Ултразвукова дебелина на бетона

Ултразвукова дебелина на бетона

Контролът на дебелината на конструкциите от бетон и армиран бетон е доста необходима и често срещана задача на практика. Има много примери. Дебелината на покритието на пистата значително влияе върху неговата здравина и дълготрайност. По време на строителството се използва висококачествен бетон, който може да бъде положен в по-малко количество в нарушение на проектната документация. Същата ситуация възниква при изграждането на други монолитни структури. Очевидно е, че контролът на дебелината в тези случаи е от значение за предприятието на клиента.

Канализационният колектор, както е известно, е обект на унищожаване чрез агресивни дренажи. В местата на най-интензивно разрушаване, например подът на стаята над колектора, особено при значително външно натоварване, е много важно периодично да се измерва неговата остатъчна дебелина.

Друг пример е хидротехническата конструкция, изградена преди много години. Документацията е загубена. Необходимо е да се натрупат няколко котви в стената на водопровода. До колко може да завиете стената, за да не я преминете? За да направите това, трябва да знаете дебелината на стената. Подобни ситуации често възникват по време на реконструкцията на други конструкции, когато не е възможно да се определи дебелината на стената или припокриването на чертежите на сградата. Преди няколко години авторите на тази статия трябваше на практика да се справят със задачата да се определи дебелината на основата, върху която преди това е била монтирана и след това разглобена голямата металорежеща машина. На тази основа, по време на реконструкцията на цеха на завода, беше необходимо да се инсталира нова мощна машина, за която се изисква определена дебелина на бетонната основа. И беше необходимо да се прецени дали е необходимо да се увеличи дебелината на основата и, ако е така, колко.

Тези примери показват, че задачата за измерване на дебелината на бетона е важна и отговорна. Нейните специфични изрази са много разнообразни. Обхват на измерените дебелини от няколко сантиметра до няколко метра. И решението на този проблем в целия диапазон е възможно, очевидно, изключително с помощта на ултразвук.

За разлика от контрола на метали и други финозърнести материали със сравнително малко отслабване на ултразвук, бетонът може да бъде управляван само при честоти, които не надвишават 100 х 150 kHz. Въпреки че се правят опити да се използват по-високи честоти. Една от основните причини за това е голямата и бързо нарастваща честота на ултразвуково разпадане. По-специално, при честота от 150 kHz, може да достигне стойност от 100 dB / m в типичен строителен бетон от степен 400.

Последицата от композитна структура на бетон и по-конкретни, където зърна от груби агрегат и армировка сила съизмерима с дължината на вълната на ултразвукови вибрации е силен шум структурна отзвук. Той преобладава над всички компоненти на смущенията при контролиране на бетонните структури чрез методи за отражение.

Друга особеност на бетона като ОК е значителната (до 20 мм) повърхностна неравност, с която се изисква контрол. Това значително ограничава възможността за използване на типични ултразвукови датчици и течности за осигуряване на акустичен контакт.

Друг фактор, усложняващ контрола, е неравномерното разпределение на бетона в структурата на тялото, наличието на зони от свободно бетон и дори кухини в места с плътна армировка. В резултат на това средната скорост на разпространение на ултразвукови вибрации в структурата е променлива по обем и степента на тази нестабилност определя метрологичните възможности на всеки метод за контролиране на дебелината на структурата. В зависимост от качеството на бетоновото полагане разпространението на надлъжно разпространение на ултразвукови вълни в една монолитна структура може да достигне 20% или повече.

Изброените особености на бетона изискват разработването на специализирани методи и средства за ултразвуков дебеломер на бетонни конструкции с едностранен достъп.

Методи за измерване на дебелината на бетона

Състоянието на едностранния достъп до ОК ограничава обхвата на методите, приложими за дебелината на бетона чрез методи за отражение. Физическата същността на същото - това е ОК или радиация в възбуждане на ултразвукови трептения и получаващи разпръснати главно в посока, обратна на ултразвукови вълни, параметри, съдържащи информация за дебелината на материала, който се изследват. Методите се отличават с методите на излъчване на сондиращи сигнали, методи за получаване на ултразвукови сигнали от DC и методи за обработка на получените сигнали.

метод ударна вълна (IDP) (на английски език литература «Влияние-Echo Метод») въз основа на емисиите на ОК сигнал, наречен шок, който е в близост във форма за видеоклип на пулса с относителен широк честотен спектър. Обикновено се използват специални механични (електромеханични) ударни устройства или чукове. Сигналите се получават от широколентови ултразвукови датчици. Честотният обхват на трептенията при управлението на бетонна МПС, като правило, е ограничен само отгоре по характеристиките на бетона. Долната граница на обхвата е в областта на звуковите честоти. Ориентация на излъчване и приемане на практика няма колебания, дължащи се на малките размери на вълна излъчватели и приемници на ултразвукови вибрации.

С известно скоростта на разпространение на надлъжните ултразвукови вълни в структурата на материала, неговата дебелина г се изчислява от измерената честота е дебелина резонанс:.? D = C / 2е надеждно и с приемлива точност за практическо ИПР позволява да се измери дебелината само като OK, формата на която прилича на плоча, тогава когато дебелината на обекта е поне пет пъти по-малка от другите две размери. Ако не го направите час гама получените трептения става сложно, назъбен, състоящ се резонансни пикове, причинени от отражения между различните QA ограничаване лица. Анализът на този спектър често води до погрешни резултати.

Друга характерна област на приложение на вътрешно разселените лица е контрола на дължината и дефектността на купчините, натрупани в земята.

резонансната дебелина метод за измерване различен от ИПР с това, че с помощта на специални RK осцилатори или пиезо създават принудителна колебание с бавно увеличаване на честотата и записване на честотата, с която се максимизира колебание амплитуда. Дебелината на структурата се изчислява от горната формула за най-голямата честота на намерения резонанс.

Този метод дава по-голяма точност на измерванията в сравнение с MVD, тъй като енергията на колебанията се фокусира върху резонансната честота и не е разпределена в широк диапазон. Това допринася за по-високо съотношение сигнал-шум. Честотата на резонансния пик се регистрира с висока точност. Резонансният метод обаче има и недостатък, който се изразява в ниска надеждност на измерванията, когато общите размери на ОК са съизмерими. Надеждността на резултата е силно повлияна от състава, структурата и дефектите на бетона на конструкцията. Наличието на вътрешни кухини в силно подсилена плоча може почти напълно да унищожи резонансния връх.

Класически ехо метод, който се използва широко в областта на контрола на метали на честоти в блока мегахерца, използван за дебелина на бетона е сравнително рядко поради много ниската насоченост отвор на ултразвуковите датчици и трудностите за създаване на акустичен контакт с бетона. Тъй като дължината на ултразвукови вълни в бетона при честоти от около 100 количество кХц до няколко сантиметра, за конвертора с диаметър на отвора дори две дължини на вълната е трудно да се създаде приемлива акустична контакт с грапава повърхност чрез бетон течност. В насоченост на сондата ще бъде значително по-лошо, отколкото се съсредоточи ултразвукови преобразуватели на честоти в дялове на мегахерца, размер вълна от порядъка на 5 - 10 дължини на вълните. Апаратът се използва изключително ултразвук пулс радиация с минимална продължителност от сондиране импулси за намаляване на мъртви зони и подобряване на разделителната способност на дебелината.

За създаване бетон насочена към контрола на излъчване и приемане на ултразвук метод UC на използване на синтетичен отвора, където излъчване и приемане на ултразвукови вибрации работи малък в сравнение с дължината на вълната на ултразвукови трансдюсери събрани в матрични масиви. Изглаждането на звука се извършва след всяка двойка решетъчни елементи (емитер-приемник). Този вид звучене се нарича комбинация. Размери на решетки, закупени няколко пъти по-големи от дължината на вълната на ултразвук в бетон. За увеличаване на полезния сигнал към шум с помощта на бетон структурна сканиране решетка повърхност OK. Получените ултразвукови вълни от решетъчни елементи на всяка двойка се третират заедно в компютъра, така че резултатът на обработка че Аналогично, ако ОК на повърхността е голяма ултразвуков трансдюсер, фокусирайки до желаната точка вътре в обекта, или на самолет с определена дълбочина.

Съвсем наскоро беше разработен друг метод за измерване на дебелината на бетон и подобни материали, наречен резонанс-мултипликативен от авторите. Методът може да се разглежда като вид резонанс. В съответствие с това излъчващите и приемащите ултразвукови преобразуватели се монтират няколко пъти в произволни позиции на повърхността на ОК. Във всяко от позициите се записват честотните характеристики на ОК. На тези характеристики, в допълнение към основните резонансни максими, съответстващи на размерите на ОК, има и случайни резонансни пикове, причинени от големи размери нехомогенности в бетона. След това получените честотни характеристики се умножават, в резултат на което се получава подтискане на вторичните резонансни пикове и подчертаването на основната, при резонансната честота, от която се изчислява измерената дебелина.

Оборудване и неговото приложение

Фиг. 1. Магнити за ударна ехо на OLSON INSTRUMENTS, INC. САЩ (на върха) и Germann Instruments A / S, Дания (долу)

Няколко примера за измерване на дебелината на бетонните продукти въздействат на ехо. Използва се лабораторното оборудване. Измерванията бяха проведени в хода на научните изследвания за откриване на различни модели дефекти в бетона.

Серийно производство на устройства, които прилагат ехо метод на въздействие, усвоили MULTI Кими компании. Структурно, тези устройства са с малки размери с автономна мощност. Те се използват не само за контрол на дебелината на конкретни продукти, но също така и с действия, а големи дефекти в тях. На фиг. 1 показва общ изглед tolschinome канавка OLSON инструменти фирми. INC (САЩ) и Germann Instruments (Дания). Обхватът на конкретни дебелина, измерена от първия приспособление 38 мм до 1,8 м. Грешката на измерването не се съобщава. Точност Герман инструменти компания подобен инструмент за измерване според производителя е 3.2%. Недостатъците на въздействието-ехо ипотеки дебелина могат да включват въздействие върху резултата от измерването на човешка грешка в ръчния метод на закрепване, зависимостта на точността на измерване на форма OK (метрологично коректност се гарантира само за типа "плоча" обекти), значително влияние върху стойността на резонансната честота на присъствието на долната повърхност на други медии , например почвата зад фундаментната плоча. В Русия, този метод не е получил значително разпространение за решаването на проблема с дебелина на бетона OK. Резонанс-мултипликативна дебелина построена във формата на лаборатория хардуерно софтуерни комплекси SA за акустични изследвания и измерване на дебелината на бетонови изделия и конструкции. Употребата му в контролните кули и основите на сградите, показа, че грешката на относителното измерване не надвишава 3%.

Най-разпространените в практиката на ултразвуково изпитване на дебелината на бетонни конструкции са устройствата, базирани на метода на ехо-импулса, както в класическата форма, така и в по-голяма степен, използвайки метода на синтетична апертура.

За първи път методът на ехо-пулса се използва за измерване на дебелината на бордюра през 60-те години на миналия век. За тази цел използвахме наклонени ултразвукови преобразуватели с пречупващи се призми, разположени една от друга. Ъглите на въвеждане и приемане на ултразвукови вибрации бяха избрани чрез критерия за максималната амплитуда на долния сигнал. Контактната течност е обезвъздушена с вода. Грешката при измерването не е по-лоша от 3% от измерената дебелина.

Горният пример не може напълно да се разглежда като факт за практическо приложение на оборудване за измерване на дебелината на бетона. Това е по-скоро успешен експеримент, показващ потенциалната възможност за ехо метод за решаване на конкретен проблем.

Класическият прилагането на ехо Мето и за измерване на дебелината на бетонни конструкции, където е показано, че чрез използване на ултразвукова пиезоелектричен датчик комбинира с ниско ниво на вътрешни смущения ехо сигнали могат да бъдат открити в долната част на изделия със съотношение достатъчно измерване сигнал / шум. Отворът на този преобразувател е с диаметър от около две дължини на вълните. Въз основа на такъв конвертор оформление габарит с графичен дисплей е създаден, освен ако резултат от измерването се показва форма на вълната на полученото ехо сигнал. Диапазонът на измерване беше 50 - 500 мм. Измерване на вариабилност процент на грешки, основани ултра звукови вибрации в бетона не надвишава ± 10%. За калибриране на инструмента за ултразвукова скорост използва в контролната зона подземни надлъжната ултразвукови вълни, за излъчване и приемане на основното тяло, в което се определят две двойки помощни предавател преобразуватели с диаметър 10 mm отвор. Този инструмент е, според авторите, първият импулс-ехо дебелина габарит за мониторинг на бетон, предназначени за практическото използване на полето. Преди това, даването на дебелината на бетона е на етапа на изследване.

Фиг. 2. Ултразвуков детектор за дебелина на дебелината за управление на бетона UT201M

За масово производство машината за дебеломери е значително преработена и на нейно основание е създадено индустриално устройство UT201M. Вместо директен комбиниран ултразвуков трансдюсер се използва 8-елементна матрична (4 х 2) антенна решетка с отвор 160 х 8 0 mm и работна честота 70 kHz. Алгоритъмът на създадения дебеломер е базиран на метода на синтетична апертура с Raman сондиране. Неговият вид е показан на фиг. 2. Използваната контактна среда е вода, твърдо вещество или вискозен полиметилсилоксан, което осигурява най-добър акустичен контакт.

За да се измери скоростта на надлъжните ултразвукови вълни на определено място с устройство, използвано OK сонди устройство допълнителна повърхност с две вградени в корпуса правителствен ултразвукови трансдюсери със суха контактна точка (STK) (Фиг. 2). Общите размери на електронния модул са 310 x 280 x 90 мм, тегло 6 кг. Общи размери на антенната решетка 210 x 110 x 68 мм, тегло 1,4 кг.

Заедно с възможността за измерване на дебелина от порядъка на 50 гл 500 mm с грешка не по-голяма от 10% UT201M възможно да се наблюдава ехото на екрана, както е в А-сканиране изпълнение и неразкрито след Хилберт трансформира, т. Е. Като функция от времето на плика реализиране на приетите трептения. Поради това, устройството може да послужи като импулс-ехо недостатък за бетонни и стоманобетонни конструкции. Един пример на изображение, получено с UT201M единица екран е показано на Фигура 3, където сигналът се вижда в долната част на блока за управление дебелина 300 фин бетон мм, и в долната част - обвивката на сигнала. Въпреки това, за практическото прилагане на това устройство до голяма степен се ограничава, за да видите и прибл.

Фигура 3. Изображение, получено от екрана на устройството UT201M, при изпитване на финозърнеста бетонна проба с дебелина 300 мм.

Измерванията на сглобяеми стоманобетонни конструкции обикновено не са причина за трудности, освен когато външните повърхности (ден или отдолу) са механични или отнемат време. Под повърхностния слой от бетон, който е отлепен от ерозия, може да се намери пореста и груба повърхност. Акустичният контакт на матрицата на антената дори при използването на пластилин не може да бъде създаден. При неравномерност на долната повърхност до 5 мм амплитудата на ехо сигнала е същата като на гладката повърхност, получена при използването на метални кофражи. Но с по-голяма разлика във височината на издатините и кухините на долната повърхност, причинени от разрушаване, амплитудата намалява. Един кореспонденция между амплитудата на сигнала и грапавост на повърхността донг не хлороводородна, както с повишена грапавостта на отразения сигнал Niemi губи своята горна честотен диапазон и периода на трептене в ехо увеличава сигнал. В същото време, амплитудата варира леко. При нередности, по-големи от 15 мм, амплитудата става забележимо по-малка.

Контролът на дебелината на монолитните структури, в допълнение към състоянието на техните външни повърхности, винаги се усложнява от неизвестната вътрешна структура на бетона. Ето защо поведението на долния сигнал вътре е непредсказуемо. Когато антенната решетка се измести само на 50-100 мм от място с ясно видим дънен сигнал на екрана, възможно беше да се получи пълна липса на него. За да получим поне някои резултати, трябваше да напишем някои статистически данни: ако определен сигнал при сканиране на повърхността на структура най-често се появи на едно и също място, то най-вероятно би могло да се счита за дъно и да се преброи дебелината му. По принцип тези измервания изискват голямо умение и опит от оператора.

Фиг. 4. Поява на ултразвуков нискочестотен дефектен детектор A1220 за управление на бетонни конструкции

Трудността за създаване на акустичен контакт с грапава повърхност на бетона на антената единица решетка са били преодолени, когато успя да разработи нискочестотни ултразвукови преобразуватели с STC, относителната честотна лента от порядъка на 100%, както и ниското самочувствие отекващ шум. шум конкретни структурни изследвания, както и на въздействието на смущения от повърхностни вълни за откриване на полезни сигнали са показали, че когато контрол бетон метода на ехо използване преобразувателите STK изгодно да се използва напречен ултразвукови вълни. Съотношението сигнал-шум е средно с 10 dB по-високо, отколкото при използване на надлъжни вълни. Въз основа на тези изследвания е разработен ултразвуковият ехо-импулсен дефектен детектор A1220, показан на фиг.4, който също е предназначен за измерване на дебелината на бетонните структури.

А1220 се състоеше от електронно устройство с графичен дисплей и антенна решетка от 24 ултразвукови трансверсни вълнови датчици с STC. Половината от решетъчните елементи бяха използвани като излъчватели на ултразвукови импулси, а другата половина като приемници. Общите размери на електронния модул са 234x98x33 мм, тегло 0,8 кг. Общи размери на антенната решетка 145x90x75 мм, тегло 0.76 кг.

Диапазонът на измерванията на дебелината на тежкия бетон (по-специално клас 400) е от 50 до 600 мм. Въпреки дънни сигнали в бетон с висока якост могат да се видят на екрана при дебелина до 1,5 м. Грешката при измерване на дебелината на инструмента, като друг импулс-ехо мониторинг устройство за бетон, за да се осигури гарантирани в рамките на ± 10%. Тази грешка включва средното разпространение на ултразвуковите скорости в обема на бетона. Повече подробности за характеристиките и резултатите от приложението на дефектоскоп A1220.

Фиг. 5. Външен вид на дефектен детектор A1220 "Монолит"

Серийното производство A1220 е стартирано през 1998 г. Устройството няма аналози в световната практика и не позволява само да извършва измервания на структурните дебелини, но и да решава различни дефектоскопични проблеми. В допълнение към доставките към страните от ОНД, тя също е в търсенето в Западна Европа.

От 2004 г. започва серийната продукция на дефектоскопа A1220 "Monolith". В сравнение с предшественика си, той е значително подобрен в софтуера и по отношение на електронното строителство. По-специално, стана възможно да се наблюдават ехо сигнали вътре в регулируемата врата и да се измерва времето за забавяне на сигнала с разделителна способност от 0,1 микросекунди в момента, в който сигналът надхвърли определен праг, както положителен, така и отрицателен. Това позволява да се измерва с нарастваща точност дълбочината на местоположението на интерфейса между бетон и материал с всякаква устойчивост на вълни, както по-голяма, така и по-малка от тази на бетона, отличаваща знака на тази разлика. Бяха въведени възможностите за натрупване на до 32 сигнала при многократно сондиране, което увеличи чувствителността на инструмента с 15 dB по методите на предаване. Максималната дълбочина на рефлектора, който ехо на напречните вълни се показва на екрана, подадена до 2 м. A1220 "Монолит", бе разработена настройки на параметрите на системата на устройство за изкоп, подобни на създаване висока обща недостатък на заявлението.

Цялостните размери на електронния модул и антената са се променили малко, теглото на електронния модул е ​​намалено до 0,65 кг. Появата на дефектен детектор A1220 "Monolith" е показан на фиг. 5. Диапазонът на измерванията на дебелината и грешката остават същите като при A1220, тъй като тези характеристики се определят до голяма степен от материала на контролираната структура.

Фиг. 6. Ехо на дъното на екрана A1220 "Монолит" с управление на бетонна плоча с дебелина 400 мм

Фигура 6 показва изображение на изпълнението на приетите трептения от екрана А1220 "Монолит", докато контролира бетонна плоча с най-голям размер на агрегата 20 mm и дебелина 400 mm. Долният сигнал е на нивото 400 мм от хоризонталната скала. При двойна дълбочина е възможно да се различи вторият дънен сигнал в плочата. Курсорът на ръчния манометър е настроен на 916.6 мм.

Често при измерване на дебелината, долният сигнал (с A-сканиране) не се отличава добре от фона на структурния шум. В тези случаи, операторите обикновено използват режим на сканиране "лента", в който антената се пренареждат по повърхността OK по права линия, със стъпка от около 2 0 -.? 4, 0 mm Когато проекторът покаже B-сканиране ехо в координати "разстояние над повърхността Добре от началната точка - дълбочината. " В този случай долният сигнал се появява като хоризонтална лента на някаква дълбочина. И измерването на дебелината вече не е проблем. Освен това е възможно да се оцени промяната в проекта дори дебелина по линията на сканиране, както и за откриване на малки рефлектори ОК от появата на техните образи като тъмни петна на дълбочина по-малка от дебелината на конструкцията. На фиг. 7 показва изображение с недостатък на екрана в режим "лента", получен при сканиране на бетонната плоча от плътни 400 мм. В това изображение, горната - А-сканира хоризонтална (дълбочината) мащаб в mm, по-долу - B-сканиране, където вертикалната забавено дълбочина в метри. Черната хоризонтална лента на B-сканирането е изображението на долната повърхност на плочата.

Фиг. 7. Изображение от екрана A1220 "Монолит" в режим "лента", получено чрез сканиране на бетонна плоча с дебелина 400 mm

Измерванията на дебелината на металните продукти при честоти от няколко мегахерца обикновено се появяват, когато съотношението сигнал към шум е много по-голямо от единицата. Откриването на долния сигнал, измерването на неговото забавено време и индикацията на резултата в цифров вид се извършват автоматично.

Когато контролирате бетона, картината е напълно различна. ниско S / N съотношение затворите на единство, изчезването на дъното на сигнала поради лошо отразяваща на долната повърхност или вътрешни заболявания бетон непрекъснатост, засенчване дъното сигнал, както и дебелина армировка, създавайки повишен шум модел, не позволяват измерване на един прилагане, приети трептения от една позиция на масива на антената. Следователно е необходимо да се използва сканиране с OK антенна решетка с конструкция B-сканиране. Този режим вече е чисто дефектоскопичен, тъй като в повечето случаи само той може да открие вътрешни дефекти на бетона.

Ето защо, проблемът с дебелината на бетоновите и стоманобетонните конструкции, поради много неблагоприятните свойства на бетона за ултразвуково изпитване, почти не се различава от проблема с дефектоскопията на такива конструкции с едностранна достъп. Следователно, устройствата с автоматично цифрово отчитане на дебелината, без да се показва поне A-сканиране на получените сигнали, нямат предимства пред инструментите, базирани на метода на въздействие-ехо и нямат смисъл.

По този начин, с дебелина датчици за мониторинг на бетонни конструкции - това е един недостатък и едновременност, с функция за особено изразен дефектоскопия се обърне към тях възможности за още повече устройства можете да изобразяване, което, от своя страна, с още по-добра надеждност ви дават възможност за измерване на дебелината на бетона масив. Що се отнася до грешка при измерване, което е много тясно свързан с надеждността или дори възможността за получаване на резултати, след което разгледа зависимостта на всички детайли, свързани с конкретни причини за контрол в тази статия е невъзможно. Това зависи не само от дебелината метод за измерване и QA свойства, но и от начина на получаване на информационен параметър (закъснение сигнал) като се използва всеки метод, едно измерване, по-специално, ехо метод, т.е. зависи от метода за контрол. Препоръчително е да се отдели отделна подробна статия за метрологичните аспекти на дебелината на бетонните конструкции.