А.Н. Асаул, Ю.Н. Казаков, В.И. Ипанов
Реконструкция и реставрация объектов недвижимости
Учебник Под редакцией д.э.н., профессора А.Н. Асаула. – СПб.: Гуманистика, 2005. – 288с.

Раздел 3. Обследование зданий и сооружений. Диагностика конструкций и материалов

Глава 8. Натурные и лабораторные методы диагностики конструкций и материалов

8.2. Испытательное оборудование

Сейчас широко применяют адеструктивные (неразрушающие) методы. Они основаны на принципах таких разделов физики, как механика, акустика, электромагнетизм и атомная физика.

По физической сущности неразрушающие методы классифицируют на резонансные, радиационные, электромагнитные, ультразвуковые, механические и комбинированные.

В практике обследования жилищного фонда наиболее широкое распространение получили ультразвуковые и механические методы, которыми исследуют конструкции.

Ультразвуковым импульсным методом устанавливают прочность, наличие пустот, глубину трещин и толщину разрушенного слоя материала. Кроме того, исследуют поведение во времени конструкций при воздействии агрессивных сред.

Применяют прибор с электроакустическим преобразователем, который имеет щуп-излучатель и щуп-приемник. Их располагают с одной или двух сторон конструкции. О прочности материала судят по скорости прохождения звука между этими щупами. В зависимости от времени по тарированному графику определяют прочность. Точность результатов находится в пределах 10-20%.

Механические методы определения поверхностной прочности материала по принципу действия делят на четыре вида: отпечатка, отдачи, забивки и выдергивания стержня.

Метод отпечатка основан на энергии удара специальным молотком, оставляющим на поверхности след. По его размерам судят о прочности материала. Удар оставляет двойной отпечаток на испытываемой конструкции и контрольном бруске, укрепленном в теле молотка. Отношение величин отпечатков является функцией прочности исследуемого материала. О ней судят по тарированной таблице. Наносят несколько ударов и рассчитывают среднее значение.

Метод отдачи применяют при испытании массивных конструкций, используя склерометр. В нем подвижная втулка при ударе отскакивает от бойка, увлекая за собой ползунок со стрелкой. Она перемещается вдоль шкалы, показывая величину отдачи. В зависимости от этой величины по специальной таблице определяют прочность материала.

Методом забивки стержней прочность исследуют по глубине их погружения в тело материала для забивки применяют пистолет с взрывным устройством, пороховой заряд которого развивает постоянную энергию. В комплекс прибора входит набор стержней одноразового пользования (без повторной заточки) и графики с кривыми перехода от глубины проникания к прочности материала.

Метод выдергивания стержней предназначен для определения прочности материала в зависимости от усилия, прикладываемого при их извлечении. для выдергивания стержней используют приспособление с манометром, фиксирующим приложенное усилие. По его значению определяют прочность, для чего существуют специальные графики.

Точность результатов, полученных механическими неразрушающими методами, находится в пределах 20-30%. На точность влияют такие факторы, как гранулометрический состав материала, правильность подбора штампов и стержней, гладкость поверхности конструкции, а также водоцементное соотношение и возраст бетонов.

Требования к качеству материалов и конструкций. Требуемые свойства, технические требования и требования к качеству строительных материалов, полуфабрикатов, деталей и изделий устанавливают Строительные нормы и правила (СНиП), Государственные стандарты (ГОСТ), Технические условия (ТУ).

Этими регламентирующими документами определяются назначение строительных материалов и деталей, требования к их качеству, приводятся указания по выбору и применению в зависимости от условий эксплуатации возводимого здания или сооружения, устанавливаются условия транспортирования, правила приемки и хранения, правила отбора контрольных образцов и испытаний и др.

Соответствие предъявляемым требованиям поставляемых на объект конкретных строительных материалов, деталей и изделий подтверждается техническими паспортами и маркировкой. Технический паспорт является документом, гарантирующим необходимые свойства, а маркировка (штампованием, надписями, ярлыками, бирками и др.) устанавливает индивидуальные особенности, точное наименование изготовителя-поставщика и время изготовления. СНиП, ГОСТ и ТУ имеют силу закона, и соблюдение их является обязательным для всех предприятий-изготовителей и строителей (Рис. 8.2).

Методики испытания материалов. Идентификация единовременных кладок (и соответственно разграничение разновременных) – одна из важнейших задач натурного изучения памятника. Иногда при достаточных различиях в строительной технике разных строительных периодов эта задача может быть решена путем сопоставления цвета и фактуры использованного камня, размера и обработки блоков, размеров кирпича, способа перевязки кладки, обработки шва и т.п.

Однако исследователю часто приходится иметь дело с разновременными кладками, обладающими большим внешним сходством либо слабо выраженными и трудно поддающимися точному определению различиями, что создает опасность субъективной оценки. К тому же, некоторые визуальные признаки, например цвет камня или раствора, могут в значительной  степени зависеть от влажности кладки и условий ее сохранения. В этих случаях приходился обращаться к серии лабораторных исследований для получения объективной картины. Особенно показательными обычно оказываются исследования  образцов строительных растворов, поскольку их состав полнее всего отражает индивидуальные технологические особенности. Необходимо, однако, подвергать исследованию все материалы, в том числе кирпич и естественный камень, что может дать дополнительную, иногда очень важную информацию.

Комплексные исследования отобранных образцов каменных материалов обычно включают в себя изучение химического состава с определением процентного соотношения основных компонентов, гранулометрический анализ, выявляющий путем просеивания сквозь серию сит с разными ячейками распределение заполнителя раствора по фракциям, и петрографический анализ  изучение под микроскопом шлифов раствора или других материалов. Количественные соотношения компонентов раствора определяются в основном химическими анализами, хотя возможны очень приближенные подсчеты и при микроскопическом изучении образцов. Однако количественный состав в целом мало показателен для целей идентификации строительных растворов, поскольку их дозировка и перемешивание производились, как правило, весьма несовершенным образом, и взятые на соседних участках образцы материалов одной и той же кладки могут в этом отношении сильно различаться между собой. Обычно гораздо более важные результаты дает изучение качественного состава.

Наличие тех или иных количественно незначительных, но характерных примесей, особенности строения зерен песка, их размер, цвет, степень обкатанности, а также иные, прочитываемые при изучении под микроскопом особенности могут служить свидетельством не только технологических различий, но и использования материалов, добытых в разных карьерах, что по большей части указывает на разновременность исследуемых образцов.

Шлифы после проведенного изучения обязательно должны сохраняться, так как по мере их накопления при исследовании многих памятников может быть создана своего рода картотека, которая позволит в дальнейшем проводить идентификацию материалов, использованных при работе на различных сооружениях в пределах одной территории.

Микроскопические исследования дают важные результаты при изучении не только растворов, но и естественного камня. Так, известняки разных месторождений, сходные по внешнему виду, могут сильно различаться между собой по микроструктуре, в частности, по составу образующих их известковых скелетов ископаемых организмов, хорошо выявляемых при петрографическом анализе. Иногда возможно разграничение разных слоев одного месторождения.

Окончательный вывод относительно идентификации различных участков кладки может быть сделан лишь на основе всего комплекса проводимых анализов. Правильность полученных результатов во многом зависит также от тщательности отбора образцов, которые во избежание случайных ошибок должны изыматься из бесспорных участков коренной кладки, а не из мест поздних ремонтов, и для каждого определяемого строительного периода в нескольких экземплярах.

Техническое состояние конструктивных элементов и, качество применяемых материалов устанавливают путем отбора проб и последующего лабораторного анализа. Образцы высверливают специальными бурами на наименее загруженных участках конструкции.

В металлических элементах определяют степень поражения коррозией.

Деревянные конструкции проверяют на загнивание и влажность по поверхности в теле элемента. Пробы подвергают анализу на грибок, гниль и плесень. При обнаружении этих дефектов устанавливают границы пораженных мест.

Наиболее близки к архитектурным исследованиям методы абсолютного датирования материалов, практикуемые в археологии, иногда, позволяющие прямо или косвенно установить возраст постройки или ее частей. В первую очередь имеет смысл подвергать абсолютному датированию искусственные материалы: строительные растворы, керамику и металл, а также древесину; определение геологического возраста использованных горных пород, естественно, в этом случае лишено смысла.

Наибольшее применение при изучении памятников архитектуры нашел дендрохронологический метод, позволяющий при благоприятных условиях датировать возраст употребленной в строительство древесины с точностью до одного года. Метод основан на изучении неравномерности роста годовых колец, вызванной изменчивостью погодных условий и других внешних факторов, и дающий сходную картину для всех деревьев одной породы на определенной территории.

Измерение под микроскопом толщины колец позволяет построить по ним график, причем у произраставших одновременно деревьев совпадают расположенные в сложной последовательности «пики» и «падения», образуя характерную и не повторяющуюся картину. По этой последовательности график, полученный путем промеров изучаемого образца, в принципе может быть соотнесен с вполне определенным участком другого графика.

Пользуясь разработанной для данной местности дендрохронологической шкалой, можно точно датировать каждый годовой слой древесины, а при сохранности на образце внешнего слоя – также и время рубки дерева. Поскольку отдельные образцы обладают не только общими чертами, но и теми или иными индивидуальностями, для гарантии результата должны быть соблюдены два условия. Во-первых, для каждого возрастного определения необходимо отобрать достаточное число образцов (рекомендуется не менее 10). Во-вторых, каждый из них должен иметь достаточное число годовых колец, чтобы построенный по нему график обладал требуемой представительностью (рекомендуется не менее 50).

Дендрохронологические исследования имеют особо большое значение при изучении памятников деревянного зодчества. Однако очень часто они могут быть применены для датировки каменных сооружений, имеющих в своем составе деревянные конструкции: сваи, деревянные связи, стропила, закладные колоды и т.п. Из всех существующих методов абсолютного датирования дендрохронологический наиболее применим к задачам изучения памятников архитектуры. В настоящее время он освоен в практике многих реставрационных организаций.

Возраст материалов органического происхождения может быть определен при помощи радиоуглеродного метода, в основе которого лежит точное измерение содержащихся в образцах продуктов распада радиоактивного изотопа углерода. Теоретически возможно привлечение его и для установления возраста растворов, поскольку углерод, входящий в состав вяжущего, поступает в его, как и в живые организмы, из воздуха в период схватывания; однако на практике всегда имеется вероятность присутствия в растворе остатков плохо обожженного известняка, а также известковой крошки, добавленной в качестве наполнителя, что резко искажает картину исследования. Но даже и при наличии органических остатков радиоуглеродным методом пока при реставрационных изысканиях не пользуются в силу небольшой степени его точности, обычно значительно превышающей разницу между строительными периодами, которые следует разграничить.

Физический и моральный износ зданий. Срок службы зданий – это календарное время, в течение которого конструкции под воздействием различных факторов приходят в состояние, когда дальнейшая эксплуатация невозможна, а восстановление их экономически невыгодно

Срок службы определяется сроком службы несменяемых элементов здания: фундаменты, перекрытия, стены, каркасы и т. д.

Нормативный срок службы устанавливается СНиПом.

В процессе эксплуатации здание подвергается физическому и моральному износу. Перед разработкой проекта реконструкции здания в нем проводятся обязательные обследования для выяснения технического состояния всех элементов здания. При нормальной эксплуатации зданий их конструктивные элементы и инженерные системы имеют нормируемый минимальный срок продолжительности эффективной эксплуатации.

Физический и моральный износ зданий или сооружений имеет свои определения.

Физический износ здания, конструктивных элементов и систем – это постепенная утрата первоначальных технических качеств под  воздействием природно-климатических условий и жизнедеятельности человека.

Физический износ зданий и их элементов состоит в утрате ими первоначальных технико-эксплуатационных качеств под воздействием эксплуатационных нагрузок или сил природы. Признаками физического износа зданий являются явные нарушения и неисправности основных элементов зданий. Физический износ определяется процентами износа различных элементов здания, которые имеют свое процентное удельное соотношение во всем объеме здания.

Цифры износа условны, так как в реальной жизни потеря устойчивости, прочности, появление недопустимой деформации конструктивного элемента может возникнуть от стихийных или чрезвычайных условий природы или жизнедеятельности людей, которые приведут к разрушению здания. Эти признаки физического износа здания, как правило, можно обнаружить визуально, методом внешнего или внутреннего осмотра. Изменение состояния элементов здания, характеризующееся их неисправностью, определяется и фиксируется разными стадиями развития. Каждой такой стадии изменения соответствует определенный процент физического износа. Физический износ конструкции, элемента или целой системы, имеющих различную степень износа отдельных участков, устанавливают как прямую сумму показателей износа отдельных участков, взвешенных по их отдельному удельному весу в общем объеме соответствующего элемента, конструкции или системы.

Степень износа всего здания определяется сложением степеней износа отдельных его элементов, конструкций или систем, взвешенных по удельному весу их стоимости в общей восстановительной стоимости здания. Если эта стоимость превосходит сумму затрат на снос здания и нового строительства такого же объема здания на этом участке  и, в свою очередь, здание не является памятником истории и архитектуры, то здание подлежит разборке и сносу, то есть проведение его реконструкции нецелесообразно.

Различная степень физического износа зданий и отдельных его конструкций, а также инженерных систем является причиной проведения текущих и капитальных ремонтов. Периодичность проведения данных мероприятий устанавливается в соответствии с нормативами по эксплуатации зданий в стандартных природно-климатических условиях. Однако резкое изменение этих условий приводит к внеплановым текущим и капитальным ремонтам.

Моральный износ здания – это несоответствие функциональному или технологическому назначению, возникающему под влиянием технического прогресса, повышенному требованию планировки и благоустройству. Моральный износ, как правило, наступает раньше, чем физический, но с ним меньше считаются.

Моральный износ жилых и общественных зданий или сооружений – очень тонкий и порой затруднительный момент оценки состояния здания, хотя нормативно это определяется несоответствием эксплутационных характеристик здания современным требованиям, которые отражены в нормах строительного проектирования.

Однако отклонения от норм могут рассматриваться лишь как признаки морального износа. Они группируются по следующим признакам:

-   недостатки планировочного решения;

-   несоответствие ограждающих конструкций действующим нормативам по теплозащите помещений от холода или жары;

-   несоответствие конструкций внутренних стен и перегородок нормативам звукоизоляции, гидроизоляции и другим требованиям комфорта проживания или эксплуатации;

-   отсутствие или недостаточное количество, а также качество инженерных систем или отдельных видов инженерного благоустройства.

Однако это лишь часть недостатков, приносящих моральный ущерб проживающим или работающим людям. Очень важно оценить моральный износ здания комплексно. При этом учитывается состояние интерьеров помещений, архитектурно-художественное решение фасадов здания, этажность, силуэт объекта, его композиционное построение с оценкой значимости в окружающей застройке.

Как правило, нормативный моральный износ здания может быть устранен в процессе текущих и капитальных ремонтов. Муниципальное жилище подвергается процессу устранения морального износа лишь в том случае, когда затраты материальных средств на его устранение гораздо ниже тех прибылей, которые может получить муниципалитет (администрация города или района) после улучшения состояния здания (сдача в аренду или продажа недвижимости за большую сумму финансовых поступлений). При этом количественная оценка морального износа здания требуется для обоснования проведения текущего или капитального ремонта с процессом реконструкции, улучшающей облик, планировку и инженерное оснащение здания.

В процессе современного архитектурного проектирования ряд специалистов заранее предопределяет возможность изменения функции создаваемого объекта и поэтому закладывает как планировочные, так и композиционные возможности этих метаморфоз без производства в дальнейшем активной реконструкции и замены конструкций. Применение большепролетных конструкций перекрытий и покрытий общественных зданий дает возможность развернуть новую функцию с помощью трансформации пространства за счет передвижных стен, перегородок и даже перекрытий.

Таким образом, можно сделать заключение, что моральный износ зданий является более частой причиной проведения реконструкции и реставрации зданий, чем их физический износ.