Книги по строительству

 Свойства бетона

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Испытания бетона ультразвуком

Стандартные испытания прочности бетона проводятся на специально приготовленных образцах, В результате степень уплотнения бетона в конструкции не отражается результатами испытаний прочности образцов, поэтому невозможно определить, действительно ли конструкцией приобретена определенная прочность. Можно, разумеется, вырезать образец из самой конструкции, но это неизбежно поведет к повреждению ее элемента. Кроме того, такая процедура слишком дорога для широкого применения.

В связи с этим предпринимались попытки определять некоторые физические свойства бетона, связанные с его прочностью, без разрушения бетона. Значительный успех был получен при определении скорости распространения продольной волны в бетоне. Между этой скоростью и прочностью бетона не существует однозначной зависимости, однако при определенных условиях эти два показателя корреляционно связаны. Связующим фактором является плотность бетона: при изменении плотности меняется и скорость импульса. Точно так же для данной смеси отношение истинной плотности к потенциальной (при полном уплотнении) плотности и получаемая прочность тесно связаны. Таким образом, уменьшение плотности, вызванное увеличением водо-цементного отношения, снижает как прочность бетона при сжатии, так и скорость прохождения через него импульсов.

Аппарат для сверхточных измерений скорости ультразвука в бетоне уже применяется, но метод отработан еще недостаточно и поэтому не включен в стандарты.

Скорость волны определяют не прямым путем, а вычисляют из времени, затраченного на прохождение импульсом определенного расстояния. Ультразвуковой импульс — отсюда и название испытаний — получается путем быстрой передачи потенциалов с передающего устройства на пьезоэлектрический кристалл приемного устройства, являющийся источником колебаний на основной частоте. Для этой цели самым пригодным оказался титанат бария. Кристалл соприкасается с бетоном таким образом, что колебания проходят через бетон и улавливаются другим кристаллом, соприкасающимся с противоположной поверхностью испытываемого образца. Второй кристалл генерирует электрические сигналы, которые проходят через усилитель к электродам катодной лампы. Вторая пластинка подает сигналы отметок времени через определенные интервалы. Таким образом, по измерению смещения импульса по сравнению с его положением, когда кристаллы соприкасались один с другим, время, затрачиваемое импульсом на прохождение внутри бетона, определяется с точностью до ±0,1 мксек. При времени передачи импульса, равном для бетона толщиной 15,25 см 30—45 сек, скорость определяется с точностью менее 0,5%. При увеличении длины проходимого импульсом пути скорость распространения волны снижается, но точность измерений не увеличивается. Обычно испытания могут проводиться на бетоне толщиной от 10 еж до 2,5 м, хотя проводились такие испытания и на бетоне толщиной до 15 м.

При выборе частоты ультразвуковых колебаний следует помнить, что чем выше частота, тем меньше рассеивание направлений, по которым идет волна, а поэтому тем выше получаемая энергия. С другой стороны, чем выше частота, тем больше затухание энергии. Обычно применяют кристаллы с частотой от 50 до 200 кгц/сек.

Если невозможно соприкосновение кристаллов с двумя противоположными сторонами бетона, то скорость импульса можно измерять вдоль пути, параллельно поверхности бетона. В этом случае кристаллы помещаются на одной и той же поверхности конструкции, на известном расстоянии. Однако   при  этом   получается   значительно   более   низкая энергия и точность показа соответственно снижается. Лучше результаты могут быть получены при помещении источника колебаний на краю конструкции, на стороне, перпендикулярной основной поверхности. Измерения скорости импульса вдоль поверхности отражают свойства поверхностного слоя бетона и не позволяют судить о прочности бетона в глубине.

Измерение скорости ультразвуковых волн применяется в качестве метода контроля качества продукции, которая должна быть изготовлена из бетона одного состава. При этом легко обнаруживаются недостаточное уплотнение и изменение водоцементного отношения. Этот метод не может применяться для определения прочности бетонов, сделанных из разных материалов в неизвестных пропорциях. Бетон с большей плотностью имеет и большую прочность (при условии, что удельный вес заполнителя является постоянным), так что возможно классифицировать качество бетона на основании данных о скорости распространения импульса. Некоторые данные, предложенные Уайтхэрстом для бетона с плотностью около 2400 кг/м3, приведены в табл. 8.5. По данным Джонса, нижний предел скорости распространения импульса для бетона хорошего качества лежит между 4100 и 4700 м/сек.

Это несоответствие и обычно широкие вариации скорости импульса в бетонах определенного качества являются следствием влияния крупного заполнителя. Как его количество, так и его вид влияют на скорость распространения колебаний, а для постоянного водоцементного отношения влияние крупного заполнителя на прочность бетона сравнительно мало. Таким образом, для разных составов смеси будут получены различные отношения между прочностью и скоростью импульса; это показано на рис. 8.25, основанном на данных Джонса. Для практических целей удобно устанавливать соотношение между прочностью и скоростью ультразвуковой волны с помощью испытания образцов-кубов. Кубы должны иметь такую же влажность, как и бетон в конструкции, так как влажность бетона очень сильно влияет на скорость распространения колебаний. Если калибровка произведена на влажных кубах, а бетон в конструкции уже сухой, то прочность последнего будет недооценена на 10—15%, возможно и более.

Кроме контроля качества бетона, ультразвуковой метод можно применять для выявления трещин в массивных конструкциях типа плотин или разрушений от действия мороза и химических факторов. Это очень важные аспекты использования данного метода, который пригоден для выявления любых пустот в бетоне.

Ультразвуковой аппарат можно также применять для определения толщины бетонных покрытий дорог или тротуаров при условии, что нижние поверхности плит достаточно ровные. Измеряется время, затрачиваемое импульсом на прохождение до нижней поверхности и на возвращение отраженного импульса, а зная скорость импульса, можно вычислить толщину бетона. Это может оказаться полезным при определении несущей способности бетонных плит неизвестной толщины, а также для контроля конструкций.