Методы и средства контроля физико-технических параметров зданий

К методам контроля физико-технических параметров зданий относятся: наблюдение за трещинами в конструкциях, контроль местных и общих деформаций, а также определение: прочности конструкций; толщины трубопроводов при контроле за коррозией; влажности древесины и других материалов; толщины лакокрасочных покрытий; воздухопроницаемости стыков и конструкций; теплозащитных качеств конструкций; звукоизолирующей способности ограждающих конструкций; мест повреждения скрытой гидроизоляции.

Наиболее часто встречающиеся в практике эксплуатации методы контроля физико-технических параметров будут рассмотрены ниже, контроль герметичности стыков освещен в шестой главе, выявление мест повреждений скрытой гидроизоляции и каналов фильтрации воды через ограждающие конструкции будет рассмотрено в двенадцатой главе.

Методы и средства наблюдения за трещинами. Трещины в конструкциях служат внешним признаком их перегрузки и деформации. Они могут быть вызваны разными причинами, иметь различные последствия, а потому подразделяются на опасные в настоящее время или в перспективе и неопасные. При обнаружении трещин важно выяснить причину их возникновения и дать правильную им характеристику, установить, продолжается ли их развитие или прекратилось.

Мелкие трещины в виде сетки неправильного очертания и одинаковой ширины возникают вследствие недоброкачественности цемента или нестандартной температурно-влажностной обработки бетона при его твердении; это усадочные трещины. Они опасны, ибо могут привести к раскрытию арматуры, а тем самым к доступу агрессивной среды. Такие трещины возникают на крупных панелях из-за температурных воздействий.

Трещины в растянутой зоне армокаменных и железобетонных изгибаемых конструкций, направленные перпендикулярно ребру и затухающие к нейтральной оси, обычно образуются в результате перегрузки конструкции. Наклонные трещины на вертикальных гранях у опор изгибаемых элементов, затухающие также к нейтральной оси, нередко возникают вследствие неправильного армирования хомутами и отгибами. Ширина раскрытия трещин измеряется отсчетным микроскопом «Мир-2» [18].

Важным средством в оценке деформаций конструкций, в частности трещин, являются маяки: они позволяют установить качественную картину деформации (а рычажные маяки—-и их величину). Маяк представляет собой пластинку из гипса, наложенную поперек трещины, или две стеклянные пластинки, с закрепленным одним концом каждая по разные стороны трещины, или рычажную систему [18]. Разрыв маяка или смещение пластинок по отношению друг к другу свидетельствуют о развитии деформаций. Более подробно о наблюдении за трещинами с помощью маяков изложено в [16 и 17].

Контроль деформаций зданий и их конструкций. Под воздействием различных нагрузок и в зависимости от физико-механических свойств материалов конструкций, их геометрических характеристик в зданиях могут возникать деформации. Представление о напряженном состоянии конструкций можно получить путем измерения и изучения деформаций.
Деформации могут носить самый различный характер: в виде параллельного смещения сечений конструкций, растяжения или сжатия. Они подразделяются на местные, когда перемещения или повороты происходят в узлах и конструкциях (удлинение или сжатие элементов), и общие, когда перемещаются и деформируются конструкции или здание в целом. Деформации могут быть остаточными или упругими, исчезающими после снятия нагрузки. Поэтому для оценки состояния конструкций необходимо знать их геометрическую характеристику до нагружения, под нагрузкой и после ее снятия.

Для измерения местных деформаций — прогибов служат прогибомеры конструкции Максимова, Аистова и индикаторы, а местных линейных (растяжение или сжатие)—тензометры, например Гугенбергера [18], Аистова, электрические и др. (Д. Е. Д о л и д з е. Испытания конструкций и сооружений. М.: Высшая школа, 1975).

Прогибомеры в зависимости от характера конструкций и требуемой точности измерений бывают разных типов — от простейшего в виде двух взаимно перемещаемых планок, одна из которых закреплена на конструкции, а другая на неподвижной опоре, до приборов, основанных на схеме редуктора. Прогибомеры измеряют деформации с высокой точностью — 0,001 мм.

Тензометры позволяют замерять линейные деформации на одной конструкции или взаимное перемещение двух смежных конструкций. Расстояние между двумя опорами тензометра называется его базой. В среднем база тензометров составляет от 2 до 200 мм. Малые деформации измеряют тензометрами разных типов: механическими рычажными, оптическими, электрическими, акустическими и др.

Основной характеристикой рычажных тензометров является передаточное число, обеспечивающее увеличение масштаба измерения деформации. Например, тензометр Гугенбергера имеет базу 20 мм и передаточное число более 1000, что позволяет производить измерения с точностью до 10~3 мм. С помощью дополнительных элементов он может устанавливаться и на большей базе.

Широко распространены проволочные тензометры, основанные на способности проводников менять электросопротивление при растяжении или сжатии, благодаря чему по изменению сопротивления проводника можно судить об относительной деформации конструкций.

Общие деформации и перемещения конструкций и здания в целом измеряют геодезическими инструментами. Подробнее об этом изложено в учебниках по геодезии, а также в работе [16].

Контроль физико-технических параметров конструкций. Склерометрические методы оценки поверхностной прочности бетона регламентированы ГОСТ 10180 — 78 и предназначены для определения прочности (твердости) поверхностного слоя бетона или кладки. К таким методам относят:
метод упругого отскока с помощью молотка Шмидта, приборов КИСИ, ЦНИИСКа и др.;
метод пластических деформаций с помощью молотков Физ- деля, Кашкарова, приборов ЛИСИ, ДорНИИ и др.
Оценка поверхностной прочности (твердости) конструкций склерометрическими методами включает:
построение в лабораторных условиях тарировочных графиков по итогам разрушающих и неразрушающих испытаний;
выбор контрольных участков и подготовку их поверхности к испытаниям;
измерения на конструкции и оценку ее прочности (твердости) по тарировочным графикам [16 и 17].

Неразрушающие методы испытаний и контроля качества материалов и конструкций служат для оценки их физикомеханических свойств: прочности, упругости, плотности и т. п., напряженно-деформированного состояния конструкций и обнаружения дефектов в них.

Неразрушающие методы носят косвенный характер. Для перехода от измеренных неразрушающих параметров к искомым характеристикам контролируемых объектов и получения достоверных результатов используют тарировочные (привязочные) измерения, т. е. производят настройку измерительной аппаратуры на образцах с известными и по возможности близкими к контролируемому объекту свойствами. Такая аппаратура мобильной системы контроля установлена в передвижной лаборатории диагностики (см. § 5.1).

Неразрушающие методы контроля применяют для определения качества металлических конструкций, в частности контроля сварных соединений; оценки сварочных напряжений; контроля коррозионного поражения, толщины и надежности антикоррозионного покрытия, а также для обнаружения дефектов в кирпичных стенах, прокатных железобетонных элементах, установления качества бетонных и железобетонных конструкций, в частности прочности (марки) бетона, его плотности, наличия дефектов, размеров трещин, толщины защитного слоя бетона, диаметра, класса и расположения арматуры, контроля грунтов и грунтовых оснований — их прочностных и деформативных характеристик, плотности, влажности и других параметров.
Неразрушающие методы основаны на зондировании материала конструкции ультразвуковым или радиоактивным излучением и использовании таких явлений, как прохождение сигнала через исследуемый объект, его отражение и затухание. На этом принципе построен ряд приборов (рис. 5.1).

Ультразвуковой способ контроля бетона применяется при проверке конструкций толщиной до 5—15 м,
ударный — при проверке конструкций значительной толщины и протяженностью до 30 м.

Приборы для контроля качества бетона ультразвуковым способом позволяют наблюдать процесс и измерять время распространения упругих колебаний в теле бетона. Обычно измерения производят в поперечном направлении (сечении) конструкции, для чего излучатель и приемник импульсов устанавливают соосно с двух ее сторон. К ультразвуковым относятся такие приборы, как УК.Б-1М и др.

Рис. 5.1. Приборы неразрушающего контроля железобетонных конструкций
а — ультразвуковой прибор УКБ-1М; б — ультразвуковой толщиномер «Кварц-6; в — измеритель напряжений и трещин ИНТ-М2; г — измеритель толщины покрытия ИТП-1; д — измеритель параметров армирования

Прибор УКБ-1М (рис. 5.1, а) представляет собой переносный прибор для оценки качества бетона и определения внутренних дефектов в нем путем измерения акустических характеристик процесса распространения импульсов ультразвуковых колебаний в бетоне: скорости их распространения, степени затухания и формы огибающих импульсов. Основной искомой величиной является время распространения колебаний (м/с), определяемое по масштабу меток времени прибора между посланным и принятым сигналами. В итоге оценивается плотность, прочность (марка) конструкций, обнаруживаются дефекты в них.

Магнитный способ контроля металлических конструкций применяют для контроля механических напряжений, дефектоскопии и измерения толщины диэлектрических покрытий на металле.

Прибор ИНТ-М2 (рис. 5.1, в) предназначен для измерения механических напряжений в металле, возникающих после сварки, и обнаружения трещин; он состоит из измерительной части, смонтированной в корпусе, и двух выносных датчиков; один из них (ВД-1) служит для определения напряжений, а другой (ВД-2) —для обнаружения трещин (см. Руководство по неразрушающим методам контроля сооружений. Под ред. А. М. Полищука. Изд-во МО СССР, 1979).

Принцип работы прибора заключается в следующем. Посылаемые генератором импульсы через усилитель поступают в обмотку датчика и возбуждают в контролируемой конструкции электромагнитное поле. При отсутствии механических напряжений материал слабо проявляет свойства магнитной анизотропии, и весь поток замыкается через сердечник катушки с обмоткой. В измерительную катушку, расположенную перпендикулярно, магнитный поток не поступает, и электрический сигнал в ней не возникает. При наличии механических напряжений в исследуемом материале изменяется магнитная проницаемость металла, усиливается магнитная анизотропия, поток силовых линий отклоняется от исходного направления и часть его попадает на обмотку измерительной катушки. Появившийся в ней электрический сигнал пропорционален величине механических напряжений. После усиления сигнал с обмотки катушки попадает на диагональ фазочувствительного моста и вызывает его разбаланс, регистрируемый измерительным прибором. Для перехода от показаний измерительного прибора к фактическим значениям напряжений используются тарировочные графики, которые строят отдельно для каждого прибора на специальном устройстве.

Толщину металлоизоляции и трубопроводов для оценки степени их коррозионного поражения определяют, например, прибором «Кварц-6» (рис. 5.1,6), работа которого также основана на сравнении времени прохождения звукового сигнала через металлоизоляцию и времени отражения его от бетона.

Расположение и сечение арматуры, толщину защитного слоя определяют приборами ИСМ и ИЗС-2, основанными на изменении магнитной проницаемости.