2.3. Определение прочностных характеристик бетона

с помощью УИМ

УИМ позволяет определять прочность неметаллических строительных материалов потому, что между механическими и акустическими характеристиками наблюдается надежная корреляционная связь. В настоящее время наиболее хорошо изучена методика установления зависимости "скорость ультразвука – прочность бетона". Основные положения по построению такой зависимости стандартизованы, изложены в ГОСТ 17624–87 и сводятся к следующему:

• надежную корреляцию “прочность-скорость” можно наблюдать только для определенного состава бетона, приготовленного с определенным заполнителем. Эту зависимость изображают графически и называют градуировочной кривой;

• градуировочная кривая строится по результатам испытаний УИМ и механических испытаний, проведенных параллельно на образцах-кубах с ребром 150 мм;

• результаты параллельных испытаний 45 образцов наносятся на график в координатах V – R, где каждая точка – средний результат испытаний трех кубов, затем методом наименьших квадратов строится эмпирическая зависимость;

• для получения градуировочной зависимости необходимо изменять один или ряд факторов, влияющих на скорость ультразвука и прочность бетона однозначно. Это необходимо делать для того, чтобы имелись определенные интервалы скоростей и прочностей, вмещающие все возможные значения при измерении скорости на конструкциях.

При проведении испытаний предъявляются следующие требования к образцам и измерениям: точность измерения базы на образцах не должна превышать ± 0.3 %; время распространения ультразвука в кубах измеряют при сквозном прозвучивании перпендикулярно укладке бетона в формы на трех уровнях по высоте; механические испытания проводятся согласно ГОСТ 10180–78.

Методика проведения испытаний:

• в качестве образца применяются бетонные призмы размерами 100100400 мм;

• на двух противоположных гранях выбираются пять пар соосных точек;

• при помощи прибора УК-14П определяется время прохождения колебаний в этих точках, высчитывается средняя величина времени;

• определяется скорость УЗК в данном бетоне, для этого базу прозвучивания в мм необходимо разделить на соответствующее затраченное время в μс;

• по градуировочному графику (см. рис.2.2) находится прочность бетона.

Рис.2.1. Блок-схема ультразвукового прибора для контроля качества бетона

Рис.2.2. Градуировочная зависимость при прозвучивании бетона ультразвуковым импульсным методом

2.4.Ультразвуковая дефектоскопия бетона

Дефектоскопия бетона с помощью УИМ позволяет выявлять крупные дефекты, поперечный размер которых больше максимального размера зерен инертного заполнителя. Известны два метода ультразвуковой дефектоскопии: сквозное прозвучивание и продольное профилирование.

1). Ультразвуковая дефектоскопия бетона методом сквозного прозвучивания иллюстрируется на рис.2.3. Этот метод можно использовать и при наличии в бетоне арматуры, но при этом необходимо следить, чтобы трассы прозвучивания не проходили через арматуру.

Работы по дефектоскопии методом сквозного прозвучивания обычно проводят в следующем порядке:

• на две противоположные грани образца (конструкции), с которых проводится прозвучивание, наносятся прямоугольные координатные сетки (6) со стороной квадрата 10, 20, 50 см в зависимости от размеров образца (конструкции) и обнаруживаемых дефектов. Сетки размечаются так, чтобы линии, соединяющие узлы на противоположных гранях, были кратчайшими трассами прозвучивания 1-1, 2-2 ….;

• последовательно прозвучивая конструкцию парой излучатель -1 и приемник - 2, устанавливаемой в каждом створе узлов, определяется время, затраченное ультразвуком на прохождение соответствующей трассы;

• по всем точкам сетки определяются скорости УЗК по известным длинам трасс прозвучивания и временным интервалам;

• наносится координатная сетка на чертеж и строятся изоспиды – 5 (линии равных скоростей распространения звука) или изохронны (линии равных времен прохождения звука по толщине). В каждый узел проставляют значение соответствующей скорости или времени. Строится диаграмма скоростей (времени);

• находится положение дефектов в бетоне. Они будут там, где линии одинаковых скоростей очертят зоны с максимальным своим значением -3.

УИМ при сквозном прозвучивании позволяет выделить зоны непровибрированного бетона, крупные неоднородные тела, пустоты и т. п.

2). Ультразвуковая дефектоскопия бетона методом продольного профилирования (или методом годографа) позволяет вести прозвучивание при расположении излучателя 1 и приемника 2 (рис.2,4) на одной поверхности, что в некоторых случаях испытаний очень удобно. Однако обнаружение дефектов возможно лишь в полосе толщиной (11,5) λ, где λ – длина волны, что составляет от 1 до 15 см. Особенно эффективно метод годографа может быть применен при дефектоскопии дорожных и аэродромных покрытий, фундаментных плит, монолитных плит перекрытий и т д.

Метод продольного профилирования пригоден так же в случаях, когда необходимо установить, на какую глубину от поверхности бетон поражен коррозией. Например, при длительном соприкосновении с переменным уровнем морской воды, в конструкциях зданий химических производств, при переменном замораживании-оттаивании или после воздействия высоких температур при пожарах.

При измерениях методом годографа излучатель устанавливается неподвижно, а приемник последовательно с постоянным шагом перемещается по заданной линии, но проходящей через точку установки излучателя. При каждой установке с помощью прибора снимается отсчет времени распространения ультразвуковых волн.

Из схемы рис.2.4, видно, что наличие дефектов – 3 выявляется по отклонению экспериментальных точек – 4, получаемых при последовательном перемещении приемника, от прямой 5. Чем выше скорость ультразвука в бетоне и ниже частота колебании, тем больший объем материала может быть вовлечен в исследования. Чтобы получить контур дефекта, надо пройти несколько профилей, пересекающихся в середине искривленного участка первого годографа. Полученная площадь оказывается больше действительной проекции дефекта на (10÷15)%.

Рис.2.3. Схема выявления дефекта методом сквозного прозвучивания

Рис.2.4. Схема выявления дефекта методом продольного профилирования

2.5. Определение толщины и поиск дефектов в металле.

Принципы работы блок-схемы прибора ДУК – 66 П.

Применительно к металлическим конструкциям с помощью ультразвука осуществляется контроль дефектов в металле, контроль сварных швов, определение толщины изделия. В лабораторной работе предлагается ознакомиться с ультразвуковым импульсным дефектоскопом ДУК–66П, упрощенная блок-схема которого показана на рис. 2.5. Синхронизатор – мультивибратор частоты посылок 1 вырабатывает импульсы, которые используются для запуска генератора радиоимпульсов 2 и генератора основной развертки 3. Генератор радиоимпульсов генерирует кратковременные импульсы высокочастотных электрических колебаний, которые возбуждают пьезоэлемент искательной головки 11.

Пьезоэлемент преобразует высокочастотные электрические колебания в механические УЗК, которые с помощью головки вводятся через слой контактной жидкости в контролируемое изделие 9. Дойдя до дефекта или границы (дна) изделия, импульсы УЗК отражаются от них. Часть отраженной энергии УЗК попадает на приемный пьезоэлемент, который преобразует ее в электрические колебания, поступающие далее на усилитель 4.

Рис. 2.5. Блок-схема импульсного дефектоскопа

Усиленные отраженные импульсы с усилителя поступают на одну вертикально отклоняющую пластину ЭЛТ дефектоскопа 8 непосредственно, а на другую - через селектор автоматического сигнализатора дефектов (АСД) 6.

На горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ синхронно с зондирующими импульсами подается развертывающее напряжение, вырабатываемое генератором развертки 3. Глубиномерное устройство позволяет вести непосредственный отсчет координат дефектов по шкале глубиномера. Это устройство, кроме метки глубиномера, вырабатывает селекторный импульс, который управляет схемой автоматического сигнализатора дефектов; строб-импульс, с помощью которого на экране ЭЛТ выбирается зона контроля с использованием АСД, и импульс запуска задержки электронной лупы 7, с помощью которой можно просмотреть в увеличенном масштабе любой участок контролируемого изделия.

Порядок выполнения работы.

При работе с прибором необходимо выполнить следующие операции:

• включить прибор и дать ему прогреться;

• ознакомиться с лицевой панелью прибора, обратив особое внимание на глубиномерное устройство с меткой (ступенькой) глубиномера и отсчета координат дефектов по шкале глубиномера;

• познакомится с зипом к прибору, выбрать нормальный тип пьезопреобразователя для дальнейшей работы и подключить его к прибору;

• познакомиться со стальной заготовкой (изделием): формой, изменением толщины, расположением искусственных дефектов;

• определить при помощи УИМ все возможные толщины изделия и положение дефектов в нем.

В отчете коротко дать принцип работы прибора, привести эскиз изделия с определенными толщинами и найденными дефектами.