Неразрушающий контроль и техническая диагностика транспортных соору

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра «Автомобили и технологические машины»

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Диагностика железобетонных мостовых конструкций и их элементов

Методические указания к курсовому и дипломному проектированию

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2012

elib.pstu.ru

Составители: В.Г. Пастушков, И.Г. Овчинников, И.И. Овчинников, Б.С. Юшков

УДК: 624.21.012.45-044.3(072.8) Н54

Рецензент д-р техн. наук, профессор А.А. Пискунов

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Неразрушающий контроль и техническая диагностика трансН54 портных сооружений. Диагностика железобетонных мостовых

И.Г. Овчинников, И.И. Овчинников, Б.С. Юшков. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 41 с.

Рассмотрены особенности технической диагностики железобетонных конструкций мостовых сооружений и, в частности, методика определения прочности бетона поврежденных конструкций. Основное внимание уделяется измерителю прочности бетона ОНИКС-2.6, а также измерителю прочности бетона отрывом со скалыванием ОНИКС-ОС. Описаны характеристики приборов и технология их применения.

Предназначено для студентов специальности 270201 «Мосты и транспортные тоннели».

УДК: 624.21.012.45-044.3(072.8)

Исследование проведено при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России из федерального бюджета в рамках реализации федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы,

соглашение № 14.В37.21.1222.

© ПНИПУ, 2012

2

elib.pstu.ru

3

elib.pstu.ru

ВВЕДЕНИЕ

Мостовые сооружения составляют небольшую часть от общей протяженности автомобильных дорог, но их надежность и долговечность весьма важны для обеспечения бесперебойного функционирования дорожной сети каждого региона.

В настоящее время более трех четвертей мостов требуют ремонта, более половины мостов имеют недостаточный габарит и недостаточную грузоподъемность, а каждый двадцатый мост находится в аварийном состоянии.

Причина такого положения дел объясняется тем обстоятельством, что в свое время было запроектировано и построено огромное число мостов по типовым проектам, которые были «привязаны» к соответствующим условиям и, в силу однотипности и сборности, оказались весьма удобными для строительства. Но ни при проектировании, ни при строительстве мостов практически не задумывались над вопросами удобства их эксплуатации и ремонтопригодности. Кроме того, и в России и за рубежом в 30–50- е гг. считали, что срок службы бетонных сооружений может перешагнуть далеко за 100 лет, а потому ремонт их может потребоваться не скоро. Однако сейчас стало ясно, что под влиянием условий эксплуатации несущая способность и долговечность мостов значительно снижаются.

Описанное состояние не только сдерживает пропуск современного большегрузного транспорта, но и может привести к разрушению мостов, порой с человеческими жертвами.

4

elib.pstu.ru

1. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ

При обследовании железобетонных мостов основное внимание следует обращать на наиболее распространенные и существенно влияющие на долговечность конструкции дефекты и повреждения, выявлять причину и характер их развития во времени, назначать мерыполиквидации или приостановлению ихдальнейшего развития.

Наиболее распространенными дефектами железобетонных мостов являются: коррозия арматуры, выщелачивание (карбонизация), хлоридная коррозия, разрушение бетона плиты, элементов главных балок (особенно крайних), стыков между балками и различные (по расположению, причинам возникновения, степени влияния на несущую способность и долговечность конструкции) трещины.

Коррозия арматуры является одним из главных факторов, вызывающих разрушение бетона плиты проезжей части, что приводит к образованию продольных и поперечных трещин, выколам бетона и выкрашиванию дорожной одежды, а это приводит к снижению изгибной жесткости плиты, увеличению неравномерности распределения усилий между балками, росту динамического воздействия подвижной нагрузки, снижению несущей способности и долговечности.

Коррозия арматуры имеет преимущественно электрохимическую природу, в результате чего происходит как общее, так и местное уменьшение расчетной площади поперечного сечения арматуры за счет образования продуктов окисления железа. Образующиеся в процессе коррозии соединения занимают объем, в 2–3 раза больший, чем неокисленная сталь. Возникающее при этом радиальное давление порядка 3–4 МПа приводит к раскалыванию бетона вдоль арматурных стержней с последующим выколом участков бетона между трещинами вместе с дорожной одеждой и образованием ям и выбоин на проезжей части.

5

elib.pstu.ru

Образование окислов сопровождается также существенным снижением сцепления арматуры с бетоном и ростом раскрытия трещин. Особенно отрицательно это явление сказывается на совместной работе ребер балок и плиты проезжей части при наличии трещин вдоль их контакта и в продольных стыках плит.

Главной причиной разрушения плиты проезжей части мостов во многих странах является применение хлористых солей для борьбы с гололедом. Разрушение бетона плиты и ее покрытия может быть вызвано и другими причинами: например, в Англии в более чем 350 мостах отмечен процесс разрушения бетона, вызванный реакцией портландцемента, имеющего щелочные составляющие, с заполнителем, содержащим кремний.

Однако практика эксплуатации мостов в России свидетельствует, что основными причинами разрушения бетона плиты проезжей части железобетонных мостов являются: неудовлетворительное техническое состояние, загрязненность дорожного покрытия, неисправность системы водоотвода (заглушены водоотводные трубки, не выдержаны проектные уклоны мостового полотна), некачественное выполнение гидроизоляции, особенно на участках ее примыкания к тротуарным блокам (над крайними, фасадными балками), а также отсутствие или разрушение элементов деформационных швов и гидроизоляции непосредственно научастках тротуарных блоков.

По причине наличия подобных дефектов, характерных для отечественных железобетонных мостов, особенно построенных по первым типовым проектам (типовые проекты выпуск 10-11, 56, 56Д и другие, разработанные Союздорпроектом), плохой герметичности проезжей части вода атмосферных осадков и вместе с ней соли не только попадают под гидроизоляционный слой и фильтруются через железобетон плиты проезжей части, но и, проникая под конструкцию тротуаров, попадают на наружные поверхности плиты, стенок, как фасадных (крайних), так и смежных с ними (внутренних) главных балок.

Нарушение нормальной структуры, разрушение бетона плиты проезжей части влечет за собой разрушение ребер балок пролетных строений. Растворы хлористых солей, проникая вместе с продуктами разрушения щелочной среды бетона плиты через трещины, сты-

6

elib.pstu.ru

ки, попадают на стенки ребер балок и вызывают коррозию растянутой арматуры.

Вмостах из балок полной заводской готовности с предварительным напряжением арматуры до бетонирования надежная защита от коррозии зависит от толщины защитного слоя.

Вбалках с расположением пучков напрягаемой арматуры в каналах, инъектируемых цементным раствором, долговечность арматуры гарантирована только в случае весьма качественного выполнения этой операции.

Вмостах с балками без предварительного обжатия бетона процесс коррозии ведет к отрыву защитного слоя распределительной и растянутой арматуры продуктами коррозии стали. Этот дефект имеет место в 50–60 % осмотренных железобетонных мостов, причем у 75 % из них – в крайних тротуарных балках, где обычно на плите отсутствует защитная гидроизоляция.

Коррозия арматуры помимо общего снижения несущей способности балок за счет уменьшения сечения арматуры приводит к потере сцепления ее с бетоном и последующему изменению статической схемы работы мостов, увеличению раскрытия трещин, повышению вероятности разрыва арматуры и в конечном счете к снижению долговечности моста. Отрыв защитного слоя бетона продуктами коррозии арматуры приводит к существенному изменению напряженного состояния изгибаемой балки и пространственной работы всей системы в целом. (Эксперименты, проведенные в США, по оценке влияния защитного слоя и прочности сцепления арматуры с бетоном на несущую способность железобетонных балок при изгибе показали, что потеря защитного слоя и сцепления в средней части балки (на 60 % еедлины) приводит к снижению еепрочности на21 %).

Всвязи со сказанным при оценке несущей способности железобетонных балок необходимо учитывать потерю защитного слоя

исцепления арматуры с бетоном даже на незначительном участке. При эксплуатации (а также при проектировании) мостов следу-

ет иметь в виду, что долговечность железобетонных конструкций во многом зависит от водоцементного отношения, пористости, водопроницаемости, деформативности, устойчивости к воздействию агрессивных сред, возможности карбонизации защитного слоя.

7

elib.pstu.ru

2.ПРИБОРЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

ИТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Внастоящих методических указаниях рассмотрены особенности применения основных отечественных приборов для определения прочности железобетонных конструкций, их характеристики, методики применения.

2.1. Измеритель прочности бетона ОНИКС-2.6

Измеритель прочности материалов ОНИКС-2.6 предназначен для оперативного определения прочности и однородности бетона по ГОСТ-22690 при технологическом контроле изделий и конструкций, обследовании мостовых сооружений, а также для контроля прочности раствора, кирпича, композиционных материалов и т.п. Прибор может применяться для определения твердости, однородности, плотности и пластичности различных композиционных материалов.

Технические характеристики

elib.pstu.ru

2.1.1. Принцип работы

Принцип работы прибора основан на обработке импульсной переходной функции электрического сигнала, возникающего в чувствительном элементе при калиброванном ударе о поверхность тестируемого изделия. Преобразование получаемого электрического параметра в прочность или другой эквивалентный параметр производится по формулам:

бетонов);

a2, a1, a0 – коэффициенты градуировочной характеристики материала;

Kс – коэффициент совпадения, предназначенный для уточнения градуировочной зависимости по результатам испытаний методом отрыва со скалыванием, испытаний кернов (см. прил. 9 ГОСТ

9

elib.pstu.ru

22690–88 и методику МИ2016-02), а также учитывающий карбонизацию бетона и другие факторы.

2.1.2. Устройство прибора

Прибор состоит из электронного блока и датчика-склерометра, внешний вид которых показан на рис. 1.

На лицевой панели корпуса прибора расположены клавиатура и окно графического дисплея. В верхней торцевой части корпуса установлены разъем для подключения датчика-склерометра и USBразъем для подключения к компьютеру. На задней стенке корпуса находится крышка батарейного отсека. На левой стороне корпуса имеется кистевой ремешок.

Датчик-склерометр выполнен в цилиндрическом корпусе с пружинным ударным механизмом и твердосплавным индентором. На боковой поверхности датчика расположена ручка взвода и спусковая кнопка. Коронка предназначена для устойчивой установки датчика на контролируемую зону объекта измерения.

В комплект прибора входит рабочая эквивалентная мера прочности из оргстекла, по которому производится калибровка датчика прибора (рис. 2).

Рис. 1. Внешний вид прибора ОНИКС-2.6

10

elib.pstu.ru