теоретичний матеріал до теми 2

1. Мета і завдання інструментального обстеження.

      У процесі експлуатації внаслідок фізичного зношування будівельних матеріалів їхня первісна міцність зменшується.

Для діагностування технічного стану будівельних конструкцій та об’єктів при проведенні обстеження виникає потреба у визначенні фізико-механічних та фізико-хімічних влас­тивостей матеріалів, перевірці відповідності проектним обрисам і положенню, вимірюванні геометричних розмірів, прогинів, ширини розкриття тріщин, дефектоскопії тощо. З цією метою використо­ вуються різноманітні прилади й обладнання.

2. Прилади та інструменти для проведення обстежень технічного стану будівель та споруд.

Згідно до ДСТУ-Н Б В.1.2-18:2016 фізико-механічні характеристики матеріалів несучих та огороджувальних конструкцій можуть визначатися:

• за допомогою стандартних неруйнівних та інших польових методів (ультра­ звукових, пластичних деформацій тощо)
• шляхом вилучення зразків матеріалів та вико­нання стандартних лабораторних випробувань.

Кількість точок (ділянок) визначення міцності та інших характеристик матеріалів призначають з урахуванням стану конструкцій. Вилучення зразків матеріалів слід виконувати, як правило, з другорядних та ненапружених частин елементів. Місця, з яких вилучені зразки, повинні бути надійно полагоджені, а за потреби - підсилені.

При визначенні фізико-механічних характеристик матеріалів і конструкцій слід керуватися вимогами та вказівками відповідних нормативних документів.

Прилади, які використовуються для оцінювання технічного стану конструкцій, можна поділити на дві групи:

• До першої належать прилади для визначення відповідності проектному положенню будівельних конструкцій, включаючи деформації всіх видів (для споруди в цілому та її елементів). Для досягнення цієї мети використовуються відомі геодезичні прилади і пристрої.
• Другу групу приладів становлять пристосування, призначені для визначення міцності та деформативних властивостей матеріа­лів конструкцій.

 До базових параметрів експлуатаційної якості будівлі, що визначають його безпеку й комфортні умови довкілля й діагностуються в процесі обстежень, належать: міцність, деформативність, герметичність, температурно- вологісний режим, теплопровідність (опір теплопередачі), вологість матеріалу конструкції, звукоізоляція та освітленість.

При оцінюванні динамічних характеристик використовують прилади: вібромарки, індикатори годинникового типу, амплітудо- метри конструкції Ємельянова і Смотрова, частотомір Фрама, віброграф ВР-1 та ін.; електричні осцилографи (типу Н004М, Н008М, Н010М, НОЗО, Н041, Н023 і Н700), швидкодіючі самозапи- суючі електричні прилади (типу Н-327-1, Н-338-4 тощо) й магні­ тографи (типу МП-2, Н036 та ін.). При цьому деформації безпосе­ редньо вимірюються за допомогою тензорезисторів і комплекту приладів типу К001.
Дефектоскопія будівельних конструкцій та матеріалів викону­ ється шляхом використання приладів, призначених для оцінюван­ ня міцності бетону..
Для замірювання ширини розкриття тріщин використовуються мікроскопи МПБ-2, МПБ-3 і МИР-2. Наявність металевих виро­ бів у масиві бетону, дерева й інших матеріалів можна визначити, користуючись металошукачем МИ-1. Діаметр, положення стриж­ нів арматури та товщину захисного шару бетону вимірюють при­ ладами типу ВИМ, ИЗС, ТЗС, ИСМ. Для вимірювання механічних напружень у металі, котрі виникають у результаті зварювання, а також для знаходження дефектів зварних швів може використову­ ватися прилад ИНТ-М2 в комплекті з виносними датчиками ВД—1 та ВД-2.
Фізико-хімічні параметри, що характеризують властивості матеріалів протидіяти хімічній агресії, температурним і воложис­ тим впливам, визначаються з використанням спеціальних приладів та устаткування шляхом випробування зразків матеріалів, узятих із конструкцій. Ці роботи виконуються в умовах лабораторії.

У процесі обстеження може виникнути необхідність випробу­вання існуючих конструкцій для встановлення їх міцності та жорсткісних характеристик. Для цього використовують традиційну апа­ратуру й пристосування для статичних та динамічних випробувань будівельних конструкцій будівель і споруд. Для вимірювання зу­силь, що передаються на конструкцію домкратами, талями, лебід­ками та ін., використовують пружинні і гідравлічні динамометри переміщень (деформацій), прогиноміри типу ПМ-3 (конструкції Максимова), 6ПАО-ЛІСІ (Аїстова), компаратори й індикатори годинникового типу, тензометри Гугенбергера, Актова. Широко використовуються електричні тензометри та реєструюча апаратура до них типу АИ, АИД, ЦТМ, ИДС, СИИТ тощо. Кути повороту при випробуваннях вимірюються клінометрами або геодезичними приладами.

Таблиця 1 - Засоби неруйнівного контролю технічного стану конструкцій

Усі інструменти та прилади, необхідні для візуально-інструментальної оцінки якості, повинні зберігатися в спеціальних приміщеннях у справному стані й періодично контролюватися для перевірки точності й справності. У таблиці 1 представлені деякі традиційні технічні засоби інструментального контролю, що використовуються під час обстеження будівель для оцінки фізичних, механічних і геометричних характеристик базових несучих конструкцій, а також принцип їх роботи.

3. Неруйнівні методи випробувань будівельних конструкцій.

Для визначення фізико-механічних властивостей матеріалів, а також дефектів та пошкоджень у них використовуються різні мето­ди випробувань. Найбільш поширені з них — неруйнуючі. При їх використанні матеріал не руйнується, а значить, несуча здатність конструкції не знижується.

Серед неруйнуючих методів можна відмітити:

• механічні (фізико-механічні властивості визначаються в результаті механіч­ ної дії на матеріал),
• акустичні (використовується звук різної часто­ ти),
• радіаційні методи (проникаюче випромінювання дає можли­ вість знайти дефекти та визначити показники міцності матеріалів),
• магнітні й електричні методи,
• методи інфрачервоної дефектоскопії.

3.1. Механічні методи

До механічних належать методи місцевого руйнування (висми­кування анкерів, сколювання й відриву), пластичних деформацій, пружного відскоку.

Методи випробувань шляхом місцевого руйнування, хоча і належать до неруйнуючих, дають можливість визначити міцність матеріалів шляхом їх порушення на локальній ділянці. До цих методів відносяться висмикування анкера, відриву та сколювання ребра, метод пластичних деформацій, метод пружного відскоку.

Метод висмикування попередньо (під час бетонування конс­трукції) замонолічених анкерів базується на залежності сили ви­ смикування від міцності бетону.
Під час випробувань за допомогою гідравлічного домкрата із тіла бетону 2 (рис. 1) висмикується анкер 1 та фіксується величина сили, при якій анкер був висмикнутий.

Риссунок 1 - Визначення міцності бе­ тону висмикуванням анкера: І — анкер: 2 — бетон

Менш трудомістким і більш доступним є спосіб відриву від по­верхні бетону дисків (рис. 2). При цьому на поверхню бетонного зразка, що досліджується, за допомогою синтетичного клею (на­ приклад епоксидного) прикріплюють металевий диск. Поверхня бетону повинна бути старанно оброблена, а міцність клейового шва — не меншою за міцність бетону на відрив. Недопустимі напливи клею за межами диска.
Навантаження виконують за допомогою гідравлічного прила­ду ГПНВ-5 зі швидкістю не більше ніж 1 кН/с. Міцність бетону при цьому методі визначають, використовуючи градуювальну криву залежно від величини умовного напруження на відрив.

Рисунок 2 - Визначення міцності бе­ тону відривом приклеєного диска: 1 — сталевий диск; 2 —шар клею; З —• бетон

При визначенні міцності бетону сколюванням (рис. 3) також використовують прилад типу ГПНВ-5(ГПНС-5) (гідравлічний прес-насос).
Ширина ділянки відколу дорівнює 20 мм, а ребро пошкоджу­ ється на довжині 80... 100 мм.Для отримання вірогідного результа­ ту необхідно взяти не менше від двох (на сусідніх гранях конструк­ цій) даних випробувань та знайти середнє арифметичне, а за ним — міцність бетону при стиску

Рисунок 3 - Схема визначення міцності бетону за зусиллям сколювання

Рисунок 4 -Приклад градуювальної кривої

Прес-насос ГПНС-5 

Метод пластичних деформацій у даний час набув найбільшого поширення. Він побудований на оцінюванні місцевих деформацій матеріалу, викликаних прикладанням зовнішнього зосередженого навантаження. Суть методу полягає у визначенні міцності матеріа­лу за його твердістю.

Твердість за Брінелем (НВ) визначають шляхом утискання ста­левої кульки в тіло металу, що досліджується (рис 5) .

Рисунок 5 - Визначення твердості за Брінелем: 1 — сталева кулька; 2 — матеріал, що випробовується; В — діаметр кульки; сі — діаметр відбит­ ка на матеріалі

Між тимчасовим опором вуглецевої сталі та твердістю НВ існує кореляційна залежність:δ = 0,35 НВ, МПа.

У ролі органа, що вдавлюється в метал, можна використовува­ ти також алмазний конус із кутом біля вершини 120°(метод Роквелла) або алмазну піраміду з двогранним кутом біля вершини, рівним 136° (метод Віккерса). Між цими трьома значеннями твер­ дості встановлена функціональна залежність, і за допомогою спеці­ альних таблиць можна перейти від одного значення до іншого.

Під час визначення твердості приладом Польді немає необхід­ ності вимірювати силу, прикладену до частини приладу, що втискається в матеріал. Цей принцип полягає у зіставленні величини відбитка на металі та еталонному бруску (рис. 6). Під час удару по стрижню 1 на поверхні металу 4 й еталонному бруску 3, твердість якого НВ„ відома, залишаються відбитки. Діаметр кульки  відомий, замірюючи діаметри відбитків на поверхні металу, можна визначити твердість першого.

Рисунок 6 - Визначення твердості приладом Польді: 1 — стрижень; 2 — сталева кулька; 3 — еталонний брусок; 4 — метал, що випробовується; б,, — діаметр відбитка на еталонному бруску; сі — те ж на металі, що випробовується.

Механічні методи базуються на двох принципах:

– опірність матеріалу конструкції щодо потрапляння в неї більш твердого тіла (використовують будівельні молотки);

– залежність величини пружного відскоку від матеріалу під час нанесення удару (використовують будівельні пістолети).

Під час використання молотків заміряється відбиток на бетоні (еталонний молоток Кашкарова, молоток Шмідта (рис. 9), молоток Фізделя), під час використання пістолетів на шкалі фіксується величина пружного відскоку (пістолет ЦНДІБК, склерометр).

Міцність бетону в конструкції визначають ударним випробу­ ванням (метод відбитка).

При застосуванні цього методу дотриму­ ються таких правил:

— випробування необхідно проводити в найбільш напружених місцях, а також на ділянках із дефектами або зниженою міцніс­ тю бетону;

— бетонна поверхня має бути сухою, чистою, без затверділого це­ ментного молока. У протилежному випадку верхній шар бетону товщиною 5... 10 мм знімають шліфуванням або бурінням;

— кожна випробувальна ділянка повинна мати площу не менше ніж 400 см повітряно-сухої поверхні і включати не менше ніж 10... 12 точок вимірювання. Для достовірного судження про міцність бетону конструкції або споруди в цілому необхідно мати не менше ніж 15 ділянок (для окремих елементів конс­трукції, наприклад нижнього пояса ферми, достатньо трьох ділянок);

— сусідні точки вимірювань повинні знаходитись одна від одної на відстані не менше ніж 20 мм, а від грані елемента — не менше ніж 40 мм;,

— У місцях, де залягає крупний заповнювач, а також там, де є пори, проведення випробувань не допускається.

Найпростішим методом польової оцінки міцності бетону є кульковий молоток Фізделя (рис. 7). Молоток виготовляють із вуглецевої сталі. Ударний кінець його закінчується кулькою діаметром 17,463 мм, зробленою зі сталі твердістю 62...66 Rс. Кулька вільно закільцьована і легко крутиться у сферичному гнізді. Протилежний загострений кінець молотка піддається загартуванню. Маса молотка разом із кулькою 250 ± 5 г, а дерев'яної ручки - 100 ± 10 г.

Рисунок 7 - Молоток Фізделя

Під час контролю якості бетону під дією ліктьового удару мо­лотком кулька занурюється в бетон. За розміром одержаної лунки в бетоні можна судити про пластичні властивості матеріалу та його міцність. Діаметр лунок вимірюють за допомогою штангенциркуля  або збільшувальної проградуйованої лупи з 10-кратним збільшен­ ням тощо.
Для зменшення по­хибки вимірювання в подальшому обробітку використовують серед­нє арифметичне двох взаємно перпендику­лярних діаметрів. Далі за залежністю визначити міцність бе­тону на стиск.

Метод К.П. Кашкарова (рис. 8).

У середині головки молотка є порожній стакан та пружина. Еталонний стрижень має діаметр 10... 12 мм та довжину 100... 150 мм. Виготовлений він із круглої сталі марки СтЗсп2 або СтЗпс2 з тимчасовим опором розриву 420...460 МПа.
Під час удару по поверхні бетону кулькою остання залишає відби­ ток на поверхні бетону та еталонного стрижня. Удар може викону­ ватись або безпосередньо молотком К.П. Кашкарова, або за допо­ могою додаткового молотка. Після кожного удару еталонний стрижень повинен бути зсунутий не менше ніж на 10 мм. Для зруч­ності вимірювання діаметра лунок на бетоні їх відбиток одержують на папері. Для цього необхідно на поверхню бетону покласти копіювальний папір (активним шаром догори), а на нього аркуш тонкого білого паперу. Удар наносять по цьому аркушеві.
Вимірювання діаметрів відбитків виконують із точністю до 0,1 мм за допомогою штангенциркуля, мікроскопа, проградуйованої лупи, спеціального кутового шаблона тощо. За відношенням діа­метрів відбитків на бетоні  і еталонному стрижні за графіком  можна визначити міцність бетону на стиск. 

в)

 г) 

Рисунок 8 - Молоток Кашкарова:

а – молоток; б – кутовий масштаб; 1 – головка молотка; 2 – металева ручка; 3 – гумова ручка; 4 – гніздо для кульки; 5 – сталева кулька; 6 – еталонний стрижень із дроту; 

 в) загальний вигляд 1 — бетон, що випробовується, 2 — індентор (кулька), З — еталонний стрижень, 4 — стакан, 5 — пружина, 6 — корпус, 7 — головка, 8 — ручка

г) схема нанесення удару

Метод оцінювання міцності деревини був запропонований Пєвцовим. Суть методу полягає в тому, що на горизонтальну поверхню деревини з висоти 500 ± 1 мм падає металева кулька діаметром 25 ± 0,05 мм із питомою вагою 7,8 т/м". За величиною відбитка на деревині, викликаного ударом кульки, визначають ударну, а потім і граничну міцність матеріалу. Під час випробувань повинно бути оброблено не менше трьох відбитків, розташованих один від одного на відстані 40 ± 5 мм.

Схема приладу Пєвцова: 1 - основа, 2 - штатив, 3 - електромагніт; 4 - кулька; 5- тумблер;м 6- зразок деревини

Суть вогнепального методу визначення міцності деревини, запропонованого Кашкаровим, полягає у визначенні глибини проникнення кулі в масив деревини. За величиною глибини цього проникнення, використовуючи емпіричні залежності, можна визна­ чити міцність матеріалу. Деревину прострілюють зі спортивної малокаліберної (калібр 5,6 мм) гвинтівки ТОЗ-8 або ТОЗ-9 із відстані 100 мм у радіальному чи близькому до нього напрямі.
Обріз гвинтівки фіксують на вказаній відстані від деревини за допомогою упорної підставки, що являє собою відрізок сталевої труби діаметром 3/4 дюйма з прорізами для виходу порохових газів.
У зразок, що досліджується, стріляють не менше трьох разів.
Потім за середньоарифметичним значенням за допомогою таблиць визначають граничну міцність та об’ємну масу деревини.

Метод пружного відскоку базується на кореляційній залежності між пружними характеристиками матеріалу та його міцністю. Цю залежність визначають приладами, побудованими за двома принципами.
Один із них оснований на відскакуванні бійка від ударника — наковальні, притиснутої до поверхні бетону; другий — на відскаку­ ванні бійка безпосередньо від бетону. Більш поширеним є перший метод, тому що, виконавши деталь наковальні, яка торкається бетонної поверхні, у вигляді кульки, можна отримати міцність як методом відскоку, так і методом відбитка, дублюючи виміри.
Для вимірювання відскоку використовують прилад, що нази­ вається склерометром (за кордоном найбільш поширений склерометр Шмідта, а в Україні — прилад КМ та його модифікація ЦНДІБК). Склерометри розміщують на поверхні бетону, притис­ кають до місця випробування зі зростаючим зусиллям. При певно­ му зусиллі звільняється ударна пружина, яка через бойок наносить удар по ударнику з однаковою енергією . За величиною відскоку бійка можна судити про міцність бетону на стиск.

Рисунок 9 – Молоток Шмідта: а – схематична будова; б – приклад використання; 1 – ударний плунжер; 2 – бетонна поверхня; 3 – корпусна частина; 4 – повзунок, оснащений напрямними стрижнями; 5 – конус корпусних частини; 6 – кнопка-фіксатор; 7 – шток бойка; 8 – шайба для установ-лення бойка; 9 – ковпачок; 10 – кільце для рознімання;  11 – задня кришка інструмента; 12 – стискальна пружина; 13 – запобіжна частина конструкції; 14 – бойок; 15 – пружина для фіксації; 16 – ударна пружина; 17 – втулка; 18 – повстяне кільце; 19 – дисплейне вікно; 20 – гвинт зчеплення; 21 – контрольна гайка; 22 – штифт; 23 – запобіжна пружина

До найбільш сучасних склерометрів належать ПМ-2 (пружинний молоток), Ц-22 та прилади, розроблені в НДІ будівництва. Останні являють собою ви­ мірювальні комплекси, до яких входять: безпосередньо прилад, магнітнопружний перетворювач та аналого -цифровий перетворювач із мікропроцесором.

Рисунок 10 - Пружинний молоток ПМ-2: а) загальний вигляд; б) схема приладу. 1 - кулька, 2- ударник, 3- бойок, 4 - шток, 5,9 - пружини, 6- застібка з зубом, 7 - циліндричний корпус, 8 - втулка, 10 - кришка.

3.2. Акустичні методи

Акустичні методи побудовані на вивченні характеру розпов­сюдження звуку в конструктивних матеріалах.

Звук — коливаль­ ний рух часток пружного середовища, що поширюється у вигляді хвиль у газоподібному, рідкому та твердому середовищі. Пружні хвилі прийнято ділити на:

• інфразвукові з частотою до 20 Гц, звуко­ ві, частота яких лежить у межах від 20 Гц до 20 кГц,
• ультразвукові з частотою від 20 кГц до 1000 МГц
• гіперзвукові, частота котрих перевищує 1000 МГц.

При визначенні міцності й знаходженні дефектів у бетонних та керамічних конструкціях використовують коливання частотою від 20 до 200 кГц, а при дослідженні металів і пластмас — частотою від ЗО кГц до 10 МГц.

Існує ряд методів використання ультразвуку на практиці. Най­ більше поширення дістали такы методи:

• ультразвуковий імпульсний,
• резонансний,
• імпедансний методи
• метод акустичної емісії

. Акустичні методи базуються на відомих із фізики залежностях, що визначають характер розповсюдження хвиль у суцільних середовищах..

Хвилі, що пройшли в матеріал, дають змогу досліджувати його властивості одним із методів, що наведені нижче.

УЛЬТРАЗВУКОВІ МЕТОДИ

У металевих конструкціях за допомогою ультразвуку викону­ється контроль дефектів у металі та якість зварних швів. Під час використання тіньового методу (рис. 2) сигнал від випромінюва­ча  та приймача подається на екран осцилографа , причому за наявності дефектів  виникає зниження або повне зникнення сигналу, що відтворюється приймачем. Дає змогу визначити наявність порожнин у матеріалі. З різних боків конструкції встановлюють випромінювач і приймач. У процесі вимірювання їх пересувають по конструкції. Хвилі поширюються по тілу конструкції. У місці, де хвиля потрапляє в порожнину, хвилі не поширюються.На електронній променевій лампі з’являється тінь

Рис. 2 - Використання тіньового методу при виявленні дефектів.  – об’єкт дослідження не має дефекту; б – об’єкт має невеликий дефект, що спотворює рівень реєстрованого сигналу; в – утворення акустичної тіні під час великого дефекту; 1 – випромінювач ультразвукових хвиль; 2 – приймач ультразвукових хвиль; 3 – досліджуваний зразок; 4 – дефекти в зразку

Траси прозвучування конструкцій можуть мати довільний нап­рям. Так може використовуватись метод похилого прозвучування поздовжньою хвилею (рис.3, а) або поверхневе прозвучування поперечною хвилею (рис. 3, б).

Рисунок 3 - Види прозвучування: а — похиле, поздовжньою хвилею; б — поверхневе, поперечною хвилею

За неможливості розміщення головок випромінювача й прий­ мача на поверхні конструкції використовується луна-метод (рис. 4). У даному випадку перетворювач 1 виконує функції як випромінювача, так і приймача. Цей метод дозволяє як знаходити дефекти 2, так і визначати товщину виробу H  та відстань h до місця розташування дефекту. Якщо провести неодноразове прозвучуван­ ня поверхні, то на бездефектних ділянках (рис. 4, а) на екрані осцилографа буде реєструватись постійний проміжок , між момен­том посилання сигналу та моментом його отримання. В місцях, де мають місце дефекти (рис. 4), буде значна зміна цього часу. Для сталевих конструкцій швидкість по­ширення ультразвуку с є величиною стабільною.

Рис. 4 - Схема прозвучування луна-методом: а — визначення товщини матеріалу; б — визначення місця розташування дефекту; Н — товщина матеріалу; h— глибина залягання дефекту

Можна також відмітити існування дзеркально-тіньового мето­ду., коли випромінювач та приймач установлюються на одній і тій же поверхні виробу в безпосередній близькості один від одного.
Такий підхід дає можливість використовувати ту саму апаратуру, що випускається промисловістю.
При контролі якості зварних швів вищенаведеними методами знаходять шлакові включення, тріщини, раковини, газові чарунки та непровари. Для контролю стикових з’єднань використовують призматичні перетворювачі з різними кутами падіння ультразвуко­ вих хвиль. Оскільки в стикових з’єднаннях дефекти звичайно роз­ виваються вздовж поверхонь виробів, що з’єднуються, то в процесі контролю перетворювач переміщають уздовж шва по змієподібній ламаній лінії.

Резонансний метод використовується також для визначення прихованих дефектів, розташування арматури. Установлюється резонансний прилад, що випромінює хвилі певної довжини, які, доходячи до перешкоди, наприклад арматури, відбиваються від неї. Знаючи товщину конструкції в місці вимірювання й швидкість проходження хвилі в певному матеріалі, можна визначити наявність або відсутність дефекту, глибину розташування арматури, товщину захисного шару бетону.
При проведенні резонансних досліджень використовують зраз­ки: призми з розмірами 200x200x800; 150x150x600; 100x100x400; 7,07x7,07x28,3 мм, а також циліндри діаметром 150; 7,14 мм при висоті зразка відповідно 600 і 28,56 мм. Завданням випробувань є визначення динамічного модуля пружності та зсуву.

Імпедансний метод базується на реєстрації величини акустич­ного імпедансу (опору) ділянки виробу, що контролюється. Зміна вхідного імпедансу може бути виявлена за зміною амплітуди або фази сили, що діє на датчик та збуджує в ньому пружні коливання.
На рисунку 5 показана схема імпедансного методу. Датчиком 1 є стрижень, який має контакт із поверхнею і здійснює поздовжні коливання. Якщо об­шивка 2 жорстко склеє­на з основним матеріа­лом 4, то вся конструк­ція коливається як одне ціле й імпеданс системи „обшивка-клей-конструкція-датчик” ви­значається жорсткістю всієї конструкції. При цьому сила взаємодії датчика та конструкції буде суттєвою. Якщо стрижень попадає в зону, де відсутній клей 5, то ділянка обшивки коливається як тонкий елемент. Оскільки жорсткість обшивки суттєво нижча, ніж жорсткість системи в ціло­му, то сила взаємодії суттєво зменшиться.

Метод акустичної емісії оснований на реєстрації акустичних хвиль у твердих тілах при пластичному деформуванні та виник­ ненні і розвитку тріщин. Реєструючи швидкість руху хвиль емісії, можна знайти небезпечні дефекти й прогнозувати надійність еле­ ментів конструкцій: зон концентрації напружень у металевих, ево­ люцію розвитку тріщин у залізобетонних, появу розшарування в клеєних дерев’яних конструкціях і т.п.
Техніка реалізації акустичного методу полягає в тому, що на поверхні об’єкта, який вивчається, встановлюється ряд приймачів, що реєструють момент приходу імпульсу та його характеристики в процесі навантаження конструкції і її експлуатації. Інтенсивна фіксація імпульсів свідчить про процеси, що пов’язані з розвитком мікро- й макротріщин у конструкціях.

3.3. Радіаційні методи

Найбільш поширеними із радіаційних методів, що використо­ вують для вивчення фізико-механічних властивостей матеріалів та дефектоскопії будівельних конструкцій, є рентгенівський метод, метод гальмівного випромінювання прискорювачів електронів і γ-метод. Перспективними є метод, що побудований на використан­ ні позитронів, та метод просвічування потоком теплових нейтрон­ ів. Використання нейтронів дозволяє визначати вміст вологи в будівельних матеріалах, а використання позитронів — напруження втоми в металах.
Рентгенівське й гальмівне випромінювання прискорювачів електронів та γ-випромінювання за своєю природою є високочас­ тотними електромагнітними хвилями. Джерелами перших можуть бути рентгенівські апарати, других — прискорювачі електронів, а γ-випромінювання — радіоактивні ізотопи.

За допомогою радіаційних методів вирішується ряд задач, пов’язаних із вивченням стану конструкцій та матеріалів:

• вияв­лення дефектів під час зварювання металевих конструкцій, тріщин, зон ураження корозією,
• виявлення дефектів прокатних листів,
• визначення товщини захисного шару бетону,
• розміри й розміщення арматури в залізобетонних елементах,
• вимірювання напружень
• визначення питомої ваги будівельних матеріалів
• визначення вологості буд.мат.,
• визначення товщини виробів.

Вологість будівельних матеріалів визначається за допомогою швидких нейтронів. 

Визначення питомої ваги будівельних матеріалів у виробах та конструкціях можливе шляхом наскрізного просвічування, а також і при односторонньому доступі до конструкції. Суть таких досліджень полягає в прямо пропорційній залежності послаблення сигналу, що пройшов через конструкцію, й питомої ваги матеріалу.
Під час радіаційних досліджень матеріалів та конструкцій можуть використовуватися різні методи фіксації результатів.

Радіографічний метод базується на фіксації інтенсивності випромінювання, що пройшло через об’єкт, який вивчається. Для фіксації використовують магнітну плівку. Перевагами цього методу є те, що в руках дослідника залишається об’єктивний доку­ мент характеристики стану конструкції на момент просвічування.

Джерело випромінювання 1 (рис. 1) розміщується над швом, що досліджується, а касета з плівкою 2 — під ним. Пучок випромінювання проходить через шов і діє з інтенсивністю, прямо пропорційною щільності шва. Для оцінювання якості знімків та визначення чутливості радіографічного методу контролю викорис­ товуються пластинчасті еталони з канавками й дротяні еталони, які розміщуються в місцях просвічування. Пластинчасті еталони з канавками використовуються для просвічування виробів, у яких можуть бути дефекти у вигляді раковин, різноманітних уключень, газових пор. Дротяні еталони використовуються під час радіо­ графії виробів, у котрих можуть бути дефекти у вигляді непроварів та мікротріщин.

Рисунок 1 -Способи дефектоскопії: а — при двосторонньому доступі до конструкції; б — при односторонньому доступі до конструкції; 1 — джерело випромінювання; 2 — детектор; 3 — прилад, що реєструє випромінювання; 4 — дефекти

Дефектні ділянки шва характеризуються викривленим зобра­ женням на плівці. Ступінь затемнення, форма та положення затем­ нених ділянок указують на місце розміщення тріщин, непроварів, шлакових уключень та інших дефектів. Для виявлення тріщин не­ обхідно, щоб напрям випромінювання збігався з напрямом тріщин.
Непровари в зварних з’єднаннях можуть виявлятися під час просвічування виробів перпендикулярно шву і під кутом 45°. Газові пори й шлакові включення в зварних швах виявляються при спрямуванні променів перпендикулярно шву.

Просвічування дає також можливість виявити внутрішні дефекти пластмаси у вигляді тріщин, раковин тощо і деревини — сучки, тріщини, місця її загнивання.

Під час використання радіаційних випромінювань можливі два способи просвічування:

• наскрізний (рис. 2, а), коли можливий двосторонній доступ до конструкції,
• односторонній (рис. 2, б), який базується на реєстрації інтенсивності випромінювання, що розсіюється матеріалом.

Рисунок 2 - Схема визначення вологості нейтронним методом: а — при двосторонньому доступі до конструкції; б — при односторонньому доступі; в — у середині матеріалу; 1 — джерело швидких нейтронів; 2 — детектор; 3 — прилад, що вимірює випромінювання

Ксерографічний метод полягає в тому, що результат просвічу­ вання фіксується на ксерорадіографічній або електрорадіографіч- ній пластинці, яка складається з алюмінієвої підкладки та нанесе­ ного на неї шару фотопровідного матеріалу з аморфного селену.
Щоб зробити пластинку чутливою до іонізуючого випроміню­ вання, поверхні селенового шару дають електричний заряд, після чого її, подібно рентгенівській плівці, розміщують у світлонепро­ никну касету. При просвічуванні елементів конструкції на поверхні селенового шару утворюється приховане електростатичне зобра­ ження. Це зображення проявляють, опилюючи селеновий шар дрібним наелектризованим порошком крейди. Частинки порошку, заряджені електричним зарядом протилежного знаку, прилипають до поверхні селенового шару, утворюючи при цьому видиме зображення об’єкта, що просвічується.,

Радіоскопічний метод полягає в перетворенні захованого рент­ генівського або γ-зображення об’єкта, що просвічується, у видиме на екранах перетворювачів іонізуючого випромінювання тателевізійних приймачів. На практиці використовують установки візуаль­ ного контролю з безпосереднім спостереженням зображень на ек­ ранах перетворювачів (флюороскопічного, рентгенівських елект­ронно-оптичних перетворювачів, електронно-оптичних підсилю­ вачів видимого світла, електролюмінесцентного).

Візуальний контроль відрізняється від радіографічного біль­ шою оперативністю. Під час візуального контролю легко отриму­ вати результати при зміні кута просвічування та стереоскопічне зображення об’єкта, що досліджується. Недоліком рентгеноскопіч­ них методів порівняно з методами рентгенографії є зниження точ­ності отриманих результатів.
Усі роботи з використанням радіоактивних речовин і джерел іонізуючих випромінювань регламентуються відповідними доку­ментами.

3.4. Магнітні та електричні методи

Магнітні методи контролю базуються на реєстрації магнітних полів розсіювання, які виникають над дефектами, або на вивченні магнітних властивостей матеріалів, що досліджуються.
Магнітні методи використовують для визначення товщини не­ магнітних покрить на феромагнітній основі або у випадку різкої відмінності магнітних властивостей покриття й основи. Для вирішення цієї задачі використовують прилади з постійними магні­ тами та електро-магнітами, дія яких основана на вимірюванні сили відриву датчика від поверхні об’єкта, що контролюється, за допо­ могою пружинних динамометрів або за зміною струму намагнічу­ вання. Використовуючи магнітні методи, можна виявити напруже­ ний стан елементів конструкцій. Один із напрямів зв’язаний із виникненням магнітної анізотропії під дією прикладених до об’єкта навантажень.

3.5. Інфрачервона дефектоскопія

Використання інфрачервоної техніки для діагностики стану конструкцій побудовано на використанні інфрачервоного випромі­ нювання, яке являє собою електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого спектра з довжиною хвилі Λ = 0,74 мкм та короткохвильовим радіо­ випромінюванням із довжиною хвилі Λ = 1...2 мм.
Інфрачервоне випромінювання використовується для знаход­ ження непрозорих для видимого світла включень. Інфрачервоне зображення дефекту можна отримати в прохідному, віддзеркале­ ному і власному випромінюванні об’єкта.
Приймачі інфрачервоного випромінювання перетворюють його енергію в інші, які можуть бути зафіксовані й заміряні звичай­ ним способом, наприклад в електричну, з підключенням та виве­ денням інформації на монітор ЕОМ. У теплових приймачах реєструється підвищення температури теплочутливого елемента. У фотоелектричних приймачах поглинання інфрачервоного випромі­ нювання призводить до виникнення або зміни електричного струму (напруги). Фотоелектричні приймачі мають селективні властивості, тобто вони чутливі лише у визначеній області спектра.
На спеціальних пластинках в інфрачервоному випроміненні можуть бути отримані фотографії. 

Ця властивість дає можливість дистанційно аналізувати якість огороджуючих конструкцій.
Для перетворення інфрачервоного випромінення в таке, що видно, використовуються тепловізори або термовізори. В цих при­ ладах різниця температур відтворюється на екрані телевізора візу­ ально: більш світлі ділянки відповідають поверхням із більш високою температурою. Тепловізори дозволяють оцінити якість швів огороджуючих конструкцій, а також їх теплофізичні характе­ ристики.

4. Оцінка деформативності і стійкості конструктивних елементів будівлі

Оскільки в процесі експлуатації будівля зазнає впливу динамічних і статичних навантажень (снігове, корисне, від власної ваги, вітрове), то несучі конструкції будівлі деформуються. Деформації можуть бути різними – у вигляді паралельного зміщення перерізів конструкцій, розтягування або стиснення, унаслідок чого виникають тріщини, тому деформативність будівлі загалом і певних несучих конструкцій можна виявити візуально в процесі загальних обстежень – за наявністю тріщин.

4.1. Візуальне оцінювання деформацій будівлі.

 Візуальне обстеження стін будівлі полягає в аналізі особливостей розташування й формування тріщин. Так можна виявити дефекти підвалин і фундаментів будівлі. На рисунку 1 показано характерне деформування будівлі залежно від ґрунтових умов.
Вигинисті тріщини по фасаду будівлі спричиняє деформування підвалин, нерівномірне просідання, наявність у підвалинах слабкого або, навпаки, ґрунту, що мало стискається.

Рисунок 1 - Характерне деформування будівлі, пов’язане зі змінюванням ґрунтових умов: а – прогин; б – вигин; в – перекіс; г – крен; д – під час зведення поруч нової будівлі; е – під час зведення на місці знесеного будинку

Температурно-вологісні деформації, пов’язані із процесом зволоження- висихання й заморожування-відтавання, виявляються як сітка дрібних тріщин на поверхні конструкції. 

Горизонтальні тріщини також можуть бути спричинені місцевим деформуванням ґрунтів основ, унаслідок чого відривається нижча ділянка стіни. Тріщини в стикових з’єднаннях можуть виникати внаслідок різних осідальних деформацій у матеріалах пов’язаних конструкцій, перевантаження елемента, зменшення його несучої здатності, а також через помилки в проектуванні й розрахунках, неякісне будівництво. У разі появи тріщин на зовнішніх або внутрішніх несучих стінах необхідно забезпе- чити контроль за ними, щоб оцінити їх вплив на несучу здатність конструкції.
Найнебезпечнішими щодо цього є горизонтальні тріщини в простінках і вертикальні в перемичках. Найпоширенішим способом фіксації тріщин є установлення маяків – пластин зі сталі, скла й цементу на зовнішніх конструкціях, з гіпсу й алебастру – на внутрішніх елементах будівлі, а також щілиномірів (рис. 2).

Рисунок 2 - Щілиноміри для спостереження за розкриттям тріщин: а – щілиномір з месурою; б – щілиномір конструкції ЛенГІДЕПА; в – для тривалих спостережень; 1 – тріщина; 2 – месура; 3 – марка; 4 – скоба; 5 – вимірювальна шкала; 6 – запіканка; 7 – фланець; 8 – анкерна скоба

Маяки встановлюють на стіну, очищену від облицювання зазвичай по два на кожну тріщину: один в місці найбільшого розкриття, другий – наприкінці тріщини, зазначаючи номер і дату установлення. Зруйновані маяки замінюють на нові, роблячи відповідний запис у журналі. Маяки забезпечують виявлення якісної картини деформацій, допомагають визначити, стабілізувалася тріщина чи продовжує розкриватися.
Для точної кількісної оцінки збільшення ширини розкриття тріщин, встановлення інтенсивності деформацій або виявлення періодичних деформацій, наприклад у наслідок змінювання температури повітря, встановлюють важільні маяки (рис. 3) або спеціальні репери, схема установки яких наведена на рисунку 4

Рисунок 3 - Стрілочний важільний прилад для визначення інтенсивності нерівномірного просідання стіни будівлі: а – розташування приладу до просідання стіни; б – розташування приладу після просідання стіни; 1 – тріщина; 2 – вказівна стрілка; 3 – шарнірне кріплення стрілки до стіни; 4 – мірна шкала

Рисунок 4 - Розташування реперів для спостереження за деформаціями

Репери встановлюють по одному з кожного боку тріщини. Для спостереження за стиковими з’єднаннями репери встановлюють на трьох рівнях у межах одного поверху.
За даними вимірів (рис. 5) будують графік процесу розкриття тріщини (див. рис. 6).

Рисунок 5 - Прилади для вимірювання ширини  розкриття тріщин: а – вимірювання ширини розкриття тріщини лупою; б – вимірювальний щуп; 1 – тріщина; 2 – розподіл шкали лупи

Рисунок 6 -  Графік процесу розкриття тріщини

4.2. Інструментальне оцінювання деформацій будівлі.

Інструментальний контроль за деформуванням несучих конструкцій в процесі експлуатації здійснюється за допомогою геодезичних приладів – теодоліта, нівеліра, а також прогиномірів і тензометрів. Межі деформацій і прогинів обумовлюються різновидом матеріалу, виду конструкції і регламентуються будівельними нормами.

Відхилення від вертикалі, а також викривлення у вертикальній площині можна виміряти як за допомогою схилу й лінійки, так і геодезичної зйомки.
У разі деформування перекриттів, стін і споруди загалом (загальні деформації) вимірювати їх зручно назовні будівлі. Сутність геодезичного контролю полягає в періодичній перевірці розташування окремих точок, позначених закріпленими марками, стосовно нерухомих знаків і у визначенні взаємних переміщень по вертикалі й горизонталі. Горизонтальні переміщення конструкцій визначають за допомогою теодоліта методом створу, тобто за створними лініями, закріпленими нерухомими позначками. Вертикальні переміщення (просідання конструкцій) визначають за допомогою методу геометричного нівелювання стосовно нерухомо закріплених знаків.

Вимірювання великих прогинів (десятки міліметрів) можна здійснити трубчастим нівеліром чи іншими пристроями.

У місцях, незручних для геометричного нівелювання, зокрема й усередині будівлі, проводять гідростатичне нівелювання, що базується на принципі сполучених посудин. 

Рисунок - ГІДРОСТАТИЧНЕ НІВЕЛЮВАННЯ . 

1 - шланги від посудини з водою; 2 - трубки;

Динамічні деформації можна заміряти прогиномірами з точністю до 0,001 мм. Прогиноміри використовують для вимірювання місцевих деформацій, коли у вузлах і конструкціях відбуваються зміщення або повороти, подовження або стиснення елементів. Прогиномір встановлюють упритул до конструкції та закріплюють нерухомо на опорі. У разі виникнення прогину або деформації пересувний блок рухається, переміщення стрижня приводить до обертання колеса, що фіксується на шкалі (рис. 1).

Рисунок 1 - Прогиномір Максимова

Прогиномір а) Максимова б) Аїстова

При випробуванні конструкцій фіброві деформації вимірюють для визначення та аналізу напруженого стану елементів і вузлів конструкції. Слід зазначити, що немає способів безпосереднього вимірювання напружень у матеріалі. їх визначають за формулою залежно від значнення відносної деформації. Відносні деформації  визначаються тензометруванням. Ці деформації мають дуже малі величини і для їхнього вимірювання використовують тензометри. Тензометрами вимірюють деформації (подовження чи укорочення) матеріалу на певній довжині, що зветься базою приладу.

Тензометри є прилади для виявлення місцевих лінійних деформацій у конструкціях (розтягування й стискання однієї конструкції або взаємне переміщення двох суміжних). За величиною деформації можна визначити величину напружень у матеріалі, тобто оцінити несучу здатність конструкції.
Тензометр Гугенбергера. Він становить механічний прилад, що забезпечує збільшення в 1 200 разів. Тензометр вимірює лінійну деформацію волокна на ділянці між ножем і призмою, що відбивається на шкалі з ціною одного міліметрового поділу, що дорівнює 0,001 мм. Прилад кріпиться до випробуваної конструкції струбцинами. База тензометра дорівнює 20 мм, але за допомогою подовжувачів її можна значно збільшити (рис. 2).

Рисунок 2 - Тензометр Гугенбергера: а – перша модель; б – друга модель
Виокремлюють механічні, оптичні й електричні тензометри (використовуються для оцінки малих деформацій і розтягувань до 10…6 мм).
Принцип роботи електричних тензометрів базується на здатності провідників змінювати електричний опір під час стиснення або розтягування, унаслідок чого за змінюванням опору можна судити про відносне деформування конструкцій. База дротяних тензорезисторів становить від 5 до 30 мм.

Компаратори.

Най­більшого розповсюдження отримав механічний компаратор. Його перевагою є те, що він дає змогу проводити тривалі дослідження за деформованим станом споруди чи конструкції.

Рисунок 3- Компаратори

Клинометри. Їх використовують для вимірювання кутів повороту перерізів елементів конструкцій. Головною їхньою частиною може слугувати чутливий рівень, який у разі деформації виходить із горизонтального положення (клинометр Стопані), або важіль з двома закріпленими прогиномірами, за різницею відліків яких визначають кут повороту перетину (важільний клінометр ЛІБІ).

Рисунок 4 - Схема важільного клінометра: 1- прогиномір; 2 - дріт; 3 - важіль; 4 - конструкція

5. Інструментальний контроль просадок, вимірювання щільності та вологості грунтів

Під час появи деформацій, тріщин у несучих конструкціях надземної частини будівлі окрім оцінки їх несучої здатності, визначають рівень просідання будівлі, тобто деформацію підвалин, оскільки стійкість будівлі визначає її несучу здатність

Щільність і вологість ґрунтів підвалин можна визначити в лабораторіях, а також у натурних польових умовах радіометричними методами за допомогою радіометричного густиноміра й вологоміра (рис. 1).

Рисунок 1- Густиномір-вологомір Ковальова: 1 – кришка футляра; 2 – відро-футляр; 3 – сталева насадка; 4 – ніж; 5 – поплавок; 6 – гумове кільце; 7 – судина; 8 – трубка поплавка; 9 – кришка поплавка; 10 – замок поплавка; 11 – різальний циліндр; 12 – тарувальний вантаж; 13 – замок футляра; 14 – гачки

Для кількісної оцінки міцності, стійкості й несучої здатності основи та конструкцій будівлі необхідно проаналізувати динаміку розвитку дефектів, обумовлених нерівномірним просіданням будівлі.
Спостереження за просіданнями проводять за допомогою встановлення маяків, а також за допомогою геодезичних та інших інструментальних методів.

6. Перевірка герметичності стиків та адгезії герметика

Герметичність стикових з’єднань, а також прилягання віконних блоків перевіряють шляхом зіставлення фактичної повітропроникності з нормативними значеннями. Кількісний показник герметичності – повітропроникність оцінюється як кількість повітря, що проходить за одиницю часу через одиницю конструкції (1 п. м. або 1 м2) за різниці тисків по обидва боки огорожі 1 м. в. ст. Значення повітропроникності стиків стінних панелей не повинно перевищувати 0,5 кг/м·год.

Оцінка герметичності може проводитися візуально – на слух, на дотик, на вигляд, а також інструментально. Сутність ме- тоду інструментального випробування полягає у вимірюванні витрати повітря, що проходить через одиницю конструкції. До стику із зовнішнього боку стіни впритул приставляють обойму з покрівельної сталі завдовжки 1 м і завширшки 20 см. У місцях перетину стиків розмір обойми становить 50×50 см.
Краї обойми герметизують для унеможливлення витоку. Через вентилятор відкачують повітря з камери, що спричиняє фільтрацію повітря через стик. У випробувальну камеру потрапляє повітря, за допомогою датчиків температури й швидкості руху повітря фіксуються покази вимірювань.
Випробування тривалістю п’ять хвилин проводять за зафіксованої різниці тисків. За тарувальними графіками, що додаються до приладу, визначають герметичність конструкції, стиків. Подібна установка використовується для визначення повітропроникності матеріалу конструкції, віконних заповнень.
Обойма в цих випадках повинна охоплювати по периметру всю площу світлових прорізів. Повітропроникність конструкції та стиків можна визначити також за величиною теплового потоку, що проходить через них. Для отримання достовірних результатів випробувань необхідно дотримуватися певного порядку проведення контролю. Випробування необхідно проводити в теплу, суху пору, не раніше, ніж через сім днів після герметизації стикових з’єднань.
Дефекти в місцях стиків виявляють спочатку візуально, за допомогою лупи.
Огляд проводять із балконів або телескопічної вишки чи колиски. Вимірювання проводять у трьох точках по довжині. Підсумковим вважають найменше значення.

Після відновлення герметичності стиків проводиться перевірка міцності зчеплення (адгезії) герметика з бетоном, товщини шару герметика й відносного подовження при розриві. Випробування необхідно проводити не раніше семи днів після герметизації за допомогою адгезіометра – приладу для визначення зчеплення герметика із зовнішньої стіновою панеллю або гідроізоляції з поверхнею конструкції.
Порядок випробування полягає в тому, що по периметру будівлі у верхніх і середніх поверхах, поблизу місць перетину вертикальних і горизонтальних стиків на герметик наклеюють штампи. Адгезія перевіряється через добу після їх наклеювання. Гострим ножем герметик підрізають навколо штампа, щоб не відривати весь матеріал. За величиною прикладуваної механічної сили, що фік- сується динамометром, визначають якість зчеплення герметика з конструкцією.

7. Оцінка параметрів мікроклімату приміщень житлових будинків

Мікроклімат – це сукупність фізичних параметрів повітряного середовища в приміщенні, за яких забезпечується тривале комфортне перебування людей у ньому.

Комфорт приміщення визначається такими експлуатаційними параметрами:

– температура повітря в приміщенні і на поверхні зовнішніх обгороджувальних конструкцій;

– вологість повітря в обгороджувальних конструкціях;

– швидкість руху повітря;

– хімічний склад повітря;

– освітленість;

– звукоізоляція.

Повторити даний матеріал з дисципліни "Експлуатація будівель і споруд"