Лекция 18
1. Общие понятия
Контроль качества строительных материалов, изделий и конструкций в целом может производиться двумя основными способами:
1. Разрушающий метод испытаний связан с выявлением предельной несущей способности изучаемых объектов с доведением их до разрушения. Такой способ достаточно эффективен при проведении стандартных испытаний образцов из стали, бетона и других материалов, а также испытание моделей сооружений и их фрагментов. Разрушение реальных объектов для выявления их фактической несущей способности в подавляющем большинстве случаев экономически не оправдано.
2. Неразрушающий метод испытаний конструкций и их элементов позволяет сохранить эксплуатационную пригодность рассматриваемых объектов и выявить их действительное техническое состояние без нарушения несущей способности.
Неразрушающие методы испытаний построены, в основном, на косвенном определении свойств и характеристик объектов испытания. Существуют следующие виды испытаний, основанные на методах неразрушающего контроля, которые можно классифицировать следующим образом:
§ метод проникающих сред – основан на регистрации индикаторных жидкостей или газов, проникающих в объект;
§ механические методы испытания связаны с анализом местных разрушений, либо перемещений при внедрении нагрузочного органа в тело испытуемого материала, либо изучением поведения объектов в резонансном состоянии;
§ оптические методы связаны с испытаниями моделей и конструкций в проходящем и в отраженном излучении;
§ акустические методы связаны с определением параметров упругих колебаний с помощью ультразвуковой нагрузки;
§ магнитные методы испытаний связаны с использованием электромагнитных волн проходящих через исследуемый материал;
§ радиационные методы испытаний связаны с использованием нейтронов и радиоизотопов;
§ тепловые методы испытаний основываются на изучении тепловых полей и теплового контраста объекта;
§ радиоволновые методы испытаний – построены на эффекте распространения высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний в изучаемых объектах;
§ электрические методы – основаны на оценке электроёмкости, электроиндуктивности и электросопротивлении изучаемого объекта.
2. Метод проникающих сред
Этот метод можно разделить на два: метод точеискания и капиллярный метод. Метод точеискания используется для контроля герметичности резервуаров, газгольдеров, трубопроводов и других подобных сооружений. При испытании водой проверяемые ёмкости заполняются до отметки, превышающей эксплуатационный уровень. В закрытых сосудах давление жидкости повышается путём дополнительного нагнетания воды или воздуха. Отдельные швы металлоконструкций могут проверяться сильной струёй воды из брандспойта, направленной нормально к поверхности шва под давлением около 1 атм. При наличии дефектов вода просачивается сквозь не плотности проверяемого соединения.
Эффективным для выявления трещин является применение керосина. Благодаря малой вязкости и незначительному поверхностному натяжению по сравнению с водой керосин легко проникает через поры и трещины и выступает на противоположной стороне изделия. Поверхность шва с одной стороны обильно смачивается керосином, а противоположная – предварительно подбеливается водным раствором мела и высушивается. При наличии трещин на подсохшем светлом фоне отчётливо выявляются ржавые пятна и полосы при просачивании керосина.
Простейший способ, основанный на использовании сжатого воздуха, заключается в обдувании швов с одной стороны сжатым воздухом под давлением до 4 атм. по направлению, перпендекулярному поверхности. Противоположная поверхность предварительно обмазывается мыльной водой. Образование мыльных пузырей указывает на наличие сквозных трещин.
Эффективным является использование ультразвуковых точеискателей для фиксации ультразвуковых колебаний, которые возникают при истечении воздуха из трещин. С помощью точеискателей можно выявить неплотности размерами до 0,1 мм и установить место нахождения дефекта с точностью до 2 см. Для особо ответственных конструкций вместо воздуха используют химические реагенты (например, воздушно-аммиачную смесь и др.), которые обладают высокой проникающей способностью.
Наличие трещин может быть также выявлено путём создания вакуума (см. рисунок). Отмеченный способ удобен тем, что позволяет выявить существующие дефекты при одностороннем доступе к конструкции.
Капиллярный метод используется для выявления трещин, не видимых невооружённым глазом. Данный метод позволяет выявить дефекты путём образования индикаторных рисунков с высоким оптическим (яркостным и цветовым) контрастом.
При яркостной капиллярной дефектоскопии в качестве индикаторного пенетранта используется керосин, невязкое синтетическое масло или их смеси. В качестве проявителя – мел, применяемый в виде сухого порошка, водной суспензии с добавками поверхностно-активных веществ или суспензии на основе органических растворителей. Индикаторный пенетрант просачивается в слой мела и вызывает его потемнение. Этот способ имеет малую чувствительность, но широко используется для нахождения сквозных трещин.
При цветной дефектоскопии применяют индикаторные пенетранты или реактивы, образующие после нанесения проявителя индикаторный рисунок, хорошо видимый на белом фоне проявителя.
При подготовке поверхностей к дефектоскопии они должны быть тщательно очищены и высушены. При проведении работ необходимо соблюдать соответствующие требования техники безопасности.
3. Механические методы испытаний
Испытания прочности бетонов с применением приборов механического действия возможно осуществить следующими наразрушающими методами:
§ метод местных разрушений (метод отрыва, либо метод скалывания);
§ склерометрические методы (метод упругого отскока и метод пластических деформаций).
3.1. Метод местных разрушений.
Наиболее полную информацию о прочностных свойствах материалов конструкций даёт лабораторное испытание образцов, изъятых из тела конструкций. Отбор проб из металлических конструкций осуществляется путём механической резки. При взятии проб из железобетонных конструкций используют алмазные коронки и диски из синтетических алмазов. Отбор образцов следует производить в наименее напряжённых элементах конструкций. Таким образом, способ отбора проб позволяет выявить прочностные характеристики материала непосредственно.
2.2. Метод пластических деформаций
Метод основан на оценке местных деформаций, вызванных приложением к конструкции сосредоточенных усилий. Этот метод основан на зависимости размеров отпечатка на поверхности элемента, полученного при вдавливании штампа статическим или динамическим воздействием, от прочностных характеристик материала. Достоинство этого метода заключается в его технологической простоте, недостаток – суждение о прочности материала по состоянию поверхностных слоёв.
3.3. Определение прочностных характеристик
металлических изделий
Твёрдость НВ по Бриннелю определяется при статическом или динамическом вдавливании стального шарика «1 » в тело испытуемого металла «2 » (см. рисунок). Оценивается она значением величины
От твёрдости можно перейти к временному сопротивлению углеродистой стали (МПа): 
Существуют также и другие методы определения твёрдости металлических изделий (например – по Роквеллу и по Виккерсу).
2.4. Определение прочности бетонных изделий
Основной характеристикой бетона является предел его прочности при сжатии. Прочность бетона на сжатие определяют для контроля качества продукции заводов товарного бетона, для контроля за твердением бетона в конструкциях и для определения фактической прочности бетонных конструкций.
Прочность бетона в конструкциях без их разрушения возможно определить:
§ механическим методом;
§ электронно-акустическим методом;
§ комплексным методом.
Механические методы определения прочности бетона могут быть основаны на статическом, либо на динамическом воздействии штампов различной формы на поверхность бетона (склерометрические методы).
2.5. Подготовка участков железобетонных
изделий для испытаний
Перед испытаниями ж/б изделий неразрушающими склерометрическими методами необходимо соответствующим образом подготовить участки для их проведения. При выборе участков следует, чтобы около 2/3 участков приходилось на наиболее напряжённые зоны конструкции. Если бетонная поверхность офактурена, то в этом случае необходимо очистить участок испытания, сняв слой штукатурки или облицовки.
Для бетонов, возраст которых превышает один год, слишком твёрдый поверхностный карбонизированный слой необходимо удалить на толщину 3-5 мм при помощи шлифовального камня.
Зависимость между прочностью бетона и твёрдостью его поверхностного слоя при склерометрических испытаниях устанавливают опытным путём и представляют в виде градуировочной кривой, используя результаты параллельных испытаний бетонных образцов разрушающими и неразрушающими методами.
Метод статического воздействия сферического штампа на поверхность исследуемого бетонного изделия разработан сотрудниками НИИЖБа Г.К.Хайдуковым, А.И.Годером и Д.М.Рачевским. Схема прибора представлена на следующем рисунке.
Прочность бетона на сжатие определяется по градуировочным графикам в зависимости от диаметра отпечатка.