КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Основные методы ультразвуковой дефектоскопииВводная часть Прочности бетона
Цель работы: 1. Ознакомление с методами ультразвукового контроля бетона. 2. Ознакомление с конструкциями и основными эксплуатационными характеристиками приборов неразрушающего контроля прочности бетона: УКБ-1М, УК-16П, УКБ-111. 3. Приобретение навыков работы с приборами неразрушающего контроля. 4. Изучение принципов функционирования системы активного контроля характеристик твердения Ж/Б изделия в процессе его тепло-влажностной обработки.
Получение высококачественных строительных материалов и конструкций со строго заданными характеристиками неразрывно связано с проведением контроля на различных стадиях технологического процесса. Среди множества различных методов контроля важное место занимают НЕРАЗРУШАЮЩИЕ методы. Кроме так называемого отпускного контроля, когда проверяется качество уже готового Ж/Б изделия, неразрушающий контроль может производиться на стадии изготовления изделия, что позволяет оперативно получить информацию о текущих параметрах изделия и корректировать ход технологического процесса для достижения их заданных значений. Другой, не менее важной областью применения неразрушающих методов, является контроль изделий в период их эксплуатации: при обслуживании зданий, сооружений, при проведении работ по реконструкции зданий. В настоящее время сохраняется тенденция использования бетона, как основного строительного материала в РБ. и, в связи с этим, одним из путей сокращения затрат при изготовлении бетонных и железобетонных изделий - является снижение расхода материалов и, в первую очередь цемента, за счет совершенствования технологии, устранения брака, сокращения объема механических разрушающих испытаний. Контроль качества строительных изделий с помощью неразрушающих методов является весьма перспективным для обеспечения высокой надежности возводимых строительных сооружений, в сочетании с получением значительного экономического эффекта. В основе многих методов для неразрушающего контроля ж/б изделий лежит использование ультразвуковых колебаний. По существу, ультразвук и звук представляют собой одно и то же физическое явление - механические колебания, распространяющиеся в упругой среде (газе, жидкости, металле, бетоне и т.д.). Отличие звука от ультразвука заключается лишь в частоте колебаний; колебания частотой в приделах 20 - 20000 Гц считаются звуковыми (человек их воспринимает на слух); колебания частотой большей, чем 20000 Гц - ультразвуком; большинство людей такие колебания не воспринимают. Т.о. граница между звуком и ультразвуком довольно условна; зачастую в технике под термином ультразвук понимают механические колебания частотой даже меньшей чем 20000 Гц, например 15 кГц, 18 кГц. Ультразвук эффективно используется для обнаружения дефектов (пустот, трещин) - ультразвуковая ДЕФЕКТОСКОПИЯ; для оценки упругих и прочностных характеристик материалов, в том числе и бетона. Необходимость применения акустических колебаний высокой частоты диктуется несколькими причинами, одна из них следующая. Распространение механических колебаний в упругом материале происходит в виде акустических волн. Длина волны λ связана с частотой колебаний f и скоростью распространения колебаний С соотношением: λ = С/f (6.1) Если на пути распространения волны будет препятствие (пустота, неоднородное включение, трещина), то оно оказывает влияние на распространение волны тогда, если размеры препятствия превышают длину волны. Если размеры препятствия меньше четверти длины волны, то оно не оказывает на распространение колебания практически никакого влияния. Заметное влияние дефекта на распространение волн проявляется тогда, когда его размеры превышают λ/2÷ λ Например, для обнаружения в массиве бетона пустоты диаметром 5 см, длина волны зондирующих колебаний должна быть меньше 5 см, частоту f найдем из соотношения (6.1): f = C/ λ; где С=3500 м/сек - скорость ультразвука в бетоне; λ<0.05 м; Таким образом, для поиска дефекта необходимо использовать ультразвуковые колебания (УЗК).
Для обнаружения и оценки размеров дефектов в бетоне находят применение два основных метода УЗ дефектоскопии: теневой и эхо-метод. На рис. 6.1 проиллюстрирован ТЕНЕВОЙ метод. Излучатель и приемник УЗК располагаются с противоположных сторон изделия и соосно перемещаются по поверхности контролируемого изделия. Если между излучателем и приемником окажется дефект, - позиция II, то интенсивность УЗК у приемника резко уменьшится (приемник попал в акустическую тень дефекта). Одним из недостатков метода является необходимость соосного расположения датчиков, что затруднительно выполнить при больших размерах изделия. Рис. 6.1. Основные методы УЗ дефектоскопии: а - теневой; б - эхо-метод; 1 - излучающий преобразователь; 2 - приемный преобразователь. 3 - дефект. От этого недостатка свободен ЭХО метод - рис. 6.9б.; излучатель и приемник УЗК располагаются рядом, с одной стороны изделия. Информационным параметром является время распространения УЗК; без дефекта (позиция I), время распространения отраженного эхо-сигнала максимальное; при наличии дефекта (позиция II), время распространения скачком уменьшится, т.к. сокращается путь для акустического сигнала от излучателя к приемнику. Необходимо отметить высокую чувствительность ультразвуковых методов при обнаружении трещин, даже на самой ранней стадии их раскрытия. Повышение частоты зондирующего акустического сигнала позволяет повысить чувствительность методов поиска дефектов (это позволяет излучать УЗК более направленным пучком и фиксировать более мелкие дефекты). Но для бетонов есть ограничение в повышении частоты сигнала, обусловленное влиянием крупного заполнителя, зерна которого при большой частоте колебаний дают ложные сигналы. Обычно для целей дефектоскопии ж/б изделий используют УЗК в диапазоне 40÷400 кГц.
6.1.2 Использование ультразвука для оценки прочности бетона Пропуская через исследуемый материал ультразвуковой сигнал и измеряя его параметры, имеется возможность оценить механические свойства образца материала: динамический модуль упругости Е, коэффициент Пуассона, вязкопластические свойства, прочность. Это позволяет осуществлять так называемый пассивный контроль готовой продукции в строительном производстве, а также создавать системы, в том числе и автоматические, активного контроля в процессе изготовления изделий, например, в процессе тепло-влажностной обработки ж/б конструкций. К основным акустическим характеристикам материала относятся: скорость распространения - С и коэффициент затухания - А. Скорость распространения УЗК связана с динамическим модулем упругости материала Е соотношением: где р - плотность материала. В практике строительства, большой интерес представляют методы оценки прочности бетона с помощью ультразвука. В настоящее время практическое применение находит метод, основанный на существовании корреляции между скоростью УЗК и прочностью бетона R. Корреляция параметров означает их статистическую связь, т.е. проявляющуюся при достаточно большом количестве опытов-измерений, характер этой связи выявляется при использовании методов усреднения результатов замеров. На рис. 6.2 показан характерный пример массива точек зависимости "скорость - прочность" для бетона. "Расплывчатый" характер зависимости обусловлен тем, что кроме прочности, на величину скорости оказывает влияние множество факторов: вариации состава компонентов, гранулометрический состав крупного заполнителя, водоцементное отношение бетонной смеси и др., и не позволяет с приемлемой точностью по скорости УЗК определять прочность бетона. В настоящее время точных аналитических зависимостей, связывающих акустические характеристики бетона с указанными факторами, не получено, и это накладывает серьезные ограничения на использование метода оценки прочности. Более того, даже если бы такие зависимости были получены, то пользоваться ими было бы затруднительно, т.к. количественно измерить дестабилизирующие технологические факторы практически возможно лишь в заводских условиях, а для "незнакомого" бетона, например при обследовании старых конструкций, они будут неизвестны. В настоящее время более перспективным направлением совершенствования неразрушающего контроля прочности бетона на основе ультразвука представляются так называемые МНОГОПАРАМЕТРОВЫЕ методы; например учет скорости УЗК при различных частотах колебаний (это позволит методу "почувствовать" гранулометрический состав бетона), измерение скорости УЗК при различных уровнях мощности излучаемых колебаний и некоторые другие. Но, к сожалению, степень разработанности этих методов для нужд практики недостаточна. Рис. 6.2. Типичный вид корреляционного поля скорость УЗК - прочность бетона Что касается практического использования ультразвукового метода контроля прочности бетона, то сейчас находит применение лишь "традиционный", и лишь в условиях "стабильной" технологии, когда указанные дестабилизирующие факторы длительное время остаются неизменными, что имеет место в условиях завода ЖБИ. В этом случае для каждого применяемого состава бетона и технологических условий изготовления изделий строится так называемая тарировочная зависимость "скорость - прочность". Замеряя скорость УЗК в бетоне, пользуясь тарировочной зависимостью, получают значение прочности - Рис. 6.3. Методика построения тарировочной кривой определена ГОСТ-17624. Порядок построения тарировочной зависимости следующий: изготавливается серия образцов - кубиков или призм размером 15×15×15 см
или 10×10×10 см. У каждого образца измеряется скорость УЗК, а затем образец испытывается на прессе до разрушения. Получается одна точка зависимости, координаты которой - измеренные значения скорости УЗК и прочности кубика на сжатие. Скорость распространения ультразвука определяется по измеренному времени t и расстоянию L между преобразователями на поверхности испытываемого образца:
C = L/t (6.3.)
Рис. 6.3. Построение тарировочной зависимости "скорость УЗК- прочность бетона" Необходимо подчеркнуть следующее: ультразвуковой контроль, основанный на использовании тарировочных зависимостей "скорость - прочность", даже для стабильных технологических условий изготовления Ж/Б изделия, является ПРОГНОЗИРУЮЩИМ методом контроля. Это значит, что значение прочности бетона, измеренное этим методом, имеет ВЕРОЯТНОСТНЫЙ характер, т.е., метод дает основание лишь предполагать с большей или меньшей степенью уверенности, что измеренное значение соответствует с заданной погрешностью фактической прочности бетона, значение же фактической прочности может быть получено лишь путем разрушающих испытаний образцов бетона или фрагментов конструкции. Впрочем, это качество присуще всем методам контроля прочности бетона, неразрушающим в большой степени, разрушающим, в том числе и "гостированному" методу испытаний образцов - кубиков, в меньшей. Прочность кубика это лишь прочность бетона кубика, а не всего изделия в целом; даже если образец вырезан из него. В практике лабораторных испытаний различных конструкционных материалов находят применение и другие акустические методы, например: резонансный (вибрационный), метод акустической эмиссии. Суть резонансного метода заключается в использовании небольших по амплитуде колебаний (продольных, изгибных, крутильных) всего образца или конструкции в целом. В зависимости от геометрических размеров и свойств материала образца, меняется частота и степень затухания собственных резонансных колебаний. Метод акустической эмиссии основан на изучении упругих волн, возникающих в процессе деформации, когда имеет место перестройка связей внутренней кристаллической структуры твердого тела. При этом наблюдаются одиночные, очень короткие по длительности акустические импульсы, энергетический спектр которых лежит в ультразвуковой области частот. По частоте следования импульсов, их длительности и амплитуде можно судить о характеристиках испытуемого материала в условиях механических нагрузок или в процессе образования кристаллической структуры.
6.1.3. Ультразвуковые приборы неразрушающего контроля бетона. Измерение таких акустических характеристик, как скорость (время) распространения УЗК и степень их затухания удобно осуществлять при импульсном излучении УЗК (т.н. ультразвуковой ИМПУЛЬСНЫЙ метод). В этом случае, в бетон излучается очень короткий во времени сигнал - буквально 1-3 колебания ультразвуковой частоты (рис. 6.4). Во многих ультразвуковых приборах применяется т.н. "ударное" возбуждение колебаний, при котором частота излучаемых УЗ колебаний определяется параметрами самого преобразователя и практически не зависит от параметров возбуждающего сигнала. Для смены частоты колебаний достаточно подключить к УЗ прибору другой преобразователь. Время паузы между моментом излучения и моментом приема УЗК является временем распространения. Такое решение позволяет легко отстраиваться от различных акустических помех, например, от сигналов отраженных от граней изделия, и повысить точность измерения времени.
Рис. 6.4. Измерение скорости УЗК импульсным методом: Т - время распространения УЗК Подавляющее большинство ультразвуковых приборов реализуют ультразвуковой импульсный метод. Перечень таких приборов, использующихся в практике неразрушающего контроля строительных изделий, достаточно большой; он включает в себя приборы, обладающие различными техническими и эксплуатационными характеристиками: стационарные приборы с питанием от сети, с фиксацией времени распространения УЗК на экране электронно-лучевой трубки -УКБ-1м, УК-10П; приборы с цифровой индикацией результатов измерения УК-14, УК-16П, УФ-90, УФ-91П и др. Необходимо отметить, что, несмотря на высокие метрологические показатели - широкий диапазон и точность измерения времени распространения УЗК, указанные приборы находят ограниченное применение, что обусловлено, в первую очередь, сложностью эксплуатации таких приборов. Поэтому одним из перспективных направлений в развитии техники ультразвукового контроля является разработка приборов, обеспечивающих индикацию результатов измерения непосредственно в единицах прочности. К таким приборам относятся УК-16П и УКБ-111 (рис. 6.5), разработанный на кафедре "Технология строительного производства" БИТУ. Единственный орган управления прибора УКБ-111 - кнопка включения на ручке прибора. Результат измерения прочности в единицах МПа выводится на трехразрядный индикатор.
Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 86; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |