Методы контроля качества строительных материалов и конструкций

Успех строительного процесса во многом зависит от соответствия качества используемых материалов, конструктивных элементов и различных изделий принятым стандартам. Также, нередко возникает необходимость в проверке состояния уже готового и перешедшего в эксплуатации здания для выявления явных и скрытых дефектов.

Чтобы добиться повышения качества строительства, а также обеспечить долговечность эксплуатации объектов, необходимо постоянно совершенствовать производственные процессы и применять специальные методы контроля, необходимые для регуляции параметров строительных материалов и конструкций на различных этапах строительства и эксплуатации сооружений.

Контроль качества осуществляется за счет применения различных способов исследования, которые разделяются в зависимости от принципа проведения:

1. Проверка предельной устойчивости отдельных конструктивных элементов и фрагментов материала. Этот вариант исследования иначе называется методом разрушающего контроля. Его суть заключается в воздействии на объект до момента его разрушения, чтобы оценить предельное значение его устойчивости. Применение подобных методов очень эффективно, но далеко не всегда целесообразно. Поскольку результаты такого исследования напрямую связаны с доведением объекта до разрушения, его не выгодно, а иногда и невозможно применять для оценки качества реальных объектов. Однако подобные испытания вполне подойдут для определения уровня прочности и других характеристик моделей сооружений, образцов материалов и небольших фрагментов конструкций.
2. Использование методов проверки без нарушения целостности объекта и его основных характеристик. К данной категории относятся методы неразрушающего контроля, которые предполагают получение всей нужной информации об объекте косвенным путем, т.е. без необходимости нарушения основных свойств, способностей и целостности реальных объектов. Экспертиза строительных материалов проводится с помощью приборов, которые опосредованно определяют прочность материалов, уровень влажности под поверхностью, наличие скрытых трещин, сквозных отверстий и прочих дефектов.

Есть много категорий, видов и подвидов методов неразрушающего контроля, которые отличаются по принципу проведения, используемым приборам и способам анализа информации. Можно выделить несколько самых распространенных категорий:

1. Метод проникающих сред. Применяются жидкости или газообразные вещества, которые с легкостью могут проникнуть внутрь или выйти наружу через сквозные отверстия, трещины и иные слабые места поверхности.
2. Механические методы исследования. Необходимы для анализа небольших локальных разрушений и изучения изменений вследствие резонансных состояний.
3. Акустические способы диагностики. Ультразвуковая нагрузка позволяет определить параметры колебаний и регистрировать акустически эффекты, вследствие чего можно выявить определенные дефекты конструкции.
4. Применение ударного импульса. Позволяет определить уровень прочности бетонных, металлических или керамических изделий, а также найти неочевидные дефекты конструкции.
5. Магнитные испытания материалов и конструкций. Позволяют определить допустимый уровень намагниченных элементов, толщину металла и прочие характеристики с помощью использования нескольких специальных приборов.
6. Радиационная и радиоволновая проверка. Методы данной категории предназначены для выявления нейтронов и других частиц, с помощью которых становится возможным анализ характеристик исследуемого объекта.
7. Электрические и электрофизические способы контроля. Они связаны с оценкой электрического поля внутри конструкции. Оценка проводится с учетом разности потенциалов, а также применения высокочастотного метода проверки.
8. Геодезические испытания. Позволяют определить наличие и уровень осадка фундамента, а также других отклонений от изначального проекта.

Перечисленные выше категории отличаются по множеству особенностей. Каждая из них имеет ряд преимуществ и недостатков, которые рассмотрены далее.

Исследования с применением проникающих сред

Это ряд методов, с помощью которых проверяется непроницаемость кровли. Для испытаний могут применяться самые разные смеси в жидком или газообразном состоянии, которые с легкостью могут проникать через небольшие трещины и отверстия. Суть метода заключается в нахождении сквозных каналов прохода, трещин или иных поврежденных участков в кровле.

Один из наиболее распространенных подвидов данной категории – это дымовой метод исследования. Принцип проведения такого исследования довольно прост: через заранее сделанное отверстие с помощью компрессора или вентилятора закачивается дымовая смесь. Если в кровле есть поврежденные участки и небольшие отверстия, то смесь выходит через них, указывая на местоположение дефекта.

Основное преимущество метода – это возможность быстрой и единовременной проверки большого участка кровли. Есть только один недостаток – для проведения исследование нужно проделать искусственное отверстие для закачки смеси.

Механические методы исследования

В эту категорию входит 3 основных метода.

Исследование пластической деформации объекта

Суть метода заключается в механическом воздействии на поверхность объекта, проведении промежуточных замеров и итогового анализа полученных данных. Прочность оценивается с помощью различных приборов, самыми распространенными из которых являются шариковые и эталонные молотки.

Для проведения статистической обработки и выявления уровня прочности бетона относительно сжатия используется шариковый молоток Физделя. Прибор удобен в применении и требует серьезных силовых усилий. Принцип работы состоит в систематическом нанесении ударов молотком по заранее подготовленной поверхности. После серии ударов замеряются диаметры полученных отпечатков. Единственный недостаток проведения испытаний с данным прибором – это невозможность регуляции силы, с которой наносится каждый удар. Из-за этого недостатка не получается достичь высокого уровня точности данных.

Эталонный молоток работает схожим способом, но дает возможность получения более точных результатов после обработки данных. Рабочим органом прибора является пятнадцатимиллиметровый шарик подшипника, обладающий высокими показателями твердости. В качестве эталона используется арматурный стержень, изготавливаемый из стали. Более точные результаты получаются благодаря возможности сравнения с эталоном. Удары наносятся последовательно по бетону и эталонной поверхности, после чего результаты сравниваются. Соотношение между исследуемым материалом или эталонным должно быть с точностью не менее 0,1 мм.

Прочность исследуемого материала определяется с помощью обычного математического расчета. Выявляется средняя арифметическая оценка, на основе которой делаются выводы. Метод применим для значений влажности в пределах от 2 до 6%. Если фактический уровень влажности материала откланяется от оптимального значения, то полученные данные приходится корректировать. Точность итогового результата составляет приблизительно 15%.

Метод скалывания фрагментов

Данный метод исследования позволяет добиться более точного результата, чем предыдущий. Для проведения испытаний отрывается небольшой фрагмент исследуемого материала в поперечном направлении. Результаты испытаний сравниваются с установленными государственными стандартами, на основе чего и делается оценка прочности.

Скалывание предполагает небольшое локальное разрушение выступающей части исследуемого материала, которое принято называть ребром или углом. В данном случае не возникает необходимости в сверлении скважин, что можно считать основным преимуществом метода. На основе оценки характеристик исследуемой бетонной смеси, а также анализа воздействия заполнителя на процесс соединения бетона с раствором выводится итоговая оценка.

Оценка прочности с помощью склерометра

Принцип исследования практически в точности копирует оценку прочности металлических поверхностей. Склерометр представляет собой специальный пружинный молоток (Молоток Шмидта), который имеет штампы сферической форму. Уникальная конструкция прибора позволяет получить свободный отскок после нанесения удара по исследуемой поверхности или прижатой к ней стальной пластины. Именно поэтому данный способ исследования часто называют методом упругого отскока. На молотке есть специальная шкала со встроенной стрелкой, которая позволяет наглядно фиксировать путь ударника. Результаты оцениваются после нанесения серии 500 ударов. Далее процедура повторяется несколько раз для получения объективной картины.

После каждого удара в журнале фиксируются промежуточные результаты, показанные на шкале. Во время ударов используется номинальное значение энергии, а также измеряется высота отскока с учетом единице по шкале прибора. Для проведения испытаний применяется наковальня, имеющая цилиндрическую основу и направляющую гильзу, благодаря которой на протяжении всей процедуры сохраняется оптимальное положение прибора.

Описанные несколько вариантов хоть и входят в категорию методов неразрушающего контроля, тем не менее связаны с механическим воздействием на исследуемые объекты. Разница в том, что в процессе испытаний воздействие оказывается только на небольшие фрагменты, не нарушая целостности конструкции и не изменяя ее основных характеристик.

Акустические испытания

Ультразвуковая проверка является одним из самых распространенных методов оценки качества строительных материалов и конструкций. Суть данного исследования заключается в определении скорости распространения ультразвукового сигнала внутри объекта и его последующего затухания.

Благодаря специальной формуле выводятся значения, отличающиеся в зависимости от среды и условий исследования. При выведении итогового результата учитывается длина и скорость перемещения ультразвуковой волны в соотношении с объемами исследуемого объекта.

Характеристики прочности устанавливаются исходя из первоначальных значений, полученными по итогам эксперимента. Выводятся основные зависимости, которые выражаются с помощью построения специального тарировочного графика соотношения прочности материала и динамического модуля упругости.

Используемые графики, формулы или таблицы, могут быть применимы только к тому виду бетона, по отношению которого составлялись. Использование данных, полученных относительно иных параметров материала и условий, может стать причиной возникновения серьезных ошибок и недочетов.

Ультразвуковой метод контроля позволяет получить данные о наличии слабых мест и различных дефектов, присутствующих внутри конструкции. Также, по итогам исследования можно установить местонахождение и глубину небольших трещин.

Изучение ударного импульса

С помощью специального прибора проводится исследование физико-химических параметров строительных материалов в отдельных образцах или даже в цельных конструкциях.

С помощью подобных исследований выявляются скрытые дефекты, неровности, участки плохого уплотнения, неоднородности и прочие слабые места материала или изделия. Цикл измерений включает от 10 до 15 замеров, после чего автоматически происходит обработка и выдача результата. Прибор проводит несколько математических вычислений, в результате которых выводятся все значимые отклонения от заданных параметров.

Дефектоскопы имеют довольно широкую сферу применения: их можно использовать в научных лабораториях, а также в крупных производственных, промышленных и строительных процессах. Они пригодны не только для определения свойств твердых объектов, но и для выявления и уточнения их молекулярных основ.

Магнитное исследование

С помощью магнитных исследований объектов можно проверить функциональное состояние газоанализаторов и другого похожего оборудования, восприимчивого к изменениям в магнитном поле. Этот способ позволяет определить дефекты и соответственно решить многие проблемы не только в сфере строительства, но и в геологии, металлургии и крупных промышленных областях.

В процессе проведения испытаний измеряется сила отрыва магнита от поверхностей, в состав которых входят намагниченные металлические элементы. Также, можно определить толщину защитного бетонного слоя, выделить допустимый предел остаточной намагниченности элементов и разработать новые техники, нацеленные на размагничивание изделий и целых конструкций.

С помощью применения толщинометра осуществляется контроль толщины защитных покрытий, которые наносятся на железомагнитные поверхности. Прибор под названием структуроскоп позволяет обеспечить должную регуляцию физических и механических характеристик материалов, конструктивных элементов и цельных объектов.

В данную категорию исследований входит также индукционный метод, предназначенный для выявления уровня потенциала, возникшего под воздействием переменного тока на изучаемый объект.

Радиационные и радиоволновые исследования

С помощью данной разновидности методов контроля можно измерить содержание влаги внутри кровли. Такое исследование подходит для кровель любого вида, за исключением тех, в состав которых входят углеводы. Принцип проведения исследования заключается в выявлении молекул водорода среди всего остального состава кровли.

В процессе испытаний применяется специальных прибор, который называют радиоизотопным влагомером. Это устройство предназначено для определения уровня влажности с помощью подсчета количества отраженных медленных нейронов на исследуемом участке. Как только уровень влажности выходит за пределы оптимальных значений, закономерно возрастают показатели устройства, показывая на наличие проблемы.

Главный плюс радиоволнового исследования состоит в возможности его применения к любому уклону кровли, а также при самых сложных температурных условий. Устройство применимо относительно многих сфер. Совершенствование технологий в рамках научно-исследовательских работ позволяет применять их как в процессе стройки, так и относительно эксплуатируемых зданий. Однако, из недостатков следует выделить нецелесообразность метода с точки зрения защиты окружающей среды. Работа прибора негативно сказывается на экологии.

Электрофизические методы исследования

Эти методы применяются для проверки электроизоляционных показателей водонепроницаемого ковра кровли. Эти показатели значительно ухудшаются в тех участках, где есть скрытые протечки и дефекты. В категорию электрофизических методов входят 2 подвида.

Исследование разности потенциалов

Этот вариант электрофизической оценки позволяет определить состояние кровли, водонепроницаемая поверхность которой не рассчитана для проведения электрических импульсов. Основание исследуемой кровли должна состоять из металла или же железобетона.

Применение этого метода связано с измерением разности потенциалов на различных участках электрического поля. Для создания нужного поля применяется низковольтный генератор импульсов. Один из выводов генератора соединяется с основанием кровли, а другой – с элементом, выполняющим электропроводную функцию. Этот метод наиболее эффективен для исследования кровель, протечки в которых продолжаются на протяжении длительного времени.

Высоковольтный способ контроля

По сути и сфере применения данный вариант довольно похож на предыдущий, однако, имеет свои особенности. Основное отличие заключается в том, что в данном случае на исследуемую поверхность направляется положительный высоковольтный заряд, который имеет безопасные значения. При этом, заряд направляется не на электропроводный элемент, а на медную проволоку, включенную в состав щеточного электрода. Основное преимущество метода заключается в его высокой производительности и возможности быстрого определения мест протечек. Из недостатков следует выделить неприменимость метода относительно к утепленной крыше, в случае наличия на ней защитного покрытия или сильной загрязненности.

Оба метода имеют широкое распространение. Как видно из описанного, есть определенные различия в принципах работы, за счет чего и определяется их сфера применения.

Геодезическое исследование

Этот метод контроля основан на применении специальных геодезических приборов и устройств, предназначенных для испытания надежности конструкции. С помощью геодезических методов проверки можно определить уровень осадка фундамента здания, что может быть вызвано самыми разными причинами.

В основном геодезическое исследование нацелено на выявление отклонений от строительных стандартов и нормативов в процессе реализации строительства. Эти методы необходимы для выявления прогибов, перекосов и иных дефектов, имеющих место в процессе строительства или реконструкции строительного объекта.

Все описанные выше методы используются для регуляции заявленных параметров строительных материалов и конструкций. Своевременное и уместное применение каждого из представленных методов позволит в значительной степени обезопасить строительный процесс и добиться лучших результатов.

Методы разрушающего контроля подойдут для изучения отдельных образцов материалов, если есть подобная возможность. Если же речь идет о готовой и тем более эксплуатируемой конструкции, то наиболее целесообразно применение методов неразрушающего контроля, которые позволяют получить нужные данные без снижения эксплуатационных свойств и нарушения целостности конструкции. Выбор конкретного метода должен зависеть от особенностей материалов и конструкций, погодных и иных условий.