Об авторе  

Штенгель Вячеслав Гедалиевич

Ст. научый сотрудник ОАО "ВНИИ Гидротехни­ки им. Б. Е. Веденеева". Научные интересы - ме­тоды НК строительных неметаллических конст­рукций, акцент - ульт­развуковая дефектоско­пия массивных конструк­ций.

Одно из важнейших направлений разви­тия хозяйства - модернизация и реконструкция производства - связано с установкой нового оборудования на имеющиеся строительные конструкции. В настоящее время по различным причинам снизилось качество надзора за соору­жениями, тогда как в прогнозируемой сложной техногенной обстановке ближайших лет уровень технического состояния сооружений играет большую роль в обеспечении безопасности.

Несмотря на то, что обычно в строитель­ные конструкции закладывается большой запас прочности, со временем происходит естествен­ное старение материала, зачастую усиленное условиями эксплуатации или их нарушением, появление и развитие дефектов в период эксп­луатации. В связи с этим оценить возможность дальнейшей эксплуатации конструкций можно только при их тщательном обследовании. В сло­жившейся ситуации повышается значение опе­ративного и объективного определения факти­ческого состояния строительных конструкций с помощью инструментальных методов контроля для оценки надежности, долговечности и ремон­топригодности сооружений.

В инструментальном контроле и обследо­вании максимальную долю занимают методы НК. В данной статье автор не претендует на полный охват всего постоянно расширяющегося комплекса методов и средств НК. Рассматрива­ются лишь некоторые особенности и проблемы наиболее популярных методов, используемых при контроле неметаллических преимуществен­но крупногабаритных строительных конструк­ций.

I. Механические методы оценки прочности бетона

Это чаще всего метод пластической де­формации с использованием приборов типа "молоток Кашкарова" и метод упругого отскока с использованием склерометра "молоток Шмидта" или их новые электронные версии.

Рис. 1. Контроль железобетонной конструкции с помощью молотка Шмидта 

Область при­менения - оценка прочности поверх­ностных слоев бе­тона толщиной до 25 - 30 мм, то есть практически защит­ного слоя бетона. Они, в принципе, оценивают качест­во растворной час­ти бетона. Однако было бы ошибочно из-за простоты и доступности и, со­ответственно, воз­можности массового применения, рекомендовать эти методы для определения прочности бетона всей массивной конст­рукции, так как поверхностные слои бетона эксплуатируе­мых конструкций, особенно крупногабаритных или из моно­литного бетона, в процессе бетонирования и эксплуатации приобретают физико-механические характеристики, отли­чающиеся от глубинных слоев. Различные участки или грани одной и той же конструкции, находящиеся в различ­ных условиях воздействия внешней среды (солнечная или теневая сторона, на сквозняке или в застойной зоне, разли­чие во влажности, местонахождение контрольных участков), могут дать расхождение до 20 - 30 %.

Возможны и курьезные ситуации. Так, автор был свидетелем того, что в отсутствие технической докумен­тации вместо бетона массивной колонны исследовалась толстая выравнивающая цементно-песчаная штукатурка.

Таким образом, точность измерений во многом зависит от опыта исследователя. Кроме того, известно, что многие владельцы молотков Шмидта игнорируют необходимость постоянного контроля показаний инструмента по контроль­ной металлической наковальне, которая обяза­тельно должна быть с молотком в комплекте.

Однако все это не означает, что механиче­ские методы не нужны при исследовании мас­сивных конструкций. Их можно рекомендовать как дополнительные или для оценки прочности поверхностных слоев перед их ремонтом (вос­становление защитного слоя бетона, покрытие цементно-песчаной штукатуркой, торкрет-бето­ном, гидроизоляционным материалом и т. д.) и качества выполнения ремонтных работ.

2. Ультразвуковые методы оценки физико- механических характеристик материалов и дефектоскопия конструкций

Это наиболее распространенный и ин­формативный метод контроля крупногабаритных конструкций, позволяющий оперативно оценить интегральные характеристики материалов (проч­ность, модули упругости, коэффициент Пуассо­на и др.) по всему сечению, выявить скрытые макродефекты, оказывающие негативное влия­ние на эксплуатацию контролируемых элемен­тов, определить глубину трещин, выходящих на поверхность конструкций.

Рис. 2. УЗК массивного основания металличе­ской мачты методом сквозного прозвучивания (база измерения до 5 м)

 В ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" за последние 20 лет проводились инструменталь­ные обследования более чем на 100 крупных объектах различного назначения. Приведем не­которые результаты эффективного применения ультразвуковых исследований.

Чиркейская ГЭС. Выявлено снижение прочности бетона облицовки левого берега до 18,0 МПа (проектная - 30,0 МПа). Прочность бетона правобережной части нерав­номерна (от 15,0 до 36,0 МПа), значение коэффициента ва­риации прочности значительно превышает допустимые зна­чения. Особенно заметно снижение в секциях № 5 и 10. Получено распределение прочностных характеристик бето­на плотины по высоте, отмечается изменение прочности от 30-35 МПа у подошвы до 10-15 МПа в верхней части, причем картина расположения линий равных прочностей на плане поверхности бетонного массива со стороны нижнего бьефа показывает совпадение распределения этой характе­ристики с изменением реальной технологии укладки и твер­дения бетона. Исследование глубины трещин на поверхнос­ти бетона низовой грани показало, что они имеют усадочный характер.

Вилюйская ГЭС-1. Выявлены зоны рыхлого штрабного и монолитного бетонов в массивном устое сегментного затвора.

ГЭС Янискоски. В контрфорсах №№ 21 и 33 выявлены раскрытия строительных швов, определена глубина дест­рукции поверхностного слоя бетона наклонных граней (20 - 40 см). Прочность массива бетона контрфорсов выше про­ектного значения.

Нижегородская ГЭС. При проверке состояния бетона опорных конусов гидроагрегатов определены зоны расслое­ния штрабного и монолитного бетонов, выявлено низкое ка­чество укладки штрабного бетона при замене камеры рабо­чего колеса гидроагрегата №5.

Киришская ГРЭС. Выявлены дефекты монолитного узла стыковки массивных сборных ригелей и колонн фунда­мента турбоагрегата (ТА).

Экибастузская ГРЭС-1. Выявлены зоны пониженной прочности колонн и ригелей фундамента ТА, отслоение опорных площадок под подшипниками ТА, определены раз­меры участков промасленного бетона.

Ровенская АЭС. Выявлена зона некачественной ук­ладки монолитного бетона на сборную часть массивного ри­геля фундамента ТА.

Чернобыльская АЭС. Определена глубина участков бетона колонн фундамента ТА, поврежденных пожаром.

При обследовании в основном использо­вался метод сквозного прозвучивания. Учитывая значительные базы измерения (до 7 м), при­менялась относительно мощная аппаратура УКБ-1М и УК-10П со специально разработанны­ми блоками усиления излучаемого и принимае­мого сигнала.

Необходимо отметить, что применение УЗК эффек­тивно как при обследовании массивных железобетонных, так и других строительных конструкций. Например, для оценки состояния кирпичных кладок или оснований конструкций, в том числе при обследовании не имеющих должного доку­ментального сопровождения исторических объектов. Этот ме­тод использовался, в частности, для оценки состояния мас­сивного портала Рождественских ворот Инженерного замка, при этом трасса сигнала длиной 3-4 м проходила через гранитные блоки облицовки, засыпку и кирпичную кладку.

К сожалению, все работы по обследованию массивных конструкций проводятся на физичес­ки устаревшем оборудовании.

Новые приборы предназначены для массового приме­нения. В них используется метод поверхностного прозвучивания на фиксированных малых базах 10-12 см (разработка МНПО "Спектр" - тестер УК1401 или ручка-держатель преоб­разователей прибора Пульсар-1 Челябинского НПП "Карат"). Отказ от визуализации принятого сигнала и возможности анализировать его параметры по осциллограмме привел к тому, что метод стал мало применим в целях дефектоскопии.

Наиболее интересен ультразвуковой дефектоскоп А1220, разработанный и производимый МНПО "Спектр", принципиально обеспечивающий контроль бетонных конст­рукций эхо-методом без применения контактных составов (технология сухого точечного контакта). Но пока нет сведе­ний о его практическом применении при обследовании массивных строительных конструкций, нет ясности, может ли прибор надежно работать в натурных условиях специфиче­ского гидротехнического бетона, имеющего большие раз­меры крупного заполнителя и повышенную шероховатость поверхностей монолитного бетона. Стоимость прибора для массового потребителя достаточно высока (около 8 тыс. долларов). Еще вы­ше стоимость зару­бежной аппаратуры, работающей по стан­дартной схеме измерения при сквозном или поверхностном прозвучивании с при­менением вязкого акустического контак­та (стоимость базово­го комплекта дефек­тоскопа USD-10 NF фирмы Krautkramer без набора преобразо­вателей и вспомога­тельного оборудова­ния - 13 тыс. долла­ров, прибора "Namicоп-7200" итальянс­кой фирмы Namicоп с дополнительным осциллографом и ком­пьютерным обеспе­чением - 11 тыс. дол­ларов).

3. Тепловой метод

Разработана и применена методика выявле­ния полостей и отслоений бетонной облицовки откосов каналов и грунтовых плотин от основания. Метод применялся при обследовании облицовки каналов Земо-Авчальской ГЭС в Грузии и на Нарвской ГЭС. Однако эти работы носили экспе­риментальный характер и проводились с помощью радиометров. В настоящее время такие работы достаточно просто и оперативно могут быть вы­полнены с помощью современных тепловизионных комплексов, однако, стоимость их с прог­раммным обеспечением 80-100 тыс. долларов.

Рис. 3. УЗК глубины трещины в массивной конструкции

 4. Электромагнитный метод

Используется при определении положения скрытой арматуры и закладных деталей. Приме­нялся для восстановления документации по фактическому армированию элементов конст­рукций, определению положения и направления арматуры перед разметкой трасс ультразвуково­го прозвучивания и выбора участков выбурива­ния контрольных кернов.

Таким образом, даже исходя из далеко не­полного перечня наиболее распространенных методов и вариантов их использования, оче­видна несомненная эффективность их применения.

К сожалению, необходимо отметить, что распад страны привел к тому, что базовые науч­ные центры и заводы, разрабатывающие и вы­пускающие аппаратуру, в основном, остались в тяжелом положении в Кишиневе и Киеве, резко сократился обмен информацией между пользо­вателями. Специалисты-разработчики только сейчас начинают преодолевать кризис. Но при разработке новой аппаратуры происходит увле­чение сервисной частью приборов, стремление упростить их использование, чтобы дать им вы­ход к массовому применению. Однако поспеш­ное сокращение функциональных возможностей аппаратуры (в частности, ультразвуковой), за­мена "мозгов" на компьютерные программы ока­зались не всегда оправданными с точки зрения дефектоскопии. Удорожание приборов привело к тому, что организации оказались не в состоянии содержать полный комплекс дорогостоящей ап­паратуры и высококвалифицированных специа­листов в условиях сокращения заказов на инст­рументальное обследование, отсутствует эконо­мическая возможность разработки и выпуска малосерийной специализированной аппаратуры.

По всей вероятности, только создание региональных научно-практических центров при поддержке отраслевых Министерств, разработ­ка и внедрение нормативной базы, обязующей предприятия проводить периодическое инстру­ментальное обследование сооружений, поможет восстановить квалифицированный контроль и даст толчок к разработке новых средств и ме­тодов НК.