Обследование зданий и сооружений (продолжение)

1. Лекция 6

Обследование зданий и сооружений
(продолжение)

2. Учебные вопросы:

1. Общие сведения о методах определения прочностных
характеристик
материалов и дефектоскопии обследуемых
конструкций
2. Методы определения прочности бетона и арматуры
в обследуемых бетонных и железобетонных
конструкциях
2

3. Общие сведения о методах определения прочностных характеристик материалов и дефектоскопии обследуемых конструкций

Методы определения прочности материалов в обследуемых
конструкциях делятся на разрушающие и неразрушающие.
Разрушающие методы - это стандартизированные испытания
отобранных из конструкции проб-образцов материала (методы отбора проб
из конструкции). Методики испытаний образцов - те же, что и для бетонных
кубов, призм и балочек, изготовленных одновременно с конструкцией, или
образцов стали и арматуры от соответствующей партии металла.
Неразрушающие методы позволяют определить прочность материала в
конструкции без нарушения её несущей способности.
В начало
3

4. Общие сведения о методах определения прочностных характеристик материалов и дефектоскопии обследуемых конструкций

Достоинства неразрушающих методов:
сохранение цельности конструкции (как сплошности, так и поверхностного
слоя);
возможность многократного повторения операций;
возможность выполнения измерений в любом количестве доступных точек;
сравнительно малая затрата времени на испытание;
возможность получения данных не только о прочности, но и других данных
о качестве и состоянии материала (дефекты, состав и структура, толщина
элемента, глубина трещин и т.д.);
Недостатки неразрушающих методов:
результаты испытания получаются не непосредственно в виде искомого
фактора (прочность, плотность, модуль упругости), а в виде косвенного
показателя (скорости распространения ультразвука, интенсивности поглощения
ионизирующих излучений и т.п.); для перехода к числовым значениям
определяемого параметра требуется знать существующую между ним и
косвенным показателем зависимость, которая носит обычно сложный характер;
требуется довольно сложная аппаратура и квалифицированные
специалисты.
В начало
4

5. Общие сведения о методах определения прочностных характеристик материалов и дефектоскопии обследуемых конструкций

Классификация неразрушающих методов:
А. Механические метод измерения пластической деформации;
метод измерения упругого отскока;
методы оценки местных разрушений.
Б. Физические с использованием проникающих сред.
акустические (ультразвуковые и более низких частот);
с использованием ионизирующих излучений (радиационные);
магнитные, электрические и электромагнитные;
В. Комплексные совмещение механических методов;
то же, физических методов;
то же, механических и физических методов.
В начало
5

6. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод отбора проб из конструкции (разрушающий).
Из бетона высверливают цилиндры с помощью алмазных коронок или перфораторным
бурением. Режут бетон с помощью кругов, дисков, ленточных пил, усиленных наваркой крошки
из сверхтвердых сплавов. Заделка пустот в бетоне производится с применением безусадочного
цемента.
Это весьма трудоемкий процесс, связанный к тому же с ослаблением конструкции (пусть
даже временным). Если для массивных конструкций оно мало заметно, то для конструкций с
ограниченными размерами - довольно чувствительно. Отсюда понятна тенденция:
- во-первых, к уменьшению размеров образцов;
- во-вторых, к ограничению их количества;
- в-третьих, к использованию для этой цели наименее ответственных или даже
второстепенных конструкций сооружения.
Если первая часть этого желания может быть вполне удовлетворена, и от прочности малых
образцов к прочности эталонного куба можно перейти с помощью переводных (масштабных)
коэффициентов, то для удовлетворения второй и третьей части желания трудно отыскать
подобные компромиссы. Действительно, накопить достоверную статистику на единичных
образцах просто невозможно. А извлечение образцов из второстепенных конструкций чревато
не меньшей, чем ослабление, опасностью - опасностью получить обманчивую, недостоверную
информацию о свойствах материала, ибо материал из таких конструкций может оказаться
совершенно нехарактерным для сооружения в целом.
Эти трудности ограничивают применение методов, связанных со взятием образцов из
конструкций, и стимулируют развитие неразрушающих методов испытания.
В начало
6

7. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Методы оценки местных разрушений
Методы стрельбы
В 1933 г. профессором Б.Г. Скрамтаевым был предложен метод стрельбы
из пистолета типа «Наган» по бетонной поверхности с расстояния 6...8 м с
ограждением стреляющего от возможного рикошета. Он установил
эмпирическую зависимость: прочность бетона R = f(от объема замазки,
расходуемой на заполнение образовавшихся выбоин).
Позднее Ф.Ф. Поляковым было законструировано ружье с подставкой,
приставляемое дулом к бетонной поверхности; при выстреле в бетон
вонзался стальной заостренный ударник. Он установил эмпирическую
зависимость: прочность бетона R = f(от глубины погружения ударника).
В начало
7

8. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Методы оценки местных разрушений
Метод взрыва
В 30-е годы в ВИА им. В.В. Куйбышева был предложен метод взрыва
малого заряда взрывчатого вещества, уложенного на бетонную поверхность.
Была установлена эмпирическую зависимость: прочность бетона R = f(от
размера воронки).
Позволяет добраться до глубинных слоев материала, прочность которых
отличается от прочности бетона поверхностных слоев.
Сейчас физические методы позволяют с успехом проникнуть вглубь
материала, поэтому методы стрельбы и взрыва уже не применяются, лишь
для деревянных конструкций сохранился метод стрельбы из
малокалиберной винтовки (см. с. 20).
В начало
8

9. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Методы оценки местных разрушений
Метод выдергивания анкеров
В просверленный в бетоне шпур
диаметром 24 или 28 мм
(используются два типа анкеров) и
глубиной 35...40 мм вставляется
самозаанкеривающееся устройство в
виде опорного стержня и рифленых
сегментных щёк, въедающихся в бетон
при попытке выдернуть стержень.
Анкер выдергивается вместе с какимто объемом бетона. Установлена
эмпирическая зависимость: прочность
бетона R = f (усилия выдергивания).
Расстояние между шпурами при
неоднокатном испытании - не менее
250 мм, от грани конструкции до места
отрыва должно быть не менее 150 мм.
1 – опорный стержень;
2- щёки
В начало
9

10. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Методы оценки местных разрушений
Метод отрыва (ГОСТ 21243).
На предварительно зачищенную поверхность бетона
эпоксидным клеем крепится стальной диск диаметром 60
или 80 мм, толщиной 10 мм, имеющий с одной стороны
стержень с винтовой нарезкой. Для удержания диска на
вертикальной поверхности до отвердения клея применяют
гипсовый раствор, который перед отрывом диска должен
быть тщательно удален. Чтобы слой клея не выходил за
поверхность диска на подготовленную бетонную
поверхность предварительно приклеивают бумажное
кольцо с внутренним диаметром соответственно 60 или 80
мм.
Для отрыва диска за стержень используют гидравлический пресс-насос ГПНВ-5
или ГПНС-4 (Донецкого ПромстройНИИпроекта). Установлена эмпирическая
зависимость: прочность бетона R = f (усилия отрыва). Испытывают обе
противоположные грани конструкции, причем испытание считается
состоявшимся, если площадь проекции поверхности отрыва на плоскость диска
составляет не менее 80 % площади диска; в противном случае испытание
повторяют.
В начало
10

11. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Методы оценки местных разрушений
Метод скалывания (ГОСТ 22690).
Основан на местном разрушении бетона от усилия скалывания участка ребра
конструкции специальным устройством в виде крюка УРС (в комплекте с
гидравлическим пресс-насосом). Угол приложения нагрузки - 18о, глубина
скалывания 20 мм, ширина площадки нагружения 30 мм. Установлена
эмпирическая зависимость: прочность бетона R = f (усилия скола).
1 - испытуемая конструкция; 2 - скалываемый
бетон;
3 - устройство УРС; 4 - прибор ГПНС-4
В начало
11

12. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения пластической деформации
Метод перенесен из металловедения, где широко применяют испытания
вдавливанием индентора из твердой стали или алмаза статическим или
динамическим путем:
- испытания по Бринеллю - вдавливается стальной шарик диаметром 5
или 10 мм;
- испытания по Роквеллу - вдавливается алмазный конус с углом при
вершине 120о;
- испытания по Виккерсу - вдавливается алмазная пирамида с углом при
вершине 136о;
- испытания по Шору - измеряют упругий отскок падающего шарика.
В начало
12

13. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения пластической деформации
Молоток К.П. Кашкарова (ГОСТ 22690.2). Иногда встречается название «Молоток
НИИМосстроя»
1 - головка молотка;
2 – рукоятка;
3 - эталонный стержень из стали класса А-I марки
ВСт3сп(или пс)2 диаметром 10 или 12 мм и длиной
100...150 мм;
4 - стальной шарик диаметром dш =15 мм
Удар наносится самим молотком, чтобы диаметр
отпечатков на бетоне dб был равен (0,3...0,7)dш - 5...10 мм,
или обычным молотком по головке эталонного. Серия
состоит из 10...12 ударов, расстояние между лунками - не
менее 30 мм, а на эталонном стержне - не менее 10 мм.
Построена тарировочная кривая R = f (dб/dэ). Погрешность
- не более 10...15 %. При пользовании этим прибором и
ему подобными (см. далее) для чёткого фиксирования
отпечатков на материале и удобства их измерения лучше
всего совместно использовать листы белой и
копировальной бумаги.
В начало
13

14. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения пластической деформации
Молоток И.А. Физделя
В головку молотка весом 250+- 5 г завальцован стальной шарик диаметром 17,463
мм; ручка молотка - длиной 300мм и весом 100+- 10 г. Серия состоит из 10...12
ударов, расстояние между лунками - не менее 30 мм. Построена тарировочная
кривая R = f (dб). Погрешность - не более 10...15 %.
В начало
14

15. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения пластической деформации
Маятниковый прибор ДПГ-4; 5.
Маятниковый прибор А.М. Губбера позволяет определить прочность бетона по
длине отпечатка, оставленного ребром круглого диска с цементированной кромкой
при его свободном (вокруг точки закрепления) падении на увлажненную бетонную
поверхность. В приборе ДПГ-4: длина крепления диска 250 мм, диаметр диска 160
мм, масса диска 1,4 кг. В приборе ДПГ-5: длина крепления диска 300 мм, диаметр
диска 180 мм, масса диска 1,9 кг.
В начало
15

16. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения пластической деформации
Зубило
Для приближённой оценки прочности бетона можно применить зубило. Его
устанавливают перпендикулярно к поверхности бетона.
Если после удара молотком зубило погружается на глубину около 5 мм, то
прочность бетона составляет 7…10 МПа.
Если же после удара оно погружается на меньшую глубину с отделением тонких
чешуек, то прочность бетона 10…15 Па.
При большей прочности чешуйки не отделяются, на поверхности бетона остаются
лишь отпечатки ударов.
В начало
16

17. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения упругого отскока (склерометры)
Прибор типа КМ представляет пружинный полуавтомат ударного действия с заданной
энергией удара. При движении ударника внутрь корпуса происходит накопление необходимой
потенциальной энергии вследствие растяжения ударной пружины. Прибор состоит из
металлического корпуса с рукояткой, внутри которого размещается ударник, ударная пружина и
боек. При испытании прибор устанавливают перпендикулярно к испытываемой поверхности.
Держа его за рукоятку, нажимают на ударник. Боек ударяет по ударнику и отскакивает от него.
Указатель фиксирует величину отскока бойка, характеризующую прочность бетона.
Если вместо шарика в приборе установить специальный колпачок из каленой
стали, то прочность бетона можно определить по величине упругого отскока бойка от
этого колпачка. При нанесении удара сверху или снизу по конструкции полученную
прочность бетона также соответственно увеличивают или уменьшают на 7 %.
В начало
17

18. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения упругого отскока (склерометры)
Маятниковый прибор В.В. Царицина, Ю.Е.
Корниловича и Я.Э. Осадчука. Прочность бетона
определяют по величине отскока маятника после его
свободного падения на боек, стоящий на поверхности
материала. Прибор иногда называют сокращенно УМП
(«Универсальный маятниковый прибор»).
а — схема прибора; б — тарировочнып график; 1 —
шарик; 2 — рукоятка; 3 — скоба; 4 — спускной крючок; 5 боек; 6 — шкала; 7 стрелка, 8 — установочные винты; 9 —
уровень
В начало
18

19. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения упругого отскока (склерометры)
Прибор системы КИСИ
1 — корпус; 2 — крышка; 3 — втулка
опорная; 4 — кольцо; 5 — кнопка взводная;
6 — стрелка; 7 -шкала; 8 — боек; 9 —
направляющий стержень; 10 — боек; 11 пружина; 12 — скоба стопорная; 13 —
шайба скобы; 14 — кнопка спускная
В начало
19

20. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения упругого отскока (склерометры)
Склерометр Ужполявичуса — прибор для определения прочности бетона по
величине упругого отскока стального стержня; основные его части —
цилиндрический корпус, система пружин, стальной стержень-ударник, защелка и
указатель отскока.
В начало
20

21. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Метод измерения упругого отскока (склерометры)
Измеритель прочности бетона с аналого-цифровым преобразователем
и микропроцессором (АЦПМ) — прибор, состоящий из склерометра и АЦПМ.
Основные части склерометра — практически те же, что в склерометре
Ужполявичуса; при отскоке ударника вырабатывается электрический сигнал,
передаваемый на АЦПМ; сила сигнала зависит от прочности бетона.
Основные части АЦПМ — измерительный блок, процессор, блок клавиатуры
и индикации. В процессор предварительно вводят параметры
градуировочной кривой с помощью клавиатуры, с которыми он сравнивает
полученные результаты, и на цифровом индикаторе высвечивается число
контролируемых участков конструкции и средняя прочность бетона.
В начало
21

22. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Акустические методы
Акустические методы основаны на использовании упругих механических
колебаний.
Основной характеристикой колебательного процесса является частота f
- отношение числа циклов колебаний ко времени их совершения.
Если f < 20 Гц, то это колебания инфразвуковые;
если f находится в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, то это колебания
звуковые (слышимые человеческим ухом);
если f > 20 кГц, то это колебания ультразвуковые
В начало
22

23. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Источники ультразвука
Для возбуждения ультразвуковых волн на поверхность материала может
устанавливаться преобразователь переменного электрического тока в
механические колебания.
Такое преобразование способны совершать кристаллы кварца,
сегнетовой соли, сульфата лития, сульфоиодита сурьмы, титаната бария.
Деформация кристаллов под действием приложенного к ним электрического
тока называется обратным пьезоэффектом.
Прямой пьезоэффект заключается, наоборот, в поляризации
поверхности кристаллов в результате их деформации.
По принципу обратного пьезоэффекта работает источник ультразвуковых
волн, по принципу прямого пьезоэффекта - приёмник волн.
В начало
23

24. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Источники ультразвука
Существуют и магнитострикционные
источники ультразвука. Они состоят из
магнитостриктора 2 (собирается из тонких
изолированных друг от друга пластинок никеля),
обладающего свойством под действием магнитного
поля сжиматься и растягиваться, металлической
мембраны 3, жестко прикрепленной к корпусу 1.
Через катушку пропускается переменный
электрический ток (в источнике волн) или, наоборот,
в нем возникает ток (в приёмнике волн).
В начало
24

25. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Источники ультразвука
Ультразвуковые приборы, используемые в России: Бетон 5, 8-УРЦ; УКБ-1,
1М; УК-10п, 12п, 16п; УФ-90ПЦ; ДУК-20 и др.
Регистрация ультразвуковых колебаний - от приёмника через усилитель
на экран электронно-лучевой трубки осциллографа.
Первое важное свойство ультразвука: он практически полностью затухает
в воздухе (это позволяет выявить наполненные воздухом дефекты в
материале). Это свойство настолько сильно, что для устранения воздушной
прослойки между преобразователями и материалом обязательно наносят
контактирующую среду: для металла - минеральное масло, для бетона солидол, технический вазелин или эпоксидную смолу.
Второе важное свойство ультразвука - отражаться от противоположной
грани элемента.
В начало
25

26. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Способы прозвучивания.
Метод прямого прозвучивания — теневой метод, разработанный раньше
других, отличается простотой аппаратуры и используется в промышленности
для определения внутренних дефектов в материалах и изделиях. Сущность
метода заключается в том, что ультразвуковые волны при прохождении
через испытуемый образец с внутренним дефектом могут рассеиваться,
отражаться и образовывать тень от встретившегося дефекта. Тень от дефекта
с противоположной стороны образца улавливается приемным щупом и
фиксируется изменением яркости на электроннолучевой трубке или
фиксируется визуально по состоянию поверхности масла.
Участок образца с дефектом не пропускает через себя волны и не
вызывает колебания масла с противоположной стороны образца.
Схема обнаружения дефектов теневым
методом: а -с помощью щупа; б -с
помощью масла; 1 — образец; 2 — сосуд с
маслом; 3 — щуп-излучатель; 4 —
приемный щуп
В начало
26

27. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Способы прозвучивания.
Метод отражения колебаний — эхо-метод, наиболее широко
используемый для контроля строительных материалов и изделий, обладает
большей чувствительностью по сравнению с теневым методом. Этот метод
основан на отражении упругих волн от дефекта испытуемого изделия и
предусматривает измерение двух параметров одновременно — амплитуды
отраженного сигнала и времени прохождения этого сигнала от дефекта до
поверхности образца. Время прохождения сигнала может измеряться с
помощью импульсных частото-модулированных и резонансных систем.
Наибольшее распространение при дефектоскопии получили импульсные
системы.
Блок-схема ультразвукового эхо-дефектоскопа:
1 — контролируемое изделие; 2 — излучатель
ультразвука; 3 — приемник ультразвука;
4 — усилитель; 5 — устройство, фиксирующее
время; 6 — электроннолучевая трубка;
7 — хронизатор; 8 — высокочастотный
генератор
В начало
27

28. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Способы прозвучивания.
Резонансный метод. Для контроля толщины изделий при одностороннем
к ним доступе, а также для выявления в материалах и изделиях
всевозможных дефектов в виде расслоений и ослабленных участков в
результате коррозии или действия мороза широко используется
ультразвуковой резонансный метод, сущность которого заключается в том,
что между частотой, длиной волны, толщиной испытуемого изделия и
скоростью распространения волны существует определенная зависимость,
которая выражается уравнением.
Блок-схема ультразвукового резонансного
дефектоскопа:
1 — контролируемое изделие: 2 — излучатель
ультразвука; 3 — генератор развертки;
4 — автогенератор с частотной модуляцией;
5 — усилитель; 6 — электроннолучевая трубка
В начало
28

29. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Способы прозвучивания.
Резонансный метод. Для контроля толщины изделий при одностороннем к
ним доступе, а также для выявления в материалах и изделиях всевозможных
дефектов в виде расслоений и ослабленных участков в результате коррозии или
действия мороза широко используется ультразвуковой резонансный метод,
сущность которого заключается в том, что между частотой, длиной волны,
толщиной испытуемого изделия и скоростью распространения волны существует
определенная зависимость. При прохождении ультразвуковых колебаний
последние, дойдя до границы раздела, отражаются от нее и снова попадут на
преобразователь . В случае если частота ультразвуковых колебаний совпадет с
собственной частотой испытуемого изделия, возникает резонанс, по характеру
которого и судят о наличии дефекта. При наличии дефекта резонанс возникает не
на собственной частоте изделия.
Блок-схема ультразвукового резонансного
дефектоскопа:
1 — контролируемое изделие: 2 — излучатель
ультразвука; 3 — генератор развертки;
4 — автогенератор с частотной модуляцией;
5 — усилитель; 6 — электроннолучевая трубка
В начало
29

30. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Способы прозвучивания.
Метод свободных колебаний основан на использовании свойств твердого
тела, совершающего свободные колебания. Основные характеристики
колеблющегося тела, как период и частота колебаний, коэффициент
затухания, зависят от параметров, массы и других физико механических
свойств тела.
Изделие, не имеющее дефектов, рассматривается как система с
определенными колебательными параметрами. При наличии дефекта,
изменяющего однородность материала изделия, будут изменяться и
параметры колебательной системы, т. е. частота и коэффициент затухания
свободных колебаний будут изменяться- Метод свободных колебаний
используется для контроля клееных соединений, а также при испытании
бетона.
В начало
30

31. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Способы прозвучивания.
Импедансный метод наиболее широко используется для контроля
качества клееных разнородных материалов, отличающихся друг от друга
своими физико-механическими свойствами. С помощью этого способа
контроля удается выявить дефекты в зонах склеивания материалов и
установить качество их склеивания.
Импедансный метод контроля (разработанный Ю. А. Ланге и А. В.
Римским-Корсаковым) основан на зависимости механического импеданса
склеенного изделия от качества склейки составляющих его частей. В этом
случае используется датчик, состоящий из двух пьезоэлементов,
соединенных звукопроводящим стержнем (черт. № 158). Датчик
прижимается к изделию и возбуждает изгибные колебания. По величине
реакции изделия на этот датчик судят о значении механического импеданса.
В начало
31

32. Методы определения прочности бетона и арматуры в обследуемых бетонных и железобетонных конструкциях

Определение прочности бетона. Чем более рыхлую структуру имеет бетон, тем
больше воздушных прослоек встретит на своем пути ультразвуковая волна, тем сильнее
уменьшится её скорость. Сравнивая скорость прохождения волны сквозь бетон
обследуемого объекта со скоростями прохождения её через эталонные бетонные образцы
разной прочности (разной степени рыхлости), определяем прочность бетона объекта.
Иными словами, для определения прочности бетона объекта достаточно воспользоваться
уже существующей эмпирической зависимостью
R = f (v).
Молоток.
Для приближённой оценки прочности бетона можно применить обычный молоток.
При ударе по бетону непрочному звук получается «глухим», создаётся впечатление, что
молоток как бы погружается в бетон. Чем прочнее бетон, тем звук становится всё более
«звонким», а молоток «отскакивает» от бетона всё сильнее. Это – симбиоз методов
измерения пластических деформаций, упругого отскока и акустического (шутка). С
накоплением опыта такое испытание позволяет получить вполне достоверные результаты.
Неразрушающие методы оценки механических характеристик арматуры ещё только
разрабатываются. Поэтому механические характеристики оцениваются по виду профиля
арматуры, устанавливаемого при её вскрытии, или испытанием образцов арматуры,
вырезанных из слабо загруженных участков конструкций.
В начало
32