Приложение 16 (Справочное). Оценка технического состояния материалов конструкций сооружений

Приложение 16
(Справочное)

Оценка технического состояния материалов конструкций сооружений

1. Оценка технического состояния материалов конструкций сооружений сводится к выявлению их дефектов - отклонений в свойствах материалов, оказывающих влияние на прочность и несущую способность элементов конструкций. Эти отклонения выявляются на расчищенных поверхностях элементов по известным внешним признакам дефектов. Они могут быть также выявлены путем измерений определенных параметров (прочности, размеров сечений и др.).

2. При регистрации дефектов материалов конструкций устанавливается их вид и объем, выявляется причина их появления, устанавливается степень их опасности и возможность их развития во времени.

3. Обследование и оценка технического состояния материалов проводится по методикам настоящего приложения, регламентированным указанными в этих методиках нормативными документами.

4. Обследование конструкции сооружения с целью оценки технического состояния их материалов выполняется по следующей схеме:

тщательная расчистка поверхности элементов от обрастаний и продуктов разрушения материала;

осмотр поверхности, измерения и описания характера и размеров повреждений по внешним признакам;

определение прочности материалов конструкций с помощью технических средств и методов неразрушающего контроля;

определение размеров сечений несущих элементов (остаточной толщины);

отбор проб и образцов материала с последующим определением необходимых характеристик в лабораторных условиях.

5. Каждый из перечисленных материалов конструкций обладает собственными, присущими ему дефектами и характерными признаками этих дефектов. Их выявление проводится с учетом этих особенностей.

6. Дефекты железобетонных конструкций могут возникать на стадиях изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации. Перечень характерных дефектов железобетонных конструкций с указанием возможных причин и последствий их появления приведен в таблице П.16.1.

Таблица П.16.1

Характерные дефекты железобетонных конструкций

NN	Вид дефекта	Возможные причины появления	Возможные последствия
1	Волосяные трещины с заплывшими берегами, не имеющие четкой ориентации, появляющиеся при изготовлении, в основном на верхней (при изготовлении) поверхности	Усадка в результате принятого режима тепловлажностной обработки, состава бетонной смеси, свойства элемента и т.п.	На несущую способность не влияют. Могут снизить долговечность
2	Волосяные трещины вдоль арматуры, иногда след ржавчины на поверхности бетона	а) Коррозия арматуры (слой коррозии до 0,5 мм) при потере бетоном защитных свойств (например, при карбонизации). б) Раскалывание бетона при нарушении сцепления с арматурой	а) Снижение несущей способности до 5%. Может снизиться долговечность; б) Возможно снижение несущей способности. Степень снижения зависит от многих факторов. Поэтому должна оцениваться с учетом наличия других дефектов и результатов поверочного расчета
3	Сколы бетона	Механические воздействия	При расположении в сжатой зоне - снижение несущей способности за счет уменьшения площади сечения. При расположении в растянутой зоне на несущую способность не влияют
4	Промасливание бетона	Технологические протечки	Снижение несущей способности за счет снижения прочности бетона на 30%
5	Трещины вдоль арматурных стержней до 3 мм. Явные следы коррозии арматуры	Развиваются в результате коррозии арматуры из волосяных трещин (см. п. 2 таблицы). Толщина продуктов коррозии до 3 мм	Снижение несущей способности в зависимости от толщины слоя коррозии и размеров выключенного из работы бетона сжатой зоны. Кроме того, уменьшение несущей способности нормальных сечений в результате нарушения сцепления арматуры с бетоном до 20%. При расположении на опорных участках - состояние конструкций предельное
6	Отслоение защитного слоя бетона	Коррозия арматуры (дальнейшее развитие дефектов п.п. 2 и 5)	Снижение несущей способности и зависимости от уменьшения площади сечения арматуры в результате коррозии и уменьшения размеров поперечного сечения сжатой зоны. Кроме того, снижение прочности нормальных сечений до 30% в результате нарушения сцепления арматуры с бетоном. При расположении дефекта на опорном участке - состояние предельное
7	Нормальные трещины в изгибаемых конструкциях и в растянутых элементах конструкций шириной раскрытия для стали классов: - A-I более 0,5 мм; - А-II, А-III, A-IV более 0,4 мм; - в остальных случаях - более 0,3 мм	Перегрузка конструкций. Смещение растянутой арматуры. Для преднапряженных конструкций - малая величина натяжения арматуры при изготовлении.	Снижение несущей способности и долговечности
8	То же, что и в п. 7, но имеются трещины с разветвленными концами	Перегрузка конструкции в результате снижения прочности бетона или нарушения сцепления арматуры с бетоном	Состояние предельное
9	Наклонные трещины со смещением участков балки друг относительно друга и наклонные трещины, пересекающие арматуру	Перегрузка конструкции. Нарушение анкеровки арматуры	Состояние предельное
10	Относительные прогибы, превышающие для: - преднапряженных стропильных ферм 1/700; - преднапряженных свай и балок 1/300; - плит перекрытий и покрытий 1/150	Перегрузка конструкций.	Степень опасности определяется в зависимости от наличия других дефектов. Например, наличие этого дефекта и дефекта по п. 7 - состояние предельное
11	Повреждения арматуры и закладных деталей (надрезы, вырывы и т.п.)	Механические воздействия, коррозия арматуры	Снижение несущей способности пропорционально уменьшению площади сечения
12	Выпучивание сжатой арматуры, продольные трещины в сжатой зоне, шелушение бетона сжатой зоны	Перегрузка конструкций	Состояние предельное
13	Уменьшение площадок опирания конструкций против проектных	Ошибки при изготовлении и монтаже	Возможно снижение несущей способности
14	Разрывы или смещения поперечной арматуры в зоне наклонных трещин	Перегрузка конструкций	Состояние предельное
15	Отрыв анкеров от пластин закладных деталей, деформации соединительных элементов, расстройство стыков	Наличие воздействий, не предусмотренных при проектировании.	Состояние предельное

7. Оценка прочности бетона проводится с помощью методов неразрушающего контроля. При использовании методов пластических деформаций и упругого отскока следует руководствоваться ГОСТ 22690-88. Эти методы основаны на связи прочности бетона на сжатие с диаметром отпечатка, образуемого на поверхности бетона при ударе по нему рабочего органа прибора, имеющего шариковый наконечник или показателя отскока рабочего органа прибора.

Для определения прочности бетона методом пластических деформаций могут быть использованы молоток Кашкарова, приборы ПМ-2, ВИСИ, КМ и другие приборы, отвечающие требованиям ГОСТ 22690-88 (таблица П.16.2).

Таблица П.16.2

Технические средства контроля состояния материалов конструкции

N п/п	Наименование	Назначение, основные технические характеристики
1	Эталонный молоток Кашкарова	Определение прочности бетона (5-50 МПа) на основе метода пластических деформаций и двойном отпечатке. ГОСТ 22690-88
2	Прибор ПМ 2	Определение прочности бетона (5-50 МПа) на основе метода пластических деформаций при постоянной энергии удара. ГОСТ 22690-88
3	Приборы КМ, ВСМ-4, склерометр Шмидта	Определение прочности бетона (5-50 МПа) на основе метода упругого отскока. ГОСТ 22690-88
4	Ультразвуковой подводный толщиномер УПТ-1, ВНИПИМОРНЕФТЕГАЗ	Автономный подводный измеритель толщины стальных деталей в диапазоне 3 - 100 мм с точностью 0,2 мм с регистрацией показаний на дисплее. Габариты 260х100х90 мм. Вес 1,8 кГ (на воздухе)
5	Подводный измеритель электродных потенциалов ПИЭП-1, ВНИПИМОРНЕФТЕГАЗ	Измерение электродного потенциала коррозии при оценке эффективности работы системы электрохимической защиты с регистрацией показаний на дисплее. Габариты 180х230 мм. Вес 2,4 кГ

Для определения прочности бетона участка производят не менее 5 ударов.

8. Прочность бетона на участке определяется по формуле:

,

где: - коэффициент совпадения,

- прочность бетона, определенная по имеющейся градуировочной зависимости.

Результаты испытаний методом пластических деформаций и методом упругого отскока зависят от влажности бетона. Поэтому прочность бетона следует контролировать на участках, имеющих одинаковую влажность с участками, по результатам испытаний которых определяется коэффициент совпадения. Для этой цели рядом с контролируемыми элементами помещают 3 эталонных образца с известными значениями прочности бетона в интервале 20 - 40 МПа. Эталонные образцы выдерживаются в натурных условиях не менее 24 часов, после чего на них проверяют градуировочную зависимость и вычисляют коэффициент совпадения как среднее отношение измеренных в натурных условиях и фактических значений прочности бетона эталонных образцов:

,

где: n - количество ударов (не менее 5),

R - фактическая прочность эталонного образца,

- измеренная прочность эталонного образца в натурных условиях.

9. Если возникает необходимость более глубокого изучения физико-механических характеристик, состава, карбонизации и других характеристик бетона, отбираются образцы материала в виде кернов или монолитов. Их испытания проводятся в специализированных лабораториях.

10. При обследовании металлических конструкций морских портовых гидротехнических сооружений необходимо различать повреждения механического характера и коррозионные. К повреждениям механического характера относятся:

трещины, вызванные концентрацией напряжений, повышенной хладоломкостью, остаточным напряжением от сварки, реализацией усталостных явлений;

разрушение под действием расчетных нагрузок, вызванные дефектами стали (газовые пузыри, шлаковые включения, усадочные раковины, неравномерность структуры-ликвации).

К коррозионным разрушениям относятся:

общая равномерная поверхностная коррозия характеризуется одинаковой по всей площади толщиной прокорродировавшего слоя, равномерной окраской продуктов коррозии;

местная поверхностная коррозия характеризуется отдельными очагами, при этом следует различать коррозию пятнами (диаметр пятна значительно превышает глубину проникновения коррозии), язвенную коррозию (диаметр пораженного участка соизмерим с его глубиной) и точечную коррозию (диаметр пораженного участка значительно меньше глубины проникновения коррозии);

сквозная коррозия является развитием местной коррозии и характеризуется ограниченным, но прогрессирующим разрушением в виде отверстия;

межкристаллическая коррозия - разрушение металла по границам зерен, при котором резко падает его прочность при отсутствии внешних признаков разрушения.

11. Коррозионные и механические дефекты металлических конструкций по степени их опасности следует подразделять на три категории: малозначительные, значительные и критические.

Категорийность дефектов металлических конструкций сооружений по степени их опасности следует устанавливать расчетом усилий, действующих на элементы конструкций, определением их напряженного состояния с учетом фактической площади сечений прокорродированных элементов, геометрической формы и пространственного положения.

К малозначительным следует относить дефекты, не вызывающие изменения прочностных характеристик металла, недопустимого уменьшения сечений металлических элементов несущих конструкций и опасного перенапряжения других конструктивных элементов.

К значительным дефектам следует относить такие, при которых в элементах возникают напряжения, равные или превышающие нормативные, изменяется пространственное положение или форма элементов, а также нарушается их целостность и, если все это создает предаварийную ситуацию.

К критическим следует относить дефекты металлоконструкций, развитие которых может вызвать обрушение всего сооружения или отдельных его частей и привести к выводу сооружения из эксплуатации. К таким дефектам относят:

уменьшение площади сечения основных несущих элементов конструкций до значений, при которых напряжения в этих элементах будут близки к пределу текучести данной марки стали;

сквозную коррозию несущих металлических элементов;

нарушение сплошности шпунтовых стенок на участке длиной свыше 5 м;

массовый излом и остаточный изгиб опор эстакадных конструкций.

12. При осмотре металлоконструкций необходимо фиксировать механические повреждения, изменение пространственного положения элементов, изменение внешнего вида поверхности металла, распределение по поверхности продуктов коррозии и их характер, степень сохранности защитных покрытий или устройств.

Особое внимание следует обращать на резьбовые крепления анкерных тяг к шпунтовым стенкам, замковые соединения шпунтовых свай, узлы сопряжения металлических свай с ростверками, узловые соединения элементов ферм или других сквозных пространственных систем, осуществленных сваркой, клепкой и резьбовыми креплениями.

Состояние металлических конструкций, находящихся в засыпке (анкерные тяги и др.), следует определять после их вскрытия.

13. В случаях, когда устанавливаются аномальные отклонения в скорости коррозии металлоконструкций от номинальных значений, а также при необходимости определения эффективности работы системы электрохимической защиты конструкции, проводятся измерения электродного потенциала и катодной поляризации в соответствии с РД 31.35.07-83. С целью получения информации о коррозионных дефектах в соответствии с ГОСТ 9.908-85 и получения прочностных показателей стали необходимо брать ее образцы непосредственно из сооружения. Количество образцов для каждой конструкции должно быть не менее трех из характерных зон сооружения (надводной, переменного уровня, подводной).

Размер образцов должен быть не менее 100х150 мм. Отверстия, образовавшиеся в результате взятия образцов, должны быть сразу же заварены накладным листом соответствующей толщины и необходимого размера. Определение прочностных показателей стали, металлографические и химические исследования образцов следует проводить в специализированных лабораториях.

14. Измерение остаточной толщины стенок металлоконструкций непосредственно на месте рекомендуется производить с помощью штангенциркуля, оборудованного насадками; микрометром; ультразвуковыми толщиномерами; а измерение толщины антикоррозионных покрытий - магнитными толщиномерами. При определении скорости коррозии элементов, выполненных из проката, в качестве исходных данных следует принимать геометрические размеры прокатных профилей или труб, руководствуясь соответствующими стандартами или ТУ.

15. Дефекты и разрушение древесины в конструкциях гидротехнических сооружений могут возникнуть в результате воздействий механических, химических и биологических.

К повреждениям механического характера относятся излом элементов, их смятие, скол, расщепление.

Разрушения под воздействием химических веществ - кислот, щелочей, солей в жидком, твердом или газообразном состоянии проявляются в виде обугливания, превращения в сыпучую массу или слизь, разбухания древесины.

Повреждения биологического характера проявляются в гниении, поражении ракообразными морскими древоточцами или червеобразными моллюсками. Гниение деревянных конструкций характеризуется разрыхлением (деструкцией) древесины, появлением характерных продольных и поперечных трещин на пораженной поверхности.

Характерным признаком поражения древесины ракообразными морскими древоточцами (лимнория, хелюра и др.) является губчатая структура поверхности с ходами в поверхностном слое. Сучки при этом остаются неповрежденными, ходы идут параллельно годовым кольцам; длина ходов 4 - 5 см, диаметр 1 - 3 м.

Древесина, пораженная червеобразными моллюсками (тередо, банкии и др.), снаружи выглядит неповрежденной (диаметр входного отверстия моллюсков не превышает 1,5 мм). О степени поражения ее можно судить только на основании исследования образцов древесины.

16. В результате проведения осмотра должно быть установлено: техническое состояние сдельных элементов и всей конструкции в целом, наличие или отсутствие участков древесины, пораженных гниением и ракообразными древоточцами, а также количество элементов с такими разрушениями и их местоположение.

17. Образцы древесины, предназначенные для определения ее механических свойств, степени поражения гниением или червеобразными моллюсками, следует отбирать на трех уровнях по высоте сооружения (в подводной, надводных зонах и в зоне переменного уровня воды) и в трех створах по длине сооружения. Образцы следует отбирать путем выбуривания пустотелым буром или выпиливанием из элементов, не несущих нагрузок (конструктивные элементы, сломанные сваи и т.п.). Отбор и испытания образцов следует проводить в соответствии с требованиями ГОСТ 16483.0-89, ГОСТ 16483.1 ... 39-81.