Ультразвуковая интроскопия конструкций из бетона при одностороннем доступе

• Автор: Шевалдыкин, Виктор Гавриилович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 226 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ БЕТОНА. МЕТОДЫ И ВОЗМОЖНОСТИ
1.1. Особенности акустического тракта аппаратуры для контроля
бетона
1.2. Анализ методов ультразвукового контроля бетона и их
применимости для создания аппаратуры интроскопии
1.3. Импульсный эхо-метод при контроле бетона
1.4. Выводы
1.5. Цели и задачи работы
2. ТЕОРИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНТРОСКОПИИ БЕТОНА ПРИ ОДНОСТОРОННЕМ ДОСТУПЕ
2.1. Шум структурной реверберации и его основные
характеристики
2.2. Отношения сигнал/шум и пути их увеличения
2.3. Метод синтезированной апертуры с комбинационным
зондированием
2.4. Пространственная корреляция структурного шума
2.5. Синтез и отображение образа визуализируемого пространства
2.6. Сухой и жидкостный акустический контакт при интроскопии
бетона
2.7. Продольные и поперечные ультразвуковые волны при
интроскопии бетона
2.8. Измерение скорости ультразвука в бетоне при одностороннем
доступе
2.9. Характеристики визуализирующей аппаратуры
2.10. Выводы

3. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИНТРОСКОПИИ БЕТОНА
3.1. Принципы конструирования низкочастотных
короткоимпульсных ультразвуковых
пьезопреобразователей
3.2. Ультразвуковые преобразователи и антенные системы с
жидкостным акустическим контактом
3.3. Особенности ультразвуковых преобразователей с сухим
точечным контактом
3.4. Ультразвуковые преобразователи и антенные системы с сухим
акустическим контактом
3.5. Выводы
4. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ИНТРОСКОПИИ БЕТОНА ПРИ ОДНОСТОРОННЕМ ДОСТУПЕ
4.1. Аппаратура с жидкостным акустическим контактом
4.1.1. Толщиномер - дефектоскоп УТ201М
4.1.2. Томограф УИ201С
4.2. Аппаратура с сухим акустическим контактом
4.2.1. Томограф А1230
4.2.2. Дефектоскоп А1220
4.3. Приборы для анализа свойств бетона, повышающие
достоверность интроскопии
4.3.1. Мультиметр А1102
4.3.2. Тестер УК1401
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Бетон и железобетон на протяжении десятков лет и в настоящее время являются основными конструкционными строительными материалами. Область их применения весьма широка и продолжает расти благодаря появлению новых технологий в строительстве и производстве конструкций из бетона. Наряду с ростом объёмов использования этих материалов усложняются и сами конструкции из них.
Главной характеристикой бетона является прочность. Однако несущая способность бетонной конструкции или всего сооружения зависит не только от прочности самого материала, но и также от различных дефектов его внутренней структуры, которые невозможно обнаружить внешним осмотром. Это в равной мере относится и к новым объектам и к построенным много лет назад. Дефектами внутренней структуры бетона могут быть пустоты, трещины, области рыхлого (плохо уплотнённого) бетона, инородные включения, существенно меньшей, чем у цементного камня плотности, плохое сцепление бетона с арматурой или цементного камня с крупным заполнителем и т. п. Размеры дефектов, ослабляющих прочность конструкции, зависят от размеров самой конструкции, её формы, внутреннего устройства, вида и степени армирования и т. д. В зависимости от ответственности конструкции в её проектную прочность обычно закладывают более или менее значительный запас на неизбежные производственные дефекты и возможность появления новых дефектов с течением времени.
В процессе возведения бетонных сооружений и при обследовании давно эксплуатируемых применяются многие методы неразрушающего контроля (НК), но наиболее широко используемыми являются ультразвуковые методы, благодаря своей информативности и относительной простоте применения. Среди них основное значение имеет метод определения прочности бетона по скорости ультразвука. Его применение регламентируется несколькими норматив-

используемых для контроля бетона. Следует заметить, что бетон содержит не только крупный заполнитель, но и мелкий, то есть песок. Однако его вкладом в формирование структурного шума можно пренебречь из-за существенно меньших волновых размеров его частиц, по сравнению с зёрнами крупного заполнителя.
Структурно неоднородную среду обычно характеризуют средним размером зерна В . Бетон отличается плотной упаковкой зёрен заполнителя. Они при хорошей укладке бетона обычно касаются нескольких соседних зёрен, то есть среднее расстояние между центрами зёрен лишь незначительно превышает В. Форма зёрен при В <Х не оказывает существенного влияния на рассеяние, поэтому будем считать зёрна сферическими. При таких допущениях объём среды V, содержащий некоторое количество зёрен, будет равен:
V &пх -пу -п2 -Вг,
где пх, пу, п2 - количества зёрен среды, уложенных в данном объёме вдоль осей координатX, 7,1. Отсюда концентрация ц = 1 /В1.
Для моделирования структурного шума зададим объём среды предельными значениями координат Хт, Ут, 2т. Координаты рассеивающих центров в этом объёме можно задать, используя генераторы случайных чисел, равномерно распределённых на отрезках осей координат от 0 до Хт, Ут и 2т. В результате мы получим три вектора значений координат X, У и Z по каждой оси. Количество рассеивающих центров п возьмём равным п = ц-У = Хт -Ут Хт/В3. Например, при В = 20 мм в образце бетона кубической формы со стороной 300 мм содержится приблизительно 3400 зёрен крупного заполнителя.
Пусть в первом приближении точка излучения в объём среды зондирующего импульса будет совмещена с точкой приёма реализации структурного шума. Её расположение зададим на поверхности объёма, образованной плоскостью ХУ. Координаты этой точки - Х0, 70 и 2$ = 0. Моделирование шума при разнесённых точках излучения и приёма принципиально не отличается от слу-