книги из ГПНТБ / Техническая эксплуатация портовых сооружений

рости распространения в бетоне продольных ультразвуковых волн и степени их затухания. Принцип этих измерений состоит в следую­ щем. Вырабатываемые генератором прибора кратковременные электрические импульсы подаются в измерительный тракт, состоя­ щий из пары приемопередающих пьезобатарей (преобразователей) и испытываемого бетонного элемента. Передающий пьезопреобра­ зователь (излучатель) поданные на него короткие электрические импульсы излучает в исследуемый элемент, преобразуя их в уль­ тразвуковые колебания в виде пакета волн. После прохождения через элемент ультразвуковые колебания попадают на щуп-прием­ ник, где преобразуются и электрические импульсы (сигналы) и пос­ ле усиления попадают на индикатор-—электроннолучевую трубку, на экране которой видны изображения посланного и принятого им­ пульсов и электронная шкала времени, которая создается элек­ тронным генератором в виде вертикальных отметок с определенны­ ми интервалами в микросекундах, по числу которых определяют время прохождения ультразвуковых колебаний через бетон.

Наиболее важным узлом импульсной схемы прибора является электронное устройство, которое называется «ждущая задержанная развертка», предназначенная для смещения луча на экране слева направо. Появившаяся в левой части экрана вертикальная отметка фиксирует момент посылки импульса, а в правой части — изобра­ жение прошедших через бетон ультразвуковых импульсов. Зная время прохождения колебаний в бетоне на базе, равной расстоянию между преобразователями и измеренное по экрану электроннолу­ чевой трубки, можно определить скорость ультразвука.

Импульсный акустический метод широко используется для кон­ троля качества бетона, определяя его прочность по электрическим корреляционным кривым скорость — прочность (тарировочные кри­ вые). Для построения тарировочных кривых измеряют скорость распространения продольных волн ультразвука в опытных образцах и после этого образцы испытывают на прессе. Измерив скорость ультразвука в сооружении изделий, можно по тарировочной кривой определить соответствующую прочность бетона.

В процессе наблюдений за техническим состоянием эксплуати­ руемых портовых сооружений рекомендуется производить акусти­ ческие испытания при контрольно-инспекторских и внеочередных обследованиях сооружений. Эти испытания включают определение технического состояния бетона во всех зонах сооружения по высо­ те: определение положения границ участков разрушенного бетона и отдельных дефектов; выяснение характера и сравнительной ин­ тенсивности разрушений; систематический контроль за состоянием бетона в процессе эксплуатации сооружения.

Акустические испытания рекомендуется проводить в соответст­ вии с «Указаниями по применению импульсного акустического ме­

237

а — сквозное прозвучивание; б — одностороннее прозвучивание на по­ стоянной базе; в — продольное профилирование: / — излучатель; 2 — приемник; 3 — шаблон; 4 — шаг годографа

техника проведения акустических испытаний морских гидротехнических сооружений. Не излагая всех особенностей этих испытаний, отметим лишь две из них: первая — испытания проводятся в боль­ шинстве случаев при отсутствии контрольных образцов и данных о составах и основных строительно-технических свойствах бетона; вторая — под водой и в зоне переменного уровня испытывается бе­ тон с большим водонасыщением и значительным отложением со­ лей в его порах.

Первая особенность лишает возможности получить количест­ венные показатели прочности бетона в сооружении. В этом случае может быть дана лишь качественная оценка прочности и в зависи­ мости от значения скорости прохождения ультразвука в бетоне. При учете второй особенности необходимо иметь в виду, что солеотложение значительно больше влияет на увеличение скорости ульт­ развука, чем водонасыщение. В исследованиях А. В. Михайлова было установлено, что при замораживании бетона в соленой воде параллельно со значительным снижением прочности наблюдалось увеличение скорости ультразвука вследствие отложения солей в порах бетона.

В указаниях дана поправка на водонасыщение бетона. Получен­ ные значения скоростей в зоне переменного уровня и в подводной части рекомендуется уменьшать на величину поправки, принятой равной 300 м/сек. Для установления поправки на еолеотложения в порах бетона должны быть проведены специальные исследования в лабораторных и натурных условиях.

Акустические испытания морских гидротехнических сооружений проводятся с применением сравнительного метода. Скорость рас­ пространения продольных волн определяется на различных уча­ стках по высоте сооружений с установкой излучателя и приемника по заранее составленной схеме (сетке). Заключение о техническом

238

состоянии бетона делается на основании анализа распределения значений скорости по испытываемым участкам сооружения. При этом скорость ультразвука рассматривается как сравнительный по­ казатель прочности. Определение дефектов и коррозионных разру­ шений производится сравнением результатов измерений, сделанных на дефектном участке, с наибольшими значениями скорости, опре­ деленными на участках бетона хорошего качества.

Англии стандартные испытания проводятся с использованием ульт­ развукового метода контроля процесса твердения бетона. Величи­ на скорости ультразвука может ориентировочно характеризовать со­ стояние бетона. В СШ А Уайтхерстом предложена следующая ка­

применяются три способа прозвучивания (рис. 140): сквозное, одно­ стороннее и продольное профилирование. Рекомендуется по воз­ можности применять все три способа прозвучивания. При испыта­ ниях по способу сквозного прозвучивания излучатель и приемник ультразвуковых колебаний устанавливаются по разные стороны ис­ пытываемого элемента соосно (рис. 140, а). По условиям испыта­ ния этот способ можно применять на сквозных сооружениях свай­ ного типа (отдельностоящие сваи и элементы верхнего строения), а также на отдельных тонкостенных элементах верхнего строения других типов, имеющих добтуп не менее чем с двух сторон.

Сквозное прозвучивание не рекомендуется применять для опре­ деления коррозионных разрушений при базе прозвучивания, пре­ вышающей 50 см. Скорость продольных волн при сквозном прозвучивании

где с — скорость продольных волн;

s — расстояние между излучателем и приемником (база из­ мерений) ;

t — время распространения импульса в бетоне. Одностороннее прозвучивание на постоянной базе рекоменду­

ется применять во всех случаях для определения коррозионных разрушений и поверхностных трещин. При испытаниях по этому способу излучатель и приемник устанавливаются по одну сторону испытываемой конструкции (рис. 140, б). Сравнительные испыта­ ния с односторонним прозвучиванием можно производить только на постоянной (закрепленной) базе размером 25—30 см. Расстоя­ ние между вертикальными профилями (сечениями), в которых

239

(рис. 140, в). По результатам иг лерения времени распространения сигнала при различных положениях приемника в осях «время — расстояние» строится график, который называется линейным про­ дольным годографом (рис. 142). При этом способе скорость опре­

деляется по наклону прямолинейного участка годографа по формуле

с= ДS

м’

свидетельствует об однородной структуре бетона на исследуемом участке сооружения. Пониженные (по сравнению с эталоном) зна­ чения скорости показывают общее неудовлетворительное состоя­ ние бетона на участке измерений. Резкое увеличение времени рас­ пространения импульса, наблюдаемое з процессе измерений (раз­ рыв годографа), свидетельствует о наличии трещины, расположен­ ной в интервале перестановки приемника, на котором отмечалось резкое увеличение времени прохождения импульса (рис. 142, а ).И з ­

240

Рис. 142. Примеры годографов на поврежденных участках бетонных конструкций:

— скорость преломленной волны в основном массиве бетона за разрушенным слоем, определяемая по наклону участ­ ка годографа от точки перелома до конца профиля.

Диаграмма распределения скорости на участке причала, по­ строенная по данным измерений на отдельных профилях, дана на рис. 143.

В качестве второго параметра используется частота собственных колебаний и их затухание в установившемся колебательном про­ цессе. Этот параметр определяют при помощи резонансного метода.

По величине частоты собственных колебаний образцов рассчи­ тывается динамический модуль упругости или модуль сдвига и логарифмический декремент затухания. Техническое состояние бе­ тона можно оценивать непосредственно по этим трем характери­ стикам или определением прочности из зависимостей, связываю­ щих прочность на сжатие с динамическим модулем упругости, мо­ дулем сдвига и логарифмическим декрементом затухания. Дина­ мический модуль упругости определяют по частоте собственных изгибных или продольных колебаний, а динамический модуль сдви­ га — по частоте собственных крутильных колебаний.

При испытаниях резонансным методом абсолютные значения прочности бетона рекомендуется определять по тарировочным кри­

Ленинградской академии имени Можайского и др. Приборы, изго­ товляемые за рубежом: VUD (Ч ССР), LDA2A и SCT-3 (Англия), фирмы «Буше и К0» (Франция) и др.

В приборах, применяемых при резонансном методе испытаний, определение частоты собственных колебаний производится с помо-

241

Рис. 143. Диаграмма распределения скорости на участке причала:

/ — вертикальные профили (сечения); 2 — верхнее строение; 3 — массив переменного горизонта; 4 — подводные массивы; 5 — граница каверны

щью аппаратуры, состоящей из двух систем: возбуждения (генера­ тор звуковых частот и возбудитель механических колебаний) и при­ емника (сниматель, усилитель, индикатор).

Высокая чувствительность к различным структурным изменени­ ям отличает резонансный метод от других неразрушающих спосо­ бов испытания бетона. Вместе с тем резонансный метод связан с необходимостью возбуждения колебаний в испытываемом образ­ це и пригоден пока только для испытания лабораторных образ­ цов и мелких изделий. Подробное описание устройства и техники пользования приборами изложено в инструкциях предприятия»поставщика, приложенных к каждому экземпляру прибора.

Деформативные и прочностные свойства бетона могут быть определены по значениям его упругих постоянных. Эта зависи­ мость положена в основу ультразвукового и резонансного методов. Однако только упругие постоянные не дают полной прочностной характеристики бетона, который является сложным по структуре, упруго-вязко-пластическим материалом, его деформативные и прочностные свойства зависят и от других переменных факторов. Н. А. Крылов и А. С. Дурасов в своих исследованиях показали, что структурная неоднородность и упруго-вязко-пластическая при­ рода бетона в основном определяют его деформативные и проч­ ностные свойства, значение которых находят путем акустических и радиометрических испытаний.

Неупругие свойства бетона, как и других материалов, проявля­ ются в его акустических характеристиках, выражающих поглоще­

242

характеристик бетона совершенно недостаточно для оценки его деформативных и прочностных свойств.

Н. А. Крыловым, А. С. Дурасовым и другими учеными в СССР

разработаны более совершенные физические методы контроля ка­ чества бетона, включающие комплекс импульсных, вибрационных и радиометрических его испытаний, в процессе которых определя­ ются упругие, вязкопластические свойства бетона, а также его структурные и инерционные характеристики. Для импульсных ис­ пытаний А. С. Дурасов и Н. А. Крылов разработали акустический микросекундомер (AM). Прибор позволяет измерять время рас­ пространения сложного акустического сигнала по бетону с учетом рассеяния энергии волнового процесса и, кроме упругой ха­ рактеристики бетона, оценить его неупругие и структурные

свойства.

Третьим параметром, применяемым в комплексных физических методах испытания, является -показатель ослабления проникаю­ щей радиации при просвечивании бетона гамма-лучами. При ис­ пользовании этого метода испытаний выявляют скрытые дефекты (трещины, поры, полости, разрывы арматуры и др.) и определяют плотность (объемный вес) бетона. Различного рода дефекты в бе­ тоне могут быть также определены просвечиванием рентгеновски­ ми лучами. Однако техника просвечивания значительно проще при использовании радиоактивных изотопов, излучающих гаммалучи.

В качестве источника гамма-излучения применяются радиоак­ тивные изотопы. Наиболее часто используются-, кобальт-60, це­ зий-137, иридий-192 и др. С помощью радиоактивного изотопа ко-

243

- /

/ — радиометр; 2 — сетчатая

теннер с изотопом

бальта-60 просвечиваются массивы из бетона толщиной до 1 м (рис. 144 и 145). Для более детального исследования материалов по их вещественному составу и структуре могут быть использова­ ны современные методы электронной и световой микроскопии, тер­ мический, спектральный и химический анализы.

Механические методы испытания прочности бетона в изделиях

исооружениях1. Прочность материала является одним из основных,,

аиногда и единственным показателем, характеризующим состоя­ ние материала в сооружении пли изделии. Ниже приводятся неко­ торые методы оценки прочности бетона, значительная часть ко­ торых по принципу действия приборов заимствована из практики определения твердости металлов. Большинство приборов и инст­

под действием статической или динамической нагрузки с последу­ ющим измерением оставшейся на бетоне вмятины различной фор­ мы в зависимости от геометрии штампа или бойка (оттиски, лун­ ки и т. п.). Прочность бетона определяют по различным эмпири­ ческим формулам и графикам, тарировочным таблицам, исходя из зависимости, что прочность бетона на сжатие обратно пропорцио­

ной поверхности наносятся удары ребром тяжелого металлическо­ го диска. Прочность бетона определяется по размерам оттисков, по­ лучаемых на поверхности бетона. ДПГ-4 (рис. 146) состоит из

стального листа, имеет цементированную ударную кромку толщи­ ной 1 мм. Последняя при испытаниях выполняет роль штампа и со

1 Б. Г. Скрамтаев, М. Ю. Лещинский. Испытание прочности бетона в об­ разцах, изделиях и сооружениях. М ., 1964.

244

временем изнашивается. Тогда диск немного поворачивают с та­ ким расчетом, чтобы удары по поверхности бетона наносились не­ сработанной частью кромки. Удары наносятся падающим под дей­ ствием собственного веса (~ 1,4 кг) диском при прочно прижатой или закрепленной подножке. ДПГ-4 можно определять прочность, бетона на горизонтальных и вертикальных поверхностях, а также на поверхностях с прямым и обратным уклоном, криволинейных и др. Угломерная шкала с радиальными делениями в 1° позволяет для любого положения испытываемой поверхности определить высоту падения диска.

Испытания проводят при максимальном увлажнении бетонной поверхности, для чего не менее чем за 1 ч до начала испытаний подготовленные участки непрерывно увлажняют. После нанесе­

А— постоянная дискового прибора, кГсм;

а— длина оттиска, полученного на бетонной поверхно­ сти, см;

ния прочности бетона на сжатие дисковым прибором по отноше­ нию к кубиковой прочности составляет до ±10%- Испытание и об­ работка их результатов выполняются в соответствии с Инструкци­ ей ВНИИГ.

245.

точно заданных участках, молоток устанавливается в намеченных точках и наносится удар слесарным молотком по головке прибо­ ра, расположенной перпендикулярно бетонной поверхности.

Эталонный стержень в стакане молотка после каждого удара передвигают с таким расчетом, чтобы расстояние между центра­ ми соседних лунок было не менее 10 мм. Расстояние между отпе­ чатками (лунками) на поверхности бетона должно быть более 30 мм. После измерения (с точностью до 0,1 мм) диаметров лунок на бетонной поверхности и эталонном стержне вычисляют среднее

определенный по графику предел прочности бетона следует умно-

Предел прочности в кудиках tO*tO*WcM

Рис. 148. Тарировочная кривая определения прочно­ сти бетона (к Г / с м 2)

246