SU1619157A1 - Способ контрол водонепроницаемости образца бетона и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю акустоэмиссионным способом и может быть использовано дл  определени  свойств бетонов. Цель изобретени  повышение производительности и точности за счет исключени  операций по измерению просочившейс  через образец воды, На об разец 1 воздействуют водой со ступенчато нарастающим давлением и измер ют си г на лы акустической эмиссии приемником Л Регистрируют давление и момент времени, при которых про вились сигналы акустической эмиссии, и давление воды и момент времени, при которых прекратились сигна лы акустической эмиссии и просочилс  весь образец. По измеренным данным рассчитывают водонепроницаемость. 2 с п ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Description

Фиг.1

Изобретение относитс  к неразрушающим акустоэмиссионным методам и может быть использовано дл  определени  водонепроницаемости бетонов и изделий из них.

Цель изобретени  - повышение производительности и точности зз счет исключени  операций по измерению просочившейс  через образец воды.

На фиг. 1 и 2 показано устройство дл  реализации предложенного способа.

Устройство дл  определени  водонепроницаемости образцов 1 бетона состоит из блока 2 вод ного нагружени , измерител  3 давлени . Акустические сигналы, возникающие во врем  выдерживани  образца 1 под давлением, фиксируют приемником 4, который предназначен дл  преобразовани  полученных сигналов в электрические и дл  передачи последних на вход блока 5 управ- пени  испытанием.

Блок 5 управлени  испытанием (фиг. 2) содержит предусилитель 6, выход которого соединен с входом фильтра 7, который предназначен дл  фильтрации сигналов по частоте и подключен своим входом к входу усилител  8. Аналоговый ключ 9 выполнен с двум  входами и одним выходом, причем вторым входом аналоговый ключ 9 соединен с выходом усилител  8, а выходом подсоединен к входу измерител  10. Выход усилител  8 одновременно св зан с первым входом компаратора 11, выполненного с двум  входами и одним выходом, причем указанный выход подключен к первому входу аналогового ключа 9, а второй вход компаратора 11 соединен с выходом регул тора 12 уровн  дискриминации сигналов акустической эмиссии (A3), которым устанавливают пороговый уровень компаратора 11. Величина опорного напр жени  компаратора 11 задаетс  источником 13 опорного напр жени  компаратора, выход которого подключен к входу регул тора 12 уровн  дискриминации сигналов АЭ, а пороговый уровень компаратора 11 контролируетс  измерительным вольтметром 14, вход которого одновременно взаимосв зан с выходом регул тора 12 уровн  дискриминации сигнала АЭ и входом компаратора 11.

Компаратор 15 управл ющего сигнала, выполненный с двум  входами и одним выходом , подключен первым своим входом к выходу измерител  10 АЭ, а вторым сйоим входом взаимосв зан с выходом регул  гора 16уровн  срабатывани  компаратора 15 управл ющего сигнала,предназначенным дл  задани  уровн  срабатывани  этого компаратора . Величина опорного напр жени  компаратора 15 управл ющего сигнала задаетс  источником 17 опорного уровн , выход которого подсоединен к входу регул тора 16 уровн  срабатывани  компаратора 15 управл ющего сигнала.

При этом величина управл ющего сигнала контролируетс  измерительным вольтметром 18 уровн  срабатывани  компаратора 15 управл ющего сигнала. Вход измерительного вольтметра 18 одно0 временно подключен к выходу регул тора 16 уровн  срабатывани  и к второму входу компаратора 15 управл ющего сигнала. Кроме того, выход компаратора 15 управл ющего сигнала взаимосв зан с управл ю5 щим входом блока 2 нагружени .

Предлагаемый способ реализуетс  следующим образом.

Исследовани  показывают, что в порах бетонных образцов, подвергающихс  испы0 тани м на проницаемость, всегда содержитс  воздух, даже если образцы перед испытанием предварительно насыщаютс  водой. При фильтрации через образцы бетона деаэрированна  вода раствор ет наход 5 щийс  в порах воздух и в растворенном виде выносит его из образцов. Вынос из образцов воздуха, ранее кольматировавше- го их поры, ведет к завышению проницаемости испытуемого бетона по сравнению с

0 проницаемостью такого же бетона в реальных услови х.

Дл  предотвращени  этого  влени  насыщение испытуемых образцов провод т путем введени  в воду кальцийсодержаще5 го вещества, образующего при взаимодействии с водой раствор гидрата окиси кальци . В качетве кальцийсодержащего вещества используют известь или цемент. В результате этого исключаетс  выще0 тачивание извести и уменьшаютс  растворение и вынос из образцов воздуха, предотвращаетс  неоправданное завышение исследуемых фильтрационных характеристик бетонов, часто определ ющих

5 состав материалов сооружений и их стойкость

В процессе насыщени  бетона деаэрированной водой происходит интенсивное заполнение его пор водой, причем чем выше

0 степень водонасыщени , тем больше пор и микротрещин заполн етс  водой. Вода,  вл  сь сильнейшим поверхностно-активным веществом, устремл етс  в усть  пор и микротрещин и создает в них расклинивающие

5 напр жении Эти нагр жени  измен ют значени  р да физико-механических характеристик образца, в том числе характеристик , отражающих способность частиц взаимодействовать между собой. Изменение указанных характеристик определ етс 

и фиксируетс  по изменившейс  интенсивности сигналов АЭ, и при этом среднее значение регистрируемых амплитуд сигналов АЭ в приведенных исследовани х составл ло пор дка 20-50 мкВ. а максимальное зна- ч§ние амплитуды сигналов АЭ были пор дка 100 мкВ. Интенсивность АЭ при нагруже- нии образцов бетона водой измен лась в диапазоне 0,01-150 имп/с при давлени х воды 0,2-1,2 МПа.

При насыщении образцов бетона водой под большим давлением возникает значительное увеличение микротрещин, в резупь- тате чего происходит изменение энергии в виде волн напр жени  в бетоне. Небольшие амплитуды сигналов АЭ свидетельствуют об увеличении микро- и субмикротрещин, а также о процессе пластической деформации в бетоне. Перед непосредственным промоканием испытуемого образца (за 30- 60 с до образовани  п тна промокани  на торце образца) наблюдаетс  мощна  энергетическа  характеристика АЭ Сигналы АЭ высокой амплитуды и большой интенсивности позвол ют сделать вывод о том, что вода , профильтровалась через бетонный образец .

После образовани  п тна промокани  на торцовой поверхности бетонного образца интенсивность сигналов АЭ начинает резко падать и в течение 2--3 мин сигналы АЭ прекращаютс .

Объем микро-, субмикротрещин и пор в образце промокшего бетона, заполненный в,одой, и сигналы высокой амплитуды A3 св заны зависимостью)™

v (2 jVt(dt).(1)

( н)т m I

где#- коэффициент пропорциональности;

N - интенсивность сигналов АЭ высокой амплитуды при промокании бетонного образца , имп/с;

т.н, tk - врем  соответственно начала и конца сигнала АЭ, с;

v - скорость прохождени  волн напр жени  через образец, см/с.

Дл  среднего значени  энергии, излучившейс  при большой интенсивности сигналов АЭ вплоть до по влени  признаков фильтрации воды на торцовой поверхности образца бетона

N ,+

ФХ

Hm2 /v2t(dt)

- го- I t

(,

Так как значение / v t ( dt )} примерно

С«н)т

равно дл  всех значений т, то

(,

/v2t(dt) «E,(3)

С н)т тогда Vb а N Е,(А)

ИЛИ

Таким образом, чем выше степень водонепроницаемости бетона, тем больше величина интенсивности сигналов АЭ (больше величина расклинивающих напр жений и

тем ниже среднее значение энергии, излучившейс  при промокании испытуемого образца ).

Дл  испытсжий изготавливают шесть бетонных образцов в виде цилиндров размерами (3 150 мм, толщиной б 150 мм. Боковую поверхность образцов надежно герметизируют, устанавлива  их в обоймы. После герметизации образцы в обоймах размещают в монтажных гнездах в устройстве дл  испытани  на водонепроницаемость . После этого на верхние торцовые поверхности испытуемых образцов устанавливают и надежно закрепл ют приемник 4 АЭ, а на нижние торцовые поверхности подают под давлением воду, начина  со значе- ний 0.2 МПа. При этом посредством измерител  10 фиксируют сигналы АЭ дл  каждого испытуемого образца, а после пре кращени  регистрации сигналов АЭ повышают давление испытани  до 0,4 МПа и т.д.

Давление воды повышают ступен ми по

0,2 МПа вплоть до давлени , при котором

регистрируют момент промокани  образца.

Причем за 30-60 с до образовани  мокрого

п тна на торцовой поверхности испытуемого образца бетона измеритель 10 фиксирует сигналы АЭ самой высокой амплитуды и самой большой интенсивности. После промокани  образна давление воды на него

прекращают, засекают врем  Д t, в течение которого производилась регистраци  сигналов АЭ (с момента начала регистрации первого сигнала АЭ), а водонепроницаемость вычисл ют по формуле

кJLA .LL

. S(P,ndx -Pmln)

где Ё- среднее значение энергии, излучавшейс  при большой интенсивности сигналов АЭ вплоть до по влени  признаков фильтрации воды на торцовой поверхности испытуемого образца;

д - толщина испытуемого образца, см;

(6)

/ - коэффициент, учитывающий в зкость воды насыщени  при различной температуре;

А - коэффициент, характеризующий материал испытуемого образца дл  бетонов

S - площадь поперечного сечени  образца , см2;

Pmin давление воды, при котором впервые по вились сигналы АЭ, МПа;

Ртах - давление воды, при котором по вились сигналы АЭ, МПа;

At- промежуток времени, в течение которого производилась регистраци  сигналов АЭ при испытани х образца, с.

Преимуществами предложенного способа  вл етс  возможность автоматического определени  момента промокани  испытуемого образца по регистрируемым сигналам АЭ, быстрота определени  водонепроницаемости (до 3 ч) и высока  точностьопределени значени  водонепроницаемости. Средн   энерги  регистрируемых импульсов АЭ по интенсивности достигает 1х10 5-1х10 6 Дж/с.

Таким образом, по предлагаемому способу одновременно со ступенчато нарастающим давлением воды на один из торцов образца принимают сигналы АЭ, регистрируют давление воды и момент времени, при которых по вились сигналы АЭ, и давление воды, и момент времени, при которых произошло смачивание другого торца образца и прекратились сигналы АЭ, а о водонепроницаемости образца бэтона суд т по соотношению измеренных величин.

Устройство работает следующим образом .

После монтажа загерметизированного образца 1 бетона вода под заданным начальным давлением испытани  подаетс  по- средством блока 2 нагружени  к нижней торцовой поверхности испытуемого образца 1. Величину давлени  воды регистрируют измерителем 3 давлени . В результате подачи воды под давлением возникают расклинивающие усили  в усть х пор и микротрещинах испытуемого образца 1 и происходит изменение энергии в виде волн напр жени  в бетоне, которые вызывают акустические сигналы, фиксирующиес  приемником 4 АЭ.

Он преобразует полученные сигналы в электрические, которые подаютс  на вход блока 5 управлени  испытанием. Блок 5 управлени  испытанием работает следующим образом.

Электрические сигналы поступают на предусилитель 6, где усиливаютс  и подаютс  на вход фильтра 7, в котором подвергаютс  фильтрации по частоте, а затем подаютс  на вход усилител  8. С усилител  8 сигналы подаютс  на первый вход компаратора 11 сигналов АЭ и на второй вход аналоговрго ключа 9. Регул тором 12 уровн  дискриминации сигналов АЭ устанавливаетс  пороговый уровень компаратора 11 сигналов АЭ. Этот уровень контролируетс  измерительным вольтметром 14 уровн  дискриминации сигналов АЭ, Величина опорного напр жени  компаратора 11 задаетс  источником 13 опорного напр жени  этого компаратора. При прохождении сигналов АЭ, имеющих амплитуду выше уровн  дискриминации , компаратор 11 переключаетс  и открываетс  сигнальный вход аналогового ключа 9, что обеспечивает прохождение сигналов АЭ с усилител  8 на измеритель 10 АЭ, вырабатывающий сигнал, который подаетс 

на первый вход компаратора 15 управл ющего сигнала. Регул тором 16 уровн  срабатывани  компаратора 15 управл ющего сигнала задаетс  уровень срабатывани  этого компаратора, величина сигнала которого контролируетс  измерительным вольтметром 18 уровн  срабатывани  компаратора 15 управл ющего сигнала. При поступлении сигнала на первый вход компаратора 15 управл ющего сигнала, соответствующего уровню срабатывани , компаратор 15 управл ющего сигнала переключаетс , в результате чего подаетс  сигнал на его выход, чем обеспечиваетс  подача сигнала на управл ющий вход блока

2 нагружени . После прекращени  поступлени  сигналов АЭ на датчик 4 АЭ и их регистрации блоком 5 управлени  испытанием с выхода указанного блока подаетс  сигнал на управл ющий выход блока 2 нагружени  о переходе к следующей ступени нагружени , т.е. давление воды на нижний торец испытуемого образца 1 автоматически поднимаетс  на величину 0,2 МПа и повтор етс  вплоть до промокани  образца

бетона, после чего испытани  на водонепроницаемость прекращаютс .

По полученным результатам, согласно предложенному способу, суд т о водонепроницаемости испытуемых бетонных образцов .

Пример 1. Дл  испытаний был изготовлен керамзитоперлитобетонный образец марки 50 (КПБ М50) без добавлени  воздухововлекающей добавки с объемной

массой 1205 кг/м3, толщиной 15,0 см и площадью 173,485см .

Испытание проводилось на 20-й день после изготовлени  образца. По общеизвестной методике определ лись удельна  и

объемна  массы и рассчитывалась общап его пористость.

По за вл емому способу определ лись среднее значение энергии, излучавшейс  при большой интенсивности сигналов АЭ вплоть до по влени  признаков фильтрации воды на торцовой поверхности испытываемого образца, давление воды, при котором впервые по вились сигналы АЭ, и давление воды, при котором по вились признака фильтрации воды и прекратились сигналы АЭ, промежуток времени, в течение которого производилась регистраци  сигналов АЭ при испытани х образца 1. Рассчитывалс  коэффициент водонепроницаемости при акустическом излучении. Результаты испытаний и расчеты водонепроницаемости испытуемого образца приведены в таблице.

Пример 2. Дл  испытаний был вз т тот же образец, но он подвергалс  100 цик- лам при. замораживании и оттаивании (КПБ М50 при 100 циклах Мрз) по стандартной методике и затем проводились те же испытани  и расчеты по примеру 1.

Результаты испытаний и расчеты водо- непроницаемости испытуемого образца приведены в таблице.

Пример 3. Дл  испытаний был изготовлен керамзитоперлитобетонный образец марки 50 (КПБМ50) с воздухововлекающей добавкой ЦНИИПС-1, с объемной массой 1095 кг/м3, толщиной 15,0 см и площадью 173,485см2 Исследовани  проводились на 28-й день после изготовлени  образца Производились те же испытани  и расчеты, что и в примере 1. результаты испытани  и расчеты водонепроницаемости испытуемого образца приведены в таблице.

В качестве герметизирующего материа- ла дл  боковой поверхности испытуемых об- разцов во всех трех примерах была применена Ферромагнитна  жидкость МЖ- 83 и силоксанова  жидкость, которые последовательно заливались в обоймы после установки в них образцов бетона. Ферромагнитна  жидкость была составлена на основе жидкого масла МЖ-83, в состав которого входит масло авиационное АМГ- 10, дисперсна  фаза магнита со следующи- мимагнитнымисвойствами:

намагничиваемость насыщени  Is 83 кА/м, магнитна  восприимчивость % 5, напр женность магнитного пол  Н 20 кА/м.

Силоксанова  жидкость примен лась с плотностьюр 956 кг/м при t 20°С.

Из таблицы видно, что образцы, изготовленные по одной и той же технологии, из одних и тех же составл ющих, но подвергнутые 100 циклам замораживани  и оттаивани , имеют почти что в два раза увеличенное среднее значение энергии АЭ при промокании образца и значительно больший коэффициент водонепроницаемости.

Введение воздухововлекающих добавок в бетон уменьшает значение коэффициента водонепроницаемости и среднее значение энергии АЭ при промокании образца;

Таким образом, предложенный способ и установка позвол ют прогнозировать долговечность материала в процессе воздействи  на него водой под ступенчато-поднимаемым давлением, повышает точность определени  водонепроницаемости материалов испытуемых образцов, а также сокращают врем  проведени  указанных испытаний, создава  возможность осуществлени  экспресс-анализа на водонепроницаемость образцов и конструкций из бетона. Кроме того, предложенный способ и установка позвол ют упростить технологию испытаний, автоматизиру  процессы управлени  и нагружени  образцов водой, и производить контроль при изготовлении изделий на заводах-изготовител х , повыша  качество материалов и конструкций.

Регистраци  сигналов акустической эмиссии, осуществл ема  посредством блока управлени  испытанием при водонасы- щении цилиндрических бетонных образцов, обеспечивает по предлагаемому способу определение момента перехода с одной ступени водонагружени  образца на другую и позвол ет по сигналам АЭ без визуального наблюдени  точно зафиксировать момент промокани  бетонного образца при испытании , а также определить расчетное значение величины его водонепроницаемости.

Claims (2)

1. Способ контрол  водонепроницаемости образца бетона, заключающийс  в воздействии водой со ступенчато возрастающим давлением на одну из плоскостей цилиндрического образца до смачивани  другой его плоскости, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности и точности, одновременное воздействием воды на образец принимают от него сигналы акустической эмиссии, регистрируют давление воды и момент времени, при которых по вились сигналы акустической эмиссии, и давление воды и момент времени, при которых произошло смачивание другой плоскости образца и прекратились сигналы акустической эмиссии, а о водонепроницаемости образца суд т по соотношению измеренных величин .

2. Устройство дл  контрол  водонепроницаемости образца бетона, содержащее блок вод ного нагружени  и измеритель давлени  воды, отличающеес  тем, что оно снабжено последовательно соединенными акустическим приемником, предварительным усилителем, фильтром, усилителем, ключом, измерителем и первым компаратором, выход которого подключен к управл ющему входу блока вод ного нагружени , последовательно соединенными

0

первыми источником опорного напр жени  и регул тором, выход которого подключен к второму входу первого компаратора, св занным с ним первым вольтметром, последовательно соединенными вторыми источником опорного напр жени , регул тором и компаратором, выход которого подключен к управл ющему входу ключа, а второй вход - к выходу усилител , и вторым вольтметром, св занным с выходом второго регул тора.