Тема 1.7.а и 1.8 Инструментальные средства конт

11

Инструментальные средства

контроля технического состояния зданий

Целью инструментального обследования зданий является получение количественных данных о состоянии несущих и ограждающих конструкций: деформациях, прочности, трещинообразовании и влажности.

Инструментальному обследованию подлежат конструкции с явно выраженными дефектами и разрушениями, обнаруженными при визуальном осмотре, либо конструкции, определяемые выборочно по условию: не менее 10% и не менее трёх штук в температурном блоке, методы инструментального обследования и используемая для этого аппаратура приводятся в таблице 1.

Таблица №1

Методы инструментального обследования

№ п/п	Исследуемый параметр	Метод испытания или измерения	Инструменты, приборы, оборудование
1	2	3	4
1.	Объёмная деформация здания	Нивелирование; теодолитная съёмка	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-3 и др. Теодолиты: Т-2, Т-15, ТаН и др. Фотоаппараты, стереокомпаратор
2.	Прогибы и перемещения	Нивелирование   Прогибомерами: а) механического действия б) жидкостными на принципе сообщающихся сосудов	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-1 и др.   ПМ-2, ПМ-3, ПАО-5   П-1
3.	Прочность бетона	Метод пластических деформаций (ГОСТ 22690.0-88)   Ультразвуковой метод (ГОСТ 17624-87) Метод отрыва со скалыванием (ГОСТ 226900-88) Метод сдавливания	Молоток Физделя, молоток Кашкарова, пружинистые приборы: КМ, ПМ, ХПС и др. УКБ-2, Бетон-5, УК-14П, Бетон-12 и др.   ГПНВ-5, ГПНС-4 Динамометрические клещи
4.	Прочность раствора	Метод пластической деформации	Склерометр СД-2
5.	Скрытые дефекты материала конструкции	Ультразвуковой метод   Радиометрический метод	Приборы: УКБ-1, УКБ-2, Бетон-12, Бетон-5, УК-14П Приборы: РПП-1, РПП-2, РП6С
6.	Глубина трещин в бетоне и каменной кладке	Подсечка трещин   Ультразвуковой метод	Молоток, зубило, линейка УК-10ПМ, Бетон-12, УК-14П, Бетон-5, Бетон-8УРЦ и др.
7.	Ширина раскрытия трещин	Измерение стальными щупами и пр. С помощью отсчётного микроскопа	Щуп, линейка, штангенциркуль   МИР-2
8.	Толщина защитного слоя бетона	Магнитометрический метод	Приборы: ИЗС-2, МИ-1, ИСМ
9.	Плотность бетона, камня и сыпучих материалов	Радиометрический метод     (ГОСТ 17623-87)	Источники излучения Сs-137, С0-60 Выносной элемент типа ИП-3 Счётные устройства (радиометры): Б-3, Б-4, Бетон-8-УРЦ
10.	Влажность бетона и камня	Нейтронный метод	Источник излучения Ra-Be, Датчик НВ-3 Счётные устройства: СЧ-3, СЧ-4, «Бамбук»
11.	Воздухопроницаемость	Пневматический метод	ДСК-3-1, ИВС-2М
12.	Теплозащитные качества стенового ограждения	Электрический метод	Термощупы: ТМ, ЦЛЭМ, Теплометр ЛТИХП
13.	Звукопроводность стен и перекрытий	Акустический метод	Генератор «белого» шума ГШН-1 Усилители: УМ-50, У-50 Шумомер Ш-60В Спектометр 2112
14.	Параметры вибрации конструкции	Визуальный метод Механический метод Электрооптический метод	Вибромарка Виброграф Гейгера, ручной виброграф ВР-1 Осциллографы: Н-105, Н-700, ОТ-24-51, комплект вибродатчиков
15.	Осадка фундамента	Нивелирование	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-1 и др.

Для определения соответствия проектному положению строительных конструкций, включая деформации всех видов, применяются геодезические приборы и приспособления (теодолиты, нивелиры). Для измерения кренов и колебаний зданий применяют оптические лазерные приборы вертикального проецирования.

При обследовании конструкций применяют теодолиты Т2, 2Т5К, нивелиры H 1, H 05, КОН-007, оптические центровочные приборы ОЦП-2, «Зенит-ОЦГТ», «Зенит-ЛОТ» и др.

Широко используются фототеодолиты различных марок с приспособлениями для обработки данных измерений в виде стереофотограмметрических камер, инженерных фотограмметров, стереокомпараторов и др. Для повышения точности геодезических измерений используются лазерные приборы.

Определение прочностных и деформативных свойств материалов, из которых изготовлены и возведены конструкции зданий, осуществляется методами прямых испытаний образцов. Несмотря на достаточно высокую трудоемкость этих работ, данный метод позволяет получить более достоверные результаты.

Для извлечения образцов широко используются универсальные кернообразователи с алмазными коронками. Они позволяют получать образцы материала в виде цилиндров при различном расположении конструкций. В результате механических испытаний определяются: прочность, плотность, водонепроницаемость и другие физико-механические характеристики.

Для получения требуемой достоверности испытаний используются вероятностно-статистические методы, учитывающие случайный характер распределения свойств материала.

Извлечение опытных образцов из конструкции часто затруднительно. Поэтому при обследовании зданий широко используются неразрушающие методы испытаний.

Приборы для определения прочностных и деформативных свойств материалов конструкций базируются на применении:

I . механических методов - методы пластических деформаций, основанные на вдавливании штампа в поверхность материала (молоток Кашкарова, склерометр Шмидта, прибор КМ, молоток Физделя и др.); методы испытаний на отрыв и скалывание, основанные на отделении бетона путем отрыва со скалыванием (гидравлические пресс-насосы); метод упругого отскока - прибор КМ и др.;

Молоток Кашкарова

Назначение: Определение прочности бетона в конструкциях методом ударного воздействия по размеру отпечатка по ГОСТ 22690-88. Принцип действия: В молоток вставляется металлический стержень с известной прочностью. Затем молотком наносят удар по поверхности бетона. При помощи углового масштаба или измерительной лупы замеряют размер отпечатков, получившихся на бетоне и стержне. Зная марку стали из которой сделан стержень (а следовательно, и его прочность), из соотношения диаметров отпечатков можно вычислить прочность бетона.

Общее описание: Молоток состоит из индентора (шарика), стакана, пружины, корпуса с ручкой, головки и сменного эталонного стержня. Стержни являются расходным материалом. Продаётся как отдельно, так и в комплекте (молоток, угловой масштаб и 10 стержней). Диапазон определения прочности - 50...500 кг/см2

Масса, кг : 0,95 Размеры, мм : 253х40х53

Склерометр механический (молоток Шмидта) ОМШ-1

ОН-1 - наковальня для поверки склерометра ОМШ-1 Неразрушающий метод контроля прочности бетона в образцах и конструкциях на сжатие методом упругого отскока в бетонных и ж/б конструкциях и изделиях по ГОСТ 22690.1-77 и 22690-88. Принцип действия: Основан на ударе с нормированной энергией бойка о поверхность бетона и измерении высоты его отскока в условных единицах шкалы прибора, являющейся косвенной характеристикой прочности бетона на сжатие. Технические характеристики: Измеряемая прочность бетона 5 ... 40 МПа.; Масса 1,5 кг. ; Размеры 364х68х65 мм.

II . физических методов - ультразвуковые методы, основанные на измерении скорости распространения упругих волн. Ультразвуковые дефектоскопы Пульсар, Tico , Бетон 12М, УК-12М (рис. 2.4), измерители прочности бетона, кирпича и других материалов конструкций ОНИКС-2.3, Digi Schmidt (рис. 2.5); ПИК-1 и т.п.; радиоизотопные, основанные на определении плотности по изменению интенсивности гамма-излучения; магнитный для определения толщины защитного слоя арматуры ИЗ C -10Н и др.

Рис. 2.4. Ультразвуковые дефектоскопы отечественного (Пульсар) (а) и зарубежного производства ( Tico) (б)

Рис. 2.5. Измерители прочности бетона а - Оникс-2.3 производства фирмы «Карат» (РФ); б - молоток Шмидта (Германия)

Для определения динамических характеристик используются виброметры ВИСТ-2, измеритель механических напряжений и колебаний ИНК-2, амплитудомеры, вибромарки, электронная виброизмерительная и записывающая аппаратура в составе: пьезодатчиков ускорения или перемещений, усилителя и записывающего прибора. При этом запись динамических параметров производится как на ленте с помощью механических или световых систем, так и на компьютере с программным обеспечением расшифровки динамических параметров - амплитуды, частоты колебаний, ускорения, а также амплитудно-частотных спектров. По данным тарировочных испытаний определяются динамические параметры строительных систем.

Современные приборы диагностики обеспечивают не только достаточно высокую точность измерений с пределом погрешностей 3-5 %, но и имеют малые габариты, графический дисплей с подсветкой, оптоинтерфейс - канал информационной связи с компьютером и программы компьютерного анализа.

Для измерения усилий, передаваемых на конструкции лебедками, домкратами и др., применяют гидравлические и пружинные динамометры, прогибомеры типа ПМ-3, ПАО-5, электронные измерители деформации ЭИД, ТЦМ с использованием тензорезисторов различного типа. Для определения углов поворота конструкций используют клинометры.

Широкое распространение для оценки состояния конструкций получили неразрушающие методы натурных испытаний. Их применяют для установления прочности на сжатие R , которая определяется как функция R = f (х₁) механической или физической характеристики материала, полученной опытным путем.

Особое место в определении дефектов бетонных, железобетонных и каменных конструкций отводится ультразвуковому методу испытаний. С его помощью определяются дефекты конструкций (полости и пустоты, глубина трещин, толщина поврежденного слоя и т.п.).

Определение прочности бетона по скорости прохождения ультразвука осуществляется при сквозном, диагональном и поверхностном прозвучивании (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Принципиальная схема дефектоскопа (а), схемы определения прочности бетона сквозным (б), диагональным (в) и поверхностным (г) прозвучиванием, (д) - градуированная кривая «прочность - скорость ультразвука» 1 ,2 - точки установки преобразователей; 3 - испытываемая конструкция; 4 - кабели; 5 - источник ультразвука; 6 - цифровой индикатор

Используя градуировочную зависимость «прочность бетона - скорость ультразвука», производится оценка прочностных характеристик конструкций.

На рис. 2.7 приведены некоторые примеры определения дефектов железобетонных конструкций. Для обнаружения пустот и каверн в теле бетонных и железобетонных конструкций используется сквозное ультразвуковое прозвучивание. Зона дефекта оценивается как область с резким снижением скорости ультразвука (рис. 2.7,а).

Для обнаружения и оценки глубины трещин в бетонных и железобетонных конструкциях используются известные в строительстве импульсные ультразвуковые приборы. Применяют поверхностное прозвучивание. Расстояние между ультразвуковыми датчиками составляет 120-400 мм. О наличии трещины свидетельствует изменение времени распространения ультразвуковых колебаний на базе измерения. Для обнаружения трещин удобнее использовать приборы с датчиками на фиксированной базе и сухим контактом (рис. 2.7,б).

При заметном увеличении времени распространения ультразвукового сигнала, свидетельствующего о трещине, может быть установлена ее глубина. Для этого трещина должна располагаться под центром базы установки датчиков. Глубину трещины определяют по соотношению

где l - база установки датчиков; t _s , t ₀ - время распространения ультразвуковых колебаний в бетоне на базе l при наличии и отсутствии трещины.

Толщина поврежденного бетонного слоя (рис. 2.7,в) определяется по характеру падения скорости прохождения ультразвука ( v ₁ , v ₂ ) по следующей зависимости  где v ₁ , v ₂ - соответственно скорости распространения импульсов в слое с нарушенной и ненарушенной структурой.

Рис. 2.7. Определение дефектов железобетонной конструкции ультразвуком а - определение пустот; б - определение трещин; в - ультразвуковой прибор; г - определение зон отслоившегося и разрушенного бетона; д - график распространения скорости ультразвука; 1 ,2 - преобразователи ультразвука; 3 - испытываемая конструкция; 4 - зона дефектов; 5 - график изменения скорости ультразвука

Сопоставительный анализ неразрушающих методов испытания бетона конструкций показал правомочность и достаточно высокую однородность результатов, полученных прибором упругого отскока КМ, эталонным молотком Кашкарова, ультразвуковым способом и методом непосредственных испытаний образцов, выбуренных из тела конструкций. Коэффициенты вариации по прочности соответственно составили при испытании колонн - 10,3; 10,4; 10,0 и 12,6 %; при испытании плит перекрытий - 12,6; 11,8; 12,9 и 13,8 %; при испытании блоков фундаментов - 16,8; 20,4; 19,6 и 20,8 %.

Для полной оценки железобетонных конструкций необходимо знать состояние арматуры и величины защитного слоя бетона. Наиболее эффективным и достаточно универсальным является магнитный способ, а также вскрытие арматуры на наименее напряженных участках конструкций с последующим восстановлением.

Магнитный способ определения защитного слоя арматуры достаточно прост в обращении, имеет высокую степень точности измерения. Переносной прибор ИЗС-10Н позволяет проводить измерения в стесненных условиях и не требует высококвалифицированного персонала. Он обеспечивает обнаружение арматуры с определением ее диаметра от 4 до 32 мм. Диапазон измерения толщины защитного слоя - от 5 до 50 мм. Допустимая погрешность измерения составляет 5 %. Прибор удобен в эксплуатации, имеет малые габаритные размеры и массу в пределах 4,5 кг.

Новое поколение электронных приборов-измерителей защитного слоя типа ПОИСК-2.2, Profometr и др. (рис. 2.8) имеет автоматизированную систему оценки диаметра арматуры. Поиск арматуры и определение проекций стержней осуществляются по цифровой, тонально-звуковой и мнемонической информации. Прибор имеет габариты 145 ´ 40 ´ 25 мм, потребляет мощность 0,02 Вт, обеспечивает диапазон толщин защитного слоя до 120 мм при диаметре арматуры 3-50 мм.

Рис. 2.8. Прибор для измерения и регистрации защитного слоя бетона

Вскрытие арматуры для оценки ее состояния является приемом, когда отсутствуют инструментальные средства контроля требуемых параметров, и широко используется в практике диагностирования железобетонных конструкций.

Для оценки и наблюдения за раскрытием трещин в бетонных, железобетонных и каменных конструкциях используются различные системы маяков, микроскопов и индикаторов часового типа.

Помимо физико-механических характеристик и дефектов несущих конструкций весьма важно произвести оценку следующих параметров, существенно влияющих на комфортность проживания, санитарно-гигиенические условия и эксплуатационные качества жилища, таких, как: воздухопроницаемость стыков панелей; влажность утеплителя стен; состояние герметика стыков; теплозащитные свойства ограждений; звукоизоляция ограждений; газовый состав воздуха в помещениях; воздухообмен, влажность воздуха, температура, освещенность помещений; скорость движения воздуха в помещениях и другие параметры.

Следует отметить, что в последнее время разработан ряд приборов, обеспечивающих контактное и бесконтактное измерение параметров с цифровой или магнитной записью процессов. Наиболее эффективными следует считать тепловизоры, с помощью которых производится инструментальная съемка динамики теплопередачи ограждающих конструкций, лазерные системы термощупов, электронные газоанализаторы и др.

На рис.2.9 приведен пример регистрации температурных полей фасада здания с помощью тепловизора. Для оценки температур различных участков используется цветовая шкала, с помощью которой возможно оценить температурные параметры отдельных участков и фасадной поверхности в целом.

Рис. 2.9. Температурные поля фасада здания, зарегистрированные тепловизором

Для количественной оценки теплопотерь и тепловых полей при неоднородности стенового ограждения и примыкания светопрозрачных конструкций (окна, балконные двери и т.п.) очень важен выбор приборов, оптимально решающих задачу бесконтактной регистрации тепловых полей, с учетом разрешающей способности и с учетом критерия «цена - качество».

Известно, что одними из основных факторов, определяемых при регистрации тепловых сетей и влияющих на погрешность оценки термического сопротивления и обнаружения дефектов строительных конструкций, являются пространственная разрешающая способность и температурная погрешность регистрации, а также и временной интервал процесса проведения контроля.

С точки зрения получения реальной картины тепловых полей и источников теплопотерь целесообразно использовать приборы с более высокой разрешающей способностью.

Исследования и анализ аномальных температурных участков ограждающих конструкций, проведенные О.Н. Будадиным, и их оптимизация показали, что пространственный шаг регистрации должен находиться в пределах 120 мм. С учетом изложенного следует применять приборы, обеспечивающие не только требуемую разрешающую способность, но и их быстродействие.

В таблице 2.3 приведены зарубежные и отечественные приборы и их разрешающая способность.

Таблица 2.3

Характеристики тепловизоров

№ п.п.	Наименование прибора (тип прибора, страна-производитель)	Пространственное разрешение (пиксели), М ´ N	Частота кадров, Гц	Время контроля поверхности 1000 м2 (разрешение - 120 мм), с	Погрешность измерения температуры	Цена (базовый комплект), тыс. долл.
			Время регистрации одного измерения, с
1	2	3	4	5	6	7
1	Thermacan PM 595 (тепловизор, США)	320 ´ 240	60 3	3	±2°С	85,0
2	TVS -100 (тепловизор, Япония)	320 ´ 240	10 3	3	±2%	35,0
3	Varioscan -3022 (тепловизор, Германия)	180 ´ 120	0,8 3	10	±2°С	50,0
4	ИРТИС (тепловизор, Россия)	220 ´ 175	0,5 4	20	±2 %	19,0
5	Aurora (тепловизор-сканер, Россия)	110 ´ 60	0,6 4	100	±1°С	19,0

Для достоверной оценки теплотехнических характеристик необходимо учитывать их тепловое состояние с периодом 1-3 часа. Из этого критерия следует осуществлять выбор прибора, обеспечивающего получение реального состояния тепловых полей.

Так, время контроля поверхности стен с разрешением 120 ´ 120 мм составляет от 3 минут до одного часа с уровнем погрешности ± 2 °С.

Кроме контрольных функций целесообразно использовать тепловизоры при назначении технологии производства работ с использованием энергоэффективных блоков стенового ограждения, где материал швов определяет уровень теплопотерь (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Термограмма стены крупнопанельного здания (а) и гистограмма (б), построенная с шагом 160 ´160 мм

Использование экспериментальных участков с различными материалами швов позволит оптимизировать технологию работ с позиций теплотехнической однородности.

Применение тепловизоров при заводском изготовлении наружных стеновых панелей является эффективным средством выбраковки, определения мостиков холода, зон более высокой плотности бетона и др. технологических нарушений.

Отклонение указанных параметров от нормативных значений приводит к разной потере эксплуатационных качеств, повышению расхода тепла на обогрев помещений, изменению микроклимата квартир и другим негативным моментам.

Наличие блуждающих токов и других электромагнитных явлений в конструкциях жилых зданий также приводит к нарушению комфортности проживания.

Использование строительных материалов, не проверенных на радиоактив-ность, приводит в некоторых случаях к повышенному радиационному фону помещений. Это относится прежде всего к стеновым материалам из шлака и золы гидроудаления. Поэтому постоянный контроль за присутствием радиоактивности в щебне и других материалах обязателен при выполнении реконструктивных работ.

Экологическая чистота жилых помещений и зданий в целом формирует условия безопасного проживания граждан, обеспечивающие минимально необходимые санитарно-гигиенические условия, образующие внутренний микроклимат: температурный режим; влажностный и подвижный режимы воздуха; приемлемые уровни шума и вибраций; концентрации вредных химических веществ в воздухе; освещенность и инсоляция; уровни электромагнитного и ионообразующего излучения; уровень статического электричества.

Комплекс минимально допустимых параметров дает представление о критериях экологически чистого жилья и экологической безопасности. Каждая квартира или жилой дом должны иметь санитарно-гигиенический паспорт, составленный на основе инструментальной проверки физического состояния. Особое значение данный документ приобретает при выполнении реконструктивных работ, объемы которых ежегодно возрастают.