Способ ультразвукового контроля толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений
Владельцы патента RU 2262693:
Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий (RU)
Использование: для ультразвукового контроля толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений. Сущность: заключается в том, что ультразвуковой контроль толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений включает дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем неподвижной установки на бетонной поверхности излучателя и последовательного перемещения приемника с постоянным шагом от 10 до 100 мм по линии, проходящей через точку установки излучателя, фиксирование отсчета времени распространения ультразвуковых продольных волн при каждой установке приемника, построение годографа скорости, определение перелома линии годографа на границе раздела поврежденного и неповрежденного бетона, установление скоростей ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, при этом определяют среднюю влажность бетона в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, после чего рассчитывают толщину поврежденного слоя бетона по формуле. Технический результат: повышение точности и надежности определения толщины поврежденного с поверхности слоя бетона с учетом его влажности в эксплуатируемых конструкциях сооружений. 3 ил.
Изобретение относится к области неразрушающего контроля строительных конструкций, преимущественно гидротехнических и гидромелиоративных сооружений, и может быть использовано для определения дефектов и повреждений бетонных конструкций в процессе их строительства, реконструкции и эксплуатации.
Известен способ неразрушающего контроля строительных материалов (бетона, железобетона и др.) с целью выявления в них дефектов путем просвечивания рентгеновским излучением и определения при этом степени его поглощения, заключающийся в том, что дефектные места материала вследствие их малой поглощающей способности меньше ослабляют поток излучения по сравнению с участками материала, не имеющими дефектов, и на получаемых рентгеновских снимках дефектные участки в зависимости от их характера фиксируются в виде темных полос и пятен (см. Почтовик Г.Я. и др. Методы и средства испытания строительных конструкций. Под ред. Ю.А.Нилендера. Учебн. пособие для вузов / М.: Высшая школа, 1973. - С.125...126).
Однако отмеченный рентгенографический метод контроля дефектов и повреждений конструкций имеет ряд недостатков и ограничений, к которым относятся:
1) невысокая точность и низкая надежность контроля строительных конструкций этим методом;
2) высокая стоимость контрольной аппаратуры, необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала для проведения контроля;
3) высокие требования к технике безопасности в процессе выполнения рентгенографического неразрушающего контроля.
Наиболее близким приемом к заявленному объекту является способ ультразвукового контроля толщины поврежденного с поверхности слоя бетона, включающий дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем неподвижной установки на бетонной поверхности излучателя и последовательного перемещения приемника с постоянным шагом (от 10 до 80...100 мм) по линии, проходящей через точку установки излучателя, фиксирование отсчета времени распространения ультразвуковых продольных волн при каждой установке приемника, построение годографа скорости, определение перелома линии годографа на границе раздела поврежденного и неповрежденного бетона, установление скоростей ультразвука, соответственно в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, а также определение толщины поврежденного слоя бетона по формуле
где L - расстояние от излучающего преобразователя до точки перелома годографа скорости, мм;
C1, C2 - соответственно скорости ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, м/с (см., например, Почтовик Г.Я. и др. Методы и средства испытания строительных конструкций. Под ред. Ю.А.Нилендера. Учебн. пособие для вузов / М.: Высшая школа, 1973. -С.70...75).
Описанный способ не учитывает влияние влажности бетона в конструкциях сооружений на скорость распространения в нем ультразвуковых колебаний (УЗК).
Нами экспериментально установлено, что с увеличением влажности бетона значительно возрастает в нем скорость распространения УЗК. По этой причине определение толщины поврежденного слоя бетона при дефектоскопии конструкций и сооружений в процессе эксплуатации вышеуказанным способом осуществляется с большой погрешностью.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создание метода ультразвукового контроля толщины поврежденного слоя бетона с учетом его влажности в эксплуатируемых конструкциях сооружений.
Технический результат - повышение точности и надежности определения толщины поврежденного с поверхности слоя бетона с учетом его влажности в эксплуатируемых конструкциях сооружений.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе ультразвукового контроля толщины поврежденного слоя бетона, включающем дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем неподвижной установки на бетонной поверхности излучателя и последовательного перемещения приемника с постоянны шагом от 10 до 80...100 мм по линии, проходящей через точку установки излучателя, фиксирование отсчета времени распространения ультразвуковых продольных волн при каждой установке приемника, построение годографа скорости, определение перелома линии годографа на стыке поврежденного и неповрежденного бетона, установление скоростей ультразвука (C1, С2) соответственно, в неповрежденном и поврежденном слоях бетона и определение расчетом толщины поврежденного слоя бетона, согласно изобретению определяют среднюю влажность бетона в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, после чего рассчитывают толщину поврежденного слоя бетона по формуле
где δ - толщина поврежденного слоя бетона на участке контролируемой зоны конструкции, мм;
L - расстояние от излучающего преобразователя до точки перелома годографа скорости, мм;
C1, С2 - средние скорости ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, м/с;
W1 и W2 - средние влажности неповрежденного и поврежденного слоев бетона, % (по массе).
Изобретение поясняется иллюстрированным материалом.
На фиг.1 представлены зависимости скорости распространения ультразвука в экспериментальных бетонных образцах от их влажности (зависимость 1 для бетона класса В 12,5 по прочности на сжатие; зависимость 2 - для класса В 22,5; зависимость 3 - для класса В 25; зависимость 4 - для класса В 35...40).
На фиг.2 - зависимость интегрального показателя
относительного параметра скорости распространения ультразвука в бетонах класса В 12,5...В 40 по прочности на сжатие от их влажности.
Заявленный способ реализуют следующим образом.
Кривые на фиг.1 описываются уравнением степенной функции следующего вида:
где Сj - скорость распространения УЗК в бетоне при W>0%, м/с;
С0 - скорость распространения УЗК в бетоне при W=0% (для бетонов класса В 12,5...В 40 по прочности на сжатие. С0 изменяется соответственно в пределах 4050...4600 м/с;
2,85 и 3,2 - эмпирические коэффициенты пропорциональности, полученные в результате математической обработки экспериментальных данных;
W - влажность бетона, % (по массе).
Коэффициент корреляции данной зависимости (3) составляет К=0,997. График на фиг.2 описывается уравнением возрастающей степенной функции
где С0 - скорость распространения УЗК в бетоне при W=0%, м/с;
Cj - скорость распространения УЗК в бетоне при W>0%, м/с;
W - влажность бетона, % (по массе);
0,00065 и 3,2 - эмпирические коэффициенты, установленные в результате исследований.
Коэффициент корреляции полученной зависимости (4) составляет К=0,994.
На фиг.3 - схема реализации способа ультразвукового контроля толщины поврежденного с поверхности слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений.
Для определения толщины поврежденного слоя бетона с учетом его влажности в эксплуатируемых конструкциях сооружений по результатам экспериментальных и теоретических исследований получена следующая регрессивная модель:
где δ - толщина поврежденного слоя бетона на участке контролируемой зоны конструкции, мм;
L - расстояние от излучающего преобразователя до точки перелома годографа скорости, мм;
C1, C2 - средние скорости ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, м/с;
W1 и W2 - средние влажности неповрежденного и поврежденного слоев бетона, % (по массе).
Коэффициент корреляции данной модели (5) составляет 0,99.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного способа, заключаются в следующем.
Предложенный способ ультразвукового контроля толщины поврежденного с поверхности слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений осуществляют следующим образом.
На поверхности конструкции сооружения (см. фиг.3) в зоне ненарушенной структуры бетона 1 неподвижно устанавливают излучатель 2, а приемник 3 последовательно перемещают с постоянным шагом (от 10 до 80...100 мм) по линии, проходящей через точку установки излучателя 2.
При каждой установке приемника по прибору снимают отсчет времени распространения ультразвуковых волн, пришедших в первом вступлении.
Строят график зависимости времени (t) от расстояния (х) между излучателем и приемником, называемый годографом скорости, определяют перелом линии годографа 4 на стыке поврежденного и неповрежденного бетона, устанавливают скорости ультразвука (C1, С2) и влажности бетона (W1, W2) в неповрежденном и поврежденном слоях бетона.
Для получения числовых значений искомую толщину (5) поврежденного слоя бетона на любом участке контролируемой зоны конструкции сооружения определяют по формуле (5)
где δ - толщина поврежденного слоя бетона на участке контролируемой зоны конструкции, мм;
L - расстояние от излучающего преобразователя до точки перелома годографа скорости, мм;
С1, С2 - средние скорости ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, м/с;
W1 и W2 - средние влажности неповрежденного и поврежденного слоев бетона, % (по массе).
Особенностями предложенного способа ультразвукового контроля дефектов и повреждений бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений являются новые методы определения скорости ультразвука и толщины поврежденного слоя бетона в зависимости от его влажности в исследуемых участках контролируемой зоны конструкций сооружений.
ПРИМЕР. Ультразвуковой контроль дефектов и повреждений бетона класса В 22,5 в монолитной бетонной облицовке оросительного канала (после его опорожнения) осуществляют методом продольного профилирования. Параметры оросительного канала: наполнение (Н) - 2 м, ширина по дну (в) - 1,5 м, коэффициент заложения откосов (m) - 2. Толщина бетонной облицовки (h) - 12 см.
Излучатель установлен неподвижно на поверхности бетонной облицовки в зоне неповрежденного бетона, а приемник последовательно перемещается с постоянным шагом 20 мм по линии, проходящей через точку установки излучателя.
По результатам ультразвуковых испытаний в 60 участках контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки после построения годографа скорости установлено:
- средняя скорость ультразвука при поверхностном прозвучивании в неповрежденном слое бетона составляет C1=2500 м/с;
- средняя скорость ультразвука при поверхностном прозвучивании в поврежденном слое бетона составляет С2=2000 м/с;
- расстояние от излучающего преобразователя до точки перелома годографа L=180 мм;
- средняя влажность в зоне неповрежденного бетона составляет W1=3,2% (по массе);
- средняя влажность в зоне поврежденного бетона составляет W2=6,5% (по массе).
Толщина поврежденного слоя бетона на участке контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки канала, определенная по приведенной зависимости (5), составляет
Толщина поврежденного слоя бетона на участке контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки канала, определенная по прототипу (Почтовик Г.Я. и др. Методы и средства испытания строительных конструкций. Под Ю.А.Нилендера. Учебн. пособие для вузов / М.: Высшая школа, 1973. - С.75, формула (41)), составляет
Погрешность при определении толщины поврежденного слоя бетона (без учета его влажности) на участке контролируемой зоны конструкции монолитной бетонной облицовки канала по прототипу при этом составила
Предложенный способ неразрушающего контроля позволяет значительно повысить точность определения толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений, работающих во влажной среде; погрешность измерений составляет 1...2%.
Способ ультразвукового контроля толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений, включающий дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем неподвижной установки на бетонной поверхности излучателя и последовательного перемещения приемника с постоянным шагом 10-100 мм по линии, проходящей через точку установки излучателя, фиксирование отсчета времени распространения ультразвуковых продольных волн при каждой установке приемника, построение годографа скорости, определение перелома линии годографа на границе раздела поврежденного и неповрежденного бетона, установление скоростей ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона и определение толщины поврежденного слоя бетона, отличающийся тем, что определяют средние влажности бетона в неповрежденном и поврежденном слоях бетона и рассчитывают толщину поврежденного слоя бетона по формуле
где δ - толщина поврежденного слоя бетона на участке контролируемой зоны конструкции, мм;
L - расстояние от излучающего преобразователя до точки перелома годографа скорости, мм;
C1 и С2 - соответственно скорости ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, м/с;
W1 и W2 - соответственно влажности неповрежденного и поврежденного слоев бетона, мас.%.
