Методы контроля состояния свойств материалов конструкций

Раздел VI . Методы контроля состояния свойств материалов конструкций

Аппаратура, приборы и методы контроля состояния и эксплуатационных свойств материалов и конструкций при обследовании

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 испытаниях образцов из стали, бетона и других конструкционных материалов. При испытании моделей сооружений и их фрагментов конструкции могут доводиться до предельных состояний. Что же касается ре­альных объектов, то их разрушение для выявления пре­дельных несущих способностей экономически 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 формования, плотность и прочность бетонов в изделиях, провести дефектоскопию конструкций.

Неразрушающие методы испытаний построены в ос­новном на косвенном определении свойств и 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 испытаний, связанные с анали­зом местных разрушений, а также изучением поведе­ния объектов в резонансном состоянии;

Рекомендуемые материалы

• акустические методы испытаний, связанные с опреде­лением параметров упругих колебаний с помощью ультразвуковой нагрузки и регистрацией 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 излучаемых объектах;

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

• использование геодезических приборов и инструмен­тов при освидетельствовании и испытаниях конструк­ций.

Механические методы испытаний

К механическим неразрушающим методам 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.

В меньшей мере подвергаются внешним возмущени­ям конструкции при использовании приемов, основан­ных на косвенном определении механических характе­ристик. Так, прочность бетона может быть установлена путем испытания на отрыв со скалыванием. Эти испыта­ния связаны либо 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/pd² 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 сосед­них участках и берут среднее значение, а для построения градуировочной 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 индентора статическим или динамическим воздействием, от прочност­ных характеристик материала. Достоинство этого мето­да — веготехнологической простоте, недостаток—в оценке прочности материала по состоянию поверхностных сло­ев.

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

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

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 стенки 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.

Радиоволновой метод испытаний

Радиодефектоскопия основана на проникающих свой­ствах радиоволн сантиметрового и миллиметрового диа­пазонов. Этим методом обнаруживаются поверхностные дефекты, состоящие из 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

"Введение в психологию зависимого поведения" - тут тоже много полезного для Вас.

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.

Метод стереофотограмметрии применяют при испы­таниях строительных конструкций и сооружений дина­мическими нагрузками. При этом применяют фотоаппа­раты с синхронным затвором объектива.