Инструментальный экспресс-метод контроля водонепроницаемости бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений мелиоративных систем

Инструментальный

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Волгоградский государственный аграрный университет»

ФГБНУ «Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных 

мелиораций и защитного лесоразведения

Российской академии наук»

«Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий –

филиал ФНЦ агроэкологии РАН»

С.Я. Семененко 
С.С. Марченко 

Д.П. Арьков 
Ю.Д. Губаюк 

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ ЭКСПРЕСС-МЕТОД КОНТРОЛЯ

ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ БЕТОННЫХ

И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ 

СООРУЖЕНИЙ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ

Учебно-методическое пособие

Волгоград

Волгоградский ГАУ

2018

УДК 626.9.8
ББК 38.77
И-72

Рецензенты:

академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, директор Волгоградского филиала ФГБНУ 
«Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и 
мелиорации им. А.Н. Костякова» В.В. Бородычев; доктор технических 
наук, Заслуженный эколог РФ, профессор кафедры «Экология и экономика природопользования» ФГБОУ ВО «Волгоградский ГАУ» В.Ф. Лобойко
И-72  Инструментальный экспресс-метод контроля водонепроницаемости бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений мелиоративных систем: учебное-методическое пособие / С.Я. Семененко, С.С. Марченко, Д.П. Арьков, Ю.Д. Губаюк. –
Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2018. – 84 с.

Объектами 
использования 
представленного 
в 
учебно
методическом пособии метода являются конструкционные материалы 
гидротехнических сооружений мелиоративного назначения (бетон и железобетон). Целью учебно-методического пособия является ознакомление обучающихся с современными экспресс-методами исследований 
технического состояния гидротехнических сооружений с применением
ультразвукового метода определения водонепроницаемости материалов 
ГТС. Исследования безопасности гидротехнических сооружений и промышленных объектов проводятся с использованием методов вариационного исчисления, дисперсионного анализа многофакторного эксперимента.

Предназначено для применения в учебном процессе при подготов
ке бакалавров 05.03.06 «Экология и природопользование», 20.03.01 
«Техногенная безопасность», магистров 20.04.02 «Природообустройство 
и водопользование» для следующих областей деятельности: проектной, 
научно-исследовательской, природоохранном обустройстве территорий 
и т.д.

УДК 626.9.8

ББК 38.77

© ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2018
© ФГБНУ «Федеральный научный центр 
агроэкологии, комплексных мелиораций и 
защитного лесоразведения РАН», 2018
© 
«Поволжский 
НИИ 
эколого
мелиоративных технологий – филиал ФНЦ 
агроэкологии РАН», 2018

© Авторы, 2018

ВВЕДЕНИЕ

Развитие отечественного гидромелиоративного строительства 

характерно большими объемами и высокими темпами производства
бетонных работ. В этих условиях особую роль приобретают вопросы 
повышения эффективности системы контроля качества бетона.

Характерной  спецификой  гидромелиоративных сооружений 

является достаточно жесткие режимы их эксплуатации, и в тоже время сложность достоверной диагностики технического состояния железобетонных элементов этих сооружений, обеспечивающих их надежность и долговечность.

Диагностирование технического состояния бетонных и железо
бетонных сооружений, и прежде всего их прочностных параметров, 
является необходимой основой надежности эксплуатации гидромелиоративных систем и объектов сельскохозяйственного водоснабжения.

До настоящего времени состояние данных сооружений оценива
ется в основном визуальными методами, что не дает достоверных результатов для определения объемов ремонтно-восстановительных и 
профилактических работ, необходимых для обеспечения надежности 
и долговечности, находящихся в эксплуатации сооружений и не гарантирует предотвращения аварийных ситуаций гидромелиоративных 
сооружений.

Существующие методы контроля прочностных параметров же
лезобетонных и бетонных изделий, используемые в гидромелиоративном строительстве в условиях повышенной влажности, в основном 
применимы в заводских условиях и не могут быть в полной мере реализованы на строящихся и эксплуатируемых объектах.

Указанные обстоятельства обуславливают необходимость и 

экономическую целесообразность дальнейшего совершенствования и 
широкого внедрения методов неразрушающих испытаний бетона в 
гидромелиоративном строительстве и эксплуатации этих сооружений.

Инновационное, социально-ориентированное развитие мелиора
тивно-водохозяйственного комплекса отнесённое к национальным 
приоритетам России по обеспечению роста уровня жизни населения и 
конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции, невозможно без должного контроля за безопасностью гидромелиоративных 
систем (ГМС) и отдельно стоящих гидротехнических сооружений 
(ГТС). Согласно Водной стратегии агропромышленного комплекса 
России на период до 2020 года, одной из стратегических целей развития водохозяйственного комплекса АПК является обеспечение безо

пасности гидротехнических сооружений [1]. В данном документе определены мероприятия направленные на охрану окружающей среды, 
представлен необходимый план по обеспечению требуемой экологической безопасности на территории действия мелиоративных сооружений. К 2018 году срок работы подавляющего большинства бетонных мелиоративных сооружений достигает предельных значений, а 
именно 50 и более лет. 

Обострение проблемы наводнений в России непосредственно 

связано со старением основных производственных фондов водного 
хозяйства страны. В капитальном ремонте нуждаются свыше 20 % 
гидротехнических сооружений. В аварийном состоянии находятся более 1400 сооружений. Ввиду длительного срока работы, подавляющее 
большинство сооружений имеют разрушения, некоторые из них находятся в аварийном или нерабочем состоянии. С ухудшением технического состояния гидротехнических сооружений возрастает риск их 
разрушения во время паводков и половодий, что представляет угрозу 
населенным пунктам, объектам экономики и сельскохозяйственным 
угодьям [7].

Решение задачи о повышении надежности экологической безо
пасности функционирования гидромелиоративных систем невозможно без определения такого важнейшего фактора, устанавливающего 
эксплуатационную надёжность и долговечность ГТС, как коэффициент фильтрации бетона. Зная марку бетона по водонепроницаемости, 
определяемую по коэффициенту фильтрации, возможно достоверно 
установить техническое состояние бетонных и железобетонных конструкций, обеспечить соблюдение запроектированных параметров надежности и экологической безопасности гидромелиоративных систем. 
Поэтому при диагностировании технического состояния ранее построенных водохозяйственных объектов возникает острая необходимость определения параметров водонепроницаемости бетона в процессе эксплуатации ГТС. 

Обострение проблемы наводнений в России непосредственно 

связано со старением основных производственных фондов водного 
хозяйства страны. В капитальном ремонте нуждаются свыше 20 % 
гидротехнических сооружений. В аварийном состоянии находятся более 1400 сооружений. Ввиду длительного срока работы, подавляющее 
большинство сооружений имеют разрушения, некоторые из них находятся в аварийном или нерабочем состоянии. С ухудшением технического состояния гидротехнических сооружений возрастает риск их 
разрушения во время паводков и половодий, что представляет угрозу 
населенным пунктам, объектам экономики и сельскохозяйственным 

угодьям [7].

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

В настоящее время применяют следующие стандартные методы 

контроля водонепроницаемости бетона [4]: определение водонепроницаемости по «мокрому пятну»; определение водонепроницаемости 
по коэффициенту фильтрации; ускоренный метод определения коэффициента фильтрации (фильтратометром).

Известен также способ контроля водонепроницаемости образца 

бетона, согласно которому одновременно со ступенчато нарастающим 
давлением воды на один из торцов образца принимают сигналы акустической эмиссии (АЭ), регистрируют давление воды и момент времени, при которых появились сигналы АЭ, и давление воды и момент 
времени, при которых произошло смачивание другого торца образца и 
прекратились сигналы АЭ, а о водонепроницаемости образца бетона 
судят по соотношению измеренных величин [12].

Перечисленные способы контроля водонепроницаемости бетона 

являются достаточно трудоёмкими, многооперационными и длительными в проведении испытаний. Главный недостаток этих способов 
заключается в том, что их можно применить только для контроля образцов бетона, но не в реальных конструкциях ГТС.

Известны фундаментальные научные работы [9, 10], в которых 

предлагаются методы оценки пористости и трещиностойкости горных 
пород, основанные на сопоставлении данных о скоростях продольных 
ультразвуковых волн в сухих и водонасыщенных породах. Однако 
применить эти методы к контролю водонепроницаемости бетона ГТС 
не представляется возможным без дополнительных исследований.

Известна также прикладная научная разработка, выполненная в 

НИС Гидропроекта, в которой предложен апробированный метод 
ультразвукового контроля дефектоскопии стыков сборно-монолитных 
водоводов ГАЭС [15]. Однако применить этот метод к контролю водопроницаемости деформационных швов ГТС из различных герметиков (тиокол, битумно-полимерная мастика и др.) не представляется 
возможным без дополнительных исследований.

Кроме того, известны способы измерения потерь воды и опре
деления коэффициента фильтрации через бетонную облицовку и деформационные швы  ГТС, преимущественно каналов и водоемов [6, 8,
14], заключающиеся в использовании фильтромеров. При этих способах измеряют потери воды через монолитный (сборный) бетон и швы 
облицовки канала с помощью фильтромерных полостей, прижимаемых к облицовке через легко деформируемый материал. Фильтромерные полости устанавливают вдоль откоса канала по поверхности об

лицовки, прижимают их к облицовке и с помощью прокладок герметично уплотняют. Внутрь полостей подают из тарированных емкостей 
воду, замеряют фильтрационный расход и определяют коэффициент 
фильтрации бетона, по которому в соответствии с ГОСТ 12730.5-84* 
[4] устанавливают его водонепроницаемость. Эти и другие известные 
в настоящее время способы [5, 13] практически представляется сложным конкретно применить для фильтрационных испытаний противофильтрационных конструктивных элементов ГТС в связи со специфическим технологическим режимом их работы. Они отличаются значительной трудоёмкостью.

В настоящие время строительство новых оросительных систем в 

Российской Федерации практически прекратилось и особого внимания заслуживает модернизация многих действующих систем с учётом 
их эксплуатационной и экологической надёжности, оценка которой не 
возможна без применения современных неразрушающих методов 
контроля. В связи с этим особую актуальность и научный интерес 
приобретает разработка новых методов неразрушающего контроля и 
диагностики гидротехнических сооружений. 

Практическая ценность разработанной методики определения 

водонепроницаемости деформационных швов и марки бетона гидротехнических сооружений, а так же разработанными программными 
продуктами, заключается в возможности оперативно определять коэффициент фильтрации бетона, марку бетона в процессе эксплуатации 
или мониторинга ГТС без нарушения его целостности.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

По характеру взаимодействия физических полей или веществ с 

контролируемым объектом

1. Метод контроля: правила применения определенных принци
пов и средств контроля.

2. Автоэмиссионный метод: метод неразрушающего контроля, 

основанный на генерации ионизирующего излучения веществом контролируемого объекта без активации его в процессе контроля.

3. Акустико-эмиссионный метод: метод неразрушающего кон
троля, основанный на анализе параметров упругих волн акустической 
эмиссии.

4. Виброакустический метод: метод неразрушающего контроля, 

основанный на регистрации и анализе параметров виброакустических 
колебаний, возникающих при работе контролируемого объекта.

5. Импедансный метод: метод неразрушающего контроля, осно
ванный на анализе изменения величины механического импеданса 
участка поверхности контролируемого объекта.

6. Конвективный метод: метод неразрушающего контроля, ос
нованный на регистрации теплового потока, передаваемого контролируемому объекту в результате процесса конвекции.

7. Магнитный метод: метод неразрушающего контроля, осно
ванный на измерении параметров магнитных попей, присутствующих 
или создаваемых в контролируемом объекте.

8. Метод активационного анализа: метод неразрушающего кон
троля, основанный на анализе ионизирующего излучения, источником 
которого является наведенная радиоактивность контролируемого объекта, возникшая в результате воздействия на него первичного ионизирующего излучения.

9. Метод индуцированного излучения: метод неразрушающего 

контроля, основанный на регистрации излучения, генерируемого контролируемым объектом при постороннем воздействии (например: 
люминесценция, фотолюминесценция).

10. Метод отраженного излучения (эхо-метод): метод неразру
шающего контроля, основанный на регистрации волн, полей или потока элементарных частиц, отраженных от дефекта или поверхности
раздела двух сред.

11. Метод прошедшего излучения: метод неразрушающего кон
троля, основанный на регистрации волн, полей или потока элементарных частиц, прошедших сквозь контролируемый объект.

12. Метод рассеянного излучения: метод неразрушающего кон
троля, основанный на регистрации характеристик волн, полей или потока частиц, рассеянных от дефекта или поверхности раздела двух 
сред.

13. Метод свободных колебаний: метод неразрушающего кон
троля, основанный на регистрации параметров свободных механических колебаний, возбужденных в контролируемом объекте.

14. Метод собственного излучения: метод неразрушающего кон
троля, основанный на регистрации параметров собственного излучения контролируемого объекта.

15. Метод характеристического излучения: метод неразрушаю
щего контроля, основанный на регистрации параметров характеристического излучения, испускаемого электронными оболочками атомов облучаемого вещества контролируемого объекта под воздействием первичного излучения.

16. Молекулярный метод: метод неразрушающего контроля, ос
нованный на регистрации вещества, проникающего в (через) дефекты 
контролируемого объекта в результате межмолекулярного взаимодействия.

17. Резонансный метод: метод неразрушающего контроля, осно
ванный на регистрации параметров резонансных колебаний, возбужденных в контролируемом объекте.

18. Тепловой контактный метод: метод неразрушающего кон
троля, основанный на регистрации теплового потока, получаемого 
контролируемым объектом при непосредственном контакте с источником тепла.

19. Термоэлектрический метод: метод неразрушающего контро
ля, основанный на регистрации величины т. э. д. с., возникающей при 
прямом контакте нагретого образца известного материала с контролируемым объектом.

20. Трибоэлектрический метод: метод неразрушающего контро
ля, основанный на регистрации величины электрических зарядов, возникающих в контролируемом объекте при трении разнородных материалов.

21. Электрический метод: метод неразрушающею контроля, ос
нованный на регистрации параметров электрического поля (тока), 
взаимодействующею с контролируемым объектом.

Неразрушающий контроль в зависимости от физических явле
ний, положенных в его основу, подразделяют на следующие виды: