Дополнительные сведения и замечания о представленных методах.

Шумодиагностический метод применяется не только на динамически работающих агрегатах, но и в целях течеискания на трубопроводах, сосудах и резервуарах. Течи обнаруживаются по шуму, создаваемому трением истекающей через дефект среды о его края.

Вибродиагностический метод применяется как обязательный при диагностике компрессоров газопроводных систем в металлургическом производстве.

Акустико-эмиссионный (АЭ) метод обеспечивает выявление развивающихся дефектов посредством регистрации и анализа акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и роста трещин в контролируемых объектах. Кроме того, метод АЭ позволяет выявить истечение рабочего тела (жидкости или газа) через сквозные отверстия в контролируемом объекте. Указанные свойства метода АЭ дают возможность формировать адекватную систему классификации дефектов и критерии оценки технического состояния, объекта, основанные на реальном влиянии дефекта на объект.

Характерными особенностями метода АЭ, определяющими его возможности, параметры и области применения, являются следующие:

- Метод АЭ обеспечивает обнаружение и регистрацию только развивающихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности.

- В производственных условиях метод АЭ позволяет выявить приращение трещины на десятые доли миллиметра. Предельная чувствительность акустико-эмиссионной аппаратуры по расчетным оценкам составляет порядка 1х10^-6 мм², что соответствует выявлению скачка трещины протяженность 1 мкм на величину 1 мкм, что указывает на весьма высокую чувствительность к растущим дефектам.

- Свойство интегральности метода АЭ обеспечивает контроль всего объекта с использованием одного или нескольких датчиков АЭ, неподвижно установленных на поверхности объекта.

- Метод АЭ позволяет проводить контроль различных технологических процессов и процессов изменения свойств и состояния материалов.

- Положение и ориентация дефекта не влияет на выявляемость дефектов.

Метод АЭ может быть использован для контроля объектов при их изготовлении - в процессе приемочных испытаний, при периодических технических освидетельствованиях, в процессе эксплуатации.

Целью АЭ контроля является обнаружение, определение координат и слежение (мониторинг) за источниками акустической эмиссии, связанными с несплошностями на поверхности или в объеме стенки сосуда, сварного соединения и изготовленных частей и компонентов. Источники АЭ рекомендуется при наличии технической возможности оценить другими методами неразрушающими контроля. АЭ метод может быть использован также для оценки скорости развития дефекта в целях заблаговременного прекращения испытаний и предотвращения разрушения изделия. Регистрация АЭ позволяет определить образование свищей, сквозных трещин, протечек в уплотнениях, заглушках, арматуре и фланцевых соединениях.

АЭ контроль технического состояния обследуемых объектов проводится только при создании в конструкции напряженного состояния, инициирующего в материале объекта работу источников АЭ. Для этого объект подвергается нагружению силой, давлением, температурным полем и т.д. Выбор вида нагрузки определяется конструкцией объекта и условиями его работы, характером испытаний. На рисунке 30 приведены фотографии некоторых современных акустико-эмиссионных систем.

«Малахит АС-12А» (Россия) «Малахит АС-14А» (Россия)

«Малахит АС-15А» (Россия) «ЭКСИТОН-4080» » (Россия)

«АФ-44» (Молдова) «Лель» («A-Line 32D», США)

Рисунок 30. Некоторые современные акустико-эмиссионные системы.

Импедансный метод (от английского «impedance» - «сопротивление») широко применяется в аэрокосмической промышленности. Только этот метод позволяет достоверно оценить качество спайки сверхлегких сотовых панелей, применяемых в конструкциях элементов крыльев самолетов и корпусов спутников.

Локальный метод свободных колебаний используют в военной промышленности для проверки качества присоединения звукопоглощающих покрытий на корпусах подводных лодок.

Применение интегрального метода свободных колебаний пассажиры железнодорожных поездов могут наблюдать во время стоянки на крупных станциях.

Резонансные методы вынужденных колебаний в настоящее время практически не используются, так как задачи дефектоскопии и толщинометрии более точно решают импульсные ультразвуковые методы.

Теневой амплитудный метод – самый первый в истории возникновения ультразвуковой дефектоскопии (был открыт в 1928 году в России инженером С.Я. Соколовым). Сегодня он используется только при контроле крупных отливок и поковок. Достоинствами метода является то, что он может быть реализован в простом непрерывном режиме излучения ультразвука и то, что волны проходят толщину объекта лишь в одну сторону, что снижает потери их амплитуды от затухания на крупном зерне материала объекта.

Недостатки теневого амплитудного метода:

1. Метод требует двустороннего доступа к объекту с соосным расположением излучателя и приемника.

2. Метод не дает возможности определять глубину залегания дефектов.

Теневой временной метод является продуктом совершенствования теневого амплитудного метода с применением импульсного режима. Он позволяет не только выявить внутренний дефект в поковке или отливке, но и оценить его размеры.

Велосиметрический метод (от английского «velocity» - «скорость» и греческого «метрико» - «измеряю»), кроме показанного варианта, в ином виде применяется для оценки качества (определения марки) бетона. Объект из бетона известной толщины подвергают прозвучиванию по принципу теневого метода, измеряя скорость звука в нем. Для бетона характерна ярко выраженная прямая зависимость скорости звука от его качества (дисперсности). Поэтому метод нашел применение в строительстве (см. стандарт [19]).

Ни один из других ультразвуковых методов контроля сегодня не может сравниться по популярности с эхо-методом. Информативность, мобильность, безопасность, портативность, экономичность и автономность электропитания, достаточность одностороннего доступа к объекту, а главное – более высокая достоверность контроля – вот те качества, в которых этот метод значительно выигрывает перед рентгеном. Если рентгену в самом мощном (рентгеноскопическом) варианте доступны для контроля стальные объекты не толще 80 мм, то для ультразвукового эхо-метода этот размер может измеряться метрами. Эхо-метод позволяет не только выявлять внутренние дефекты, но и оценивать их величину, отличать плоскостные дефекты от объемных, определять глубину залегания. Единственный показатель, в котором радиационные методы имеют приоритет перед ультразвуковым эхо-методом – иллюстративность результатов контроля. Но и эта проблема в акустике сегодня решается: например, на рисунке 31-в приведена фотография современного ультразвукового дефектоскопа Х-32, построенного на так называемых фазированных акустических решетках (ФАР) и показывающего приблизительные образы выявляемых дефектов. Применение эхо-метода регламентируется стандартами [20÷25].

Сегодня трудно найти такую отрасль промышленности, где бы не применялся ультразвуковой эхо-метод в целях оценки качества сварных соединений, металлических и неметаллических деталей и элементов. В разделах 1 и 4 приложения 1 приведены «Методика ультразвукового контроля цапф ковшей, транспортирующих расплавленный металл», «Методика ультразвукового контроля цапф ковшей, транспортирующих расплавленный металл», разработанные в ООО НИЦТДЭиС «Регионтехсервис».

а) б)

в)

Рисунок 31: а) цифро-аналоговый ультразвуковой дефектоскоп «EPOCH LT»; б) выявление подобным дефектоскопом модели дефекта в стальном образце;

в) ФАР-дефектоскоп «Х-32».

Эхо-зеркальный метод ранее при контроле сварных соединений котлоагрегатов вменялся как обязательный для оценки формы и размеров дефектов, заведомо выявленных эхо-методом. Но из-за отрицательного влияния габаритов датчиков он мог быть применим только на объектах толщиной более 40 мм. Сегодня такие задачи успешно решаются с помощью дифракционно-временного и дельта-метода.

Реверберационный метод применяется для проверки качества межметаллической адгезии в биметаллах, например, при диагностике состояния плакирующих наплавок на внутренней поверхности варочных котлов бумагоделательного производства.

Ультразвуковая толщинометрия (импульсным эхо-методом) – неотъемлемая процедура при диагностировании сосудов, трубопроводов, резервуаров, а также в судостроительном и судоремонтном производстве. На объектах Ростехнадзора в большинстве случаев удовлетворяет точность измерения ± 0,1 мм, но некоторые современные толщиномеры (например, выпускаемые германской фирмой «Крауткремер») позволяют измерять толщины от 1 до 50 мм с точностью ± 0,001 мм.

Рисунок 32. Измерение толщины стенки трубы ультразвуковым толщиномером.

Эхо-теневой метод применяется как вспомогательный при лабораторном контроле небольших, но ответственных деталей. Для него необходим специальный дефектоскоп с дополнительным приемным каналом.

Зеркально-теневой метод применяется как дополнительный (подтверждающий результаты эхо-метода) при контроле толстых сварных соединений котлоагрегатов и трубопроводов в электроэнергетике.

Эхо-сквозной метод, в частности, реализован российско-германской компанией «Нординкрафт» в виде стационарной установки для контроля листового проката на Череповецком металлургическом комбинате (см. фото на рисунке 33).

Рисунок 33. Установка «Нординкрафт» для автоматического контроля эхо-сквозным методом листового проката на Череповецком металлургическом комбинате.

Методы и средства неразрушающего контроля прочности материалов

При выборе методов и средств неразрушающего контроля прочности материалов необходимо определиться в составе материалов, используемых в в соответствующих изделиях и конструкциях. Следует считать, что наиболее распространенными материалами являются бетон и железобетон, металлы и полимеры. Необходимо также определиться в составе контролируемых показателей. По-видимому, наиболее важными для оценки эксплуатационной надежности изделий и конструкций являются следующие показатели:

- физико-механические характеристики вышеуказанных материалов (прочностные, упругие, плотность и др.);

- толщина защитного слоя арматуры в железобетоне;

- толщина лакокрасочных и других видов защитных покрытий;

- свойства арматуры в железобетоне;

- диаметр арматуры;

- характеристики коррозии бетона и арматуры;

- различные виды дефектов специфические для каждого вида материалов;

- и другие показатели.

Физико-механические характеристики материалов являются приоритетными показателями, а бетон является наиболее распространенным материалом, поэтому основное внимание будет уделено выбору методов и средств неразрушающего контроля прочности бетона.

Общая характеристика прочности бетона

Одной из основных характеристик бетона, позволяющей стать ему основным строительным материалом, является высокая прочность на сжатие.

Прочность - свойство материала воспринимать, не разрушаясь внешние механические нагрузки и воздействия (сжатие, растяжение, сдвиг и др.).

Предел прочности - максимальное значение механической нагрузки, приведенной к единице площади рабочего сечения, при достижении которой материал разрушается.

Предельное значение прочности обозначается R и имеет размерность МПа или кгс\см² .

Легкие бетоны (керамзитобетон, пенобетон) обладают прочностью на сжатие в диапазоне 5-20 МПа, тяжелые бетоны, в которых в качестве крупного заполнителя используется известняк, имеют прочность 7-40 МПа, а на гранитном заполнителе-10-60 МПа. У специальных бетонов прочность на сжатие может достигать 120 МПа. Прочность бетона зависит от его состава, прочностных и геометрических характеристик исходного материала, активности цемента и других факторов.

Кроме прочности, необходимо рассмотреть и такое понятие, как класс бетона.

Класс бетона по прочности - показатель, характеризующий прочность бетона, устанавливаемый техническими нормами в зависимости от основных эксплуатационных характеристик или свойств материалов.

Согласно СНИП 2.03.01-84, при проектировании строительных конструкций принимаются классы по прочности: В3,5 ; В5; В7,5 ; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Классы характеризуются прочностью R. которая является исходной величиной для определения Re, R_b R_bm R_bt, R_Mn, R_bp и др. и исходной величиной для расчета состава бетонной смеси, Фактическая прочность бетона R должна соответствовать (но не равна) значению прочности заданного класса с определенной степенью обеспеченности, величина которой нормируется и, в соответствии с ГОСТ 25192 - 82,составляет 0,95.

Так, если из бетонной смеси, соответствующей классу В20 с R_bn=153 кг/см², изготовить и после 28-дневного твердения испытать на сжатие три кубика размером 150x150x150 мм» то результаты испытания могут быть равными 195 кг\см² , 210 кг\см², 215 кг\см². Среднее значение R_c = 208 кг\см²

Т.е. рассчитывать бетонную смесь нужно таким образом, чтобы была гарантирована проектная прочность с обеспеченностью не менее 0,95.

До 1985г. вместо классов при расчете строительных конструкций использовалось понятие "Марка бетона".

Значение класса (марки) бетона принимается при проектировании строительных конструкций в зависимости от их назначения, условий эксплуатации, геометрических размеров и экономических соображений. Так, для плит перекрытий используется бетон В20, для колонн - В25, для свай – В30, при строительстве Останкинской башни применялся бетон В50.

По своей природе бетон является неоднородным материалом, и в одной конструкции прочность может изменяться в некоторых пределах.

Определение фактической прочности бетона непосредственно в строительных конструкциях является сложной технической задачей. Для человечества такая проблема возникла одновременно с появлением бетона и решалась по-разному в зависимости от уровня технического развития. Сложность проблемы заключалась еще и в том, что в природе отсутствует такая физическая величина, как прочность. Эту задачу можно решить только путем использования косвенных величин, связанных с прочностью. Одной из первых косвенных величин было усилие (Р), при достижении которого разрушался бетонный кубик или цилиндр. Данную величину можно замерить различными способами. Разделив усилие на площадь поперечного сечения, получим искомое значение прочности бетона на сжатие, из которого изготовлен кубик. В дальнейшем в качестве косвенных характеристик использовались диаметры отпечатков, усилие вырыва анкера, величина отскока упругого тела, скорость ультразвука и др.

В последующих главах рассмотрим способы применения различных косвенных характеристик и методы определения прочности бетона в строительных конструкциях.

Классификация методов контроля

Развитие теоретических и экспериментальных исследований в области контроля качества привело к появлению значительного количества методов оценки прочности бетона. Каждый из существующих методов имеет определенную область применения, свои достоинства и недостатки, требует использования простого устройства или сложного электронного прибора. Для более полного понимания сущности этих методов необходимо провести их классификацию.

Основным признаком классификации является физическая сущность, положенная в основу метода. По способу воздействия на конструкцию методы принято разделять на разрушающие, с местным разрушением и неразрушающие. Такая классификация, на наш взгляд, более полно отражает сущность метода и исходит из следующих условий. Если после испытаний образец разрушен и не пригоден для дальнейшего использования по своему назначению, такой метод классифицируется как разрушающий. Если конструкция остается пригодной к эксплуатации, но после испытания требуется ее ремонт, такой метод следует отнести к методам с местным (локальным) разрушением. Неразрушающие методы предусматривают воздействие на конструкцию, которое не отражается на ее эксплуатационной способности.

Разрушающий метод

В основу метода положено испытание до разрушения контрольных образцов, изготовленных из того же бетона и по той же технологии, что и строительная конструкция. При этом принято условие, что прочность бетона в контрольных образцах такая же, что и в конструкции. Данным методом определяется прочность на сжатие R_c и на растяжение R_bt- В России и странах СНГ в качестве контрольных образцов используются кубы размером 100x100x100 мм, 150x150x150 мм, 200x200x200 мм и балочки, размером 100x100x400 мм или 150x150x600 мм. В зарубежных странах в качестве контрольных образцов используются цилиндры 100x100x400 мм.

Образцы для испытания (кубы и цилиндры) могут быть выпилены непосредственно из строительной конструкции. В этом случае определяется прочность бетона непосредственно в конструкции. Однако в процессе выпиливания возникают микроразрушения на поверхности образцами полученная прочность может быть занижена.

Метод местного (локального) разрушения бетона

Этот метод, в свою очередь, включает группу самостоятельных методов, основанных на разрушении бетона на определенном участке конструкции.

Метод отрыва со скалыванием. Основан на использовании зависимости усилия, необходимого для вырывания анкерного стержня из бетона,от прочности данного бетона. Вместе с анкерным стержнем вырывается часть бетона конической формы.

Метод скалывания углов. Основан на использовании зависимости усилия, необходимого для скалывания угла в конструкции на определенной длине от прочности бетона.

Огнестрельный метод. В основу метода положена зависимость объема разрушенного бетона, при соударении о него пули при стрельбе из пистолета от прочности бетона.

Ниже данные методы будут рассмотрены более подробно.

Неразрушающие методы определения прочности бетона

Целая группа методов, позволяющих без разрушения бетона определять его прочность, при этом используются различные косвенные величины, имеющие связь с прочностью.

Склерометрический метод или метод пластических деформаций

Основан на использовании зависимости диаметра отпечатка, полученного вследствие пластических деформаций бетона от удара о его поверхность сферическим упругим телом, например, шариком, от прочности бетона. В этом случае учитываются только пластические свойства бетона.

Метод упругого отскока. Основан на использовании зависимости величины отскока упругого тела, при соударении его о поверхность бетона, от прочности этого бетона.

Ультразвуковой импульсный метод. Используется зависимость скорости распространения импульсного ультразвука от прочности бетона.

Метод ударного импульса. В основу метода положено преобразование энергии удара бойка в электрический импульс, а прочность бетона определяется по форме электрического сигнала, которая зависит от упругих и пластических свойств материала.

Механический разрушающий метод

Метод основан на испытании механическим способом до разрушения контрольных образцов. Прочность определяется по величине разрушающей нагрузки:

R=f(P),

где R - прочностная характеристика бетона R_c, R_b, R_bt МПа или кгс\см²;

Р - усилие, при котором разрушается образец, КН или кгс ;

f - аналитическая зависимость между усилием и прочностью.

где А - рабочая площадь поперечного сечения образца, см².

Данный метод является практически одним из первых. Упоминание о нем можно найти в работах, посвященных возможности использования бетона в строительстве. Основные теоретические исследования были проведены А.А. Гвоздевым, Б.Г. Скрамтаевым, О.Я. Бергом при изучении теории прочности бетона и железобетона, а наибольшего развития он получил в 50-х годах одновременно с развитием строительной индустрии.

Разрушающим методом определяются основные прочностные и деформативные характеристики бетона, к которым относятся: прочность на сжатие R_c, призменная R_b, прочность на растяжение R_bt, модуль упругости Е_b, коэффициент Пуассона μ.

Прочность бетона на сжатие определяется путем испытания до разрушения на гидравлических прессах контрольных образцов в виде кубов с размерами граней 100x100x100 мм, 150x150x150 мм, 200x200x200 мм, 300x300x300 мм, призм 100x100x400 мм, цилиндров 100x400 мм. Размер образцов выбирается с учетом вида бетона и диаметра крупного заполнителя. На заводах ЖБИ при контроле прочности тяжелого бетона используются образцы в виде кубов с размером ребра 100 мм, а для легких бетонов-150 мм. На строительных площадках применяются кубы с ребром 150 мм. Образцы изготавливаются сериями в разъемных металлических формах, отвечающих требованиям ГОСТ 22655-84, из того же бетона, что и строительная конструкция, и для них применяется аналогичная с конструкцией термовлажностная обработка.

Каждая серия должна состоять из трех образцов, а количество серий зависит от сложности конструкции, степени однородности бетона, изменчивости технологического процесса и внешней среды. При изменении одного из указанных параметров необходимо проводить новые испытания. Как правило, изготовление и испытание образцов выполняются на стадиях распалубки, передачи на бетон предварительного натяжения арматуры и загружения конструкции внешней нагрузкой (транспортной, монтажной, эксплуатационной).

Испытания образцов проводятся в специализированных лабораториях на гидравлических прессах соответствующей мощности. Перед испытанием образцы выдерживаются в течение суток после распалубки в помещении с нормальной влажностью и температурой в пределах 18-20°С. За это время бетон в образцах приобретает нормальную влажность и температуру.

Во время испытания необходимо обращать внимание на некоторые требования, невыполнение которых приводит к неправильной оценке прочности бетона. На опорной плите пресса кубик должен устанавливаться таким образом, чтобы усилие сжатия создавалось в направлении, перпендикулярном направлению бетонирования, а сам образец необходимо центрировать по его вертикальной геометрической оси, которая должна совпадать с центром шарниров пресса. Для этих целей плиты пресса имеют разметочные линии. В случае плохого центрирования у образцов скалываются углы и прочность получается заниженной.

Нагрузку следует прикладывать равномерно, без пульсации, со скоростью не более 6 ± 2 кгс\см² в секунду. Повышение скорости приложения нагрузки приводит к увеличению разрушающего усилия, поскольку не успевают развиться микротрещины по всему объему бетона.

Под действием силы сжатия вертикальные ребра в образце деформируются и укорачиваются. Одновременно с этим в горизонтальных ребрах возникают деформации растяжения. Силы трения, возникающие на горизонтальных поверхностях, соприкасающихся с плитами пресса, оказывают сопротивление свободному поперечному расширению кубика, в связи с чем в бетоне появляются касательные напряжения t (рис. 2.2.1, а). Под действием такого нагружения во время разрушения кубик приобретает обычно форму двух усеченных пирамид, сложенных своими малыми основаниями (рис. 2.2.1, б). Если между поверхностью бетона и плитами пресса случайно попадает смазка, которая почти полностью уничтожит трение, касательные напряжения возникать не будут (рис. 2.2.1, в) и разрушенный образец примет вид, изображенный на рис. 2.2.1, г. Разрушающая нагрузка в этом случае будет значительно меньше, чем при наличии сил трения.

Рис. 2.2.1. Схемы разрушения кубов:

а, б - при наличии касательных напряжений;

в, г - при отсутствии касательных напряжений

При испытании кубов различного размера, изготовленных из одного замеса бетона, прочность получается неодинаковой. Чем меньше размер образца, тем прочность выше. Это объясняется проявлением неоднородности бетона, т.е. наличием в нем пустот, микротрещин, участков с пониженной прочностью. Чем меньше объем бетона в образце, тем меньше влияние неоднородности на прочность. Для учета данного фактора используется масштабный коэффициент α, величина которого получена экспериментальным путем и приведена в табл. 2.2.1.

Рабочая площадь поперечного сечения образцов определяется как среднее арифметическое значение площадей двух противоположных граней, соприкасающихся с плитами пресса.

Таблица 2.2.1

Размер контрольного куба ,мм Величина коэфф. α

1. 100x100x100 0.95

2. 150x150x150 1.00

3. 200x200x200 1.05

4. 300x300x300 1.10

Прочность бетона вычисляется для каждого образца в серии по формуле

где R_c - прочность бетона на сжатие, МПа или кгс/см²;

α - масштабный коэффициент, принимается по табл. 2.2.1;

А - средняя площадь рабочего сечения образца, см²;

K_w - коэффициент, учитывающий влажность бетона в образце, для тяжелого бетона K_w=1.

По результатам испытания отдельных образцов определяется прочность бетона в серии, при этом предварительно отбраковываются аномальные результаты. Для отбраковки аномальных результатов сравнивают значение прочности образцов в серии, показавших наибольшую R_{i max} и наименьшую R_{i min}, со средней прочностью R_cp в серии:

Если последние условия не выполняются, то отбрасываются значения R_{i max} или R_{i min}, которые приводят к невыполнению этих условий.

Прочность бетона в серии определяется как среднее арифметическое значение прочности в отдельных образцах:

где R_ср среднее значение прочности испытанного бетона, МПа или кгс/см²;

Ri - прочность бетона в отдельном кубике, МПа или кгс/см²;

n - количество образцов, оставшихся в серии после отбраковки аномальных результатов.

Прочность бетона на растяжение вычисляется по результатам испытаний на растяжение специальных образцов "восьмерок" или на изгиб балочек. Эту же характеристику можно определить путем раскалывания цилиндров или кубов.

Считается, что разрушающий метод контроля отличается наибольшей точностью и поэтому он принят за эталон при оценке других методов

Однако высокая точность метода может быть признана только при оценке прочности бетона в самих испытуемых образцах, поскольку данная величина получена непосредственно путем приложения нагрузки до разрушения. Распространение значения прочности бетона в образцах на бетон в конструкциях даже при условии, что использован один замес, приводит к значительным погрешностям. Это, в первую очередь, связано с тем, что условия укладки, уплотнения, термовлажностной обработки и твердения бетона в образцах и конструкциях всегда различны. Сказывается влияние технологических факторов. Даже при максимально возможном подобии бетона в образцах и конструкциях процесс твердения будет зависеть от размеров конструкции, её открытой поверхности, степени прогрева. Различие между нарастанием прочности бетона в образцах и конструкциях ещё более значительны в случае применения предварительного напряжения или центрифугирования бетона. Из этого следует, что прочность бетона в испытуемых образцах и конструкциях всегда различна. Поэтому контроль прочности бетона по образцам является в некоторой степени условным и позволяет, в основном, оценить качество бетонной смеси. Для исключения отмеченных недостатков было предложено вырезать из конструкции алмазной фрезой кубики или цилиндрические керны и их испытывать. В этих случаях прочность бетона в образцах максимально будет соответствовать прочности бетона в конструкции.

Все механические методы очень трудоемкие, требуют больших затрат ручного труда и практически не поддаются автоматизации. Несмотря на указанные недостатки, метод контроля прочности бетона путём испытания контрольных кубов нашёл широкое распространение в России и странах СНГ и до настоящего времени является основным методом для заводов ЖБИ, в результате чего тысячи кубических метров разрушенного бетона вывозятся на свалку.

Механические неразрушающие методы испытаний

К числу механических неразрушающих методов испытаний относятся метод местных разрушений, метод пластических деформаций и метод упругого отскока. Метод, местных разрушений, хотя и принято его относить к неразрушающим, все же связан с определенным ослаблением несущей способности конструкций.

Наиболее полную информацию о прочностных свойствах материалов конструкций дает лабораторное испытание образцов, изъятых из тела конструкций. Отбор проб из металлических конструкций осуществляется путем огневой резки, причем объем вырезаемого из конструкции металла должен превышать изготовляемый из него образец для исключения зон с измененной структурой металла в процессе температурного нагрева. Толщина этой зоны принимается 10 мм. Место вырезки образца должно быть соответствующим образом усилено путем наварки вставок и накладок, при этом следует предусмотреть мероприятия по уменьшению остаточных напряжений от сварки.

Отбор образцов следует производить в наименее напряженных элементах конструкций, какими являются верх­ние пояса балок у крайних шарнирных опор, нулевые стержни ферм и т. д. Указанная рекомендация в определен­ной степени снижает эффективность описываемого приема, так как в мно­гоэлементных металлических конструк­циях по характеристикам одного эле­мента не всегда можно судить о характеристиках других. Кроме того, число образцов, изъятых из изучаемого объекта, не может быть большим, что снижает представительность получен­ной информации. Но при этом сле­дует учитывать, что способ отбора проб позволяет выявить прочностные харак­теристики материала непосредственно.

При взятии проб из железобетон­ных конструкций используют алмазные коронки и диски из синтетических алмазов. Размеры кубов для испы­таний на сжатие должны быть не менее 70,7 мм, балочки для испы­тания на изгиб должны иметь сечение 100х100 мм при длине 400 мм. Этим условиям могут отвечать образцы, по­лучаемые при изучении массивных конструкций. При невозможности из­влечения образцов указанных размеров можно испытывать образцы иного объе­ма, при этом учитывая масштабный фактор. После извлечения образцов из тела конструкции необходимо сразу же заделать образовавшиеся пустоты, ис­пользуя при этом бетоны, приготовлен­ные с использованием безусадочных цементов. Необходимо проводить испы­тания образцов сразу после их извле­чения. В противном случае необходимо применять соответствующие мероприя­тия для консервации образцов.

Рациональным является установка в тело объекта бездонных форм, за­кладываемых в тело конструкции при ее бетонировании и извлекаемых затем для проведения испытаний.

В меньшей мере подвергаются внеш­ним возмущениям конструкции при ис­пользовании приемов, основанных на косвенном определении механических характеристик. В основном это связано с определением прочности бетонов. Прочность бетона может быть уста­новлена путем испытания на отрыв со скалыванием. Эти испытания свя­заны с извлечением из тела бетона либо предварительно установленных анкеров, либо отрыва из массива неко­торой его части. На рис. 2.2.2 пред­ставлена принципиальная схема таких испытаний.

Рис. 2.2.2. Анкерное устройство для определения прочности бетона выдергиванием

С помощью домкратов из тела бетона 3 извлекается анкер 1 и фиксируется величина силы, соответ­ствующей моменту извлечения объема бетона 2. Предел прочности бетона R определяется формулой

где k — коэффициент, находящийся в соответ­ствующих нормативных документах;

m — коэф­фициент, принимаемый равный 1 при крупности заполнителя до 50 мм и— 1,1 при заполнителе большей крупности;

Р — сила, соответствующая отрыву и определяемая по манометру.

Достоинством этой схемы является то, что отсутствует необходимость по­строения градуировочной кривой.

Менее трудоемким является прием, основанный на определении прочности бетона отрывом. На поверхность бетона (рис. 2.2.3) эпоксидным клеем 4 кре­пится стальной диск 5. Для исклю­чения вытекания эпоксидной смолы за пределы стального диска между по­верхностью конструкции и диском укла­дывается бумажное кольцо 3. Для обес­печения крепления диска с конструк­цией в процессе твердения эпоксидной смолы контур диска обмазывается гип­совым раствором 2, который удаля­ется при проведении испытания.

Рис. 2.2.3. Устройство для определения прочности бетона отрывом

Ско­рость нагружения диска не должна превышать 1 кН/с. Определение класса бетона производится с помощью гра­дуировочной зависимости условного напряжения R = 4P/(nd²) при отрыве от предела прочности R _с при сжатии бе­тонных кубиков с размерами сторон 200 мм, d — диаметр диска, Р — уси­лие, при котором происходит отрыв. На каждом образце проводят испы­тания на отрыв на двух противо­положных гранях.

Прочность бетона может быть установлена на основании определения усилия Р скалывания участка ребра конструкции. На рис. 2.2.4 представлена схема соответствующей установки.

Рис. 2.2.4. Установка для скалывания ребра конструкции

При ширине площадки скалывания равной 30 мм ребро конструкции повреждается на участке 60—100 мм. Для получения результатов испытания проводят как минимум на двух соседних участках и берут среднее значение. Для построения градуировочной зависимости усилия скалывания и прочности бетона на сжатие R испытывают стандартные бетонные кубы, стороны которых равны 200 мм. Пример градуировочной кривой приведен на рис. 2.2.5.

Рис. 2.2.5. Градуировочная кривая определения прочности бетона по усилию скалывания ребра конструкции

Метод пластических деформаций основан на оценке местных деформаций, вызванных приложением к конструкции сосредоточенных усилий. Этот метод основан на зависимости размеров отпечатка на поверхности элемента, полученного при вдавливании индентора статическим или динамическим воздействием, от прочностных характеристик материала. Достоинство этого метода заключается в его технологической простоте, недостаток — суждение о прочности материала по состоянию поверхностных слоев.

Твердость по Бринеллю НВ определяется при статическом вдавливании стального шарика 1 (рис. 2.2.6) в тело испытуемого металла 2.

Рис. 2.2.6. Определение твердости по Бринеллю

Оценивается она значением величины

где Р — нагрузка на шарик, Н;

D—диаметр шарика, мм;

d — диаметр отпечатка, мм.

От твердости можно перейти к временному сопротивлению углеродистой стали, МПа:

σ_в=0,35НВ.

Существуют методы определения твердости по Роквеллу и Виккерсу.

В первом случае вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной шарик диаметром 1,588 мм под действием двух последовательно приложенных нагрузок, во втором — алмазная пирамида с двухгранным углом при вершине, равным 136°. С помощью соответствующих таблиц возможен переход от одной твердости к другой.

Для определения твердости металла в строительной практике широко применяется прибор Польди ударного действия, схема которого представлена на рис. 2.2.7, а.

Рис. 2.2.7. Схема прибора Польди

При ударе по стержню 1 молотком на поверхности металлической детали 4 и на эталонном бруске 3, твердость материала НВ0 которого известна, остаются отпечатки.

Диаметр D стального шарика 2 известен, определяются (рис. 2.2.7, б) диаметры отпечатков на испытуемой поверхности d и на эталонном бруске dQ. Твердость металла определяется по формуле

Твердость эталонного бруска должна быть близка к твердости испытуемой поверхности, в противном случае необходимо вводить соответствующие поправочные коэффициенты.

При определении прочности бетона используются приборы статического действия, типа Штампа НИИЖБ и прибора М.А. Новгородского, и ударного, к числу которых относится прибор К.П. Кашкарова.

Схема прибора Штампа НИИЖБ, разработанного Г.К. Хайдуковым, А.И. Годером и Д.М. Рачевским, представлена на рис. 2.2.8, а.

Рис. 2.2.8. Схема прибора ШтампНИИЖБ

Принцип действия следующий: между испытуемой поверхностью 1 и штампом 3 прокладывается лист белой бумаги и лист копировальной бумаги 2 так, чтобы на белой бумаге оставался отпечаток штампа при его вдавливании в тело бетона опертым на металлическую скобу 5 гидравлическим домкратом 4.

По диаметру отпечатка с помощью градуировочной кривой (рис. 2.2.8, б) в зависимости от радиуса штампа r и соответствующей силы Р вдавливания определяют класс бетона (кривая 6— r = 10 мм, Р = 22 кН; кривая 7— r = 14 мм, Р = 20 кН; кривая 8—r = = 24 мм, Р=16 кН).

Большое применение в практике находит молоток К. П. Кашкарова, схема которого представлена на рис. 2.2.9, а. Внутри головки молотка 1 имеется полый стакан 3 и пружина 7 (рис. 2.2.9, б). Эталонный стержень 4 имеет диаметр 10 или 12 мм и длину 100—150 мм. Изготовлен он из круглой прутковой стали марки ВСт3сп2 или ВСт3пс2 с временным сопротивлением разрыву 420—460 МПа.

Удар молотком 1 наносят, держа его за ручку 2, перпендикулярно поверхности бетона 6, диаметр отпечатка на бетоне d_б при этом должен составить 0,3—0,7 диаметра стального шарика 5, а наибольший диаметр отпечатка d_э не должен быть менее 2,5 мм. Расстояние между лунками отпечатков должно быть не менее 30 мм, а на поверхности эталонного стержня не менее 10 мм. После каждого удара эталонный стержень смещается на величину более 10 мм. Количество испытаний на каждом участке конструкции не должно быть менее 5. Удары следует наносить через листы копировальной и белой бумаги, чтобы погрешность измерения диаметров отпечатков не превышала 0,1 мм. Для повышения точности измерений можно применять микроскопы с делением не менее 0,01 мм.

Рис. 2.2.9. Схема молотка К П Кашкарова

В зависимости от отношения d_б/d_э по градуировочной кривой (рис. 2.2.10), определяется прочность бетона, если он испытывается в возрасте 28 сут при его влажности 2—6%. В противных случаях прочность бетона на сжатие R находится по формуле

где k_B — коэффициент, учитывающий влажность бетона;

k_τ — коэффициент, учитывающий возраст бетона.

Рис. 2.2.10. Градуировочная кривая для определения прочности бетона в возрасте 28 сут

Определение этих коэффициентов производится по графикам рис. 2.2.11, а и б. Для повышения точности результатов определения прочности при работе с прибором рекомендуется уточнять необходимое количество отпечатков по формуле

где R_max, R_min, R_cр максимальное, минимальное и среднее значения предела прочности;

k — коэффициент, определяемый в зависимости от числа полученных отпечатков n (рис. 2.2.11, в).

а) б) в)

Рис. 2.2.11. Графики поправочных коэффициентов

Погрешность определения прочности бетона на сжатие эталонным молотком составляет 10—15%. Для определения диаметра отпечатка на бетоне и эталонном стержне может быть применен угловой шаблон (рис. 2.2.12), позволяющий измерять диаметр с точностью до 0,1 мм.

Рис. 2.2.12. Угловой шаблон

Шаблон изготовляют из двух стальных измерительных линеек. Концы линеек стачивают так, чтобы взаимному их соприкосновению соответствовала метка, равная 10 мм. Расстояние между линейками, соответствующее 20 см, должно быть равно 10 мм. При измерении отпечатков на бетоне угловой шаблон надвигают поперек большей оси отпечатка так, чтобы края отпечатка совпадали с внутренними гранями линеек на одних и тех же делениях. Из зафиксированного деления вычитается нулевой отсчет, равный 100 мм, который затем делится на 10, в результате чего получается искомый диаметр отпечатка.

Метод упругого отскока основан на существовании зависимости между параметрами, характеризующими упругие свойства материала, и параметрами, определяющими прочность на сжатие.

Существуют два принципа построения приборов. Один основан на отскакивании бойка от ударника-наковальни, прижатого к поверхности испытуемого материала, другой — на отскакивании от поверхности испытуемого материала.

В большей степени развивается первый принцип. Он реализован в молотке Шмидта, получившем широкое распространение за рубежом. В нашей стране применяются приборы типа КМ, а его модификация разработана Опытным заводом ЦНИИСК (рис. 2.2.13, а).

Рис. 2.2.13. Прибор типа КМ

Основной частью прибора является полый цилиндр, внутри которого находится спиральная пружина 2. Внутри пружины помещен металлический стержень, вдоль которого перемещается боек 3. Прибор заканчивается ударником 1. Когда боек занимает правое положение, фиксируемое защелкой 7, он растягивает пружину 2 и сжимает возвратную пружину 9.

При проведении испытаний прибор устанавливают перпендикулярно испытуемой поверхности, предварительно нажав на кнопку включения 11 для вывода ударника и захвата бойка держателем 6. После этого плавно нажимая на ручку 10 корпуса прибора, втапливают ударник в корпус. При этом ударная пружина растягивается. В тот момент, когда держатель достигнет упорного болта 8, освободится головка бойка и последний под действием ударной пружины придет в соприкосновение с ударником и отскочит на расстояние, фиксируемое указателем 4 по шкале 5. До удара боек находится в левом положении, после удара — в правом.

Если наконечник ударника выполнен в виде колпачка из закаленной стали (рис. 2.2.13, б), то прочность бетона определяется по величине отскока, если же колпачек (рис. 2.2.13, в) заканчивается стальным шариком 12, то фиксируется диаметр отпечатка d. Наконечники являются съемными, что позволяет определять прочность бетона на сжатие Rсж по двум показателям: высоте отскока h и диаметру отпечатка d.

При испытаниях бетона удары наносятся не ближе 20 мм в осях и не менее 55 мм от оси ударника до края изделия. Градуировочные кривые строят для конкретных производственных условий с установившейся технологией на основе сопоставления результатов разрушающих методов испытания кубиков с данными, получаемыми прибором КМ. На рис. 2.2.14, а и б приведены примеры градуировочных характеристик при оценки прочности по отскоку и вдавливанию.

Рис. 2.2.14. Градуировочные кривые

В 1971 г. Б. Б. Ужполявичюс предложил для определения твердости бетона склерометр, основанный на регистрации величины отскока стального стержня. Схема прибора представлена на рис. 2.2.15. Склерометр состоит из цилиндрического корпуса 12, к передней части которого при помощи рабочей пружины 3 крепится стальной стержень-ударник 14 из закаленной стали.

Рис. 2.2.15. Схема работы склерометра Б Б Ужполявичуса

В корпусе склерометра свободно скользит направляющая труба 13, которая соединена с корпусом пружиной 2, выталкивающей трубу из корпуса. Направляющая труба упирается в поверхность бетона упором 15. К трубе шарнирно прикреплена защелка 10. Торцы закрыты передней 1 и задней 8 крышками.

При определении твердости труба 13 прижимается пружиной 2 к поверхности бетона (рис. 2.2.15, а). Для вытяжения рабочей пружины 3 и возвратной пружины 2 смещают корпус от поверхности до момента захвата ударника защелкой 10 (рис. 2.2.15, б).

Затем корпус плавно смещают по направлению к испытуемой поверхности.

При этом растягивается ударная пружина 3. Когда защелка 10 соприкоснется с задним кольцом 9, ударник освободится от закрепления (рис. 2.2.15, в), после этого ударник взаимодействует с поверхностью и отскакивает от нее на расстояние h, а указатель отскока 5 фиксирует значение этого расстояния (рис. 2.2.15, г).

Указатель 5 перемещается по направляющему стержню 6, а пружина указателя 4 входит в контакт с возвратным кольцом 7.

Прибор транспортируется при вдвинутом положении трубы 13. Для этого после удара следует нажать кнопку 11 и плавно снять усилие с упора.

В НИИ строительства Госстроя ЭССР был разработан измеритель прочности бетона (рис. 2.2.16).

Рис. 2.2.16. Схема склерометра с магнитоупругим преобразователем

В его комплекс входят склерометр с магнитоупругим преобразователем и аналого-цифровой преобразователь с микропроцессором (АЦПМ). При взаимодействии ударника 10 с поверхностью бетона, в которую уперто опорное кольцо 1, вырабатывается электрический сигнал, передаваемый 6 на аналогово-цифровой преобразователь с микропроцессором.

Противовес 5 включен в схему склерометра с целью снижения зависимости сигнала от угла наклона оси склерометра к горизонтали при нанесении удара. Постоянство силы удара обеспечивается системой, состоящей из упругой пружины 3 и упора 4, управляемых курком 8 и зацепной пружиной 9, находящихся в цилиндре 2. Прибор снабжен ручкой 7.

АЦПМ состоит из измерительного блока, блока процессора, блока клавиатуры и индикации. Он выполнен в виде переносного прибора с автономным питанием от аккумуляторной батареи.

Масса прибора не более 3 кг, габарит 100х180х370 мм. Погрешность измерения выходного сигнала от склерометра не более 2%. В память прибора предварительно вводят параметры градуировочной кривой, минимальное значение прочности и максимальное допустимое, значение коэффициента изменчивости. На цифровом индикаторе высвечиваются число контролируемых участков на конструкции, средняя прочность бетона в конструкции и коэффициент вариации прочности.

Методы с местным (локальным) разрушением бетона

В эту группу включены методы контроля прочности бетона, основанные на местном (локальном) разрушении бетона в конструкции.

Метод отрыва со скалыванием

Метод основан на использовании зависимости величины усилия, необходимого для выдергивания из бетона анкерного стержня, от прочности этого бетона:

где Р - усилие, при котором вырывается анкерный стержень, кН или кгс;

f - аналитическая зависимость усилия от прочности.

При бетонировании конструкции в местах, в которых предполагается определять прочность, устанавливаются анкерные стержни, и после твердения бетона они выдергиваются. Если определяется прочность уже затвердевшего бетона, то в нем сверлится отверстие и вставляется анкерное устройство с разжимным конусом.

Наибольшее применение нашли два типа анкерных устройств. Первый тип - рабочий стержень с анкерной головкой (рис. 2.2.17, а), применяется для установки в свежеуложенный бетон.

Второй тип - самозаанкеривающееся устройство с применением рифленых сегментных щёчек и разжимного конуса (рис. 2.2.17, б).Такое анкерное устройство применяется для установки в просверленное отверстие при контроле затвердевшего бетона.

Расстояние от анкерного устройства до грани конструкции должно быть не менее 150 мм, а от места установки соседнего анкера не менее 250 мм.

Диаметр шпура (отверстия) в бетоне для постановки анкерного устройства второго типа равен 25 мм, а глубина должна соответствовать величине, указанной в табл. 2.2.1.

Рис. 2.2.17. Анкерные устройства:

а - первый тип анкера для установки в свежеуложенный бетон;

б - второй тип с разжимным конусом

Для изготовления шпуров необходимо применять пневматические или электрические сверлильные машинки с алмазными сверлами. Не рекомендуется применять механизмы ударного действия, поскольку при их работе на стенках отверстия возникают микротрещины и показания будут занижены.

Заделка анкерных устройств должна обеспечить надежное сцепление анкера с бетоном конструкции. Выдергивание их осуществляется переносным гидравлическим пресс-насосом ГПНВ-5, конструкция которого была разработана в Донецком Промстрой НИИ под руководством И.Д.Вольфа (рис. 2.2.18).

Рис. 2.2.18. Гидравлический пресс-насос ГПНВ-5:

а - общий вид прибора; б - работа с прибором;

1 - анкерное устройство; 2 - захват; 3 - шток рабочего стержня; 4 - рабочий цилиндр;

5 - манометр; 6 - ручка; 7 - винтовой насос; 8 - маслопровод; 9 - ножки со сферическими опорами

ГПНВ-5 может создавать усилие в 5500 кгс и состоит из двух опорных ножек 9, корпуса, внутри которого имеется полость 8, соединяющая между собой ручной винтовой гидравлический насос 7, манометр 5, рабочий цилиндр 4, поршень которого с помощью штока 3 соединен с захватом 2 анкерного устройства 1. Все внутренние полости прибора заполняются моторным маслом.

Работает ГПНВ-5 следующим образом. Прибор устанавливают на поверхности бетонной конструкции, совмещая в одной плоскости обе упорные ножки и анкерное устройство, которое заранее было закреплено в бетоне, и вставляют уширение анкерного устройства в захват 2. С помощью гаек 9 выбираются все люфты и создается небольшое усилие в анкере.

Прибор готов к работе. Далее, путем вращения ручки 6 винтового насоса, создается давление в гидравлической системе, вследствие чего в штоке 3 рабочего поршня возникает усилие, которое через захват 2 передается анкерному устройству. Величина усилия фиксируется манометром 5.

При испытании бетона прочностью менее 40 МПа для вырыва анкерного устройства можно использовать гидравлический пресс-насос типа ГНВС-4, который создает максимальное усилие 40 кН. В процессе приложения усилия к анкерному стержню в бетоне на уровне конца анкера возникают растягивающие и касательные напряжения. После достижения ими предельных значений в бетоне возникает разрушение по образующей конуса от растяжения и скалывания (рис. 6.4.19).

Рис. 6.4.19. Характер разрушения бетона при отрыве со скалыванием

Прочность испытанного бетона определяется по формуле

где Р - усилие вырыва анкерного устройства, кН или кгс ;

α - коэффициент пропорциональности между усилием вырыва и прочностью бетона, определяемый по табл. 2.2.1;

m - коэффициент, учитывающий максимальный размер крупного заполнителя в зоне вырыва, принимается равным 1 при крупности менее 50 мм и равным 1,1 при крупности 50 мм и более.

Нарушенные участки конструкции после испытания заделываются бетоном с прочностью, не ниже чем в конструкции.

Таблица 2.2.1

Условие твердения бетона	Тип анкер. устр-ва	Предполагаемая прочность, МПа	Глубина заделки h, мм	Значение коэфф. а, см^2
				Тяжелый	Легкий
Естественное	I	≤ 50 > 50	35	0.1 0.23	0.11 -
	II	≤50 >50	48 0.24	0.085 -	0.095
Тепловая обработка бетона	I	≤50 > 50	48 35	0.12 0.25	0.11 -
	II	≤ 50	48	0.1	0.095

Рассмотренный метод сравнительно точный, поскольку в его основе лежит прочностная характеристика бетона. К достоинству метода необходимо отнести и тот фактор, что определяется прочность бетона непосредственно в конструкции. Основными недостатками метода считается высокая трудоемкость, как при сверлении отверстий, так и при самих испытаниях, а также невозможность использования его при определении прочности бетона в сжатых элементах конструкции, поскольку происходит частичное разрушение бетона и ослабление поперечного сечения испытуемых элементов.

На практике рассмотренный метод нашел широкое применение в комплексе с другими, например, неразрушающими методами, при градуировке зависимостей косвенных характеристик от прочности бетона.

Метод скалывания ребра конструкции

В основу метода положено использование зависимости величины усилия, необходимого для скалывания ребра конструкции на определенной длине от прочности бетона.

R_c = f(P)

где Р - усилие, при котором скалывается угол, кН;

f - аналитическая зависимость усилия от прочности.

Для проведения испытания применяются прибор ГПНВ-5 и специальное устройство, обеспечивающее приложение усилия под углом 18% к нагружаемой поверхности (рис. 2.2.20). Длина скалываемого участка равна 30 мм, а глубина - 20 мм.

Рис. 2.2.20. Устройство для скалывания ребра

Результаты испытания не учитываются, если при скалывании бетона обнажается арматура или фактическая глубина скалывания отличается от требуемой (20 мм) более чем на 1 мм.

Прочность бетона определяют по усилию скалывания, используя градуировочную зависимость (усилие скалывания - прочность).

Преимущества и недостатки метода аналогичны методу отрыва со скалыванием.

Огнестрельный метод

Используется зависимость объема разрушенного бетона в конструкции от удара об него пули, выпущенной из пистолета, от прочности этого бетона:

где V - объем разрушенного бетона, см³;

f - графическая зависимость объема разрушенного бетона от его прочности.

Последовательность измерения прочности следующая.

В исследуемой конструкции выбирается участок размером 300x300 мм, на котором необходимо определить прочность бетона и в этот участок производятся три выстрела из пистолета. Во время удара пули часть бетона разрушается и получается воронка.

Прочность бетона определяется в зависимости от объема разрушенного бетона по градуировочной кривой. Объем разрушенного бетона принимается равным объему пластилина (или другого пластичного материала), необходимого для заполнения воронки. Градуировочная кривая строится по результатам испытания контрольных кубов огнестрельным и механическим разрушающим методами.

В стесненных условиях, когда нет возможности производить стрельбу с расстояния, можно использовать насадку на ствол пистолета или взрыв электрического детонатора. Порядок определения прочности бетона и построения градуировочной кривой аналогичен приведенному выше.

Огнестрельный метод сравнительно точный. Слабо зависит от состава бетона, поскольку основан на использовании прочностных характеристик бетона.

К недостаткам метода следует отнести повышенную опасность для жизни испытателя, связанную с рикошетом пули и осколками разрушенного бетона. Поэтому данный метод нашел широкое применение только при строительстве объектов военного назначения, где имеется опыт владения огнестрельным оружием.

Неразрушающие физические методы контроля прочности бетона

Ранее были рассмотрены методы, основанные на полном или местном разрушении бетона.

Но имеется целая группа методов, у которых для получения косвенных характеристик нет необходимости разрушать бетон, а для их получения нужны другие воздействия. К таким воздействиям можно отнести локальный удар, вдавливание другого, более твердого тела, распространение ультразвука и др. Методы, основанные на использовании косвенных характеристик, получаемых без разрушения бетона, называются неразрушающими.

Косвенные характеристики выбираются таким образом, чтобы они имели как можно более тесную связь своей величины с прочностью бетона, т.е.

где R_с- прочность бетона на сжатие;

f - функция зависимости косвенной характеристики от прочности, выраженная в аналитическом или графическом видах;

X_i - величина косвенной характеристики.

Значение функции определяется экспериментально, путем одновременных испытаний контрольных образцов неразрушающим и эталонным (разрушающим) методами).

Точность неразрушающих методов складывается из точности измерения принятой косвенной характеристики X_i и точности используемой зависимости f, по которой вычисляется прочность. Необходимым условием применения любого метода является достаточная точность измерения определяемой характеристики X_i. Для ряда методов нужна специальная аппаратура с высокой точностью измерения, например, времени распространения ультразвука. Однако точность измерения имеет пределы, за которыми ее повышение уже не способствует более точному определению прочности. Диаметр лунки у склерометрического метода можно измерить с точностью 0,01мм и более. Однако вряд ли такая точность необходима, поскольку влияние шероховатости и низкая чувствительность функции не позволяют учесть малые изменения прочности. Большое влияние на точность имеет непостоянство зависимости величины косвенной характеристики от прочности, связанной с изменением состава бетона, различными свойствами составляющих компонентов, условиями твердения, состоянием поверхности и другими факторами. Такое положение в ряде случаев требует определения зависимости X_i от Re экспериментальным путем в каждом конкретном случае для конкретного состава бетона, что иногда затрудняет или исключает полностью применение метода.

Непостоянство связи R_i = f(X_i) приводит к тому, что каждому частному значению X_i соответствует не одно какое-то значение R1, а целый ряд значений в диапазоне от R1- R' до R1 + R", где R' и R" - абсолютные значения точности, соответствующие данной величине R1. Следовательно, как бы точно мы не измеряли величину косвенной характеристики, абсолютно точно измерить Re неразрушающими методами невозможно. Повышение точности можно достигнуть только за счет определения функции f конкретно для того состава бетона, который предполагается испытывать.

Метод пластических деформаций

Этот метод заимствован из практики определения твердости материалов и иногда называется склерометрическим по названию приборов - склерометров.

Метод основан на использовании зависимости между прочностью бетона и размером отпечатка, полученного вследствие пластических деформаций от вдавливания сферического штампа:

где Е_пл - пластические деформации растворной части бетона.

Штамп может вдавливаться статической или динамической нагрузкой. Наибольшее распространение получили приборы, в которых штамп вдавливается динамической нагрузкой в виде удара, который наносится с помощью молотка или путем использования энергии сжатой пружины. При этом удар должен наноситься в растворную часть бетона.

В качестве штампа могут применяться диски, конусы, четырехгранная пирамида, но чаще всего используются ударники со сферическим наконечником.

Исследования твердости металлов и некоторых других кристаллических материалов показали, что размер вдавливаемого шарика должен отвечать условию:

0.2D < d < 0.6D

где D - диаметр шарика, a d- диаметр отпечатка.

Если это условие не соблюдается, то рекомендуется уменьшить диаметр шарика или увеличить силу удара.

Полученный отпечаток имеет сферическую форму и может быть охарактеризован величиной диаметра лунки d или её глубиной h.

Измерить h с такой же точностью, как и значительно труднее. Кроме того, при измерении размеров лунки величина h колеблется в меньших пределах, чем d.

Исходя из схемы, приведенной на рис. 2.2.21, можно записать:

отсюда

Рис. 2.2.21. Схема вдавливания сферического штампа:

1 - стальной шарик; 2 - исследуемый бетон

Из полученного выражения следует, что при изменении d в пределах от 0.2 D до 0.6 D величина h изменится только в пределах от 0.01 D до 0.09 D. Таким образом, измерить диаметр отпечатка существующими приборами можно значительно точнее, чем его глубину.

Использование метода пластических деформаций было положено в основу создания большого числа приборов для измерения прочности бетона. Первые исследования в области применения пластических деформаций для оценки прочности бетона были проведены Б.Г. Скрамтаевым и в дальнейшем развиты Н.А. Физделем, К. П. Кашкаровым, М.Ю. Лещинским, М.А. Новгородским и др., а за рубежом - Крэбсом, Мильсом, Джиуси, Вандонсом и Вильямсом и др. В результате этих исследований появилось множество приборов и устройств, основанных на использовании метода пластических деформаций. Наибольшее распространение на строительных площадках и заводах ЖБИ получили только те приборы, которые имеют простую конструкцию, надежны и удобны в эксплуатации иногда в ущерб точности измерения.

Шариковый молоток Н.А. Физделя

Ручной шариковый молоток изготавливается из инструментальной стали, с одной стороны его имеется сферическое гнездо, в котором завальцован стальной шарик диаметром 17.463 мм. Масса молотка 250 г.

Прочность бетона определяется локтевым ударом молотка по поверхности бетона. В результате этого удара в бетоне проявляются пластические деформации и на поверхности остаётся отпечаток сферической формы. Прочность бетона R_C определяется по графику в зависимости от диаметра отпечатка d_g,т.e.

Величину d₆ можно измерить с помощью угловой масштабной линейки, мерительной лупой Польди или другим инструментом с точностью 0 1 мм.

Шариковый молоток Н.А. Физделя является практически первым прибором, который получил массовое применение на стройке. Однако точность измерения сравнительно низкая, поскольку на диаметр отпечатка влияет не только прочность бетона, но и сила удара, т.е. субъективный фактор. В настоящее время этот молоток не рекомендуется для измерения прочности, а может быть использован только для ориентировочной её оценки.

Молоток К.П. Кашкарова

Данный молоток отличается от ранее рассмотренного тем, что с целью устранения влияния силы удара в нем предусмотрена установка эталонного стержня и во время удара одновременно образуются отпечатки на бетонной поверхности и на эталоне. Прочность бетона определяется по графику в зависимости от величины отношения диаметра отпечатка на бетоне d_б к диаметру отпечатка на эталоне d_э

В данном случае практически исключается влияние силы удара на результаты измерения, поскольку при ее изменении изменяются d_б и d_э, а их соотношение должно оставаться постоянным.

Однако такое положение будет справедливым только в том случае когда испытуемая конструкция и эталонный стержень изготовлены из одного материала, как, например, в приборе Польди для определения твердости стали. В молотке Кашкарова в качестве эталонного стержня применяется круглая сталь марки ВстЗпс диаметром 10 мм, а испытуемым материалом является бетон. Скорость нарастания пластических деформаций при ударе у этих материалов будет различная, поэтому полностью исключить влияние изменения силы удара на результаты измерения не удаётся, но оно будет в значительной степени меньше, чем у молотка Физделя.

Конструкция молотка приведена на рис. 2.2.22. Поверхность эталонного стержня не должна подвергаться механической обработке, т.к. при этом увеличится твердость стали по сравнению с эталоном, который применялся при построении графика.

Рис. 2.2.22. Конструкция молотка К.П. Кашкарова:

1- корпус; 2 - наковальня; 3 - обрезиненный наконечник; 4 -металлическая ручка;

5 - обойма; 6 - стакан с отверстиями для шарика и эталонного стержня; 7 - пружина;

8 - шарик диаметром 17.46 мм; 9 - эталонный стержень; 10 - белая бумага; 11 - копировальная бумага; 12 - бетонная конструк­ция

При испытаниях молоток устанавливают перпендикулярно к поверхности бетона и ударяют другим слесарным молотком по наковальне. Всего наносят на одном участке не менее 5 ударов, при этом расстояние между отпечатками должно быть не ближе 30 мм друг от друга и от края конструкции. После каждого удара эталонный стержень передвигают, чтобы расстояние между центрами соседних отпечатков было не менее 10 мм.

Для получения белее чётких отпечатков на бетоне, на его поверхности закрепляют копировальную красящим слоем наружу и белую бумагу и через них наносят удар. В этом случае отпечаток на бетоне будет зафиксирован на бумаге, с которой измеряют d_б. Такая методика облегчает процесс измерения диаметра отпечатка.

Отпечатки на бетоне и эталоне нумеруются, а величины диаметров записываются в журнал в определенной последовательности чтобы каждому значению d_б соответствовало свое значение d_э.

Прочность бетона определяется по графику, приведенному на рис. 2.2.23, в зависимости от величины отношения отпечатков d_б/d_э.

Рис. 2.2.23. График зависимости d₆/d₃ от прочности бетона

Введение в конструкцию молотка эталонного стержня повысило точность измерения, вместе с этим увеличило и трудоемкость проведения испытаний. Автоматизации процесс испытания практически не поддается. К недостаткам прибора следует так же отнести низкую точность (15-20%) и то обстоятельство, что с его помощью можно оценить прочность бетона только в поверхностном слое (до 10 мм), в котором иногда бетон подвержен карбонизации. Не учитывается возможная адгезия растворной части от зерен крупного заполнителя. Метод практически не чувствителен к изменению прочности крупного заполнителя и его зерновому составу.

Однако благодаря простоте конструкции и несложным операциям при проведении испытаний молоток К.П. Кашкарова является одним из самых распространенных приборов, используемых на стройках и заводах ЖБИ. Точность измерения можно несколько повысить, если для каждого конкретного состава бетона строить свои графики.

Пружинный склерометр

В пружинных склерометрах применяется метод пластических деформаций, а для нанесения удара используется энергия сжатой пружины. Конструктивно пружинные склерометры значительно сложнее чем молоток Кашкарова, но при их эксплуатации в несколько раз повышается производительность контроля.

Использование пружины вместо слесарного молотка преследовало цель нормировать энергию удара и отказаться от применения эталонного стержня. Но со временем происходит старение пружины, т. е, уменьшается усилие при сжатии на определенную длину в этом случае уменьшается энергия удара.

Для исключения влияния старения пружины на результаты измерения в склерометрах должно быть предусмотрено регулировочное устройство.

На рис. 2.2.24 приведена конструкция пружинного склерометра ПМ-2. В приборе установлены две пружины 5 и 9, одна из которых 5 соединяет боек 3 с неподвижной втулкой 8.

Рис. 2.2.24. Пружинный склерометр ПМ-2:

1 - шарик, 2 - ударник; 3 - боек, 4 - шток; 5, 9 - пружины; 6 – защелка; 7 - цилиндрический корпус; 8 - втулка; 10 - крышка

Боек перемещается внутри цилиндрического корпуса 7. Шток 4 бойка соединен с ударником 2, на конце которого находится стальной шарик 1 диаметром 17,463 мм. При касании ударником к испытуемой конструкции и плавном нажатии на заднюю крышку 10 шток с ударником и защелкой перемещаются, сжимая при этом пружину 5. После их перемещения заданную величину защелка 6 соскакивает с бойка, пружина освобождается, и шток с ударником наносит удар по бетонной поверхности, оставляя на ней отпечаток.

Прочность бетона определяется по графику в зависимости от диаметра отпечатка. Недостатки пружинных склерометров такие же, которые присущи методу пластических деформаций.

Прибор НИИЖБ

Принцип действия прибора основан на создании отпечатка на бетонной поверхности путем вдавливания штампа со сферической поверхностью радиусом 10, 14, 24 мм статической нагрузкой. Нагрузка создается с помощью гидравлического домкрата и насосной станции. Прочность бетона определяется по графику в зависимости от диаметра отпечатка. Ввиду большой трудоемкости при проведении испытаний этот прибор не нашел широкого применения.

Метод упругого отскока

Метод упругого отскока основан на использовании зависимости

величины (высоты) отскока условно упругого тела при ударе его о поверхность бетона от прочности этого бетона, т.е.

В результате удара движущейся массы о поверхность бетона происходит перераспределение начальной кинетической энергии таким образом, что одна ее часть поглощается бетоном при проявлении пластических деформаций, а другая часть передается ударной массе в виде реактивной силы, преобразующейся в кинетическую энергию отскока. Чтобы начальная энергия удара распределялась таким образом, масса бетона должна быть бесконечно большой по сравнению с массой ударника, что должно исключить затрату энергии на перемещение бетонной массы.

Для определения прочности бетона с использованием метода отскока наибольшее распространение получил прибор Шмидта.

Прибор Шмидта

Прибор разработан Германской фирмой Шмидта и выпускается Швейцарской фирмой Просек.

В настоящее время изготавливаются приборы трех модификаций: типа L с энергией удара 0.75 Дж для испытания тонкостенных (менее 10 см) бетонных элементов, типа N с энергией удара 2.25 Дж для испытаний бетонных конструкций и типа М с энергией удара 3 Дж для испытания массивных элементов.

Продольный разрез прибора типа N приведен на рис. 2.2.25.

Рис. 2.2.25. Прибор Шмидта типа N:

1 - боек; 2 - исследуемая бетонная конструкция; 3 - корпус; 4 - ползунок; 5 - измерительная шкала; 6 - стопор; 7 - направляющий стержень; 8 - диск; 9 - крышка; 10, 11- пружины; 12 - крючок; 13 - подвижная масса; 14 - втулка; 15 - упорный болт

Прибор состоит из корпуса 3, в котором по направляющему стержню 7 под действием пружины 10 перемещается масса 13. Прибор включается нажимом стержня бойка на бетонную поверхность до тех пор, пока подвижная система достигнет конца хода. Ось прибора во время испытаний должна быть перпендикулярна бетонной поверхности. При достижении подвижной системы свободного хода крючок 12 надавит на головку болта 15 и освободит подвижную массу 13, которая под действием пружины перемещается по направляющему стержню 7 и ударяет по бойку 1. Боек передает удар на бетонную поверхность 2 и деформирует ее, расходуя одну часть энергии на пластическую (остаточную) деформацию, а другая часть будет затрачена на упругую деформацию бетона, которая в виде реактивной силы передается бойку, и под действием ее подвижная масса отскочит, увлекая за собой ползунок 4. Величина отскока измеряется по шкале 5 в зависимости от положения ползунка 4.

На высоту отскока бойка кроме величины реактивной силы влияет гравитационная сила подвижной массы, т.е. показание зависит от положения в пространстве (вертикально вниз, под углом, горизонтально или вертикально вверх), что учитывается путем использования коэффициентов или отдельных тарировочных графиков (рис. 2.2.26).

Рис. 2.2.26. Графики зависимости величины отскока бойка прибора Шмидта от прочности бетона при различном положении прибора:

1- вертикально вниз; 2- горизонтально; 3-вертикально вверх

Разработан прибор, у которого измеряется не величина отскока, а ускорение движения бойка перед ударом и в начале отскока. Прочность определяется по отношению этих ускорений. Современные приборы Шмидта комплектуются электронно-вычислительным блоком, который запоминает и статистически обрабатывает результаты испытаний.

В России был разработан прибор КМ, действие которого основано на принципе упругого отскока. Но ввиду сложности изготовления он не нашел широкого распространения.

Точность измерения прочности бетона с применением метода упругого отскока значительно выше, чем у метода пластических деформаций, поскольку в данном случае учитываются упругие свойства бетона, которые имеют более тесную связь с прочностью, чем пластические свойства. Однако в приборах используется сравнительно сложная механическая система, требующая высокой точности при изготовлении, бережного обращения и частого технического обслуживания при эксплуатации. Трущиеся поверхности покрываются пылью, что приводит к увеличению сопротивления скольжения и изменению показания. В настоящее время разрабатывается прибор, у которого подвижная масса перемещается в вакуумной камере.

Ультразвуковой импульсный метод

Ультразвуковой импульсный метод контроля прочности бетона относится к группе физических методов испытания строительных конструкций и сооружений.

Он относительно молодой и получил свое развитие в основном в 50е-60е годы благодаря научным исследованиям И.М. Рабиновича, С.М.Соколова, Ю.А. Нилендера.

Метод основан на использовании зависимости скорости распространения механических колебаний ультразвуковой частоты в бетоне от его прочности, т.е

где V, - скорость распространения ультразвуковых волн, м/с;

f - аналитическая или графическая функция.

В России и странах СНГ разработана и серийно изготавливается ультразвуковая аппаратура, благодаря чему этот метод нашел широкое применение на строительных площадках и особенно на заводах ЖБИ. Метод оперативный и относится к группе неразрушающих методов. Хорошо поддается высокой степени автоматизации. При соблюдении определенных требований контроля точность метода сравнительно высокая и находится в пределах 10-15%. Опытные операторы при отработанной технологии достигают точности до 10%.

Значительным достоинством этого метода является и то обстоятельство, что ультразвук проходит через всю толщину конструкции и собирает более полную информацию о бетоне, чем ранее рассмотренные неразрушающие методы, которые позволяют судить только о поверхностном слое бетона.

Однако данный метод нельзя отнести к универсальному, поскольку на скорость распространения ультразвука влияют не только прочность бетона, но и множество других факторов, таких как состав, крупность заполнителя, влажность и др. Градуировочная кривая "скорость-прочность" действительна только для того состава бетона, для которого она построена, что является одним из существенных недостатков метода. Но для заводов ЖБИ при установившейся технологии, когда состав бетона и используемые материалы изменяются редко, зависимость скорости ультразвука от прочности получается относительно стабильной. В этом случае ультразвуковой метод является наиболее предпочтительным по сравнению с другими методами.

Учитывая оперативность контроля, возможность многократного повторения испытания на одном и том же участке конструкции с целью оценки как прочности бетона, так и его однородности, ультразвуковой импульсный метод рекомендуется к широкому внедрению на заводах ЖБИ и строительных объектах для контроля качества железобетонных изделий. Таким методом можно организовать как выборочный, так и сплошной контроль, следить за нарастанием прочности бетона во времени.

Оценивая возможности разрушаю­щих и неразрушающих методов испыта­ния сооружений, следует учитывать, что разрушающие методы могут быть использованы лишь при проведении модельных испытаний и при изучении опытных образцов новых конструкций, а также при выборочном контроле изделий на заводах, изготовляющих строительные конструкции. При поста­новке экспериментов, когда конструк­ция доводится до разрушения, необ­ходимо четко оценивать их экономи­ческую эффективность. На стадии про­ектирования выявляется экономическая эффективность предложенного реше­ния, оценивается экономический эффект от внедрения новых конструкций в прак­тику. Далее разрабатывается план про­ведения экспериментальных исследова­ний, устанавливаются их объем и стои­мость, производится технико-экономи­ческая оценка эффективности экспе­римента. Затраты, связанные с прове­дением эксперимента, должны быть су­щественно ниже того суммарного эф­фекта, который обусловлен внедрением более современных конструкций.

Неразрушающие методы испытания не нарушают эксплуатационных свойств исследуемых систем. Эти методы позво­ляют выявить действительное состояние конструкций, установить соответствие реальных свойств проектным, прогнози­ровать эксплуатационный ресурс.

Ультразвуковые преобразователи и способы их установки

В области неразрушающего контроля ультразвуковыми преобразователями принято называть устройства для преобразования электрических колебаний в механические и, наоборот, механические в электрические. Преобразователи, используемые для возбуждения в среде механических колебаний, называются излучателями, а для приема этих колебаний приемниками.

Используются несколько типов преобразователей, основанных на различных физических явлениях преобразования электрических и механических колебаний, отмеченных в предыдущем разделе.

Классификация преобразователей

Преобразователи для неразрушающего контроля классифицируются по ряду признаков.

По способу преобразования электрической энергии в механическую:

- пьезоэлектрические;

- магнитострикционные;

- электродинамические;

- электро-магнито-акустические;

- термоакустические.

По виду акустического контакта с контролируемым объектом :

- контактные, которые прижимаются к поверхности изделия через специальную акустическую смазку (масло, глицерин, технический вазелин) или через эластичный материал;

- иммерсионные, когда между преобразователем и изделием имеется толстый (во много раз превышающий длину волны) слой жидкости;

- преобразователи с сухим точечным контактом, имеющие сферическую поверхность, плотно соприкасающуюся с изделием на площади 1.0 - 5.0 мм²;

- бесконтактные преобразователи, возбуждающие акустические колебания в изделии через слой воздуха.

Большой интерес представляют бесконтактные преобразователи, поскольку при их применении решаются сразу несколько проблем, такие как сканирование, получение одинаковых условий ввода или приема колебаний, автоматизация контроля, однако существующие бесконтактные преобразователи в несколько сотен раз имеют меньшую чувствительность, чем контактные, поэтому они не нашли широкого применения для контроля бетона.

По способу взаимного расположения излучающего и приемного элементов и соединения их с электрической схемой прибора:

- совмещенные преобразователи, которые одновременно используются как для излучения, так и для приема ультразвука;

- раздельные преобразователи, состоящие из излучателя, соединенного с генератором прибора, и приемника, соединенного с усилителем;

- раздельно-совмещенные преобразователи, состоящие из излучателя и приемника, конструктивно объединенных в один элемент, но разделенных электрическим и акустическим экранами и подсоединенных соответственно к генератору и усилителю.

По направлению акустической оси:

- прямые, излучающие ультразвуковые волны нормально к поверхности изделия;

- наклонные, излучающие ультразвук под определенным углом к поверхности изделия. В некоторых наклонных преобразователях угол наклона можно изменять.

По форме акустического поля:

плоские преобразователи, излучающие плоскую ультразвуковую волну;

фокусирующие преобразователи, которые за счет соответствующей формы излучающей поверхности обеспечивают сужение (фокусирование) акустического поля в некоторой области контролируемой среды;

- широконаправленные, излучающие пучок расходящихся лучей;

- мозаичные преобразователи, состоящие из ряда отдельно управляемых элементов.

По ширине полосы рабочих частот:

- узкополосные, которые пропускают частоты меньше одной октавы;

- широкополосные, которые пропускают частоты больше одной октавы.

При контроле качества бетонных и железобетонных конструкций наибольшее применение нашли пьезоэлектрические преобразователи, поэтому их конструкции рассмотрим в первую очередь.

Пьезоэлектрические преобразователи

Для пьезоэлектрических преобразователей, используемых при неразрушающем контроле, можно выделить следующие основные характеристики: передаточные функции акустического поля, электрическое сопротивление, временные и общетехнические.

Такие характеристики свойственны не только пьезоэлектрическим, но и преобразователям других типов.

Передаточной функцией называется отношение сигнала на выходе преобразователя к сигналу на его входе при определенной электрической или акустической нагрузке. Передаточные функции различают для режимов излучения, приема, двойного преобразования.

В режиме излучения в качестве входного сигнала принимают электрическое напряжение U_и и ток J_и, протекающий через преобразователь, а в качестве выходного - механическое напряжение или давление.

Наиболее широко используются передаточные функции

;

где σ_и - нормальные напряжения или давления на рабочей поверхности преобразователя.

В режиме приема входным сигналом служит механическое напряжение или давление, а выходным - электрическое напряжение ии и ток J_и, протекающий через электрическую нагрузку

преобразователя:

; .

Для режима двойного преобразования входными сигналами являются U_и; J_и, а выходными - U_n; J_n. В общем случае при двойном преобразовании используются четыре передаточные функции:

.

Любую из указанных передаточных функций можно представить в виде:

где X_mn, Y_mn - вещественная и мнимая часть К_mn,

Это выражение называется модулем передаточной функции, а значение

является фазочастотной характеристикой передаточной функции.

Частоту f_mn при которой /K_mn/ имеет максимум в области рабочих частот, называют частотой максимума преобразования f_mn, а само значение К_mn - коэффициентом преобразования.

Отношение модуля передаточной функции к коэффициенту преобразования, как функции частоты, принято называть амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ).

Частотный диапазон f_mn в рабочей области частот с неравномерностью АЧХ не более 6 дб называют полосой пропускания Δf_mn, а верхняя и нижняя границы полосы пропускания соответственно обозначаются f_B и f_H

Акустическим полем преобразователя является область среды, в которой упругие колебания связаны с действием преобразователя.

Существуют понятия полей излучения, приема, излучения-приема.

Структуру поля можно представить в виде лучей, расходящихся из точки, которая является эффективным акустическим центром. Основной характеристикой акустического поля является диаграмма направленности с ближними и дальними зонами.

Электрическое сопротивление Z_nэ преобразователя представляет собой комплексное отношение электрического напряжения на преобразователе к силе тока в функции частоты, измеренное в режиме излучения при определенной акустической нагрузке.

Общетехнические характеристики определяют требования к конструкции преобразователя, его надежности, устойчивости к внешним воздействиям.

Математическое описание пьезоэффекта в общем случае достаточно сложно, так как он многосторонне связан с другими свойствами материала.

Поскольку в нашу задачу не входит изучение самих материалов, обладающих пьезоэффектом, то ограничимся только общими сведениями о пьезоэффекте.

При математическом описании пьезоэффекта в качестве независимых переменных используют либо механическое напряжение σ_ij, напряженность электрического поля Е_i и температуру, либо механическую деформацию U_ij электрическую индукцию D_i и энтропию S.

В первом случае состояние термодинамической системы удобно описать с помощью функции Гиббса, дифференциал которой равен

Во втором случае используется дифференциал внутренней энергии

Данные функции позволяют достаточно просто получить основные уравнения пьезоэффекта :

;

где S_ijkl - податливости сред;

d_ijk - пьезомодули;

ε_ijk - диэлектрические проницаемости;

ε₀ - электрическая постоянная ;

α_ij - коэффициенты теплового расширения ;

j_i- - пироконстанты.

Наибольшее распространение для пьезоэлектрических преобразователей получили сегнетоэлектрические материалы, к которым относятся ниобат лития, тантанат лития, сульфоидат сурьмы и пьезоэлектрические текстуры в виде пьезокерамики ЦТС (цирконат титонат свинца).

Пьезокерамика ЦТС выгодно отличается от других материлов более высокими пьезоэлектрическими коэффициентами и точкой Кюри.

Расчет пьезопреобразователя в режиме излучения сводится к нахождению распространения механических напряжений (деформаций) на его поверхности, обращенной к изделию при известном электрическом напряжении, приложенном к преобразователю.

В режиме приема решается обратная задача - нахождение электрического отклика преобразователя при создании на его поверхности известного распределения механических напряжений (деформаций). Расчет реального пьезопреобразователя в значительной степени зависит от его конструкции, акустической нагрузки, демпфера. В качестве акустической нагрузки может выступать объект контроля или элемент конструкции преобразователя. Демпфер служит для подавления инерционных свойств пьезоэлемента. При расчетах, как правило, принимают допущения, что акустическую нагрузку и демпфер рассматривают как полубезграничные среды, в которых ультразвуковые сигналы, излученные в них пьезоэлементом, обратно к нему не возращаются.

Система уравнений, описывающая работу пьезопреобразователя, должна содержать уравнение движения упругой среды, уравнения, связывающие механические напряжения и деформации, а также уравнения, учитывающие прямое и обратное взаимодействия электрических и акустических полей при излучении и приеме ультразвуковых сигналов.

Уравнение движения упругой среды пьезоэлемента можно получить из 2-го закона Ньютона, если приравнять силу внутренних напряжений произведению ускорения на массу единицы объема тела:

(1)

где ρ - плотность среды;

ξ_i - механическое смещение.

Если в качестве независимых переменных использовать деформацию тела и напряженность электрического поля, то получим

(2)

Продифференцировав левую и правую части уравнения (1) по координате и подставив в получившееся выражение уравнение обратного пьезоэффекта, получим.

(3)

где: С_ijkl - коэффициенты упругости;

е_ijkl - пьезоконстанты;

d _ijkl - пьезоэлектрические модули.

Уравнения (2) и (3) являются основными при исследовании процессов излучения и приема упругих колебаний пьезопреобразователями.

При подаче напряжения на электроды пьезоэлемента граница раздела акустической нагрузки с пьезообразователем приходит в движение и в обе стороны от нее распространяются волны механических напряжений (режим излучения). Через интервал времени t волна, возникающая в левой грани пьезоэлемента, достигнет правой и отразится от нее. Вследствие прямого пьезоэффекта на электродах появляются дополнительные свободные заряды, которые вызовут дополнительную электрическую индукцию. Таким образом, при появлении на электродах пьезоэлемента свободных зарядов механическое напряжение как внутри пьезоэлемента, так и в акустической нагрузке представляет собой суперпозицию волн, возникших у каждой грани пьезоэлемента и многократно отразившихся внутри его. Это свидетельствует о том, что в режиме приема пьезопреобразователи, особенно с параллельными гранями, вырабатывают электрические сигналы, не соответствующие по форме механическим волнам, прошедшим через среду к преобразователю. Такое явление относится к одному из основных недостатков пьезоэлектрических преобразователей. Способы устранения этого недостатка будут рассмотрены ниже.

Как было показано ранее, одной из важнейших характеристик пьезопреобразователей является ширина полосы их рабочих частот или полосы пропускания:-

Чем шире полоса, тем выше разрешающая способность ультразвукового прибора, меньше мертвая зона, ниже погрешность измерения скорости ультразвука.

В связи с важностью задачи создания широкополосных пьезопреобразователей этой теме посвящены работы многих исследователей, и таких научно-исследовательских институтов как ВНИИНК, НИИСК, НИИинтроскопии и др. В результате проведенных исследований к настоящему времени сформировались три группы методов создания широкополосных пьезопреобразователей:

- методы, в которых полоса пропускания при использовании обычных полуволновых пьезоэлементов расширяется за счет их механического или электрического демпфирования, применение корректирующих R,L,C - цепей, использования многослойных преобразователей с активными и пассивными слоями;

- методы, основанные на применении специальных электронных схем возбуждения полуволновых пьезоэлементов и схем включения их в режиме приема колебаний;

- методы, основанные на применении пьезоэлементов специальной формы (клиновидных, конусообразных, сферически вогнутых и т.д.), специальных составов керамики и специальной технологии обработки (частичная поляризация), использовании нерезонансно-возбуждаемых пьезоэлементов и др.

В большинстве отечественных и зарубежных дефектоскопов с целью расширения полосы пропускания и уменьшения времени резонансных колебаний применяется механическое демпфирование полуволновых, пьезоэлементов, для чего пьезоэлемент с нерабочей стороны приклеивают к массивному телу - демпферу, который изготавливается из материала с большим коэффициентом затухания ультразвуковых волн. После окончания действия возбуждающего электрического или принимаемого механического импульса свободные колебания самого пьезоэлемента должны быстро затухнуть, причем, чем ближе импеданс материалов демпфера и пьезоэлемента, тем быстрее. Механическое демпфирование имеет определенный эффект в высокочастотных преобразователях с незначительной интенсивностью ультразвука. При контроле качества бетона, когда применяются низкочастотные колебания (менее 100 кГц) большой интенсивности, механическое демпфирование малоэффективно.

Электрическое демпфирование пьезопреобразователей как средство гашения собственных колебаний и расширения полосы рабочих частот известно давно. Суть его состоит в том, что при некоторых значениях активного сопротивления, шунтирующего пьезоэлемент, происходит резкое расширение его амплитудно - частотной характеристики (АЧХ). Это позволяет во многих случаях отказаться от механического демпфирования.

Метод расширения АЧХ пьезопреобразователей, основанный на подключении к пьезоэлементу корректирующих R,L,C - цепей или изменения формы самого пьезоэлемента, позволяет в определенных пределах изменять АЧХ всего электроакустического тракта. Пьезоэлемент и присоединенный к нему электрический контур представляют собой электрическую колебательную систему, которая на резонансной частоте имеет минимум АЧХ.

Расширение АЧХ за счет корректирующих R,L,C - цепей уменьшает добротность колебательного контура, расширяет полосу пропускания частот, но одновременно и снижает чувствительность пьезоэлемента.

Заслуживают пристального внимания способы расширения АЧХ за счет изменения формы и частичной деполяризации так называемых толстых пьезоэлементов.

Работа толстого преобразователя основана на том, что акустические сигналы возникают на поверхности несущих электродов. Если такой пьезоэлемент с электродами на основаниях диска возбудить коротким электрическим импульсом длительностью t, то на его обоих основаниях возникнет акустическое давление и каждое основание будет источником ультразвуковых волн, излучаемых в двух направлениях, с лицевой стороны в момент времени t=0 и с тыльной стороны при t=h/V, и ряд импульсов, многократно отраженных от оснований пьезоэлемента в моменты t=(2,3,4...) h/V, где h - толщина пьезоэлемента, а V - скорость ультразвука в нем.С помощью толстых пьезопреобразователей можно излучать акустические импульсы нано- и пикосекундной длительности.

К существенным недостаткам толстых преобразователей необходимо отнести невозможность излучения с их помощью одиночных акустических импульсов, так как в ответ на одиночный электрический они всегда излучают пачку акустических импульсов.

Рис. 2.2.27. Монолитные пьезокерамические апериодические преобразователи :

а - с частичной деполяризацией; б - без деполяризации;

1 - конусообразная ловушка УЗК; 2,3 - электроды

Одним из эффективных способов расширения полосы пропускания и устранения отраженных сигналов является выполнение пьезоэлемента переменного сечения по толщине. В некоторой литературе такие пьезопреобразователи носят название апериодический пьезодатчиков (рис. 2.2.27).

Хотелось бы еще рассмотреть мало применяемый в настоящее время, но на наш взгляд очень перспективный метод устранения резонансных колебаний в излучающем режиме, позволяющий получать одиночный механический импульс. Он называется методом электрической компенсации свободных колебаний.

Сущность метода заключается в том, что на электроды пьезоэлемента, не демпфированного ни механически, ни электрически, подается импульс электрического напряжения в виде ступеньки с крутым фронтом и в нем возбуждаются ультразвуковые колебания. Затем через время, равное половине периода этих колебаний, на пьезоэлемент подается еще один такой же электрический импульс, возбуждающий в нем такие же ультразвуковые колебания, но сдвинутые по фазе на 180°.

Суперпозиция затухающих колебаний приводит к их взаимной компенсации, за исключением первой полуволны, возникшей в результате воздействия первого импульса.

Рис. 2.2.28. Пьезопреобразователи:

а - рездельный; б - раздельно-совмещенный;

1 - корпус; 2 - пьезоэлемент; 3 – демпфирующая заливка; 4 - защитное донышко; 5 - коаксиальные разъемы; 6 - пенополистирол; 7 - призмы

К недостаткам метода можно отнести необходимость применения специальных генераторов сдвоенных импульсов, а также подстройку генератора индивидуально для каждого пьезоэлемента. Однако, учитывая достижения современной электроники, такие недостатки-нельзя считать существенными.

Конструктивно пьезопреобразователи представляют собой металлический стакан, выполняющий роль электрического экрана, в котором помещаются один (прямой) или два (раздельно-совмещенный) пьезоэлементы (рис. 2.2.28).

Для механического демпфирования и предохранения пьезоэлементов от механических повреждений они запиваются эпоксидной смолой с наполнителем. С рабочей стороны донышко покрывается износостойким абразивным материалом с акустическим импедансом, близким к бетону. С тыльной стороны устанавливается высокочастотный коаксильный разъем СР-50, с помощью которого пьезопреобразователь подключается к прибору.

Излучатели и приемники — ультра­звуковые преобразователи — могут быть пьезоэлектрическими и магнитострикционными. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из металлического корпуса 4 (рис. 2.2.29), внутри которого располагается материал 3, обладающий пьезоэлектрическим эф­фектом.

Рис. 2.2.29. Пьезоэлектричес­кий преобразователь

К числу таких материалов относятся кристаллы кварца, турмали­на, титаната бария и др. В последнее время наибольшее применение находит сегнетова соль. Кристалл, преобра­зующий электрическую энергию в ме­ханическую, и, наоборот, приклеивается или прижимается к прокладке 2 с помощью пружины 1, предназначенной для демпфирования свободных колеба­ний.

На рис. 2.2.30 представлен магнитострикционный преобразователь.

Рис. 2.2.30. Магнитострикционный преобразователь

Магнитостриктор 2 собирается из тонких изолированных друг от друга пластинок из никеля или другого материала, обладающего под действием магнитного поля возможностью сжиматься и растя­гиваться. Пакет пластинок помещается в катушку, по которой пропускается переменный электрический ток, если преобразователь используется как излу­чатель, или возникает переменный элек­трический ток, если преобразователь работает как приемник. В торце рас­положена металлическая мембрана 3, которая жестко прикреплена к кор­пусу 1.

Преобразователи, представленные на рис. 2.2.29 и 2.2.30, возбуждают продольные волны. Для получения по­перечных волн используется явление трансформации продольной волны на границе раздела двух сред. На рис. 2.2.31 представлена схема прохождения ульт­развука через границу двух сред.

Рис. 2.2.31. Схема прохождения волн через границу сред

На границу раздела под углом α падает продольная волна 1. На границе она трансформируется в проходящие и от­раженные 2 продольные и поперечные водны, причем угол преломления β_пр продольной волны 3 больше угла β_поп преломления поперечной волны 4. Уве­личивая угол α, можно достичь такого положения, что проходящая продоль­ная волна будет распространяться только по поверхности и во второй среде будут распространяться лишь поперечные волны. Дальнейшее увели­чение угла α позволяет придти к такому положению, когда во второй среде будет распространяться поперечная волна лишь по границе раздела.

Практически описанная трансфор­мация волн достигается применением призматического преобразователя (рис. 2.2.32), который состоит из пре­ломляющей призмы 3 и излучателя 1. На рисунке показаны луч падающей продольной волны 2, луч проходящей поперечной волны 5 и луч отраженной волны 4.

Рис. 2.2.32. Схема призматического преобразователя

Применительно к металлическим конструкциям с помощью ультразвука осуществляется контроль дефектов в металле и контроль качества сварных швов. На рис. 2.2.33, а показаны при­меры использования теневого метода. Сигнал от излучателя 1 и приемника 3 подается на экран осциллографа (рис. 2.2.33, б), причем при наличии дефектов 2 происходит снижение или полное исчезновение сигнала, воспроиз­водимого приемником.

Рис. 2.2.33. Схема прозвучивания изделий теневым методом

Трассы прозвучивания конструкций могут иметь произвольное направление.

На рис. 2.2.34, а приведен пример наклонного прозвучивания продольной волной, а на рис. 2.2.34, б — поверх­ностное прозвучивание поперечной вол­ной.

Рис. 2.2.34. Наклонное и поверхностное прозвучивание

Рис. 2.2.35. Схема прозвучивания изделий эхо-методом с соответствующими осциллограммами

При невозможности одновременного доступа к двум соосным точкам на разных поверхностях изделия исполь­зуется эхо-метод (рис. 2.2.35). В этом случае преобразователь 1 выполняет функции как излучателя, так и прием­ника. Этот метод позволяет как обна­ружить наличие дефекта 2, так и опре­делить толщину изделия Н и расстояния h до места расположения дефекта. Если провести неоднократное прозвучивание поверхности, то на без­дефектных участках (рис. 2.2.35, а) на экране осциллографа 3 будет реги­стрироваться постоянный промежуток t₁ между моментом посылки сигнала и моментом его получения. В местах, где имеются дефекты (рис. 2.2.35, б), происходит существенное изменение этого времени, определяемого теперь как t₂. Для стальных конструкций скорость распространения ультразвука с является стабильной величиной, что позволяет из достаточно элементарных соображений определить неизвестную толщину металла H = 0,5ct₁. Расстоя­ние до месторасположения дефекта те­перь может быть определено как h = 0,5ct₂.

Можно также отметить существо­вание зеркально-теневого метода, когда излучатель и приемник устанавлива­ются на одной и той же поверхности изделия в непосредственной близости. Такой подход позволяет при двух- и одностороннем прозвучивании исполь­зовать одну и ту же выпускаемую промышленностью аппаратуру.

В раздельно-совмещенных пьезопреобразователях между излучающим и приемным элементами устанавливаются акустический и электрический экраны, обеспечивающие полную развязку по акустическим и электрическим каналам (рис. 2.2.35,6).

При работе с пьезопреобразователями необходимо в зону контакта его рабочей поверхности с контролируемым изделием наносить акустическую смазку в качестве которой может использоваться технический вазелин, зубная паста, незатвердевшая эпоксидная смола.

На рис. 2.2.36 приведены конструкции преобразователей, разработанные автором в Самарской архитектурно-строительной академии, которые позволяют вводить ультразвук в бетон без применения смазки, через сухой контакт. Это достигается за счет концентрации энергии, вырабатываемой пьезоэлементом в зону контакта волновода с бетоном.

Рис. 2.2.36. Пьезопреобразователи с сухим контактом:

1 - корпус; 2 - крышка; 3 - пружина; 4 - демпфер; 5 - пьезоэлемент; 6 - волновод

Такие датчики нашли широкое применение в автоматизированных стендах для контроля качества сборных железобетонных конструкций на заводах ЖБИ.

Были сделаны попытки разработать катучие пьезопреобразоватепи, позволяющие контролировать изделие методом сканирования без применения смазки. Идея очень заманчивая, однако, разработанные конструкции не совершенны и не нашли практического применения.

Магнитострикционные преобразователи

Магнитострикционными называют такие преобразователи, в которых для преобразования электрической энергии в механическую используется эффект магнитострикции, т.е. деформирование материала при изменении его магнитного состояния.

Для излучения и приема ультразвуковых колебаний применяют преобразователи стержневого или кольцевого типов. Сердечники стержневых магнитострикционных преобразователей представляют собой два или несколько стержней, совершающих продольные колебания вдоль оси за счет изменения их магнитного состояния. Концы стержней соединяются между собой накладкой, так что образуется замкнутый магнитопровод (рис. 2.2.37).

Рис. 2.2.37. Магнитострикционные преобразователи;

а - стержневой; б - из ферритовых материалов с постоянными магнитами

Обмотка на стержни наносится таким образом, чтобы в соседних стержнях магнитное поле было направлено противоположно. Излучение или прием ультразвука происходит со стороны накладок. Магнитное поле создается установкой постоянных магнитов или электрическим подмагничиванием.

Резонансная частота сердечников в виде стержней постоянного сечения определяется по формулам для продольных и крутильных колебаний соответственно:

; ,

где n - номер гармоники;

I - длина стержня;

Е - модуль Юнга;

G - модуль сдвига;

ρ - плотность материала сердечника.

Достоинствами магнитострикционных преобразователей являются их высокая механическая прочность, отсутствие специальных требований к электроизоляции и простота в изготовлении, что в ряде случаев делает их предпочтительнее перед пьезоэлектрическими преобразователями при использовании в диапазоне частот от 1 до 100 кГц.

Электромагнитоакустические (ЭМА ) и электродинамические (ЭД) преобразователи

Электромагнитоакустические (ЭМА) и электродинамические (ЭД) преобразователи наиболее эффективны для контроля ферромагнитных листов ультразвуковыми волнами. Однако при соответствующих исследованиях и доработке конструкции их можно использовать при контроле и не ферромагнитных материалов типа бетона и грунта.

Основными элементами ЭМАП являются высокочастотные решетки возбуждения и приема ультразвуковых колебаний, размещенные в зоне внешнего магнитного поля, создаваемого системой подмагничивания (рис. 2.2.38).

Рис. 2.2.38. Электроакустический преобразователь:

1 - разъем питания; 2 - винты регулировки зазора между полюсами магнита и поверхностью материала; 3 - корпус;4 - магнитопровод ШЛ20х32; 5 - катушка подмагничивания;

6 - упругий материал; 7 - концентраторы-держатели; 8 - решетка

Механизм возбуждения ультразвука в ферромагнитных материалах основан на магнитострикционном изменении линейных размеров исследуемого материала. Максимальная амплитуда достигается в тангенциальном внешнем магнитном поле, а магнитострикционные изменения происходят в зоне действия тангенциальной составляющей переменного магнитного поля решетки.

Конструктивно ЭМАП могут быть выполнены в раздельном или раздельно-совмещенном вариантах. Подмагничивание осуществляется П-образным броневым сердечником типа ШЛ20х32, на полюсах которого расположены две катушки из провода диаметром 0.6 - 0.8 мм с числом витков около 600. Для экономии электроэнергии и улучшения теплового режима катушки подмагничивания можно питать импульсным током.

Между полюсами имеются решетки возбуждения и приема. Они, как правило, изготавливаются из двух элементов, расположенных в четырех пазах. Количество витков в элементе решетки обычно не превышает 50 ПЭВ-2 диаметром 0.15 мм. Длина решетки около 30 мм. Расстояние между решеткой и поверхностью контролируемого материала должно быть минимальным и находиться в пределах 0.1 - 0.2 мм.

Для контроля не ферромагнитных материалов (например, бетона) в датчик со стороны решетки можно установить ферромагнитную диафрагму с волноводом, с помощью которого колебания будут передаваться в контролируемый материал. Чувствительность таких преобразователей несколько хуже чем пьезоэлектрических.

Электродинамические преобразователи (ЭДП), как правило, используются в качестве излучателей и основаны на отталкивании проводников с противоположно текущим током (рис. 2.2.39).

Рис. 2.2.39. Электродинамический излучатель

1 - корпус; 2 - излучающая мембрана; 3 - гайка; 4 - лавсановая прокладка; 5 - индуктор;

6 – демпфер

ЭДП состоит иэ металлического корпуса 1, в котором жестко на диэлектрической основе расположен индуктор в виде спиральной катушки 5, токопроводящей диафрагмы 2, которая изолирована от индуктора лавсановой пленкой 4. Диафрагма по периметру прижимается к индуктору с помощью упругой кольцевой прокладки и гайки 3. При протекании импульсного тока через индуктор в мембране возбуждается ток в противоположном направлении и пропорционально току в индукторе. При взаимодействии двух противоположно направленных токов возникает отталкивающая сила от индуктора. Механический импульс от диафрагмы через волновод может быть передан в контролируемый материал.

Бесконтактные методы возбуждения и приема ультразвуковых колебаний

Ранее были рассмотрены методы возбуждения и приема ультразвука, которые можно отнести к традиционным, сравнительно хорошо изученным методам, опробированным на практике. Все эти методы являются контактными, т.е. требуют непосредственного контакта с исследуемой средой, обеспечение которого иногда связано с определенными трудностями.

В последнее время появились принципиально новые методы в ультразвуковом контроле, позволяющие возбуждать и принимать ультразвук без непосредственного механического контакта. К таким методам относится генерация ультразвука импульсными пучками заряженных частиц и оптическая генерация.

Основную роль в формировании акустических колебаний, возбуждаемых пучками заряженных частиц, играет термоупругий эффект. Максимальное значение амплитуды ультразвуковых колебаний составляет 10^-3 – 10^-2 мм, а длительность генерируемых импульсов колеблется от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд и достигается при использовании ускорителей моноэнергетических электронов типа бетатрон. Коэффициент преобразования энергии частиц пучка в акустическую значительно выше, чем у других методов, основанных на термоупругом эффекте. Генерация колебаний практически не зависит от состояния поверхности контролируемого изделия.

Другим, на наш взгляд, очень перспективным методом бесконтактной генерации и приема ультразвуковых колебаний является оптический метод с использованием лазеров. Данный метод позволяет возбуждать очень короткие упругие импульсы достаточно большой мощности.

Основными механизмами возбуждения упругих импульсов являются: термоупругость, обусловленная быстрым локальным нагревом; ударная волна, обусловленная тепловым пробоем; импульс отдачи, вызванный испарением материала образца.

Оптический метод может быть использован и для приема упругих колебаний с помощью лазерного интерферометра. Преимуществом оптического метода возбуждения и приема упругих колебаний является то, что он безынерционный и позволяет возбуждать импульс без резонансных колебаний и принимать истинный сигнал без изменения его характеристик. Однако следует отметить, что сведений об исследованиях возможности возбуждения и приема упругих колебаний в бетоне, кроме исследований, выполненных автором, по литературным источникам не обнаружено.

Способы расположения преобразователей

На практике при контроле бетонных и железобетонных конструкций наиболее часто используются три основных способа расположения преобразователей.

Наиболее распространенным из них является способ, при котором излучатель и приемник располагаются друг против друга по разным сторонам испытуемого изделия (рис. 2.2.40, а).

Такой способ называется соосным и является наиболее рациональным, поскольку в данном случае используется чистая продольная волна, прошедшая через всю толщину бетона.

Рис. 2.2.40. Способы расположения преобразователей:

а - соосное; б - диагональное; в - поверхностное

Такой способ можно применять при хорошем доступе к изделию с обеих сторон. Когда доступ с другой стороны затруднен, возможно, диагональное расположение преобразователей (рис. 2.2.40, б). В этом случае также собирается полная информация о бетоне, но затрудняется измерение базы прозвучивания. Диагональное расположение часто применяется при контроле качества замоноличивания швов между изделиями.

При отсутствии доступа к изделию с двух сторон возможно расположение преобразователей только с одной стороны (рис. 2.2.40, в). Данный способ получил название поверхностного прозвучивания. Он сравнительно прост и позволяет с большой точностью измерять базу. Однако в этом случае ультразвук собирает информацию с поверхностного слоя бетона толщиной 30- 50 мм. Имеется еще один значительный недостаток, который сдерживает широкое применение способа. При некоторых величинах базы L к приемнику первой будет приходить не продольная волна, которая обычно используется при контроле железобетона, а поперечная, что затрудняет качественное измерение времени распространения ультразвука. Для исключения этого недостатка расстояние между преобразователями необходимо принимать кратным длине волны и, как правило, равным

где X - длина волны, см;

а - коэффициент, учитывающий увеличение длины пути, прошедшего ультразвуком, по сравнению с геометрическим расстоянием между излучателем и приемником.

Ориентировочно можно принять а = 0.9.

Для бетонов со скоростью V = 4000 м/с при частоте колебания 60 кГц это расстояние будет равно L = 0.9x2x400000/60000 =11.88 см.

Применительно к испытанию бетона ультразвуковой импульсный метод по­зволяет не только проводить дефекто­скопию изделий, но и определять физико-механические характеристики бетонов.

Так как бетон является неоднород­ным материалом, то при его дефекто­скопии возможно выявить лишь дефек­ты, размеры которых превышает харак­терный размер заполнителя. Наиболь­шее развитие получили два метода импульсной ультразвуковой дефекто­скопии бетона: метод сквозного прозвучивания и метод продольного про­филирования (метод годографа). Оба метода основаны на изменении ско­рости распространения ультразвука на дефектных участках.

При сквозном прозвучивании две противоположные поверхности объекта размечаются так, чтобы соответствую­щие точки, в которых устанавливаются излучатель 1 и приемник 2, распо­лагались соосно (рис. 2.2.41).

Рис. 2.2.41. Схема сквозного прозвучивания

Поверх­ность обычно размечают прямоуголь­ной сеткой, узлы которой определяют трассы 3 прозвучивания. Проводя прозвучивание в достаточно большом числе узлов можно построить изохроны (ли­нии равных времен прохождения звука по толщине) или изоспиды (линии равных скоростей распространения зву­ка). Изохроны строятся в том случае, когда длины трасс прозвучивания в раз­личных точках поверхности различают­ся не более чем на 0,3—0,5%. При разметке точек, определяющих поло­жение трасс прозвучивания, следует избегать пересечения трассами армату­ры. Расположение арматуры может быть выявлено магнитными методами. Исследуя изоспиды, можно выявить зоны с пониженными скоростями рас­пространения ультразвукового импуль­са, что и определяет зоны, на которых имеется дефектный бетон.

Метод продольного профилирования (рис. 2.2.42, а) удобен тем, что при его использовании излучатель 1 и приемник 2 располагаются на одной поверх­ности изделия.

Рис. 2.2.42. Схема выявления дефекта методом продольного профилирования

Однако обнаружение де­фектов возможно лишь в полосе толщиной 1—1,5 λ , где λ — длина волны, что составляет от 1 до 15 см. Кроме того, интерпретация результатов из­мерений менее четка, чем при сквозном прозвучивании. Наличие дефектов 3 выявляется по отклонению эксперимен­тальных точек 4, получаемых при по­следовательном перемещении приемни­ка, от прямой 5 (рис. 2.2.42, б).

При размещении излучателя и при­емника на одной поверхности может быть решена задача о глубине у развития трещины, выходящей на по­верхность (рис. 2.2.43).

Рис. 2.2.43. Схема определения глубины трещины

Для этого на равных расстояниях а перпендикулярно оси трещины устанавливают излучатель и приемник, после чего экспериментально определяют время t₁ прохода импульса по трассе ABC. На ненарушенном участке бетона определяют скорость прохода ультразвука, для чего располагают излучатель и приемник на некотором расстоянии b, фиксируют время t₂ и находят скорость v = b/t₂. Соотношение, определяющее скорость прохождения звука по трассе ABC, будет выглядеть так:

.

Приравнивая скорости, получим

В последнее время при использовании импульсного ультразвукового метода, применительно к бетонным конструкциям, вместо осциллографов используют микросекундомеры, на цифровых индикаторах которых высвечивается промежуток времени между посылкой импульса излучателем и регистрацией времени прихода на приемник фронта импульса.

Аналитическая связь между скоростью распространения ультразвука v, плотностью ρ и модулем упругости Е определяется известной формулой

В данной формуле Е — это динамический модуль упругости, который отличается от статического модуля упругости и это отличие может дости­гать 10 и более процентов. Плотность материала может быть определена не­посредственно взвешиванием или ра­диометрическим методом. Динамиче­ский коэффициент Пуассона можно найти, если провести определение ско­ростей распространения ультразвука в стержне v_с и кубе v_к изготов­ленных из одного и того же замеса.

Для определения прочности бетона R по скорости ультразвука необхо­димо построить градуировочную кривую (рис. 2.2.44).

Рис. 2.2.44. Градуировочная зависимость при прозвучивании бетона

ультразвуковым импульсным методом

Для этого изготовляют не менее 45 образцов в идентичных условиях и проводят испытания с образ­цами различного возраста. Затем про­водят прозвучивание каждого образца в направлении, перпендикулярном к на­правлению укладки бетона, а затем испытывают кубы на прессе до разру­шения. Детально отмеченная процеду­ра регламентируется соответствующим ГОСТ.

Далее используются формулы, поз­воляющие перейти от динамических характеристик к статическим. В эксплу­атируемых конструкциях прочность бе­тона может быть определена по эмпи­рическим формулам

где R₀ — средний предел прочности бетона в кубах, число которых должно быть не менее трех, v₀ — средняя скорость распространения ультразвука в кубах.

На скорость распространения ультразвука в бетоне влияют различ­ные факторы: возраст бетона и усло­вия его твердения, количество и тип заполнителя, количество цемента, тем­пература, тип и размеры арматуры, напряженное состояние бетона. Прове­дено большое число научных иссле­дований, которые позволяют дать опре­деленные рекомендации, которые содер­жатся в литературе [5].

Резонансный метод связан с воз­действием на конструкции возмущений с изменяющейся частотой. При исполь­зовании ультразвука для проведения испытаний при стандартных возбуди­телях колебаний можно рассматривать в качестве исследуемых объектов лишь образцы, геометрические размеры кото­рых достаточно невелики. Достоинство подобных экспериментов заключается в том, что они открывают широкое поле для выявления различных, ранее отме­ченных факторов на динамические характеристики материала, испыты­ваемого импульсным методом.

При проведении резонансных ис­пытаний используют образцы: призмы размером 20х20х80; 15х15х60; 10х10х40; 7,07х7,07х28,3 см, а также цилиндры диаметром 15; 7,14 см при высоте образца соответственно 60 и 28,56 см. Проведенные при этом испытания позволяют определить динамические модули упругости и сдвига.

Излучатель при проведении испы­таний возбуждает гармонические коле­бания с различной частотой. Приемник воспринимает колебания системы и ре­гистрируют эти колебания на экране электронно-лучевого осциллографа или на частотомерном индикаторе. При построении амплитудно-частотной ха­рактеристики применительно к строи­тельным конструкциям, обладающим малыми свойствами затухания, доста­точно четко можно выявить те частоты, которые соответствуют резонансным режимам.

В результате проведенных испыта­ний в рамках резонансного метода можно установить совпадение частот вынужденных и собственных колеба­ний.

Использование известных формул динамики сооружений позволяет по найденному значению резонансной частоты f (Гц) вычислить динами­ческие модули упругости Е и G (Па).

На рис. 2.2.45 представлены три схемы испытаний.

Рис. 2.2.45. Схема возбуждения колебаний резонансным методом

При изучении про­дольных колебаний (рис. 2.2.45, а) испытуемый образец располагается на эластичной прокладке 3, толщина которой должна быть не менее 20 мм, а ширина вдоль балки не должна превышать 0,25 l (l — длина балки). При изучении изгибных колебаний (рис. 2.2.45, б) балка располагается на ножевых опорах 4, причем размер консоли выбран так, чтобы возбудить форму колебаний, тождественную первой форме свободных колебаний балки, лишенной опор. При изучении крутильных колебаний балка зажимается ножевыми опорами 4 в середине пролета. На схемах показаны соответствующие расположения излучателя 1 и приемника 2.

Изучение продольных колебаний позволяет определить

изучение изгибных колебаний позволяет определить

изучение крутильных колебаний позволяет определить динамический модуль сдвига

где f_п — резонансная частота продольных колебаний;

f_и — резонансная частота изгибных колебаний;

f_к — резонансная частота крутильных колебаний,

l — длина балки, м,

h — высота балки, м,

ρ—плотность материала, кг/м³;

с — коэффициент, зависящий от отношения h/l и определяемый по графику, приведенному на рис. 2.2.46;

k — коэффициент, зависящий от отношения высоты сечения h к его ширине b (рис. 2.2.47).

Рис. 2.2.46. График определения коэффициента с в зависимости от отношения высоты балки к ее длине

Рис. 2.2.47. График определения коэффициента k в зависимости от отношения высоты балки к ее ширине

Если h<b, то следует взаимоизменить смысл символов h и b.

Приближенно значение динамического коэффициента Пуассона может быть определено по формуле

Логарифмический декремент колебаний определяется в соответствии с формулой, приведенной ранее.

Импедансный метод основан на ре­гистрации величины акустического им­педанса участка контролируемого из­делия. Изменение входного импеданса может быть обнаружено по изменению амплитуды или фазы силы, действую­щей на датчик, возбуждающий в изделии упругие колебания. На рис. 2.2.48 показана схема импедансного метода.

Рис. 2.2.48. Схема амплитудного акустического импедансного метода

Датчиком 1 является стержень, кон­тактирующий с поверхностью и совер­шающий продольные колебания. Если обшивка 2 жестко склеена с основным материалом 4_У то вся конструкция колеблется как единое целое и импеданс системы обшивка — клей 3 — кон­струкция — датчик определяется жест­костью всей конструкции. При этом сила взаимодействия датчика и кон­струкции будет существенной. Если же стержень попадает в зону непроклея 5, то участок обшивки колеблется, как тонкий элемент. Так как жесткость обшивки существенно ниже жесткости конструкции в целом, то сила взаи­модействия существенно уменьшается.

Метод акустической эмиссии осно­ван на регистрации акустических волн в твердых телах при пластическом деформировании и при возникновении трещин. Регистрируя скорость движе­ния волн эмиссии, можно обнаруживать опасные дефекты и прогнозировать работоспособность элементов конструк­ций: зон концентрации напряжений в металлических конструкциях, эволюцию развития трещин в железобетонных конструкциях, появление расслоев в клееных деревянных конструкци­ях и т. п.

Техника реализации метода аку­стической эмиссии заключается в том, что на поверхности изучаемого объекта устанавливается ряд приемников, регистрирующих моменты прихода им­пульсов и их значения в процессе нагружения конструкции и ее эксплу­атации. Интенсивная фиксация импуль­сов предопределяет процессы, связан­ные с развитием микро- и макро­трещин в конструкции.

При изучении основных проблем, связанных с применением ультразву­ка для дефектоскопии строительных конструкций и определения физико-механических свойств материала, необ­ходимо остановиться на еще одном методе испытаний — импульсном мето­де. При испытании массивных кон­струкций, характеризуемых большими габаритами, применение ультразвука оказывается неэффективным в связи с затуханием волн при прохождении сре­ды, однако, если использовать звуковой диапазон, характеризуемый большей длиной волн, то можно добиться опре­деленного эффекта. При ударном мето­де возмущения возбуждаются механи­ческим ударом по конструкции и иссле­дуется распространение волн напряже­ний в среде.

Измерение скорости распространения ультразвука и ультразвуковая аппаратура

Скорость распространения ультразвука в бетоне колеблется от 2800 до 4800 м/с в зависимости от его структуры и прочности (табл. 2.2.2).

Таблица 2.2.2

Материал	ρ, г/смЗ	vпp, м/с
1	2	3
Сталь	7.8	5900
Дуралюминий	2.7	6260
Медь	8.9	4700
Оргстекло	1.18	2600
Стекло	3.2	5340
Воздух	1.29x10^-3	343
Вода	1.00	1490
Масло трансф.	0.895	1420
Парафин	0.9	1460
Резина	0.9	1480
Гранит	2.7	5100
Мрамор	2.6	3810
Бетон (более 30 суток)	2.3-2.45	2800-4800
Кирпич:
силикатный	1.6-2.5	1480-3000
глиняный	1.2-2.4	1320-2800
Раствор:
цементный	1.8-2.2	1930-3000
известковый	1.5-2.1	1870-2300

Измерение такой скорости на относительно малых участках (в среднем 0.1-1 м) является сравнительно сложной технической задачей, которая может быть решена только при высоком уровне развития радиоэлектроники. Из всех существующих методов измерения скорости распространения ультразвука, с точки зрения возможности их применения для испытания строительных материалов, можно выделить следующие:

- метод акустического интерферометра;

- резонансный метод;

- метод бегущей волны;

- импульсный метод.

Для измерения скорости ультразвука в бетоне наибольшее распространение получил импульсный метод. Он основан на многократной посылке в бетон коротких ультразвуковых импульсов с частотой следования 30-60 Гц и измерении времени распространения этих импульсов на определенном расстоянии, называемой базой прозвучивания, т.е.

м/с. (4)

Следовательно, чтобы определить скорость ультразвука необходимо измерить расстояние, пройденное импульсом (база прозвучивания), и время, за которое ультразвук распространяется от места излучения до приема. Базу прозвучивания можно измерить любым прибором с точностью до 0.1мм. Время распространения ультразвука в большинстве современных приборов измеряется путем заполнения высокочастотными (до 10 МГц) счетными импульсами электронных ворот, начало которых соответствует моменту излучения импульса, а конец - моменту прихода его в приемник. Упрощенная функциональная схема такого прибора приведена на рис. 2.2.49.

Схема работает следующим образом. Задающий генератор 1 вырабатывает электрические импульсы с частотой от 30 до 50 Гц в зависимости от конструкции прибора и запускает высоковольтный генератор 2, который вырабатывает короткие электрические импульсы с амплитудой 100 В. Эти импульсы поступают в излучатель, в котором, используя пьезоэффект, преобразуются в пачку (от 5 до 15 шт.) механических колебаний с частотой 60-100 кГц и вводятся через акустическую смазку в контролируемое изделие. В это же время открываются электронные ворота, которые заполняются счетными импульсами, и срабатывает блок развертки, начинается движение электронного луча по экрану электронно­лучевой трубки (ЭЛТ).

Рис. 2.2.49. Упрощенная функциональная схема ультразвукового прибора:

1 - задающий генератор; 2 - генератор высоковольтных электрических импульсов; 3 - излучатель ультразвуковых импульсов; 4 - контролируемое изделие; 5 - приемник; 6 - усилитель; 7 - генератор формирования ворот; 8 - генератор счетных импульсов; 9 - блок развертки; 10 - индикатор; 11 - процессор; 12 - блок ввода коффициентов; 13 - цифровой индикатор значений t,V,R

Головная волна пачки ультразвуковых механических колебаний, пройдя через контролируемое изделие длиной L, при этом затратив время t, попадает в приемник 5, в котором преобразуется в пачку электрических импульсов.

Пришедшая пачка импульсов усиливается в усилителе 6 и попадает в блок вертикальной развертки для визуального контроля на экране ЭЛТ, а первым импульсом этой пачки закрываются ворота, прекратив доступ счетных импульсов. Таким образом, электронные ворота были открыты для счетных импульсов с момента излучения ультразвуковых колебаний до момента прихода их в приемник, т.е. время t. Далее счетчик считает количество счетных импульсов, которые заполнили ворота, и результат выдается на индикатор 13.

В некоторых современных приборах, таких как «Пульсар-1.1», имеются процессор и блок ввода коэффициентов, с помощью которых решается аналитическое уравнение зависимости "скорость-прочность", а на табло цифровой индикации выдаются время t, скорость V и прочность бетона R.

Для измерения скорости распространения ультразвука в бетоне и других строительных материалах в 80-е годы серийно выпускались ультразвуковые приборы УКБ-1М, УК-10П, УК-10ПМ, УК-10ПМС, УК-12П, УФ-90ПЦ, Бетон-5, которые себя хорошо зарекомендовали.

На рис. 2.2.50 приведен общий вид прибора УК-10ПМС.

Рис. 2.2.50. Ультразвуковой прибор УК-10ПМС

Факторы, влияющие на скорость распространения ультразвука в бетоне

Все материалы в природе можно разделить на две большие группы», относительно однородные и с большой степенью неоднородности или гетерогенные. К относительно однородным можно отнести такие материалы, как стекло, дистиллированная вода и другие материалы с постоянной для нормальных условий плотностью и отсутствием воздушных включений. Для них скорость распространения ультразвука в нормальных условиях практически постоянна. В неоднородных материалах, к которым относится большая часть строительных материалов, в том числе и бетон, внутреннее строение, взаимодействие микрочастиц и крупных составляющих элементов непостоянно как по объему, так и по времени. В их структуру входят микро - и макропоры, трещины, которые могут быть сухими или наполнеными водой.

Непостоянным является и взаимное расположение крупных и мелких частиц. Все это приводит к тому, что плотность и скорость распространения в них ультразвука непостоянны и колеблются в больших пределах. В табл. 2.2.2 приведены значения плотности ρ и скорости распространения ультразвука V для некоторых материалов.

Далее рассмотрим, каким образом влияют изменения таких параметров бетона, как прочность, состав и вид крупного заполнителя, количество цемента, влажность, температура и наличие арматуры на скорость распространения ультразвука в бетоне. Эти знания необходимы для объективной оценки возможности контроля прочности бетона ультразвуковым методом, а также для исключения ряда погрешностей при контроле, связанных с изменением указанных факторов

Влияние прочности бетона

Экспериментальные исследования показывают, что с повышением прочности бетона скорость ультразвука увеличивается.

Это объясняется тем, что значение скорости, так же как и значение прочности, зависит от условия внутриструктурных связей.

Как видно из графика (рис. 2.2.51), зависимость "скорость-прочность" для бетонов различного состава непостоянная, из чего следует, что на данную зависимость, кроме прочности, влияют и другие факторы.

Рис. 2.2.51. Зависимость между скоростью ультразвука V и прочностью R_c для бетонов различных составов

К сожалению, некоторые факторы влияют на скорость ультразвука в большей степени, чем прочность, что является одним из серьезных недостатков ультразвукового метода.

Если принять бетон постоянного состава, а прочность изменять путем принятия различного В/Ц, то влияние других факторов окажется постоянным, и скорость ультразвука будет изменяется только от прочности бетона. В данном случае зависимость "скорость-прочность" станет более определенной (рис. 2.2.52).

Рис. 2.2.52. Зависимость "скорость-прочность" для постоянного состава бетона, полученная на заводе ЖБИ №1 г.Самары

Влияние вида и марки цемента

Сравнивая результаты испытаний бетонов на обыкновенном портландцементе и на других цементах, можно сделать вывод, что минералогический состав мало влияет на зависимость "скорость-прочность". Основное влияние оказывает содержание трехкальциевого силиката и тонкость помола цемента. Более важным фактором, влияющим на зависимость "скорость-прочность", является расход цемента на 1 м³ бетона, т.е. его дозировка. С увеличением количества цемента в бетоне скорость ультразвука возрастает медленнее, чем механическая прочность бетона.

Это объясняется тем, что ультразвук при прохождении через бетон распространяется как по крупному заполнителю, так и по растворной части, соединяющей гранулы заполнителя, и его скорость в большей степени зависит от скорости распространения в крупном заполнителе. Однако прочность бетона в основном зависит от прочности растворной составляющей. Влияние количества цемента на прочность бетона и скорость ультразвука приведено на рис. 2.2.53.

Рис. 2.2.53. Влияние дозировки цемента на зависимость

"скорость-прочность"

1- 400 кг/м³; 2 - 350 кг/м³; 3 - 300 кг/м³; 4 - 250 кг/м³; 5 - 200 кг/м³

Влияние водоцементного отношения

С уменьшением В/Ц увеличиваются плотность и прочность бетона соответственно повышается скорость ультразвука. При увеличении В/Ц наблюдается обратная зависимость. Следовательно, изменение В/Ц не вносит существенных отклонений в установленную зависимость "скорость-прочность . Поэтому при построении градуировочных графиков для изменения прочности бетона рекомендуется применять различное В/Ц.

Влияние вида и количества крупного заполнителя

Вид и количество крупного заполнителя оказывают существенное влияние на изменение зависимости "скорость-прочность". Скорость ультразвука в заполнителе, особенно в таких как кварц, базальт, твердый известняк, гранит, значительно больше скорости распространения его в бетоне.

Вид и количество крупного заполнителя влияют и на прочность бетона. Обычно принято считать, что чем прочнее заполнитель, тем выше прочность бетона. Но иногда приходится сталкиваться с таким явлением, когда применение менее прочного щебня, но с шероховатой поверхностью позволяет получить бетон с более высоким значением Re, чем при использовании прочного гравия, но с гладкой поверхностью

При незначительном изменении расхода щебня прочность бетона изменяется незначительно. Вместе с тем такое изменение количества крупного заполнителя оказывает большое влияние на скорость ультразвука.

По мере насыщения бетона щебнем значение скорости ультразвука увеличивается. Вид и количество крупного заполнителя влияют на связь "скорость - прочность" больше, чем остальные факторы (рис. 2.2.54 – 2.2.56)

Рис. 2.2.54. Влияние наличия крупного заполнителя на зависимость "скорость-прочность":

1 - цементный камень; 2 - бетон с заполнителем крупностью до 30 мм

Рис. 2.2.55. Зависимость "скорость-прочность" для бетонов с различной крупностью заполнителей: 1-1 мм; 2-3 мм; 3-7 мм; 4-30 мм

Рис. 2.2.56. Зависимость "скорость- прочность" для бетонов с заполнителем из:

1-песчаника; 2-известняка; 3-гранита; 4-базальта

Из графиков видно, что увеличение количества щебня на единицу объема бетона или повышение скорости ультразвука в нем приводит к увеличению скорости ультразвука в бетоне более интенсивно, чем прочность.

Влияние влажности и температуры

Влажность бетона неоднозначно влияет на его прочность и скорость ультразвука. С повышением влажности бетона, предел прочности при сжатии уменьшается за счет изменения межкристаллических связей, но скорость ультразвука возрастает, поскольку воздушные поры и микротрещины заполняются водой, а скорость в воде больше, чем в воздухе.

Температура бетона в диапазоне 5-40° С практически не влияет на прочность и скорость, но повышение температуры затвердевшего бетона за пределы указанного диапазона приводит к уменьшению его прочности и скорости вследствие увеличения внутренних микротрещин.

При отрицательной температуре скорость ультразвука повышается за счет превращения несвязанной воды в лед. Поэтому определять прочность бетона ультразвуковым методом при отрицательной температуре не рекомендуется.

Распространение ультразвука в бетоне

Бетон по своей структуре является гетерогенным материалом, в состав которого входят растворная часть и крупный заполнитель. Растворная часть, в свою очередь, представляет собой затвердевший цементный камень с включением частиц кварцевого песка.

В зависимости от назначения бетона и его прочностных характеристик соотношение между цементом, песком, щебнем и водой бывает различным. Кроме обеспечения прочности, состав бетона зависит от технологии изготовления железобетонных изделий. Например, при кассетной технологии производства необходима большая пластичность бетонной смеси, что достигается повышенным расходом цемента и воды. В этом случае увеличивается растворная часть бетона.

В случае стендовой технологии, особенно при немедленной распалубке, используются жесткие смеси с пониженным расходом цемента.

Относительный объем крупного заполнителя в этом случае увеличивается. Следовательно, при одних и тех же прочностных характеристиках бетона его состав может изменяться в больших пределах. На структурообразование бетона влияет технология изготовления изделий: качество перемешивания бетонной смеси, ее транспортировка, уплотнение, термовлажностная обработка во время твердения. Из этого следует, что на свойство затвердевшего бетона оказывает влияние большое количество факторов, причем влияние неоднозначное и носит случайный характер. Этим объясняется высокая степень неоднородности бетона как по составу, так и по его свойствам. Неоднородность и различные свойства бетона отражаются и на его акустических характеристиках.

В настоящее время, несмотря на многочисленные попытки, еще не разработана единая схема и теория распространения ультразвука через бетон, что объясняется₎ в первую очередь, наличием указанных выше многочисленных факторов, которые по-разному влияют на прочностные и акустические свойства бетона. Такое положение усугубляется и тем, что еще не разработана общая теория распространения ультразвуковых колебаний через материал с высокой степенью неоднородности. Только поэтому скорость ультразвука в бетоне определяется как для однородного материала по формуле

м/с, (5)

где L - путь, пройденный ультразвуком, м (база );

t - время, затраченное на прохождение данного пути, мкс.

Рассмотрим более подробно схему распространения импульсного ультразвука через бетон как через неоднородный материал. Но вначале ограничим область, в которой будут справедливы наши рассуждения, тем, что рассмотрим наиболее распространенный на заводах ЖБИ и стройках состав бетонной смеси, состоящей из цемента, речного песка, крупного заполнителя и воды. При этом будем считать, что прочность крупного заполнителя выше, чем прочность бетона. Это справедливо при использовании в качестве крупного заполнителя известняка, мрамора, гранита, доломита и других пород с прочностью порядка 40 МПа. Условно примем, что затвердевший бетон состоит из двух компонентов: относительно однородной растворной части с плотностью ρ и скоростью V и крупного заполнителя с ρ и V .

С учетом отмеченных допущений и ограничений затвердевший бетон можно рассматривать как твердую среду с акустическим импедансом:

Рассмотрим схему распространения головной ультразвуковой волны от излучателя 1 к приемнику 2 через затвердевший бетон толщиной L (рис. 2.2.57).

Рис. 2.2.57. Схема распространения головной ультразвуковой волны

в бетоне:

1 - излучатель; 2 - приемник; 3 - контактный слой; 4 - распространение волны в гранулах; 5 - распространение волны в растворной части

Головная ультразвуковая волна от излучателя 1 в первую очередь попадает в контактный слой 3, расположенный между излучающей поверхностью и бетоном. Для прохождения через контактный слой ультразвуковой волны он должен быть заполнен проводящей жидкостью или смазкой, в качестве которой чаще всего используется технический вазелин. Пройдя через контактный слой (за время t₀), ультразвуковая волна частично отражается в обратном направлении, а остальная часть войдет в бетон. Чем тоньше контактный слой по сравнению с длиной волны, тем меньшая часть волны отразится.

Войдя в толщу бетона, головная волна начнет распространяться в растворной части бетона на площади, соответствующей диаметру излучателя. Пройдя определенное расстояние Δl₁, через время Δt₁ головная волна на определенной площади встретит одну или несколько гранул крупного заполнителя, частично от них отразится, а большая часть войдет в гранулы и начнет в них распространяться. Между гранулами волна будет продолжать распространяться по растворной части.

Учитывая принятое условие, что скорость ультразвука в материале крупного заполнителя больше, чем в растворной части, расстояние d, равное усредненному значению диаметра щебня, первой пройдет волна, которая распространялась через гранулы со скоростью V₂, а волна, прошедшая через растворную часть, будет запаздывать.

Пройдя через первые гранулы крупного заполнителя, волна подойдет к границе раздела с растворной частью, частично отразится, а частично войдет в нее. При этом гранулы, через которые прошла головная волна, в дальнейшем можно рассматривать как элементарные сферические источники излучения ультразвуковой волны в растворную часть бетона, к которой можно применить принцип Гюйгенса.

Пройдя по раствору минимальное расстояние между соседними гранулами, головная волна войдет в них и начнет по ним распространяться, превращая их в очередные элементарные источники. Таким образом, через время t, пройдя всю толщу бетона L и второй контактный слой 3, головная волна попадет в приемник 2, где преобразуется в электрический сигнал.

Из рассмотренной схемы следует, что головная волна от излучателя 1 к приемнику 2 распространяется по пути, проходящему через гранулы крупного заполнителя и растворную часть, соединяющую эти гранулы, причем этот путь определяется из условия минимума затраченного времени t.

Отсюда время t равно

где - время, затраченное на прохождение растворной части, соединяющей гранулы;

- время, затраченное на прохождение через гранулы. Пройденный ультразвуком путь L равен

где: - общий путь, пройденный головной волной через растворную часть;

- общий путь, пройденный головной волной через гранулы.

Полное расстояние L, которое пройдет головная волна, может быть больше геометрического расстояния между излучателем и приемником, поскольку волна распространяется по пути максимальной скорости, а не по минимальному геометрическому расстоянию.

Время, затраченное ультразвуком на прохождение через контактные слои, необходимо вычитать из общего измеренного времени.

Волны, которые следуют за головной, также распространяются по пути максимальной скорости, но при своем движении будут встречать отраженные волны от границ раздела гранул крупного заполнителя и растворной части. Если диаметр гранул окажется равным длине волны или ее половине, то может возникнуть внутри гранулы акустический резонанс. Эффект интерференции и резонанса можно наблюдать при спектральном анализе пачки ультразвуковых волн, прошедших через бетон с различной крупностью заполнителя.

Рассмотренная выше схема распространения головной волны импульсного ультразвука справедлива только для бетонов с указанными в начале раздела свойствами, т.е. механическая прочность и скорость распространения ультразвука в материале, из которого получены гранулы крупного заполнителя, превышают прочность и скорость в растворной части бетона. Такими свойствами обладает большинство бетонов, применяемых на заводах ЖБИ и строительных площадках, в которых используется щебень из известняка, мрамора, гранита. Для керамзитобетона, пенобетона, бетона с туфовым заполнителем схема распространения ультразвука может быть другой.

Справедливость рассмотренной схемы подтверждается экспериментами. Так, из рис. 2.2.54 видно, что при добавлении к цементной части определенного количества щебня скорость ультразвука повышается при незначительном увеличении (а иногда и уменьшении) прочности бетона.

На рис. 2.2.56 заметно, что с повышением скорости ультразвука в материале крупного заполнителя скорость его в бетоне возраcтает.

Увеличение скорости в бетоне с более крупным заполнителем (рис. 2.2.55) также объясняется данной схемой, поскольку с увеличением диаметра удлиняется путь прохождения ультразвука через материал заполнителя.

Предложенная схема распространения ультразвука позволит объективно оценить возможности ультразвукового метода при дефектоскопии и контроле прочности бетона.

Определение прочности бетона ультразвуковым методом

Ультразвуковой метод определения прочности бетона основан на использовании зависимости скорости распространения ультразвука от прочности бетона, т.е.

(5)

Однако, как было отмечено в предыдущем разделе, на скорость распространения ультразвука; кроме прочности оказывает влияние множество других факторов, причем, степень влияния некоторых из них больше, чем у прочности. Выделить из множества факторов только один, прочностной фактор можно путем создания специальных условий, при которых эти влияния будут одинаковыми как при определении корреляционных зависимостей, так и при непосредственных испытаниях. Такое положение легло в основу разработки ультразвукового метода, которое обеспечивается тем, что корреляционные зависимости определяются для того же состава бетона, что и в исследуемой конструкции. В разработке данного метода принимали участие И.С. Вайншток, Г.Я. Почтовик, СИ. Ногин, Н.А. Крылов, В.А. Клевцов, В.В. Судаков и другие исследователи.

Зависимость "скорость-прочность" можно выразить как в аналитической, путем использования математических уравнений, так и в графической формах. Отечественными и зарубежными учеными было предложено более 10 уравнений, связывающих скорость ультразвука с прочностью бетона:

где a, b, c - коэффициенты, зависящие от состава бетона и технологий его приготовления.

Эти коэффициенты определяются путем одновременных испытаний контрольных кубов ультразвуковым и разрушающим методами. Имея результаты испытаний контрольных образцов, можно построить графическую зависимость "R-V", которая в дальнейшем будет использоваться при определении прочности бетона непосредственно в конструкциях. Экспериментальная проверка приведенных формул показала, что они дают значительную погрешность при определении прочности бетона. Это свидетельствует о том, что предложенные уравнения не в полной мере описывают функциональные зависимости скорости от прочности.

Наиболее перспективными являются аналитические зависимости, связывающие прочность бетона со скоростью ультразвука в растворной части.

где V₁ - скорость ультразвука в растворной части бетона.

В этом случае исключается влияние такого фактора, как количество и материал крупного заполнителя. Учитывая схему распространения ультразвука в бетоне, рис. 6.5.40, можем записать:

где L, t - общий путь, пройденный ультразвуком, и затраченное время;

l, t - путь, пройденный ультразвуком в растворной части бетона, и затраченное время; l₂, t₂ - путь, пройденный ультразвуком в гранулах крупного заполнителя, и затраченное время. Скорость ультразвука в растворной части бетона V^ определяется из уравнения

где V₁ - скорость распространения ультразвука через всю толщу бетона,

V₂ - скорость распространения ультразвука в материале крупного заполнителя, принимается справочное значение или измеряется экспериментально.

Величины l₁ и l₂ с определенной степенью приближения, чтобы не использовать сложные математические вычисления, можно принять из отношения объемной массы бетона G (кг/м³ ) к расходу щебня на 1 м бетона (Щ), кг/м³, с коэффициентом 1.1, учитывающим распространение ультразвука не по кратчайшему пути, а по наименьшему времени.

При обследовании зданий и сооружений, когда неизвестен состав бетона, величины l₁ и l₂ можно определить по следующей методике.

На участке железобетонной конструкции размером 200x200 мм с помощью шлифовальной машинки обнажается структура бетона на глубину до 5 мм и наносятся 5 горизонтальных линий. На каждой линии длиной 200 мм определяется сумма отрезков, прошедших через гранулы на длине в один метр. Эту величину необходимо умножить на коэффициент 1.1, учитывающий то, что не все гранулы были обнажены при шлифовке. Зная распределение гранул крупного заполнителя на длине в 1 м, можно определить величины l₁ и l₂ на участке L, равном базе прозвучивания.

В этом случае прочность бетона определяется по уравнению

где а - коэффициент, учитывающий материал крупного заполнителя:

- дробленый гравий а = 0.9;

-известняк а= 1.0;

- гранит а = 1.2;

b - градуировочный коэффициент.

Построение градуировочной зависимости "скорость-прочность"

Графическая зависимость "скорость-прочность" является наиболее надежной формой представления связи между скоростью ультразвука и прочностью бетона. Она строится для конструктивного состава бетона в соответствии с ГОСТ17624-87. На практике используются две методики построения графиков. В первом случае разброс прочности бетона от Rmin до Rmax значительный, график имеет криволинейную форму и его построение осуществляется путем дробления всего диапазона Re и V на классы, во втором случае разброс незначительный и график представляет прямую линию, описываемую линейным уравнением. В обоих случаях графики строятся по результатам одновременных испытаний контрольных образцов в виде кубов 150x150x150 мм ультразвуковым и механическим разрушающим методами. Кубы для испытания изготавливают из того же состава бетона, что и испытуемая конструкция. Для получения графика по первой методике необходимо, чтобы прочность бетона в кубах находилась в пределах не менее одного класса, например, для бетона В20 прочность изменяется от 10 до 30 МПа.

Такое отклонение прочности при определенном составе бетона можно получить, меняя какой-либо фактор или ряд факторов, которые бы одинаково влияли на изменение скорости ультразвука и прочности. Практически для этих целей применяют вариацию величин В/Ц и время тепловой обработки.

При испытаниях необходимо следить, чтобы влажность и температура бетона в кубах были такими же, как и в бетоне испытуемых конструкций. Следует предъявлять повышенные требования к измерению времени прохождения ультразвука и к измерению базы прозвучивания, поскольку ошибка в измерении скорости всего на 0.8% может привести к погрешности в оценки прочности бетона, равной 7%. Отклонения при измерении базы не должны превышать 0.3%.

Время распространения ультразвука определяется в пяти точках каждого куба при сквозном прозвучивании в направлении, перпендикулярном укладке бетона в формы (рис. 2.2.58). Разброс по величине времени распространения ультразвука для одного куба не должен превышать 5% среднего значения времени. Кубы (или точки), не удовлетворяющие этому требованию, отбраковываются. Скорость ультразвука вычисляется для каждой точки по формуле (2.2.58).

Рис. 2.2.58. Схема испытания кубов:

1 - направление бетонирования; 2 - испытание неразрушающими методами; 3 - направление приложения усилия при испытании на прессе; 4 - места испытания неразрушающими методами

Из полученных значений по всем пяти точкам находится среднее значение скорости для каждого куба.

Прочность кубов на сжатие определяется механическими испытаниями на прессе. При этом усилие прикладывается перпендикулярно направлению прозвучивания и перпендикулярно направлению укладки бетона (рис. 2.2.58). Необходимо следить, чтобы поверхность образцов, укладываемых на плиты пресса, не была загрязнена контактной смазкой.

Практическое построение градуировочной кривой "скорость-прочность" лучше всего разобрать на примере.

На заводе железобетонных изделий ультразвуковым и механическим методами испытано 70 кубов размером 150x150x150 мм из бетона В20.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.2.3 .

Таблица 2.2.3. Обработка результатов испытаний

N куба	Экспериментальные данные		Прочность, опреде­ленная по тарировочной кривой, Rt кг/см^2	R-RT	(R-Rt)^2
	средняя скорость,м/с	прочность на сжатие, R кг/cм^2
1	2	3	4	5	6
1	3870	140	155	15	225
2	3900	140	155	15	225
3	3750	101	125	24	576
4	3750	107	125	18	324
5	3700	101	120	19	361
6	4000	150	155	5	25
7	3900	140	155	15	225
8	3800	90	135	45	2025
9	4340	230	265	35	1225
10	4240	230	230	0	0
11	4350	270	270	0	0
12	4200	206	220	24	576
13	4050	188	185	3	9
14	3720	118	120	2	4
15	3900	146	155	9	81
16	3600	113	104	9	81
17	3540	95	95	0	0
18	3300	95	75	20	400
19	4300	252	250	2	4
20	4350	266	270	44	1936
21	4170	231	210	21	441
22	3340	62	78	16	256
23	3100	56	60	4	16
24	3200	62	66	4	16
25	4100	185	196	14	19
26	4360	284	272	12	144
27	4350	256	270	14	196
28	4400	291	195	6	36
29	4100	163	195	32	1024
30	3900	163	155	8	64
31	4540	310	320	10	100
32	4550	340	350	10	100
33	4500	308	320	12	144
34	4620	368	400	32	1024
35	4480	335	320	15	225
36	4000	202	174	28	784
37	4100	184	196	12	144
38	4000	184	174	10	100
39	4070	168	190	22	484
40	3980	160	170	10	100
41	4050	180	185	5	25
42	4100	224	196	28	784
43	4100	200	196	4	16
44	4100	210	196	14	296
45	4160	226	210	16	256
46	4220	260	225	35	1225
47	4530	329	340	11	121
48	4500	361	320	41	16
49	4230	247	230	17	289
50	4000	190	174	16	256
51	4110	197	198	1	1
52	4000	163	174	11	121
53	4050	204	185	19	361
54	4050	213	185	28	784
55	4000	213	174	39	1521
56	4080	230	195	35	1225
57	3920	170	160	10	100
58	3920	180	160	20	400
59	3520	128	94	34	1156
60	3560	126	100	26	676
61	3420	90	84	14	196
62	3360	105	80	25	625
63	3360	105	80	25	625
64	3440	105	85	20	400
65	4330	312	160	52	2704
66	4420	273	290	17	289
67	4200	247	220	27	729
68	4230	230	226	4	16
69	4230	208	226	18	324
70	4470	268	210	42	1164

Цель дальнейших вычислений - определить координаты ломаной кривой, так называемой линии регрессии, через середины отрезков которой будет проведена градуировочная кривая.

По данным табл. 2.2.3 разбиваем полученные скорости V и прочности R на определенное число классов (обычно на 8-10), отличающихся между собой на постоянную величину, называемую классовым промежутком для рядов V и R, обозначаем К_у и К_х. Число классов соответствует числу точек для проведения линий регрессии. Для определения К_у и К_х находим диапазон изменения рядов V и R, то есть разницу между наибольшими и наименьшими значениями V и R. Так, для результатов, приведенных в табл. 6.5.2 V_max = 4620 м/с; V_min = 3100м/с; V_max - V_min = 1520 м/с ; R_max = 368 кгс/см²; R_min = 56 кг/см²; R_max - R_min = 312 кгс/см².

ΣR = 136846 , ΣRт= 13445, ( R - R_T ) = 31329, Rсp = 195.5. Принимаем число классов, равное 8.

Тогда Ку = (1520/8 ) 200 м/с,

К_х=( 312/8) 40 кг/см .

По полученным значениям Ку и Кх принимаем первый класс прочности 50-90, второй 90-130, третий 130-170, ... восьмой 330-370; первый класс скорости 3100-3300, второй 3300-3500, третий 3500-3700,...., восьмой 4500-4700.

Результаты заносим в табл. 2.2.4.

Таблица 2.2.4

Средние значения классовых интервалов прочности бетона X (70, 110, 150 и т.д.) являются координатами точек линии регрессии. Находим ординаты У точек этой линии.

Для упрощения вычислений выбираем произвольно значение Уо в столбце У, соответствующее примерно середине всего диапазона. Это значение V принимаем за условный нуль Уо. В нашем примере принимаем Уо = 4000 м/с.

В первом вертикальном столбце табл. 2.2.4 против принятого Уо = 4000м/с проставляем цифру 0. Все последующие значения находятся по формуле

с соответствующим знаком (плюс - вниз от нуля и минус - вверх от нуля). Например, для У = 3200 получаем

Далее производим разноску всех значений V и R для каждого куба в табл.5, ставя точку в той клетке решетки, которая находится на пересечении классов, включающих оба значения (V и R ).

Например, для куба № 1 при V = 3870 м/с и R = 140 кг/см ставим точку в клетке на пересечении классов 3700-3900 и 130-170 и т.д.

После разноски подсчитываем число точек в каждой клетке и проставляем соответствующие числа, называемые частотами т.

Суммируем частоты m и по каждому вертикальному столбцу получаем значение Σm. Вычисляем произведение чисел mV и У_с

=4000 м/с, Ку=200 м/с, К_х=40 кг/см _v

суммируем их по каждому вертикальному столбцу с учетом знака. Например, для первого столбца получаем

Значение ΣmУ′ проставляем во второй нижней строке. Находим величину У'ср для каждого класса прочности

И, наконец, вычисляем величину У, которая является искомой ординатой эмпирической линии регрессии.

Например, для первого столбца получаем

У = 4000 + (-3.7)200 = 3260 м/с.

По полученным координатам X и У строим линию регрессии и через середины ее отрезков проводим плавную кривую, которая является градуировочной кривой зависимости "скорость-прочность" (рис. 2.2.59). В нашем примере кривая практически сливается с линией регрессии.

Рис. 2.2.59. График зависимости скорости ультразвука от прочности бетона в большом диапазоне их значений

Если прочность бетона изменяется в небольших пределах:

ГОСТ 17624-87 допускает построение градуировочной кривой по уравнению

:

:

;

;

;

где R_iт - прочность бетона по градуировочной кривой;

R_cp - средняя прочность бетона в кубах;

R_i - прочность бетона i серии;

V_cp - средняя скорость ультразвука в кубах;

V_i - скорость ультразвука в i серии;

n - число кубов;

S_т - среднеквадратичное отклонение фактической прочности от прочности, определенной по кривой.

Можно выделить две наиболее вероятные причины, которые вызывают ухудшение корреляции между скоростью и прочностью. Одной из причин может быть снижение однородности бетона ниже того уровня, который считается минимально допустимым. Если однородность бетона ниже нормативной, то есть на объекте вырабатывается заведомо бракованный бетон со случайными свойствами, то ультразвуковой, механический или другие методы испытания не могут быть надежно увязаны друг с другом.

Причиной может быть непостоянство условий самих механических испытаний. Показатель механической прочности при сжатии, например, зависит от трения по контакту ''образец - плита пресса'', случайных эксцентриситетов, соотношения жесткости образца и жесткости плит пресса, скорости нагружения, параллельности сжимающих плоскостей, силоизмерителя пресса и др. Разброс точек на графике в координатах "скорость-прочность" можно объяснить скорее всего неточностью определения прочности механическим путем, чем ошибками при определении скорости ультразвука.

Среднеквадратичное отклонение прочности, полученной по градуировочной зависимости "скорость-прочность" от фактической прочности определяется по формуле:

(6)

где R_i- прочность i куба по данным механических испытаний;

R_vi - прочность этого же куба по тарировочной кривой в зависимости от скорости распространения ультразвука;

n - количество испытанных образцов.

Согласно ГОСТ 17624-87 зависимость " скорость-прочность" может быть использована для определения прочности бетона в конструкции только в том случае, если относительная величина S/Rcp бетона не превышает 12%.

Rсp - усредненная фактическая прочность бетона ( по результатам механических испытаний );

Результаты вычисления для рассмотренного выше примера приведены в табл. 2.2.4, а величина среднеквадратичного отклонения для градуировочной кривой ( рис. 2.2.60) равна:

Рис. 2.2.60. График зависимости "скорость-прочность" при изменении прочности в малом диапазоне

Если S/R_cp> 12%, необходимо установить причину столь большой погрешности. Это может быть, как указывалось выше, вследствие некачественного проведения механических испытаний (неисправный пресс, различная скорость нагружения, непараллельные грани кубов и т.д.), большой неоднородности, неодинакового уплотнения, различной влажности, температуры бетона в образцах во время ультразвуковых испытаний. Как правило, повышенная погрешность получается, если в качестве образцов используются кубы размером 100x100x100 мм.

Поэтому для получения градуировочной кривой рекомендуется использовать кубы 150x150x150 мм. После установления причин, вызывающих погрешность, все работы по построению кривой повторяются.

Если измерения проводятся способом поверхностного прозвучивания или продольного профилирования, то связь между измеренной скоростью и скоростью при сквозном прозвучивании определяют по формуле:

где V - скорость распространения ультразвука, определенная способом сквозного прозвучивания, м/с;

V_пов - скорость распространения ультразвука, определенная способом поверхностного прозвучивания, м/с;

К - переходной коэффициент.

Величина коэффициента определяется по результатам измерения скорости распространения ультразвука сквозным и поверхностным прозвучиванием бетонных образцов размером 100x100x400 мм. Всего испытывают не менее 5 образцов. По средним значениям результатов измерения вычисляют величину переходного коэффициента.

В тех случаях, когда тарировочная кривая "скорость-прочность" не может быть построена из-за малого количества образцов, прочность бетона может быть определена по эмпирической формуле. При этом погрешность увеличивается до 20%.

(7)

где V - скорость распространения ультразвука в бетоне, в бетонных или железобетонных конструкциях;

q - коэффициент, определяемый по результатам испытаний не менее девяти кубов, изготовленных из того же бетона, что и конструкция, или трех кубов, вырезанных из конструкции.

Если кубы отсутствуют, а вырезать образцы не представляется возможным, то величину коэффициента q можно определить по формуле:

где R₁ - прочность бетона, определенная не менее чем в трех местах конструкций при помощи прибора ГПНВ-5 (метод отрыва со скалыванием), или ИП-1;

V - скорость ультразвука, определенная в этих же местах.

При малом количестве контрольных кубов можно использовать номограмму, приведенную на рис. 2.2.61.

Рис. 2.2.61. Семейство кривых зависимости "скорость-прочность"

На номограмме каждая кривая соответствует коэффициенту "С", величина которого определяется по формулам

или

где R - прочность контрольных кубов;

V - скорость распространения ультразвука в этих же кубах.

Количество кубов для определения коэффициента С должно быть не менее 6 штук.

Выбранная кривая в дальнейшем применяется для определения прочности бетона в испытуемых конструкциях, но и в этом случае состав бетона кубов должен быть таким же, как и в конструкциях.

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 бетонамонолитных 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 методомиметодом 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.<R_ср.Ј0,15. В отдельных случаях, по согласованию с разработчиками настоящих рекомендаций, доиспользовать градуировочную зависимость при S_т.н.м.<R_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

R = Ry * Кс,

где Ri - прочность бетона в участке, определенная методом отрыва со скалыванием, или прочность бетона образца;

Ry - то же, по зависимости п.3.2;

n - число участков испытаний, или число образцов, принимаемое не минее пяти.

Частные значения Ri/Ry должны находиться в пределах 0,71,3.

Рис. 2.2.66. Обобщённая градуировочная зависимость

4. Проведение испытаний и определение прочности бетона в конструкциях

4.1. Число и расположение контролируемых участков на конструкциях должны устанавливаться с учетом требований ГОСТ 18105-86, или устанавливаться программой работ, согласованной с проектной организацией - автором испытываемой конструкции или разработчиками настоящих рекомендаций.

При этом количество и расположение участков должно устанавливаться с учетом:

- задач контроля (установление фактической прочности бетона, разопалубочной прочности);

- особенностей работы конструкций (изгиб, сжатие и т.п.);

- условий проведения испытаний;

- армирования конструкций:

- наличия или отсутствия контрольных кубов.

4.2. На каждом контролируемом участке проводят не менее двух измерений времени (скорости) распространения ультразвука. Отклонение отдельных измерений от среднего арифметического значения должно отвечать требованиям п.2.7. Определяют прочность бетона по среднему значению полученных результатов измерений скорости (времени) распространения ультразвука.

При размещении участков измерений следует учитывать требования п.2.6.

4.3. При контроле прочности бетона конструкций в возрасте до 56 суток включительно возраст конструкций при испытании не должен отличаться от среднего возраста образцов или участков конструкций, использованных для построения градуировочных зависимостей, более чем на 25%.

При контроле прочности бетона большего возраста это различие не должно превышать диапазона возраста участков конструкций или образцов, использованных для построения градуировочных зависимостей.

Для определения прочности бетона эксплуатируемых конструкций должна использоваться градуировочная зависимость, построенная непосредственно перед обследованием.

4.4. Прочность бетона контролируемого участка конструкции определяют по градуировочной зависимости, установленной в соответствии с разделом 2, при условии, что измеренное значение скорости (времени) ультразвука находится в пределах между наименьшим и наибольшим значениями скорости (времени) ультразвука в образцах или участках конструкций, испытанных при построении градуировочной зависимости.

Полученные значения прочности бетона принимают за среднюю прочность бетона участка конструкции Ri.

4.5. Для определения класса бетона по данным испытаний следует руководствоваться требованиями ГОСТ 18105-86, СНиП 2.03.01-84*, а также «Рекомендаций по статистической оценке прочности бетона при испытании неразрушающими методами» (МДС 62-1.2001 г.) ГУПНИИЖБ.

Методика определения градуировочных коэффициентов ультразвуковых приборов «Пульсар» для измерения прочности бетона

1. Определение коэффициентов градуировочных зависимостей ультразвуковых приборов«Пульсар-1» следует производить по ГОСТ 17624-87. Для удобства пользователей здесь приведены некоторые рекомендации на основе данного ГОСТа.

2. Прочность бетона в конструкциях определяют ультразвуковыми приборами по экспериментально установленным градуировочным зависимостям «скорость распространения ультразвука - прочность бетона» (скорость - прочность) для конкретного вида бетона.

3. Измерения ультразвуковыми приборами проводят при положительных температурах бетона. Допускается проведение ультразвуковых испытаний конструкций при отрицательных температурах бетона не ниже минус 10° C при условии, что в процессе их хранения относительная влажность воздуха не превышала 70%.

4. Градуировочную зависимость для ультразвуковых приборов устанавливают заново при изменении номинального состава бетона по ГОСТ 27006.

5. Возраст бетона контролируемых конструкций не должен отличаться от возраста бетона образцов, испытанных для установления градуировочной зависимости ультразвукового прибора, более чем на 50% - при контроле нормируемой прочности бетона, и на 25% - при измерении прочности бетона в процессе твердения.

6. Проверку градуировочной зависимости ультразвукового прибора проводят не реже одного раза в 2 месяца.

7. Градуировочную зависимость устанавливают по результатам измерений ультразвуковым прибором в бетонных образцах-кубах и механических испытаний тех же образцов для чего используют не менее 12 серий образцов-кубов. Механические испытания образцов проводят по ГОСТ 10180 непосредственно после ультразвуковых измерений.

8. При установлении градуировочной зависимости ультразвуковых приборов для приёмочного контроля образцы изготовляют из бетона того же номинального состава, по той же технологии, при том же режиме твердения, что и конструкции, подлежащие контролю.

9. При измерении прочности бетона в процессе его ускоренного твердения для установления градуировочной зависимости ультразвуковых приборов период изотермического нагрева разбивают на равные промежутки времени, но не меньше 3. На каждом из этих этапов испытывают не менее 4 серий образцов.

10. При определении градуировочной зависимости для определения прочности бетона в процессе естественного твердения сроки испытаний образцов должны выбираться из следующего параметрического ряда: 3, 7, 14, 28, 60, 90, 180, 365 сут. Образцы испытывают не менее чем в трёх возрастах, один из которых является проектным. В каждом возрасте испытывается не менее 4 серий образцов.

11. Прочность бетона ультразвуковым прибором определяют на участках конструкций, не имеющих видимых повреждений (отслоения защитного слоя, трещин, каверн и др.).

12. В зоне контакта ультразвуковых преобразователей с поверхностью бетона не должно быть раковин и воздушных пор глубиной более 3 мм и диаметром более 6 мм, а также выступов более 0.5 мм. Поверхность бетона должна быть очищена от пыли.

13. Между бетоном и рабочими поверхностями ультразвуковых преобразователей прибора должен быть обеспечен надёжный акустический контакт, для чего при работе без конусных наконечников применяют вязкие контактные материалы (солидол, технический вазелин и др.). Допускается применение прокладок, обеспечивающих сухой способ акустического контакта. Способ контакта должен быть одинаковым при контроле бетона в конструкции и установлении градуировочной зависимости прибора.

14. Измерение времени распространения ультразвука в бетоне конструкций следует проводить в направлении, перпендикулярном уплотнению бетона. Расстояние от края конструкции до места установки ультразвуковых преобразователей должно быть не менее 30 мм.

15. Измерение времени распространения ультразвука в бетоне конструкций следует проводить в направлении, перпендикулярном направлению рабочей арматуры. Концентрация арматуры вдоль выбранной линии прозвучивания не должна превышать 5%. Допускается прозвучивание вдоль линии, расположенной параллельно рабочей арматуры, если расстояние от этой линии до арматуры составляет не менее 0.6 длины базы.

16. Время распространения ультразвука в образцах при установлении градуировочной зависимости «скорость - прочность» измеряют, как указано на рис. 2.2.67, а и 2.2.67, б способами сквозного или поверхностного прозвучивания, соответственно.

Рис. 2.2.67. Схема испытания кубов способами:

а - сквозного прозвучивания; б - поверхностного прозвучивания;

УП - ультразвуковые преобразователи; 1 - направление формования;

2 - направление испытания при сжатии; l - база прозвучивания

При сквозном прозвучивании база прозвучивания должна быть не менее 100 мм. Допускается базу прозвучивания снизить до 70 мм при проведении контроля мелкозернистых бетонов и бетона на ранней стадии твердения (скорость ультразвука менее 2000 м/с).

17. При поверхностном прозвучивании время распространения ультразвука следует измерять на поверхности, занимающей при изготовлении то же положение относительно формы и направления формования, что и контролируемая поверхность изделия.

18. Относительная погрешность измерения базы прозвучивания не должна превышать 0,5%.

19. Число измерений времени распространения ультразвука в каждом образце должно быть при сквозном прозвучивании 3, при поверхностном - 4.

20. Отклонение отдельного результата измерения времени распространения ультразвука в каждом образце от среднего арифметического значения результатов измерений для данного образца не должна превышать 2%. Результаты измерения времени распространения ультразвука в образцах, не удовлетворяющих этому условию, не учитывают при расчёте среднего арифметического значения скорости распространения ультразвука в данной серии образцов. При наличии в серии двух образцов, не удовлетворяющих этому условию, результаты испытаний бракуют.

21. После проведения испытаний следует нанести на график экспериментальные точки для каждого испытанного образца, при этом среднее значение скорости ультразвука в образце откладывать по оси X, а кубиковую прочность - по оси Y.

22. По полученным точкам методом наименьших квадратов провести зависимость

R=A₀+A₁V+A₂V₂+A₃V₃,

где V - скорость УЗ в образце,

R - прочность образца в МПа,

A₀, A₁, A₂, A₃ - искомые коэффициенты градуировочной зависимости ультразвукового прибора для данного состава бетона.

23. Включить питание ультразвукового прибора. Установить в пункте меню «Режим работы» способ испытания (сквозное или поверхностное прозвучивание), в меню «Измеряемый параметр« выбрать прочность, в меню «Материал» требуемый материал и для данного материала в пункте меню «Параметры преобразован

Автоматизация контроля прочности бетона

Определение прочности бетона является довольно трудоемким процессом. Степень трудоемкости зависит от принимаемого метода, геометрических размеров конструкций и доступа к местам контроля. Поэтому проблема автоматизации процесса контроля прочности является весьма актуальной.

Автоматизации может подвергаться весь процесс контроля, в том числе и обработка результатов или только отдельные этапы.

Процесс автоматизации можно разделить на следующие этапы:

- автоматизация перемещения контролируемой конструкции и доставка преобразователя на участок с заданными координатами;

- автоматизация получения косвенной характеристики;

- автоматизация обработки результатов и предоставления информации.

В настоящее время наиболее полно автоматизирован ультразвуковой метод, поэтому рассмотрим его подробнее.

Для контроля прочности бетона на строительных объектах, эксплуатируемых зданиях и сооружениях разработаны передвижные ультразвуковые лаборатории на базе автомобиля УАЗ. Лаборатория оснащена ультразвуковыми приборами типа УК-10ПМС, позволяющими излучать и принимать ультразвуковые колебания в импульсном режиме с частотой от 25 кГц до 200 кГц и измерять время распространения ультразвука в бетоне. Управляет прибором, регистрирует и обрабатывает информацию компьютер. Выбирает участки контроля, размечает координатные точки, наносит акустическую смазку, поджимает и передвигает ультразвуковые преобразователи оператор вручную. Процесс контроля осуществляется следующим образом. Передвижная лаборатория располагается от исследуемой конструкции на расстоянии не более 30 метров, подключается электропитание (220 В), включаются все приборы и доставляются ультразвуковые преобразователи (излучатель и приемник) к месту контроля. После 10 -минутного прогрева приборов лаборатория готова к работе.

В зависимости от типа исследуемой конструкции оператор выбирает участки, на которых будет определяться прочность бетона. Эти участки, как правило, располагаются в местах действия сжимающих усилий и поперечной силы, а также в местах плохого уплотнения бетона. Количество контролируемых участков должно назначаться из условия:

- для плоских и массивных конструкций (плиты, панели, блоки фундаментов) из расчета не менее одного участка на 4 м контролируемой поверхности;

- для линейных конструкций ( ригеля, балки, колонны и т.д. ) из расчета не менее одного на 4 пог.м длины конструкции;

- для всех конструкций количество участков должно быть не менее трех. Одновременно с выбором участков решается вопрос о способе расположения преобразователей (соосное, диагональное, поверхностное), при этом предпочтение отдается соосному расположению. На каждом участке наносятся координатные точки ввода и приема ультразвука. Количество точек контроля на участке должно быть не менее пяти.

После выбора участков контроля в компьютер вводятся наименование объекта, дата контроля, марка конструкции и ее привязка к осям объекта, расположение участков и их порядковый номер, база прозвучивания, градуировочные коэффициенты, которые должны быть определены заранее. Компьютер переводится в режим ожидания.

Далее оператор на каждую координатную точку наносит акустическую смазку, поджимает к поверхности конструкции преобразователи и подает команду компьютеру на измерение. Определяются время распространения ультразвука и по принятому алгоритму прочность бетона в данной точке. Выполнив все операции, компьютер выдает оператору звуковой сигнал на смену точки контроля. По окончании контроля на всех участках на дисплее высвечиваются средняя прочность на каждом участке, средняя прочность и коэффициент вариации прочности в конструкции, а также отклонение фактической прочности от требуемой. В такой же последовательности контролируется прочность бетона в других конструкциях. Если точки ввода и приема ультразвука находятся на значительном расстоянии или в разных помещениях, то контроль осуществляется двумя операторами с радиотелефонной связью.

В сборных железобетонных конструкциях определяется отпускная прочность, при наличии предварительно натянутой арматуры - прочность на момент передачи усилия обжатия, а в монолитных конструкциях определяется, прочность бетона к моменту снятия опалубки и загружения эксплуатационной нагрузкой.

Оценка прочности проводится путем сопоставления фактической (измеренной) средней прочности в конструкции или участке R^ф с требуемой прочностью R^T. При это должно соблюдаться условие:

(8)

С помощью передвижных лабораторий можно наблюдать за нарастанием прочности бетона путем многократного измерения через определенные промежутки времени. Особенно такой контроль необходим при оттаивании замороженного бетона.

При обследовании зданий и сооружений с помощью передвижных лабораторий можно измерить и проанализировать геометрические характеристики конструкций, величину защитного слоя, диаметр арматуры и другие необходимые параметры.

Использование передвижных лабораторий в значительной степени снижает трудоемкость процесса контроля и повышает его оперативность.

На заводах по производству сборных железобетонных конструкций, где технологический процесс практически постоянный, для автоматизации контроля прочности разработаны автоматизированные ультразвуковые стенды.

Эти стенды вписываются в технологические линии и состоят из механической части и пульта управления.

Механическая часть стенда предназначена для передвижения испытуемой конструкции относительно преобразователей, прижатия и отжатия преобразователей к поверхности бетона.

Конструкция механической части зависит от типа контролируемого изделия, его геометрических размеров, количества участков и зон контроля.

На рис. 2.2.68 приведена конструкция механической части стенда для контроля плоских железобетонных плит.

Рис. 2.2.68. Конструкция стенда ДС-2м для контроля плоских плит,

1 - крайние стойки; 2 - средняя стойка; 3 - ультразвуковые преобразователи; 4 - пневматические цилиндры ; 5 - датчик ИЗС; 6 - тележка с электропри­водом 7 - контролируемое изделие

Стенд состоит из двух пар крайних стоек 1, одной пары средних стоек 2, между стойками находятся рельсы, по которым передвигается тележка 6 с контролируемым изделием 7. В средней стойке расположены девять пар ультразвуковых преобразователей, датчик измерителя защитного слоя и механизм их прижатия и отжатия с пневмоцилиндрами. Преобразователи расположены с двух противоположных сторон изделия и сгруппированы в три группы по три пары, т.е. без передвижения изделия можно проконтролировать три участка по высоте в трех точках в каждом участке.

Пульт управления стендом находится в отдельном помещении на расстоянии не более 10 метров от механической части. Он включает в себя ультразвуковой прибор типа УК-10ПМ, блок управления тележкой, блок управления механизмом прижатия преобразователей, блок сигнализации, измеритель защитного слоя и управляющий компьютер с принтером. В некоторых стендах вместо серийно изготавливаемого ультразвукового прибора УК-10ПМ устанавливаются отдельные электронные блоки.

Стенд обслуживается одним оператором и работает в четырех режимах. Первый режим используется при испытании контрольных кубов размером 100x100x100 мм. Обработка результатов и определение градуировочных коэффициентов выполняются компьютером. Второй режим полуавтоматический, когда управление тележкой и механизмом прижатия преобразователей выполняется вручную, а коммутация каналов преобразователей, сбор и обработка информации осуществляются компьютером. Этот режим используется при контроле изделий, не предусмотренных программой, например, различные доборные плиты.

Третий режим полностью автоматический. В этом случае управление тележкой и механизмом прижатия преобразователей, сбор информации и ее обработка осуществляются компьютером. Результаты контроля выдаются на дисплей и на бумагу,

В четвертом режиме управление всеми операциями выполняется оператором. Контроль производится в следующей последовательности. После включения электропитания, десятиминутного прогрева и загрузки компьютера стенд готов к работе. Технологической линией или мостовым краном на тележку устанавливается контролируемая плита и занимает такое положение, при котором средняя пара стоек с преобразователями находится в первой четверти ее длины. Это первая зона контроля.

В зависимости от режима работы стенда, оператором или компьютером выдается сигнал и преобразователи прижимаются с двух противоположных сторон плиты, после чего начинается коммутация каналов, т.е. каждая из девяти пар преобразователей подключается к ультразвуковому прибору и определяется время распространения ультразвука в девяти точках по высоте в первой зоне контроля. После окончания измерения подаются сигналы на отжатие преобразователей и передвижение тележки с плитой во вторую зону, расположенную в середине длины плиты, коммутацию каналов и измерение времени распространения ультразвука.

Аналогично выполняется контроль в третьей зоне. Таким образом, определяется время, а следовательно, и скорость ультразвука в двадцати семи точках плиты. Во время движения тележки в обратном направлении, к бетонной поверхности прижимается датчик и происходит измерение величины защитного слоя по всей длине плиты.

При обработке результатов, величины скорости ультразвука в трех рядом расположенных точках каждого участка усредняются и определяется прочность бетона в девяти участках. По этим значениям вычисляются среднеквадратичное отклонение и средняя прочность бетона в плите.

Оценка результатов проводится путем сравнения величины измеренной средней прочности с требуемой. При этом должно соблюдаться условие (6.5.8).

Использование аналогичных стендов позволяет значительно снизить трудоемкость процесса контроля, исключить выпуск конструкций с пониженной прочностью и повысить культуру производства на заводах ЖБИ.

Особенности определения прочности бетона при обследовании и реконструкции сооружений

Практически при всех обследованиях и реконструкциях сооружений одной из задач является определение фактической прочности бетона. Решить эту задачу в данном случае значительно сложнее, чем если бы она решалась во время строительства. Сложность заключается в том, что с момента изготовления конструкций и до их обследования проходит некоторое время, иногда более 50 лет, и за этот срок в бетоне произошли различные деструктивные изменения. В большинстве случаев неизвестны состав бетона, технология его приготовления, способы уплотнения и термовлажностной обработки. Отсутствие таких показателей затрудняет, а иногда делает невозможным определение градуировочных зависимостей величин косвенных характеристик от прочности обследуемого бетона. За время, прошедшее с момента изготовления конструкции до ее обследования, прочность бетона может увеличиться за счет продолжения гидратации цемента или уменьшиться вследствие сульфатной коррозии или воздействия агрессивных сред. Эти обстоятельства необходимо учитывать при выборе метода контроля.

Каждое обследование сугубо индивидуальное и зависит от характера объекта, его назначения. Поэтому очень сложно разработать типовые методики оценки фактической прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях. Сложность заключается еще и в том, что, как правило, работа по обследованию проводится на действующих предприятиях с различными технологиями и температурно-влажностными режимами. Потребность в проведении работ по обследованию в последнее время возрастает, что связано с изменением технологии производства и реконструкцией зданий и сооружений.

Большой опыт, накопленный при обследовании строительных объектов, позволил разработать некоторые рекомендации по определению фактической прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях. Эти рекомендации неоднократно проверены при многочисленных обследованиях зданий и сооружений гражданского, социального и производственного назначения.

Обследование начинается с предварительного изучения проектно-технической документации, актов скрытых работ, актов приемной комиссии, заключений по предыдущим обследованиям, режимов эксплуатации и наличия агрессивных сред. Определяются проектная прочность бетона в конструкциях, способы их изготовления, используемая технология и, если это возможно, архивные документы по составу бетона и результаты его испытания, состояние бетона и наличие коррозии.

Получив некоторые сведения о бетоне и способах изготовления конструкций, можно приступать непосредственно к определению прочности бетона. Руководствуясь рекомендациями, приведенными в разделе 7, назначаются участки, в которых предполагается определять прочность бетона. С помощью шлифовальной машинки на выбранных участках удаляется поверхностный слой на площади 200х200мм и обнажается структура бетона. Глубина шлифовки составляет 3-4мм и зависит от степени карбонизации бетона, которая определяется известными способами.

Далее выбирается один из рассмотренных выше методов или комплекс из двух-трех методов для определения прочности бетона. Этот этап обследования очень важный, поскольку от него зависят точность контроля и степень трудоемкости. На выбор метода влияют несколько факторов, к основным из которых можно отнести доступность участков, полноту собранной информации, состояние бетона, отличается ли прочность бетона в поверхностном слое от прочности бетона, расположенного в середине сечения. Последний фактор можно оценить только ультразвуковым импульсным методом путем поверхностного прозвучивания на базе 115 мм при частоте колебания 60 кГц и сквозного прозвучивания с соосным или диагональным расположением преобразователей. Если скорость ультразвука при поверхностном прозвучивании выше, чем при сквозном, то можно предположить, что прочность бетона в поверхностном слое больше, чем в середине сечения. В этом случае необходимо отдать предпочтение ультразвуковому методу с соосным расположением преобразователей, который учитывает состояние бетона по всему сечению.

Если скорость ультразвука в поверхностном слое равна или ниже, чем в середине сечения, можно принять другие методы. Уменьшение прочности поверхностного слоя необходимо учесть соответствующими коэффициентами.

Из других методов автор отдает предпочтение методу ударного импульса с использованием прибора ИП-1. На многих стройках и заводах ЖБИ этот прибор известен как "пистолет Зубкова". Использование ИП-1 позволяет определять прочность в труднодоступных местах и с меньшими трудозатратами, поскольку результаты измерения выдаются сразу в единицах прочности. Модификация прибора (ИП-1, ИП-1 к, ИП-1 г) выбирается в зависимости от материала крупного заполнителя (известняк, керамзит, гранит).

В случае, когда для определения прочности бетона принят ультразвуковой импульсный метод, необходимо обратить особое внимание на построение градуировочной зависимости "скорость-прочность", которая может быть получена одним из нижеприведенных методов.

Если при изучении архивных материалов удалось определить состав бетона и технологию изготовления конструкций, то для оценки градуировочной зависимости "скорость-прочность" целесообразнее всего изготовить из бетона такого же состава и по такой же технологии контрольные кубы, которые после набора прочности испытываются ультразвуком и на прессе до разрушения. По результатам испытания строится градуировочная зависимость по методике, приведенной ранее.

Однако такое встречается очень редко, чаще всего узнать состав бетона из архивных материалов не удается. В этом случае используются комплексные методы. По структуре вскрытых участков все конструкции объединяются в несколько групп, с примерно одинаковыми диаметрами, количеством и материалом крупного заполнителя. В каждой группе, не менее чем в трех участках определяются скорость распространения ультразвука и прочность бетона одним из доступных методов. К таким методам можно отнести высверливание керна и метод отрыва со скалыванием. Зная прочность бетона и скорость распространения ультразвука, определяют корреляционные коэффициенты для каждой группы конструкций. Прочность во всех других участках определяется по формуле (7) или по рис. 2.2.61.

Когда нет возможности высверлить керны или применить метод отрыва со скалыванием (сжатые или тонкостенные конструкции), то по структуре вскрытых участков, определяют материал и объем крупного заполнителя, а с помощью метода ударного импульса оценивают прочность растворной части. Имея эти данные, восстанавливают состав бетона и из него изготавливают контрольные кубы, которые испытывают ультразвуковым и разрушающим методами. По результатам испытаний строятся градуировочные зависимости "скорость-прочность". Условия испытания контрольных кубов должны быть такими же, как и при испытании конструкций.

При обследовании возникает ряд частных проблем, которые решаются отдельно в каждом конкретном случае.

Определив прочность бетона в каждом участке как среднюю по результатам пяти измерений, вычисляют однородность и среднюю прочность бетона в каждой конструкции. Значение этой прочности учитывается в поверочном расчете несущей способности конструкции. Если есть участки с очень низкой прочностью по сравнению с проектной, то решается вопрос о замене бетона в этом участке или замене всей конструкции, анализируются причины, вызвавшие понижение прочности, и разрабатываются мероприятия по исключению возникновения этих причин при дальнейшей эксплуатации зданий и сооружений.

Метрологическое обеспечение измерений прочности бетона

В процессе определения прочности бетона приходится выполнять измерения различных величин и пользоваться многими измерительными приборами. При этом мы должны быть уверены, что измеренная величина имеет истинное значение с определенной степенью достоверности. Такое может быть достигнуто только при соответствующем метрологическом обеспечении измерений. Прежде чем перейти к метрологическому обеспечению методов и

средств измерения, представляется необходимым рассмотреть некоторые понятия, обеспечивающие единство измерений.

Измерение - это процесс нахождения значения какой-либо физической величины с помощью технических средств и сравнение ее с эталоном.

Метрология - наука об измерениях, методах обеспечения единства и способах достижения требуемой точности.

Точность измерения - это степень приближения результатов измерения к истинному значению. Точность определяется путем сравнения измеренной величины Хизм с эталонным значением этой величины Хэт

(9)

Погрешность измерения - это разность между истинным значением и измеренными величинами. Погрешность может быть абсолютной, выраженной в единицах измеряемой величины, или относительной, выраженной в процентах от абсолютной. Погрешность может быть систематической, которая остается постоянной при многократном измерении одной и той же величины (старение и неисправность прибора, температурные и гравитационные влияния) или случайной.

Случайная погрешность вызывается случайными (стохастическими) факторами, появление которых не может быть предусмотрено. Для их оценки дублируются измерения и устанавливается закономерность появления погрешности. Дублируются и измерительные приборы.

Погрешность может быть вызвана грубыми ошибками оператора при снятии отсчета с прибора и записи их в журнал, а также при внезапном отказе прибора. Определяется погрешность ДАТ путем многократного измерения одной и той же величины:

(10)

где t_a - коэффициент Стюдента, принимается по таблицам;

п - количество измерений;

S - среднеквадратичное отклонение измеренной величины X_i от среднего значения Х_ср.

(11)

Относительная погрешность

(12)

Точность определения прочности бетона зависит от точности измерительных приборов, а следовательно, от точности получения косвенной характеристики и от точности градуировочной зависимости "косвенная характеристика-прочность". Точность измерительных приборов зависит от метода измерения, конструкции прибора и от его состояния. Например, размер грани кубика с помощью линейки можно измерить с точностью до 1 мм, а с помощью штангенциркуля-до 0.1мм. Эта величина указывается в паспорте прибора.

Однако в процессе эксплуатации с приборами могут произойти различные изменения и они будут выдавать другие результаты, т.е. увеличивается погрешность.

Величины точности и погрешности нормируются для каждого класса приборов и указываются в паспорте.

Чтобы быть уверенным, что измерительный прибор отвечает требованиям по точности и погрешности, он должен систематически поверяться. Процесс поверки заключается в том, что прибором многократно измеряется одна и та же величина и результаты измерения сравниваются с эталонным значением или с величиной измеренной более точным и поверенным прибором. Обработка результатов выполняется по формулам (6.5.9) - (6.5.12). Периодичность поверки приборов зависит от назначения прибора, его конструкции и режимов эксплуатации.

Метрологическую поверку приборов проводят организации, аккредитованные для этих целей органами Госстандарта.

При определении прочности бетона различными методами поверяются гидравлический пресс, на котором испытываются кубики, линейки, штангенциркуль, лупа Польди и все ультразвуковые приборы.

Иногда на точность измерения влияет не только состояние измерительного прибора, но и другие элементы, которые установлены в технологической линии и не могут быть доставлены на поверку. Например, ультразвуковые преобразователи, линии связи, коммутаторы каналов в автоматизированном стенде ДС-2. В данном случае необходимо выполнять поверку всего измерительного комплекса в его рабочем режиме. Для этих целей используются эталоны с известными временем и скоростью распространения ультразвука. С помощью каждых из девяти пар преобразователей стенда ДС-2 измеряются время и скорость ультразвука в эталоне и сравниваются с указанными на эталоне величинами.

Эталон должен быть изготовлен из материала, в котором контролируемые величины изменяются незначительно. Так, для поверки ультразвуковых комплексов используются эталоны из эбонита, органического или кварцевого стекла. Аналогичным образом поверяются и все остальные измерительные приборы.

Точность градуировочной зависимости "косвенная характеристика-прочность" показывает, насколько тесно косвенная характеристика связана с прочностью бетона и насколько она изменяется с изменением прочности. Данная связь зависит от физической природы косвенной характеристики. Так по результатам испытания 30 кубов построена градуировочная кривая "R-V" ( рис. 6.5.42). Зная скорость распространения ультразвука в бетоне кубика, по данной кривой можно определить прочность бетона в нем, т.е. для кубика будут известны две величины прочности, определенные путем испытания на прессе и ультразвуковым методом с помощью графика "R-V". Эти прочности будут разными. Отклонение одной прочности от другой и будет характеризовать погрешность зависимости "R-V".

В соответствии с ГОСТ17624-87 погрешность измерения определяется как среднее квадратичное отклонение величины прочности, определенной по косвенной характеристике, от значения прочности, полученной при испытании на прессе, т.е. разрушающий метод принимается за эталон.

где R_iф - фактическая прочность в i кубике, определенная на прессе;

R_ikx- прочность бетона в этом же кубике, определенная по косвенной характеристике путем использования градуировочной зависимости

n - количество кубов.

Градуировочная зависимость (графическая или аналитическая) может использоваться в производстве если

где R_cp - среднее значение фактической прочности бетона.

Своевременное метрологическое обеспечение средств измерения позволит правильно оценить прочность бетона в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений, что повысит их надежность и долговечность.

Приборы неразрушающего контроля прочности бетона

Приборы неразрушающего контроля (ПНК) – условно принятый в технической литературе термин, включающий в себя приборы для толщинометрии и дефектоскопии покрытий конструкций и изделий, для определения твердости и прочности материалов, а также ряда других характеристик.

Измерения вышеназванных параметров производятся различными методами: ультразвуковым (УЗ), акустоэмиссионным, импедансным, ударно-импульсным, упругого отскока, пластической деформации, рентгенографическим, вихретоковым, магнитным, магнитопорошковым, термографическим, оптическим, а также рядом других менее распространенных методов.

Для неразрушающего контроля прочности бетона используются приборы, основанные на методах местных разрушений (отрыв со скалыванием, скалывание ребра, отрыв стальных дисков), ударного воздействия на бетон (ударный импульс, упругий отскок, пластическая деформация) и ультразвукового прозвучивания.

При обследовании монолитных конструкций и больших массивов бетона применение ударно-импульсных и ультразвуковых приборов должно сочетаться с испытаниями бетона методами отрыва со скалыванием, скалывания ребра или отбора образцов (кернов).

При выборе методов НК и приборов для проведения испытаний бетона пользователь должен знать их особенности и рекомендуемые области применения.

Достаточно полно методы НК классифицированы Б.Г. Скрамтаевым и М.Ю. Лещинским М.Г. Коревицкой, в их работах даны рекомендации по выбору методов и средств НК в зависимости от вида контролируемого изделия и условий его эксплуатации. Однако современная приборная база НК существенно отличается от рекомендуемой авторами.

С начала 90-х годов прошлого столетия активно ведется разработка и производство приборов НК нового поколения с применением электроники и микропроцессорной техники, наращиваются их функциональные возможности.

Особого внимания заслуживают методы отрыва со скалыванием, скалывания ребра и отрыва стальных дисков, которые часто называют методами местных разрушений. Эти методы характеризуются большей точностью по сравнению с другими методами неразрушающего контроля.

В настоящее время в РФ выпускается несколько модификаций сертифицированных приборов, реализующих перечисленные методы (табл. 2.2.4 и 2.2.5).

Отрыв со скалыванием:

Таблица 2.2.4

Тип	Предельное усилие вырыва, кН,  индикация	Тип анкера	Предел погрешности, %	Масса, кг	Изготовитель
ПОС-30МГ4	30 цифровая	II-30, II-35	±2	3,5	СКБ Стройприбор, Челябинск
ПОС-50МГ4	60 цифровая	II-30, II-35, II-48	±2	5,0	СКБ Стройприбор, Челябинск
ПОС-2МГ4	2 цифровая	спиральный для ячеистых бетонов	±3	1,1	СКБ Стройприбор, Челябинск
ПБЛР 50	манометр	III-35	±4	4,0	ИТЦ Контрос, Москва
ВМ-2.4	30 стрелочный индикатор	I-35, II-35	±3	3,2	ВЗ «Эталон» Москва
Оникс-ОС	50 цифровая	II-35, II-48	±2	4,0	НПП Интерприбор Челябинск

Скалывание ребра:

Таблица 2.2.5

Тип	Предельное усилие, кН,  индикация	Размер грани контролируемого изделия, мм	Предел погрешности, %	Масса, кг	Изготовитель
ПОС-30МГ4 «Скол»	30 цифровая	200…400	±2	7,9	СКБ Стройприбор, Челябинск
ПОС-50МГ4 «Скол»	60 цифровая	200...600	±2	9,8	СКБ Стройприбор, Челябинск

- приборы, внесенные в Госреестр СИ РФ

ПОС-30МГ4	ПОС-50МГ4	ПОС-2МГ4	ПБЛР
ВМ-2.4	Оникс-ОС	ПОС-30(50)МГ4 «Скол»

Измеритель прочности бетона Beton Pro Condtrol

Измеритель прочности Beton Pro Condtrol предназначен для оперативного и лабораторного контроля прочности и однородности бетона, раствора, кирпича, методом ударного импульса по ГОСТ 22690.

В приборе применен новый склерометр, обеспечивающий большую точность и удобство эксплуатации, с увеличенной в 4-6 раза энергией удара, обеспечивающий автоматический взвод ударного механизма при установке на испытываемую поверхность. На достоверность полученного результата практически не влияет возраст бетона, его состав и условия твердения. Реализовано принципиально новое меню, позволяющее максимально точно настроить прибор на материал, наглядно представить и систематизировать информацию.

Особенности измерителя:

-100 градуировочных зависимостей, учитывающих материал, условия твердения, возраст бетона;

- корректировка направления удара в 5 направлениях ( 0°, 45°, 90°, 135°, 180°);

- возможность присвоить измерению признак (плита, колонна, ригель, балка, и т.д.);

- представление информации в виде столбчатой диаграммы с расчетом среднеквадратического отклонения и коэффициента вариации, индикацией максимального, минимального значения в серии, возможностью просмотра и исключения из расчетов любого промежуточного значения;

- память 5000 измерений;

- возможность учесть толщину карбонизированного слоя;

- возможность выбора признака для сортировки массива памяти;

- возможность изменять критерии отбраковки при обработке измерений;

- интерфейс для связи с ПК.

Технические характеристики: Измеритель прочности бетона- Beton Pro Condtrol

Диапазон измерения прочности - 3…100 МПа

Погрешность измерения прочности не более 7 %.

Молоток Шмидта для испытаний бетона Original SCHMIDT на интегральных схемах

Новый прибор отличает простота в эксплуатации, повы­шенная надежность и точность, а также рас­ширенный диапазон измерений. Имеется ряд удобных для пользователя встроенных функ­ций, таких как автоматический ввод попра­вок в отсчеты с учетом направления удара, что избавляет от необходимости обращаться к кривым преобразования для направления удара. Прибор прочный и легкий, в нем также предусмотрен автоматический ввод поправок на карбонизацию.

Расширение областей применения

• Кривые преобразования представлены для широкого диапазона значений прочности бетона на сжатие, включая малые и большие значения прочно­сти бетона fc<N/mm2 (1 450 psi) и до 170 Н/мм2 (24 650 psi)

• Кривые преобразования для различных марок современного бетона за­ранее заданы для SilverSchmidt на основе испытаний, проведенных незави­симой экспертизой

Соответствие отраслевым стандартам

• Сбор и обработка результатов испытаний соответствуют ведущим отрас­левым стандартам EN 12504-2, ENV 206 ASTM C805, ASTM D5873 (горные породы) BS 1881, часть 202, JGJ/T 23-2001 (Китай)

Достоверность результатов измерений

• Высокая точность благодаря дифференциальному оптическому абсолютно­му датчику скорости.

• Измерение, по существу, не зависит от направления удара, поэтому введе­ния поправок не требуется.

• Встроенная поправка на карбонизацию и форм-фактор обеспечивают по­вышение точности испытаний и достоверность полученных результатов

• Возможность считывания реального коэффициента отскока обеспечивает увеличение разрешающей способности в более широком диапазоне.

• SilverSchmidt способен также отображать классическое значение “R”.

Контролируемые выполняемые функции

• Автоматический контроль выполняемых функций путем мониторинга энер­гии удара.

• Низкое потребление энергии, ионно-литиевая батарея высокой емкости.

• Герметичность прибора обеспечивает длительную эксплуатацию без обслу­живания

Измерение реального коэффициента отскока (величина “Q”)

Классическая величина “R”- это механическое перемещение молотка при отскоке. На него влияют трение с направляющим штоком, трение перемеща­емой стрелки на шкале, сила тяжести при перемещении, а также значение относительной скорости между устройством и механическими узлами. Это справедливо для всех молотков, представленных на современном рынке.

Величина “Q” [=скорость отскока, деленная на скорость удара] представляет физический коэффициент отскока. На нее практически не влияют источники погрешностей, указанные выше. Таким обра­зом, это надежный показатель, применяе­мый в качестве отправной точки для преоб­разования в величину прочности на сжатие.

SilverSchmidt генерирует величину “Q” путем измерения скорости удара и отскока непо­средственно перед ударом и после него.

Величина “Q” не требует поправки на направ­ление удара. Однако существует четкая взаи­мосвязь между величинами “Q” и “R”.

Определение прочности на сжатие

Для получения значений измерений в единицах прочности на сжатие выбира­ется:

• соответствующая единица • длина серии и режим усреднения

• глубина карбонизации (если требуется) • форм-фактор

• Кривая преобразования для бетонной смеси

Выполните серию измерений указанной длины. Имеется возможность удалять вручную явные выбросы. В конце серии прибор отобразит среднее значение в выбранных единицах измерения.

Технические характеристики

Механические параметры

BN-типBL-тип

Энергия удара 2,207 Нм0,735 Нм

Масса бойка 115 г115 г

Жесткость пружины 0,79 Н/мм0,26 Н/мм

Расширение пружины 75 мм75 мм

Размеры корпуса 55 x 55 x 250 мм (340 мм до конца плунжера)

Габаритные размеры (видимая часть плунжера)105 x ø15 мм / радиус сферической верхушки 25 мм

Электрические параметры

Дисплей графический / буквенно-цифровой с разрешающей способностью 17 х 71 пикселов.

Потребляемая мощность~13мА при измерении, ~4 мА при установке и просмотре,

~0,02 мА в неработающем состоянии

Мощность аккумулятора>1000 ударов (до перезарядки)

Подключение зарядного устройстваUSB тип B (5В, 100 мА)

Рабочие диапазоны

Прочность на сжатие бетонаот 10 Н/мм2 до 170 Н/мм2 (от 1 450 psi до 22 000 psi) Эксплуатационная температураот 0 до 50 °C. Температура храненияот -10 до 70 °C

Счетчик измерений внутри серии или общий счетчик

Одиночное измерение или серия из “n” измеренийЗначение “Q”

Символ ошибки

Единица измерения отметка “50”

Аналоговая шкала

Нулевая отметка прочность на сжатие отображается в Н/мм2, psi (также возможно использование кг/см²)

Дисплей прибора

Одиночный удар

Дисплей после удара отображает:

• Фактическое значение “Q”

• Псевдо-аналоговую шкалу

• Счетчик показывает либо последние 2 цифры 4-х значного сумматора общего количества измерений или номер измерения в серии.

Режим усреднения Медиана/среднее значение после серии измерений

Молоток Шмидта типа N/NR SCHMIDT

Молоток типа N предназначен для испытаний изделий из бетона толщиной 100 мм (4") и более или бетона с максималь­ной крупностью частиц менее (или равной) 32 мм (1,25").

Молоток типа NR обеспечи­вает регистрацию полученных данных. Значения отскока регистрируются в виде гисто­граммы на бумажной ленте. На один рулон бумажной ленты можно записать резуль­таты измерения 4 000 ударов.

Оба типа молотков также применяются для испытаний массивных горных пород.

Стандарты на условия испытаний : EN 12 504-2, ENV 206, DIN 1048 часть 2, ASTM C805, ASTM D5873 (горные породы), D5873, JGJIT 23-2001 часть 202, JJG 817-1993.

Молоток Шмидта L/LR SCHMIDT

Молоток типа L/LR отличается значительно меньшей энергией удара, что делает его непревзойденным средством испытания тонкостенных объектов толщиной от 50 до 100 мм (2" и 4") или для контроля малоразмерных объектов. Тип L/LR подходит для испытания чувствительных к удару изделий из искусственного камня. В механике горных пород распространено применение молотков типа L/LR для классификационных испытаний колонок скального грунта и ломких пород.

Стандарты на условия испытаний: Те же, что и для молотков типа N/NR

Молоток Шмидта типа ND/LD DIGI-SCHMIDT^® 2000

Молоток Шмидта DIGI-SCHMIDT 2000 позволяет быстро и каче­ственно выполнить неразрушающее испытание бетона. Он обеспечивает автоматическое преобразование значений отскока в показатель прочности на сжатие. Для учета возраста бетона и отличий конкрет­ных испытательных образцов могут вводиться коэффициенты, что обе­спечивает точность измерений в широком диапазоне контролируемых параметров.

Молотки Шмидта DIGI-SCHMIDT, предлагаемые в вариантах ND или LD, являются превосходными сред­ствами обеспечения качества, где требуется большое количество измере­ний серийных изделий. Такие электронные приборы также хорошо походят для работы на больших строительных объектах, где требуется сопоставле­ние результатов многих измерений.

Электронные приборы сами рассчитывают значения медианы, средние зна­чения и среднеквадратическую погрешность. В расчетах можно автомати­чески учитывать карбонизацию бетона в области поверхности.

Графический ЖК-экран с разрешающей способностью 128 x 128 пикселей в реальном времени отображает значение отскока. Энергонезависимая память имеет емкость до 500 серий с 10 значениями для каждого измере­ния. Встроенная программа обеспечивает вывод результатов измерений на печать и/или передачу их на ПК через интерфейс RS232.

Результаты измерений можно распечатать или отобразить графически в виде гистограмм, а вся серия замеров может переноситься на ПК с помо­щью поставляемого программного продукта ProVista на базе ОС Windows для последующей обработки.

Стандарты на условия испытаний: EN 12504-2, ENV 206 ASTM C805, ASTM C805C (горные породы), JGJ/T23-2001, JJG 817-1993(оба – Китай).

Конструктивные возможности:

Автоматическое преобразование значений отскока в величину прочности на сжатие;

Автоматический расчет значений медианы или средних значений со среднеквадратической погрешностью;

Автоматическая поправка на направление удара;

Автоматическая поправка на глубину карбонизации;

Накопление данных внутри системы, их вывод на ПК или на печать.

Приборы контроля арматуры в железобетоне

Определение напряжений в арматуре (силы натяжения арматуры) предварительно напряженных железобетонных изделий по ГОСТ 22362 производится в процессе изготовления до укладки бетонной смеси.

Измерения выполняются:

в стержневой арматуре классов АIII Вc …АVII, канатной арматуры классов К 7, К 19 и проволочной арматуры классов ВI, BII (BpI , BpII) частотным методом прибором ЭИН-МГ4;

в проволочной арматуре класса BpII (BpII) и канатной арматуры класса К 7 методом поперечной оттяжки прибором ДО-40МГ4иДО-60МГ4.

прибор ЭИН-МГ4

прибор ДО-40МГ4

Металлодетектор, обнаружитель дерева и пластика в бетоне D-Tect100

Для точного определения местоположения арматуры, балочных перекрытий, электропроводки и металла в бетоне и в стенах из других материалов. Как только прибор находит край арматуры, издается звуковой и световой (на светодиодном индикаторе) сигналы, что позволяет легко и точно определить ось объекта.

Прибор легко калибруется и выполнен в прочном корпусе ABS. Эргономичный дизайн ручки прибора обеспечивает комфорт и безопасность во время работы.

Технические характеристики: Металлодетектор, обнаружитель дерева и пластика в бетоне- D-Tect100

Глубина определения электропроводки - 30 мм

Точность определения - 3мм.

Локатор арматуры, металлодетектор ArmoScan

Простой и дружелюбный интерфейс пользователя, большой дисплей с указанием глубины залегания металлических объектов в стене и высокая чувствительность сенсора делает этот прибор наиболее привлекательным из всех металлодетекторов. Арматурный стержень диаметром 20мм может быть обнаружен на глубине 180мм в массиве бетона. Прибор может обнаруживать как магнитные так и немагнитные металлы, показывает как местоположение, так и глубину залегания, что позволяет отличить медную трубу от стальной арматуры в панелях перекрытия или стенах. ArmoScan обнаруживает арматурный профиль, металлические трубы, кабелепроводы, металлический крепеж, распределительные коробки и металлические каркасы. Простой в использованиии, удобно располагается в руке, достаточно единоразового сканирования. Новый интерфейс пользователя и увеличенный экран LCD делают процесс нахождения металла проще и быстрее. ArmoScan сканирует сквозь большинство неметаллических строительных материалов, включая гипсокартон, ДСП, кирпич, бетон, керамику.

Технические характеристики:

Локатор арматуры, металлодетектор- ArmoScan

Глубина определения электропроводки -180мм

Точность определения - 3 мм.

Приборы контроля водонепроницаемости бетона

Для ускоренного определения водонепроницаемости бетона используют прибор типа АГАМА. Назначение прибора: Для определения водонепроницаемости бетона ускоренным методом по ГОСТ 12730.5-84. Позволяет оперативно регулировать технологические факторы изготовления ж/б конструкций. Также позволяет определять (косвенным методом, по определённой методике) истираемость и морозостойкость бетона.

Описание: Образцы для определения водонепроницаемости бетона должны иметь форму цилиндра диаметром 15 см. и высотой, зависящей от наибольшей крупности зёрен заполнителя. Так же можно использовать стандартные кубы 150х150х150. Перед испытанием образцы должны выдерживаться в помещении лаборатории не менее 1 суток.

Технические характеристики: - внутренний объём полости камеры - не менее 180 см2.

- снижение вакуума при установке на поверность непроницаемого матерала - менее 0,002 МПа/час.

- начальное давление прижатия фланца камеры к поверхности бетона - не менее 0,05 МПа.

- начальный уровень вакуумметрического давления, создаваемого внутри камеры - до 0,08 Мпа НТД (ГОСТ): ГОСТ 12730.5-84

Масса: 3 кг

Размер: 200х130х130

Комплектация:

Вакуумметр, камера с установленным на ней вакуумметром и штуцером для откачки воздуха, ручной вакуум насос, Герметизирующая нетвердеющая мастика, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 14701-79, Шпатель для очистки фланца камеры, паспорт, методические рекомендации.

Последней модификацией прибора АГАМА является прибор АГАМА-2РМ.

Прибор предназначен для ускоренного определения проницаемости материала (бетона, раствора и пр.) в образцах, изделиях и конструкциях, в т. ч. определения сопротивления бетона проникновению воздуха и контроля по этому показателю водонепроницаемости бетона по ГОСТ 12730.5-84. Принцип действия. Прибор устанавливают на поверхность испытываемого изделия через герметизирующую мастику. При перемещении поршня в камере создаётся разрежение, изменение которого фиксируется датчиком давления. По изменению давления определяется значение сопротивления материала проникновению воздуха. Прибор предназначен для эксплуатации на открытом воздухе и в закрытых помещениях, при температуре воздуха от 0 до 40°С.

Технические характеристики:

Измеритель воздухо-водонепронициаимости- АГАМА-2РМ

Вакуумметрическое давление в камере прибора не менее 0,06 МПа

Диапазоны измерения:

-сопротивления материала проникновению воздуха в пределах 0,1-999,9с/см³ ;

-марки бетона по водонепроницаемости 0-20.

Современные отечественные приборы для контроля физико-механических свойств бетона

В 90-х годах, после развала СССР, производство специализированных приборов неразрушающего контроля в нашей стране практически прекратилось, закрылись многие специализированные журналы, являвшиеся источниками объективной информации и мы оказались во власти скудной, разрозненной и не всегда правдивой рекламы. На наш рынок пришли отдельные, импортные, не всегда качественные и очень дорогие приборы. Приборы были оснащены рядом сервисных функций, компьютеризированы, но при ближайшем рассмотрении по своим основным техническим характеристикам они часто не дотягивали до наших старых отечественных приборов. Кто давно занимается контролем композитов, безусловно, помнит выпускавшийся в семидесятых годах измеритель скорости ультразвука УКБ-1м. Равного ему по мощности излучаемого импульса и надёжности прибора до сих пор нет. Выпускавшиеся позднее приборы серии УК имели гораздо меньшую мощность излучения, неудобный осциллографический индикатор или его вообще не имели, что значительно снижало достоверность получаемых результатов и ограничивало области их эффективного применения.

Это привело к тому, что к началу нашего века мы пришли с разрозненным парком старого изношенного оборудования и одиночными импортными приборами, сконструированные и работающие по различным стандартам, получаемые результаты было, часто, невозможно сравнивать.

В настоящее время положение с каждым годом резко меняется, с каждым годом появляется всё больше и больше приборов неразрушающего контроля отечественного изготовления, удовлетворяющих современным отечественным стандартам, занесённым в государственный реестр средств измерения, имеющие сертификаты Госстандарта и не уступающих лучшим зарубежным образцам и гораздо более дешёвых.

Одной из часто решаемых задач в строительстве является определение прочностных и деформативных свойств бетона. Материал, не смотря на своё давнее и широкое распространение, довольно трудно контролируется. Причин тому много и значительна шероховатость поверхности и нерегулярность структуры. Во время бетонирования конструкций, составляющие бетонной смеси располагаются в пределах формы или опалубки неравномерно. Это особенно заметно проявляется в крупногабаритных элементах. При расслоении фракций более тяжёлый крупный заполнитель имеет тенденцию концентрироваться в нижних слоях блоков или элементов. При этом разница характеристик верхних и нижних слоёв бетона может достигать 10 –15%. Поверхность укладываемого бетона, а также зоны, прилегающие к стенкам опалубки, обогащаются цементным раствором, мелкими фракциями песка и обедняются крупными фракциями заполнителей [1]. Все это также искажает реальную картину. В этих условиях правильный выбор контрольного прибора, методики измерений и обработки могут иметь решающее значение. Характеристики бетона, в подавляющем большинстве случаев, определяются по скорости распространения ультразвука в нём. Для этих целей выпускается ряд приборов.

Московская фирма «Интротест» разработала и выпускает прибор «Бетон-32» (рис. 2.2.88) [2]. Прибор лёгкий, переносной, недорогой и измеряет в диапазоне от 15 до 9999 мкс с абсолютной погрешностью (0,1 + 0,01Х) где Х – измеряемая величина. Прибор имеет минимум настроек и регулировок и может быть рекомендован для оснащения работников ОТК начального уровня, мастеров и прорабов.

Рис. 2.2.88. «Бетон-32» - ультразвуковой прибор, предназначенный для контроля прочности строительных материалов в строящихся и эксплуатируемых зданиях и сооружениях

Несколько более дорогой, гораздо более удобный, лёгкий (350 г.) измеритель скорости УЗК выпускает московская ассоциация «Спектр-групп». Прибор носит название «Ультразвуковой тестер УК1401». Прибор объединён конструктивно с излучателем и приёмником УЗК установленными на фиксированной базе, что значительно снижает ошибки базирования, ввод УЗК осуществляется с сухим контактом, что также очень удобно. Прибор имеет цифровой отсчёт и память на 4000 запоминаемых результатов. Несколько настораживает данное разработчиками название – тестер, т.е. указатель, а не измерительный прибор. Из анализа заявленных характеристик видно, что прибор измеряет время распространения УЗК в очень небольшом диапазоне от 15 до 100 мкс, при относительной погрешности измерений 1%. Прибор может быть рекомендован для проведения быстрых инспекционных контрольных проверок работниками среднего звена, при проведении которых основной целью является определение стабильности выпускаемых изделий. Прибор имеет ряд приятных сервисных возможностей: звуковая индикация приема УЗК, компенсацию зависимости результатов измерений от силы прижима, возможность выявления и измерения глубины трещин, автоматическое выключение, инфракрасный порт для связи с внешним компьютером.

Прочность бетона можно также определять с помощью другого прибора выпускаемого «Спектр – групп», низкочастотного ультразвукового дефектоскопа А-1220 (рис. 2.2.89). Основное назначение этого прибора – это выявление дефектов в бетонных изделиях толщиной до 600 мм. Несмотря на свои скромные размеры и массу (масса электронного блока 800г, масса антенного блока 760 г), прибор имеет очень большие возможности. Он укомплектован не обычными пьезоэлектрическими преобразователями, а матричным антенным устройством, состоящим из 24 электронно-переключаемых пьезопреобразователей. Это даёт возможность фокусировать излучаемый сигнал, что невозможно при применении обычных низкочастотных преобразователей и с помощью эхо-импульсного и теневого методов дефектоскопии, при сухом контакте с контролируемой поверхностью выявлять инородные включения, пустоты, трещины при одностороннем доступе к контролируемому изделию.

Рис. 2.2.89. Низкочастотный ультразвуковой дефектоскоп А 1220

Информация представляется на встроенном в электронный блок экране в одномерном и двухмерном виде, с возможностью представления её в трёхмерном виде на внешнем компьютере для связи с которым имеется инфракрасный порт. Прибор может работать на частотах от 33 до 250 Кгц, имеет широкий спектр различных настроек, электронную лупу и множество сервисных функций. Прибор достаточно дорог, очень информативен и может быть рекомендован организациям, серьёзно занимающимся практической научно-исследовательской деятельностью, так как оператор, работающий с прибором должен иметь специальную подготовку для правильного проведения измерений и однозначной трактовки получаемых результатов.

Для практической работы, по нашему мнению, наиболее подходят приборы челябинской фирмы «Карат-Интерприбор» которые сочетают в себе функции приборов, пригодных как для проведения научно-исследовательских работ, так и для решения практических задач. Для определения прочностных характеристик изделий из неметаллов по скорости прохождения УЗК выпускается прибор «Пульсар» (рис. 2.2.90) в нескольких модификациях, отличающихся ценой и, соответственно, возможностями.

Рис. 2.2.90. Ультразвуковой универсальный измеритель «ПУЛЬСАР-1.0»

Приборы, как и все предыдущие, измеряют скорость УЗК, дополнительно, в соответствии с заложенной в них программой могут вычислять, представлять на своём жидкокристаллическом мониторе, заносить в память и передавать через инфракрасный порт в компьютер значения модуля нормальной упругости, предела прочности бетона по ГОСТ 17624, кирпича, по ГОСТ 24332, плотности и некоторых других характеристик. Приборы позволяют оценивать несущую способность железобетонных конструкций, пористость и трещиноватость горных пород, степень анизотропии и структуру композиционных материалов. Приборы имеют разветвлённое программное обеспечение, в котором пользователь может выбрать введённые математические зависимости для наиболее распространённых неметаллических материалов, например, бетон лёгкий, бетон средний, бетон тяжелый, а может ввести свои, экспериментально определённые коэффициенты и, значительно повысить точность получаемых результатов. Для этого в программе предусмотрены отдельные ветви под условными названиями «бетон неизвестный 1», «бетон неизвестный 2» и т.д. Аналогично можно настроить прибор для контроля разных типов раствора, кирпича, абразивов, композитов. Контроль производится во всех случаях с помощью 2-х стандартных пьезопреобразователей с частотой 60 или 100кГц. Для удобства работы датчики могут или закрепляться на единой ручке с фиксированной базой 120мм, в этом случае они снабжаются специальными титановыми концентраторами для сухого ввода УЗК. Снятыми с ручки пьезопреобразователями можно производить контроль поверхностным или сквозным прозвучиванием с базой до 5 метров. Определяемый прибором параметр характеризует исследуемый материал на выбранной базе измерения. Как указывалось выше характеристики бетона, даже в одном изделии могут значительно меняться по различным причинам. В случае если необходимо определять прочность бетона в фиксированной точке можно рекомендовать ударно-импульсные измерители прочности бетона серии Оникс, также разработки НПП «Карат-Интерприбор». Приборы имеют разные возможности, разнообразное программное обеспечение и занимают ценовой диапазон от 25 до 37 тысяч рублей. Измерения проводятся в соответствии с ГОСТ 22690. Приборы реализуют двухпараметрический метод измерения (ударный импульс + отскок) и определяют прочность бетона в широком диапазоне, от 1 до 100 МПа.

Очень удобной особенностью приборов является то, что оценку можно производить по различному количеству измерении (от 1 до 15), что значительно повышает достоверность результатов, тем более что одновременно с результатом измерений на табло прибора выводится значение коэффициента вариации полученной группы измерений, что помогает также объективно оценить достоверность получаемой информации. И, наконец, самые точные результаты можно получить при использовании прибора «Оникс-ОС» (рис. 2.2.91), который измеряет прочность бетона методом отрыва со скалыванием по ГОСТ 22960.

Рис. 2.2.91. Измеритель прочности бетона отрывом со скалыванием

ОНИКС -ОС

Строго говоря, этот прибор не совсем корректно называть прибором неразрушающего контроля, так как для проведения исследований необходимо засверливать исследуемую конструкцию, устанавливать анкера и вырывать их с помощью специального малогабаритного пресса, который при массе всего 2кг развивает усилие до 50 кН. Микропроцессорное устройство обеспечивает полный контроль процесса нагружения и измерения: индикацию рекомендуемой и фактической скорости нагружения, текущего значения прикладываемого усилия с фиксацией минимального значения, вычисление прочности и регистрацию результатов в памяти. Приборы, изготавливаемые челябинской фирмой «Карат-Интерприбор" можно рекомендовать как для применения в производственных условиях, так и для проведения серьёзных научно-исследовательских работ. Все они имеют разветвлённое компьютерное обеспечение, позволяющее при необходимости практически полностью автоматизировать процесс вычисления определяемых параметров, а при желании – вводить различные поправочные коэффициенты, присущие конкретному материалу, отрабатывать технологические процессы и существенно повышать достоверность получаемых результатов.

Современные тенденции развития строительной индустрии неразрывно связаны с ростом значимости неразрушающего контроля качества материалов, изделий, конструкций, строительно-монтажных работ. Вопросы контроля качества обретают особую актуальность при решении задач обеспечения безопасности эксплуатации зданий и сооружений, а своевременно полученная информация о снижении прочности и несущей способности, о перегрузках и деформациях позволяет принять эффективные меры по предотвращению аварийных ситуаций. При этом ужесточаются требования к средствам неразрушающего контроля в части повышения достоверности, оперативности получения и анализа результатов измерений, возможности непрерывного мониторинга.

Для решения задач контроля строительных объектов и оперативного обследования конструкций предприятием «Интерприбор» создан ряд приборов: измерители прочности бетона (ультразвуковые, ударно-импульсные и отрыв со скалыванием), измерители защитного слоя бетона, расположения и диаметра арматуры, измерители влажности материалов и несколько вариантов универсальных многоканальных измерителей-регистраторов.

НПП “Интерприбор” создано на базе НПП “Карат” с 20-летним опытом разработки и производства средств неразрушающего контроля. Продукция предприятий в основном предназначена для стройиндустрии, однако находит широкое применение и в других отраслях промышленности. Основными потребителями являются предприятия, дорожные и строительные лаборатории, сертификационные центры, заводские и исследовательские лаборатории, службы обследования и эксплуатации объектов, ведущие научно-исследовательские и проектные институты, высшие учебные заведения, органы госнадзора, МЧС и др. Приборы сертифицированы Госстандартом России и защищены патентами РФ, имеется лицензия на их производство.

Многопараметрический многоканальный измерительно-регистрирую-щий комплекс ТЕРЕМ-4.1 предназначен для продолжительного мониторинга ответственных объектов (технологических процессов, мостов, конструкций, зданий, сооружений и т.д.), в условиях, когда необходимо непрерывно измерять и регистрировать различные физические величины: линейные и угловые перемещения, усилия, давления, напряжения, вибрации, температуру, тепловые и воздушные потоки, влажность и др.

Комплекс состоит из центрального блока и специализированных адаптеров, связанных общей четырехпроводной линией (адаптеры - центральные устройства, собирающие информацию с групп датчиков и передающие ее на центральный блок).

Каждый адаптер собирает информацию с группы датчиков заданного вида и передает на центральный блок. Режим работы (время пуска и останова, период отсчетов и т.д.) задается пользователем. Прибор имеет энергонезависимую память, регистрирующую во времени до 100000 отсчетов.

Особенности и основные функции комплекса:

• Простота установки на объекте контроля, малые габариты, легкость подключения адаптеров и датчиков

• Контроль локальных зон объекта посредствам адаптеров, специализированных под один или несколько видов датчиков

• Задание режимов работы: времени цикла и периодов регистрации, ограничений и сигнализации

• Время регистрации процессов не ограничено

• Контроль состояния датчиков и адаптеров

• Отображение результатов регистрации на дисплее с подсветкой в графической и табличной формах в процессе работы, их просмотр из архива

• Автоматический переход из активного режима в режим микропотребления

• Возможность поставки любой конфигурации комплекса под заказчика

• Дополнительная компьютерная обработка информации

•Модификации комплекса, имеющие локальную радиосвязь и удаленную связь по сети GSM

Технические характеристики
Количество каналов	2…256
Количество адаптеров, подключаемых к центральному блоку	1…32
Количество датчиков, подключаемых к одному адаптеру (в зависимости от типа адаптера)	1…55
Максимальное количество регистрируемых отсчетов	10^8
Длительность регистрируемого процесса	не ограничена
Период отсчетов, задаваемый пользователем: – минимальный, с – максимальный, час
	1
	24
Диапазон измерения перемещений, мм	0...100
Разрешающая способность, не более, мм	0.01
Диапазон измерения угла, град	0…360
Дискретность измерения, не более, мин	0,5
Диапазон измерения датчика влажности, %	0...100
Диапазон измерения температуры, °С	–55...+600
Длина линии связи центрального устройства с адаптерами, не более, м	200
Длина линии связи датчика с адаптером, не более, м	10
Связь с компьютером	USB
Питание	аккумуляторы, 2 шт. - внешний блок питания 5,5В
Габаритные размеры центрального устройства, мм	16012030
Масса центрального устройства, не более, кг	0,3

На базе ТЕРЕМ-4.1 реализованы:

• Системы мониторинга трещин, линейных и угловых перемещений и деформаций фасадов, зданий, мостов, и т.д.

• Многоканальные тензометрические комплексы

• Системы мониторинга электропрогрева монолитного бетона

• Системы контроля микроклимата складских помещений

• Различные виды регистраторов давления, потоков, вибраций

Прибор предназначен для работы при температуре окружающей среды от –10 до +50°С, максимальной влажности 80% при 35°С и ниже без конденсации влаги и атмосферном давлении 86…106кПа.

С помощью данного прибора реализованы и успешно работают измерительные комплексы:

• для контроля развития деформаций и трещин зданий, сооружений;

• для измерения теплозащитных свойств конструкций (сопротивления теплопередаче);

• многоканальные регистраторы температуры и влажности.

Пользователь имеет возможность самостоятельно создать нужный ему измерительный комплекс, выбрав типы и количество необходимых датчиков. Функционально «ТЕРЕМ-4» состоит из центрального блока, адаптеров, датчиков различных видов, устройства переноса данных и сервисной компьютерной программы.

Особенностью комплекса является его портативность и минимальное количество проводных соединений за счёт применения единой четырёхпроводной линии связи центрального блока с адаптерами, на базе которых реализуются локальные зоны контроля, а также возможность длительной работы в полевых условиях благодаря аккумуляторному питанию и малому энергопотреблению. При необходимости регистратор может подключаться к сети 220 В.

Центральный блок выполняет следующие основные функции:

• считывание процессов с адаптеров и хранение результатов в памяти с привязкой ко времени и дате;

• просмотр на дисплее результатов в графическом и табличном виде на любой стадии контроля;

• индикация состояния датчиков;

• полный контроль состояния аккумуляторной батареи.

Адаптеры – интеллектуальные устройства сбора, преобразования и передачи информации, поступающей от различных датчиков. К одному адаптеру могут подключаться от 4 до 48 датчиков одного или нескольких видов, в частности:

• датчики линейных перемещений для измерения ширины раскрытия трещин, прогибов и механических напряжений;

• тензодатчики для определения усилий, деформаций и механических напряжений;

• вибродатчики для оценки вибрационной нагрузки, собственных колебаний конструкций и фундаментов;

• датчики влажности и температуры для контроля климатических воздействий;

• датчики теплового потока и температуры для оценки теплозащитных свойств ограждающих конструкций, окон и т.д.

Для связи центрального блока с адаптерами используется общая линия длиной до 200 метров с возможностью создания нескольких радиальных направлений. Каждый датчик подключается непосредственно к адаптеру кабелем длиной до 10 метров и может быть установлен в скрытых, труднодоступных местах.

В регистраторе имеется возможность передачи данных на компьютер по интерфейсу RS232. Специализированная компьютерная программа позволяет считывать, просматривать, систематизировать и архивировать информацию. Анализ и обработка информации должны выполняться квалифицированными специалистами.

Для получения более полных данных о состоянии объекта выявленные мониторингом проблемные зоны следует дополнительно обследовать приборами неразрушающего контроля. Например, информацию о динамике раскрытия трещин следует дополнить данными о глубине трещин и внутренних дефектах. Эти данные могут быть получены с помощью ультразвукового прибора ПУЛЬСАР-1.1, в котором заложены российский и английский методы измерения глубины трещин. Прибор комплектуется датчиками для сквозного и поверхностного прозвучивания с напряжением возбуждения 600В, работает на частотах 50…100кГц, измеряет время и скорость распространения ультразвука, вычисляет прочность.

С помощью прибора ПОИСК-2.5 определяют: фактическую толщину защитного слоя бетона, расположение верхнего ряда арматуры и закладных, диаметр стержней. Это даёт возможность оценить взаимное расположение арматуры и трещин, уточнить схему испытаний методом отрыва со скалыванием, наметить трассы прозвучивания. Прибор имеет режим акустического поиска стержней и режим настройки на сталь, позволяющий учесть влияние параллельных стержней и магнитные свойства сталей.

Универсальный влагомер ВИМС-1.1 даёт возможность определить влажность на поверхности и в глубине материала (бетон, цемент, др. материалы), оценить состояние гидроизоляции конструкций, скорректировать результаты, полученные с помощью механических и ультразвуковых методов. Прибор впервые комплектуется тремя видами датчиков: планарным – для контроля влажности поверхностных слоев, объёмным – для сыпучих материалов и зондовым – для контроля влажности в глубине сыпучих материалов и в скважинах твёрдых материалов.

Применение «ТЕРЕМ-4» в сочетании с известными методами и рассмотренными приборами неразрушающего контроля позволяет оперативно и достоверно оценивать состояние строительных объектов.

Все выпускаемые приборы имеют единую идеологию и унификацию ряда элементов. Для удобства работы в приборах предусмотрены:

– интеллектуальная обработка серии измерений, автоматическое вычисление результата и его статистических характеристик;

– регистрация в реальном времени результатов и условий измерений (вид материала, контролируемого объекта, характеристика и т.д.);

– легкие и удобные датчики оригинальных конструкций;

– удобный диалоговый режим работы с помощью клавиатуры, меню и сообщений, выводимых на графический дисплей с подсветкой;

– русский и английский язык текстовых сообщений;

– наличие интерфейса связи с ПК и специализированных компьютерных программ;

– возможность модернизации приборов, обновления программных версий и сервисных программ;

– минимизированные массогабаритные характеристики и малое энергопотребление;

– расширенный диапазон рабочих температур;

– поставка дополнительных аксессуаров, датчиков, интерфейсных устройств, аккумуляторов, программного обеспечения.

Далее более подробно рассмотрим технические характеристики выпускаемых приборов.

ПОИСК-2.5. Прибор предназначен для определения толщины защитного слоя бетона, диаметра и расположения арматуры в изделиях и конструкциях по ГОСТ 22904-93. Применяется при обследовании зданий и сооружений и технологическом контроле железобетонных изделий.

Режимы работы:

– определение проекций арматуры на поверхность бетона;

– измерение толщины защитного слоя бетона;

– оценка диаметра арматуры;

– при настройке на объекте имеется возможность существенного снижения влияния параллельных стержней и магнитных свойств сталей;

– сканирование поверхности изделий;

– глубинный поиск;

– выбор вида арматуры, настройка на любые марки стали;

– акустический поиск арматуры.

Основные технические характеристики

Диапазоны измерений толщины защитного слоя бетона, мм
– для диаметров арматуры 3…12 мм	2...100
– для диаметров арматуры 14…30 мм	3...120
– для диаметров арматуры 32…50 мм	10...130
Межарматурное расстояние, мм, не менее:
– для диаметров арматуры 3…11 мм	100
– для диаметров арматуры 12…50 мм	200
Порог чувствительности нахождения арматуры, мм	250
Предел погрешности измерения толщины защитного слоя, мм	(0.03h+0.5)

Варианты исполнения прибора:

– ПОИСК-2.51 - измерение толщины защитного слоя и неизвестного диаметра, расширенный сервис;

– ПОИСК-2.52 - только измерение толщины защитного слоя, упрощенная версия.

Прибор внесён в Государственный реестр средств измерений под № 26389-04.

ВИМС-1.1. Влагомер универсальный ВИМС-1.1 предназначен для оперативного контроля влажности песка и широкой номенклатуры строительных материалов по ГОСТ 21718, в том числе, в изделиях, конструкциях и сооружениях, а также для других применений.

Основной областью применения являются различные виды строительного производства и технологий, в которых влажность материалов регламентируется нормативно-технической или технологической документацией.

Виды контролируемых материалов:

– сыпучие (песок, грунт, глина, шлак, абразивные смеси и т.д.);

– твердые (бетон, кирпич, штукатурка, шлакоблок, древесина различных видов, композиционные материалы).

Влагомер может использоваться для контроля влажности других материалов и продуктов (текстиль, кожа, зерно, чай, табак) после индивидуальной градуировки.

ВИМС-1.1 индицирует: влажность по сухой и влажной базе (в %), вид контролируемого материала, номер, время и дату измерения. Для повышения точности измерения рекомендуется дополнительная калибровка в условиях потребителя. Пользователь имеет возможность самостоятельно провести испытания и ввести в прибор более 20 индивидуальных градуировочных зависимостей для нужных ему материалов. Изготовителем по спецзаказу производится определение коэффициентов настройки на индивидуальные материалы заказчика.

Прибор отличает повышенная точность измерений при наличии в материалах растворимых солей и автоматическая термокомпенсация.

Влагомер может комплектоваться датчиками трёх типов:

– планарный для контроля влажности при одностороннем доступе;

– объемный (планарный с цилиндрической насадкой) для сыпучих материалов;

– зондовый для контроля влажности в скважинах твердых материалов, на глубине пластичных и сыпучих материалов.

Основные технические характеристики

Диапазон измерения влажности песка, %	1...12
Предел погрешности:
- без индивидуальной градуировки, %	2.0 - 2.5
- с индивидуальной градуировкой, %	0.5 - 1.0
Диапазон измерения влажности др.материалов,%	0...100

Диапазон измерения влажности песка составляет 1…12%. Предел погрешности с индивидуальной градуировкой 0.5…1%, без градуировки 2…2.5%. Диапазон измерения влажности других материалов зависит от выбранного материала и может составлять до 200%.

Модификации прибора:

– ВИМС-1.11 (ВИМС-1.УЗ) - влагомер универсальный - зондовый (датчики: объёмный, планарный, зондовый);

– ВИМС-1.12 (ВИМС-1.У) - влагомер универсальный (датчики: объёмный, планарный);

– ВИМС-1.13 (ВИМС-1.З) - влагомер зондовый (зондовый датчик).

Прибор внесен в Государственный реестр средств измерений под № 21713-01.

ВИМС-1.0. Серия измерителей влажности материалов ВИМС-1.0 предназначена для измерения влажности широкой номенклатуры твёрдых материалов: бетона, древесины (10 различных пород) и её производных (ДСП, ДВП, ламинат), цементной стяжки и других материалов (9 свободно программируемых материалов).

Влагомер легко программируется потребителем под любые виды твёрдых материалов путем установки индивидуальных коэффициентов преобразования и может использоваться для контроля влажности таких материалов как кожа, ткани, композиты.

В отличие от ВИМС-1.1 прибор ВИМС-1.0 имеет встроенный в корпус прибора измерительный датчик. Прибор индицирует: влажность по сухой или влажной базе (в %), вид материала, номер, время и дату измерения. Выпускается с базовой настройкой, однако для повышения точности рекомендуется дополнительная калибровка прибора на образцах потребителя. Пользователь имеет возможность самостоятельно провести испытания и ввести в прибор более 20 индивидуальных градуировочных зависимостей для нужных ему материалов. Изготовителем по спецзаказу производится определение коэффициентов настройки на индивидуальные материалы заказчика.

Основные технические характеристики

Диапазон измерения влажности, % :
– древесины	1...100
– других материалов	0...50
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерения влажности древесины, %:
– в диапазоне 1...10 %	1.0
– в диапазоне 10...20 %	1.5
– в диапазоне 20...45 %	2.0
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерения влажности других материалов, %:
– без индивидуальной калибровки	2.0...2.5
– с индивидуальной калибровкой	0.5...1.0

Варианты исполнения прибора:

– ВИМС-1.01 (ВИМС-1.Д1) - измеритель влажности бетона, древесины (10 различных пород) и её производных (ДСП, ДВП, ламинат), цементной стяжки и других материалов (9 свободно программируемых материалов), имеет связь с компьютером для передачи результатов измерений, расширенный сервис, возможность подключения дополнительного внешнего датчика;

– ВИМС-1.02 (ВИМС-1.Д2) - измеритель влажности древисины (10 пород), упрощенный сервис, отсутствует возможность подключения внешнего датчика.

ВИБРАН-1.2 - малогабаритный прибор, предназначенный для вибродиагностики конструкций, фундаментов, оснований, мостовых сооружений, строительных изделий, абразивов, вибрационного оборудования, двигателей, турбин, вентиляторов, в частности, для анализа реакции конструкций на ударное воздействие. Применим для поиска различных дефектов структуры методом сопоставления реакций объектов с эталонным спектром, в том числе при разбраковке различных изделий.

Позволяет выполнять анализ периодических и непериодических процессов колебани по одной выбранной пространственной координате, а также:

– осуществлять запись периодических процессов длительностью до 100 секунд и получать 7 гармоник разложения в ряд Фурье с автоматическим масштабированием;

– производить запись непериодических процессов в задаваемых временных рамках (с длительностью до 100 с) и получать их состав из 200 линий спектра;

– выполнять запись с ручным или автоматическим запуском по задаваемому пороговому уровню колебаний;

– просматривать на дисплее спектр и форму сигналов;

– производить пересылку и компьютерную обработку записанных реализаций процессов виброколебаний, получая до 4000 линий спектра, осуществлять октавный и 1/3 октавный анализ;

– сохранять результаты 200 измерений и 200 реализаций анализируемых процессов.

Основные технические характеристики

Диапазон частот, Гц	1...100, 10...1000
Диапазон амплитуд виброперемещения, мм	0.001...5.0
Диапазон виброскорости, мм/с	1.0...500
Основная относительная погрешность, не более, %	5.0

ВИСТ-2.4. Предназначен для измерения среднеквадратического значения виброскорости, амплитуды и частоты колебаний виброустановок, используемых для уплотнения бетонной смеси при изготовлении железобетонных изделий, а также для измерения параметров вибрации других объектов (машин, механизмов, фундаментов). Применим для балансировки вентиляторов.

Прибор фиксирует 600 результатов измерений (виброскорость, виброперемещение, коэффициент гармоник, частоту), дату и время измерений, имеет возможность выбора объекта контроля (виброплощадка, фундамент, вентилятор, двигатель), режим индикации измерений и программно переключаемый диапазон измерений.

Малогабаритный вибродатчик имеет магнитное основание для крепления на рабочей поверхности. Кроме того, датчик предусматривает винтовое крепление и съём показаний при помощи съёмного щупа. Для этого в центре основания датчика выполнено резьбовое отверстие.

Основные технические характеристики

Диапазон измерения виброскорости, мм/с	0.1...500/0.01...50
Диапазон измерения амплитуды виброколебаний, мм	0.001...10
Диапазон измерения частоты, Гц	2...500
Предел допускаемой основной погрешности измерения амплитуды и виброскорости, %	6.0
Предел допускаемой основной погрешности измерения частоты, %	0.2

Варианты исполнения прибора:

– ВИСТ-2.41 - полная версия, расширенный сервис;

– ВИСТ-2.42 - упрощенная версия.

Прибор внесен в Государственный реестр средств измерений под № 26819-04.

ИНК-2.4. Назначение прибора - измерение частотным методом (ГОСТ 22362-77) механических напряжений в элементах стержневой, проволочной и прядевой арматуры железобетонных изделий и конструкций, а также параметров виброколебаний (частота, виброскорость и виброперемещение) различных объектов.

Приборы индицируют: а) в режиме измерения напряжений - величину напряжения в МПа и его отклонение от проектного значения в %, поправку на длину реза арматурного стержня, б) в режиме виброметра - виброскорость, виброперемещение и частоту.

Предусмотрена регистрация 1200 результатов измерений и вида объекта контроля (600 результатов в режиме измерения напряжений и 600 результатов в режиме виброметра).

Основные технические характеристики

Диапазоны измерения:
- частоты, Гц	5...200
- механических напряжений, МПа	50...2000
- амплитуды виброколебаний , мм	0.001...10
- виброскорости, мм/с	0.1...500
Предел допускаемой основной погрешности измерения:
- частоты, %	0.2
- механических напряжений, %	4.0
- амплитуды колебаний и виброскорости, %	6.0

Варианты исполнения прибора:

– ИНК-2.4 - измерение механических напряжений в арматуре;

– ИНК-2.4К - измерение механических напряжений в арматуре + измерение параметров виброколебаний (частота, виброскорость и виброперемещение).

Прибор внесен в Государственный реестр средств измерений под № 26819-04.

МИТ-1. Прибор предназначен для оперативного определения теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов зондовым методом по ГОСТ 30256-94 при технологическом и лабораторном контроле, обследовании различных объектов, определении теплозащитных свойств материалов.

Новые технические решения и методы обработки информации позволили существенно повысить достоверность измерений.

В отличие от аналогов МИТ-1 имеет расширенный диапазон измерения теплопроводности при минимальных массогабаритных показателях. В комплекте с аккумуляторным источником питания, поставляемым по заказу, позволяет проводить в полевых условиях до 100 измерений.

Основные технические характеристики

Диапазон измерения теплопроводности, Вт/(м*°С)	0,03...2
Предел погрешности, %	7.0
Время измерения, мин	1...7

Прибор внесен в Государственный реестр средств измерений под № 24693-03.

ИТС-1. Измеритель теплопроводности ИТС-1 предназначен для измерения теплопроводности широкого спектра строительных и теплоизоляционных материалов стационарным методом в соответствии с ГОСТ 7076-99.

Применение специальных технических решений и алгоритмов математической обработки информации позволило существенно повысить достоверность измерений. Условия измерений выбираются пользователем с помощью экранных меню.

Основные технические характеристики

Диапазон измерения теплопроводности, Вт/(м*°С)	0.025...1.5
Предел погрешности, %	5
Источник питания, В	~220
Габаритные размеры, мм	265x190x120
Размеры образца, мм	150x150

РТМ-5. Регулятор температуры РТМ-5 предназначен для автоматического программного регулирования процессов термообработки железобетонных изделий в пропарочных камерах по предварительно заданной программе. Регулятор можно также использовать для автоматизации термообработки других видов материалов, например, процессов сушки древесины при внесении в алгоритм его работы соответствующих изменений.

Прибор состоит из блока управления, силового блока (с возможностью управления силовыми контакторами и реверсивными электроприводами задвижек), блока связи с компьютером (RS-485) и сервисной программы, позволяющей вести полный контроль и учет технологического процесса.

Регулятор управляет процессами термообработки в 8-ми пропарочных камерах по индивидуальным программам, в которых задаются времена и температуры режимов выдерживания, нагрева и охлаждения.

РТМ-5 автоматически сохраняет в энергонезависимой памяти все необходимые данные о процессе регулирования. Прибор имеет возможность передачи накопленных данных на компьютер. Поставляемая вместе с прибором компьютерная программа позволяет осуществлять просмотр и распечатку данных о температуре в процессе регулирования, автоматически вести журнал пропарки. Связь с блоком управления осуществляется через блок сопряжения с компьютером по интерфейсам RS-485 (между блоком управления и блоком сопряжения) и RS-232 (между блоком сопряжения и компьютером).

Режимы термообработки легко задаются пользователем индивидуально по каждому каналу в виде температурно-временных диаграмм, содержащих участки стабилизации, нагрева и охлаждения.

Основные технические характеристики

Количество каналов регулирования	8
Диапазон измерения температуры, °С	-50...+125
Диапазон регулирования, °С	0...+125
Время цикла термообработки	1 час...31 день
Предел погрешности, %	1.0
Дискретность, °С / мин	0.1 / 1
Коммутируемая нагрузка, Вт	200
Потребляемая мощность (без учета исполнительных механизмов), Вт, не более	10

Приборы «ТЕРЕМ-4», «ОНИКС-2.5», «ОНИКС-ОС», «ПОИСК-2.5», «ВИМС-1.1» и др. в настоящее время успешно эксплуатируются на ряде объектов при мониторинге трещин зданий и сооружений, при контроле твердения монолитного бетона, определении теплозащитных свойств конструкций зданий, слежении за микроклиматом различных производств, обследовании зданий и конструкций, технологическом контроле.

Приборы для обследования зданий и сооружений

Инженерно - техническое обследование зданий и сооружений - комплекс мероприятий по определению и оценке фактических значений контролируемых параметров, характеризующих эксплуатационное состояние, пригодность и работоспособность строительных конструкций зданий и сооружений с целью определения возможности их дальнейшей безопасной эксплуатации или выработки рекомендаций по их восстановлению и усилению.

Количественные и качественные значения параметров и критериев оценки технического состояния строительных конструкций зданий задаются в требованиях нормативных документов (СНиП, ТСН, ГОСТ, ТУ и т.д.).

Здесь представлена информация по приборам неразрушающего контроля, которые предназначены для строительных лабораторий, сертификационных центров, служб обследования зданий и позволяют:

- провести полевое обследование и лабораторные испытания прочностных характеристик конструкционных материалов зданий:

ОНИКС-2.5

ОНИКС-2.6

ПУЛЬСАР-1.1

ПУЛЬСАР-1.2

ОНИКС-ОС

- определить в процессе обследования параметры армирования железобетонных конструкций зданий и сооружений:

ПОИСК-2.5

- экспериментально проверить теплотехнические характеристики ограждающих конструкций:

ТЕПЛОГРАФ

МИТ-1

ИТС-1

- вести длительный мониторинг дефектов строительных конструкций (в частности динамики раскрытия трещин):

ТЕРЕМ-4

- измерить при обследовании зданий реальную влажность конструкций зданий

ВИМС-2.1

ВИМС-2.2

- провести виброанализ мостовых сооружений и др. строительных объектов, в том числе при воздействии динамических нагрузок:

ВИБРАН-2

ВИБРАН-3

ВИСТ-2.4

- измерить при обследовании зданий глубину забивки свай, в т.ч. в ростверках:

СПЕКТР-2

– провести обследование однородности укладки асфальтобетона в дорожном и аэродромном покрытии:

ПАБ-1.0

Рассмотрим основные характеристики вышеуказанных приборов

Электронный склерометр (измеритель прочности бетона) ОНИКС-2.5

Прибор имеет сертификат об утверждении типа Ru.C.28.002.A №22185. Внесен в Госреестр средств измерений РФ под №30252-05 Внесен в Госреестры СИ Украины, Белоруссии

Назначение склерометра

Электронные склерометры ОНИКС-2.5 предназначены для оперативного контроля прочности и однородности бетона (ГОСТ 22690) при техно­логическом контроле, обследовании объектов, а также для контроля кирпича, легких бетонов и т.п.

Преимущества склерометра

Впервые реализован двухпараметрический метод контроля прочности - одновременно по ударно­му импульсу и отскоку, существенно повышающий достоверность результатов

Самый легкий, компактный и эргономичный склерометр

Высокоточный измерительный тракт

Особенности склерометра

Не требуется помощь второй руки при взводе, - удобный взвод и спуск ударника большим паль­цем

Высокая скорость и точность нанесения ударов

Слабая зависимость результата (менее ± 1%) от положения в пространстве, полностью устраняе­мая электронным блоком

Малогабаритный корпус из «теплого» и прочного модифицированного полиамида

Полированный индентор из суперсплава фирмы «Сандвик»

Повышенная энергия удара; отсутствие поршневого эффекта

Устойчивость к внешним воздействиям

Наиболее устойчивая и удобная 4-точечная периметральная опора

Конструкция, обеспечивающая эффективную работоспособность в широком диапазоне температур (-10...+40 °С)

Основные функции склерометра

Базовые градуировочные характеристики для различных материалов и видов бетона с функцией их оперативного уточнения посредством коэффициента совпадения К_с (ГОСТ 22690, Приложение 9)

Оперативная установка собственных характеристик и названий материалов

Учет возраста, состава, условий твердения и карбонизации бетона

Архивация единичных и серийных результатов, коэффициента вариации, вида материала, изде­лия, времени и даты измерений

Быстрый поиск результатов в архиве с отображением диаграмм и значений на графическом дис­плее с подсветкой

Автоматическое отключение прибора

Сервисная компьютерная программа с возможностью определения класса бетона

Адаптивная память, автоматически удаляющая устаревшие результаты

Технические характеристики склерометра

Диапазон измерения прочности, МПа
- для Оникс-2.51...54	3...100
- для Оникс-2.51ЛБ...53ЛБ	0,5...30
Пределы основной относительной погрешности измерения прочности, %	±8
Энергия удара, Дж	0,1...0,12
Память результатов	18000
Габаритные размеры, мм:
- электронного блока	147x75x27
- склерометра	25x160
Масса, кг:
- электронного блока	0,14
- склерометра	0,16

Состав базового комплекта склерометра

Электронный блок, чехол

Склерометр (датчик)

Рабочая эквивалентная мера прочности

Аккумуляторы и зарядное устройство

Дополнительная комплектация склерометра

Блок связи с компьютером, CD с сервисной программой

Сумка

Абразивный камень для зачистки бетона

Модификации склерометра

ОНИКС-2.51, ОНИКС-2.51ЛБ - двухпараметрический метод измерения прочности (ударный импульс+отскок), расширенный сервис (связь с компьютером, фиксация времени и даты измерений)

ОНИКС-2.52, ОНИКС-2.52ЛБ - однопараметрический метод измерения прочности (ударный импульс), расширенный сервис (связь с компьютером, фиксация времени и даты измерений)

ОНИКС-2.53, ОНИКС-2.53ЛБ – двухпараметрический метод измерения прочности (ударный импульс+отскок), упрощенная версия (отсутствуют связь с компьютером и фиксация времени и даты измерений)

ОНИКС-2.54 – однопараметрический метод измерения прочности (ударный импульс), упрощенная версия (отсутствуют связь с компьютером и фиксация времени и даты измерений)

Электронный склерометр (измеритель прочности строительных материалов, дефектоскоп) ОНИКС-2.6

Назначение склерометра

Электронный склерометр ОНИКС-2.6 предназначен для:

Определения прочности, плотности, однородности бетона (ГОСТ 22690) и других мате­риалов при технологическом контроле и обследовании объектов

Дефектоскопии изделий, исследования свойств материалов, выполнения НИР

Преимущества склерометра

Впервые реализованы визуализация и многофакторный анализ сигналов реакции объ­ектов на ударное воздействие с получением амплитудных, временных, интегральных и спектральных характеристик объектов испытаний

Дефектоскопия изделий сопоставлением их реакции на ударное воздействие с эталон­ным сигналом (или спектром, полученным с помощью ПК)

Повышенные точность измерений и достоверность результатов

Цифровой тракт: высокоточная скоростная оцифровка и обработка сигналов датчика-склерометра

Малые размеры и вес прибора и склерометра

Самый легкий и эргономичный склерометр (см. ОНИКС-2.5 - «особенности склерометра»)

Основные функции склерометра

Оцифровка, визуализация, фильтрация, статистическая обработка сигналов 60 базовых градуировочных характеристик для различных материалов и видов бетона с функцией их уточнения посредством коэффициента совпадения К_с (ГОСТ 22690 Приложение 9)

Ввод градуировочных характеристик пользователя и названий материалов

Учет возраста, состава, условий твердения и карбонизации бетона

Интеллектуальная обработка и архивация сигналов, результатов и условий измерений

Сервисная компьютерная программа для считывания массива информации, экспорта в Excel и другие приложения, обработки, фильтрации, спектрального анализа, формирования отчетной документации

Технические характеристики склерометра

Диапазон измерения прочности, МПа	0,5...100
Пределы основной относительной погрешности измерения прочности, %	±8
Энергия удара, Дж	0,1...0,12
Память результатов и процессов	30720
Габаритные размеры, мм:
- электронного блока	147x72x27
- склерометра	25x160
Масса, кг:
- электронного блока	0,14
- склерометра	0,16

Состав базового комплекта склерометра

Электронный блок, чехол

Склерометр (датчик)

Рабочая эквивалентная мера прочности

Аккумуляторы и зарядное устройство

Дополнительная комплектация склерометра

CD с программой, USB-кабель

Датчик температуры (версия ОНИКС-2.63)

Cумка

Модификации склерометра

ОНИКС-2.61 - двухпараметрический измеритель

ОНИКС-2.62 - многопараметрический дефектоскоп с визуализацией сигналов

ОНИКС-2.63 - плотномер-дефектоскоп с контролем температуры материала

Ультразвуковой прибор для контроля прочности ПУЛЬСАР-1.1

Прибор имеет сертификат об утверждении типа Ru.C.36.059.A №26335 Внесен в Госреестр средств измерений РФ под №24690-06 Внесен в Госреестры СИ Украины, Белоруссии, Казахстана

Назначение и применение

Ультразвуковой прибор Пульсар-1.1 используют для:

контроля прочности и однородности бетона (ГОСТ 17624, Рекомендации НИИЖБ МДС 62-2.01) в изделиях и конструкциях, на строительных объектах, при технологическом контроле, обследовании зданий, сооружений

обнаружения дефектов, измерения глубины трещин в изделиях и конструкциях

определения прочности кирпича (ГОСТ 24332), строительных материалов, композитов

определения плотности и модуля упругости углеграфитов, звукового индекса абразивов

Преимущества

Преобразователи новой конструкции с повышенной отдачей

Повышенное до 600 В напряжение возбуждения зондирующих импульсов

Датчик поверхностного прозвучивания:

база 120 мм, удобная для стандартных образцов-кубов, сухой точечный контакт;

ручка выполнена из материала с большой задержкой ультразвука, что позволяет контролировать материалы с низкой прочностью

Компактность, эргономичность, малые габариты и вес

Основные функции

Измерение времени и скорости распространения ультразвука в материалах при сквоз­ном и поверхностном прозвучивании

Вычисление прочности, плотности, модуля упругости материалов по их градуировоч-ным характеристикам, а также звукового индекса абразивов

Вычисление коэффициентов вариации и неоднородности

Вычисление глубины трещины по "Российскому" и "Английскому" методам

Оценка прочности бетонов неизвестного состава по характеристикам ЦНИИОМТП

Автоматическое формирование единичного результата по серии 6 последовательных измерений, статистически обработанных в едином цикле с отбраковкой выбросов

Память 400 серий по 15 единичных результатов, даты, времени, вида материала,...

Возможность установки индивидуальных зависимостей для 30 видов материалов

Сервисная программа для обработки результатов по всем видам измерений

Технические характеристики

Диапазон измерений времени распространения УЗ колебаний, мкс	5,0...20000
Дискретность измерения времени распространения УЗ колебаний, мкс	0,1
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерения времени распространения УЗ колебаний, %, не более	±(0,01t + 0,1)
Рабочая частота УЗ колебаний, кГц	50...100
База измерений при поверхностном прозвучивании, мм	120±3
Напряжение возбуждения, В	до 600
Габаритные размеры, мм
- электронного блока	160x120x30
- датчика поверхностного прозвучивания в сборе	240x42x95
- преобразователя для сквозного прозвучивания	Ø36x62
Масса прибора в сборе, не более, кг	1,9

Состав базового комплекта

Электронный блок, чехол

Датчик поверхностного прозвучивания 60 кГц с комплектом кабелей (2х1,5м)

Контрольный образец

Аккумуляторы и зарядное устройство

Дополнительная комплектация

Комплект преобразователей П111-0.06-И2 для сквозного прозвучивания

Конуса, протекторы, волноводы, кабели-удлинители

Диск CD с программой связи, блок связи с ПК

Чехол "Свободные руки", сумка

Ультразвуковой прибор с визуализацией (дефектоскоп) ПУЛЬСАР-1.2

Прибор имеет сертификат об утверждении типа Ru.C.36.059.A №26335 Внесен в Госреестр средств измерений РФ под №24690-06 Внесен в Госреестры СИ Украины, Белоруссии, Казахстана

Назначение и применение

Ультразвуковой прибор Пульсар-1.2 используют для:

обнаружения пустот, трещин и дефектов, возникших в процессе производства и эксплуатации конструкций, при технологическом контроле и обследовании объектов контроля прочности и однородности бетона (ГОСТ 17624, Методические рекомендации МДС 62-2.01), кирпича (ГОСТ 24332), строительных и композиционных материалов

определения плотности и модуля упругости углеграфитов, звукового индекса абразивов

измерения глубины трещин в изделиях и конструкциях

Преимущества

Уменьшена зависимость результатов от усилия прижатия преобразователей к объекту

Визуализация принимаемых сигналов (с автоматической и ручной регулировкой усиления)

Улучшенное соотношение "сигнал-шум"

Преобразователи новой конструкции с повышенной отдачей

Повышенное напряжение возбуждения зондирующих импульсов

Возможность работы на больших базах прозвучивания

Датчик поверхностного прозвучивания с большой задержкой ультразвука проходящего по ручке позволяет контролировать материалы с низкой прочностью

Компактность, эргономичность, малые габариты и вес

Основные функции

Визуализация А-сигналов и их анализ в режиме осциллографа

Автоматическая стабилизация и ручная коррекция метки первого вступления

Измерение времени и скорости распространения ультразвука при поверхностном и сквозном прозвучивании с возможностью корректировки по А-сигналу

Вычисление прочности, плотности и модуля упругости материалов, звукового индекса абра­зивов по их градуировочным характеристикам

Определение глубины трещин при поверхностном прозвучивании

Базовые и индивидуальные градуировочные характеристики для бетона

Градуировочные характеристики ЦНИИОМТП для бетонов неизвестного состава

Возможность установки индивидуальных характеристик 30 видов материалов

1000 протоколов контроля с А-сигналом, результатами измерений, всеми параметрами

USB интерфейс и сервисная компьютерная программа

Технические характеристики

Диапазон измерений времени распространения УЗ колебаний, мкс	5,0...20000
Дискретность измерения времени распространения УЗ колебаний, мкс	0,1
Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерения времени распространения УЗ колебаний, %, не более	±(0,01t + 0,1)
Рабочая частота УЗ колебаний, кГц	20...100
База измерений при поверхностном прозвучивании, мм	120±3
Напряжение возбуждения, В	до 600
Объем памяти, Гбайт	до 1
Габаритные размеры, мм
- электронного блока	160x120x30
- датчика поверхностного прозвучивания в сборе	240x42x95
- преобразователя для сквозного прозвучивания	Ø36x62
Масса прибора в сборе, не более, кг	1,9

Состав базового комплекта

Электронный блок, чехол

Датчик поверхностного прозвучивания 60 кГц с комплектом кабелей (2х1,5м)

Контрольный образец

Аккумуляторы и зарядное устройство

Дополнительная комплектация

Комплект преобразователей П111-0.06-И2 для сквозного прозвучивания

Конуса, протекторы, волноводы, кабели-удлинители

CD с программой связи, кабель USB

Чехол "Свободные руки", сумка

Измеритель прочности бетона (отрыв) ОНИКС-ОС

Назначение

Определение прочности бетона методом отрыва со скалыванием и методом отрыва сталь­ных дисков по ГОСТ 22690 на объектах строительства и при обследовании зданий, соору­жений и конструкций

Уточнение градуировочных характеристик ультразвуковых и ударно-импульсных приборов в соответствии с Методической инструкцией НИИЖБ МДС 62-2.01 и ГОСТ 22690, Прил. 9

Прибор имеет сертификат об утверждении типа Ru.C.28.002.A №16962 Внесен в Госреестр средств измерений РФ под №26356-04 Внесен в Госреестры СИ Украины, Беларуси, Казахстана

Испытание образцов горных пород, балочек, кубиков, определение адгезии, усилия вырыва анкеров (со спецприспособлениями)

Преимущества

Впервые применены новые технические решения, исключающие проскальзывание анкера и стабилизирующие конус вырыва, существенно улучшающие метрологические и эксплуатационные характеристики

Впервые создана компактная двухцилиндровая, двухопорная конструкция гидропресса с самоустановкой оси вырыва и с винтовым креплением анкера, упрощающая установку на объект, без перекосов, регулировок и проскальзываний

Удобное горизонтальное расположение рукояти гидропривода

Разработано простое расточное устройство для формирования кольцевой проточки в шпуре, обеспечивающей надежную фиксацию анкера

Органично интегрированная в корпус гидропресса электроника, обеспечивающая компактность и комфорт

Конструктивные элементы выполнены из высокопрочных и легких материалов, минимизирующих вес прибора

Основные функции

Индикация в цифровой и графической форме заданной и фактической скоростей нагружения на графическом дисплее с подсветкой

Индикация величины прикладываемого усилия и автоматическая фиксация усилия вырыва

Вычисление прочности бетона с учетом его вида, способа твердения, типоразмера анкера

Формирование результата по испытанию от 1 до 5 участков конструкции, вычисление коэф­фициента вариации

Архивация результатов (360 серий по 5 измерений) и условий испытаний в реальном вре­мени

Установка других градуировочных характеристик для испытания новых материалов

Сервисная компьютерная программа, интерфейс USB / оптоинтерфейс

Технические характеристики

Диапазон измерения прочности, МПа	5...100
Диапазон измерения нагрузки, кН	5...50
Предельное усилие вырыва анкера, кН	60
Пределы основной относительной погрешности измерения нагрузки, %	±2
Габаритные размеры прибора, мм	300x70x85
Масса прибора, кг	3,7

Состав базового комплекта

Гидропресс с электронным блоком

Комплект анкеров

Расточное устройство

Кондуктор угла бурения

Аккумуляторы и зарядное устройство

Дополнительная комплектация

CD с программой ПК

USB-кабель (для ОНИКС-ОС-2) или блок связи с ПК (для ОНИКС-ОС-1)

Кожаный кофр

Резервные анкера

Комплект ключей

Модификации

ОНИКС-ОС-1 - исполнение с раздельным электронным блоком

ОНИКС-ОС-2 - совмещенное исполнение гидропресса с электронным блоком

Измеритель толщины защитного слоя бетона ПОИСК-2.5

Назначение

Прибор ПОИСК-2.5 предназначен для измерения толщины защитного слоя бетона при оперативном контроле качества армирования железобетонных изделий и конструкций магнитным методом по ГОСТ 22904 на предприятиях и стройках, при обследовании зданий и сооружений. Прибор может также использоваться для определение участков поверхности конструкций свободных от залегающей арматуры при измерении прочности косвенными методами: ультразвуковым, ударно-импульсным, отрывом со скалыванием и сколом ребра.

Прибор имеет сертификат об утверждении типа Ru.C.27.002.A №16963 Внесен в Госреестр средств измерений РФ под №26398-04 Внесен в Госреестры СИ Украины, Белоруссии, Казахстана

Преимущества

Поиск арматурных стержней осуществляется с помощью линейного индикатора, цифровых показаний и тонального сигнала

Автоматизированная настройка на неизвестные марки сталей с памятью настроек

Возможность компенсации влияния параллельных стержней

Датчик с кистевым ремешком

Малые габариты и вес

Режимы работы

Измерение толщины защитного слоя бетона при известном диаметре

Определение диаметра арматуры при известной толщине защитного слоя

Измерения при неизвестных параметрах армирования

Режим сканирования изделий

Глубинный поиск арматуры

Основные функции

Определение проекций арматуры на поверхность бетона, измерение защитного слоя бетона, оцен­ка диаметра

Автоматизированная калибровка прибора перед выполнением измерений

Отображение информации на графическом дисплее с подсветкой

Три область памяти результатов и условий измерений:

основной режим - 800

режим неизвестного диаметра - 400

режим сканирования 200 страниц по 12 результатов

Ускоренный поиск результатов в архиве по датам и номерам

Оптоинтерфейс и сервисная компьютерная программа

Технические характеристики

Диапазон измерения толщины защитного слоя бетона, мм	0...130
Контролируемые диаметры, мм	3...50
Предельная величина толщины защитного слоя бетона, мм	175
Порог чувствительности, мм	250
Предел погрешности измерения толщины защитного слоя бетона, мм	±(0,03h + 0,5), где h - толщина защитного слоя бетона
Габаритные размеры, мм
- электронного блока	150x75x27
- датчика	150x32x37
Масса, кг
- электронного блока	0,14
- датчика	0,20
Диапазон рабочих температур, °С	-10...+40

Состав базового комплекта

Электронный блок, чехол

Датчик и эталон-прокладка

Аккумуляторы и зарядное устройство

Дополнительная комплектация

CD с программой связи с ПК, блок связи с ПК

Сумка

Модификации

ПОИСК-2.51 - Измерение толщины защитного слоя бетона, диаметра и расположения арматуры, фиксация измерений в памяти с привязкой ко времени и дате, связь с ПК

ПОИСК-2.52 - Измерение толщины защитного слоя бетона (без диаметра), фиксация измерений в памяти (нет времени и даты), отсутствует связь с ПК

Регистратор теплофизических величин ТЕПЛОГРАФ

Назначение и применение

Измерение и регистрация плотности тепловых потоков, проходящих через одно- и мно­гослойные ограждающие конструкции (ГОСТ 25380), через теплоизоляцию и облицовку различных объектов

Измерение температуры поверхностей или воздуха внутри и снаружи помещений

Определение сопротивления теплопередаче и термического сопротивления ограждаю­щих конструкций (ГОСТ 26254), блоков оконных и дверных (ГОСТ 26602.01)

Непрерывный мониторинг объектов при натурных и лабораторный испытаниях с опре­делением фактического уровня тепловой защиты

Дополнение результатов тепловизионных обследований объектов

Преимущества

Простота установки на объект, малые габариты и вес, микропотребление

Единая цифровая линия связи центрального блока с адаптерами.

Гибкая, наращиваемая до 256 каналов структура прибора.

Структура комплекса

Центральный блок, собирающий информацию с адаптеров, оснащенный графическим дисплеем, клавиатурой, интерфейсом

Адаптеры, каждый из которых контролирует 7 "кустов" по 3 датчика (датчик теплового потока и 2 датчика температуры поверхности или воздуха) и один «куст» из 7 датчиков влажности воздуха - всего от 7 до 28 каналов.

Сервисная компьютерная программа для обработки и архивации данных.

Основные функции

Регистрация и отображение результатов во временной области

Контроль локальных зон и объектов посредством адаптеров

Задание режимов регистрации через систему меню

Регистрация без ограничения времени с автоматическим удалением старых блоков ин­формации

Технические характеристики

Диапазоны измерений:
- плотности тепловых потоков, Вт/м^2	10...1000
- температуры, °С	-55...+125
Пределы относительной погрешности измерения плотности тепловых потоков, %	±6,0
Абсолютная погрешность измерения температуры поверхности / воздуха, °С	±0,5 / ±0,2
Количество каналов / адаптеров	8...256 1...16
Период отсчетов	20с...100 мин
Габаритные размеры, мм
- центрального блока	147x72x27
- адаптера	140x130x19
Масса, кг
- центрального блока	0,14
- адаптера	0,12

Состав базового комплекта

Центральный блок, чехол

Адаптер - 1 шт

Датчики температуры поверхности - 2 шт

Датчик теплового потока - 1 шт

CD с программой, кабель

Аккумуляторы и зарядное устройство

Дополнительная комплектация

Блок сетевого питания

Адаптеры, сумка

Датчики температуры поверхности и температуры воздуха

Датчики теплового потока

Системы мониторинга ТЕРЕМ-4

Назначение и применение

Многопараметрический непрерывный мониторинг объектов различного назначения: зда­ний и сооружений (в т.ч. мостов), конструкций, технологических процессов,...

Синхронная регистрация процессов изменения во времени различных физических вели­чин: линейных и угловых перемещений, давления, силы, механических напряжений и деформаций, плотности тепловых потоков, влажности воздуха, темпе­ратуры и т.д.

Наиболее распространённые варианты систем

Системы мониторинга трещин, деформаций, линейных и угловых смещений элементов конструкций зданий, мостов,...

Многоканальные тензометрические комплексы

Системы мониторинга нагрузки на опоры конструкций

Системы мониторинга прогрева монолитного бетона

Системы контроля микроклимата складских помещений

Различные виды регистрации давлений, вибраций,...

Преимущества

Простота установки на объекте контроля

Широкие возможности регистрации при малых габаритах системы и микропотреблении

Единая 4-проводная линия связи центрального блока с адаптерами, с возможностью па­раллельного и радиального подключения большого количества адаптеров

Выбор требуемой конфигурации системы по техническим требованиям заказчика (широкая номенклатура типовых адаптеров под различные виды и количество обслуживаемых датчиков)

Инжиниринговая проработка заказов (консультации по выбору необходимых адаптеров и датчиков)

Сервисная компьютерная программа, позволяющая выполнять просмотр и анализ про­цессов, архивацию, документирование и обработку информации в различных приложе­ниях

Состав системы

Центральный регистрирующий блок с графическим дисплеем, клавиатурой и удобным для работы интерфей­сом, аккумуляторным питанием, с программным обеспечением, адаптированным под за­казчика

Локальные сборщики информации - адаптеры, преобразующие и регистрирующие сигна­лы, поступающие с локальных групп ("кустов") датчиков, и передающие информацию на центральный блок

Единая 4-проводная линия связи центрального блока с адаптерами

Измерительные датчики:

подбираются по виду, параметрам, конструкции из номенклатуры предприятия или других поставщиков;

изготавливаются в спецконструктивах по техническому заданию заказчика;

приобретаются заказчиком самостоятельно.

Конфигурация системы подбирается из имеющейся номенклатуры или разрабатывается по техническому заданию заказчика

Основные виды датчиков

Датчики линейных перемещений различных видов и типоразмеров, в т.ч. инкрементные

Датчики угловых перемещений (инклинометры) 1...3 координатные

Датчики силы (динамометры) различных видов и параметров, в т.ч. образцовые

Датчики давления различных видов и параметров, в т.ч. образцовые

Тензодатчики различных видов и параметров

Датчики СКЗ виброскорости

Датчики температуры: термопарные, термометры сопротивления, цифровые DS1820 и др.

Влажности воздуха

Датчики плотности теплового потока

Основные функции

Регистрация и отображение результатов во временной области на дисплее с подсвет­кой в графической и табличной форме в процессе работы, их просмотр из архива.

Задание режимов работы: времени запуска, времени цикла, периода регистрации, огра­ничений, сигнализации.

Контроль локальных зон объекта посредством адаптеров, ориентированных на один или несколько видов датчиков.

Связь адаптеров с центральным блоком по единой цифровой линии связи.

Режим непрерывной регистрации без ограничения по времени, с автоматическим уда­лением блоков «старой» информации.

Автоматический переход из активного режима в режим микропотребления и обратно.

	ТЕРЕМ-4.0	ТЕРЕМ-4.1
Количество каналов регистрации	8...256	8...256
Количество адаптеров, подключаемых к центральному блоку	1...32	1...32
Количество датчиков, подключаемых к одному адаптеру	1...55	1...55
Период отсчетов минимальный / максимальный	20 сек / 24 часа	1 сек / 24 часа
Диапазоны измерения параметров и погрешность	по заказу	по заказу
Аппаратная погрешность, %, не более	±0,2	±0,1
Количество регистрируемых параметров	1...10	1...10
Длина линии связи центрального блока с адаптерами, м, не более	200	200
Длина линии связи датчиков с адаптерами, м, не более	10	10
Объем памяти	1 Мбайт	до 1 Гбайт
Максимальное количество отсчетов	10^5	10^8
Интерфейс	RS232	USB
Габариты центрального блока, мм	145x70x45	160x120x30
Масса центрального блока, кг	0,14	0,3

Состав базового комплекта

Центральный блок + чехол

Адаптеры, датчики, кабели

Сетевой источник питания

Аккумуляторы, зарядное устройство

Дополнительная комплектация

Адаптеры, датчики, кабели

Соединительные коробки

Кабель RS232 (для ТЕРЕМ-4.0) или USB (для ТЕРЕМ-4.1)

CD с программой (ТЕРЕМ-4.0 или ТЕРЕМ-4.1)

Модификации

TEPEM-4.0 и TEPEM-4.1 - проводная связь

TEPEM-4.0P* и TEPEM-4.1P* - радиосвязь

Виброанализатор ВИБРАН-2.0

Назначение

Низкочастотная вибродиагностика конструкций, фундаментов, оснований, сооружений, вибрационного оборудования, компрессорных станций.

Дефектоскопия керамических, абразивных и др. изделий методом сопоставления спектра их реакции на ударное воздействие с эталонным спектром.

Преимущества

Простота применения.

Малые габариты и вес.

Экономичное питание.

Основные функции

Запись виброколебаний и получение их разложения по 200 линиям спектра.

Гармонический анализ периодических процессов с получением 7 гармоник.

Архивация до 160 процессов и результатов.

Оконные функции: Блэкмера, Ханна, прямоугольная.

Просмотр на дисплее сигналов и спектров.

Автоматический и ручной запуск измерений.

Усреднение спектров и оценка выбросов.

Автоматическое масштабирование, регулировка усиления.

Режимы осциллографа

Пересылка данных в ПК по USB-интерфейсу.

Возможности компьютерной программы.

Перенос результатов измерений в ПК, обработка, документирование, экспорт в Excel и другие приложения.

Дополнительная обработка сигналов в соответствующих приложениях: октавный анализ, изменение типа спектра и вида окон, расширение по количеству линий спектра.

Управление прибором:

измерения с отображением результатов на мониторе;

изменение и просмотр настроек прибора;

запись в прибор новых имен объектов контроля

Технические характеристики

Диапазоны рабочих частот, Гц	2...100; 2...1000
Диапазоны измерений:
- виброскорости, мм/с	0,1...500
- виброперемещения, мм	0,01...10
Спектральное разрешение, Гц
- в диапазоне 2...100 Гц	0,5
- в диапазоне 2...1000 Гц	5,0
Основная относительная погрешность, %, не более	±5,0
Максимальный уровень шумов, мм/с	0,005
Время записи виброколебаний, с
- в диапазоне 2...100 Гц	2...20
- в диапазоне 2...1000 Гц	0,2...2
Габаритные размеры, мм
- электронного блока	150x75x27
- вибродатчика	Ø30x37
Масса, кг
- электронного блока	0,14
- вибродатчика	0,09

Состав базового комплекта

Прибор, чехол.

Датчик виброскорости на магнитной платформе, установочная шпилька

Аккумуляторы и зарядное устройство.

CD с программой связи с ПК, USB-кабель.

Виброанализатор многоканальный ВИБРАН-3.0

Назначение и применение

Многоканальная вибродиагностика конструкций, фундаментов, оснований, мостовых сооружений, вибрационного оборудования, насосных и компрессорных станций и др.

Поиск дефектов структуры различных объектов на основе специализированных методик.

Преимущества

Синхронная запись виброколебаний по 4 независимым каналам и получение их спектра.

Простота применения.

Малые габариты и вес.

Вибродатчики с встроенной электроникой.

Основные функции

Запись и анализ временных характеристик сигналов в режиме осциллографа.

Получение разложения по 200 линиям спектра одновременно по 4 каналам.

Оконные функции Блэкмена, Ханна и прямоугольная.

Автоматический и ручной запуск измерений.

Усреднение спектров, оценка выбросов и общего уровня вибрации.

Автоматическое масштабирование, "лупа времени".

Автоматическая и ручная регулировка усиления.

Архивация 80x4 выборок виброколебаний и их спектрального состава.

Отображение на дисплее с подсветкой сигналов и их спектра.

Пересылка данных в ПК по USB-интерфейсу.

Возможности компьютерной программы

Перенос результатов измерений в ПК, их обработка, документирование, экспорт в Excel и другие приложения.

Дополнительная обработка сигналов в соответствующих приложениях: октавный анализ, изменение типа спектра и вида окон, расширение по количеству линий спектра.

Управление прибором:

выполнение измерений с отображением результатов на мониторе.

изменение настроек и режимов работы прибора.

задание имен объектов контроля.

Технические характеристики

Диапазон рабочих частот, Гц	2...100; 2...1000
Количество каналов измерений	4
Диапазоны измерений:
- виброскорости, мм/с	0,1...500
- виброперемещения, мм	0,01...10
Количество линий в спектре	200
Основная относительная погрешность, %, не более	±5,0
Время записи виброколебаний, с	0,2...2; 2...20
Габаритные размеры, мм
- электронного блока	160x120x30
- вибродатчика	Ø30x37
Масса, кг
- электронного блока	0,26
- вибродатчика	0,09

Состав базового комплекта

Прибор, чехол.

Датчик виброскорости на магнитной платформе, установочная шпилька - 4 шт.

Аккумуляторы и зарядное устройство.

CD с программой связи с ПК, USB-кабель.

Виброметр низкочастотный ВИСТ-2.4

Прибор имеет сертификат об утверждении типа Ru.C.28.002.A №17466 Внесен в Госреестр средств измерений РФ под №26819-04 Внесен в Госреестры СИ Украины, Белоруссии, Казахстана

Назначение и применение

Виброметр ВИСТ-2.4 предназначен для измерения частоты (низшая гармоника в спектре), амплитуд виброскорости и виброперемещения. Прибор позволяет осуществлять:

Низкочастотный вибрационный контроль машин, механизмов, фундаментов, вибропло­щадок и др. оборудования.

Вибрационный контроль виброустановок, применяемых для уплотнения бетонных сме­сей в производстве железобетонных изделий.

Преимущества

Большой динамический диапазон.

Низкий уровень собственных шумов.

Малые габариты и вес.

Малогабаритный вибродатчик с встроенной электроникой и переключаемым усилением.

Экономичное аккумуляторное питание.

Основные функции

Измерения параметров вибрации:

среднеквадратического значения виброскорости;

амплитуды виброколебаний;

частоты основного тона вибрации.

Вычисление коэффициента гармоник.

Регистрация 600 протоколов измерений в реальном времени и видов объекта контроля.

Связь с компьютером по оптоинтерфейсу.

Полноценное отображение информации на графическом дисплее с подсветкой.

Сервисная компьютерная программа для архивации, документирования результатов и экспорта в Excel.

Выпускается 3 модификации прибора, отличающиеся диапазоном частот, исполнени­ем вибродатчика, составом сервисных функций и ценой.

Технические характеристики

Рабочие диапазоны частот, Гц	2...200*;  5-200
Диапазоны измерений:
- виброскорости, мм/с	0,1...500
- виброперемещения, мм	0,01...10
Пределы допускаемой относительной погрешности измерений, %:
- частоты колебаний	±0,2
- среднеквадратичной виброскорости и амплитуды виброперемещений	±5,0
Габаритные размеры, мм
- электронного блока	150x75x27
- вибродатчика	Ø30x37
Масса, кг
- электронного блока	0,14
- вибродатчика	0,09

Состав базового комплекта

Прибор, чехол.

Датчик виброскорости с магнитной платформой.

Аккумуляторы и зарядное устройство.

Дополнительная комплектация

CD с программой связи с ПК, блок связи с ПК.

Установочная шпилька.

Дополнительные вибродатчики.

Сумка.

Модификации

ВИСТ-2.41 - расширенный диапазон частот, улучшенные параметры, есть память измерений с фиксацией времени и даты, связь с ПК.

ВИСТ-2.42 - полная версия, есть память измерений с фиксацией времени и даты, связь с ПК.

ВИСТ-2.43 - имеет память измерений без фиксации времени и даты, нет связи с ПК.

Измеритель длины свай (прибор диагностики свай) СПЕКТР-2.0

Назначение и применение

Определение длины свай, обнаружение и локализация дефектов.

Получение сейсмоспектрального профиля грунтов.

Диагностика железобетонных, буронабивных и металлических свай, как отдельностоящих, так и в составе ростверка.

Использование в качестве двухканальной сейсмостанции.

Преимущества

Возможность записи и анализа реакции объекта контроля на ударное воздействие одновременно во временной и спектральной области по 2 каналам и учета профиля грунтов.

Широкий динамический диапазон, полный цифровой тракт.

Малые габариты и вес.

Основные функции

Запись сигналов виброакустических датчиков с автоматическим и ручным запуском одновременно по 2 каналам.

Синхронное разложение записанных сигналов по 1000 линиям спектра.

Просмотр на дисплее сигналов и спектров раздельно и одновременно по 2 каналам.

Анализ временных и спектральных характеристик сигналов в режимах осциллографа.

Выбор пользователем параметров настройки и режимов работы.

Вычисление длины свай и глубины заложения фундаментов сооружения.

Архивация 10 тысяч протоколов измерений, процессов и спектров.

USB-интерфейс, сервисная программа.

Возможности компьютерной программы.

Перенос результатов, документирование, экспорт в текстовый и звуковой форматы.

Дополнительная обработка процессов со спектральным разрешением 8 тыс. линий.

Оценка степени достоверности результатов.

Вычисление длины свай или расстояния до дефекта.

Технические характеристики

Диапазон частот, Гц	10...8000
Частоты дискретизации, кГц	4, 8, 16, 32
Число отсчетов	2048
Количество линий в спектре	1000
Время записи процесса, с	0,06...0,5
Карта памяти	до 2 Гбайт
Габаритные размеры, мм
- электронного блока	160x120x30
- вибродатчиков	Ø30x37
Масса, кг
- электронного блока	0,3
- вибродатчиков	0,08

Состав базового комплекта

Прибор, чехол.

Датчик с встроенным усилителем.

CD с программой связи с ПК, USB-кабель.

Аккумуляторы и зарядное устройство.

Дополнительная комплектация

Молоток специальный.

Молоток с встроенным датчиком силы.

Сумка.

Модификации

СПЕКТР-2.1 - одноканальный прибор

СПЕКТР-2.2 - двухканальный прибор

ПАБ – 1 плотномер асфальтобетона

Назначение и применение

оперативный неразрушающий контроль плотности, степени уплотнения и однородности асфальтобетонных покрытий и оснований;

выявление недоуплотненных участков и контроль критических зон (стыков, кромок и траекторий колес);

определение наиболее эффективных траекторий укатки асфальта;

оценка качества дорог при приёмке-сдаче работ и перед нанесением покрытий;

определение зон покрытий для отбора контрольных вырубок или кернов.

Преимущества

безопасность эксплуатации: отсутствие радиоактивных и ударных элементов;

метод измерения основан на корреляции параметров электромагнитного поля с плотностью асфальтобетона;

в отличие от радиоизотопных приборов не требует специального радиационного контроля безопасности, персонала аттестованного на работу с радиоактивными материалами и отчётности;

компактность и эргономичность, небольшой вес прибора.

Основные функции

определение плотности и вычисление коэффициента уплотнения покрытия;

автоматический учет температуры покрытия, измеряемой встроенным пирометром;

легкая адаптация под конкретный состав асфальтобетона;

возможность ввода градуировочных характеристик 12 видов асфальтобетона;

возможность оперативного уточнения градуировочных характеристик поправочным коэффициентом, определяемым экспериментальным путем;

отображение результатов на графическом дисплее с подсветкой;

выбор режимов работы через систему меню;

архивация 500 результатов и условий измерений в реальном времени;

связь с ПК по интерфейсу RS-232 или USB;

сервисная компьютерная программа, позволяющая производить архивацию, дополнительную обработку информации и документирование результатов измерений;

автоматическое отключение прибора.

Технические характеристики

Диапазон измерения плотности, г/см^3 Основная погрешность измерения плотности, % Диапазон определения коэффициента уплотнения Диапазон измерения температуры объекта, C Время одного измерения, сек Память результатов Габаритные размеры прибора, мм Масса прибора, кг

2,00…2,70 1,5 0,8…0,99 -5…140 5…30 500 250160 2,5

Комплектация

Базовый комплект: прибор, 2 аккумулятора АА, зарядное устройство и руководство по эксплуатации.

Дополнительно, по желанию заказчика, прибор комплектуется следующими аксессуарами: сервисная компьютерная программа, кабель подключения к ПК, кожаный кофр.