Ультразвуковой-импульсный метод

Введение.

Многие характеристики при  определении свойств строительных материалов обычными способами получают после разрушения образца материала или изделия. Испытания материалов разрушающими методами сложны и не всегда объективны. Особенно сложно испытывать изделия в конструкциях.

Между тем многие основные характеристики материалов можно получить без их разрушения, т. е. адеструктивными методами, используя современные способы исследования, основанные на достижениях физики, радиоэлектроники и др. К ним относятся: ультразвуковые, вибрационные, радиоизотопные, магнитометрические, электрические и другие методы.

Для оценки качества строительных изделий без разрушения широко применяются  ультразвуковые импульсные приборы  и приборы механического действия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ультразвуковой  импульсный метод.

Ультразвуковой метод применяют  для определения прочности бетона: отпускной, передаточной, в установленном  нормативно-технической и проектной  документацией промежуточном и  проектном возрастах, в процессе твердения, а также при экспертном контроле.

ГОСТ 17624-87 устанавливает  правила проведения испытаний ультразвуковым методом прочности различных  видов бетона (тяжелого, легкого, плотного, силикатного) применяемого в железобетонных конструкциях и изделиях. Такой метод  позволяет определить прочность  на сжатие бетонов классов от В7,5 до В35 (марок 100-400). Прочность бетона при помощи ультразвукового метода можно определить в процессе твердения в теплых камерах или в естественных условиях. ГОСТ 17624-87 введен в действие 01.01.88г.

Ультразвуковой импульсный метод  основан на определении характеристик распространения импульсов упругих волн ультразвуковой частоты в теле. С помощью ультразвуковых приборов определяется скорость распространения упругих волн (основная характеристика, связанная с упругими свойствами и плотностью материала), а также дополнительные акустические характеристики (затухание сигнала, его частота), связанные с неупругими свойствами материала и его влажностью.

Ультразвуковой импульсный метод контроля прочности бетона относится к группе физических методов  испытания строительных конструкций  и сооружений.

Он относительно молодой  и получил свое развитие в основном в 50е-60е годы благодаря научным  исследованиям И.М. Рабиновича, С.М.Соколова, Ю.А. Нилендера.

Допускается проведение ультразвуковых испытаний конструкций при отрицательной  температуре бетона не ниже минус 10 °С при условии, что в процессе их хранения относительная влажность воздуха не превышала 70%

Метод оперативный и относится  к группе неразрушающих методов. Хорошо поддается высокой степени  автоматизации. При соблюдении определенных требований контроля точность метода сравнительно высокая и находится в пределах 10-15%.

Учитывая оперативность  контроля, возможность многократного  повторения испытания на одном и  том же участке конструкции с  целью оценки как прочности бетона, так и его однородности, ультразвуковой импульсный метод рекомендуется к широкому внедрению на заводах ЖБИ и строительных объектах для контроля качества железобетонных изделий. Таким методом можно организовать как выборочный, так и сплошной контроль, следить за нарастанием прочности бетона во времени.

 Для испытания бетона ультразвуковым импульсным методом применяют ультразвуковой прибор ( 11.18), в корпусе которого смонтированы генератор импульсов, усилитель и индикатор. Щуп-излучатель механических колебаний (волн) ультразвуковой частоты и щуп-приемник соединяются с корпусом гибкими кабелями. После установки щупов с двух сторон на испытуемое изделие и включения прибора генератор посылает импульсы в излучатель, в котором пьезоэлемент преобразует электрические импульсы в механические ультразвуковые волны. Пройдя через бетон, волны попадают в приемник, где снова преобразуются в электрические импульсы и направляются через усилитель в индикатор, в котором измеряется время прохождения волн. Индикатор снабжен автоматическим устройством, передающим на экран прибора цифровую информацию в микросекундах.

Ультразвуковые приборы  могут использоваться не только для  контроля прочности бетона, но и  для дефектоскопии, контроля качества бетонирования, определения глубины  трещин и т. д.                                        

Ультразвуковой метод  заключается в регистрации скорости прохождения ультразвуковых волн. По технике проведения испытаний можно  выделить сквозное ультразвуковых прозвучивание, когда датчики располагают с разных сторон тестируемого образца, и поверхностное прозвучивание, когда датчики расположены с одной стороны.

Метод сквозного ультразвукового  прозвучивания позволяет контролировать прочность не только в приповерхностных слоях бетона, но и прочность тела бетона конструкции.

При выборе мест прозвучивания учитывают характер укладки и уплотнения бетона при изготовлении изделия и расположение арматуры в конструкции. Направление прозвучивания (воображаемая прямая, соединяющая центры контакта щупов с бетоном) должно быть перпендикулярным направлению укладки и уплотнения бетона. Не следует прозвучивать места с густым армированием. В пределах базы прозвучивания (расстояния между центрами контактов) должно находиться не больше 5% арматурной стали. Рекомендуется измерение выполнять перпендикулярно направлению арматуры. При прозвучивании параллельно арматуре расстояние до ближайшего стержня должно быть не менее 50 мм. Это объясняется тем, что скорость распространения ультразвука в стали значительно выше, чем в бетоне, и это может существенно исказить результаты испытаний. Нельзя назначать точки прозвучивания вблизи края конструкции (расстояние от центра контакта до края должно быть не меньше 50 мм).

Перед испытанием намечают места установки прибора и  точки измерений с таким расчетом, чтобы длина кабелей со щупами была достаточной для доступа  к точкам измерения без их натяжения, а с прибора было бы удобно снимать отсчеты.

При прозвучивании важно обеспечить надежный контакт между щупом и бетоном. Для этого поверхность бетона смазывают солидолом, техническим вазелином или устанавливают специальные эластичные прокладки. Для того чтобы избежать трудоемкие и грязные операции, связанные с подготовкой и смазыванием поверхностей бетона, применяют так называемые концентраторы ножевого или игольчатого типа.

 Поверхность бетона в местах измерения тщательно очищают проволочными щетками. Поверхность не должна иметь наплывов, обнажений крупного заполнителя и раковин глубиной более 3 мм, диаметром более 6 мм.

 Если сквозное прозвучивание невозможно выполнить по каким-то причинам, например при испытании массивных конструкций, применяют способ нивелирования, когда щупы устанавливают на одной из поверхностей. В этом случае направление прозвучивания идет по поверхности бетона, на которой выбирают пары точек измерения. Расстояние между двумя точками пары служит базой прозвучивания. База прозвучивания должна быть одинаковой для всех мест измерения в испытуемой конструкции и равна 16 40 см. Направление прозвучивания должно быть перпендикулярно арматуре. В журнал испытаний записывают время, которое является косвенным показателем прочности бетона.

 Перед испытанием изделия снимают по прибору нулевой отсчет г0, сомкнув щупы. Этот отсчет проверяют после испытаний, когда контактная поверхность щупов загрязнена смазочным материалом.

  По полученным данным  методом математической статистики  находят кривую связи "прочность  - скорость" (тарировочную кривую), при помощи которой по данным ультразвуковых измерений непосредственно в конструкциях определяют среднюю прочность бетона конструкции или отдельных ее участков. Определяя скорость распространения ультразвуковых импульсов в изделии или конструкции и находя соответствующие им по тарировочной кривой значения прочности бетона на сжатие, находим усредненную по линии прозвучивания прочность на сжатие нескольких как бы изъятых из конструкции контрольных образцов.

Наибольшее влияние на зависимость между прочностью и  скоростью ультразвука оказывает  крупный заполнитель. Прочность  бетона, начиная с  некоторого значения, больше зависит от шероховатости  поверхности крупного заполнителя, чем от его размеров и упругих  свойств. Скорость ультразвука, наоборот, не зависит от шероховатости заполнителя, но в значительной степени зависит  от его размеров и особенно модуля упругости. Поэтому, используя зависимости  между R и v, полученные для бетонов с другими заполнителями, можно получить завышенные или заниженные значения прочности испытуемого бетона.

Тарировочные зависимости строят на основании испытаний контрольных образцов, изготовленных из того же бетона, что и испытуемое изделие. При отсутствии контрольных образцов применяют приближенные тарировочные формулы, однако в этом случае точность метода значительно снижается. Это связано с различным влиянием технологических факторов на прочность и скорость распространения волн.

   Таким образом, в экспериментах для построения тарировочной зависимости R от v следует использовать образцы из бетона, у которого крупный заполнитель и режим твердения такие же, как у испытуемого бетона. Кроме того, необходимо учитывать температуру бетона изделий при прозвучивании.

На прочность бетона влияет также продолжительность и режим  его твердения. Если скорость ультразвука  практически не зависит от режима твердения, то прочность бетона при  естественном твердении, пропаривании и автоклавной обработке различна. При увеличении давления автоклавной  обработки прочность бетона сильно увеличивается. Поэтому при испытании  бетонов, режим твердения которых  неизвестен, и использовании приближенных тарировочных формул испытание ультразвуковым методом может дать большую погрешность. Заметную погрешность может дать также недоуплотнение бетонной смеси. Влияние других факторов незначительно. 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

Преимущества и недостатки ультразвукового импульсного метода. Главное преимущество ультразвукового  метода — возможность быстрого и  надежного контроля прочности бетона всех изделий, выпускаемых заводом  железобетонных конструкций. Можно  организовать непрерывный контроль нарастания прочности в процессе термовлажностной обработки. Ультразвуковой метод в отличие от механических позволяет также определять свойства бетона не в поверхностном слое, а по всей толщине изделия, что существенно повышает надежность контроля прочности.

Недостаток применения ультразвука  для оценки прочности бетона в  изделиях и конструкциях — сильное  влияние некоторых технологических  факторов на зависимость между прочностью и скоростью ультразвуковых волн, что несколько обесценивает точность метода, особенно при испытании конструкций  из бетона с неизвестными свойствами. Импульсным методом нельзя, например, контролировать прочность крупных  массивных изделий и конструкций. Нельзя ультразвуковые приборы использовать для контроля качества высокопрочных бетонов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Скрамтаев Б.Г., Лещинский М.Ю. Испытание прочности бетона. М., 1964, с.144-150.
2. Коревицкая М.Г. Неразрушающие методы контроля качества железобетонных конструкций. М., 1989.
3. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности.
4. Лещинский М.Ю. Испытание бетона. М., 1980, с.135-146.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство  образования и науки

Казанский Государственный  Архитектурно-Строительный Университет

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По дисциплине:

Методы исследования строительных материалов

На тему:

« Ультрозвуковой импульсный метод».

 

 

 

 

Выполнил: студент  гр. 9СТ52з

Хасанов Р.И. № з. кн. 11-09-071

Проверил: Макаров  Д.Б.

 

 

 

Казань,2014