Занятие № 14

Тема: АППАРАТУРА, ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ЗДАНИЙ

Существенное повышение качества строительных материалов, изделий и конструкций может быть достигнуто при условии совершенствования производства и методов контроля качества на всех этапах строительного производства.

Контроль качества строительных материалов, изделий и конструкций производится двумя основными способами. Первый состоит в выявлении предельных несущих способностей объектов, что связано с доведением их до разрушения. Этот способ эффективен при проведении стандартных испытаний образцов из стали, бетона и других конструктивных материалов. При испытании моделей сооружений и их фрагментов конструкции могут доводиться до предельного состояния. Что же касается реальных объектов, то их разрушение для выявления предельных несущих способностей не всегда оправдано.

Второй способ связан с производством испытаний неразрушающими методами, что позволяет сохранить эксплуатационную пригодность рассматриваемого объекта без нарушения его несущей способности. Этот способ наиболее приемлем при обследовании зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации. Неразрушающими методами можно, например, определить влажность заполнителей бетона, степень уплотнения бетонной смеси в процессе формирования, плотность и прочность бетона в изделиях, провести дефектоскопию конструкции.

Неразрушающие методы испытаний построены в основном на косвенном определении свойств характеристик объектов и могут быть классифицированы по следующим видам:

- метод проникающих сред, основанный на регистрации индикаторных жидкостей или газов, находящихся в материале конструкции;

- механические методы испытания, связанные с анализом местных разрушений, а также изучением поведения объектов в резонансном состоянии;

- акустический методы испытаний, связанные с определением параметров упругих испытаний с помощью ультразвуковой нагрузки и регистрации эффектов акустоэмиссии;

- магнитные методы испытаний (индукционный и магнитопорошковый(;

- радиационные испытания, связанные с использованием нейтронов и радиоизотопов;

- радиоволновые методы, построенные на эффекте распространения высококачественных и сверхчастотных колебаний в изучаемых объектах;

- электрические методы, основанные на электроемкости, электроиндуктивности и электросопротивления изучаемого объекта;

- использование геодезических приборов и инструментов при освидетельствовании и испытании конструкций.

Кратко рассмотрим каждый из перечисленных методов.

МЕТОД ПРОНИКАЮЩИХ СРЕД

Этот метод можно разделить на два: метод течеискания и капиллярный. Первый из них используют для контроля герметичности резервуаров, газгольдеров, трубопроводов и других подобных сооружений.

При испытаниях водой проверяемые емкости заполняют до отметки, превышающей эксплуатационный уровень. В закрытых сосудах давление жидкости повышается путем дополнительного нагнетания воды или воздуха. При наличии дефектов вода просачивается сквозь неплотности или трещины проверяемой конструкции.

В металлических емкостях поверхность сварных швов с одной стороны обильно смачивается или опрыскивается керосином, а противоположная – предварительно подбеливается водным раствором мела и высушивается. При наличии трещин на подсохшей светлом фоне отчетливо выявляются ржавые пятна и полосы от действия керосина.

Простейший способ, основанный на использовании сжатого воздуха, состоит в обдувании швов с одной стороны сжатым воздухом под давлением 4 атм по направлению, перпендикулярному поверхности. Противоположная поверхность предварительно обмазывается мыльной водой. Образование мыльных пузырей указывает на наличие сквозных трещин.

Для выявления трещин, не видимых невооруженным глазом, используется капиллярный метод. Этим методом выявляют дефекты путем образования индикаторных рисунков с высоким оптическим контрастом и с широкой линией, превышающей ширину раскрытия дефектов.

МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

К механическим методам испытаний относятся методы местных разрушений, пластических деформаций и упругого отскока. Метод местных разрушений связан с некоторым ослаблением несущей способности конструкций, поскольку образцы для испытаний извлекаются непосредственно из самой конструкции. Отбор образцов обычно производят из наименее напряженных элементов конструкций, например, из верхних поясов балок у крайних шарнирных опор, из нулевых стержней ферм и т.п. После извлечения образцов из тела конструкции необходимо сразу же восстановить конструкцию, а испытания образцов осуществить немедленно. В противном случае необходимо принять меры для консервации образцов.

Рациональной является также установка бездонных форм, закладываемых в тело конструкции при ее бетонировании и извлекаемых затем для проведения испытаний.

А меньшей мере подвергаются внешним возмущениям конструкции при использовании приемов, основанных на косвенном определении механических характеристик. Так, прочность бетона может быть испытана на отрыв со скалыванием. Эти испытания связаны с извлечением из тела бетона заранее установленных анкеров, либо с отрывом из массива некоторой его части. Прием, основанный на определении прочности бетона отрывом, менее трудоемок, В этом случае на поверхности бетона с помощью эпоксидного клея крепят стальной диск, а определение класса бетона производят по градуировочной зависимости условного напряжения R = 4P/πd² при отрыве. Скорость нагружения диска не должна превышать 1 кН/с. На каждом образце проводят испытания на отрыв на двух противоположных гранях.

Прочность бетона может быть установлена путем скалывания участка ребра конструкции усилием Р. При ширине площадки скалывания 30 мм ребро конструкции повреждается на участке 60 – 100 мм. Для получения приемлемых результатов проводят испытания на двух соседний участках и берут среднее значение, а для построения градуирочной зависимости усилия скалывания от прочности бетона на сжатие испытывают стандартные бетонные кубы со стороной 200 мм.

Метод пластических деформаций основан на оценке местных деформаций, вызванных приложением к конструкции сосредоточенных усилий. Этот метод основан на зависимости размеров отпечатка на поверхности элемента, полученного при вдавливании инпендера статистическим или динамическим воздействием, от прочности материала. Достоинство этого метода – в его технологической простоте, недостаток – в оценке прочности материала по состоянию поверхностных слов.

При определении прочности бетона пользуются приборами как статистического действия (штамп НИИЖБа и прибор М.А. Новгородского), так и ударного (молоток К.П, Кашкарова).

Принцип действия штампа НИИЖБа заключается в том, что между испытываемой поверхностью и штампом прокладываются листы белой и копировальной бумаги так, чтобы на белой бумаге оставался отпечаток штампа при его вдавливании в тело бетона гидравлическим домкратом. По диаметру отпечатка с помощью градуировочной кривой в зависимости от радиуса штампа r и силы Р вдавливания определяют класс бетона.

Большее применение в практике находит молоток К.П. Кашкарова. Принцип определения прочности бетона с его помощью аналогичен описанному выше. Отличие заключается в том, что удар молотком наносят вручную, и в зависимости от отношения диаметра отпечатка d₀ на бетоне и диаметра отпечатка на эталонном стержне d_Э молотка (d₀/d_Э) по градуировочной кривой определяют прочность бетона.

Наиболее стабильные и приемлемые результаты при использовании молотка К.П. Кашкарова получают, если бетон испытывается в возрасте 28 суток и при влажности 2 – 6 %. В других случаях прочность бетона на сжатие R можно определить по формуле:

R = K_B K_t K₂₈

где K_B – коэффициент, учитывающий влажность в бетона;

K_t – коэффициент, учитывающий возраст бетона.

Эти методы рекомендуется определять опытным путем.

Метод упругого отскока основан на существовании зависимости между параметрами, характеризующими упругие свойства материала, и параметрами, определяющими прочность на сжатие. Существует два принципа построения приборов. Один основан на отскакивании бойка от ударника – наковальни, прижатого к поверхности испытуемого материала, другой - на отскакивание от поверхности испытуемого материала.

Наиболее распространен первый принцип, который реализован в молотке Шмидта, широко применяемом за рубежом. В нашей стране этот молоток известен как склерометр Шмидта.

Склерометры Шмидта выпускают в основном пружинного типа. Молоток состоит из алюминиевого корпуса, в котором по штоку перемещается ударник. При вдавливании ударника пружина растягивается, и после освобождения энергия растянутой пружины передается ударнику. После удара по испытываемому материалу ударник отскакивает на расстояние, которое фиксируется стрелкой на шкале прибора, и по специальной тарировочной шкале или диаграмме, приданной данному прибору, определяется прочность материала.

АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Ультразвуковые акустические методы основаны на изучении характера распространения звука в конструкционных материалах. Звук – колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой и твердой среде. Упругие волны подразделяются на инфразвуковые, частота которых находится в пределах то 2 Гц до 20 кГц, и ультразвуковые с частотой от 20 кГц до 100 МГц. При испытании бетона и керамики применяют ультразвуковые колебания с частотой от 20 до 200 кГц, при испытании металлов и пластмасс – с частотой от 30 кГц до 10 МГц.

В практике определения прочностных свойств бетона в основном применяется измерение скорости распространения продольных ультразвуковых волн. Сущность ультразвукового импульсного метода состоит в том, что измеряют скорость распространения через бетон переднего фронта ультразвуковой волны v. Исходя из зависимости R = f (v), по измеренной v определяют прочность бетона. Для измерения v необходимо знать время прохождения ультразвука на участке определенной длины, называемой базой прозвучивания l. Поскольку скорость ультразвука в бетоне велика (до 5 м/с), при обычных значениях l (до 1,5 м) приходится определять весьма малые интервалы времени, измеряемые в микросекундах. Для возбуждения ультразвуковых волн и измерения времени их проождения через бетон применяют специальную аппаратуру, принцип работы которой состоит в том, что электронный генератор высокочастотных импульсов периодически посылает электронные импульсы на излучатель, который преобразует эти импульсы в ультразвуковые механические волны. Из излучателя ультразвуковые волны проходят через исследуемый бетонный элемент и попадают на щуп-приемник. В приемнике ультразвуковые колебания преобразуются в электрические импульсы, направляемые в усилитель. Усиленный импульс попадает на индикатор – электронно-лучевую трубку. Имеющееся в приборе электронное устройство, называемое «ждущей задержанной разверткой», включается одновременно с пуском импульсного генератора. Развертка смещает электронный луч по экрану электронно-лучевой трубки слева на право; при этом в левой части экрана индикатора возникает вертикальная отметка, соответствующая моменту посылки импульсов, а в правой – изображение прошедших через бетон ультразвуковых импульсов. Электронный генератор создает на экране индикатора электронную шкалу меток времени в виде вертикальных отметок с интервалами, по числу которых определяется время прохождения ультразвукового импульса через бетон.

В приборах последних моделей амплитуду временного интервала между зондирующим и прошедшим через бетон импульсами измеряют малогабаритным цифровым вольтметром. Прибор выполнен на полупроводниковых элементах и интегральных микросхемах.

Контроль метрологических характеристик ультразвуковых приборов – определение основной и дополнительных погрешностей, измерение времени прохождения ультразвуковых колебаний следует проводить согласно действующим рекомендациям, выпускаемым заводами-изготовителями вместе с приборами.

Применяют различные методики для определения прочности бетона, например, ультразвуковой метод по ГОСТ 17624-78, который наиболее предпочтителен для тяжелых, легких, ячеистых и плотных силикатных бетонов, а также методику ВНИИФТРИ-МИСИ-ВЗПИ. Однако независимо от метода испытаний всегда необходимо соблюдать следующие общие положения, принятые при построении зависимости «v - R _сж».

Поверхность бетона, на которой устанавливают щупы (ультразвуковые преобразователи), не должна иметь наплывов и вмятин, а также раковин и воздушных пор глубиной более 3 мм и диаметром более 6 мм. С поверхности должны быть удалены декоративное покрытие или облицовочный материал. Для обеспечения надежного акустического контакта между бетоном и рабочей повер­хностью щупов применяют вязкие контактные среды (смазки) или эластичные прокладки. При испытаниях конструкций и образцов, применяемых для построения зависимости «v - R _сж», должна использоваться одинаковая контактная смазка. Измерение базы прозвучивания проводят с погрешностью не более ±0,5%. При испытании кубов прозвучивание ведут в направлении, пер­пендикулярном направлению укладки бетонной смеси в форму. Определение производится в кубах на трех уровнях по высоте, при этом разброс не должен превышать 5%.

МАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Магнитные методы основаны на регистрации магнитных по­лей рассеяния, возникающих над дефектами или на определении магнитных изделий. Магнитные методы испытаний можно классифицировать по способам регистрации магнитных полей рассеяния или определения магнитных свойств контролируемых изделий. Основными являются следующие методы: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, индукционный.

Магнитопорошковый метод - один из самых распространенных для обнаружения дефектов (типа нарушения сплошности металла). Он применяется только для контроля деталей из ферромагнитных материалов. Этот метод позволяет выявлять дефекты без разрушения изделий: неметаллические и шлаковые включения, пустоты, расслоения, дефекты сварки и трещины. Метод особенно эффективен в резервуаростроении.

Магнитографический метод состоит в записи магнитных полей рассеяния над дефектом на магнитную ленту. Этот метод применяется для проверки сплошности сварных швов различных сооружений изготовленных из ферромагнитных сталей с толщиной стены до 18 мм.

Феррозондовый метод основан на преобразовании градиента или напряженности магнитного поля в электрический сигнал.

Индукционный метод основан на том, что выявление полей рассеяния в намагниченном контролируемом металле осуществляется с помощью катушки с сердечником, которая питается переменным током и является элементом мостовой схемы. Индукционный метод применяют для выявления трещин, непроваров и включений при контроле сварных швов.

РАДИАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙТРОНОВ И РАДИОИЗОТОПОВ

Метод основан на использовании γ-лучей, источником которых являются радиоактивные изотопы. Метод эффективен при инженерно-геологических изысканиях, а также определении объемной массы тяжелых, легких и ячеистых бетонов. Большой опыт применения радиационного метода испытаний накоплен во Владимирском филиале Московского института изысканий.

РАДИОВОЛНОВОЙ МЕТОД ИСПЫТАНИЙ

Радиодефектоскопия основана на проникающих свойствах волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Этим методом обнаруживаются поверхностные дефекты, состоящие неметаллических материалов. От генератора, работающего в непрерывном или импульсном режиме, радиоволны проникают в конструкцию и с помощью усилителя регистрируются приемным устройством. Ра­диоволновым методом возможно определить влажность материала.

Для диагностики состояния конструкций зданий или сооружений используют инфракрасные излучения.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Электрические методы измерения неэлектрических величин широко распространены при контроле и определении физико-механических характеристик строительных материалов, изделий и конструкций. По замеренному электрическому сопротивлению можно, судить о влажности древесины в конструкциях. Электрический метод используют также для определения влажности песка. Однако более точными являются методы определения влаж­ности, основанные на термоэлектрических и диэлектрических эффектах. Термоэлектрический метод основан на функциональной связи теплопроводности песка с его влажностью, диэлектрический метод — на измерении электроемкости конденсатора, между пластинками которого помешается проба песка различной влажности. Электрический метод часто используют для определения содержания воды в бетонной смеси.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И ИНСТРУМЕНТОВ ПРИ ОСВИДЕТЕЛЬСТВОВАНИИ И ИСПЫТАНИЯХ КОНСТРУКЦИЙ

Геодезические приборы и инструменты широко применяются при освидетельствовании зданий и сооружений. В некоторых случаях их применение оказывается не только простым, но и единственно возможным способом измерения перемещений элементов конструкций. Особенно целесообразно применять геодезические методы измерения перемещений, когда подход к испытываемым конструкциям затруднен.

Самыми распространенными приборами являются нивелиры и теодолиты. Нивелиры используются для определения величин вертикальных перемещений (осадок и прогибов) отдельных точек конструкций или сооружений. Использование прецизионных (высокоточных) нивелиров и инварных реек позволяет получать точность измерений порядка ±0,25 мм.

Теодолиты используются для определения горизонтальных перемещений отдельных точек, отмечаемых на конструкции специальными марками. При двух положениях вертикального круга теодолитом замеряются углы между отдельными точками на конструкции и какими-либо неподвижными предметами. Производя измерения углов через определенные промежутки времени, судят о перемещениях закрепленных марками точек здания или сооружения в угловой мере. Точность измерения углов зависит от вида используемого инструмента. Так, при применении оптических теодолитов последнего поколения ошибка измерений угла составляет ±2 ".

Для определения перемещений сооружения или его отдельных точек в последние годы часто применяют метод стереофотограмметрии. Сущность метода в том, что с помощью специального фотоаппарата, соединенного с геодезической трубкой (фототеодо­литом), производится фотографирование испытываемой конструкции или сооружения с двух точек. При съемке применяют стеклянные фотопластинки с большой разрешающей способностью эмульсии. Получаемые негативы рассматриваются через специальный прибор - стереокомпаратор. При рассматривании двух негативов, снятых с двух точек (стереопары), воссоздается стереомодель заснятого объекта. Стереомодель имеет определенный масштаб, зависящий от расстояния съемочной камеры до объекта съемки и фокусного расстояния камеры фототеодолита. С помощью стереокомпаратора по негативам определяют координаты интересующей точки на поверхности исследуемого объекта. Повторные стереофотосъемки и подсчеты координат тех же точек позволяют определить перемещения отдельных точек за промежуток времени, прошедший между первой и второй фотосъемкой. Метод стереофотограмметрии применяют при испытаниях строительных конструкций и сооружений динамическими нагрузками. При этом применяют фотоаппараты с синхронным затвором объектива.

Поиск по сайту: