Приборы для импульсных испытаний применяются для определения структурных изменений в бетоне и других свойств материала, от которых зависит его прочность. Они могут быть использованы для контроля процесса твердения бетона, определения дефектов (трещин) в бетоне и в сварных швах, качества швов при замоноличивании сборных конструкций и т. д.
Импульсные методы контроля качества бетона основаны на определении скорости распространения упругих волн и характеристики их поглощения.
Принцип действия ультразвукового прибора (черт. № 159) заключается в следующем. Ультразвуковые импульсы, возбуждаемые высокочастотным генератором, периодически подаются на излучатель, в котором эти импульсы преобразовываются в механические колебания. Последние, пройдя через толщу бетона, попадают в приемник, в котором преобразовываются в электрические импульсы.
черт. № 158. Схема контроля импедансный методом:
1 — контролируемое изделие; 2 — контактный наконечник; 3- динамометрический пьезоэле-мент; 4 — звукопроводящий стержень; 5 — излучающий пьезоэлемент; 6 — звуковой генератор; 7 — усилитель; 8 индикатор
черт. 159. Блок-схема ультразвукового импульсного прибора:
1 — бетонный элемент; 2 — излучатель; 3 — генератор импульсов; 4 — задающий генератор; 5 — ждущая развертка; 6 — генератор меток времени; 7 — электроннолучевая трубка; 8 — усилитель; 9 — приемник
Электрические импульсы через усилитель подаются на электроннолучевую трубку.
Моменты посылки импульса с одной стороны бетонного элемента и приема (преобразование механических колебаний в электрические) импульса с другой стороны фиксируются на экране в виде синусоидальных сигналов.
Моделирование процесса распространения ультразвуковых волн осуществляется с помощью специального электронного устройства.
В приборе имеется также генератор меток времени, с помощью которого через определенные отрезки времени на экране электроннолучевой трубки наносят временную шкалу меток времени. По количеству меток времени или методом совмещения края импульса с пришедшим сигналом определяют время (в микросекундах) прохождения ультразвука через бетонный элемент. Зная величину времени и размеры бетонного элемента, определяют скорость по формуле
Однако величина скорости ультразвука может характеризовать качество бетона только в том случае, если заранее известны свойства исходных материалов и остается неизменной технология производства изделий.
Для получения более точных результатов и при неизвестных свойствах исходных материалов необходимо, кроме скорости ультразвуковых волн, определять характеристику их рассеивания и поглощения бетоном.
В Институте строительства и архитектуры Академии наук Латвийской ССР разработана комплексная ультразвуковая импульсная установка, с помощью которой можно определять три характеристики бетонного элемента: упругую — по скорости распространения ультразвука; неупругую—по коэффициенту затухания и степени структурной неоднородности бетона.
Характеристики этой установки и некоторых других ультразвуковых приборов приведены в табл. 31.
Для определения времени распространения сложного акустического импульса при испытании бетона в ЛКВВИА им. А. Ф. Можайского разработан акустический микросекундомер АМ-У (черт. № 160). Прибор позволяет проводить испытания на базе от 5 см до 6 м.
Принцип действия прибора АМ-У заключается в следующем. Электромеханический вибратор возбуждает и посылает в исследуемый элемент зондирующий импульс и одновременно электрический сигнал в блок развертки импульса. Блок развертки обеспечивает запуск горизонтальной развертки луча на электроннолучевой трубке. Приемник колебаний, расположенный с противоположной стороны образца, в момент прихода зондирующего импульса в свою очередь посылает электрический сигнал на электроннолучевую трубку, благодаря чему электронный луч получает вертикальное отклонение. Блок калиброванной задержки времени посылает на осциллограмму марку времени, которая может быть совмещена с любой точкой осциллограммы. Отсчет времени берется по шкалам прибора, а перевод его в микросекунды производится с помощью контрольной осциллограммы или принимается по номограмме.
Ультразвуковой прибор Импульс-1 отличается от других приборов тем, что в нем имеется малое количество ламп и используется декадная, дискретная задержка через 0,1 мксек. Прибор выполнен в двух вариантах — на электронных лампах и на транзисторах.
Ультразвуковой прибор ДУК.-20 среди ультразвуковых приборов является самым универсальным, позволяет производить испытание бетона и других строительных материалов с помощью импульсов, изменяющихся в большом диапазоне по частоте посылок и амплитуде колебаний. В приборе имеется дискретная задержка, а также устройство для измерения затухания колебаний.
Факторы, влияющие на скорость ультразвука. При испытании бетона с помощью ультразвуковых импульсных методов необходимо учитывать целый ряд факторов, оказывающих влияние на зависимость между скоростью ультразвука и прочностью бетона.
черт. № 160. Схема акустического микросекундомера АМ-У:
1 — бетонный элемент; 2 — электромеханический вибратор; 3 — звукоприемник; 4 — блок питания прибора; 5 — блок питания электроннолучевой трубки; 6 — нелинейный усилитель сигнале; 7 — микросекундный генератор; 8 — калиброванная задержка времени; 9 — генератор развертывающих и синхронизирующих импульсов; 10 — электроннолучевая трубка
Прежде всего необходимо отметить, что на эту зависимость оказывает влияние: вид крупного заполнителя, его крупность, пористость и процентное содержание в единице исследуемого объема. Многочисленными исследованиями установлено, что с увеличением содержания крупного заполнителя скорость ультразвука возрастает.
По данным И. В. Защука, вид крупного заполнителя оказывает большое влияние на скорость ультразвука (черт. № 161). В связи с этим испытание бетонов на неизвестном щебне приводит к значительным погрешностям. На скорость ультразвука влияет также и соотношение расхода заполнителей к расходу цемента, а также вид цемента и его активность.
Опубликовано: 22.09.2013
