Общая оценка технического состояния конструкций при предварительном обследовании строительного объекта

Б. Детальное инструментальное обследование строительных конструкций позволяет определить не только основные физико-механические свойства материала, но и установить в результате испытаний соответствие между реальным поведением строительной конструкции и ее расчетной схемой.

Этот вид обследования всегда связан с проведением испытаний конструкций и их элементов с помощью различных приборов, инструментов и приспособлений.

Процесс испытания строительных конструкций включает в себя следующие этапы:

1) освидетельствование, включающее операции по проверке размеров конструкций, выявлению качества материалов, дефектоскопии и уточнению других факторов, определяющих состояние объекта;

2) инструментальная проверка поведения исследуемой конструкции при приложении к ней внешних нагрузок (статических и динамических), измерение температуры и влажности внешней среды, и т.д.;

3) перерасчеты на прочность, деформируемость, трещиностойкость как отдельных, входящих в состав объекта конструкций, так и всего объекта в целом, проводимые на основании фактических данных, полученных в результате освидетельствования и испытаний.

Классификация основных видов детального инструментального обследования строительных конструкций зданий и сооружений приведена на рис. 4.9.

Для детального инструментального обследования строительных конструкций применяют две группы методов, различающихся между собой способами проведения необходимых исследований и измерения основных характеристик:

- неразрушающие методы, когда все измерения производятся непосредственно на объекте или на конструкции без повреждения элементов;

- разрушающие методы, связанные с отбором проб или образцов из конструкций и нарушением сплошности материала.

Неразрушающие методы контроля строительных конструкций широко применяются в процессе проведения технических экспертиз зданий и сооружений. Их используют как при приемочном контроле конструкций на заводе-изготовителе, так и непосредственно на объекте при проведении экспертизы.

По физическим принципам исследований эти методы можно классифицировать следующим образом:

1) механические методы;

2) акустические методы;

3) электрофизические методы;

4) методы ионизирующего излучения;

5) радиоволновые методы;

6) тепловые методы;

7) голографические методы;

8) прочие методы.

Б.1. Механические методы нашли широкое применение в строительстве благодаря своей простоте, удобству и возможности быстро выполнить проверку состояния материала в различных точках конструкции. Прежде всего, это оценка прочности бетона с помощью эталонных молотков К.П.Кашкарова и И.Л.Физделя. По диаметру отпечатков, полученных при ударе молотком, по эмпирическому графику определяется прочность бетона. Для этих целей также широко применяются склерометры различных типов. В этих приборах о прочности бетона судят по величине отскока стального бойка. Чаще всего их используют в транспортном строительстве при обследовании мостов.

Рис. 4.9. Виды детального инструментального обследования

Б.2. Акустические методы основаны на возбуждении упругих механических колебаний. По параметрам этих колебаний определяют физико-механические характеристики исследуемого материала. В зависимости от частоты колебаний эти методы делят на ультразвуковые (частота 20 тыс. Гц и выше), звуковые (до 20 тыс. Гц) и инфразвуковые (до 20 Гц).

Используют акустические методы, главным образом, для выявления и исследования дефектов конструкций (трещин, расслоения, пустот), проверки качества швов сварных соединений, дефектоскопии клеевых соединений и стыков, определение толщин изделий из металлических сплавов, а также для определения прочностных характеристик бетона по корреляционным зависимостям.

Б.3. Электрофизические методы обследования делят на магнитные, электрические и электромагнитные.

Магнитные методы применяют для определения дефектов в металле, контроле качества сварных швов. Их использование основано на том, что магнитный поток при наличии дефекта конструкции искривляется и рассеивается.

С помощью электромагнитных методов можно определить толщину металлических элементов, а также контролировать натяжение арматуры в железобетонных конструкциях. Для выявления положения и глубины залегания арматуры в железобетонных конструкциях используются приборы магнитно-индукционного типа.

Электромагнитный метод положен в основу определения влажности древесины. По замеренному электрическому сопротивлению можно судить о состоянии материала в конструкции, пользуясь соответствующими зависимостями между электропроводностью и влажностью для данного сорта древесины.

Б.4. Неразрушающий контроль с помощью ионизирующего излучения эффективно используют в процессе обследования строительных конструкций для различных целей. Преимущества применения ионизирующего излучения заключаются в возможности быстрого и качественного получения определяемых характеристик.

Контроль рентгеновскими и гамма-излучениями применяется для оценки физико-механических характеристик материалов и качества конструкций. Прежде всего, с его помощью осуществляют дефектоскопию сварных соединений, а также определение упругой составляющей деформации металла. В бетоне и железобетоне производится определение плотности, контроль однородности, а также определение положения и диаметра арматуры и толщины защитного слоя бетона.

Для просвечивания деталей и конструкций применяют также источники нейтронного излучения. Наиболее эффективным применением нейтронов оказывается при определении влажности материалов – бетона, древесины и др.

Б.5. Большие перспективы применения имеет радиоволновой метод контроля (СВЧ). С помощью приборов, разработанных на основе этого метода, можно оценить такие характеристики, как влажность, плотность, пористость строительных материалов, толщину защитного слоя в железобетонных конструкциях.

Также эффективно применение радиоволнового метода при контроле пластмасс, древесины (в том числе и в клееных конструкциях), бетона, железобетона и других материалов. Радиоволновой метод дает возможность исследовать как начальную стадию зарождения очагов нарушения сплошности конструкций, так и ход дальнейшего развития дефектов.

Б.6. Широкие перспективы при обследовании ограждающих конструкций имеют тепловые методы, на основе которых разработаны специальные приборы – тепловизоры. Они позволяют с высокой точностью проводить теплофизические исследования строительных конструкций.

Принцип действия тепловизоров основан на использовании инфракрасного излучения от внешнего источника, отраженного от исследуемого материала или прошедшего сквозь него. Применение тепловизоров дает возможность оценить общие теплопотери здания, обнаружить усадку теплоизоляции ограждающих конструкций, исследовать температурные поля, найти пустоты в изоляции, трещины в ограждающих конструкциях, оценить воздухопроницаемость стыковых соединений.

Б.7. Перспективными для применения являются также голографические методы, позволяющие получать при изменении условий рассмотрения одной и той же заснятой голограммы объемные изображения такими, какими они видны при различном положении точки наблюдения при непосредственном рассмотрении объекта.

Б.8. Существуют и другие методы неразрушающего контроля. Наиболее эффективным является комплексное применение различных методов, базирующихся на разных физических принципах, взаимно дополняющих друг друга.

При всех своих достоинствах неразрушающие методы не всегда дают достаточно полную характеристику обследуемого объекта. С их помощью не всегда возможно установить все необходимые физико-механические свойства материала конструкции, а также показатели несущей способности, жесткости, трещиностойкости и др.

В процессе детального инструментального обследования конструкций часто выполняют испытания отобранных из них образцов с целью проверки их физико-механических характеристик, прочностных и деформационных свойств. Эти виды испытаний проводятся обычно в лабораторных условиях и относятся к разрушающим методам.

Основные проблемы применения разрушающих методов связаны с отбором образцов материала из конструкций. Отбор любого образца связан с ослаблением исследуемого элемента и необходимостью последующего восстановления поврежденных мест. Поэтому часто для отбора образцов используют менее ответственные и второстепенные участки конструкций. Однако этим нарушается основная цель взятия образцов материала для исследования, поскольку наиболее важным для изучения является состояние материала именно в ответственных местах конструкций. Несмотря на эти недостатки, испытания предварительно отобранных из конструкций образцов широко применяются, так как этот способ достаточно прост и позволяет получить характеристики материала с высокой точностью.

Образцы в металлических конструкциях с целью уменьшения ослабления сечения берутся минимальных размеров. Их отбор обычно осуществляется методом огневой или механической резки. Места отбора должны быть заполнены вставками со сваркой и, в случае необходимости, усилены накладками.

В бетоне, в отличие от металла, испытания должны проводиться на крупных образцах. Стандартами предусмотрено, что размеры кубиков бетона для испытания на сжатие должны быть не менее 70 х 70 х 70 мм, а балочек на изгиб должны иметь сечение 100 х 100 мм и длину 400 мм. Такие условия можно выполнить только в массивных конструкциях. В других случаях можно испытывать образцы нестандартных сечений. Очень важно при отборе образцов бетона избежать повреждения их граней. Для этого используют алмазные дисковые и ленточные пилы из специальных сталей. Пустоты, образовавшиеся в элементах бетонных конструкций после выемки образцов, должны быть сразу заделаны. Для этих целей лучше применять бетон на безусадочном цементе во избежание появления трещин по местам стыков.

В деревянных конструкциях вырезка образцов для лабораторной проверки физико-механических характеристик, как правило, нецелесообразна. Следует учитывать, что несущая способность деревянных конструкций зависит не только от свойств материала, но и от наличия или отсутствия механических дефектов и повреждений древесины, а также от гнили. Для обнаружения и оценки этих факторов требуются не лабораторные испытания образцов, а тщательный осмотр деревянных конструкций.

Рекомендуемые методы и порядок определения характеристик материалов бетонных, железобетонных, каменных, металлических и деревянных конструкций приведен в СП 13-102-2003.

В. Наиболее точную информацию о напряженном состоянии конструкции с учетом ее реальной работы дает метод натурных испытаний. Недостатком его является высокая трудоемкость и стоимость, поэтому он применяется только для наиболее ответственных объектов и конструкций.

В зависимости от объекта и цели исследования в ходе натурных испытаний устанавливаются:

- несущая способность, которая характеризуется нагрузкой, при которой наступает потеря прочности или устойчивости объекта испытаний;

- жесткость, которая характеризуется значениями перемещений, предельными с точки зрения возможности нормальной эксплуатации объекта;

- трещиностойкость, характеризуемая нагрузкой, при которой образуются трещины, допустимые по условиям эксплуатации.

Оценка результатов натурных испытаний выполняется на основании их всестороннего анализа и сопоставляется с данными теоретических расчетов, уточненных в соответствии с фактическими размерами, характеристиками материала и состоянием исследуемого объекта.

Учитывая, что натурные испытания конструкций сложны, дороги, трудоемки и не всегда дают желаемую полноту информации, в процессе детального обследования применяют испытания на моделях. Сущность этих испытаний состоит в том, что натурный объект на основе принципов теории подобия заменяется аналогом-моделью, а результаты испытаний чаще всего носят на количественный, а качественный характер.

Испытания строительных конструкций на моделях позволяют:

§ выявить действительную картину распределения усилий во всех характерных сечениях и узловых соединениях элементов конструкций;

§ произвести экспериментальным путем анализ напряженного состояния реальной конструкции взамен аналитического расчета;

§ проверить правильность гипотез, положенных в основу аналитического расчета;

§ уточнить расчетную схему конструкции;

§ определить запас прочности конструкции, характер разрушения и разрушающую нагрузку;

§ установить влияние различных факторов на работу конструкции.

На основании проведенных обследований осуществляется перерасчет строительных конструкций здания или сооружения. Расчеты выполняются на основании и с учетом уточненных обследованием геометрических параметров объекта и его конструктивных элементов, реальной расчетной схемы, наличия дефектов и повреждений, фактических нагрузок и условий эксплуатации здания или сооружения.

В процессе обследования помещений здания и мест общего пользования необходимо проверить и оценить исправность систем внутреннего водоснабжения, водоотведения, теплоснабжения и электроснабжения.

Г. Определение уровня технического износа внутренней системы водоснабжения заключается в обнаружении утечек воды на повреждённых участках магистральных и разводящих участков водопроводной сети, а также в раздаточной арматуре (краны, смесители, смывные бачки и т.д.). Одним из признаков технического износа водопроводной сети является возникновение шумов (вибрация неплотно закреплённых водоразборных кранов, образование заусениц в стыках трубопроводов, местные сужения сечения труб вследствие отслаивания слоя оцинковки или скопления продуктов коррозии).

Д. Система внутридомовой канализации состоит из трубопроводов, приёмников сточных вод и устройств для осмотра и прочистки засорённых участков.

Во вновь построенных зданиях, особенно при повышенной этажности, в первые годы эксплуатации в результате осадочных деформаций, а в старых вследствие износа, наиболее распространенными причинами нарушений нормальной работы канализационных систем являются расстройства стыковых соединений, повреждение трубопроводов, нарушение работы сифонов и вытяжных вентиляционных труб.

При технической оценке системы канализации следует выявить детали, срок работы которых превысил нормативный, так как они не могут обеспечить безотказное функционирование системы.

Тепловой комфорт в помещениях создаётся системами отопления, компенсирующими тепловые потери через ограждающие конструкции и неплотности оконных и дверных проёмов. При технической оценке системы отопления необходимо обращать внимание на уплотнение соединений трубопроводов, состояние самих трубопроводов, дефекты фасадных частей, наличие контруклонов трубопроводов, недостаточно надёжное крепление трубопроводов и отопительных радиаторов.

Е. При оценке надежности систем электроснабжения учитываются следующие факторы:

- наличие резервного источника электроснабжения здания;

- вид внутренней электропроводки (скрытая, открытая);

- материал и вид электропроводов (многожильный, одножильный, медный, алюминиевый);

- возраст электропроводки, наличие актов измерения сопротивления и изоляции.

Конкретное заключение о возможности дальнейшего использования имеющихся в здании внутренних инженерных сетей, коммуникаций и оборудования принимается специалистами соответствующего профиля.

К числу обязательных видов обследования и технических экспертиз относятся и специальные разделы, в т.ч. определение теплотехнических характеристик ограждающих конструкций.

Ж. Целью обследований теплозащитных качеств является выявлениефактических характеристик иих соответствия современным нормативным требованиям, которые в последние годы существенно изменились в связи с требованиями экономии и рационального использования энергетических ресурсов.

Основной задачей определения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций является:

- определение температурного поля на внутренних поверхностях ограждающих конструкций, на участках теплопроводных включений, узлов примыканий внутренних и наружных стен, стыковых соединений для выявления зон с пониженной температурой, где возможно образование конденсата на поверхности конструкций и выявление степени теплотехнической неоднородности конструкций;

- определение динамики влажностного режима конструкций в разные сезоны года, установление зоны конденсации влаги и степени влагонакопления в холодный период года, определение влажностного состояния стыковых соединений;

- обследование воздухопроницаемости стеновых конструкций, стыковых соединений и светопрозрачных конструкций.

При разности давлений воздуха с одной и с другой стороны ограждения через ограждение может проникать воздух в направлении от большего давления к меньшему. Если фильтрация происходит в направлении от наружного воздуха в помещение, то она называется инфильтрацией, при обратном направлении — эксфильтрацией. В зимних условиях в отапливаемых помещениях температура внутреннего воздуха существенно выше наружного воздуха, что обуславливает разность их объемных масс, в результате чего и создается разность давлений воздуха с обеих сторон ограждения. Разность давлений воздуха может возникнуть также под влиянием ветрового напора.

Инфильтрация холодного воздуха вызывает дополнительные потери тепла ограждениями и охлаждение помещений, а эксфильтрация может неблагоприятно отразиться на влажностном режиме конструкций ограждений, способствуя конденсации в них влаги.

Методика расчета и требуемое нормативное сопротивление проницанию воздуха в ограждающих конструкциях регламентируются СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника».

З. Воздухопроницаемость конструкций (стен, дверей, оконных проёмов, ворот в цехах промзданий и в гаражах, стыков панелей и т.д.) выполняется с использованием специального оборудования и приборов.

Тепловые завесы, устраиваемые в проёмах широких ворот промышленных зданий и сооружений, а также в вестибюлях гостиниц, административных и общественных пунктах и т.д. с интенсивным перемещением людей, должны обследоваться и оцениваться не только с учётом эффективности работы оборудования этих завес (температурное поле, скорость потока воздуха), но и с точки зрения санитарно-гигиенических результатов их работы (интенсивность сквозняков, влажность, биологическая среда и т.д.).

Результаты проверок сравнивают с данными табл. 4.5, где приведены нормируемые значения воздухопроницаемости G^H, кг/(м² ч) ограждающих конструкций зданий и сооружений, и на этой основе дают оценку воздухопроницаемости ограждающих конструкций.

Таблица 4.5.

Предельные значения нормативной воздухопроницаемости G^H ограждающих конструкций зданий и сооружений

Необходимо также провести обследование загазованности и радиоактивного загрязнения помещений.

На отдельных участках и целых территориях может быть повышенное содержание вредных для здоровья газов, в том числе природного происхождения (метан, радон), которые, обычно фильтруя через грунты, могут скапливаться в помещениях подвалов, полуподвалов и первых этажей.

В помещения зданий и сооружений могут также поступать выхлопные газы от автотранспорта с прилегающих дорог и магистралей, а также от производственных предприятий и подземных гаражей.

В отдельных случаях в зданиях (особенно в каменных) может быть повышенная радиоактивность, образуемая, как природными, так и техногенными явлениями.

Наибольшую долю в облучение населения вносит радон и продукты его распада, находящиеся в воздухе помещений, поступающие как с подстилающих геологических слоев, так и из конструкций самих зданий. Это так называемое внутреннее облучение. По предварительной оценке около 1% населения (≈1,5 млн. чел.), каждый индивидуально, получает от радона эффективную эквивалентную дозу более 6-12 миллиЗиверт/год (мЗв /год). При этом около 20% всех заболеваний раком легкого обусловлено радоном и его дочерними продуктами.

Работы по обследованию таких помещений осуществляют специализированные организации, имеющие соответствующий опыт и контрольные приборы.