Основы метрологии и контроль качества в строительстве

УДК 69.006(075.8) ББК 38б642 я7

С53

Рецензенты:

кафедра «Технология строительного производства» Гродненского государственного технического университета (зав. кафедрой, кандидат технических наук, доцент Д. И. Сафончик); зав. НИЛ РУП «Институт БелНИИС»,

кандидат технических наук, доцент Н. И. Шепелевич

Снежков, Д. Ю.

С53 Основы метрологии и контроль качества в строительстве : учебнометодическое пособие для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» / Д. Ю. Снежков, С. Н. Леонович. – Минск: БНТУ, 2019. – 276 с.

ISBN 978-985-583-183-0.

Рассматриваются вопросы метрологического обеспечения строительства. Содержание учебно-методического пособия соответствует типовой учебной программе дисциплины «Метрология и контроль качества в строительстве» и образовательному стандарту первой ступени высшего образования по специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство».

В первой части учебно-методического пособия изложены основные понятия метрологии, ее структурные составляющие, вопросы классической теории погрешностей измерений и концепция неопределенности измерений. Излагаемый материал проиллюстрирован примерами.

Вторая часть пособия посвящена прикладным вопросам обеспечения качества строительства, включая темы обеспечения точности геометрических параметров в строительстве, и контроля прочностных показателей железобетонных конструкций. Особое внимание уделено неразрушающим методам испытаний бетона в конструкциях. Рассматриваются как стандартизированные, так и перспективные методы испытаний. В основе второй части пособия – актуальные нормативные документы.

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Измерение – первичная составляющая процесса получения информации. Процессы измерений выполняются любым объектом живой природы, взаимодействующим с окружающим его миром. Идет ли речь об интенсивности освещения листьев растения, температуре и химическом составе воды для обитающих в ней примитивных организмов или огромном комплексе параметров, воспринимаемых высшими животными, – во всех перечисленных случаях можно обнаружить те процессы, которые с позиции метрологии составляют процесс измерений1. Но если у объектов живой природы эти процессы «встроены» в их физиологию природой, то в человеческом сообществе – по мере его развития – измерения стали продуктом его сознательной целенаправленной деятельности, применительно к тем объектам и процессам, которые составляют основу общественного существования человека, в том числе впроизводственной сфере.

Долгое время метрология была в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. Новое значение метрология обрела в эпоху промышленной революции: она стала совершенно необходима для обеспечения массового производства. Развитие естественных наук привело к появлению более совершенных средств измерений (СИ), а они, всвою очередь, стимулировали развитиенаук.

Еще в XVII веке, когда в Европе зародились точные науки, многие ученые понимали, что огромное разнообразие мер тормозит экономический и технический прогресс. Тогда же стали предлагать конкретные способы ликвидации этого хаоса. Первым практическим шагом на пути к желанной цели стало создание метрической системы мер. На основе единицы длины – метра – строилась вся система, получившая название метрической. За единицу площади принимался квадратный метр, за единицу объема – кубический метр, за единицу массы – килограмм (масса кубического дециметра чистой воды при температуре 4 °С). Метрическая система с самого начала была задумана как международная. 26 марта 1791 г. Учредительное собрание Фран-

1 Поскольку все объекты материального мира находятся в состоянии взаимного информационно-энергетического обмена, то приведенные выше рассуждения в определенной мере справедливы и для объектов «неживой» природы.

5

ции утвердило предложения Парижской академии наук. Метрическая система внедрялась с большим трудом. Окончательно она была введена во Франции как обязательная лишь с 1 января 1840 г.

Для развития отечественной метрологии многое сделал Д. И. Менделеев (1834–1907). Его можно считать основоположником научного подхода в развитии метрологии. Время с 1892 по 1918 г. называют менделеевским этапом развития метрологии. Это этап научного становления метрологии и активного внедрения ее в практику хозяйственной и научной деятельности. В 1893 г. Д. И. Менделеев преобразует Депо образцовых мер и весов в Главную палату мер и весов – одно из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля. Известное высказывание ученого: «Наука начинается ... с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры».

Решительный поворот в сторону введения метрической системы в нашей стране произошел 14 сентября 1918 г., когда Совнарком РСФСР принял декрет «О введении международной метрической системы мер и весов». Этот документ положил начало нормативному этапу развития отечественной метрологии. С этого момента важнейшие положения в области метрологии вводятся нормативными актами – поначалу постановлениями правительства, а позже (наряду

сними) нормативно-техническими документами разного уровня.

Внастоящее время метрическая система мер официально при-

нята всеми государствами, за исключением США, Либерии и Бирмы (Ньянмы)2.

Заметим, что государственное регулирование США3 в сфере метрологии не является столь жестким, как в странах Европы и особенно

2 В 1971 г. Национальное бюро стандартов США выпустило отчет «Метрическая Америка», в котором рекомендовало стране перейти на метрическую систему в десятилетний срок, но жесткие временные рамки не ставились и сам переход на метрическую систему предполагал добровольность. Поскольку американские компании открывали все новые и новые производственные мощности за пределами страны, в Европе и Азии возникла необходимость определиться с тем, какие единицы использовать: метрические или традиционные американские. Осознавая эти сложности, в 1988 г. Конгресс внес изменения в Metric Conversion Act, согласно которым метрическая система стала считаться «предпочтительной системой мер и весов США для нужд торговли и коммерции».

6

вСНГ. В СССР метрология развивалась в качестве государственной дисциплины, так как нужда в повышении точности и воспроизводимости измерений росла по мере индустриализации и роста обо- ронно-промышленного комплекса. Косвенным следствием такого подхода оказалось государственное регулирование различных областей, относящихся к метрологии. Зарубежная метрология также отталкивалась от требований практики, но эти требования исходили

восновном от частных фирм, в частности в США эту задачу взяли на себя негосударственные организации, например, ASTM (American Society for Testing and Materials) – американская международная организация, разрабатывающая и издающая добровольные стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг. Специфика метрологии СССР сохранилась и в постсоветских республиках – государственные стандарты (эталоны) признаются главенствующими в отличие от конкурентной западной среды, где частная фирма может не пользоваться неугодным стандартом или прибором и договориться со своими партнерами о другом варианте удостоверения воспроизводимости измерений.

ВБеларуси создание самостоятельных метрологических учреждений началось лишь после революции и окончания гражданской войны. 29 февраля 1924 г. приказом Народного Комиссариата Финансов Беларуси № 47 на базе подотдела мер и весов Наркомфина БССР было основано первое в Беларуси метрологическое учреждение – Белорусская палата мер и весов, которая возглавила метрологическую службу в Республике. Сегодня Республика Беларусь является членом многих международных организаций, направлением деятельности которых является метрология. Международное сотрудничество нашей республики в области метрологии играет заметную роль в процессах интеграции Беларуси в мировую экономику.

Современная метрология, в самом широком понимании, представляет собой науку об измерениях, обеспечении их единства, о способах достижения требуемой точности, а также о методах и средствах достижения указанных целей.

3 В сентябре 1999 г. американская автоматическая миссия Mars Climate Orbiter погибла из-за путаницы между системами: система контроля высоты использовала английскую, а основные навигационные алгоритмы – метрическую. Система управления выбрала неправильный момент перехода на орбиту вокруг Марса – на 100 км ближе расчетного нуля.

7

Часть I. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

1. СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

1.1.Структурные составляющие метрологии

Вотличие от многих иных областей естественных наук, которые могут рассматриваться в большой степени изолированно одна от другой, предмет изучения метрологии является той общей компонентой, которая присуща любой науке, – ни одна наука немыслима без измерений. Повышение точности измерений является одним из

инструментов для обнаружения новых качественных эффектов и взаимосвязей явлений материального мира4. В свою очередь, потребность в повышении точности измерений стимулирует развитие теоретической основы метрологии. Совершенствование методов и измерительных средств, методов выявления и оценки погрешностей, разработка системы физических величин и их единиц, создание эталонов единиц величин и их воспроизведение – все это сфера деятельности фундаментальной (теоретической) метрологии.

Кроме научной составляющей, которая и определяет метрологию как науку, в ней можно выделить прикладную (техническую) и законодательную (организационную) составляющие. Измерения являются важнейшим элементом производственной и коммерческой деятельности человека и сопутствуют ему на протяжении развития цивилизации. Вопросами воспроизведения единиц величин, разработки и производства средств измерений, государственных испытаний средств измерений занимается прикладная (техническая) метрология. Без достижения высокой точности измерения перемещений не могла бы появиться такая область науки и техники, как нано-технология. Системы глобального позиционирования GPS (США), ГЛОНАСС (РФ),

азатем – GALILEO (Евросоюз) и BEIDOU (Китай), появились лишь тогда, когда ошибки автоматического измерения временных характе-

ристик спутниковых радиосигналов автономными устройствами не были снижены до уровня ~10–10 секунды.

4 Экспериментальное подтверждение существования гравитационных волн стало возможным при доведении погрешности измерений динамических механических перемещенийнауровне10–18 мприбазеизмеренийоколо4 км.

8

Для обеспечения единства измерений в масштабе от небольшого предприятия до государства в целом метрология должна быть наделена законодательными функциями. Законодательная метрология разрабатывает и внедряет нормы и правила выполнения измерений, устанавливает требования, направленные на достижение единства измерений, порядок разработки и испытаний средств измерений, устанавливает термины и определения в области метрологии, единицы физических величин и правила их применения. Все эти нормы, правила и требования устанавливаются соответствующими нормативнотехническими документами, обязательными к применению. Наличие законодательной составляющей в структуре метрологии отличает эту науку от других естественных наук (физики, химии, биологии

ит. д.) и направлено на обеспечение единства измерений. Законодательство Республики Беларусь об обеспечении единства

измерений основывается на Конституции Республики Беларусь и состоит из Закона Республики Беларусь о единстве измерений (см. п. 1) актов Президента Республики Беларусь и иных актов законодательства Республики Беларусь.

Если международными договорами, действующими для Республики Беларусь, установлены иные правила, чем те, которые содержатся в настоящем Законе, то применяются правила международных договоров.

Ниже приведены основные термины, используемые в Законе

оединстве измерений, и их определения:

–государственный метрологический надзор – деятельность по проверке соблюдения юридическими лицами, индивидуальными предпринимателями и иными физическими лицами требований законодательства Республики Беларусьоб обеспечении единства измерений;

–Государственный реестр национальных эталонов единиц вели-

чин Республики Беларусь – совокупность сведений, формируемых Государственным комитетом по стандартизации Республики Беларусь, о национальных эталонах единиц величин;

–Государственный реестр средств измерений Республики Бе-

ларусь – совокупность сведений, формируемых Государственным комитетом по стандартизации Республики Беларусь о средствах измерений, в отношении которых принято решение об утверждении типа средств измерений, и о выданных сертификатах об утверждении типа средств измерений;

9

–единица измерения – величина, условно принятая за единицу,

скоторой сравниваются другие однородные величины для выражения их количественного значения по отношению к этой величине;

–единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в единицах измерений, допущенных к применению в Республике Беларусь, и точность измерений находится в установленных границах с заданной вероятностью;

–измерение – совокупность операций, выполняемых для определения значения величины5;

–калибровка – составная часть метрологического контроля, включающая выполнение работ, в ходе которых устанавливаются метрологические характеристики средств измерений путем определения в заданных условиях соотношения между значением величины, полученным с помощью средства измерений, и соответствующим значением величины, воспроизводимым эталоном единицы величины;

–методика выполнения измерений – совокупность правил и про-

цедур выполнения измерений, которые обеспечивают получение результатов измерений, точность которых находится в установленных границах с заданной вероятностью;

–метрологическая аттестация средств измерений – составная часть метрологического контроля, включающая выполнение работ, в ходе которых устанавливаются метрологические характеристики средств измерений;

–метрологическая служба – совокупность организационно и (или) функционально связанных между собой юридических лиц, их структурных подразделений, либо структурное подразделение юридического лица, деятельность которых направлена на обеспечение единства измерений;

–метрологический контроль – совокупность работ, в ходе выполнения которых устанавливаются или подтверждаются метрологические, технические характеристики средств измерений, определяется соответствие средств измерений, методик выполнения изме-

5 В РМГ 29-99 [27] приведено уточнение: измерение физической вели-

чины – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

10