CC BY
14
работы // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2011. Т. 6. № 4 (22). С. 102-104.
6. Щеклеин С.Е., Коржавин С.А., Данилов В.Ю., Велькин В.И. Экспериментальное исследование эффективности комбинированной системы солнечной теплогенерации // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2012. № 3. С. 77-81.
Сериков Я.А.
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ МОНОЛИТНОГО БЕТОНА УЛЬТРАЗВУКОВЫМ МЕТОДОМ
Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А.Н. Бекетова
Ключевые слова: монолитный бетон, структура, неразрушающий контроль, ультразвуковой импульсный метод.
Аннотация: Изложены результаты разработки информационно-измерительной система для исследования структуры монолитного бетона. В качестве метода исследований выбран неразрушающий ультразвуковой импульсный метод. Разработанная система позволяет определять наличие и место расположения таких структурных неоднородностей как плоскости расслоения бетона.
Key words: monolithic concrete, structure, non-destructive testing, ultrasonic pulse method.
Abstract: The results of the development of an information-measuring system for studying the structure of monolithic concrete are presented. As a method of investigation, a non-destructive ultrasonic pulse method was chosen. The developed system makes it possible to determine the presence and location of such structural heterogeneities as the plane of stratification of concrete.
В настоящее время широкое распространение имеет направление строительства зданий и сооружений из монолитного железобетона, а также сооружение отдельных массивных строительных элементов и конструкций для объектов промышленного назначения в монолитном и сборно-монолитном исполнении. Монолитный бетон используют и при разработке горных пород и добыче полезных ископаемых методом «сверху - вниз» для сооружения искусственной кровли горных выработок. При сооружении большинства таких объектов предъявляются повышенные требования к качеству бетона, его
прочности и структурной однородности.
Особенности технологического процесса монолитного строительства иногда вызывают появление плоскостей расслоения бетона, снижает физико-механические свойства объектов, их надежность в целом. Такие структурные неоднородности могут формироваться непосредственно в процессе возведения зданий, конструкций или сооружений, и проявляться в течение времени эксплуатации, например из-за влияния динамических нагрузок. Описанное положение вызывает необходимость разработки соответствующих методик и информационно-измерительных систем контроля, которые должны характеризоваться необходимой точностью измерений, надежностью полученных результатов. Такие системы должны быть портативными, так как исследования должны проводиться в производственных, полевых условиях.
Сущность формирования данной задачи состоит в следующем. Запроектированные физико-механические и структурные характеристики сооружения из монолитного бетона могут быть обеспечены только при условии непрерывной подачи бетонной смеси в место бетонирования до его полного заполнения (заливки). В том случае, если по каким-либо причинам, подача бетонной смеси прекращается не вовремя, то возможно затвердевание залитой нижней части сооружения, особенно ее поверхности. В результате этого, при возобновлении подачи бетонной смеси образуется плоскость расслоения между нижним и верхним слоями бетона, что вызывает нарушение монолитности сооружения.
Опубликованные результаты исследований, проводимых в этой области в настоящее время в различных странах показывают, что наиболее приемлемым и перспективным является направление разработок такого типа систем, основанное на неразрушающих методах контроля. В качестве характеристики структуры и прочности бетона исследуемых материалов используют параметры упругих волн.
Однако, описанные разработки относятся, как правило, к решению задач исследования физико-механических свойств материалов на локальных, небольших участках изделия, конструкции или сооружения. В связи с этим их технические характеристики не позволяют их применять к решению рассматриваемой задачи.
Особенностью бетона является то, что он относится к гетерогенным анизотропным композиционным материалам, в которых распространение упругих волн является сложным процессом.
В данном случае было сделано заключение, что при исследовании распространения упругих волн в монолитном бетоне возможно
использование принципов геометрической акустики, в частности, принципов Гюйгенса - Ферма. Исходя из этого, была сформулирована постановка задачи, в исходных требованиях которой были учтены физико-механические свойства бетона, диапазон изменения и перечень характеристик зондирующего сигнала при распространении его в рассматриваемом композиционном материале, размеры предполагаемых структурных неоднородностей бетона.
Перечень параметров составил базу данных, которая позволила разработать методику и информационно-измерительную аппаратуру для ее реализации. Структурная схема аппаратуры приведена на рисунке 1.
системы для исследования структуры монолитного бетона
1, 2 - преобразователи упругих колебаний в электрический сигнал; 3 - монолитный бетон искусственной кровли; 4 - синхронизатор; 5 - генератор зондирующих импульсов;
6 - измеритель времени распространения упругой волны; 7 - осциллографический индикатор; 8 - усилитель информационного сигнала; 9 - плоскость расслоения бетона; а, б, с, i - точки установки приемного преобразователя
Принцип измерения заключается в следующем. Перед началом исследований излучающий и приемный преобразователи (1, 2) аппаратуры прижимаются снизу на необходимом участке бетона, например, искусственной кровли горной выработки (3). Синхронизатор системы запускает генератор зондирующих импульсов (5), измеритель времени распространения упругих волн (6) и осциллографический индикатор (7).
Выходные импульсы генератора зондирующих сигналов превращаются в упругие колебания, излучаемые преобразователем (1) и с его помощью возбуждают упругие волны в бетоне. Сигнал упругих волн, который прошел через исследуемый участок бетона от
излучающего к приемному преобразователю (информационный сигнал), поступает на приемный преобразователь. При поступлении этого сигнала, его амплитудные и спектральные характеристики зависят как от прочности бетона, его физико-механических свойств, так и от наличия или отсутствия плоскости расслоения бетона, ее геометрических параметров.
Внешний вид информационно-измерительной системы приведен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Информационно-измерительная система для исследования структуры монолитного бетона.
Внешний вид: 1 — блок генератора зондирующих импульсов; 2 - блок измерения; 3, 4 -излучающее и приемный пьезоэлектрические преобразователи
Описания информационно-измерительная система для исследования структуры монолитного бетона ультразвуковым методом была апробирована в шахтных условиях. Результаты исследований показали достаточную точность, достоверность и надежность полученных данных.
Список литературы
1. Велькин В.И., Щеклеин С.Е., Логинов М.И., Чернобай Е.В. Графический анализ экспериментальных данных и результатов математической модели кластеров ВИЭ // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 2-2 (120). С. 130-136.
2. Костромин М.В. Определение потерь песков в межходовых
целиках при дражной разработке россыпей // Горный журнал. 2002. № 8. С. 12.
3. Костромин М.В. Подготовка глинистых россыпей к драгированию с использованием реагентов-диспергаторов // Колыма. 1990. № 6. С. 12.
4. Sarrak V.I., Mishin V.M. Delayed failure of steels // Materials Science. 1992. Т. 28. № 5. С. 419-420.
5. J. Serikov. Improvement of the Methods and Means of Nonlinear Acoustics for Diagnostics of Concrete of Massive Items, Constructions and Structures / Nonlinear Acoustics at the beginning of the 21st Century //16th International Symposium on Nonlinear Acoustics «Isna - 16», Москва :, МГУ, 2002. - т. 2, с. 843 - 846.
6. Сериков Я. А., Шутенко Л. Н., Золотов М.С. Исследование строительных материалов и конструктивных элементов зданий и сооружений ультразвуковым методом / Монограф. Киев : Техника, 2005. - 210 с.
