Конспект лекций по дисциплине введ-направ. Конспект лекций по дисциплине Введение в направление

• Название: Конспект лекций по дисциплине Введение в направление
• Анкор: Конспект лекций по дисциплине введ-направ.docx
• Дата: 25.04.2018
• Размер: 11.02 Mb.
• Имя файла: Конспект лекций по дисциплине введ-направ.docx
• Тип: Конспект; #18476
• страница: 14 из 21

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. Практически единственный из неразрушающих методов 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. Поддается высокой степени автоматизации. Имеются и другие менее существенные достоинства.

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

Полученные экспериментальным путем градуировочные 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.
Метод ударного импульса

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 архитектурно-строительной академии разработан метод ударного импульса, позволяющий учитывать как пластические, так и упругие свойства бетона [4 ].

Сущность метода заключается в следующем.

Боек 1 (рис. 2.2.62) 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 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 прочностью свойства бетона; и_? наоборот, чем выше упругие свойства, возрастает величина силы F, сокращается время действия удара и увеличивается прочность бетона. Т.е. при нормированном ударе величина реактивной силы F и длительность действия удара могут служить показателями прочности 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 (рис. 2.2.62) (пьезоэлектрический или магнитострикционный), который механическую энергию удара преобразует в электрический импульс.



Рис. 2.2.62. Схема работы бойка:

а - конструкция бойка; 1- масса бойка; 2 - пружина; 3 - исследуемый бетон;

4 - электромеханический преобразователь;

б - формы электрического импульса; 1-при ударе по бетону прочностью 25 МПа; 2-то же прочностью 10 МПа
Амплитуда А будет пропорциональна силе F , а время t пропорционально длительности действия удара. На рис. 6.5.45, б приведены формы электрических импульсов при ударе бойка о бетон прочностью 25 МПа и 10 МПа. Следовательно, амплитуда А и время t могут служить косвенными характеристиками прочности бетона;



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).

Прибор имеет форму пистолета (рис. 2.2.63) 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. 2.2.63. Конструкция прибора ИП-1:

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 включается питание, при этом на цифровом индикаторе высвечивается произвольное трехразрядное число. С помощью рычага взвода сжимается пружина и в таком состоянии фиксируется. В это время показания индикатора устанавливаются на ноль. Далее прибор прикладывается к поверхности железобетонной конструкции, и нажатием на спусковой крючок производится 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 принимается усредненное значение из пяти измерений, при этом выбросы в большую или меньшую стороны не учитываются. Это означает, что боек ударился в щебень или раковину.

Настройка прибора производится путем одновременных испытаний кубов прибором ИП-1 и на прессе. Результаты таких испытаний приведены на рис. 2.2.64.


Рис. 2.2.64. Результаты испытаний кубов с ребром 100 мм прибором ИП-1 и на прессе
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 только до 50 мм.
Оценка однородности бетона в конструкциях

По своей природе бетон является неоднородным материалом, т.е. прочностные характеристики бетона одного и того же состава могут значительно различаться. Это зависит от однородности составляющих материалов, качества дозировки, степени уплотнения, режима тепловой обработки и т.д.

Однородность бетона влияет на несущую способность и надежность конструкций и сооружений в целом. Поэтому однородность является одной из основных характеристик и показателей качества строительных конструкций.

Однородность бетона в конструкциях характеризуется среднеквадратичным отклонением прочности бетона S_K и коэффициентом вариации прочности.

Согласно ГОСТ 21217-75, однородность бетона S_K и коэффициент вариации V определяются следующим образом.

Для отдельной конструкции




Для партии конструкции при выборочном контроле





В целом значения среднеквадратичного отклонения прочности бетона S_n и коэффициента вариации определяются с учетом погрешности при построении тарировочной кривой.

;

;

:



где S_k, S_m, S_p - соответственно среднеквадратичное отклонение прочности бетона для отдельной конструкции, партии конструкций и в целом за определенный промежуток времени;

V_k, V_m, V_n - коэффициенты вариации прочности бетона соответственно для отдельной конструкции, партии конструкций;

S_n - усредненное значение квадратичного отклонения прочности бетона по всем партиям;

S_T - среднее квадратичное отклонение прочности по градуировочной зависимости (6.5.6);

R_n - средняя прочность бетона по всем партиям за анализируемый период;

R_m - средняя прочность бетона в конструкциях одной партии;

R_n - средняя прочность бетона в одной конструкции;

n - число контролируемых участков в одной конструкции;

N - число контролируемых участков во всех конструкциях одной партии;

R_jn- прочность бетона в одном i-м участке одной конструкции;

R_iN - прочность бетона в одном i-м участке во всей партии конструкций.

Оценку однородности бетона по прочности на предприятиях сборного железобетона и на стройках следует производить отдельно для каждого вида конструкций и для каждого технологического комплекса.

Однородность прочности бетона для партии конструкций или отдельных конструкций в контролируемом возрасте признается удовлетворительной, если коэффициент вариации не превышает 20%. Если 'коэффициент вариации превышает 20%, необходимо срочно принимать меры к отладке технологических режимов, проверить качество поступаемых материалов, а вопрос об использовании конструкций, изготовленных с повышенной неоднородностью бетона, необходимо решать с той организацией, которая их проектировала.

Однородность бетона в значительной степени зависит от культуры производства на заводах ЖБИ и строительных площадках, от соблюдения технологического режима. Величина однородности бетона влияет на требуемую среднюю его прочность.
Определение прочности бетона монолитных конструкций ультразвуковым методом способом поверхностного прозвучивания. Методические рекомендации ГУП «НИИЖБ»

В соответствии с ГОСТ 17624-87 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности», контроль монолитных конструкций ультразвуковым методом производится только способом сквозного прозвучивания. Опыт работы лаборатории железобетонных конструкций и контроля качества ГУП НИИЖБ показал возможность применения для неразрушающего контроля прочности бетона монолитных конструкций способа поверхностного прозвучивания.

Настоящие рекомендации разработаны в развитие ГОСТ 17624-87 и содержат основные правила контроля прочности бетона на сжатие монолитных конструкций способом поверхностного прозвучивания.

1. Общие положения

1.1. Способ поверхностного прозвучивания может использования для контроля разопалубочной прочности бетона и прочности в установленные проектом сроки при возведении монолитных конструкции, а также при инженерных обследованиях эксплуатируемых и реконструируемых монолитных конструкций.

1.2. Определяется прочность бетона по экспериментально установленным градуировочным зависимостям «скорость распространения ультразвука при поверхностном прозвучивании - прочность бетона» или «время распространения ультразвука при поверхностном прозвучивании - прочность бетона».

1.3. Способ поверхностного прозвучивания может использоваться для контроля прочности тяжелого и легкого бетона классов В7,5 - В50 при условии удовлетворения градуировочной зависимости требованиям п.2.9.

1.4. Ультразвуковые измерения производятся с помощью приборов, отвечающих требованиям ГОСТ 17624-87 и обеспечивающих измерение скорости (времени) распространения ультразвука на базе 120 мм и более. Рекомендуется использовать приборы с преобразователем, обеспечивающим сухой способ акустического контакта.

2. Подготовка к испытаниям

2.1. Для определения прочности бетона в конструкциях предварительно устанавливается градуировочная зависимость.

2.2. Градуировочная зависимость устанавливается на основании данных параллельных испытаний одних и тех же участков конструкций ультразвуковым методом и методом отрыва со скалыванием по ГОСТ 22690-88 или по данным ультразвуковых испытаний участков конструкций и испытаний образцов, вырезанных из тех же участков конструкций, в соответствии с ГОСТ 28570-90.

Возможно также построение градуировочной зависимости по данным ультразвуковых испытаний образцов-кубов и последующих их испытаний на прессе. Кубы должны находиться в тех же условиях, в которых находятся конструкции и ультразвуковые испытания кубов должны производиться в тех же условиях, в которых будут испытываться конструкции.

2.3. Построение градуировочных зависимостей по данным испытаний образцов ведется в соответствии с ГОСТ 17624-87.

2.4. При построении градуировочной зависимости по данным параллельных испытаний ультразвуковым методом и методом отрыва со скалыванием, или испытания образцов, вырезанных из конструкций, на подлежащих испытанию конструкциях или их зонах предварительно проводят ультразвуковые измерения и определяют участки с минимальной и максимальной скоростью (временем) распространения ультразвука. Затем выбирают не менее 12 участков, включая участки, в которых скорость (время) распространения ультразвука максимальна, минимальна и имеет промежуточные значения.

После испытания ультразвуковым методом эти участки испытывают методом отрыва со скалыванием или отбирают из них образцы для испытания под прессом.

2.5. Возраст бетона в отдельных участках не должен отличаться более чем на 25% от среднего возраста бетона подлежащих контролю зоны конструкции, конструкции или групп конструкций. Исключение составляет построение градуировочной зависимости для определения прочности бетона при проведении инженерных обследований, когда различие в возрасте не регламентируется.

2.6. На каждом участке магнитным прибором ("Поиск" или др.) определяется положение арматуры, а затем ультразвуковым прибором проводят не менее 2-х измерений скорости (времени) распространения ультразвука. Измерения проводятся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Прозвучивание производится под углом примерно 45° к направлению арматуры, параллельно или перпендикулярно ей. При прозвучивании в направлении, параллельном арматуре, линия прозвучивания располагается между арматурными стержнями (рис. 2.2.65).


Рис. 2.2.65

1 - положение прибора при испытании, 2 - расположение арматуры
2.7. Отклонение отдельных результатов измерений скорости (времени) распространения ультразвука на каждом участке от среднего арифметического значения результатов измерений для данного участка, не должно превышать 2 %. Результаты измерений, не удовлетворяющие этому условию, не учитываются при вычислении среднего арифметического значения скорости (времени) распространения ультразвука для данного участка.

2.8. Градуировочную зависимость, устанавливают, принимая за единичные значения среднее значение скорости (времени) распространения ультразвука в участке и прочность бетона участка, определенную методом отрыва со скалыванием или испытанием отобранных образцов.

2.9. Установление, проверку градуировочной зависимости и оценку ее погрешности проводят в соответствии с методикой, приведенной в приложении 4 к ГОСТ 17624-87.

Пример установления градуировочной зависимости и оценки ее погрешности приведены в приложении 5 ГОСТ 17624-87.

Допускается проводить построение линейной градуировочной зависимости вида R= а + bV или R = а + bТ (где R - прочность бетона, V и Т - соответственно скорость или время распространения ультразвука) без отбраковки единичных результатов, пользуясь имеющимися программами для ЭВМ, например программой ЕХСЕL.

Коэффициент корреляции градуировочной зависимости должен быть не менее 0,7, а значение относительного среднего квадратического отклонения S_т.н.м.ср.Ј0,15. В отдельных случаях, по согласованию с разработчиками настоящих рекомендаций, доиспользовать градуировочную зависимость при S_т.н.м.ср.Ј0,2.

Проверка градуировочной зависимости производится в соответствии с приложением 4 ГОСТ 17624-87. При этом в случае ее построения по данным параллельных испытаний ультразвуковым методом и методом отрыва со скалыванием, результаты испытаний кубов заменяются испытанием участков конструкций.

Проверка градуировочной зависимости может быть заменена корректировкой зависимости с учетом дополнительно получаемых результатов испытаний. При этом проверка или корректировка должна производиться не реже одного раза в месяц.

При переходе температуры наружного воздуха через -5°С градуировочная зависимость должна или корректироваться или строиться заново.
Количество образцов или участков при проведении проверки или корректировки должно быть не менее пяти.
3. Использование универсальной градуировочной зависимости для ориентировочного определения прочности бетона
3.1. В связи с тем, что в ряде случаев построение градуировочной зависимости затруднено или невозможно, допускается ориентировочное определение прочности бетона с использованием универсальной градуировочной зависимости.

3.2. Универсальную градуировочную зависимость следует устанавливать для конкретных регионов путем совместной обработки данных, использованных для построения градуировочных зависимостей для отдельных объектов строительства. На рис. 2.2.66 приведена градуировочная зависимость, построенная на основании обобщения данных испытаний на 17 объектах монолитного строительства в г. Москве. Испытывался бетон в возрасте примерно 28 суток. Зависимость имеет вид R_y=0,016V-27,3.

Относительное остаточное среднее квадратическое отклонение зависимости 16%, коэффициент корреляции 0,78.

3.3. Зависимость по п.3.2 может использоваться для ориентировочной оценки прочности бетона от 15 МПа до 40 МПа.

3.4. Рекомендуется уточнять зависимость для конкретных условий испытаний по формуле