
Infračervená termografie
Infračervená termografie je založená na detekci záření objektů v infračerveném spektru vlnových délek. Zařízení, které detekuje a skládá 2D obraz infračerveného záření se obecně nazývá infračervená kamera, nebo infračervená termografická kamera, zkráceně termokamera. Výsledkem záznamu termokamery je obraz odpovídající intenzitě tepelného vyzařování snímaného objektu. Povrchová teplota zkoumaných objektů, v našem případě mostů, se mění v závislosti na okolní teplotě, intenzitě slunečního záření a na materiálových vlastnostech. Tři hlavní faktory, které ovlivňují šíření tepla v materiálu, jsou tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita a hustota. Za běžných podmínek lze beton pro účely určení teplotních vlastností považovat za homogenní materiál. Pokud se však pod povrchem nachází nějaká dutina, dochází k přerušení kontinuity materiálu, čímž se mění charakteristiky přenosu tepla. Během dne dochází obvykle ke kolísání mezi denní a noční teplotou. Na tyto změny reaguje i konstrukce. Vlivem dopadajícího slunečního záření a/nebo vzrůstající okolní teploty se nejprve ohřívá povrch objektu, od kterého se teplo dále šíří vedením hlouběji do konstrukce. Pokud naopak dojde ke snížení okolní teploty (v noci), konstrukce se ochlazuje a teplo je vedeno opačným směrem. V případě, že se pod povrchem konstrukce nachází nějaká dutina (například delaminace), působí vzduch, který se v ní nachází jako „izolace“, jež omezuje přenos tepla. Tato porucha způsobuje, že se při změně teploty povrch nad ní zahřívá více než okolí bez závad. Při oteplování konstrukce lze proto očekávat, že oblasti nad dutinou budou teplejší než okolní nepoškozený beton - vzniká takzvaný pozitivní teplotní kontrast.
Čtěte také: Míchání betonu krok za krokem
Infračervenou termografii lze za vhodných podmínek použít pro zjišťování plošných poruch na betonových konstrukcích. Tyto poruchy bývají způsobeny například korozí ocelové výztuže. Vznikající korozní produkty mají totiž podstatně větší objem než původní kov. Jejich tvorba má za následek zvýšený tlak na betonovou krycí vrstvu. S přibýváním korozních produktů se tento tlak zvyšuje až do vzniku trhlin a delaminací betonové krycí vrstvy nebo odlupování menších částí pouze nad pruty výztuží. Následně může dojít až k úplnému odtržení částí betonu. Čím je menší hloubka uložení výztuže pod povrchem, nižší kvalita krycí vrstvy a nepříznivější prostředí, tím dříve hrozí vznik koroze. Další možnost využití infračervené termografie nastává při kontrole sanačních vrstev nejen betonových mostů. Termografickou metodu lze také použít ke zjišťování přítomnosti vody v betonové konstrukci mostu. Při měření se vychází ze skutečnosti, že kapalina při vypařování odebírá teplo svému okolí a vlhké povrchy se na termogramech jeví jako chladnější. Pomocí termokamery tak lze odhalit oblasti s přítomností vlhkosti, která nemusí být pouhým okem na první pohled zřejmá.
Další přístroje a metody
- Měření elektrodového potenciálu: Měření elektrodového potenciálu na povrchu betonu je nedestruktivní metoda vedoucí k objevení korodující výztuže. Je založená na zjišťování elektrodového potenciálu vytvářeného na stykové ploše kovu s elektrolytem. Změny elektrodového potenciálu na rozdíl od referenční elektrody, nejčastěji kalomelové, můžeme měřit pomocí přesného vysokoimpedančního voltmetru. Ukazovatelem korozní aktivity v betonu je elektrodový potenciál výztuže. Jeho hodnota naznačuje, zda je výztuž v termodynamicky aktivním nebo pasivním stavu. Při použití kalomelové elektrody se udávají tyto hodnoty, reprezentující aktivní, resp. pasivní stav:
- Potenciál nižší než -350 mV (vzhledem k Cu/CuSO4): vysoká pravděpodobnost koroze.
- Potenciál mezi -200 mV a -350 mV: nejistá oblast.
- Potenciál vyšší než -200 mV: nízká pravděpodobnost koroze.
- Ultrazvukový tloušťkoměr Dakota Ultrasonic MMX-6DL: Dvojitá sonda - vysílač UZ signálu a přijímač je jednou součástí, kalibrace, měření, nastavení známé tloušťky nebo známého materiálu se provádí přes vyhodnocovací přístroj. Principem měření tloušťky je vyslání signálu do prostředí neznámé tloušťky, ale známého materiálu a měření časového úseku mezi vysláním a příjmem. Na základě známého materiálu a rychlosti šíření zvuku přístroj vypočte tloušťku. Jestliže potřebujeme zjistit, o jaký materiál se jedná, změříme jeho tloušťku a kalibrací na známou tloušťku se dozvíme rychlost šíření. Takto zjištěnou rychlost porovnáme s hodnotami pro různé materiály. S tímto přístrojem dokážeme ověřit tloušťky uzavřených profilů - hlavně při přejímce hotové konstrukce na stavbě, ale také i při průzkumu existujících konstrukcí. Dále je možné prokázat zdvojení materiálu u tlustých plechů. Po očištění měřených míst lze změřit zbývající tloušťku částí ocelových profilů - stojin, uzavřených profilů a zjistit tak zůstatkovou plochu průřezu zkorodovaného nosníku.
- Povlakový tloušťkoměr PosiTector 6000: Tloušťkoměr pracuje se sondou a metody měření jsou celkem dvě - metoda vířivých proudů a metoda magnetoinduktivní. Použití přístroje je jednoduché, lze zjistit tloušťku pokovení magnetického základu nemagnetickým povlakem anebo povlak nevodivý na elektricky vodivém podkladu. Povrchy musí být čisté a přístupné. Lze změřit tloušťku duplexního povlaku oceli a pak povlaku na zinku a po odečtení povlaku zjistíme tloušťku zinku.
Tabulka: Přehled vybraných nedestruktivních metod a jejich aplikace
| Metoda | Princip | Hlavní aplikace | Výhody | Nevýhody / Omezení |
|---|---|---|---|---|
| Elektromagnetické indikátory | Měření změn magnetického toku způsobených feromagnetickým materiálem. | Lokalizace výztuže, určení hloubky krytí, odhad průměru výztuže. | Rychlé a nenáročné, přesnost ±1 mm při krytí 40 mm. | Dosah do 150 mm, kritická místa křížení výztuže. |
| Georadar | Vysílání elektromagnetických impulzů a detekce odrazů od diskontinuit. | Lokalizace výztuže, dutin, delaminací, kabelových kanálků; 3D zobrazení. | Rychlá a uživatelsky přívětivá, vysoké rozlišení (vysokofrekvenční antény). | Hloubkový dosah omezený vysokofrekvenčními anténami, nízké rozlišení (nízkofrekvenční antény). |
| Ultrazvuk Pulse-Echo | Vysílání mechanických impulzů a detekce odrazů od rozhraní s rozdílnou akustickou impedancí. | Lokalizace trhlin, dutin, poruch, měření tloušťky betonových prvků. | Prostupuje kovem, přesná lokalizace vnitřních vad, funguje i na hrubém betonu. | Vyžaduje přímý kontakt sondy s povrchem, pomalejší než georadar. |
| Infračervená termografie | Detekce záření objektů v infračerveném spektru, zobrazení teplotních rozdílů. | Zjišťování plošných poruch (delaminace, koroze výztuže), kontrola sanačních vrstev, detekce vlhkosti. | Nekontaktní metoda, vizualizace skrytých poruch, identifikace vlhkosti. | Závisí na teplotních kontrastech, ovlivněna slunečním zářením, nelze měřit lesklé povrchy. |
| Měření elektrodového potenciálu | Zjišťování elektrodového potenciálu na stykové ploše kovu s elektrolytem. | Detekce korodující výztuže, určení korozní aktivity. | Přímý ukazatel korozního stavu. | Ovlivněno hydratací, vlhkostí, karbonatací, obsahem solí; vyžaduje přesné měření v síti bodů. |
Moderní technologie a drony
V posledních letech dochází k velkému rozvoji dronů a spolu s ním se objevují i nové způsoby jejich využití. Jednou z řady možností jsou i prohlídky mostních konstrukcí. Dříve bylo pro kontrolu stavu vyšších mostů nutné použít vysokozdvižnou plošinu nebo takzvanou mostní prohlížečku. Tato zařízení lze v mnoha případech nahradit drony. S jejich pomocí lze efektivně prozkoumat špatně přístupné části mostů. Navíc vychází použití dronů cenově i časově výhodněji ve srovnání s pronájmem mostní prohlížečky. Některé typy dronů jsou dokonce vybaveny „klecí“, která je chrání proti poškození při střetu s překážkou (kritické jsou především listy vrtulí).
Čtěte také: Beton pro základy
tags: #detekce #armatury #v #betonu