Ультразвуковые приборы неразрушающего контроля в строительстве

Контроль качества готовых железобетонных изделий и конструкций включает в себя определение основных физико-механических характеристик бетона, таких как прочность, однородность, диаметр и глубина залегания арматуры, водонепроницаемость, морозостойкость и др.

Все эти характеристики могут быть получены с помощью неразрушающих методов испытаний без нарушения сплошности готовых железобетонных изделий. К неразрушающим методам испытаний относятся ультразвукой, ударно-импульсный, магнитометрический, радиационный и другие методы использующие зависимость между косвенными параметрами, полученными с помощью методов неразрушающего контроля (НК), и физико-механическими характеристиками бетона. Приборы, реализующие методы НК, разрабатываются и изготавливаются на предприятии ООО "СКБ Стройприбор".

Ультразвуковой метод НК основан на измерении времени распространения ультразвуковых колебаний (УЗК) в твердых материалах при сквозном и поверхностном прозвучивании на установленной базе прозвучивания. Возбуждение УЗК в исследуемом материале производится при помощи импульсных излучающих пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП), работающих на резонансной частоте. Регистрация, прошедшего через исследуемый материал импульса УЗК, и преобразование его в электрический сигнал осуществляется приемными ПЭП. По известной базе прозвучивания рассчитывается скорость распространения УЗК в исследуемом материале, а по предварительно установленной градуировочной зависимости его прочность.

Для исследования и контроля ультразвуковым методом неметаллических строительных материалов таких как бетон, кирпич, камень применяется килогерцовый диапазон частот, позволяющий испытывать материалы имеющие большую неоднородность. Например, при частоте ультразвуковых колебаний 70 кГц и скорости ультразвука в бетоне 4000 м/с длина волны составит 57 мм. При такой длине волны УЗК распространяются на большие расстояния т.к. происходит дифракция (огибание) материала заполнителя, но уменьшается разрешающая способность метода при выявлении дефектов.

Предприятием ООО «СКБ Стройприбор» выпускаются приборы ультразвуковые УКС-МГ4 и УКС-МГ4С. Приборы предназначены для определение прочности бетона на сжатие бетонных и железобетонных изделий по ГОСТ 17624-2012, кирпича и камней силикатных по ГОСТ 24332-88 в строящихся и эксплуатируемых зданиях и сооружениях, гидротехнических соору¬же¬ниях, предприятиях стройиндустрии.

Прибор УКС-МГ4 выполнен в виде моноблока с установленными на корпусе двумя ПЭП с сухим точечным контактом для поверхностного прозвучивания. При измерении скорости УЗК в железобетонных изделиях методом поверхностного прозвучивания преобразователи ПЭП следует устанавливать в поперечном направлении относительно расположения арматуры. Свойство волн огибать препятствия позволит уменьшить влияние арматуры на результаты измерений. При расположении преобразователей ПЭП по оси арматуры большого диаметра показания прибора будут недостоверными т.к. скорость звука в металле намного выше чем в бетоне.

Прибор УКС-МГ4С дополнительно комплек¬туется двумя внешними ПЭП и предназначен для проведения измерений методом поверхностного и сквозного прозвучивания. Внешние ПЭП имеют кабели длиной 5 метров (приемник) и 1,5 метра (излучатель), что облегчает использование метода сквозного прозвучивания в строительных конструкциях сложной конфигурации. В приборе установлена дополнительная функция позволяющая определять амплитуду принимаемого сигнала в дБ. Данная функция позволяет выявлять скрытые дефекты бетона в виде трещин или пустот теневым методом. Если в бетоне имеется какая либо неоднородность размерами более длины волны (40 × 60 мм), то при сквозном прозвучивании ультразвук частично отражается от этой неоднородности в результате чего амплитуда сигнала уменьшается (рисунок 1).

Рисунок 1 - Определение дефекта в бетоне теневым методом.

Определенные трудности возникают при определении прочности бетона в процессе его твердения. С увеличением влажности скорость распространения ультразвука в бетоне увеличивается, поскольку воздушные поры и микротрещины заполняются водой. Увеличение скорости ультразвука приводит к неверным показаниям прочности у приборов использующих данный метод.

Приборы УКС-МГ4 (УКС-МГ4С) позволяют контролировать прочность бетона в процессе его твердения. Для коррекции скорости распространения ультразвука в зависимости от влажности применяется поправочный коэффициент:

Vo = Kw · Vw

где Vw – измеренное значение скорости ультразвука во влажном бетоне; Vo – приведенная скорость ультразвука; Kw – поправочный коэффициент, зависящий от влажности бетона.

Коэффициент Kw рассчитывается в зависимости от влажности и условий твердения бетона. Влажность бетона можно измерить или определить с достаточной для практических целей точностью по времени и условиям твердения бетона, в приборах УКС-МГ4 (УКС-МГ4С) имеется функция производящая данные расчеты.

Следует отметить, что некоторые производители ультразвуковых приборов указывают в технических характеристиках завышенный диапазон измерений (показаний) времени, например 20000 мкс (0,02 с). Элементарный расчет показывает, что при средней скорости звука в бетоне 4000 м/c данный прибор можно использовать при толщине бетона L = V · t = 4000 · 0,02 = 80 м. Очевидно, что на практике методом сквозного прозвучивания проводить измерения на железобетонных изделиях такой толщины невозможно из-за большого затухания УЗК в бетоне. В тоже время длина кабелей выносных датчиков у данных приборов 1,5 м, т.е. измерения возможны при толщине бетона не более 3 м. Следовательно, можно сделать вывод, что завышенные технические характеристики у таких приборов не что иное, как маркетинговый ход.

Все публикации
Архив по годам: 2006; 2008; 2013; 2015; 2016; 2018; 2019; 2020; 2021; 2022; 2023;