Прикладная метрология как инструмент диагностики технического состояния строительных конструкций и определения физического износа зданий и сооружений

Метрологическое обеспечение строительства - это систематическое выполнение определенных функций, соблюдение правил и требований, направленных на повышение надежности и точности измерений в процессе проектирования, изготовления и эксплуатации строительных объектов предприятиями, научно-исследовательскими и проектными организациями и отдельными исполнителями работ.

1. Обследование и диагностика строительных конструкций

Метрология необходима для строителя как инструмент в части применения её методов при диагностике технического состояния конструкций зданий.

Диагностика здания (сооружения) - процесс установления технического состояния здания (сооружения).

Обследование - процесс получения качественных и количественных показателей эксплуатационной годности здания (сооружения), его частей и конструкций путем визуального осмотра, инструментальных измерений в натуре и лабораторных определений.

Обследование предварительное - вид обследования, при котором в качестве основного метода определения показателей эксплуатационной годности используют анализ технической документации и внешний осмотр здания (сооружения) и его частей экспертами. При визуальном обследовании определяют, главным образом, качественные показатели эксплуатационной годности.

Обследование детальное - вид обследования, при котором в качестве основного метода определения показателей эксплуатационной годности используют инструментальные тесты конструкций и материалов зданий (сооружений).

Обследования специальные - вид обследований, при которых в качестве основных методов определения показателей эксплуатационной годности, используются специальные изыскания, исследования, натурные или модельные испытания и т.п. (хим. анализ состава бетона или стали)

Обследование сплошное - вид обследования, при котором обследованию подлежат все конструктивные элементы здания (сооружения).

Обследование выборочное - вид обследования, при котором обследованию подлежат только отдельные, наиболее нагруженные или изношенные конструктивные элементы здания (сооружения).

Обследование плановое - обследование, которое выполняется в сроки, заранее определенные регламентом эксплуатации здания (сооружения).

Обследование внеочередное - обследование, которое выполняется вследствие возникновения любых нарушений эксплуатационного регламента.

Паспортизация технического состояния здания (сооружения) - это обследование, диагностика и оценка технического состояния объекта Специализированной организацией и определение на этом основании категории его технического состояния с последующим составлением Паспорта технического состояния здания (сооружения).

Цели, задачи и объемы диагностики конструкций отличаются в зависимости от продолжительности эксплуатации зданий и сооружений, а также от их технического состояния.

Наиболее типичные случаи, при которых возникает необходимость диагностики конструкций:

а) ввод в эксплуатацию самовольного строительства (без проектной документации);

б) техническое обследование для проектирования капитального ремонта и реконструкции (определение технической возможности реконструкции. В жилье – при изменении назначения помещений (первые этажи жилых зданий));

в) техническое обследование при повреждениях конструкций и авариях в процессе эксплуатации;

г) оценка состояния незавершенных объектов строительства, законсервированных зданий и сооружений, которые с обретением собственника проходят "расконсервацию";

д) инструментальный приемочный контроль технического состояния возведенных или реконструированных объектов (оценка качества работ как со стороны заказчика так и со стороны подрядчика);

е) приемочный контроль сборных железобетонных конструкций заводского изготовления;

Работы по диагностике и оценке технического состояния строительных конструкций проводятся в следующем порядке:

· предварительное (рекогносцировочное) обследование с оценкой объемов работ;

· сбор и анализ технической документации (проектной, строительной, эксплуатационной);

· уточнение объемно-планировочного и конструктивного решения конструктивных элементов здания (при необходимости приходится вскрывать конструкции);

· проведение детальных обследований (зачастую инструментальных обследований);

· выявление характерных дефектов и повреждений, а также наиболее поврежденных и аварийных участков;

· выполнение специальных обследований

· Обработка и анализ результатов обследования, определение физического износа объекта оценки.

К наиболее характерным дефектам и повреждениям конструкций, подлежащих выявлению при обследовании, относятся:

- дефекты, связанные с недостатками проекта несоответствие расчетной схемы действительными условиям работы, отклонения от норм проектирования и др.;

- дефекты изготовления - отклонения от проектных геометрических размеров, снижение прочности и превышение проницаемости бетона по сравнению с проектными, нарушение армирования и смещение закладных деталей, недостаточная толщина защитного слоя, наличие раковин в бетоне, трещин в швах сварных соединений и др.;

- дефекты монтажа и возведения конструкций - смещение от проектного положения, недостаточная площадь опирания, низкое качество монтажных соединений, отсутствие или некачественное выполнение антикоррозионной защиты, ;

- механические повреждения от нарушения правил эксплуатации - пробивка отверстий, проемов с обнажением и вырезкой арматуры в железобетонных конструкциях, обнажение арматуры для крепления коммуникаций и оборудования, сколы бетона и трещины от ударов при перемещении грузов и при работе оборудования и т. п.,

- повреждения от непредусмотренных проектом статических и, динамических силовых воздействий - развитие чрезмерных деформаций (прогибов), трещин (нормальных и наклонных) в изгибаемых, внецентренно сжатых, внецентренно растянутых, растянутых элементах, трещин (нормальных и продольных) в сжатых и внецентренно сжатых железобетонных элементах и т. д.;

- повреждения от внешних агрессивных воздействий - коррозионное разрушение бетона, образование трещин коррозионного, происхождения вдоль арматурных стержней, обнажение арматуры и ее коррозия, морозная деструкция бетона, появление на поверхности конструкций высолов, местные выпучивания и отслоения слоя краски, развитие под пленкой краски очагов коррозии металла, коррозия элементов металлических узлов.

Оценка технического состояния конструкций проводится в соответствии со следующими категориями [1]: Нормальное, Удовлетворительное, Непригодное для нормальной эксплуатации, Аварийное

І. Нормальное – выполняются требования действующих норм и проектной документации. Отсутствует необходимость в ремонтно-восстановительных работах на момент обследований. Допускается:

- основания и фундаменты: незначительные волосные трещины в цокольной части стен; физико-геологические процессы и явления, которые негативно влияют на условия эксплуатации здания, отсутствуют;

- конструкции каркаса, перекрытия, покрытия из сборного и монолитного железобетона: трещины в перекрытии не имеющие четкой ориентации;

- каменные и армокаменные конструкции: трещины в отдельных кирпичах, которые не пересекают швы кладки. Отсутствуют дефекты и повреждения в каменных и армокаменных конструкциях здания.

II. Удовлетворительное – удовлетворяются требования действующих норм по предельным состояниям I группы; требования норм по предельным состояниям II группы могут быть нарушены. Допускается:

- основания и фундаменты: наличие отдельных глубоких трещин в цокольной части и стенах; местные выбоины, отколы, нарушение штукатурного слоя цоколя; местные деформации поверхности грунтов, отмосток, полов; локальное замачивание грунтов. Деформации оснований и фундаментов, нарушающие нормальную эксплуатацию здания, отсутствуют;

- конструкции каркаса, перекрытия, покрытия из сборного и монолитного железобетона: отколы бетона и др.;

- каменные и армокаменные конструкции: размораживание и выветривание кладки; отслоение облицовочного материала на глубину до 0,5 см толщины; вертикальные и наклонные трещины (независимо от длины и ширины раскрытия), которые пересекают не более двух рядов кладки;

III. Непригодное для нормальной эксплуатации – нарушены требования действующих норм, но отсутствует опасность обрушения и угроза безопасности пребывания людей в зоне обследуемых конструкций. Требуется усиление и восстановление эксплуатационных свойств. Допускается:

- основания и фундаменты: наличие сквозных трещин в цоколе с распространением на всю высоту здания, искривление и значительное оседание отдельных участков со стабилизацией деформаций;

- конструкции каркаса, перекрытия, покрытия из сборного и монолитного железобетона: трещины вдоль арматурных стержней до 3 мм, нормальные трещины в изгибаемых и растянутых конструкциях шириной раскрытия не более 0,3 - 0,5 мм в зависимости от класса арматуры и др.;

- каменные и армокаменные конструкции: размораживание и выветривание кладки; отслоение облицовочного материала на глубину до 2,0 см толщины; вертикальные и наклонные трещины в несущих стенах, столбах на высоту не более четырех рядов кладки. Наклоны и выгиб стен и фундаментов в пределах не более чем на 1/6 их толщины. Возникновение вертикальных трещин между продольными и поперечными стенами и др.;

IV. Аварийное – существуют повреждения, свидетельствующие об опасности пребывания людей в зоне обследуемых конструкций и о возможности обрушения конструкций. Требуется немедленная разгрузка конструкций и устройство временных креплений (стоек, подпорок, накладок и др.):

- основания и фундаменты: наличие прогрессирующих сквозных трещин на высоту здания, неравномерные осадки фундаментов, разрушение цоколя перекосы проемов, сдвиг плит и балок, разрушение конструктивных элементов, определяющих устойчивость здания и др.;

- конструкции каркаса, перекрытия, покрытия из сборного и монолитного железобетона: явные следы коррозии арматуры, прогибы балочных конструкций, превышающие допускаемые; выпучивание сжатой арматуры, продольные трещины в сжатой зоне; разрывы или смещения поперечной арматуры в зоне наклонных трещин, отрыв анкеров от пластин закладных деталей и др.;

- каменные и армокаменные конструкции: обрушение участков стен, размораживание и выветривание кладки; отслоение облицовочного материала на глубину более 2,0 см толщины; вертикальные и наклонные трещины в несущих стенах, столбах на высоту не более восьми рядов кладки. Наклоны и выгиб стен и фундаментов в пределах 1/3 их толщины и более. Отрыв продольных стен от поперечных в местах их пересечения; повреждение стен под опорами ферм, балок и перемычек в виде трещин, раздробление камней или смещение рядов кладки по горизонтальным швам на глубину более 2 см и др.;

Лекция 4

КОНТРОЛЬ ПРОЧНОСТИ БЕТОНОВ

с учетом характеристик однородности прочности

ГОСТ 18105-86 БЕТОНЫ ПРАВИЛА КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ, ПОЯСНЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

На предприятиях при изготовлении бетонной смеси и производстве сборных конструкций, а также на строительных площадках при бетонировании монолитных конструкций должны производиться статистический контроль и приемка бетона по прочности с учетом однородности в соответствии с требованиями стандарта.

Приемка бетона путем сравнения его фактической прочности с нормируемой без учета характеристик однородности прочности не допускается.

Контролю подлежат:

· отпускная прочность бетона — для сборных конструкций без предварительного напряжения и сборных конструкций с предварительным напряжением, если отпускная прочность выше передаточной;

· передаточная прочность бетона — для предварительно напряженных конструкций;

· прочность бетона в установленном проектной документацией промежуточном возрасте — для монолитных конструкций (при снятии несущей опалубки и т.д.);

· прочность бетона в проектном возрасте — для сборных и монолитных конструкций.

Контроль прочности осуществляют в следующем порядке:

ü определяют прочность бетона в каждой из партий, изготовленных в течение установленного стандартом периода (анализируемого);

ü вычисляют характеристики однородности прочности бетона за анализируемый период;

ü определяют по характеристикам однородности прочности бетона в анализируемом периоде требуемую прочность бетона для последующего контролируемого периода;

ü определяют прочность бетона в данной контролируемой партии, сравнивают ее с требуемой прочностью и принимают решение о приемке этой партии.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА В ПАРТИИ

При контроле неразрушающими методами для определения отпускной или передаточной прочности бетона сборных конструкций от партии отбирают 10 %, но не менее трех конструкций.

Для определения прочности бетона монолитных конструкций неразрушающими методами в промежуточном возрасте контролируют не менее одной конструкции из объема бетона, уложенного в течение каждых суток (или часть конструкции в случае, когда ее бетонирование производится более 1 сут).

На каждой сборной конструкции, отобранной для определения прочности бетона неразрушающими методами, назначают не менее двух, а для монолитной — не менее четырех контролируемых участков.

Число и расположение контролируемых участков должно указываться проектной организацией в рабочих чертежах конструкций в зависимости от геометрических размеров, назначения и технологии их изготовления и быть не менее:

— для линейных конструкций — одного участка на 4 м длины;

— для плоских конструкций, за исключением монолитных конструкций сплошных стен,       одного участка на 4 м² площади;

— для монолитных конструкций сплошных стен — одного участка на 8 м² площади.

При отсутствии указаний в рабочих чертежах контролируемые участки устанавливает изготовитель по согласованию с проектной или научно-исследовательской организацией.

Число измерений, выполняемых на каждом контролируемом участке, принимают по действующим стандартам на методы неразрушающего контроля.

Прочность бетона в партии (на участке контроля)(R_m), МПа, вычисляют по формуле

                                     (1)

где R_i — единичное значение прочности бетона, МПа;

n — общее число единичных значений прочности бетона в партии.

За единичное значение прочности бетона принимают:

— при контроле по образцам — среднюю прочность бетона в одной серии образцов, определенную по ГОСТ 10180;

— при контроле неразрушающими методами — среднюю прочность бетона конструкции или среднюю прочность бетона контролируемого участка конструкции, определенную по действующим государственным стандартам на методы неразрушающего контроля.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОРОДНОСТИ БЕТОНА ПО ПРОЧНОСТИ

В течение анализируемого периода для каждой партии бетона вычисляют среднее квадратическое отклонение S_m и коэффициент вариации V_m прочности. Указанные характеристики вычисляют для всех видов нормируемой прочности. При этом допускается коэффициент вариации прочности бетона в проектном возрасте для сборных конструкций не вычислять, а принимать его равным 85% от коэффициента вариации отпускной прочности.

При контроле по образцам среднее квадратическое отклонение прочности бетона в партии (S_m), МПа, при числе единичных значений прочности бетона в партии п больше шести вычисляют по формуле

,                     (2)

Если число единичных значений прочности бетона в партии от двух до шести, значение S_m вычисляют по формуле

                                        (3)

где W_m - размах единичных значений прочности бетона в контролируемой партии, определяемый как разность между максимальным и минимальным единичными значениями прочности, МПа;

a - коэффициент, зависящий от числа единичных значений (п) и принимаемый по табл. 1.

Таблица 1

Коэффициент вариации прочности бетона в партии (партионный коэффициент) (V_m) в процентах вычисляют по формуле

                                   (6)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

Требуемую прочность бетона (отпускную, передаточную, в промежуточном или проектном возрастах) при нормировании прочности по классам (Р_т), МПа, вычисляют по формуле

R_Т =K_Т B_норм,                                      (8)

где B_норм — нормируемое значение прочности бетона (отпускной, передаточной, в промежуточном или проектном возрасте) для бетона данного класса по прочности на сжатие, осевое растяжение или растяжение при изгибе, МПа;

K_Т — коэффициент требуемой прочности для всех видов бетонов, принимаемый соответствии с табл. 2 в зависимости от среднего коэффициента вариации прочности бетона V_n по всем партиям за анализируемый период, вычисленного по формуле (7).

При использовании неразрушающих методов контроля прочности бетона в случаях, когда за единичное значение принимают прочность бетона контролируемого участка конструкции, правую часть формулы (8) следует умножать на коэффициент, равный 0,95.

4.2. Требуемую прочность бетона при нормировании прочности по маркам определяют в соответствии с приложением 3.

Таблица 2

При необходимости контроля прочности бетона отдельных. партий коэффициент требуемой прочности может приниматься по табл. 2 или таблице приложения 3 в зависимости от коэффициента вариации прочности бетона в данной партии, вычисленного по формуле (6). При этом число единичных значений прочности бетона в этой партии должно быть не менее 30.

В начальный период до накопления необходимого для ведения статистического контроля числа результатов испытаний требуемую прочность бетона (R_Т) определяют по формуле

R_Т =                         (10)

где К_б — коэффициент, принимаемый по табл. 3 в зависимости от вида бетона.

ПРИЕМКА БЕТОНА ПО ПРОЧНОСТИ

Партии бетона сборных конструкций принимают по отпускной и передаточной прочности, а монолитных конструкций — по прочности бетона в проектном возрасте.

Партия бетона подлежит приемке, если фактическая прочность бетона в партии (R_m) будет не ниже требуемой прочности (R_Т), т.е.

R_m ³ R_Т                                   (11)

Лекция 5.