Мониторинг возводимых и эксплуатируемых зданий

МОНИТОРИНГ
ВОЗВОДИМЫХ

И ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ 

ЗДАНИЙ

С.Н. ЛЕОНОВИЧ
Д.Ю. СНЕЖКОВ

В.В. ДОРКИН

Москва 
ИНФРА-М 

2020

МОНОГРАФИЯ

УДК [69.058+693.5](075.4)
ББК 38.626-07
 
Л47

Леонович С.Н.
Л47  
Мониторинг возводимых и эксплуатируемых зданий : монография / 
С.Н. Леонович, Д.Ю. Снежков, В.В. Доркин. — Москва : ИНФРА-М, 
2020. — 286 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/1039643.

ISBN 978-5-16-015529-6 (print)
ISBN 978-5-16-108301-7 (online)

В монографии рассмотрен широкий круг вопросов, касающихся определения прочностных характеристик бетона неразрушающими методами. 
Изложены физические принципы основных методов неразрушающих 
испытаний бетона в конструкциях, рассмотрены перспективные направления совершенствования неразрушающих методов. Большое внимание 
уделено вопросам развития ультразвуковых методов испытания бетона. 
Приведен обширный экспериментальный материал лабораторных испытаний и результаты натурных испытаний на объектах строительства, которые рассматриваются с позиций действующих нормативов и вводимых 
норм Евросоюза. Представлены результаты долговременного наблюдения 
деформаций несущего каркаса высотного здания, полученные с использованием автоматизированной системы мониторинга.
Предназначена для инженерно-технических работников строительных 
лабораторий, проектировщиков, специалистов, занимающихся конструированием и использованием приборов неразрушающего контроля бетона, 
а также будет полезна студентам, магистрантам, аспирантам и преподавателям высших учебных заведений, занимающихся вопросами контроля качества в строительстве.

УДК [69.058+693.5](075.4)
ББК 38.626-07

ISBN 978-5-16-015529-6 (print)
ISBN 978-5-16-108301-7 (online)
© Леонович С.Н., Снежков Д.Ю.,
Доркин В.В., 2019

Введение

Обеспечение проектного срока безаварийной эксплуатации 

монолитных конструкций и сооружений и возможность его продления в значительной мере определяется качеством выполнения 
бетонных работ при их возведении, а также достоверностью информации о текущем состоянии конструкций, особенно в случаях 
экстремальных воздействий или по истечении значительного эксплуатационного периода. Возрастающую роль в качестве основы 
производственно-технологического контроля приобретают в настоящее время оперативные неразрушающие методы определения 
прочностных показателей бетона.

Вводимые в действие новые нормативы [12, 33, 87] рассма
тривают неразрушающие методы определения прочности бетона 
в конструкциях в качестве основы системы обеспечения качества 
бетонных работ. Речь идет о сплошном технологическом контроле 
изготавливаемых железобетонных изделий. Сильной стороной неразрушающих методов испытаний является возможность их многократного применения на одном и том же изделии. Они могут 
использоваться как на ранних стадиях его твердения при оценке 
распалубочной прочности [28, 44, 51, 54, 107, 116] и в процессе выдерживания, обеспечивая сплошной контроль строительной продукции, так и при выполнении мониторинга прочностных параметров бетона наиболее ответственных монолитных конструкций 
до достижения ими проектных значений [50]. Не менее важна роль 
неразрушающего контроля при обследовании эксплуатируемых 
зданий и сооружений, особенно эксплуатируемых в условиях динамических нагрузок, а также при выполнении работ, связанных 
с реконструкцией.

Несмотря на постоянно расширяющийся перечень приборных 

средств неразрушающего контроля бетона, степень их применения 
в производственных условиях строительства остается низкой. 
Одной из причин этому является невысокая степень доверия к получаемым неразрушающими методами оценкам прочности бетона. 
Не способствуют доверию и наблюдаемые различия оценок, полученных разными неразрушающими методами испытаний [36, 41, 83, 
85, 101].

В задачах оценки состояния бетона возводимых и эксплуати
руемых железобетонных конструкций можно выделить два взаимосвязанных аспекта: метрологический, включающий в себя вопросы 
выбора физических принципов контроля прочностных параметров 
бетона, их технической реализации; и нормативный аспект, включающий вопросы методик проведения испытаний и выбора оце

ночных критериев. Последние полтора — два десятилетия на мировом рынке наблюдается стабильное расширение номенклатуры 
приборов неразрушающих испытаний бетона по «традиционным» 
стандартизированным методикам определения его прочностных 
показателей, обладающих улучшенными метрологическими и пользовательскими качествами, с элементами автоматизированной обработки данных и их визуализации. Появились приборы, реализующие новые методы испытаний: низкочастотная ультразвуковая 
томография, акустическая эмиссия, спектральные акустические
методы. Появились предложения приборной техники нового направления диагностики — долговременного автоматизированного 
мониторинга состояния несущих конструкций зданий и сооружений. Но, несмотря на это, заметного качественного прогресса 
в улучшении точности и достоверности оценки прочностных показателей бетона неразрушающими методами возводимых и эксплуатируемых конструкций не произошло. Основной причиной этого 
является, на наш взгляд, отставание методического и нормативного 
обеспечения контроля от потенциальных возможностей новой приборной техники.

Несущая способность конструкций при их совместной работе

определяется не только прочностью бетона, но и его упругими 
свойствами [3, 53]. Параметры упругости бетона в существующей 
системе расчетов железобетонных конструкций принимаются исходя из класса бетона по прочности, что вносит дополнительный 
фактор неопределенности в расчеты. В настоящее время этот 
вопрос остается вне поля зрения конструкторов и технологов, чему 
способствует практически полное отсутствие его нормативной регламентации, а также отсутствие адаптированных к построечным 
условиям методик определения упругих модулей бетона.

Специфичной проблемой в практике неразрушающего 

контроля железобетонных конструкций в Беларусии является 
несогласованность действующих в республике нормативов 
и вводимых в действие нормативов стран Евросоюза, регламентирующих методики и критерии отнесения бетона контролируемой конструкции к тому или иному классу по прочности. На основе большого объема данных натурных испытаний монолитных 
конструкций в работе выполнен анализ введенного в 2009 году 
СТБ EN 13791–2012 [87] и его сопоставление с действующими 
СНБ 5.03.01–02 [9], СТБ 1544–2005 и СТБ 2264–2012 [33]. Результаты работы использованы в разработке проекта стандарта 
предприятия «Контроль неразрушающий. Методика выполнения 
измерений. Контроль прочности бетона в строящихся и эксплуатируемых зданиях и сооружениях ультразвуковым методом».

Железобетон не теряет позиций основного конструкционного 

материала и в высотном строительстве. Спецификой высотного 
строительства является использование облегченных железобетонных конструкций из высокопрочных бетонов и конструкций 
с использованием предварительного напряжения арматуры, что 
дополнительно ужесточает требования к прочностным показателям используемого бетона. Важным и обязательным условием 
обеспечения качества высотного строительства является его научно-техническое сопровождение, основной компонент которого 
мониторинг состояния несущих конструкций здания в процессе 
строительства и в период эксплуатации. К настоящему времени 
в Республике Беларусь уже накоплен некоторый опыт научного 
сопровождения строительства уникальных и высотных объектов. 
Такие работы выполнялись при строительстве Национальной библиотеки Беларуси, спортивного комплекса «Минск-Арена» [79, 82, 
114], высотных зданий на проспекте Победителей 9 в г. Минске,
на строительной площадке Бушерской атомной станции (Исламская Республика Иран) и БелАЭС. Результаты этих работ нашли 
отражение в предлагаемой книге.

Выполненные авторами работы, включая натурные испытания 

бетона в рамках мониторинга монолитных бетонных изделий 
строительных объектов г. Минска в период с 2005 г. по 2015 г., позволили накопить обширный фактический материал испытаний 
бетона различными неразрушающими методами и на основе его 
анализа сформулировать ряд рекомендаций для оперативного технологического контроля состояния монолитных изделий на различных стадиях их твердения.

Представлен обзор и анализ перспективных методик неразру
шающего определения прочностных показателей бетона в конструкциях. Рассматриваются критерии соответствия бетона конструкций классу по прочности. Даны рекомендации для совершенствования нормативной базы неразрушающих испытаний бетона 
в конструкциях.

Глава 1

КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ 

НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ 

БЕТОНА В КОНСТРУКЦИЯХ

Практически все новые зарубежные и отечественные разработки 

неразрушающих методов контроля бетона и приборных средств 
концентрируются в настоящее время вокруг следующих направлений:
• развитие «традиционных» стандартизированных методов испы
таний на основе учета большего числа косвенных параметров, 
объединения отдельных методов в комплекс, применения специальных алгоритмов обработки данных [1, 22, 89, 103, 106, 117];

• использование стандартизированных методов и приборных

средств испытаний бетона в специфических условиях [95, 100, 
102, 104, 105];

• использование нетрадиционных способов реализации «стан
дартных» методов контроля, в частности, бесконтактной инициации ультразвуковых зондирующих импульсов в массиве бетона;

• бесконтактная дистанционная регистрация параметров акусти
ческих волн в бетоне, в том числе волн акустической эмиссии 
в бетоне с использованием методов оптической (лазерной) интерферометрии [131];

• контроль напряженно-деформированного состояния и развития 

дефектов крупногабаритных железобетонных конструкций методом акустической эмиссии [2, 55, 62, 66, 67, 77, 95, 124];

• контроль дефектов бетонного массива крупногабаритных же
лезобетонных конструкций акустическими методами, включая 
ультразвуковую томографию (дефектоскопию) и методы свободных колебаний [35, 118, 123, 126, 127];

• определение физико-механических и микро- и макрострук
турных свойств бетона на основе учета параметров его акустической нелинейности [115, 128, 129, 132, 133–135];

• контроль свойств бетона и железобетона, его структурной неод
нородности, степени коррозии на основе регистрации электрических характеристик в широком диапазоне частотного спектра, 
включая радиоволновые методы томографии (дефектоскопии) 
строительных конструкций [112];

• обследование зданий и сооружений с использованием теплови
зионных систем, в том числе и для обнаружения и оценки дефектов железобетонных конструкций;

• разработка систем автоматизированного мониторинга инже
нерных (несущих) конструкций (СМИК) эксплуатируемых 
зданий и сооружений в режиме реального времени.
Поток публикаций в западных источниках о развитии нераз
рушающих методов контроля бетонных и железобетонных конструкций удобно анализировать по материалам Internet-источников, посвященных вопросам неразрушающих испытаний в различных областях промышленности и представляющих возможность 
автоматического тематического поиска. На риc. 1.1 приведены 
данные по количеству публикаций по вопросам неразрушающих 
испытаний бетона и железобетонных конструкций по годам за период с 2000 г. по 2014 г.

Риc. 1.1. Количество публикаций по годам 
(по материалам сайта http//www.ndt.net)

На рисунке отчетливо видна тенденция роста публикаций 

по годам, при этом можно заметить и некоторую ее трехгодичную 
периодичность.

В таблице 1.1 приведены развернутые данные о количестве статей, 

посвященных отдельным темам неразрушающих испытаний бетона. 
«Лидирующие» позиции за весь обозреваемый период устойчиво 
удерживают ультразвуковые методы прохождения, им посвящено 
порядка 20% публикаций. Вторую позицию делят между собой метод 
акустической эмиссии, методы акустической томографии (дефектоскопии) и группа методов, в основе которых лежит взаимодействие 
бетона и железобетона с электромагнитными полями.

Стабильно большое количество публикаций посвящено во
просам использования методов термографии в разных практических аспектах, начиная с вопросов тепловой реабилитации 
зданий, заканчивая экзотическими способами инфракрасной визу

Таблица 1.1

Количество публикаций по вопросам неразрушающих испытаний бетона и железобетона (по материалам сайта 

http//www.ndt.net) 

Методы испытаний
Количество публикаций по годам

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Контроль коррозии; электрохи
мические методы

3
1
0
4
1
1
3
3
5
18
6
5
5
6
5

Ультразвуковая дефектоскопия, 

томография

4
3
3
13
9
4
16
15
20
20
21
11
19
13
16

Методы свободных колебаний; 

резонансные методы

0
0
1
1
2
1
0
0
2
7
4
2
2
7
5

Методы акустической эмиссии
6
4
9
10
5
16
14
7
20
30
22
23
25
21
21

Лазерная спектроскопия
0
0
0
2
1
0
3
0
0
0
0
0
3
0
1

Автоматизация испытаний; авто
матизированный мониторинг

2
2
0
1
5
2
10
4
6
9
5
4
7
19
7

Инфракрасная термография
4
3
2
9
9
2
7
11
13
22
13
15
18
5
10

Механические методы отрыва
1
0
3
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1

Кондуктометрические, диэлько
метрические

0
0
1
3
0
0
0
1
1
3
0
0
0
0
2

Импакт-эхо
4
5
2
9
2
8
8
2
8
20
6
5
6
8
5

Методы испытаний
Количество публикаций по годам

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Склерометрические: Impact
Hammer

1
0
0
3
2
0
0
3
3
4
6
3
2
1
5

Ультразвуковые прохождения
17
15
6
23
19
14
34
21
33
64
37
24
25
22
34

Интегрированные, комбиниро
ванные методы

2
3
1
2
1
0
5
2
2
7
0
0
1
2
4

Другие методы; обзорные статьи
13
7
3
11
6
2
12
12
24
25
20
10
12
18
21

Радиографические: рентген 

ЯМР, гамма, томография

9
4
6
9
12
5
11
10
6
5
7
7
8
9
9

Радиоволновые, электромаг
нитные

12
7
6
19
5
7
17
15
16
29
18
6
11
13
22

Оптические
0
0
0
5
3
3
3
2
2
6
2
1
3
16
4

Обучения, сертификация
0
0
0
0
0
0
0
0
5
1
3
0
1
3
1

Всего
78
54
40
127
82
65
144
108
162
269
167
117
147
160
172

Окончание таблицы 1.1

Таблица 1.2

Количество публикаций по вопросам неразрушающих испытаний бетона и железобетона ультразвуковыми 

методами прохождения (по материалам сайта http//www.ndt.net) 

Ультразвуковые методы испы
таний бетона и железобетона

Количество публикаций по годам

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Ультразвуковые методы прохождения

Ультразвуковой им
пульсный метод

7
12
5
13
6
9
12
13
18
23
21
18
17
12
23

Определение характе
ристик акустической не
линейности бетона; спект
ральные методы

2
1
1
5
2
1
8
3
7
14
8
3
3
7
4

Моделирование процессов 

прохождения акустических 

волн в бетоне

0
0
0
3
5
2
9
2
3
7
5
2
2
2
1

Мультиволновые испы
тания: прохождение волн 

различных типов через 

бетон

3
2
0
2
5
2
5
0
5
14
1
0
1
0
4

Определение упругих мо
дулей, деформации и ани
зотропии бетона

2
0
0
0
0
0
0
3
0
5
1
0
2
1
1

Обнаружение и оценка па
раметров трещин

3
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1