CC BY
167
Научно-технические разработки
УДК 666.9.017:620.179
А.Г. Алимов к.т.н., В.В. Карпунин к.т.н., В.В. Карпунин к.т.н. (ГНУ Поволжский НИИэколого-мелиоративных технологий)
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ СООРУЖЕНИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГО ВОДОНАСЫЩЕНИЯ И НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР,
ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
Современные методы ультразвукового диагностирования сооружений разработаны на уровне лучших отечественных и зарубежных аналогов, защищены 9-ю патентами на изобретения, внедрены с экономическим эффектом 15,46 млн. рублей
В.В. Карпунин
Совершенствование теоретических основ и разработка современных методов ультразвукового диагностирования бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях высокого водонасыщения и низких температур, является актуальной проблемой, направленной на обеспечение надежности и долговечности сооружений с целью предотвращения их аварийных и чрезвычайных ситуаций.
Стандартные методы ультразвукового контроля (УЗК) прочности бетона и диагностирования бетонных и железобетонных конструкций, предусмотренные ГОСТ 17624—87 [1] и другими нормативно-методическими документами РФ [2, 3, 4], могут быть реализованы только при положительных температурах бетона и относительной влажности не превышающей 70 %, они не позволяют получить достоверные данные для определения технического состояния и объемов ремонтно-восстановительных работ гидротехнических сооружений, объектов транспортного и промышленно-гражданского назначения, эксплуатируемых в условиях водонасыщения и низких температур.
В мелиоративно-строительной лаборатории ГНУ ПНИИЭМТ проведены комплексные экспериментальные исследования по оценке влияния водонасыщения бетона на скорость распространения ультразвуковых волн и его прочностные параметры при положительных и отрицательных температурах окружающей среды.
На основании графической интерпретации (рис. 1), математической обработки и анализа исследований экспериментальных данных установлена зависимость изменения скорости (С.) ультразвука в бетоне от его влажности (^) при положительных температурах, которая описывается уравнением (степенной функции) следующего вида:
С. = С + 2,85 ^2, (1)
. о ’ ’ 4 7
где Со — скорость распространения УЗК (м/с) в бетоне при W = 0 % (для бетонов класса В 12,5—В 40 Со изменяется соответственно в пределах 4050—4600 м/с); 2,85 и 3,2 — эмпирические коэффициенты, полученные в результате математической обработки экспериментальных данных.
Коэффициент корреляции данной зависимости (1) составляет К = 0,997.
Для бетонов по прочности на сжатие классов В 12,5; В 22,5; В 25; В 35—40 зависимость изменения скорости ультразвука в бетоне от его влажности описывается соответственно следующими уравнениями:
СВ125 = 4050 + 2,85 ^-2; (2)
СВ225 = 4500 + 2,85 ^-2; (3)
СВ25 = 4580 + 2,85 ^-2; (4)
Свз5 40 = 4600 + 2,85 ^-2. (5)
мость 1 для бетона класса В15—В20 по прочности на сжатие; зависимость 2 — В22,5; зависимость 3
— В25; зависимость 4 — В35—40).
На рис. 4 представлены зависимости интегрального показателя С0/С. — величины обратной относительному параметру скорости распространения ультразвука в бетонах класса В15—В40 по прочности на сжатие от их влажности при низких температурах и наличии кристаллов льда в порах бетона.
Кривые на рис. 3 описываются уравнением степенной функции следующего вида:
С=С+90’^33,
(7)
Рис. 1. График зависимости скорости (С) распространения ультразвука (УЗК) в экспериментальных бетонных образцах от их влажности (Щ. 1 (+) - бетон класса В 12,5 по прочности на сжатие; 2 (о) - В 22,5; 3 (•) - В 25; 4 (х) - В 35—40.
(+), (о), (•), (х) - экспериментальные данные
Максимальное отклонение расчетных значений скорости ультразвука в бетоне от его влажности, установленных по уравнениям (2)—(5), от экспериментальных данных варьируют в пределах ± 3 % и составляет в среднем 0,04—0,3 %.
Нами впервые в практике исследований бетона, введено понятие «универсального показателя С0/С»
— величины обратной относительному параметру скорости распространения ультразвука в бетоне в зависимости от его влажности.
По экспериментальным данным и выполненным теоретическим исследованиям установлено, что эта зависимость достаточно точно (погрешность 0,12—0,35 %) описывается уравнением убывающей степенной функции следующего вида (рис. 2):
где С. — скорость распространения УЗК в бетоне при W > 0%, м/с; С0 — скорость распространения УЗК в бетоне при W = 0 %, для бетонов класса В15—В40 по прочности на сжатие С0 изменяется соответственно в пределах 4350—4600 м/с; 90 и 1,33 — эмпирические коэффициенты, полученные в результате математической обработки экспериментальных данных; W — влажность бетона, % (по массе);
Коэффициент корреляции данной зависимости (7) составляет К = 0,995.
График на рис. 4 описывается уравнением убывающей степенной функции:
С0/С = 1-0.0205^21,
0' ] ’
(8)
где С0 — скорость распространения УЗК в бетоне при W = 0%, м/с;
С. — скорость распространения УЗК в бетоне при W > 0%;
С0/С = 1-0.00069^л,
(6)
где С — скорость распространения ультразвука в бетоне при соответствующей его влажности, м/с; 0,00069 и 3,1 — эмпирические коэффициенты, установленные в результате исследований.
Коэффициент корреляции полученной зависимости (6) составляет К = 0,996.
На рис. 3 представлены зависимости скорости распространения ультразвука в экспериментальных бетонных образцах от их влажности при отрицательных температурах окружающей среды, то есть при наличии кристаллов льда в порах бетона (зависи-
Рис. 2. График зависимости относительного параметра (С/С) скорости распространения ультразвука (УЗК) в экспериментальных бетонных образцах от их влажности (Щ. Точки, соответствующие экспериментальным данным образцов бетона:
(+) - В 12,5; (о) - В 22,5; (•) - В 25; (х) - В 35-40.
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
Рис. 3. График зависимости скорости (С) распространения ультразвука (УЗК) в экспериментальных бетонных образцах от их влажности (IV) при низких температурах и наличии кристаллов льда в порах бетона » ^ 1 д с —>< в’." В- " " экспериментальные данные
со/а
0,99
0,98
0,97
0,96
0,95
0,94
0,93
0,92
0,91
0,9
0,89
0,88
0,87
0,86
0,85
0,84
0,83
0,82
0,81
0,5
1 1
ч
ч
N к
\| 1
3 к .
ж
1.5
2,5
3,5
4,5
5,5
6,5
У¥,%
Рис. 4. График зависимости параметра С/С.распространания ультразвука (УЗК) в экспериментальных бетонных образцах от их влажности при низких температурах и наличии кристаллов льда в порах бетона ■ -бетон класса В 15...20; А-В 22,5; X - В 25; Ж-В 35...40.
С/С = 1 - 0,00069^Л — показатель величины обратной относительному параметру скорости распространения ультразвука в бетонах класса В15—В40 по прочности на сжатие;
W — влажность бетона, % (по массе);
0,0205 и 1,21 — эмпирические коэффициенты, установленные в результате исследований.
Полученные нами интегральные зависимости (6),(8) являются основой для разработки современных методов ультразвукового диагностирования бетонных и железобетонных конструкций сооружений, эксплуатируемых в условиях высокого водонасыще-ния и низких температур.
На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований, проведенного патентно-информационного поиска нами разработаны и защищены патентами на изобретения современные неразрушающие методы контроля прочности бетона (И), определения долговечности и параметров дефектов в бетонных и железобетонных конструкциях и скорости прохождения в них ультразвука (С ) в зависимости от влажности (W) бетона при эксплуатации сооружений, что не отражено в действующих Российских и зарубежных документах.
1. Ультразвуковой метод контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации [5]
Ультразвуковой метод контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации включает измерение скорости ультразвука в образцах — кубах и материале конструкций, механические испытания образцов — кубов, построение градуировочной зависимости «скорость ультразвука — прочность бетона» по результатам измерений и испытаний образцов — кубов, определение прочности бетона конструкции по результатам ультразвуковых измерений и предварительно построенной градуировочной зависимости и отличается от метода (прототипа) по ГОСТ 17624—87 тем, что определяют по различным сериям образцов-кубов бетона среднюю влажность испытанных образцов-кубов бетона, среднюю скорость распространения ультразвука в образцах-кубах бетона, а также среднюю прочность образцов-кубов бетона, после чего величину прочности устанавливают из зависимостей:
R = (а0 + а,Ск)(1 - 69 • 10-5- Wк3■1) /
/ (1 - 69 -10-5- W03■1), (9)
(10)
(11)
дуировочной зависимости, МПа;
( — средняя скорость распространения ультра-
звука в образцах — кубах бетона с влажностью W0, испытанных при установлении градуировочной зависимости, м/с;
N — число серий образцов — кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;
И-ф, С.0 — единичные значения прочности (МПа) и скорости (м/с) распространения ультразвука --й серии образцов — кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости;
С
средняя скорость распространения ультра-
звука в бетоне контролируемой зоны конструкции сооружения, м/с;
Wк — средняя влажность бетона контролируемой зоны в конструкции сооружения, % (по массе);
W0 — средняя влажность образцов — кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости, % (по массе).
2. Метод ультразвукового контроля прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений [6]
Метод ультразвукового контроля прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений включает измерение времени распространения ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции, вычисление средней скорости ультразвука, определение участков в контролируемой зоне, в которых измеренная скорость имеет максимальное, минимальное и наиболее близкое к средней скорости ультразвука значение, выбуривание и испытание не менее двух кернов из каждого намеченного участка с последующим определением значений прочностей в этих участках, последующее определение прочности бетона в любом участке контролируемой зоны конструкции сооружений и отличается от метода (прототипа) по ГОСТ 17624—87 тем, что устанавливают максимальную и минимальную влажность бетона контролируемой зоны конструкции, а также влажность бетона, соответствующей скорости, наиболее близкой к средней скорости ультразвука, после чего прочность бетона (И, МПа) определяют с учетом реальной влажности по формуле:
_ Смин
^ф. макс + кфп Х
2Сп
^ф. макс + Кфмин )
С| ["1 - 0,00069У'/?’1 ]-
где И — прочность бетона в бетонных и железобетонных конструкциях, МПа;
Иф — средняя прочность образцов — кубов бетона с влажностью W0, испытанных при установлении гра-
/ Сп
С'мин[ 1 - 0,00069^2
■зд
I/
(12)
+ С^1-0,00069\¥|’1 СмаксГ1-0,00069Ш13’1')-
-См-ш|1-0.00069^2’
ЗД
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
где RЛ. — максимальная прочность бетона в кон-
ф.макс *
тролируемой зоне конструкции, МПа;
Смин — минимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции, м/с;
Сп — значение скорости распространения ультразвуковых колебаний в бетоне контролируемой зоны конструкции наиболее близкое к средней скорости ультразвука, (С), м/с;
Rфn — прочность бетона на участке контролируемой зоны конструкции, где скорость ультразвука имеет величину (Сп) наиболее близкую к средней скорости ультразвука, м/с;
Rл. — минимальная прочность бетона в контро-
ф.мин * *
лируемой зоне конструкции, МПа;
С — скорость распространения ультразвука в бетоне на ]-ом участке контролируемой зоны конструкции, м/с;
" — влажность бетона на ]-ом участке контролируемой зоны конструкции исследуемого сооружения, %;
"2 — минимальная влажность бетона контролируемой зоны конструкции (надводная часть конструкции сооружения), %;
— влажность бетона контролируемой зоны конструкции, (%) соответствующая скорости Сп наиболее близкой к средней скорости ультразвука (С) (зона переменного горизонта воды);
Смакс — максимальная скорость распространения ультразвука в бетоне контролируемой зоны конструкции, м/с;
— максимальная влажность бетона контролируемой зоны конструкции (подводная часть конструкции сооружения), %.
3. Метод ультразвукового контроля прочности бетона в конструкциях и сооружениях в процессе эксплуатации [7]
Ультразвуковой метод контроля прочности бетона в конструкциях и сооружениях в процессе эксплуатации включает измерение времени и скорости распространения ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции, вычисление средней и максимальной скоростей ультразвука в контролируемой зоне, выбуривание в конструкции и испытание кернов с последующим определением значений прочностей в участках, имеющих соответственно среднее и максимальное значение скорости ультразвука, а также расчетное определение прочности бетона на сжатие в участках контролируемой зоны конструкции отличается от метода по ГОСТ 17624—87 тем, что определяют влажность бетона в намеченных участках конструкции и устанавливают среднюю и максимальную влажности бетона в контролируемой зоне, а прочность бетона по классу прочности на сжатие до В25 рассчитывают из выражения:
и для бетонов по классу прочности на сжатие выше В25 устанавливают по формуле:
С Ё - 0,00069И,тЗД) у“' У у (14)
8,87Сш,и - 0,0006£>Й^«)-7,87С^ - О.ОООбЕ^31)’
где Яф — средняя прочность бетона в контролируемой зоне конструкции, МПа;
( — средняя скорость распространения ультра-
звука в бетоне контролируемой зоны, м/с;
Л — средняя влажность бетона в контролируемой зоне, % (по массе);
" — максимальная влажность бетона в контро-
макс *
лируемой зоне, % (по массе).
Примечание: R, С, ", ^ С приведены в
* .т.] ф.макс макс *
формуле (12) по п. 2.
4. Метод ультразвукового контроля толщины
поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений [8]
Метод ультразвукового контроля толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений включает дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем неподвижной установки на бетонной поверхности излучателя и последовательного перемещения приемника с постоянным шагом от 10 до 100 мм по линии, проходящей через точку установки излучателя, фиксирование отсчета времени распространения ультразвуковых продольных волн при каждой установке приемника, построение годографа скорости, определение перелома линии годографа на границе раздела поврежденного и неповрежденного бетона, установление скоростей ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, определение толщины поврежденного слоя бетона и отличается от метода по прототипу [4] тем, что определяют средние влажности бетона в неповрежденном и поврежденном слоях бетона и рассчитывают толщину поврежденного слоя бетона по формуле:
э__£ 1С&~о&ообяж,31 У-с2(±-о.оооб9И-г:д ) (^
_ 2 "V сД - О.ОООб9Г'Г13’1 У- С2 | - ОАООбЯЖ^1 У ( )
где 5 — толщина поврежденного слоя бетона на участке контролируемой зоны конструкции, мм;
L — расстояние от излучающего преобразователя до точки перелома годографа скорости, мм;
С1, С2 — соответственно скорости ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона, м/с;
и "2 — соответственно влажности неповрежденного и поврежденного слоя бетона, % (по массе).
VI — и,иииоуу у С(1-0,00069ГГЗЛ)
(13)
Рис. 5. Схема к определению глубины трещин в бетонных и железобетонных конструкциях гидротехнических сооружений
5. Ультразвуковой метод контроля бетонных и железобетонных конструкций сооружений в процессе эксплуатации на наличие глубоких трещин [9]
Ультразвуковой метод контроля бетонных и железобетонных конструкций сооружений в процессе эксплуатации на наличие глубоких трещин включает дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК) на одинаковом расстоянии от оси трещины, а в ненарушенном бетоне на фиксированной базе (рис. 5), учет времени распространения волны, огибающей трещину, и времени распространения продольных волн УЗК в ненарушенном бетоне на фиксированной базе, определение скорости продольных волн в ненарушенном бетоне, а также определение глубины трещины в бетоне и отличается от метода по прототипу [4] тем, что на бетонной поверхности конструкции сооружения, на одинаковом расстоянии Ц/2 от оси трещины, а в ненарушенном бетоне на базе L, устанавливают излучатель и приемник УЗК, определяют среднюю влажность ненарушенного бетона и среднюю влажность бетона в зоне трещины на участке установки излучателя и приемника УЗК, после чего рассчитывают глубину трещины в бетоне согласно выражению:
/г =
<),(К К169ІГ :1 ) ^ 0,00069И^31 У
(16)
где И — глубина трещины в бетоне, мм;
С — скорость распространения продольных волн УЗК в ненарушенном бетоне, км/с;
^ — время распространения волны огибающей трещину, мкс;
1 — время распространения продольных волн УЗК на длине фиксированной базы в ненарушенном бетоне, мкс;
W — средняя влажность ненарушенного бетона, % (по массе);
— средняя влажность бетона в зоне трещины на участке установки излучателя и приемника УЗК, % (по массе).
6. Метод определения долговечности железобетонных конструкций [10]
Метод определения долговечности железобетонных конструкций, включает определение эффективного коэффициента диффузии, характеризующего проницаемость железобетона для углекислого газа, измерение скорости ультразвука в бетонных образцах различных составов и материале конструкций, построение тарировочной кривой зависимости эффективного коэффициента диффузии углекислого газа в бетоне образцов от величины скорости в нем ультразвуковых колебаний, определение эффективного коэффициента диффузии углекислого газа в реальных железобетонных конструкциях по результатам ультразвуковых измерений скорости в них и предварительно построенной тарировочной зависимости, расчет долговечности железобетона контролируемых конструкций по формуле кинетики карбонизации и отличается от прототипа ^и, авт. свид. № 1193572 А) тем, что определяют влажность бетона контролируемых железобетонных конструкций и влажность бетонных образцов, по результатам испытаний которых построена тарировочная кривая «эффективный коэффициент диффузии — скорость прохождения ультразвука в бетоне», а долговечность железобетонных конструкций в условиях агрессивной воздушновлажной среды устанавливается из формулы
(17)
где т — долговечность железобетонных конструкций в условиях агрессивной воздушно-влажной среды, лет;
ти — реакционная емкость контролируемых железобетонных конструкций в относительных величинах по объему (объем газа, поглощаемый единицей объема бетона);
хи — толщина защитного слоя бетона железобетонных конструкций, см;
Си — концентрация углекислого газа в атмосфере относительных величинах по объему;
Dk — эффективный коэффициент диффузии контролируемых железобетонных конструкций, см2/год,
(18)
где D’ — эффективный коэффициент диффузии, установленный по предварительно построенной та-рировочной кривой на основании результатов комплексных испытаний бетонных образцов, см2/год;
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
- влажность бетона контролируемых железобетонных конструкций, % (по массе);
- влажность бетонных образцов, по результатам испытаний которых построена тарировочная кривая «эффективный коэффициент диффузии-скорость прохождения ультразвука в бетоне», % (по массе).
7. Ультразвуковой метод контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации в условиях высокого водонасыщения и низких температур (варианты) [11]
7.1. Ультразвуковой метод контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений в процессе эксплуатации (1-й вариант) включает увлажнение бетонных эталонных образцов-кубов, возбуждение ультразвуковых колебаний (УЗК) в эталонных образцах-кубах и материале конструкций, одновременное измерение влажности бетона и скорости распространения УЗК в эталонных образцах-кубах и контролируемых конструкциях, механические испытания образцов-кубов, построение тарировочной зависимости «скорость ультразвука — прочность бетона» с учетом влияния влажности бетона на скорость распространения УЗК и прочность бетона и определение прочности бетона конструкции по результатам ультразвуковых измерений и предварительно построенной тарировочной зависимости и отличается от метода по ГОСТ 17624—87 тем, что перед испытанием водонасыщенные эталонные образцы-кубы замораживают в морозильной камере при температуре до минус 20 °С в течение двух и более суток и строят тарировочную зависимость с учетом влияния размеров кристаллов льда в порах бетона эталонных образцов-кубов на скорость распространения ультразвуковых колебаний и прочность бетона, причем измерение скорости распространения УЗК в конструкциях осуществляют при отрицательных температурах окружающей среды и наличии кристаллов льда в порах бетона, определяют среднюю влажность образцов-кубов бетона, испытанных при установлении градуировочной зависимости, а величину прочности бетона ^, МПа) устанавливают из зависимости
R = (а0+а1 С.к)(1-0,0205 "к1-21)/( 1-0,0205 "01-21), (19)
где а0 — коэффициент пропорциональности, МПа, _
ао= ф_ а1 Со;
а1 — коэффициент размерности, МПа/(м/с),
1 К!ф
1 3-і
)(Со-С,0)/
. (20)
Примечание: Я, С.к, Кф , , К, 11.ф, С.0, \Ук, \У0 расшифрованы в формулах (9), (10) и (11) по п. 1.
7.2. Ультразвуковой метод контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений в процессе эксплуатации (2-й вариант) включает измерение времени распространения ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции, вычисление средней скорости ультразвука, определение участков в контролируемой зоне, в которых измеренная скорость имеет максимальное, минимальное и наиболее близкое к средней скорости ультразвука значение, выбуривание и испытание не менее двух кернов из каждого намеченного участка с последующим определением значений прочностей в этих участках, определение прочности бетона в любом участке контролируемой зоны конструкции, устанавливаемое расчетом, и отличается от метода по ГОСТ 17624—87 тем, что измерения времени и скорости распространения ультразвука в участках контролируемой зоны конструкции, выбуривание кернов из намеченных участков для испытания их на прочность производят при отрицательных температурах окружающей среды, причем определяют влажность бетона в намеченных участках контролируемой зоны конструкции сооружения и устанавливают максимальную и минимальную влажность бетона контролируемой зоны конструкции, а также влажность бетона, соответствующей скорости наиболее близкой к средней скорости ультразвука, после чего прочность бетона определяют с учетом реальной влажности и влияния размеров кристаллов льда на скорость распространения ультразвуковых колебаний из зависимости
к = -
2СГ
С, 1- 0,0205'№
-<Нф .макс + Е-ф.п (К-ф.макс - К-ф.мин ) п^1 - 0,02 05'ИГ'’21^
(21)
С
- с
1- 0,0205'№,
е(і-0Д
0,020
Примечание: R, С , С , ^ , ^ , ^ , С, ",
* ’ мин’ п’ ф.макс’ ф.п’ ф.мин’ у у
"2, "3, Смакс, приведены в формуле (12) по п. 2.
7.3. Ультразвуковой метод прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений в процессе эксплуатации (3-й вариант) включает измерение времени и скорости распространения ультразвука не менее чем в десяти участках контролируемой зоны конструкции, вычисление средней и максимальной скоростей ультразвука в контролируемой зоне, выбуривание в конструкции и испытание кернов с последующим определением значений прочностей в участках, имеющих соответственно среднее и максимальное значение скорости ультразвука, а также расчетное определение прочности бетона на сжатие и отличается от метода по ГОСТ 17624—87 тем, что измерение времени и скорости распространения ультразвука в участках контролируемой зоны конструкции, выбуривание кернов из намеченных участков для испытания их на прочность производят
при отрицательных температурах окружающей среды, причем определяют среднюю влажность и влажность бетона на j-ом участке контролируемой зоны, а прочность бетона устанавливают в зависимости от влажности и наличия кристаллов льда в его порах для бетонов класса по прочности на сжатие до В25 по выражению:
Ф '
С^І 1 - 0,0205\У
Г)
с(і - 0,1
0205ш’’21
1^=11
ф.макс
|1 - 0,0205
1.21
8^7Смакс[1-0,0205\¥^с
- 7,87С^ [ 1 - 0?0205\у|521
-• (23)
Примечание: Я, , С С, \У, V?, Я , С , W
*- J, У ф.макс’ макс’ м;
интерпретированы в формулах (13), (14) по п. 3.
влажность неповрежденного и поврежденного слоев бетона, а толщину поврежденного слоя бетона с учетом реальной влажности и размеров кристаллов льда в его порах определяют расчетом из зависимости:
5 = — 2
1.-0,0205 Щ1’21 ) - С'А 1.-0,0205 ї^1’21 )
ко 1-0,0205 Щ1’21) +- С2(| [-0,0203 ш,\’21 )
, (24)
(22)
и для бетонов класса по прочности на сжатие выше В25 по формуле:
8. Ультразвуковой метод контроля толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений в условиях водонасыщения и низких температур [12]
Ультразвуковой метод контроля толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений включает дефектоскопию бетонных и железобетонных ультразвуковым продольным профилированием путем неподвижной установки на бетонной поверхности излучателя и последовательного перемещения приемника с постоянным шагом от 10 до 100 мм по линии, проходящей через точку установки излучателя, фиксирование отсчета времени распространения ультразвуковых продольных волн при каждой установке приемника, построение годографа скорости, определение перелома линии годографа на границе раздела поврежденного и неповрежденного бетона, установление скоростей ультразвука в поврежденном и неповрежденном слоях бетона и определение толщины поврежденного слоя бетона и отличается от прототипа [4] тем, что дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем неподвижной установки на бетонной поверхности излучателя и последовательного перемещения приемника с постоянным шагом от 10 до 100 мм по линии, проходящей через точку установки излучателя, фиксирование отсчета времени распространения ультразвуковых продольных волн при каждой установке приемника и установление скоростей ультразвука в неповрежденном и поврежденном слоях бетона осуществляют при отрицательных температурах окружающей среды, причем устанавливают
где 5, L, С1 С2, '1 и '2 имеют такой же физический смысл, как и в формуле (15) по п. 4.
9. Метод ультразвукового контроля бетонных и железобетонных конструкций сооружений в процессе эксплуатации на наличие глубоких трещин в условиях водонасыщения и низких температур [13]
Метод ультразвукового контроля бетонных и железобетонных конструкций сооружений в процессе эксплуатации на наличие глубоких трещин включает дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК) на одинаковом расстоянии от оси трещины, а в ненарушенном бетоне на фиксированной базе, учет времени распространения продольных волн в ненарушенном бетоне, а также определение глубины трещины в бетоне и отличается от прототипа тем, что дефектоскопию бетонных и железобетонных конструкций ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК) на одинаковом расстоянии от оси трещины, а в ненарушенном бетоне на фиксированной базе, учет времени распространения волны, огибающей трещину, и среднего времени распространения продольных волн УЗК в ненарушенном бетоне на фиксированной базе, определение средней скорости продольных волн в ненарушенном бетоне осуществляют при отрицательных температурах окружающей среды, причем устанавливают среднюю влажность ненарушенного бетона и среднюю влажность бетона в зоне трещины на участке установки излучателя и приемника УЗК, а глубину трещин в бетоне с учетом реальной влажности и размеров кристаллов льда в его порах определяют расчетом из выражения:
(1 0,00069И^3 'У
^ - 0,00069И^31^)2
(25)
Примечание: И, С, ^, 1, ', '1 приведены в формуле (16) по п. 5. глубина трещины в бетоне, мм;
Разработанные современные методы ультразвукового диагностирования бетонных и железобетонных конструкций, эксплуатируемых в экстремальных условиях (высокое водонасыщение, отрицательные температуры и др.), имеют важное межотраслевое значение и могут служить дополнением к ГОСТ 17624—87, позволяют решить проблему своевремен-
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
ного, круглогодичного инструментального обследования гидротехнических сооружений, а также объектов транспортного и промышленно-гражданского назначения и тем самым предотвратить их аварийные и чрезвычайные ситуации.
Результаты научно-технических исследований, завершившиеся созданием и широким применением в единой государственной системе Российской Федерации новых методов диагностирования сооружений для предупреждения ЧС, внедрены
при реконструкции переливной плотины на ерике Булгаков в Среднеахтубинском районе Волгоградской области (2004—2005 гг.), на объекте незавершенного строительства «Комплекс сооружений биологической очистки промстоков в южной части г. Волгограда» (2003 г.) и при реконструкции установки прокалки кокса ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоград-нефтепереработка» (2005 г.), что позволило получить суммарный экономический эффект в размере 15,46 млн. руб.
Литература
1. ГОСТ 17624—87. Бетоны ультразвуковой метод определения прочности. — М.: Изд. стандартов. 1987. — 26 с.
2. Рекомендации по обеспечению надежности и долговечности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении / Харьковский ПромстройНИИпроект.
— М. : Стройиздат, 1990. — 176 с.
3. Руководство по определению и оценке прочности бетона в конструкциях зданий и сооружений / НИИ строит. конструкций Госстроя СССР, НИИ бетона и железобетона Госстроя СССР. — М.: Стройиздат, 1979.
- 31 с.
4. Патент № 2262687 ^и), С 1 МПК7 G 01 N 29/00, G 01 N 33/38. Ультразвуковой способ контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации / Алимов А.Г. ^и), Карпунин В.В. ^и), Карпунин В.В. ^и) и др.; заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ. — № 2004101462/28; заявл. 19.01.2004; опубл. 20.10.2005, Бюл. № 29. — 8 с. : 2 ил.
5. Патент № 2260182 ^и), С 1 МПК7 G 01 N 29/04. Способ ультразвукового контроля прочности бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений / Алимов А.Г. ^и), Карпунин В.В. ^и); заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ. — № 2004106290/28; заявл. 03.03.2004; опубл. 10.09.2005, Бюл. № 25. — 10 с. : 2 ил.
6. Патент № 2262692 ^и), С 1 МПК7 G 01 N 29/04. Способ ультразвукового контроля прочности бетона в конструкциях и сооружениях в процессе эксплуатации / Алимов А.Г. ^и), Карпунин В.В. ^и); заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ.— № 2004106292/28; заявл. 03.03.2004; опубл. 20.10.2005, Бюл. № 29. — 9 с. : 2 ил.
7. Патент № 2262693 ^и), С 1 МПК7 G 01 N 29/04. Способ ультразвукового контроля толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений / Алимов А.Г. ^и), Карпунин В.В. ^и); заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ. — № 2004108270/28; заявл. 22.03.2004; опубл. 20.10.2005, Бюл. № 29. — 8 с. : 3 ил.
8. Патент № 2262695 ^и), С 1 МПК7 О 01 N 29/04. Ультразвуковой способ контроля бетонных и железобетонных конструкций сооружений в процессе эксплуатации на наличие глубоких трещин / Алимов А.Г. ^и), Карпунин В.В. ^и); заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ. — № 2004110677/28; заявл. 07.04.2004; опубл. 20.10.2005, Бюл. № 29. — 8 с. : 3 ил.
9. Патент № 2272281 ^и), С 1 МПК О 01 N 29/04 (2006.01). Способ определения долговечности железобетонных конструкций / Алимов А.Г. ^и), Карпунин В.В. ^и), Карпунин В.В. ^и), Алимов А.А. ^и); заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ. — № 2004124009/28; заявл. 05.08.2004; опубл. 20.03.2006, Бюл. № 8. — 9 с. : 2 ил.
11. Патент № 2277239 ^и), С 1 МПК О 01 N 29/07 (2006.01). Ультразвуковой способ контроля прочности бетона в бетонных и железобетонных конструкциях в процессе эксплуатации (варианты) / Алимов А.Г. ^и); заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ. — № 2005107852/28; заявл. 21.03.2005; опубл. 27.05.2006, Бюл. № 15. — 19 с. : 2 ил.
12. Патент № 2277240 ^и), С 1 МПК О 01 N 29/07 (2006.01). Ультразвуковой способ контроля толщины поврежденного слоя бетона в эксплуатируемых конструкциях сооружений / Алимов А.Г. ^и), Карпунин
В.В. ^и); заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ. — № 2005108729/28; заявл. 28.03.2005; опубл. 27.05.2006, Бюл. № 15. — 8 с. : 3 ил.
13. Патент № 2277969 ^и), С 1 МПК О 01 N 29/07 (2006.01). Способ ультразвукового контроля бетонных и железобетонных конструкций сооружений в процессе эксплуатации на наличие глубоких трещин / Алимов А.Г. ^и), Карпунин В.В. ^и); заявитель и патентообладатель ГНУ ПНИИЭМТ. — № 2005110012/28; заявл. 06.04.2005; опубл. 27.06.2006, Бюл. № 18. — 9 с. : 3 ил.
