Метод ударного импульса

Достоинства и недостатки ультразвукового метода

Ультразвуковой метод, как и все методы, имеет свои достоинства и не­достатки.

К достоинствам следует отнести следующие факторы. Метод является неразрушающим, т.е. косвенная характеристика V определяется без разру­шения материала, следовательно, он оперативен, и испытания могут неод­нократно повторяться на одном и том же участке, что очень важно при кон­троле нарастания прочности. При сквозном прозвучивании ультразвук со­бирает информацию по всей толщине конструкции, т.е. дает интегральную оценку состояния бетона. Это практически единственный из неразрушающих методов, который реагирует на качество контактной поверхности растворной части с гранулами крупного заполнителя и на внутренние дефекты. С его помощью возможен контроль бетона, находящегося за металлической или асбестоцементной оболочкой. Он поддается высокой степени автоматизации. Имеются и другие, но менее существенные достоинства.

Недостатки метода. Требуются сложная и дорогостоящая аппаратура, высокая квалификация оператора. При использовании в качестве акустиче­ского контакта технического вазелина или литола во время эксплуатации из­делия на его поверхности могут проявляться масляные пятна. Однако с этим можно было бы мириться, если бы не было главного недостатка.

Полученные экспериментальным путем градуированные коэффициен­ты или графики зависимости «скорость – прочность» действительны толь­ко для данного состава бетона, при испытании которого они получены. В случае изменения состава бетона или технологии изготовления конструк­ции все корреляционные зависимости (коэффициенты, графики) изменя­ются, и их необходимо определять вновь.

Наличие такого недостатка сдерживает применение метода, особенно на строительных объектах, где состав бетона всегда меняется.

В некоторой степени этот недостаток можно преодолеть, используя од­новременно несколько методов.
Например, ультразвуковой совместно с ме­тодом отрыва со скалыванием или с методом ударного импульса. При этом недостатки одного метода перекрываются достоинствами другого.

Во всех ранее рассмотренных неразрушающих методах в качестве кос­венных характеристик использовалось по одному показателю, соответству­ющему определенному свойству бетона. Склерометрический метод,
ис­пользуя диаметр отпечатков, учитывает только пластические свойства, а ме­тоды упругого отскока и ультразвуковой учитывают только упругие свойст­ва бетона. Но прочность любого материала является многопараметровой функцией. Поэтому рассмотренные косвенные характеристики имеют слож­ную и не всегда надежную связь с прочностью.

Исследователями было замечено, что если проводить комплексные ис­пытания и использовать несколько косвенных характеристик, то точность измерения повышается.

В Самарской государственной архитектурно-строи­тельной академии под руководством В.А. Зубкова разработан метод ударного импульса, позво­ляющий учитывать как пластические, так и упругие свойства бетона.

Сущность метода заключается в следующем. Боек 1 (рис. 5.18), имеющий сферическую поверхность ударника, под действием пружины 2 ударяется о поверхность бетона 3, при этом вся энер­гия удара (не считая тепловых потерь) расходуется на упругие и пластичес­кие деформации бетона. В результате пластических деформаций образуется лунка,
а в результате упругих – возникает реактивная сила F.

Чем выше пластические свойства бетона, тем большая часть энергии удара расходуется на пластические деформации, увеличивается время дей­ствия удара и уменьшаются прочностные свойства бетона. И наоборот, чем выше упругие свойства, тем более возрастает величина силы F, сокращается время действия удара и увеличивается

Рис. 5.18. Схема работы бойка прибора ИП-1: а – конструкция
бойка: 1 – масса бойка; 2 – пружина; 3 – исследуемый бетон;
4 – электромеханический преобразо­ватель; б – формы электри-
ческого импульса: 1 – при ударе о бетон прочностью 25 МПа;
2 – то же прочностью 10 МПа

прочность бетона. Следовательно, при нормированном ударе величина реактивной силы F и длительность действия удара могут служить показателями прочности (твердости) материала, по которому нано­сится удар. Однако замерить силу F и время действия удара прямым путем технически сложно.

Для измерения этих величин в конструкцию бойка включен электроме­ханический преобразователь 4
(см. рис. 5.18) (пьезоэлектрический или магнитострикционный), который механическую энергию удара преобразует в эле­ктрический импульс. Амплитуда А будет пропорциональна силе F, а время t пропорционально длительности действия удара. На рис. 5.18, б приведе­ны формы электрических импульсов при ударе бойка о бетон прочностью 25 и 10 МПа. Следовательно, амплитуда А и время t могут служить косвен­ными характеристиками прочности бетона,

(5.30)

Поскольку косвенные характеристики учитывают как упругие, так и пластические свойства бетона, в отличие от ранее рассмотренных методов данная функция носит практически линейный характер и слабо зависит от состава бетона, что позволило впервые в отечественной практике разрабо­тать прибор ИП-1, который выдает результаты в единицах прочности (кг/см² или МПа). На строительных площадках и заводах ЖБИ прибор ИП-1 известен как «пистолет В.А. Зубкова».

Прибор имеет форму пистолета (рис. 5.19) и состоит из ствола, внутри которого свободно перемещается боек с электромеханическим преобразова­телем, рычагом взвода и фиксатором. Боек поджат пружиной, усилие сжа­тия которой регулируется. В ручке прибора находятся четыре элемента пи­тания А-343. Обработка электрического сигнала осуществляется электрон­ной схемой.

Рис. 5.19. Конструкция прибора ИП-1 (пистолета В.А. Зубкова):
1 – корпус; 2 – боек с электромеханическим преобразователем;
3 – блок электронных плат; 4 – цифровой индикатор
прочности бетона, МПа; 5 – элементы питания

ИП-1 работает следующим образом. Выключателем включают пита­ние, при этом на цифровом индикаторе высвечивается произвольное трех­разрядное число. С помощью рычага взвода сжимают пружину, и в таком состоянии боек фиксируется. В это время показания индикатора устанавли­ваются на ноль. Далее прибор прикладывают к поверхности железобетон­ной конструкции и нажатием на спусковой крючок производят удар бойка о бетон. Электромеханический преобразователь вырабатывает электрический импульс, форма его анализируется электронной схемой,
и в зависимости от амплитуды и длительности сигнала определяется прочность, которая регис­трируется цифровым индикатором. На одно измерение, с учетом записи в журнал, требуется не более 5 секунд.

Для повышения надежности результатов за единичный показатель прочности принимают усредненное значение из пяти измерений, при этом выброс в большую или меньшую стороны не учитывают. Это означает, что боек ударился в щебень или раковину.

Настройку прибора производят путем одновременных испытаний кубов прибором ИП-1 и на прессе. Результаты таких испытаний приведены на рис. 5.20.

Рассмотренный способ определения прочности бетона и конструкция прибора защищены патентами России.

Рис. 5.20. Результаты испытаний кубов
с ребром 100 мм прибором ИП-1 и на прессе

Производство прибора ИП-1 организовано в Самарской государствен­ной архитектурно-строительной академии по заявкам строительных орга­низаций.

К достоинствам метода следует отнести его оперативность, низкие тру­дозатраты, удобство в работе, отсутствие сложных вычислений, слабую за­висимость от состава бетона.

Недостатком метода является определение прочности в поверхностном слое бетона глубиной до 50 мм.

Каждый из рассмотренных методов имеет свои достоинства и недо­статки. Грамотный специалист должен квалифицированно принять реше­ние, каким методом пользоваться для оценки прочности бетона на его объ­екте. Более подробно методы определения прочности бетона приведены в [7].

Дата добавления: 2014-11-25