Методы обследования зданий и сооружений

Методы обследования зданий и сооружений 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.

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.

Классификация неразрушающих методов

Механические:

метод измерения пластической деформации;
метод измерения упругого отскока;
методы оценки местных разрушений.

Физические:

с использованием проникающих сред.
акустические (ультразвуковые и более низких частот);
с использованием ионизирующих излучений (радиационные);
магнитные, электрические и электромагнитные;

Комплексные:

совмещение механических методов;
то же, физических методов;
то же, механических и физических методов

Метод отбора проб из конструкции

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.

Естественно, 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.

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).

Метод взрыва

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).

Такие методы могли предложить только военные, да и Б.Г. Скрамтаев, хотя некоторое время был даже директором ЦНИИПСа, закончил жизнь в «Кащенко». Но с другой стороны понять авторов этих методов можно: они любыми путями стремились 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.

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 каким-то объемом бетона. Установлена эмпирическая зависимость: прочность бетона R = f (усилия выдергивания). Расстояние между шпурами при неоднократном испытании — не менее 250 мм, от грани конструкции до места отрыва должно быть не менее 150 мм.

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 Промстрой НИИ проекта). 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.

Метод скалывания (ГОСТ 22690)

Он основан на местном разрушении бетона от усилия скалывания участка ребра конструкции специальным устройством в виде крюка УРС (в комплекте с гидравлическим пресс-насосом ГПНВ-5). Угол приложения нагрузки — 18о, глубина скалывания 20 мм, ширина площадки нагружения 30 мм. Установлена эмпирическая зависимость: прочность бетона R = f (усилия скола).

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. Применяют также испытания по Шору — измеряют упругий отскок падающего шарика.

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.

Молоток И.А. Физделя

В головку молотка весом 250 г завальцован стальной шарик диаметром 17,463 мм; ручка молотка — длиной 300мм и весом 100 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 %.

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 (во-круг точки закрепления) падении на увлажненную бетонную поверхность. В приборе ДПГ-4: дли-на 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.

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.

Штамп НИИЖБ. (Иногда встречается название «Прибор Г.К. Хайдукова, А.И. Годер, Р.М. Рачевского»)

Отпечаток на поверхности материала можно получить не только с помощью удара (динамическим путем), но и вдавливанием шарика или штампа (статическим путем). Испытываемый бетонный элемент помещают в специальную скобу (струбцину с измерителем усилия), в которую вмонтирован портативный гидравлический домкрат (пресс). Между штампом и бетоном помещают листы белой и копировальной бумаги. Построены тарировочные кривые R = f (dб двух взаимно перпендикулярных отпечатков) для штампов с тремя разными радиусами кривизны r = 10, 14 и 24 см (вдавливаемых с усилиями, соответственно, 22, 20 и 16 кН). Передача усилия более значительному объему материала, чем при ударе приборами с наконечниками небольших размеров, когда один раз можно попасть в заполнитель, другой раз — в цементный камень, позволяет судить о совместной работе всех компонентов бетона. Т.е. результат испытания получается более достоверным.

Метод измерения упругого отскока

Прибор типа КМ («Комплексный метод» ЦНИИСК, по другим утверждениям — Киев Метростроя).

Освобожденный от зацепления боёк под действием ударной пружины бьет в ударник, заканчивающийся шариком (очень похожа на этот прибор имеющаяся на кафедре «Пушка ЛИСИ»). На приборе можно выставить две силы удара — 1,25 и 5 МПа; первая служит для испытания бетона прочностью 5…10 МПа, вторая — 10…40 МПа. Начинают с нанесения ударов большей силы; если отпечатки превышают 6,5 мм, переходят к ударам меньшей силы.

Тарировочный график R = f (dб) построен для случая, когда удары наносятся по вертикаль-ной поверхности; при нанесении их сверху или снизу по конструкции полученную прочность бетона соответственно увеличивают или уменьшают на 7 %.

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 %.

Все приборы, которыми определяют прочность материала путем измерения упругого отскока, называют склерометрами. Т.е. прибор типа КМ во втором варианте исполнения можно назвать склерометром.

Маятниковым прибором 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»).

Склерометр Ужполявичуса — прибор для определения прочности бетона по величине упру-гого отскока стального стержня; основные его части — цилиндрический корпус, система пружин, стальной стержень-ударник, защелка и указатель отскока.

Измеритель прочности бетона с аналого-цифровым преобразователем и микропроцессо-ром (АЦПМ) — прибор, состоящий из склерометра и АЦПМ. Основные части склерометра — прак-тически 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.

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.

Физические основы ультразвука

Источники. 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.

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).

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 электрон-но-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.

Способы прозвучивания. Источник и приёмник ультразвуковых волн могут быть расположены на противоположных гранях объекта. В этом случае волна проходит сквозь толщу материала, поэтому способ называется сквозным. Направление прозвучивания при этом возможно нормальное к поверхностям объекта и наклонное (диагональное). Если на пути волны встречается существенный дефект, наполненный воздухом, то скорость ультразвука, по сравнению со скоростью на соседних участках материала без дефектов, снизится; под дефектом возникает своеобразная «теневая» зона. Источник и приёмник ультразвуковых волн могут быть расположены и на одной и той же грани объекта. В этом случае волну можно пускать по поверхности материала (выискиваются трещины, выходящие на поверхность конструкции) и в глубь его. В последнем случае волна проходит сквозь толщу материала и отражается от противоположной грани или от дефекта (так называемый «эхо-метод»).

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 за-груженных участков конструкций.

Методы определения прочности материалов в каменных конструкциях

Метод отбора проб из конструкции

Прочность полнотелого и пустотелого глиняного обыкновенного и силикатного кирпича определяют как средний результат испытаний при сжатии пяти образцов «двоек» из двух целых кирпичей или их половинок, умноженный на коэффициент 1,2 , и пяти образцов на изгиб (методика испытаний описана в разделе 2).

Прочность глиняного обыкновенного и силикатного кирпича может быть определена испытанием полученных их них кубиков с ребром 40…60 мм или цилиндров диаметром и высотой 40…60 мм. Масштабный коэффициент, на который умножаются результаты испытаний: 0,75 для кубиков и 0,81 для цилиндров.

Для испытания на сжатие керамических, силикатных, бетонных и природных камней правильной формы опытные образцы изготовляют из одного камня или одной его половинки.

Прочность природных камней правильной и неправильной формы, а также мелких и крупных блоков из тяжёлого, силикатного, ячеистого бетона и бетонов на пористых заполнителях допускается определять испытанием на сжатие образцов-кубов или цилиндров, выпиленных или высверленных из камней, целых изделий или монолита.

Масштабные коэффициенты, на которые умножаются результаты испытаний кубов с ребром, отличным от 15 см для перехода к прочности стандартного куба: 7,07 см – 0,85; 10 см – 0,95; 20 см – 1,05; 30 см – 1,1.

Масштабные коэффициенты для перехода к прочности стандартного куба для цилиндров с высотой, превосходящей диаметр в 2 раза: при d = 7,14 см – 1,16; 10 см – 1,17; 15 см – 1,2; 20 см – 1,24. Для цилиндров с равными диаметром и высотой: 7,14 см – 0,91; 10 см – 1,02; 15 см – 1,05.

Прочность раствора кладки при сжатии, взятого из швов, определяют испытанием на сжатие кубиков с ребрами 2…4 см. Их изготавливают из двух пластинок раствора, которые извлекают из горизонтальных швов кладки, склеенных и выровненных (контактные поверхности) гипсовым раствором толщиной 1…2 мм. Кубики испытывают через сутки после изготовления. Марку раствора определяют как средний результат пяти испытаний, умноженный на коэффициенты: для летнего раствора 0,56 при ребре 2 см, 0,68 – 3 см, 0,8 – 4 см; для зимнего раствора, отвердевшего после оттаивания, соответственно – 0,46, 0,65 и 0,75.

Для грубого определения качества каменной кладки иногда её зондируют шлямбуром диаметром 16…20 мм или электродрелью в местах, вызывающих опасение после визуального осмотра.

Из неразрушающих методов возможно использование молотков К.П. Кашкарова и И.А. Физделя (см. с. 16), прибора типа КМ (см. с. 17), а также ультразвукового метода (см. с. 18), если имеются достаточно обоснованные эмпирические зависимости между определяемыми этими при-борами параметрами и прочностью материалов.

Методы определения прочности стали в обследуемых металлоконструкциях

Прочность стали эксплуатируемых конструкций оценивают по данным заводских сертификатов, по результатам лабораторных испытаний и неразрушающими методами.

Метод отбора проб из конструкции

Образцы из сортового и фасонного проката вырезаются вдоль направления прокатки огнем с отступом на 10 мм от грани будущей заготовки (припуски для предохранения образца от наклёпа и нагрева). Из листового металла образцы вырезают поперёк или в направлении силового по-тока, если направление прокатки не известно.

Образцы предпочтительно отбирать из ненагруженных или малонагруженных участков элемента. Вырезки заполняются вваркой вставок с усилением их накладками.

Образцы испытывают на растяжение и ударную вязкость стандартизированными лабораторными методами. Химический состав металла определяют на пробах в виде стружки.

Все замечания о трудностях и недостатках метода, описанные выше для бетонных образцов, распространяются и на образцы из металла.

Метод измерения пластической деформации.

Составлена тарировочная таблица R = f(dэ/dс). Погрешность — не более 10 %. Серия состоит из 10…12 ударов, расстояние между лунками — около 10 мм.

Методы определения прочности древесины в обследуемых деревянных

конструкциях

Методы измерения пластической деформации.

Метод А.Х. Певцова.

Для деревянных конструкций предложен метод определения прочности по отпечатку, оставляемому на гладко оструганной поверхности стальным шариком диаметром 25 мм при сбрасывании его с подставки (она резко выдергивается) с высоты 50 см. В место предполагаемого падения шарика укладывают листы белой и копировальной бумаги. При испытании вертикальных и наклонных поверхностей шарик привязывают к нити длиной 50 см и отводят перед отпуском в сторону.

Методы оценки местных разрушений.

Метод стрельбы.

Из мелкокалиберной винтовки производят выстрел по деревянной конструкции с расстояния от дула до поверхности 10 см. Установлена эмпирическая зависимость: прочность древесины R = f (от глубины погружения пульки, определяемой электрозондом).

Метод Е.Е. Гибшмана и В.Г. Донченко.

В древесине просверливаются 4 шпура диаметром 25 мм и глубиной 20 мм. Заштрихованные участки древесины удаляются (выдалбливаются долотом). Между средними шпурами по касательным специальной пилочкой делаются пропилы на глубину шпуров. Остается небольшой объем древесины, связанный с окружающей древесиной лишь своим основанием. Рычажное приспособление, снабженное динамометром, вставляют в один из удаленных долотом участков и производят срез объема. Установлена эмпирическая зависимость: прочность древесины R = f (усилия среза).

Методы дефектоскопии бетона обследуемых конструкций

Акустические методы.

Метод акустической эмиссии основан на регистрации акустических волн в бетоне при его пластическом деформировании и возникновении трещин.

Регистрируя скорость движения волн, можно обнаружить накопление опасных разрушений (зоны концентрации напряжений, эволюция развития трещин) в процессе нагружения конструкций и их эксплуатации. Специальная аппаратура «слышит» треск бетона.

Методы с использованием ионизирующих излучений (радиационные методы).

Используются следующие ионизирующие излучения: рентгеновское, тормозное излучение ускорителей электронов (ТИУЭ), -излучение и тепловые нейтроны.

Рентгеновское, тормозное излучение ускорителей электронов (ТИУЭ) и -излучение — это высокочастотные электромагнитные волны, распространяющиеся в вакууме со скоростью света.

Предел просвечиваемого слоя рентгеновским излучением: металл — 100 мм, бетон — 350 мм, пластмассы — 500 мм; ТИУЭ — соответственно, 450 мм, 2000 мм, 3500 мм; -излучение — 100 мм, 300 мм и 500 мм.

Рентгеновские лучи получают с помощью электронных рентгеновских трубок, в которых: под действием высокого напряжения на катоде образуется пучок электронов, которые подлетают к аноду из платины или вольфрама, сталкиваются с ним (поэтому анод называют ещё мишенью), и при этом возникает непрерывный спектр рентгеновских лучей.

Для получения ТИУЭ используются бетатроны. Бетатрон — это индукционный ускоритель электронов, в котором разогнавшиеся под действием вихревого электрического поля и сошедшие с равновесной орбиты электроны сталкиваются с анодом, и при этом возникает излучение.

Источниками -излучения являются радиоактивные изотопы кобальта-60, цезия -137, иридия -192, тулия-170, европия-155, где числа – это т.н. массовые числа, равные сумме протонов и нейтронов в ядре.

Поток тепловых нейтронов образуется при бомбардировке мишеней (полониево-бериллиевых или плутониево-бериллиевых) частицами, протонами, нейтронами или -квантами очень высокой энергии ( частицы — это ядра атома гелия, испускаемые радиоактивны-ми ядрами; состоят из двух протонов и двух нейтронов).

Оценка однородности материала осуществляется путем фиксирования степени ослабления ионизирующего потока: рыхлый материал будет меньше ослаблять поток, материал с плотной структурой — сильнее.

Фиксация интенсивности ионизирующего потока, прошедшего через просвечиваемую конструкцию, может производиться:

радиографическим методом

С помощью рентгеновской плёнки, которая после просвечивания подвергается соответствующей обработке;

ксерорадиографическим методом

(результат просвечивания фиксируется на ксерорадиографической или электрорадиографической пластинке, состоящей из алюминиевой подложки и нанесенного на неё слоя фотопроводника — аморфного селена; этому слою сообщают электрический заряд, пластину помещают в светонепроницаемую кассету; при просвечивании конструкции ионизирующее излучение проходит сквозь кассету, на поверхности селенового слоя образуется скрытое электростатическое изображение, которое проявляется после вскрытия кассеты в темноте мелким наэлектризованным порошком мела; частицы порошка, заряженные электричеством противоположного знака по отношению к заряду пластины, прилипают к поверхности селенового слоя, образуя видимое изображение просвечиваемого объекта; это изображение переносят на бумагу и фиксируют);

радиометрическим методом

С помощью детекторов излучения — сцинтилляционных (сцинтилляция — кратковременная световая вспышка в сцинтилляторах-люминофорах под действием ионизирующего излучения), полупроводниковых, газоразрядных счетчиков или ионизационных камер.

В бетоне такими методами удается выявить дефекты, в 2-3 раза превышающие характерный размер крупного заполнителя и составляющие не менее 5…8 % от толщины конструкции. Трещину можно выявить только совпадающую с направлением просвечивания (предельное несовпадение — 5о). Это объясняется естественной неоднородной структурой бетона.

Дефект оставляет на плёнке и на пластине затемнённый след, а детектор излучения реагирует на дефект резким увеличением показания.

Возможны два способа просвечивания: сквозной (источник и плёнка, пластина или детек-тор находятся на противоположных гранях конструкции) и односторонний (регистрируется интенсивность излучения, рассеянного материалом).

Радиографический метод с использованием рентгеновского излучения:

При сквозном просвечивании конструкции фиксируется не только сам факт существования дефекта, но и точное его месторасположение. Если расположение дефекта в плане легко угадывается по снимку, то глубину его залегания определяют смещением источника излучения параллельно плёнке и пуском потока под новым углом к ней. Зная смещение, расстояние между прежним и новым затемнениями на снимке и между источником и плёнкой, из подобия треугольников легко определить удаленность дефекта от плёнки.

Использование нейтронных излучений.

Нейтроны — электрически нейтральны, поэтому на рентгеновскую пленку непосредственно не действуют. Для их фиксирования применяют два приёма:

«прямой», когда рядом с пленкой помещают нейтроактивирующий металлоэкран, проходя через который, нейтроны возбуждают в нем поток излучения, фиксируемый на пленке;
«косвенный», когда облученный нейтронами металлоэкран переносят в фотокассету, где излучение фиксируется на пленке.

Второй приём даёт более четкую картину, так как исключается влияние дополнительного -излучения, возникающего уже в просвечиваемой конструкции при захвате нейтронов ядрами химических элементов бетона. В первом случае оно фиксируется наряду с основным потоком на пленку, во втором — уходит в пространство, и на пленке в кассете отпечатывается только основной поток.

Методы дефектоскопии стали обследуемых конструкций

Методы с использованием проникающих сред.

Это — методы для контроля герметичности соединений в резервуарах, газгольдерах, трубо-проводах и других подобных сооружениях. Различают методы течеискания и капиллярный.

Методы течеискания.

Испытание водой. Ёмкость наполняют водой до отметки, несколько превышающей эксплуатационную, и контролируют состояние швов. В закрытых сосудах давление жидкости можно повысить дополнительным нагнетанием воды или воздуха. Состояние шва можно также проверить сильной струей воды из брандспойта под давлением 1 ат, направленной нормально к поверхности шва.
Проба керосином. Благодаря малой вязкости и незначительному по сравнению с водой поверхностному натяжению керосин легко проникает через самые малые поры. Если поверхность шва с одной стороны обильно смочить керосином, а противоположную сторону заранее побелить водным раствором мела, то при наличии дефекта на светлом фоне проявятся характерные ржавые пятна.
Проба сжатым воздухом. Шов с одной стороны обмазывают мыльной водой, а с противоположной обдувают сжатым воздухом под давлением 4 ат.
Проба вакуумом. Шов с одной стороны обмазывают мыльной водой. Затем к шву с этой же стороны приставляется металлическая кассета в виде плоской коробки без дна, но окаймлен-ной снизу резиновой прокладкой, с прозрачным верхом. Вакуум-насосом в кассете создается небольшое разряжение.

Капиллярный метод.

На конструкцию наносят специальную жидкость (индикаторный пенетрант), которая под действием капиллярных сил заполняет полости поверхностных дефектов. Затем жидкость удаляют с поверхности конструкции. Если в жидкости был порошок, то он отфильтруется и скопится в дефектах; при использовании жидкости без порошка на конструкцию после удаления жидкости наносится проявитель — мел (в виде порошка или водной суспензии), который реагирует с жидкостью в дефектах и образует индикаторный рисунок высокой цветовой контрастности. При применении реактивов образуются даже рисунки, способные люминесцировать в ультрафиолетовых лучах и при дневном свете.

Акустические методы.

Ультразвуковой метод.

Контроль дефектов производится с помощью сквозного прозвучивания объекта. На участках без дефектов скорость ультразвуковой волны не падает, а на участке с дефектами, содержащими воздух, волна полностью затухает или скорость её заметно уменьшается.

Контроль качества сварных швов стыковых соединений производится следующим образом. Для обнаружения шлаковых включений, раковин, газовых пор, трещин, непроваров чаще всего применяют эхо-метод, когда источник и приёмник волн совмещены в одном преобразователе (поочередно происходит пуск волны и её приём). Преобразователь — призматический, позволяющий пускать и принимать волну под углом к вертикали. Перемещают преобразователь зигзагообразно вдоль сварного шва. Отражение волны от противоположной грани соединенных сваркой конструктивных элементов (скорость волны, на прямом и обратном пути которой, возможно, встретился дефект) сравнивают с эталонными отражениями (скоростями), полученными на предварительно сваренных эталонных фрагментах соединений с искусственно сделанными дефектами.

Метод акустической эмиссии основан на регистрации акустических волн в металле при его пластическом деформировании.

Регистрируя скорость движения волн, можно обнаружить накопление опасных разрушений (зоны концентрации напряжений) в процессе нагружения конструкций и их эксплуатации. Специальная аппаратура «слышит» треск металла.

Методы с использованием ионизирующих излучений.

Радиографический метод с использованием рентгеновского излучения:

При просвечивании дефект спроецируется на пленку в виде затемненного пятна, по которому можно определить положение дефекта в плане и его величину в направлении, перпендикулярном направлению просвечивания. О величине дефекта в направлении просвечивания судят, сравнивая интенсивность затемнения пятна с интенсивностями затемнений, получившихся на фотопленке от прорезей разной глубины на эталоне чувствительности. Глубину залегания дефекта определяют смещением источника излучения параллельно пленке и пуском потока под новым углом к ней, как это уже описано для бетонных конструкций.

Пуск потока под новым углом преследует еще одну цель: выявить дефекты, вытянутые перпендикулярно первоначальному направлению потока, пересекаемые им по меньшему протяжению и вследствие этого оставшиеся «незамеченными».

Магнитные, электрические и электромагнитные методы.

Магнитные методы основаны на регистрации полей рассеяния над дефектами или на определении магнитных свойств контролируемых изделий. Различают методы: магнитопорошквый, магнитографический, феррозондовый, преобразователя Холла, индукционный и пондеромоторный.

Магнитопорошковый метод. Любая ферромагнитная деталь состоит из очень маленьких самопроизвольно намагниченных областей — доменов. В размагниченном состоянии магнитные поля доменов направлены произвольно и компенсируют друг друга, суммарное магнитное поле доменов равно нулю. Если деталь помещается в намагничивающее поле, то под его влиянием поля отдельных доменов устанавливаются по направлению внешнего поля, образуется результирующее магнитное поле доменов, деталь намагничивается.

Магнитный поток в бездефектной зоне распространяется прямолинейно по направлению результирующего магнитного поля. Если же магнитный поток наталкивается на открытый или скрытый дефект (прослойку воздуха или не ферромагнитное включение), то он встречает большое магнитное сопротивление (участок с пониженной магнитной проницаемостью), линии магнитного потока искривляются и часть их выходит на поверхность конструкции. Там, где они выходят из конструкции и входят в неё, возникают местные полюса N, S и магнитное поле над дефектом.

Если намагничивающее поле снять, местные полюса и магнитное поле над дефектом всё равно останутся.

Наибольший возмущающий эффект и наибольшее местное магнитное поле вызовет дефект, ориентированный перпендикулярно направлению линий магнитного потока. Если через исследуемую конструкцию пропустить ток одновременно постоянный и переменный, это позволит создать переменное направление намагничивания и выявить различно ориентированные дефекты.

Для регистрации местных магнитных полей над дефектами применяют мелко размолотый железный сурик, окалину и т.п., выбирая цвет порошка контрастным по отношению к цвету предварительно зачищенной поверхности конструкции; порошок наносят сухим (напыление) или в виде суспензии — водной (что предпочтительнее для строительных конструкций) или керосиномасляной. Вследствие намагничивания и притягивания друг к другу частиц порошка, над дефектами он оседает в виде заметных скоплений.

Для регистрации местных магнитных полей (дефектов) в сварных швах используют магнитографический метод. Намагничивание производят соленоидом, витки которого располагают параллельно шву по обеим его сторонам; на шов накладывается магнитная лента (аналогичная применяемой в звукозаписи, но несколько большей ширины). Местное магнитное поле запишется на ленте. Прослушивают запись на звуковом индикаторе.

Феррозондовый метод основан на преобразовании напряженности магнитного поля в электрический сигнал. Перемещая два зонда по поверхности конструкции после её размагничивания, выискивают местные магнитные поля над дефектами; возникающая в этих местах электродвижущая сила зафиксируется прибором.

Эффект Холла заключается в том, что если прямоугольную пластину из полупроводника (германия, антимонита, арсенида индия) поместить в магнитное поле перпендикулярно вектору напряженности и пропустить по ней ток в направлении от одной грани к другой противоположной, то на двух других гранях возникнет электродвижущая сила, пропорциональная напряженности магнитного поля. Размеры пластины 0,7х0,7 мм, толщина 1 мм. Местные магнитные поля над дефектами выискивают, перемещая прибор по конструкции после её размагничивания.

Индукционный метод. Выискивание местных магнитных полей над дефектами в сварных швах производится с помощью катушки с сердечником, которая питается переменным током и является элементом мостовой схемы. Возникающая над дефектом электродвижущая сила усиливается и преобразуется в звуковой сигнал или подаётся на самопишущий прибор или осциллограф.

Пондеромоторный метод. Через рамку прибора протекает электрический ток, образуя магнитное поле вокруг себя. Прибор устанавливают на железнодорожный рельс, подвергаемый намагничиванию внешним магнитным полем. Магнитные поля взаимодействуют друг с другом, рамка поворачивается и занимает какое-то положение. При перемещении по рельсу и обнаружении потока рассеяния над дефектом, рамка меняет первоначальное положение.

Методы дефектоскопии деревянных и составных конструкций

Визуальный метод.

Многие старые здания, подлежащие реконструкции, выполнены из деревянных конструкций. В основном обследуют такие конструкции визуально. Состояние материалов элементов перекрытий, перегородок, мест крепления консольных конструкций балконов и эркеров при этом проверяют путём вскрытия. Элементы крыш (стропила, обрешётки) обычно открыты для осмотра.

Оставляя без внимания пороки древесины, вызванные неправильностью её роста (сучки, пороки формы ствола, пороки строения, ненормальные отложения), назовём пороки, вызванные воздействием механических и физических факторов – это трещины и раны, и пороки, вызванные грибами и насекомыми – это ненормальные окраски и гнили и повреждения насекомыми.

Трещины разделяются на трещины растущего дерева (метик, отлуп, морозобоина) и трещины усушки. Трещины нарушают целостность древесины и могут значительно снизить её прочность. Степень поражения древесины трещинами оценивают характером трещин, их расположением и размерами. Длину и глубину трещин измеряют в линейных размерах или в долях длины и толщины сортамента стальными линейками шириной 10 мм и толщиной 0,3 мм.

Раны от механических воздействий, воздействий огня также могут снизить прочность материала.

Наиболее опасны для древесины дереворазрушающие домовые грибы – настоящий, белый, плёнчатый, пластинчатый. Степень поражения грибом может быть различной в зависимости от того, имеет ли древесина плодовые тела, хорошо развитую грибницу и шнуры гриба (гифы).

Акустические методы.

Импедансный метод. «Импеданс» — комплексное сопротивление акустической системы (энциклопедия). Здесь имеется в виду сопротивление не электрическое, а сопротивление колебаниям, другими словами — комплексная жесткость составной конструкции.

Метод основан на измерении импеданса участка конструкции, состоящей из основного материала и приклеенного к нему слоя обшивки. Если обшивка жестко склеена с основным материалом, то датчик в виде колеблющегося стержня (ультразвуковые колебания), торец которого контактирует с конструкцией, вызывает колебания конструкции как единого целого. Если же стержень попадает в зону непроклея, то участок обшивки колеблется как тонкий элемент. Жесткость только обшивки существенно ниже жесткости конструкции в целом, сила взаимодействия датчика и конструкции существенно уменьшается, и это улавливается регистрирующей аппаратурой.

Метод акустической эмиссии основан на регистрации акустических волн в твердых телах при их пластическом деформировании и при возникновении трещин.

Регистрируя скорость движения волн, можно обнаружить накопление опасных разрушений (появление расслоев в клееных деревянных конструкциях) в процессе нагружения конструкций и их эксплуатации. Специальная аппаратура «слышит» треск материала.

Методы с использованием ионизирующих излучений.

В древесине результаты просвечивания получаются более чувствительными чем в бетоне: сравнительно легко выявляются даже малые внутренние дефекты — трещины, сучки, места загни-вания.

Методы определения положения арматуры в обследуемых железобетонных

конструкциях

Разрушающие методы.

Толщину защитного слоя бетона, положение, диаметр и состояние арматуры определяют путём обнажения арматуры в виде поперечных штраб (борозд), вырубаемых в бетоне, шириной 5…6 см. Для изгибаемых элементов обнажение арматуры выполняется у опор и в середине пролета. Диаметр арматуры измеряют штангенциркулем после очистки её от наслоений бетона.

Для определения степени коррозии арматуры штангенциркулем измеряют толщину слоя коррозии или диаметр неповреждённого сечения после удаления продуктов коррозии.

Методы с использованием ионизирующих излучений.

Обнаружение арматуры в железобетонных конструкциях производится сквозным просвечиванием, когда источник и детектор излучения находятся на противоположных гранях конструкции и медленно перемещаются по ним. Встречающаяся на пути излучения арматура существенно ослабляет поток и это фиксируется детектором.

Если на обнаруженный стержень направить поток поочерёдно с двух точек, сместив источник излучения, то на воспринимающей пластине зафиксируются два «отпечатка» шириной, равной диаметру арматуры, а из подобия треугольников с известными параметрами можно определить глубину залегания арматуры (защитный слой бетона).

Этот способ даёт хорошие результаты при толщине конструкций до 400 мм и диаметре арматуры свыше 10 мм.

Магнитные, электрические и электромагнитные методы.

Существуют две разновидности приборов:

Магнитометрический прибор состоит из двух мощных постоянных магнитов, в центральной части магнитного поля которых расположен на оси маленький магнит со стрелкой. При приближении к арматуре напряженность магнитного поля в средней точке изменяется, возникает магнитный момент, поворачивающий магнитик со стрелкой. Экстремум отклонения соответствует расположению прибора над арматурным стержнем, а отклонение стрелки указывает на толщи-ну защитного слоя.
Прибор индукционного типа ИЗС-2 или ИЗС-10Н (измерение по ГОСТ 22904) имеет выносной индуктивный преобразователь (по внешнему виду похожий на телефонную трубку, в выступах которой вмонтированы два соленоида), связанный с корпусом прибора соединительным кабелем. В корпусе прибора также имеются два соленоида и ферромагнитный стержень, контактирующий со стрелкой прибора. Выносной преобразователь создает магнитное поле, магнитное поле создают и магниты в корпусе прибора. Индуктивный мост сбалансирован. По мере приближения к арматуре магнитное поле преобразователя меняется, баланс полей нарушается, ферромагнитный стержень начинает перемещаться, пытаясь уравновесить мост, и двигает стрелку.

На табло прибора имеется несколько шкал, которые соответствуют арматурным стержням разного диаметра. Записав толщины защитного слоя по шкалам всех диаметров, повторяют отсчеты, поместив между бетоном и преобразователем прокладку заданной толщины из оргстекла, де-рева или другого диамагнетика. Диаметр арматуры будет соответствовать той из шкал, разность отсчетов по которой оказалась равной толщине прокладки.

На показания прибора влияют диаметр арматуры, расстояние от выносного преобразователя до арматурного стержня и расстояние между арматурными стержнями. Прибор позволяет вы-явить наличие арматуры в железобетонных конструкциях на глубине до 120 мм при диаметре арматуры не менее 4 мм и на глубине до 200 мм при диаметре арматуры не менее 16 мм, а также определить диаметр арматуры на глубине до 60 мм. Он обеспечивает измерение толщины защитно-го слоя бетона над арматурными стержнями диаметром 4…10 мм — от 5 до 30 мм, диаметром 12…32 мм — от 10 до 60 мм. Прибором можно определить расположение проекций на поверхность бетона осей стержней арматуры диаметром 4…10 мм при толщине защитного слоя бетона не более 60 мм, диаметром 12…32 мм — не более 30 мм.

При работе с прибором вблизи не должно быть посторонних стальных предметов, а поверхность бетона должна быть ровной.

В статье перечислены основные методы обследования зданий и сооружений.