СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Российский патент 2023 года по МПК G01N29/14 

Область применения изобретения относится к строительству, а именно, к контролю бетонных смесей различных составов методом сигналов акустической эмиссии при формировании их структуры.

Обзор и анализ современных отечественных достижений науки и технологии, передовой опыт стран СНГ, мировой опыт исследований по контролю твердеющего бетона показал, что в результате анализа современного состояния вопросов в области исследований незатвердевшего бетона методом акустической эмиссии выявлены недостатки и пробелы нормативной технической базы РФ, особенности, достоинства и недостатки существующих подходов и методов контроля твердеющего бетона.

В описании применяют следующие сокращения и обозначения. АЭ - акустическая эмиссия В/Ц - отношение массы воды к массе цемента ТВО - тепло-влажная обработка У3-ультразвуковой контроль

В настоящем отчете о НИР применяют следующие термины с соответствующими определениями.

Технический результат

Задачей выполнения работы является получение экспериментальных данных для разработки методики контроля и прогноза прочности бетона в раннем возрасте методом АЭ. В отличие от ультразвукового метода контроля прочности метод АЭ регистрирует акустические сигналы, излучаемые самой структурой бетона при ее формировании. Исследования показали высокую информативность метода АЭ, а также возможность регистрации большого объема получаемой информации дистанционно, при передаче информации на расстоянии и без присутствия оператора. Метод АЭ является методом неразрушающего контроля и позволяет контролировать и прогнозировать прочность незатвердевшего бетона в любом месте конструкции как обычных зданий, так и массивных конструкций ответственных сооружений в труднодоступных местах, где традиционными методами контроля выполнить невозможно.

Техническим результатом является возможность определения прочности бетона с химическими и минеральными добавками методом акустической эмиссии, причем относительная погрешность применения автоматизированного алгоритма при прогнозировании прочности не превышает 4,0%.

Изобретением предложены информативные параметры сигналов АЭ, тесно связанные с прочностью бетона, разработаны автоматизированные алгоритмы контроля и прогнозирования прочности бетона. Способ позволяет проводить контроль на строительной площадке дистанционно, без присутствия оператора. Акустико-эмиссионный способ контроля бетона в раннем возрасте позволит определять распалубочную прочность, осуществлять прогноз прочности бетонов, контролировать прочность бетона в процессе твердения. АЭ метод контроля позволит оперативно определять физико-механические свойства бетонов, вносить коррективы при бетонировании конструкций и тем самым обеспечить надежность конструкций и безопасность зданий и сооружений.

Уровень техники.

Известны методы проведения исследований и оценки влияния масштабного фактора, армирования, материала, из которого сделаны стенки контейнера на процессы выделения сигналов АЭ при твердении бетона. Исследовалось затухание акустических сигналов в бетонной смеси. Определены оптимальные частотные характеристики преобразователей АЭ.

В настоящее время, не имеется отечественных и зарубежных аналогов полученных методик контроля и прогноза прочности бетона в раннем возрасте методом АЭ.

1 Обзор и анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему

1.1 Обзор отечественных и зарубежных исследований, затрагивающих вопросы контроля бетона в раннем возрасте

1.1.1 Контроль прочности бетонных смесей по тепловыделению

Набор прочности бетонов в результате протекания процесса гидратации связан с выделением в окружающую среду тепла. В различных составах этот процесс протекает по-разному. Меньше всего выделение тепла при твердении производит при медленном затворении смеси, при котором тепловая энергия выделяется незначительно в течении продолжительного периода времени. Гораздо сложнее ситуация обстоит с массивными и быстротвердеющими составами, выделяющими большое количество тепла за короткий промежуток времени.

На протекание процесса в целом влияет скорость гидратации цементного вяжущего. Чем быстрее происходит связывание цемента с водой, тем большее количество тепловой энергии отводится в окружающую среду. Вяжущие, содержащие в своем составе трехкальциевые силикаты, имеют большее тепловыделение, чем двухкальциевые. Но во втором случае прочностные характеристики значительно ниже. Именно поэтому данная проблема актуальна для всех конструкций из высокопрочных бетонов.

Калориметрический анализ тепловыделения бетона является одним из наиболее объективных высокоинформативных методов исследования, широко используемый при исследовании кинетики процессов твердения, оценке влияния химико-минералогических и структурных особенностей, оценки эффективности химических добавок, параметров порообразования. Кривые тепловыделения могут использоваться для оценки и проектирования состава бетона, оптимального времени введения исходных материалов и температуры выдерживания. Изотермическая калориметрия - эффективный инструмент для определения чувствительности влияния различных факторов, что широко используется при планировании экспериментов по оптимизации состава высоко функциональных бетонов, включающих различные виды цементов, активных минеральных и химических добавок.

Данный метод в определенной степени моделирует условия твердения бетона внутри бетонных массивов.

В работе [А.В. Ушеров-Маршак, А.В. Кабусь, И.А. Михеев. Температурно-временной мониторинг твердения цементных систем. - X: ХНУСА, 2013.-71 с.] приводится обзор температурно-временного мониторинга параметров твердения цементов, строительных растворов и бетонов методами калориметрии. Исследуются растворы с различными добавками при помощи измерительного модуля, который включает прецизионный дифференциальный микрокалориметр, используемый на исследовательском этапе, и многоканальный полуадиабатический калориметр, применяемый в практических целях. На Фиг. 1 показаны кривые, по которым оценивают влияние 4-х различных добавок для бетонов [1].

Кривые тепловыделения используются для оценки кинетики изотермической гидратации комбинированной смеси различных материалов в течение раннего периода после смешивания с водой. Эти кривые могут быть использованы для оценки влияния составов, пропорций и времени добавления материалов, по температуре твердения.

Калориметрический метод применяется для оценки температурных напряжений, возникающих в результате выделения тепла цементом в твердеющем бетоне.

За последние годы разработаны принципиально новые калориметрические комплексы, позволяющие значительно повысить точность и упростить процедуру получения и обработки калориметрических кривых.

Принятый на сегодня метод определения срока схватывания сориентирован, прежде всего, на использование в лабораторных условиях и не позволяет в короткий срок получить необходимую информацию в условиях строительной площадки.

1.1.2 Ультразвуковой метод контроля

Процессы твердения бетонов могут быть изучены с помощью ультразвукового контроля. В ранних публикациях [147] отмечалось, что измерение скорости ультразвука возможно начинать через 4 часа после приготовления бетонной смеси. Характерные изменения на графике скорости распространения ультразвуковой волны от времени проявляются между 8-12 часами после изготовления смеси, в зависимости от вида цемента, соотношения В/Ц, в виде перелома на кривых.

В работе [J. Zhu Monitoring early age micro structure development of cement paste using bender elements // The International Society for Optical Engineering. 2010. P. 9.] исследовались образцы цементного раствора с помощью двухсловных тонкостенных (до 1 мм) пьезокерамических преобразователей. Преобразователи излучали и принимали ультразвуковые волны. Дополнительно использовались традиционные ультразвуковые преобразователи. На Фиг. 2 показано время схватывания раствора по результатам испытания иглой, и кривые скорости для восьми составов раствора (продольных, сдвиговые волны и ультразвуковые волны от пьезоэлектрических преобразователей) [2]. Точки на графике -начальное и окончательное время схватывания раствора.

Скорости продольной волны в начальные моменты времени сильно зависят от содержания воздуха в растворе. В результате исследований установлена зависимость между волнами, генерируемыми пьезопребразователями, и ультразвуковыми волнами с одной стороны и модулем сдвига и коэффициентом Пуассона. Модуль сдвига быстро увеличивается после 3-х часов гидратации, Коэффициент Пуассона, начинается со значения, близкого к 0,5 в раннем возрасте уменьшается примерно до 0,4 через 6 часов. Установлено, что изменение скорости сдвиговой (поперечной) волны связано со временем схватывания цементных растворов. Модуль сдвига и коэффициент Пуассона цементных растворов определяются при контроле скоростей поперечных и продольных волн. Пьезодатчик может быть использован в качестве недорогих датчиков для мониторинга свойств цементных материалов в раннем возрасте.

В работе [J. Zhu, K. Rutgers, D. Han, Yi-Te Tsai. Effects of air voids on ultrasonic wave propagation in early age cement pastes // Cement and Concrete Research №41. 2011. pp. 872-881.] были исследованы образцы из цементного раствора с В/Ц 0,4 и 0,5 с различным содержанием воздушных пустот (0, 0,01, 0,05 и 0,2% от массы цемента. В результате исследований установлено, что на скорость ультразвуковых продольных волн сильно влияют воздушные пустоты. Один процент воздушных пустот в свежем цементном растворе снизит скорость волны с 1500 м/с примерно до 200 м/с. Когда содержание воздуха превышает 2%, скорость становится менее чувствительна к изменениям содержания воздуха. Авторами не обнаружена взаимосвязь между скоростью продольной волны и начальным временем схватывания. В результате исследований выявлено, что скорость распространения поперечной волны отражает микроструктуру в свежих цементных растворах. Скорость поперечной волны в процессе схватывания бетона имеет относительно постоянные значения для всех цементных смесей с различным содержанием воды и воздуха. Это исследование показывает потенциал использования скорости продольной волны для мониторинга процесса схватывания цемента и бетона.

В работе [Yu. Zhang, W. She, W. Zhang, W. Zhu. Ultrasound monitoring of setting and hardening process of ultra-high performance cementitious materials // Article in NDT & E International (47). 2012. pp. 177-184.] исследовались образцы бетонной смеси на ранней стадии структурирования и имеющие различный состав:

1) вяжущие раствора с минеральными добавками золы, шлака и микрокремнезема;

2) раствор с разным содержанием мелких наполнителей;

3) раствор с крупными наполнителями;

4) фибробетон с различной объемной долей мелкой стальной фибры (1%, 2% и 3%).

По данным проводимых работ авторами были сделаны выводы:

- в процессе формирования микроструктуры образцов бетонной смеси с добавками или для армированных образцов четко выделяются четыре стадии: стадия предварительного покоя, стадия покоя, стадия ускорения и стадия замедления, в то время, как только последние три стадии происходят для образцов без наполнителей и армирования (Фиг. 3);

- температура при твердении образцов, минеральные добавки, наполнители и добавки для усиления оказывают большое влияние на процесс формирования микроструктуры бетонных образцов;

- скорость реакции гидратации увеличивается с повышением температуры твердения;

- добавление кремнезема ускоряет реакцию гидратации, в то время как при добавлении золы и шлака наблюдается обратное явление;

- добавление фибры замедляет скорость образования микроструктуры, особенно при высоком содержании стальных волокон;

- начальное и конечное время схватывания может быть напрямую определено по зависимостям скорости УЗ от времени и их дифференциальным кривым.

В работе [Sh. Liu, J. Zhu, S. Seraj, R. Cano. Monitoring setting and hardening process of mortar and concrete using ultrasonic shear waves // Construction and Building Materials (72). 2014. pp.248-255.] исследованы экспериментальные образцы бетонных смесей, отношение В/Ц, которых варьировалось от 0,41 до 0,68. Использовались три датчика ультразвукового контроля (пьезоэлектрические датчики, ультразвуковые преобразователи, генерирующие поперечных волны и датчики, генерирующие продольные волны). По результатам исследований были установлено:

- более точное определение время схватывания связано со скоростью поперечные волны, а не со скоростью продольной волны;

- существует четкая корреляция между скоростью поперечной волны и твердостью бетонных смесей раннего возраста на протяжении всего процесса структурирования (Фиг. 4);

- на скорость ультразвуковых волн в свежем бетоне также влияют частоты излучения и крупность наполнителя. В диапазоне высоких частот на скорость сильно влияет содержание крупного наполнителя. В диапазоне низких частот размер наполнителя в меньшей степени влияет на скорости волн.

В работе [Youyuan Lu, Hongyan Ma, Zongjin Li. Ultrasonic monitoring of the early age hydration of mineral admixtures incorporated concrete using cement-based piezoelectric composite sensors // Article in Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2015. pp. 280-291.] исследовались бетонные смеси различного состава ультразвуковым методом. В рамках данного исследования была разработана новая система ультразвукового мониторинга, которая включала пьезоэлектрические композитные датчики. Отличительной особенностью данного исследования является то, что пара датчиков встраивается в свежую бетонную смесь во время процесса мониторинга, а не закрепляется на поверхности образца бетона, что дает возможность использовать данную методику в реальных бетонных конструкциях, а не в лаборатории.

В результате исследований были сформулированы следующие выводы:

- две характерные точки на кривой изменения скорости от времени могут быть использованы для разделения процесса эволюции скорости или процесса гидратации бетона на три стадии (Фиг. 5). Характерные этапы связаны с изменением микроструктуры бетона из-за образования продуктов гидратации;

- на кривых коэффициента затухания во времени определены две характерные точки и найдены периоды колебаний. Эти моменты связаны с характером процесса гидратации в различных бетонах. Таким образом, кривая индекса коэффициента затухания потенциально может быть использована для изучения кинетики гидратации;

- частотные спектры на разных стадиях гидратации в бетоне тесно связаны с природой процесса гидратации. Различные минеральные примеси по-разному влияют на внешний вид частотных спектров.

В 80-е годы был разработан ГОСТ 24467-80 «Изделия бетонные и железобетонные. Ультразвуковой метод твердения бетона». Прочность бетона в процессе твердения определяют по градуированной зависимости в соответствии с результатами измерения времени (скорости) распространения ультразвука в бетоне изделия в контролируемый момент времени. Ультразвуковые измерения начинают через 3 часа после изготовления бетона. В стандарте также приводится методика, позволяющая завершать изотермический прогрев бетона по достижению бетоном требуемой прочности. Для этого ультразвуковая аппаратура настраивается на определенное значение по стабилизации времени распространения ультразвука, соответствующая требуемой прочности.

1.1.3 Акустико-эмиссионный метод контроля

Несмотря на то, что исследования в данной области ведутся давно, опубликованных результатов на сегодняшний день не так много.

Самые первые работы по исследованию АЭ на стадии твердения бетона принадлежат коллективу советских ученых под руководством Муравина Г.Б.

В работе [Г.Б. Муравил, Г.С. Павловская, А.Ф. Щуров. Исследование акустической эмиссии твердеющего бетона // Дефектоскопия. 1984. №10. С. 77-81.] исследовались бетонные образцы класса по прочности на сжатие В30, которые твердели в естественных условиях, а также при тепло влажностной обработке. Опыты проводили на бетонных кубах и плитах размерами 200×200×200 мм и 5000×1500×200 мм соответственно. АЭ измеряли при помощи прибора ABH1м. Данные АЭ измерений сопоставляли с результатами фактографического исследования с помощью растрового электронного микроскопа РЭМ-100.

По результатам проводимых работ авторами было проведено общее описание зарегистрированных АЭ данных (Фиг. 6):

- в начальный период структурирования бетона происходит возникновение эмиссии спустя 10-20 минут после приготовления и заливки бетонной смеси. В первые 2 часа наблюдаются как низкочастотные, так и высокочастотные сигналы АЭ. Наиболее вероятной причиной активности АЭ в данный период является отрыв первичных кристаллов в поровое пространство и излом отдельных сростков в стесненных условиях;

- к 3-6 часам от затворения портландцемента водой наблюдается уменьшение количества высокочастотных сигналов, уменьшение активности АЭ почти в 10 раз - реперный момент завершения процесса образования первичной структуры;

- наиболее интенсивно АЭ проявляется в начальные 6-10 часов. Пик активности АЭ в этот временной интервал, по мнению авторов статьи, характеризует завершение формирование первичной структуры бетона;

- по мере роста прочности бетонных образцов активность АЭ падает, достигая минимальных значений при 0,7 R.

По данным АЭ измерений было предложено применять метод АЭ для оптимизации режима ТВО обработки бетона с тем, чтобы не допустить образования температурных трещин. Снижение деструктивных процессов при твердении бетонов может быть достигнуто за счет увеличение времени выдерживания при постоянной температуре. Авторами широко приведены причины изменения параметров АЭ от времени, что послужит более четкому пониманию процессов, происходящих внутри структуры на начальных этапах формирования структуры.

Авторами работы [Г.Б. Муравин, Ю.С. Снежницкий, Г.С. Павловская. Исследование процесса твердения бетона при низких температурах методом акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1989. №10. С.9-15] исследовался процесс твердения бетона при низких температурах методом АЭ. Экспериментальные исследования АЭ проводили в морозильной камере на образцах размером 15×15×15 см из песчано-цементного раствора и бетона с заполнителем из гравия, с водоцементным соотношением В/Ц 0,4. АЭ измеряли многофункциональной системой АВН-3 и шестиканальной системой «Мост». Условием для твердения бетона на морозе является сохранение жидкой фазы. При отрицательных температурах жидкая фаза, необходимая для гидратации, превращается в лед. В ходе модельных исследований авторами определены отличительные признаки образования контактных трещин, трещин в матрице и момент превращения жидкой фазы в лед методом АЭ. В качестве информативных признаков использовались эллипсы рассеивания, построенные в виде средней энергии и медианной частоты сигналов АЭ. Рассматривалось твердение образцов бетона трех возрастных категорий: в свежеприготовленной бетонной смеси (возраст 18 часов), образцов бетона в возрасте 3-х суток и образцов в возрасте 100 суток. Установлено, что количество сигналов АЭ при действии отрицательных температур возрастает, особенно в первые 12 часов по сравнению с твердением бетона в обычных условиях. Бетон, подвергшийся замораживанию через 18 часов естественного твердения на 30% менее прочен, чем 100-дневный бетон, а бетона, твердевшего 3 суток, на 15% меньше.

В работе [Г.Б. Муравин, Е.Н. Щербаков, Ю.С. Снежницкий, Ю.М. Палей. Исследование структурно-механических характеристик и формирование структуры бетона методом акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1990. №6 С. 29-36.] АЭ измеряли многофункциональной системой АВН-3 и шестиканальной системой «Мост». Исследовалось твердение образцов, изготовленных на обычном цементе (БЦ) и бетонов, изготовленных на тонкомолотом цементе и песке. Авторами был выявлен ряд отличий в АЭ:

- в первые часы твердения общая энергия излучения в бетонах с тонкомолотым цементом выше, чем у бетонов с обычным цементом. А длительность интервалов между импульсами АЭ в бетонах с тонкомолотым цементом меньше, что соответствует большей активности процесса образования первичной структуры;

- наиболее существенное отличие наблюдается в активности АЭ в промежутке между 2-16 сутками твердения. Активность АЭ и энергия сигналов выше в бетонах с тонкомолотым цементом. Авторами статьи выявлено, что данные АЭ измерений позволяют оценить совокупность свойств бетонов различных составов и технологий изготовления.

В работе [10] исследования проводились на образцах, изготовленных из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В15, 820, 840, 850, легкого бетона класса 87,5 и 812,5. В бетонную смесь помещался глубинный волновод, к которому крепился датчик. После этого производилась регистрация сигналов АЭ. Как правило, регистрацию сигналов начинали через 5...7 мин после уплотнения бетонной смеси. Регистрация, обработка и анализ сигналов АЭ осуществлялась специализированным приборным комплексом на базе акустико-эмиссионного прибора АФ-15. В состав комплекса, кроме этого прибора, входили анализатор спектра, запоминающий осциллограф, цифропечать, двух-координатный самописец.

Проведенные исследования показали наличие тесной связи между относительным изменением прочности бетонов и статистическими параметрами АЭ на основе построения регрессионных моделей. Анализ проведенных исследований показал, что при помощи метода акустической эмиссии возможно контролировать нарастание прочности бетона в процессе его твердения. При этом точность этого контроля зависит от типа бетона и его класса в проектном возрасте. С увеличением класса бетона по прочности на сжатие погрешность контроля нарастания прочности бетона методом акустической эмиссии возрастает.

В НИИЖБ (Москва) [156] в 80-го ды проводились экспериментальные исследования на бетонных образцах восьми серий. Образцы изготавливались в виде кубов с размером ребра 150 мм. Исследования проводили на тяжелых (серия 1-5) и мелкозернистых бетонах (серия 6-8). Регистрация и обработка сигналов АЭ осуществлялась при помощи акустико-эмиссионного прибора АФ-15. Измерение сигналов АЭ производили в полосе частот 0.02-2 МГц. Регистрация импульсов АЭ начинали через 5-7 минут, после уплотнения бетонной смеси. Было установлено, что наиболее интенсивно процесс выделения сигналов АЭ наблюдается в начальные 3-5 часов после уплотнения бетонносмеси. С ростом прочности бетона активность АЭ уменьшается, интервалы между сигналами увеличиваются. При твердении мелкозернистых бетонов регистрировалось меньше сигналов АЭ, чем у бетонов с крупным заполнителем.

При обработке данных использовались временные зависимости параметров сигналов АЭ, полученные при твердении бетонов. Анализ данных проводился при помощи статистического анализа временных рядов параметров импульсов АЭ. Статистические параметры АЭ сравнивались с прочностью бетона, которую определяли в те же временные интервалы, в которые проводили АЭ измерения. Установлена тесная связь между относительной прочностью бетона и статистическими параметрами.

Показана возможность использования метода АЭ для прогноза прочности бетона по параметрам АЭ, зарегистрированным в свежеприготовленной бетонной смеси. Уточнены наиболее оптимальные временные интервалы, по которым проводится прогноз прочности бетона. Для тяжелых бетонов наиболее оптимальным является начальный интервал твердения смеси, равный 6 часам.

Дальнейшее исследование АЭ в процессе твердения бетона продолжилось только в 2000-х годах под руководством европейских ученых.

Авторами работы [Chotard Т.J., Barthelemy J., Smith A., Gimet-Breart N., Huger M., Fargeot D., Gault C. Acoustic emission monitoring of calcium aluminate cement setting at the early age // Journal of Material science letters. 2001, pp. 667-669.] (в переводе «Мониторинг акустической эмиссии цементного алюмината кальция в раннем возрасте») представлены исследования АЭ и результаты температурных изменений лабораторных образцов из глиноземистого цемента на стадии твердения. Все образцы имели одинаковый состав с В/Ц 0.4 и размером 100×100×30 мм. Лабораторные образцы твердели при температуре 20°С и относительной влажности 40%. АЭ непрерывно контролировалась в течение раннего возраста цемента (от 0 до 24 часов) с использованием системы сбора данных Mistras 2001 data acquisition system of Physical Acoustics Corporation (РАС), с частотой дискретизации 8 МГц и предварительным усилением 40 дБ, а окружающий шум фильтровался с использованием порога 35 дБ. Измерения АЭ были достигнуты с помощью двух резонансных датчиков R15 РАС.

На основании полученных данных авторами было выделено 3 стадии (Фиг. 7):

- первая стадия характеризуется отсутствием АЭ и соответствует временному интервалу порядка 4 часов после заливки;

- вторая стадия, от 4 до 6 часов, соответствует резкому увеличению АЭ активности, а также росту температуры внутри образца;

- третья стадия характеризуется упрочнением структуры цементного камня, при этом АЭ активность является примерно постоянной.

Однако авторы не устанавливают связь между физическими процессами, протекающими при твердении и АЭ данными, вызванными этими процессами для различных стадий.

Авторами в работе [Van Den Abeele, K., G. De Schutter, M. Wevers. Non destructive online evalution of concrete hardening using acoustic emission and harmonic wave spectroscopy // ECNDT. 2006. 9 p.] исследовали процесс твердения трех бетонных образцов, отличающихся друг от друга составом. В качестве лабораторных образцов использовались бетоны с В/Ц 0.33 и 0.5, а также самоуплотняющийся бетон с В/Ц 0.5. Измерения проводили с помощью функционального генератора сигналов Agilent 33250А, осциллографа LeCroy 9310АМ, а также компьютерной программы Lab VIEW. В ходе эксперимента для каждого из образцов регистрировались АЭ и температурные изменения, скорость распространения продольных и поперечных ультразвуковых волн, а также значение отношения амплитуды второй гармоники к амплитуде возбуждающего импульса. По совокупному анализу всех параметров с течением времени, авторы делают выводы об активности, с которой протекает процесс гидратации и о его фазах.

Авторами работы [Lura P., Couch J., Mejlhede Jensen O., Weiss J. Early-age acoustic emission measurements in hydrating cement paste: Evidence for cavitation during solidification due to self-desiccation // Cement and Concrete Research. №39. - 2009. pp. 861-867.] исследовалась АЭ в цементных образцах из портландцемента с различным В/Ц отношением 0.30, 0.35 и 0.40 в течение первых суток после заливки в формы. В экспериментах использовалась АЭ система, состоящая из широкополосных преобразователей, предварительных усилителей и системы сбора данных. Преобразователи Vallen DECI SE375 с пиковой частотой 375 кГц использовались для преобразования обнаруженных колебательных волн в электрические сигналы, которые усиливались с помощью предусилителя 34 дБ (АЕР4 фирмы Vallen Systeme) и подавались непосредственно в шестиканальную систему сбора АЭ (модель AMSY4 фирмы Vallen Systeme GmbH), подключенную к персональному компьютеру. При анализе данных использовались программные пакеты Visual АЕ ™ и Visual TR ™. На основании АЭ активности авторами были выделены 3 характерные стадии:

- рост АЭ активности на начальном этапе, который наблюдается не для всех составов;

- затишье АЭ активности;

- повторное возрастание АЭ активности, начало которого, как было выявлено, совпадает с окончанием схватывания цемента (Фиг. 8).

Авторами была установлена связь меду процессами гидратации и сигналами АЭ. Однако в данной работе не устанавливается связь между физическими процессами, протекающими при твердении и АЭ данными, вызванными этими процессами для различных стадий.

Коллективом австрийских исследователей под руководством Pazdera Г. был выпущен ряд статей, посвященных изучению АЭ в процессе твердения бетонных образцов.

В работе [Pazdera L., Topolar L., Bilek V., Smutny J., Korenska M. Is it possible to applied acoustic emission method during concrete hardening // EWGAE 2010. Vienna. 2010 6p.] были исследованы экспериментальные бетонные образцы 10×10×40 см с помощью системы акустической эмиссии LOCAN 320. В работе представлены зависимости АЭ и температурные изменения в процессе твердения двух бетонных образцов из одного и того же состава в течение 28 суток. Один из образцов был накрыт пленкой от испарений, а второй нет. В результате экспериментов были сделаны выводы:

- АЭ активность и амплитуды импульсов АЭ для образца без пленки выше, чем для образца, покрытого пленкой, что объясняется повышенной усадкой образца без пленки и приводит к более интенсивному трещинообразованию;

- АЭ активность наблюдается в образцах спустя 10 часов с момента бетонирования и практически совпадает с началом температурного подъема.

Авторами работы [Pazdera L., Topolar L., Smutny J. Application of acoustic emission method during setting and hardening concrete in timber and metal mould // DEFECTOSOPIE. Czech Republic. 2012. pp.189-194.] были исследованы экспериментальные образцы размерами 100×100×400 мм из бетонной смеси, которая твердела в металлических и деревянных опалубках на протяжении 28 суток. На графиках Фиг. 9 представлена зависимость активности АЭ в деревянной (сплошная линия) и металлической (пунктирная линия) формах от времени твердения.

Во всех случаях смеси в металлической форме проявляют более высокую активность акустической эмиссии, которая особенно заметна на ранней стадии (через несколько часов после смешивания). Кривая совокупного количества событий имеет больший наклон в металлической форме, чем в деревянной форме, что свидетельствует о лучшей теплопроводности металлической формы, чем деревянной, так как тепло быстрее передается наружу, что приводит к появлению большего количества трещин.

Авторами в работе [Pazdera L., Topolar L., Bilek V., Smutny J., Korenska M. Advanced Analysis of Acoustic Emission Parameters during the Concrete Hardening for Long Time // 11th European Conference on Non-Destructive Testing. Prague. 2014. 8 p.] исследовались бетонные образцы размером 100×100×400 мм, состав которых отличался различным количеством золы и известняка. Для регистрации АЭ использовалась измерительная система DAKEL-XEDO с датчиками АЭ MTR-15. Датчики акустической эмиссии были установлены на поверхности образцов через восемь часов после приготовления бетонной смеси. В результате анализа данных авторами было установлено:

- АЭ активность экспериментов наблюдается в образцах спустя 10 часов с момента бетонирования и практически совпадает с началом температурного подъема;

- чем выше прочность состава, тем большей активностью АЭ он обладает.

Однако в данной работе не были рассмотрены причины изменения параметров АЭ от времени, а также точной взаимосвязи прочности образцов с параметрами АЭ.

Авторами работы [Lei Qin, Hong-Wei Ren, Bi-Qin Dong. Acoustic emission behavior of early age concrete monitored by embedded sensors // Materials. 2014. pp.6908-6918.] были исследованы лабораторные образцы размерами 200x100x50 мм из бетонной смеси, помещенной в опалубки из пластика. Датчики АЭ РАС АЕ (модель WSa) с диапазоном рабочих частот 100-1000 кГц, которые крепились на металлической пластине, установленной на бетонную смесь. В работе использовалась измерительная система PCI-2. Одновременно регистрировались изменения температуры с помощью водонепроницаемых термопар. В работе экспериментально было зафиксировано резкое увеличение активности АЭ, которое также совпадало с температурным подъемом. Однако, в отличие от предыдущих статей, полное отсутствие активности АЭ до температурного подъема отмечено не было.

Авторами [Iliopoulos S.N., Khattabi Y.E1, Aggelis D.G. Towards the Establishment of a Continuous Nondestructive Monitoring Technique for Fresh Concrete//Journal of Nondestructive Evaluation, №37. 2016. 11 p.] проводились исследования, целью которых было построение корреляционной зависимости между АЭ данными, зарегистрированными на начальных этапах твердения бетона и его прочностью в возрасте 28 суток. На основании проведенных работ авторами сделаны следующие выводы:

- чем выше В/Ц отношение, тем выше АЭ активность образца (с неизменным массовым отношением заполнителя к цементу);

- чем меньше массовое отношение заполнителя к цементу, тем выше АЭ активность образца (с неизменным В/Ц);

- выявлена взаимосвязь между прочностью бетона в возрасте 28 суток и средними значениями таких параметров, как величина RA и средняя частота (вычисленными во временном интервале между 5 и 6 часами после бетонирования).

Отмечается, что АЭ при твердении бетона представляет собой случайный процесс, а значения параметров АЭ импульсов в существенной степени зависят от типа используемого преобразователя. Более того, вычисление параметров модели для бетонов различной прочности в одном временном интервале не является достоверным признаком, с учетом различной длительности стадийности формирования структуры для различных бетонов.

В работе [Sokratis N. Iliopoulos, Yassir el Khattabi, Dimitrios G. Aggelis. Influence of the Water and Aggregate-to-Cement Ratio on the AE Activity of Fresh Concrete. // 19th World Conference on Non-Destructive Testing 2016. pp.1-8.] исследовалась связь между параметрами АЭ, зарегистрированными в свежеприготовленном бетоне и механическими свойствами бетона в возрасте 28 суток. Бетонная смесь изготавливалась с разным водоцементным отношением 0.35, 0.5 и 0.65, которая заливалась в кубические формы размером 150 мм. АЭ измерения проводили непрерывно в течение первых суток с помощью пьезоэлектрических преобразователей R15 с резонансной частотой 150 кГц. В качестве информативных параметров использовались активность АЭ, значения RA и AF. Было установлено, что образец бетона с наименьшим содержанием воды (В/Ц- 0,35) характеризуется более высокими значениями RA и более низкими значениями AF по сравнению с образцом с самым высоким содержанием воды (В/Ц=0,65), в то время как акустические параметры в образце с В/Ц=0,5 всегда находятся между ними (Фиг. 10).

Сравнение данных УЗ и АЭ контроля на 28 сутки твердения показали, что скорость УЗ импульса изменяется на 12%, а прочность бетона изменяется на 28% в образцах с В/Ц=0,35 и В/Ц=0,65. Значение RA и AF показывают более высокие значения при изменении В/Ц, соответственно 82%) и 45%. Авторами сделан вывод, что АЭ метод по информативности в несколько раз превосходит УЗ метод контроля твердения бетонной смеси.

Авторами работы [Gaponov V., Kuznetsov D., Dudnik V., Afanasieva N. Investigation of the ultrasonic sound signals during the cementing materials induration // MATEC Web of Conferences 117. 2017. 7 p.] исследовались образцы из бетонной смеси с соотношением цемента, песка и щебня 1:1,6:3,2. Мониторинг акустической эмиссии проводился с помощью электронного устройства A-Line 32D. Одновременно с регистрацией АЭ была получена термограмма с помощью инфракрасного тепловизора. По сравнению со стандартной методикой регистрации АЭ-сигналов методология, представленная в данной статье, предполагает использование конического сосуда, изготовленного из материала с низким коэффициентом звукопоглощения (кварц), который служит резонатором и обеспечивает усиление зарегистрированного акустического сигнала.

На основании первых 18 часов все зарегистрированные АЭ данные были разделены авторами на несколько стадий:

- первые 3 часа твердения - АЭ активность и изменение численных значений параметров импульсов АЭ являются незначительными;

- схватывание состава через 5-10 часов после смешивания сопровождается увеличением параметров сигналов АЭ;

- кристаллизация состава, которая выражается увеличением АЭ активности и численных значений АЭ параметров с их последующим уменьшением (промежуточные стадии кристаллизации).

Научная работа, представленная авторами, содержит предпосылки для выделения стадийности структурообразования бетона. Однако в работе отсутствуют исследования образцов с различными прочностными характеристиками, а также не рассмотрена взаимосвязь прочности бетонных образцов с параметрами АЭ.

В работе [E.D. Dzaye, G.D. Schutter, Aggelis D.G. Study on mechanical acoustic emission sources in fresh concrete // Archives of Civil and Mechanical Engineering, №18. 2018. pp. 242-254.] были исследованы образцы из бетонной смеси. Бетонная смесь заливалась в форму размером 200×40×40 мм. Применяемая система АЭ, используемая в этом исследовании, представляет собой АЭ выпускаемой компанией «Mistras».

В результате исследований установлено, что источниками АЭ являются:

- движение пузырьков газа на начальном этапе структурирования бетона;

- процессы, происходящие вблизи стенки формы контейнера, воспринимаются датчиками с более высокой амплитудой (Фиг. 11);

- численное моделирование показывает, что большая часть акустической энергии распространяется через стенку контейнера, действуя, таким образом, как 'волновод'.

Также в работах [160, 162-163] описаны результаты исследования бетонных смесей данных авторов. Дальнейшие исследования данных авторов отражены в диссертационной работе [150] в которой объединены все последующие исследования и рассмотрены механизмы, которые имеют физический (оседание цементных зерен, растрескивание в раннем возрасте) и химический характер (образование гидратов) и влияющие на изменение параметров АЭ.

В работах [22, 161] были исследованы мелкозернистые цементные композиты с различным соотношением В/Ц и содержанием пластификатора. Размеры образцов составляли 1000×100×60 мм. Измерения методом акустической эмиссии проводились с использованием прибора DAKEL XEDO, а также магнитных датчиков MDK 13 и волноводов. Датчики акустической эмиссии были закреплены на волноводе, который был погружен в свежую смесь. В качестве информативных параметров использовались длительность, амплитуда и энергия А (Фиг. 12). На основании экспериментов были сформулированы выводы:

- чем выше значения регистрируемой амплитуды АЭ-сигнала или больше выделяется энергия АЭ-сигнала, тем более значительные структурные изменения происходят в виде новых образований или повреждений в существующей структуре. Количество и размер микротрещин в цементном композите существенно влияют на его конечные механические свойства (т.е. прочность, модуль упругости, долговечность и т.д.);

- применение метода АЭ для непрерывного мониторинга цементных композитов во время схватывания и твердения может быть инструментом, подходящим для своевременного обнаружения микроповреждений.

Однако в работе не рассмотрены причины изменений акустико-эмиссионных параметров, а также не приведена количественная оценка микроизменений в структуре образцов. Таким образом, АЭ является высокоинформативным методом и по амплитуде и энергиям сигнала, АЭ позволяют контролировать структурные изменения и микротрещины в бетонной смеси.

В работе [Сагайдак А.И., Бардаков В.В. Прогнозирование прочности бетона в процессе его твердения при помощи метода акустической эмиссии // Дефектоскопия, №6, 2017.] приведены исследования процесса структурообразования бетона при помощи метода АЭ. Исследовались тяжелые, легкие и мелкозернистые бетоны с различным В/Ц. Измерения проводили на незатвердевшем бетоне на кубах 200×200×200 мм и железобетонных балках.

По результатам проводимых экспериментальных исследований выявлена взаимосвязь между акустико-эмиссионными данными, зарегистрированными в течение первых суток твердения бетонного состава, и его прочностью в возрасте 28 суток. Выделены информативные параметры акустико-эмиссионных данных, коррелирующие с прочностью бетонного состава проектном возрасте. По изменению параметров, характеризующихся различной степенью интенсивности АЭ, авторами выделены три периода структурообразования бетона, длительность которых зависит как от состава бетона, так и от внешних условий.

С целью повышения достоверности был проведен пошаговый регрессионный анализ, в ходе которого в качестве независимых переменных выступали параметры сигналов АЭ в пределах каждой из стадий, их кумулятивные и средние значения. В качестве зависимой переменной выступала прочность бетонных образцов, испытанных в возрасте 28 суток. Прочность бетона для бетонных и железобетонных конструкций в возрасте 28 суток коррелирует с длительностью акустического затишья, а также активностью АЭ на стадии кристаллизации. Наилучшая корреляция была получена при использовании комбинации таких независимых параметров, как длительность второй стадии и тангенс угла наклона третьей стадии.

Разработана универсальная АЭ модель структурообразования бетонов, позволяющая по динамике накопления импульсов АЭ выделять основные периоды структурообразования: растворения, ускоренный (схватывание), твердение (кристаллизации) для бетонов различной прочности и состава. Для анализа используют различные периоды структурообразования бетона.

В работе [М. Hodulakova, L. Topolaf, В. Kucharczykova. The application of acoustic emission technique to monitor the early setting process of cement pastes // MATEC Web of Conferences. 2019. 4 p.] исследовались образцы из цементного раствора с различным В/Ц соотношением. Пьезоэлектрический датчик, со встроенным волноводом, размещался на образце. В качестве АЭ аппаратуры использовалось оборудование DAKEL XEDO. Устранение шума и других помех осуществлялось с помощью порога (400 мВ). Одновременно с измерением параметров импульсов АЭ измерялась температура бетонной смеси. Температура измерялась с помощью встроенного датчика температуры, подключенного к регистратору данных MS6D от компании Comet System. Была обнаружена хорошая корреляция между кривыми суммарного счета импульсов АЭ и кривыми изменения внутренней температуры: в момент повышения температуры наблюдается постоянство количества сигналов АЭ. В работе было предложено, что метод АЭ может служить альтернативным методом для определения времени схватывания.

В работе [W. Trampczyhski, В. Goszczyhska, М. Bacharz. Acoustic Emission for Determining Early Age Concrete Damage as an Important Indicator of Concrete Quality. Condition before Loading // Materials №13. 2020. 17р.] исследовались бетонные образцы различного состава, прочности, размеров, различного В/Ц, с применением разных наполнителей, в некоторых образцах с наличием арматуры, а также твердеющих при различных условиях и температурах. В качестве информативных параметров использовались активность АЭ, длительность сигнала АЭ, время нарастания сигнала, амплитуда сигнала, энергия, средняя мощность сигнала, средняя частота, частота реверберации и частота инициирования. АЭ-сигналы регистрировались в течение 12 ч в разные дни: 1-8, 12, 16, 20, 24, 28, 38, 46, и 57 с использованием программного обеспечения MISTRAS. Затем для анализа сигналов использовался предложенный авторский метод IADP оценки качества бетона раннего возраста, позволяющий выявлять внутренние дефекты структуры, идентифицировать и отслеживать повреждения в раннем возрасте и определять местоположение. При твердении бетона образуются повреждения, которые классифицируются как (Фиг. 13):

- повреждения I класса (начальные дефекты) структуры бетона;

- повреждения II класса (развитие внутренних микротрещин);

- повреждения III класс (поверхностные микротрещины).

В работе [М.A. Shawkey, М.A. Abdelzaher, Н.М Mahmoud, М.М. Rashad. Monitoring of acoustic emission behaviour during early-age cement paste hydration // Materials 5th International conference on advanced sciences ICAS5: Materials Science and Engineering. 2020. 7 p.] исследовались образцы из цементного раствора с В/Ц 0,33 и 0,4. Запись АЭ велась примерно через 20 минут после изготовления раствора и продолжалась до 72 часов. Система акустической эмиссии SAEU25, используемая в данном исследовании, состояла из системы сбора сенсорных данных и широкополосных датчиков. Для измерения температуры использовалась термопара k-типа. Запись температуры производилась непрерывно каждые 4 минуты с помощью 4-канального регистратора данных термопары НН-520. В результате исследований были сформулированы выводы:

- анализ стадий гидратации, основанный на развитии активности АЭ, наглядно показал, что развитие событий АЭ имеет хорошую корреляцию с изменениями микроструктуры в образцах цемента, следовательно, обеспечивая лучшее понимание связи между результатами акустической эмиссии и процессом гидратации;

- суммарный счет импульсов АЭ для образцов с В/Ц 0,33 почти в два раза выше, чем для образца с В/Ц 0,4;

- заметное экзотермическое явление начало проявляться раньше, чем начало активности АЭ;

- достижение образцом 1 более высокой оптимальной температуры в конце стадии ускорения, при более близком времени гидратации (Tmax=27,2°С при t=14,2 ч) по сравнению с образцом 2 (Tmax=26,6°С при t=18,2 ч) дало представление о скорости гидратации, а также о развитии событий АЭ;

- активность АЭ явно отображалась в образце 1 в течение 33 часов между 12 и 45 часами, для образца 2 появилось в период 42-69 часов.

В работе [P. Rizzo, J. М. Vandenbossche, S. Nassiri, X. Ni A Solitary Wave-Based Sensor to Monitor the Setting of Fresh Concrete // Sensors 2014, 14. pp.1 2568-12584.] используется датчик, автоматически управляемый с помощью National Instruments PXI, работающий под управлением Lab VIEW. Датчик погружался в образец бетонной смеси, находящейся в цилиндрической форме размером 15,24 на 30,5 см. Интерфейс был создан таким образом, чтобы весь эксперимент можно было проводить без присутствия оператора.

В данной работе приведены исследования, подтверждающие принцип использования датчика для неразрушающего контроля и отслеживания прочности в гидратирующем бетоне. Метод неразрушающей оценки основан на распространении сильно нелинейных уединенных волн (Фиг. 14). Однако на сегодняшний день недостаточно данных для построения корреляционных зависимостей прочности бетонной смеси и скорости распространения волн, используя данный метод исследования.

1.1.4 Связь между затуханием акустического импульса и прочностью незатвердевшего бетона

Затухание импульса и декремент затухания - количественные характеристики, характеризующие затухание и быстроту затухания акустического импульса в бетоне. Проведенные исследования свидетельствуют о перспективности использования этого метода контроля прочности незатвердевшего бетона. Затухание зависит [147, 148] от нескольких факторов: размеров заполнителя, зернового состава, возраста смеси, влажности, наличия воздушных пустот. В настоящее время этот метод контроля прочности незатвердевшего бетона широкого распространения не получил. Предстоящие исследования должны позволить ответить на следующие вопросы:

- Как изменяется область контроля бетонной смеси при АЭ контроле по мере твердения бетона;

- Возможность использования затухания для снижения помех при АЭ контроле на строительной площадке.

1.1.5 Численные методы контроля и прогноза прочности твердеющего бетона

В работе [28] предложены формулы для определения предела прочности бетона, деформаций усадки и характеристики простой линейной ползучести в зависимости от продолжительности соответственно твердения, высыхания и нагружения. Авторами разработана методика определения погрешности прогноза в зависимости от соответствия экспериментальных значений соответствующей группе по «степени доверия». Представлена базовая функция для описания изменения прочности бетона во времени:

которой в результате обработки большого массива экспериментальных данных уточнен показатель степени и дополнительно введено слагаемое, позволяющее учитывать реальное нарастание прочности с некоторого момента времени to, причем это значение в отличие от ранее известных формул может составлять до нескольких часов (Фиг. 16).

1.1.6 Обзор авторских свидетельств

Авторами работы [29] предложен потенциометрический способ определения сроков схватывания и ложного схватывания вяжущих материалов. В качестве информативного параметра использовалась зависимость отношения разности потенциалов между двумя электродами, помещенными в емкость с растворами электролита различной концентрации и разделенными мембраной из твердеющего вяжущего (Фиг. 17).

Авторами работы [30] предложено устройство для контроля твердения смесей на основе минеральных вяжущих при тепловлажностной обработке. Предлагаемый датчик закладывают в контролируемую смесь, которую подвергают тепловлажностной обработке. При этом возникающие в смеси массоэнергопотоки поляризуют двойные электрические слои исходных цементных зерен и новообразований, а также молекулы воды при их встраивании в кристаллогидраты. На основании экспериментальных данных авторами были выделены 6 характерных зон, которые характеризуют возникновение различных новообразований и видов структур в бетоне при его пропарке (Фиг. 18):

- зона I - развитие дисперсной системы преимущественно из новообразований в виде зародышей с положительным зарядом поверхности (гидроалюминатных, гидросульфоалюминатных, портландитовых);

- зона II - формирование первичной коагуляционной структуры преимущественно из новообразований с положительным зарядом поверхности и возникновение гидросиликатных новообразований в виде зародышей с отрицательным зарядом поверхности;

зона III - разрушение эттрингита и переход его в моносульфоалюминат;

зона IV - формирование гидросиликатного геля;

зона V - формирование объемно-кристаллического с положительным зарядом поверхности;

зона VI - уплотнение и упрочение кристаллического каркаса за счет низкоосновных кристаллических гидросиликатов.

Авторами работы [31] предложен способ контроля структурных изменений бетона. Способ основан на введении в исследуемую среду двух электродов и измерении разности потенциалов между ними, при этом в одном из электродов нормально его поверхности возбуждают механические колебания звуковой или ультразвуковой частоты. В качестве информативного параметра использовалась зависимость переменной составляющей электрического потенциала от времени, по изменению которой определяют структурные изменения бетона.

Авторами работы [32] предложено изобретение в виде акустической установки для исследования кинетики структурообразования твердеющих материалов. Акустическая установка для исследования кинетики структурообразования твердеющих материалов позволяет определить зависимость значений резонансной частоты f_p продольных колебаний и фазовой скорости v_ф распространения монохроматических колебаний от времени в различных твердеющих смесях, в том числе и в бетонах, на самых ранних стадиях твердения. Из Фиг. 19 видно, что кривые изменения fp и ν_ф, имеют одинаковый характер в индукционном периоде. Таким образом, измеренная информация является объективной, так как один измеренный параметр дублирует другой.

Авторами работы [33] предложено изобретение, которое может быть использовано для оперативного контроля технологических характеристик бетонных смесей с помощью послойного контроля, путем выполнения механизма перемещения ультразвуковых преобразователей.

Авторами работы [34] предложен способ определения прочности бетона в проектном возрасте и активности цемента. При осуществлении данного способа измеряют изменение потенциала массоэнергопереноса в образцах при их пропаривании, по полученной кривой определяют время от начала пропаривания до появления максимальных значений изменения и максимума электроповерхностного потенциала и время охлаждения.

Авторами работы [35] предложен способ определения момента схватывания вяжущих материалов при помощи метода АЭ, на основании скачкообразного роста кумулятивной энергии поперечных волн от времени. В качестве информативного параметра использовалась зависимость отношения энергии поперечной составляющей сигналов АЭ или полной энергии сигналов АЭ к продольной составляющей сигналов АЭ от времени отвердевания. Экспериментально выявлены закономерности распространения продольных и поперечных волн АЭ, возникающих в материале с изменяющимся фазовым состоянием (жидкость - твердое тело). На основании последнего авторами были выделены 3 характерные стадии, которые позволяют определять время схватывания вяжущих материалов:

- на начальной стадии поперечная составляющая сигналов АЭ практически не распространяется по материалу, находящемуся в жидкой фазе, так как такой материал не обладает сдвиговой жесткостью;

- на стадии роста первичных кристаллов, когда в вяжущем материале еще не образовалась твердая структура, энергия продольной составляющей сигналов АЭ, монотонно увеличивается, в то время как энергия поперечной составляющей сигналов АЭ или полная энергия АЭ увеличиваются крайне незначительно;

- в момент образования кристаллического сростка, характеризующий момент схватывания вяжущего материала, происходит скачкообразный рост энергии поперечной составляющей сигналов АЭ (и соответственно полной энергии АЭ).

Авторами работы [36] предложено устройство для контроля структурообразования смесей. Данное изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано при контроле процессов структурообразования смесей на минеральном вяжущем с помощью ультразвуковых колебаний.

По полученным данным строят зависимость (Фиг. 20), отражающую изменение амплитуды на приемнике колебаний во времени. Эта зависимость позволяет судить о наборе смесью структурной прочности.

Авторами работы [37] предложен способ контроля и управления сроками схватывания, стадиями и процессами структурообразования растворных и бетонных смесей. Авторами представлена

концентрационная цепь, состоящая из двух электродов и бетонной смеси, являющейся твердеющим электролитом с изменяющейся концентрацией ионного состава, в этой цепи генерируют изменяющуюся по величине и во времени электродвижущую силу.

С помощью подключенного к электродам прибора автоматически или визуально регистрируют контрольные точки экстремальных значений, возрастания и убывания функции изменения ЭДС (Фиг. 21) и определяют по ним моменты времени, длительность, скорость качественного изменения стадий и процессов структурообразования:

- интенсивность гидратации;

- образование коагуляционной тиксотропной структуры;

- начало схватывания;

- образование пространственного каркаса кристаллизационной структуры;

- конец схватывания;

- период упрочнения кристаллической структуры;

- набор прочности цементного камня.

Наиболее близким и принятым за прототип является решение, представленное в работе [38]. Авторами [38] представлен способ прогнозирования конечной фактической прочности бетона, включающего кондуктометрическое измерение удельного электрического сопротивления и температуры в процессе твердения образцов бетонных смесей в режиме реального времени с последующей оценкой фактической механической прочности на сжатие образцов бетона заданного класса. Контролируемые технологические параметры: начало твердения бетонной смеси и прочность бетонных образцов в 28-суточном возрасте. Длительность измерений - 100-125 мин от начала заливки бетонной смеси в контейнерный датчик до завершения индукционного периода твердения. В этом интервале авторы производят параллельные измерения удельных электрических сопротивлений образцов бетонных смесей калибровочного и расчетного номинального составов и устанавливают корреляционную зависимость между удельным электрическим сопротивлением и фактической механической прочностью бетона заданного класса в его проектном возрасте (пример представлен на Фиг. 22), осуществляют контроль раннего твердения образцов бетонной смеси заданного класса бетона и оценивают конечную фактическую механическую прочность после заливки и прочностью бетона на 28-е сутки бетона на сжатие.

1.2 Обзор отечественных и зарубежных нормативно-технических документов, затрагивающих контроль прочности незатвердевшего бетона

1.2.1 Обзор зарубежных нормативных документов

Действующие зарубежные нормативные технические документы, затрагивающие твердение и контроль прочности бетона представлены ниже:

- ASTM С803/С803М Метод испытаний на сопротивление проникновению затвердевшего бетона. Стандарт может быть использован для оценки прочности незатвердевшего бетона в условиях строительной площадки, чтобы позволить начать критические строительные работы, такие как: снятие опалубки и нагружение конструкции, натяжение арматуры; прекращение защиты от холодов, открытие проезжей части для движения транспорта. Данная методика также может быть использована для оценки прочности лабораторных образцов, отвержденных в нестандартных температурных условиях. Основными ограничениями метода зрелости являются: бетон должен поддерживаться в состоянии, допускающем гидратацию цемента; метод не учитывает влияние температуры бетона раннего возраста на долгосрочную прочность.

- ASTM С403/С403М-08 Стандартный метод испытания для определения времени схватывания бетонных смесей. Стандарт может быть использован для определения времени схватывания бетона путем измерения сопротивления проникновению раствора, просеянного из бетонной смеси. В России аналогом этого стандарта является ГОСТ Р 56587-2015.

- ASTM С1074-19Е1 Стандартная практика оценки прочности бетона методом зрелости. Стандарт может быть использован для оценки прочности бетона на месте, чтобы позволить начать строительные работы, такие как: снятие опалубки и изменение формы; последующее натяжение арматуры; прекращение защиты от холодов; открытие проезжей части для движения транспорта. Основными ограничениями метода являются: бетон должен поддерживаться в состоянии, допускающем гидратацию цемента; метод не учитывает влияние температуры бетона раннего возраста на долгосрочную прочность; метод должен быть дополнен другими показателями потенциальной прочности полевого бетона;

- ASTM С918/С918М-20 «Метод для измерения прочности на сжатие в раннем возрасте и прогнозирования прочности в более позднем возрасте». Метод испытаний предусматривает процедуру оценки потенциальной прочности конкретного испытательного образца на основе его измеренной прочности в возрасте уже 24 ч. Результаты испытаний раннего возраста дают информацию об изменчивости процесса производства бетона для использования в управлении технологическими процессами. Соотношение между ранней прочностью испытуемых образцов и прочностью, достигнутой в более позднем возрасте при стандартном отверждении, зависит от материалов, входящих в состав бетона. В этом методе испытаний предполагается, что существует линейная зависимость между прочностью и логарифмом индекса зрелости. Опыт показал, что это приемлемое приближение для возраста испытаний от 24 ч до 28 дней в стандартных условиях отверждения. Пользователь этого метода испытаний должен убедиться в том, что тестовые данные, используемые для разработки уравнения прогнозирования, правильно представлены линейной зависимостью. Прогнозы прочности ограничены бетонами, использующими те же материалы и пропорции, что и бетон, используемый для построения уравнения прогнозирования, настоящий метод испытаний не предназначен для оценки прочности бетона на месте. Также метод испытаний охватывает процедуру использования результатов испытаний на прочность при сжатии в раннем возрасте для прогнозирования потенциальной прочности бетона в более позднем возрасте;

- Рекомендации РИЛЕМ ТС 218-SFC: «Ультразвуковой метод контроля качества свежих цементных материалов». Рекомендация касается определения схватывания и твердения свежих цементных материалов, ультразвуковым методом контроля. Для контроля применяется стандартная процедура, когда через слой смеси излучается ультразвуковой импульс. В качестве переменных используются - время прохождения сигнала, энергия сигнала, частотный спектр сигнала. Прочность незатвердевшего смеси устанавливаться как по одномерной, так и многомерной зависимости. Начало схватывания бетонной смеси определяют по критерию Hinkley или информационном критерии Akaike. Критерий Akaike позволяет найти компромисс между сложностью модели (числом параметров) и ее точностью. Лучшей признается та модель, для которой значение AIC минимально

1.2.2 Обзор отечественных нормативно-технических документов На сегодняшний момент действующие отечественные нормативные технические документы, затрагивающие контроль прочности незатвердевшего бетона представлены ниже:

- ГОСТ 24316-80 Бетоны. Методы определения тепловыделения при твердении. Стандарт распространяется на цементные бетоны и устанавливает метод определения удельного тепловыделения цемента в бетоне, твердеющем в адиабатических условиях, путем установления величины подъема температуры во времени и последующего проведения необходимых расчетов;

- ГОСТ 22783-77 Бетоны. Метод ускоренного определения прочности на сжатие. Прочность бетона на сжатие, ожидаемую в проектном возрасте, определяют по экспериментально установленной зависимости между прочностью бетона при ускоренном твердении.

Результаты ускоренного определения прочности бетона используют для регулирования его состава в процессе производства;

- ГОСТ Р 56587 Смеси бетонные. Метод определения сроков схватывания. Стандарт устанавливает методы определения сроков схватывания бетона при производстве бетонной смеси, а также при ведении монолитного строительства. Сущность метода состоит в том, что в растворную часть бетонной смеси, бетонную смесь мелкозернистого бетона или в строительный раствор пенетрируют пестики различного сечения и фиксируют время, необходимое для их проникновения на глубину (25±2) мм, при двух значениях сопротивления пенетрации (4,0 и 24,0 МПа), соответствующих времени начала и конца схватывания;

- ГОСТ Р 56587-2015 Бетоны. Методы определения сроков схватывания. Метод состоит в том, что в растворную часть бетонной смеси, пенетрируют пестики различного сечения и фиксируют время, необходимое для их проникания на глубину (25±2) мм, при двух значениях сопротивления пенетрации (4,0 и 24,0 МПа), соответствующих времени начала и конца схватывания. На рисунке приведены результаты испытания пробы бетонной смеси мелкозернистого бетона. Из графика (Фиг. 21) следует, что время начала схватывания составляет 290 мин, конца схватывания - 378 мин. Метод определения срока схватывания сориентирован, прежде всего, на использовании в лабораторных условиях и не позволяет в короткий срок получить необходимую информацию в условиях строительной площадки. В дополнение к этому широкое применение методики данного стандарта сдерживает ограниченность в нашей стране инструментальной испытательной базы.

- МИ 2488-98 Материалы цементные. Методики ускоренного определения водоцементного отношения, прогнозирования и контроля прочности бетона по контракции. В рекомендациях приводятся:

- методика выполнения ускоренного определения В/Ц бетона, обеспечивающего его заданную прочность к требуемому времени;

- методика прогнозирования и контроля прочности бетона в зависимости от его состава и сроков твердения;

- методика ускоренного контроля прочности бетона по пробам, отобранным из поступающей бетонной или растворной смеси с осадкой конуса (5±20) см.

Определение и прогнозирование указанных величин предполагает использование сведений об активности цемента и его контракции, степени уплотнения бетонной смеси с учетом применения расчетных зависимостей.

1.3 Выводы к разделу 1

Широкого применения указанные выше методики в практике строительства не нашли применения.

Для контроля прочностных свойств незатвердевшего бетона существует ряд методик, которые позволяют контролировать нарастание прочности во времени, определять, когда бетонная смесь затвердела и возможно снимать и переставлять опалубку, и т.д. Проведенный литературный обзор показал, что перспективным методом контроля незатвердевшей бетонной смеси является метод акустической эмиссии. В отличие от ультразвукового метода контроля прочности твердеющего бетона метод АЭ регистрирует акустические сигналы, излучаемые самой структурой бетона при ее формировании. Метод АЭ является пассивным методом контроля и позволяет контролировать прочность бетона в любом месте конструкции, на любой глубине, в труднодоступных местах и при этом геометрия конструкции не сказывается влияния. Сильное затухание сигналов АЭ в бетонной смеси позволяет использовать данный метод в условиях строительной площадки, механические шумы не оказывают существенного влияния на процесс измерений. Контролировать прочность бетона будет возможно в сильно армированных конструкциях, не снимая опалубки внутри тела бетона, что расширяет область применения.

Наиболее близким к АЭ методу является контроль прочности бетонной смеси по изотермии твердеющего бетона.

Осуществление изобретения.

Примеры.

2 Программа экспериментальных исследований

2.1 Применяемое оборудование, средства испытаний, измерений

Для проведения АЭ измерений по регистрации сигналов АЭ в процессе твердения бетонных составов использовалась АЭ система A-Line DDM-1 (Фиг. 24), производства компании ООО «ИНТЕРЮНИС-ИТ».

Система A-Line DDM-1 - это многоканальная модульная система сбора и обработки АЭ информации распределенного типа с последовательным высокоскоростным цифровым каналом передачи данных. АЭ комплексы данной серии состоят из центрального компьютера (блок сбора и обработки данных) и нескольких измерительных линий, объединяющих последовательно соединенные модули сбора и обработки АЭ информации (модули АЭ). Основные характеристики системы A-Line DDM-1 представлены в таблице 1.

К модулям АЭ подключаются преобразователи АЭ (ПАЭ), которые преобразуют механические колебания в электрический сигнал, обрабатываемый системой. Преобразователи АЭ должны иметь достаточно высокую чувствительность, чтобы при имеющемся качестве акустического контакта регистрировать сигналы АЭ, излучаемые в контролируемом объекте. Преобразователи АЭ преобразуют упругие волны (колебания) на поверхности объекта в электрические сигналы, по возможности - без каких бы то ни было искажений. Преобразователи резонансного типа имеют наибольшую чувствительность вблизи резонансной частоты, тогда как широкополосные преобразователи имеют достаточно равномерную амплитудно-частотную характеристику в пределах рабочего частотного диапазона, но менее чувствительны, чем преобразователи резонансного типа. Преобразователи АЭ должны быть достаточно устойчивыми к таким внешним факторам, как изменения температуры, высокая влажность и механические вибрации.

В данной работе в качестве ПАЭ использовались полосовые преобразователи производства компании ООО «Донские Измерительные Системы» - DIS30-300, имеющие рабочий частотный диапазон от 30 до 300 кГц и максимальную чувствительность порядка 1.6 ⋅ 10^{9 B}/м. С целью создания акустического контакта между ПАЭ и свежеприготовленной бетонной смесью использовался волновод (Фиг. 26).

Волновод представляет собой стальную пластинку размером 90×50×2 мм (в центре которой вырезано сквозное отверстие диаметром 12 мм) сваренную при помощи круговой сварки со стальным стержнем диаметром 12 мм и длиной 100 мм.

В ходе проведения экспериментов ПАЭ через слой контактной жидкости устанавливали на стальной волновод и фиксировали магнитным держателем. В качестве контактной жидкости использовался литол. Волновод, в свою очередь, погружался в бетон до момента касания пластинкой состава.

Усилители обычно включают в себя предусилитель и основной усилитель (Фиг. 25). Предусилитель должен располагаться в непосредственной близости от преобразователя АЭ. Собственный внутренний шум усилителя должен быть низким, его пиковые значения, приведенные ко входу предусилителя, не должны превышать 20 мкВ (26 дБАэ относительно 0 дБАэ=1 мкВ). При этом коэффициент усиления усилителя задается в децибелах дБАэ (АЭ децибелы), которые связаны с отношением выходного напряжения V_O к входному напряжению V_i следующим образом:

Усилитель должен быть устойчив к воздействиям окружающей среды и надлежащим образом защищен.

Частотный диапазон должен быть выбран перед измерением, при этом должны быть учтены характеристики ПАЭ и усилителей. Выбор частотного диапазона тесно связан с фильтрацией шумов и АЭ помех. Для бетона рекомендуется использование полосового фильтра от нескольких килогерц до нескольких сотен килогерц.

Многоканальная модульная акустико-эмиссионная система с цифровым каналом передачи данных, A-Line 32D DDM в комплектации с 11 каналами. Акустико-эмиссионная система позволяет измерять/вычислять:

- амплитуду сигнала АЭ;

- энергию события АЭ;

- время нарастания сигнала АЭ;

- длительность сигнала АЭ;

- число выбросов АЭ;

- среднюю частоту импульса АЭ;

- время регистрации.

Акустико-эмиссионная система обеспечивает обработку, и отображение информации в режиме реального времени, и сохраняет информацию для последующего анализа в цифровой форме.

Кроме многоканальной АЭ системы использовались:

- смеситель принудительного действия Zyklos ZZ 30 с объемом чаши 0,05 м3;

- весы электронные, тип ED, ED-H, модификация ED-H-15 (госреестр СИ №40687-09, заводской №1104ED153083, свидетельство о поверке №МА 0438172 до 09.08.2022 г.);

- машина испытательная гидравлическая серии HDX мод-1000HDX (per. №55648-13, свидетельство о поверке №С-АЦМ/08-02-2022/129839827 до 07.02.2023 г.);

- линейка измерительная металлическая 500 мм, диапазон измерений от 0 до 500 мм, цена деления - 1 мм (рег. №96-70, зав.№2, свидетельство о поверке №АБ 0199074 до 01 августа 2024 г. );

- штангенциркуль серии 500 модификации AOS ABSOLUTE Digimatic, диапазон измерений от 0 до 150 мм, цена деления - 0,1 мм (рег. №72366-18, зав. №В17352926 свидетельство о поверке №С-АЦМ/25-01-2021/31866613 до 1 августа 2024 г.);

- металлические инвентарные разборные формы для формирования бетонных кубов 100×100×100 мм;

- деревянные формы из ламинированной фанеры размером 200×200×200 мм;

- одноразовые цилиндрические пластиковые формы объемом семь литров;

- шанцевый инструмент;

- 8-и канальным регистратором ТЕРЕМ-3 с комплектом термопар;

- портативный универсальный цифровой тензометр ТС-32-К с контактной панелью CSW-5A/5B, позволяющей проводить автоматическое измерение по пяти каналам одновременно температуры.

2.2 Программное обеспечение для сбора и обработки акустико-эмиссионных данных

Комплекс «А-Line» DDM имеет специально разработанное программное обеспечение. Установленные программы обеспечивают процессы функционирования и управления пользовательским интерфейсом комплекса «А-Line». Обработка полученных данных возможна в режиме реального времени и постобработка информации, записанной на диск. В руководстве пользователя подробно приводятся описание программного обеспечение [151].

2.3 Опытные образцы

Контрольные образцы бетона изготавливались размером 100×100×100 мм и 200×200×200 мм. Фрагменты конструкций (балки) армировались арматурой класса А500 различного диаметра. Было испытано две балки. Размер балок 1500 (длина) × 200 (высота) × 200 (ширина) мм. Балка №1 армируется четырьмя стержнями продольной арматуры диаметром 25 мм (два стержня внизу и два стержня в верхнем сечении). Балка №2 тремя стержнями арматуры диаметром 25 мм в нижнем сечении и двумя стержнями диаметром 25 мм в верхнем сечении. Хомуты изготавливались из арматуры А500 диаметром 12 мм. Шаг хомутов 150 мм.

2.4 Материалы для изготовления бетонной смеси

В таблицах 2 и таблице 3-5 даны материалы и составы бетонов.

В таблицах 3, 4, 5 приведены составы тяжелых и мелкозернистых бетонов.

2.5 Место проведения испытаний

Исследования проводились в испытательном центре НИИЖБ им. В.А. Гвоздева АО «НИЦ «Строительство» по адресу: 109428, г. Москва, 2-я Институтская ул., дом 6, строение 7. Мониторинг твердения бетонной смеси методом АЭ проводился в звукоизолированном помещении, оборудованном системой поддержания температуры и влажности.

2.6 Порядок проведения испытаний

Контроль структурообразования методом АЭ выполняется на бетонных кубах размером 200×200×200 мм шестнадцати составов. Каждый состав состоит из двух, трех серий. Материалы для изготовления бетонов и составы бетонов приведены в разделе 2.4. Регистрация сигналов акустической эмиссии для каждого состава проводится непрерывно не менее семи суток. Контроль прочностных характеристик бетона производят на кубах размером 100×100×100 мм. Прочность контролируется в 1, 3, 7, 14 и 28 сутки твердения. Железобетонные балки армируются арматурой класса А500 различного диаметра. Количество балок не менее двух. На балках должны исследоваться формирование структуры двух составов бетона методом АЭ.

Кубы, образцы и балки твердеют в естественных условиях.

В ходе экспериментов по контролю и прогнозу прочности бетона в раннем возрасте методом акустической эмиссии рассматриваются соотношения и зависимости информативных параметров сигналов АЭ между прочностными характеристиками бетона, установленными стандартными методами испытаний (приложение Б). В процессе испытаний должны быть определены информативные параметры сигналов акустической эмиссии, тесно коррелирующие с прочностью бетона, установлены оптимальные временные интервалы измерений акустической эмиссии, позволяющие наиболее точно вести прогнозирование кинетики дальнейшего набора прочности бетона методом акустической эмиссии.

АЭ мониторинг проводился непрерывно в течение нескольких суток в режиме ON-Line (Фиг. 27). Данные АЭ мониторинга передавались к пользователю по сети интернет. Пользователь может дистанционно внести изменение в процесс сбора информации.

3 ПРИМЕРЫ. Экспериментальные исследования 3.1 Сигналы и параметры импульса АЭ

Формирование структуры бетона сопровождается излучением упругих волн. Эти волны, возникающие при структурообразовании, зарождении трещин, называют АЭ волнами, они распространяются в материале и регистрируются преобразователем АЭ (Фиг. 28).

Параметры сигнала АЭ (амплитуда, энергия, длительность, время нарастания) использовались для обработки полученной информации при АЭ мониторинге твердения бетонной смеси (ГОСТ 27655, ГОСТ Р 59938).

Одним событием АЭ считается один импульсный сигнал, тогда как каждое превышение сигналом АЭ порогового уровня аппаратуры в положительном направлении, называют выбросом сигнала АЭ (а их число - суммарным счетом АЭ). Здесь порогом является предварительно установленный уровень напряжения, который должен быть превышен для того, чтобы сигнал АЭ был зарегистрирован и обработан. Методы регистрации АЭ показаны на Фиг. 29. В случае использования многоканального прибора, регистрация АЭ ведется каждым преобразователем независимо. Некоторые преобразователи могут не регистрировать сигналы АЭ вследствие затухания или других особенностей пути распространения сигнала.

Помимо числа выбросов (суммарного счета) АЭ, числа АЭ импульсов и числа событий АЭ, измерительная аппаратура должна регистрировать следующие параметры импульсов АЭ:

- амплитуда сигнала АЭ;

- энергия импульса АЭ;

- время нарастания сигнала АЭ;

- длительность сигнала АЭ;

- разности времен прихода на различные преобразователи антенной решетки.

На Фиг. 30 показаны параметры сигнала (время прихода, длительность сигнала АЭ, амплитуда сигнала АЭ, пороговый уровень) и обозначены его основные параметры, которые должны быть зарегистрированы АЭ системой. Параметры сигнала АЭ приведены в ГОСТ 27655, ГОСТ Р 59938.

3.2 Измерение характеристик затухания в процессе твердения бетонной смеси

Затухания импульсов является второй характеристикой кроме скорости распространения, которая может быть измерена при твердении бетона.

Использование затухания импульсов используется для оценки относительного влияния дозировки цемента, зернового состава, добавок на свойства бетонов, в том числе и на прочность [153]. Источником сигналов АЭ при твердении бетонов является сам материал. Чем выше затухание импульсов, тем меньше становится зона контроля. Неясно влияние армирование на АЭ твердеющего бетона. В качестве образцов, на которых проводится измерение затухания, были выбраны протяженные образцы -железобетонные балки с различным процентом армирования.

Затухания импульсов в процессе твердения бетонной смеси исследовались на двух железобетонных балках. Размер балок 1500×150×150 мм.

После бетонирования в течение не более 30 мин в бетонную смесь устанавливали волноводы. Конструкция волновода предусматривала возможность прижима ПАЭ с силой 3-20 Н. В общей сложности на каждую балку устанавливалось восемь волноводов с ПАЭ. Установка волноводов осуществлялась с шагом порядка 400 мм.

В ходе проведения измерений с интервалом не менее часа проводится поочередная имитация акустических сигналов при помощи ПАЭ, которая осуществляется путем подачи электрического сигнала на ПАЭ от системы. На основании амплитуд принятых сигналов измеряется коэффициент затухания, а также логарифмический декремент затухания.

Коэффициент затухания определяется в соответствии с (2):

где A_c - коэффициент затухания, А₁ - амплитуда в дБ на ближайшем ПАЭ, А₂ - амплитуда в дБ на удаленном ПАЭ, L - расстояние между ПАЭ.

Логарифмический декремент затухания определяется в соответствии с (3):

где In - натуральный логарифм, λ - логарифмический декремент затухания, α(t) и α(t+Т) - амплитуды двух последовательных колебаний.

Принцип измерения декремента затухания показан Фиг. 31.

Схема измерения декремента затухания показана на Фиг. 32.

3.3 Измерение скорости и коэффициента затухания в процессе твердения железобетонных балок

Измерение скорости распространения акустических волн и коэффициента затухания методом АЭ проводилось в процессе твердения бетона в железобетонных балках. Исследования проводились на двух балках, изготовленных из бетона состава АЭ 2. Балки отличались армированием.

Балка №1 армировалась в нижнем сечении двумя стержнями арматуры А500 диаметром 25 мм (Фиг. 33), балка №2 армировалась в нижнем сечении тремя стержнями арматуры А500 диаметром 25 мм. В верхнем сечении балки армировалась двумя стержнями арматуры А500 диаметром 25 мм. После бетонирования в каждую из балок устанавливалось по 8 волноводов с ПАЭ с шагом 150 мм (Фиг. 34).

Каждые полчаса проводилась процедура автоматического излучения акустических волн, путем поочередной подачи электрического импульса на установленные ПАЭ, со следующими характеристиками:

- количество излучений - 10;

- амплитуда импульса - 10 В;

- частота излучения - 1 Гц.

Измерение скорости распространения акустических волн между соседними преобразователями осуществлялось в соответствии с (4):

где, С - скорость распространения акустических волн; L - расстояние между излучающим и приемным преобразователями АЭ; t_и - время излучения; t_п - время приема.

Результаты измерения скорости распространения акустических волн для двух балок, представлены на Фиг. 35. Зависимости построены за временной интервал 30 часов (к данному моменту значение коэффициента затухания выходит на плато). Для Балки 2, которая имела более густое армирование, значение коэффициента затухания к моменту выхода на плато является меньшим в сравнении с балкой 1, которая имела менее густое армирование. Данный факт объясняется распространением сигналов по арматуре, которая обладает меньшим значением коэффициента затухания.

Между зависимостями (Фиг. 35) наблюдается хорошая повторяемость. Предварительно можно сделать вывод, что армирование не существенно влияет на скорость распространения акустических волн.

Измерение коэффициента затухания осуществлялось в соответствии с (2). Результаты измерения коэффициента затухания для двух балок, представлены на Фиг. 36. Результаты измерения скорости и затухания АЭ волн при твердении второй балки представлены на Фиг. 37.

3.4 Исследование твердения бетона методом АЭ в условиях строительной площадки

Исследование методом АЭ твердения бетона проводилось на фундаментной плите строящегося жилого дома. Заливался плитный фундамент одной из секций строящегося здания, расположенной по адресу: Москва, Мантулинская улица, дом 7.

Фиг. 38 - Проведение натурного эксперимента на строительной площадке Фундаментная плита была высотой 130 см, армировалась арматурой класса А500 диаметром 20 мм. Арматура располагалась в верхней и нижней части плиты. Шаг между стержнями составлял 200 × 150 мм. Величина защитного слоя бетона составляла 35 мм. Применялся бетон класса В25 (Фиг. 38).

При проведении натурного эксперимента на строительной площадке использовалась система A-Line 32D DDM с 4-мя модулями, к которым подключались ПАЭ DI S30-300. ПАЭ устанавливались на волноводы через контактную среду и фиксировались магнитными держателями. Волноводы в свою очередь погружались в исследуемый состав.

3.5 Алгоритм контроля затухания сигналов акустической эмиссии без присутствия оператора в процессе твердения бетонных и железобетонных конструкций Использование системы A-Line 32D позволяет проводить измерение коэффициента затухания, в том числе и дистанционно, без присутствия оператора. Измерение коэффициента затухания при помощи систем семейства A-Line DDM и программное обеспечение A-Line 32D реализуется следующим образом:

- при каждом запуске измерения система осуществляет последовательное излучение сигналов АЭ путем подачи электрического импульса на один ПАЭ (два, либо более других являются приемными). Время перезапуска измерения (а, следовательно, и интервал измерения коэффициента затухания) задаются оператором. Каждый ПАЭ излучает 10 импульсов с целью усреднения результата. Амплитуда электрического импульса, подаваемого на ПАЭ, задается в диапазоне от 10 В до 140 В;

- в зависимости от расстояния L между ПАЭ, а также амплитуд А₁ и А₂ на ближайшем и удаленном приемных ПАЭ в соответствии с формулой (2), производится вычисление коэффициента затухания.

Протоколы подготовки и проведения испытаний

ПРОТОКОЛ №1 ПОДГОТОВКИ И ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

(март-июнь) 2022 г.

1. Основание для проведения работы: договор №32111014068 - 7/2022 от 22.02.2022. Название темы «Разработка методики контроля и прогноза прочности бетона в раннем возрасте методом акустической эмиссии»

2. Наименование испытаний: АЭ мониторинг твердения различных серий бетонной смеси, размещенной в формах из ламинированной фанеры и пластиковых формах.

3. Методы контроля: АЭ мониторинг контроля твердения бетонной смеси по специально-разработанной программе, контроль прочности бетона по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам»

4. Приборы и оборудование: акустико-эмиссионная система A-Line, 8-ми канальный прибор контроля температуры, тензорезистивная система с коммуникацией для измерения температуры CSW-5A-05 (Япония), глубинные волноводы, прижимы магнитные для датчиков АЭ.

ПРОТОКОЛ №2. БЕТОНИРОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ. РАЗМЕЩЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

(март-июнь) 2022 г.

1. Основание для проведения работы: договор №32111014068 - 7/2022 от 22.02.2022. Название темы: «Разработка методики контроля и прогноза прочности бетона в раннем возрасте методом акустической эмиссии».

2. Наименование испытаний: АЭ мониторинг твердения различных серий бетонной смеси, размещенной в формах из ламинированной фанеры и пластиковых формах. Мониторинг твердения бетонной смеси в железобетонных балках, контроль затухания акустической волны в бетонной смеси, исследование частных характеристик преобразователей АЭ, влияние армирование на АЭ.

3. Методы контроля: АЭ мониторинг контроля твердения бетонной смеси по специально-разработанной программе, контроль прочности бетона по ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам», ГОСТ 24316-80 Бетоны. Методы определения тепловыделения при твердении.

4. Приборы и оборудование: акустико-эмиссионная система A-Line, 8-ми канальный прибор контроля температуры, тензорезистивная система с коммуникацией для измерения температуры CSW-5A-05 (Япония), глубинные волноводы, прижимы магнитные для датчиков, АЭ преобразователи DIS 30-300, GT 200.

4 Анализ результатов проведенных экспериментальных исследований

4.1 Результаты испытаний кубиковой прочности бетонов

В таблице 6 приведены результаты испытания кубиковой прочности тяжелых бетонов с химической добавкой (приложение В). Контроль структурообразования осуществляется на бетонных кубах размером не менее 200х200х200мм различных составов. Каждый состав дублируется два-три раза, и для каждого состава проводят контроль непрерывно не менее двадцати восьми суток.

Из таблицы 6 следует, что наименьшую прочность имели составы АЭ 1 (20, 9 МПа), набольшая прочность имели составы АЭ 4 (91.9 МПа). Составы АЭ 3 и АЭ 4 имели прочность в среднем 45 МПа и 61 МПа.

В таблице 7 приведены результаты испытания кубиковой прочности тяжелых бетонов с минеральными добавками. Каждый состав обозначался АЭ 5, АЭ 6, АЭ 7. В том случае, когда выполнилось повторное приготовление бетонной смеси, составы обозначались через дефис цифрой 2 (АЭ 5-2, АЭ 6-2 и т.д).

Из таблицы 7 следует, что наименьшую прочность имели составы АЭ 5 (27.5 МПа), набольшая прочность имели составы АЭ 7 (58.5 МПа). Состав АЭ 6 имел прочность 40 МПа.

В таблице 8 приведены результаты испытания кубиковой прочности мелкозернистых бетонов с химическими добавками. Каждый состав обозначался АЭ 9, АЭ 10, АЭ 11. В том случае, когда выполнилось повторное приготовление бетонной смеси, составы обозначались через дефис цифрой 2. (АЭ 9-2, АЭ 10-2 и т.д).

Из таблицы 8 следует, что наименьшую прочность имели составы АЭ 9 (8.7 МПа), набольшая прочность имели составы АЭ 11 (68.3 МПа). Состав АЭ 10 имел прочность 47.4 МПа.

В таблице 9 приведены результаты испытания кубиковой прочности цементных бетонов с химическими добавками. Каждый состав обозначался АЭ 12, АЭ 13, АЭ 14, АЭ 15, АЭ 16.

Из таблицы 9 следует, что наименьшую прочность имели составы АЭ 14 (31 МПа), набольшая прочность имели составы АЭ 16 (46.1 МПа). Составы АЭ 12, АЭ 13, АЭ 15 имели прочность 39 МПа, 32,5 МПа, 38,7 МПа соответственно.

4.2 Акустико-эмиссионный мониторинг твердения бетонных смесей

4.2.1 Результаты АЭ мониторинга тяжелых бетонов с химической добавкой

Результаты АЭ мониторинга твердения тяжелых бетонов с химическими добавками представлены на Фиг. 39-43.

4.2.2 Результаты АЭ мониторинга твердения тяжелых бетонов с минеральными добавками

Результаты АЭ мониторинга твердения тяжелых бетонов с минеральными добавками представлены на Фиг. 44-46.

4.2.3 Результаты АЭ мониторинга твердения мелкозернистых бетонов с химическими добавками

Результаты АЭ мониторинга твердения мелкозернистых бетонов с химическими добавками представлены на Фиг. 47-50.

Из Фиг. 50 прослеживается прямая зависимость прочности образцов и суммарного счета импульсов АЭ. Самыми прочными на сжатие мелкозернистыми бетонами с химическими добавками являлись образцы состава АЭ 11 со средней прочностью 63,2 МПа и суммарным счетом импульсов АЭ к 3 суткам твердения 1829 импульсов. Наименее прочными являлись образцы состава АЭ 9, для которых характерна средняя прочность в 8,7 МПа и суммарный счет АЭ составлял 154 импульса. Для образцов состава АЭ 10 средняя прочность на сжатие составляла 47,4 МПа и суммарный счет импульса - 1604 импульса.

4.2.4. Результаты АЭ мониторинга твердения цементных бетонов с минеральными добавками

Результаты АЭ мониторинга твердения цементных бетонов с представлены на Фиг. 51-53.

Самыми прочными на сжатие цементными бетонами с химическими добавками являлись образцы состава АЭ 16 со средней прочностью 46,1 МПа и суммарным счетом импульсов АЭ к 3 суткам твердения 490370 импульсов. Наименее прочными являлись образцы состава АЭ 14, для которых характерна средняя прочность в 31 МПа и суммарный счет АЭ составлял 1661 импульс.

4.3 Процедура количественной оценки эффективности состава бетона и добавок на основе акустико-эмиссионного мониторинга

По изменению АЭ параметров с течением времени можно выделить три временных интервала, характеризующихся различной степенью интенсивности АЭ, что отражается как в количестве регистрируемых импульсов (Фиг. 56а), так и в значении их энергетических параметров (Фиг. 56б). Каждый из трех временных интервалов соответствует различным периодам структурообразования бетона:

I - период растворения (начальный и индукционный периоды);

II - ускоренный (период схватывания);

III - период кристаллизации (твердения).

По изменению АЭ параметров с течением времени можно выделить три временных интервала, характеризующихся различной степенью интенсивности АЭ, что отражается как в количестве регистрируемых импульсов, так и в значении их энергетических параметров.

В качестве параметров, коррелирующих с прочностью бетона в возрасте 28 суток, анализировались численные значения АЭ параметров в пределах различных стадий и параметры их распределений:

∑E_t - суммарная энергия в течение периода I;

∑E_III - суммарная энергия в течение периода III;

E_cp(I) - средняя энергия в течение периода I;

Е_ср(III) - средняя энергия в течение периода III;

q1_E - первый квартиль выборки энергий;

q3_E - третий квартиль выборки энергий;

S_E - дисперсия выборки энергия;

∑A_I - суммарная амплитуда в течение периода I;

∑A_III - суммарная амплитуда в течение периода III;

A_cp(I) - средняя амплитуда в течение периода I;

A_cp(III) - средняя амплитуда в течение периода III;

q1_A - первый квартиль выборки амплитуд;

q3_A - третий квартиль выборки амплитуд;

S_A - дисперсия выборки амплитуд.

Наиболее информативными параметрами являются:

Δt - длительность второго периода;

tg(α_I) - тангенс угла наклона зависимости число импульсов АЭ от времени для первого периода;

tg(α_III) - тангенс угла наклона зависимости число импульсов АЭ от времени для первого периода.

Было установлено, что каждый из трех временных интервалов соответствует различным периодам структурообразования бетона. В таблице 10 приводится классификация гидратации вяжущих веществ и периоды структурообразования по АЭ данным.

Методология акустико-эмиссионного мониторинга реализует результаты исследований по определению эффективности влияния добавок на твердение цементов. Процедура количественной оценки эффективности и их совместимости с цементами применительно к различным технологиям бетона основана на системе схем (таблица 10).

Система включает три основные - ускорение, замедление и нейтральное действие, а также несколько комбинированные схемы.

С помощью акустико-эмиссионного мониторинга оценивается влияние добавок по показателям интенсивности и длительности периодов начальной гидратации.

Акустико-эмиссионный мониторинг позволяет:

- выделять характерные периоды гидратации;

- определять кинетические параметры гидратации, в т.ч. энергию активации, константы скорости и пр.;

- определять кинетические параметры гидратации;

- оценивать влияние добавок на свойства бетонов;

- контролировать нарастание прочности бетонов при АЭ контроле незатвердевших бетонных смесей;

- прогнозировать прочность бетонов в ранние сроки твердения.

В отличие от температурно-временного мониторинга твердения бетонных смесей в изотермически условиях, акустико-эмиссионный мониторинг обладает рядом преимуществ:

- исследования проводятся на рабочих бетонных смесях;

- в изотермической калориметрии нельзя исследовать влияние размеров заполнителя, пористости ряд других параметров. Оптимальный размер фракции песка и щебня до 0.15 мм, рабочие материалы помещают в стеклянные ампулы емкостью 20 мм;

- в условиях строительной площадки применение изотермической калориметрии невозможно. АЭ мониторинга бетонных смесей имеет большую область применения. АЭ метод позволяет контролировать массивные и густоармированные конструкции.

Три периода структурообразования можно наблюдать в течение первых двух суток после бетонирования, а для составов, наиболее часто используемых при строительстве (проектный класс бетона В25 и выше), в течение не более чем первых полутора суток. В связи с чем данные интервалы могут быть использованы для разработки методики по прогнозированию прочности бетона к сроку 28 суток. Описанные выше особенности АЭ данных для каждого из периодов могут быть использованы для построения прогностической модели. В таблице 11 приведены основные причины и источники АЭ излучения на каждом этапе структурообразования.

4.4 Акустико-эмиссионный мониторинг набора прочности бетона в процессе твердения

Помимо прогнозирования прочности бетона, метод АЭ, может быть также использован для мониторинга процесса набора прочности бетона в условиях строительных площадок в режиме реального времени. При этом преобразователь устанавливается на объекте непрерывно в течение всего процесса сбора данных. В ходе проведенных работ было установлено, что метод АЭ позволяет в режиме реального времени наблюдать процесс набора прочности бетона, что достигается благодаря высокой чувствительности присущей методу. В качестве примера на Фиг. 57 представлена зависимость суммарной энергии импульсов АЭ, числа импульсов АЭ и прочности от времени для бетонного куба №7 (Состав АЭ4), за временной интервал 22 суток. Прочность бетона измерялась путем сжатия под прессом контрольных образцов на 1, 2, 9, 14 и 28 сутки. Промежуточные значения получались путем аппроксимации имеющейся кривой. Суммарная энергия импульсов АЭ была выбрана в качестве наиболее информативного параметра в ходе предварительно проведенного анализа.

Зависимости суммарной энергии импульсов АЭ, числа импульсов АЭ, отражающие процесс накопления импульсов АЭ, а также их энергетический вклад и прочности от времени имеют схожий внешний вид, что связано с тем, что метод АЭ регистрирует активность, которая непосредственно связана с физическими процессами, протекающими при структурообразовании и твердении бетона и, как следствие, отвечающими за увеличение его прочности. В качестве примера на Фиг. 58 представлена зависимости суммарной энергии и числа импульсов АЭ, зарегистрированные к определенному сроку и текущей прочностью бетона.

Начиная с третьих суток, представленные зависимости имеют однозначную взаимосвязь. Коэффициент корреляции для зависимости суммарной энергии АЭ от прочности составляет 0.94, а для зависимости числа импульсов АЭ от прочности - 0.95.

Аналогичные зависимости могут быть построены и для тяжелых бетонов с минеральными добавками (Фиг. 59), а также мелкозернистых бетонов (Фиг. 60).

Коэффициент корреляции для зависимости суммарной энергии АЭ от прочности составляет 0.94, а для зависимости числа импульсов АЭ от прочности - 0.97.

Коэффициент корреляции для зависимости суммарной энергии АЭ от прочности составляет 0.93, а для зависимости числа импульсов АЭ от прочности - 0.96.

Подобного рода зависимости, могут быть использованы в качестве градуировочных в процессе мониторинга бетонных и ЖБ конструкций с целью определения прочности бетона.

Среди всех исследованных параметров, наилучшая корреляция и наименьшая погрешность с прочностью бетона в возрасте 28 суток наблюдается для таких параметров, как длительность второго периода (Δt), тангенс угла наклона зависимости числа импульсов АЭ для третьего периода (tg(NIII)) и тангенс угла наклона зависимости кумулятивной энергии импульсов АЭ для третьего периода (tg(EIII)). Алгоритм определения данных параметров представлен в Приложении Г. Зависимости данных параметров для тяжелых бетонов, тяжелых бетонов с минеральными добавками и мелкозернистых бетонов, представлены на Фиг. 61.

Как можно заметить, наблюдается хорошая корреляция между прочностными характеристиками и информативными параметрами АЭ данных. Из общего распределения представленных данных выделяется куб АЭ4 (тяжелый бетон), что скорее всего связано с тем, что диапазон прочностей и марок бетона, включенных в единую регрессионную модель должен быть ограничен. В случае исключения выбивающегося значения, коэффициент корреляции не опускается ниже 0.86, 0.84 и 0.81 для зависимостей (Δt), (tg(NIII)) и (tg(NIII)), от прочности бетона в возрасте 28 суток, соответственно. Данные параметры могут быть использованы для построения множественной регрессионной модели.

4.5 Акустико-эмиссионные измерения в процессе твердения железобетонных балок

Измерения АЭ данных для железобетонных балок проводились с целью оценки влияния армирования на результаты регистрации АЭ данных, а также оценки частотного диапазона и типа используемого ПАЭ. В общей сложности было использовано два типа ПАЭ: DIS30-300 (низкочастотный) и GT200 (средне частотный).

На Фиг. 62 для сравнения представлены зависимости числа импульсов АЭ для двух типов преобразователей, установленные в пределах ЖБ балки 2.

Для представленных зависимостей наблюдается общая тенденция изменения представленных параметров с течением времени. На начальном этапе происходит рост АЭ активности с последующим ее уменьшением практически до нулевого значения. В этот же момент наблюдается непродолжительный интервал времени, когда температура является практически постоянной, после чего начинается ее повышение. Измерение коэффициента затухания и скорости на начальном этапе является невозможным в связи с высоким значением коэффициента затухания и тем фактом, что излучаемый сигнал затухает, прежде чем пройдет расстояние между ПАЭ. Для амплитуды импульсов АЭ, также наблюдается плавное снижение численных значений.

В момент, когда происходит первое скачкообразное увеличение скорости распространения акустических волн, АЭ данные характеризуются периодом затишья. Значения коэффициента затухания являются практически неизменными в пределах данного этапа. Данный этап может быть характеризован, как начало схватывания.

В момент, когда по данным АЭ начинается повторный рост активности АЭ (также происходит повторный рост амплитуд импульсов АЭ), температура достигает своего максимума. В то же время начинается резкое снижения коэффициента затухания и выход на плато скорости, которому предшествует скачкообразное изменение. Совокупный анализ данных факторов позволяет говорить о завершении периода схватывания.

Как можно заметить, для преобразователя DIS3 0-300 количество импульсов АЭ за аналогичный период превышает аналогичный показатель для GT200 более чем в 2 раза, что связано с тем, что коэффициент затухания на высоких частотах является более высоким, чем на низких. Как следствие, зона контроля для преобразователя DIS30-300 больше, чем для GT200, что обеспечивает более интегральную оценку результатов контроля.

Также на Фиг. 62, в качестве сравнения представлены аналогичные зависимости для железобетонной балки (а) - 1) и бетонного куба (а) - 2) из аналогичного состава, забетонированных в один и тот же день и твердеющих в одинаковых условиях. Характер изменения данных зависимостей подчиняется закономерностям, описанным выше.

В таблице 12 представлены статистические характеристики амплитуд импульсов АЭ за временной интервал 3 суток. В качестве статистических характеристик использовались: среднее (m), квантиль уровня 0.25 (q_0.25) и 0.75 (q_0.75).

Численные значения статистических характеристик амплитуд импульсов АЭ, регистрируемых для преобразователей DIS30-300 и GT200 в пределах железобетонной балки, а также для преобразователей DIS30-300, установленных на кубах, являются схожими, несмотря на существенное отличие в числе регистрируемых импульсов АЭ.

4.6 Выбор преобразователей АЭ

В целом должен действовать общий базовый принцип, согласно которому, чем выше частота используемого преобразователя, тем меньше затухание акустических сигналов и тем на большее расстояние они могут распространяться. Так, в экспериментах для балок использовались два типа преобразователей: ДИСЗО-300 (низкочастотные) и GT200 (условно высокочастотные). Судя по данным, для преобразователей GT200 в сравнении с ДИС30-300 было зарегистрировано значительно меньше сигналов АЭ, а их средние значения амплитуд меньше, чем для ДИС30-300. Это связано с затуханием, которое для бетона в процессе твердения является аномально высоким в начальные периоды твердения.

Численные значения статистических характеристик амплитуд импульсов АЭ, регистрируемых для преобразователей DIS30-300 и GT200 в пределах железобетонной балки, а также для преобразователей DIS30-300, установленных на кубах, являются схожими, несмотря на существенное отличие в числе регистрируемых импульсов АЭ.

Однако, число регистрируемых АЭ импульсов, может являть критичным параметром в случае расчета информативных параметров на основании АЭ данных. В связи с чем рекомендуется использовать преобразователи DIS30-300, являющиеся более низкочастотными в сравнении с GT200. Для выбранного типа преобразователей может быть проведена дополнительная фильтрация внутри частотного диапазона, с целью фильтрации шумов, возникающих при твердении бетона в условиях реальных строительных площадок.

4.7 Выводы к разделу 4

В процессе выполнения работы разработана процедура оценки влияния добавок в бетоне на процессы гидратации на основе акустико-эмиссионного мониторинга. В отличие от изотермической калориметрии акустико-эмиссионный мониторинг обладает большей информативностью.

Установлено влияние армирования, размеров конструкции на результаты акустико-эмиссионного мониторинга твердения бетонных смесей. Определены оптимальные частотные характеристики преобразователей акустической эмиссии.

Результаты исследований позволяют внедрить в практику строительства новый метод неразрушающего контроля. Акустико-эмиссионный метод контроля бетона в раннем возрасте позволит определять распалубочную прочность, осуществлять прогноз прочности бетонов, контролировать прочность бетона в процессе твердения. Акустико-эмиссионный метод контроля позволит оперативно определять физико-механические свойства бетонов, вносить коррективы при бетонировании конструкций и тем самым обеспечить надежность конструкций и безопасность зданий и сооружений.

Осуществление изобретения;

5. Определения прочности бетонной смеси и бетонов в раннем возрасте и в процессе его твердения методом акустической эмиссии

5.1 Автоматизированный алгоритм прогнозирования прочности бетона

В качестве АЭ параметров используются параметры Δt и tg(α_III). Поскольку прогноз прочности бетона должен осуществляться в режиме реального времени, то необходима его полная автоматизация в составе АЭ системы. Реализация алгоритма предусматривает 3 последовательных этапа для предварительной фильтрации данных.

На первом этапе проводится выделение стадийности структурообразования бетона (Фиг. 64).

Для выделения временных границ стадийности структурообразования бетона необходимо выделить время начала и конца второго периода. С этой целью на первом этапе проводится грубое выделение временных границ, в пределах которых находится второй период. Для этого в режиме реального времени во временных окнах, длительность которых зависит от проектного класса бетона, вычисляется активность АЭ. Далее, путем последовательного сравнения величины активности, как минимум для 3 временных окон, определяются два временных параметра: момент перехода от возрастания АЭ активности к спаду (Фиг. 64б), точка 1) и момент увеличения активности после акустического затишья (Фиг. 64б), точка 2).

Далее для выделенного временного участка проводится уточнение временных границ, соответствующих времени начала и конца второго периода. Для уточнения времени начала и конца второго периода в автоматизированном режиме используется информационный критерий Акаике, позволяющий определять момент разладки авто регрессионной модели процесса. Данный критерий нашел широкое применение при обработке АЭ данных [154] и, как правило, реализуется с использованием формулы Маеда (5).

где AIC - значение коэффициента критерия Акаике; N_∑ - зависимость числа импульсов АЭ от времени; N - длительность интервала наблюдения; k - номер отсчета.

В качестве критерия детектирования используется изменение знака производной функции Акаике, который соответствует разладке процесса, а в качестве времени выбирается момент, когда критерий достигает минимума (Фиг. 64в). В рамках данного алгоритма критерий Акаике применяется дважды - для определения начала и конца второй стадии.

На втором этапе определяются параметры Δt и tg(α_III). Параметр Δt определяется как разность между полученными значениями начала и конца второго периода. Параметр tg(α_III) определяется методом наименьших квадратов во временном окне, начало которого совпадает с началом третьей стадии, а длительность составляет 4 часа.

На третьем этапе, на основании оцененных параметров Δt и tg{α_III), осуществляется прогнозирование прочности бетона, в соответствии с прогностическими моделями.

Поскольку метод оценки прочности бетона методом АЭ является косвенным, его погрешность складывается из погрешности модели, погрешности определения параметров Δt и tg{α_III), и может быть определена в соответствии с формулой (6).

где ΔR_m - абсолютная погрешность прогностической модели, ΔR_A - абсолютная погрешность автоматизированного алгоритма, δR₂₈ - суммарная относительная погрешность прогнозирования прочности бетона; δ_m - относительная погрешность прогностической модели; δα - относительная погрешность автоматизированного алгоритма.

Относительная погрешность прогностической модели известна, поскольку оценивается еще на этапе ее составления. Для учета погрешности автоматизированного алгоритма, которая состоит из погрешности определения параметров Δt и tg(α_III), необходимо воспользоваться методом оценки погрешности косвенных измерений.

Итоговая модель состоит из двух независимых параметров и может быть описана функциональной зависимостью вида:

Абсолютная погрешность определения длительности второго периода определяется как:

где Δt_m - длительность второго периода, определенная с помощью экспертной оценки; Δt_AIC - длительность второго периода по критерию Акаике.

Погрешность определения tg(α_III), связана с прочностью линеаризации зависимости числа импульсов АЭ от времени для третьего периода. Данная погрешность может быть определена в соответствии с [98], как стандартная ошибка коэффициента линейного уравнения по формуле (9).

где Δ_tg(αIII) - абсолютная погрешность определения tg(α_III); s² - остаточная дисперсия отклонения от линейного закона; n - количество наблюдений; - среднее, tg(α_III)_i - фактическое значение

Абсолютная погрешность величины R₂₈ может быть выражена при помощи формулы (7), через частные производные погрешностей каждой составляющей.

На основании абсолютной погрешности может быть вычислено значение относительной погрешности:

Относительная погрешность применения автоматизированного алгоритма при прогнозировании прочности не превышает 4,0% для бетонных кубов и 5,1% для железобетонных балок.

Краткое описание чертежей (если они содержатся в заявке);

Фиг. 1 - Калориметрический метод. Температурно-временной мониторинг влияния добавок [1] На Фиг. 1 показаны кривые, по которым оценивают влияние 4-х различных добавок для бетонов

Фиг. 2 - Изменение скорости для восьми составов раствора [2] На Фиг. 2 показано временя схватывания раствора по результатам испытания иглой, и кривые скорости для восьми составов раствора (продольных, сдвиговые волны и ультразвуковые волны от пьезоэлектрических преобразователей). Точки на графике - начальное и окончательное время схватывания раствора

Фиг. 3 - Зависимость скорости УЗ от времени твердения [4] в процессе формирования микроструктуры образцов бетонной смеси с добавками или для армированных образцов четко выделяются четыре стадии: стадия предварительного покоя, стадия покоя, стадия ускорения и стадия замедления, в то время, как только последние три стадии происходят для образцов без наполнителей и армирования

Фиг. 4 - Зависимость скорости волны от времени твердения бетона и прочности [5] существует четкая корреляция между скоростью поперечной волны и твердостью бетонных смесей раннего возраста на протяжении всего процесса структурирования

Фиг. 5 - Зависимость скорости УЗ от времени твердения [6] две характерные точки на кривой изменения скорости от времени могут быть использованы для разделения процесса эволюции скорости или процесса гидратации бетона на три стадии

Фиг. 6 - Зависимость активности АЭ и прочности от времени твердения бетона в естественных условиях [7]. По результатам проводимых работ авторами было проведено общее описание зарегистрированных АЭ данных

Фиг. 7 - Зависимость суммарного счета импульсов АЭ и температуры от времени твердения для различных образцов [11]. На основании полученных данных авторами было выделено 3 стадии

Фиг. 8 - Зависимость активности АЭ, усадки и деформации от времени твердения образца с В/Ц 0,3 [13]. Повторное возрастание АЭ активности, начало которого, как было выявлено, совпадает с окончанием схватывания цемента

Фиг. 9 - Зависимость активности АЭ от времени твердения различных образцов в деревянных и металлических опалубках [15]

Фиг. 10 - Зависимость параметров RA и AF АЭ от времени твердения в первые 24 часа для образцов с различным В/Ц [19] Сравнение данных УЗ и АЭ контроля на 28 сутки твердения показали, что скорость УЗ импульса изменяется на 12%, а прочность бетона изменяется на 28% в образцах с В/Ц=0,35 и В/Ц=0,65. Значение RA и AF показывают более высокие значения при изменении В/Ц, соответственно 82%) и 45%.

Фиг. 11 - Численные сигналы АЭ трех датчиков после возбуждения пузырьков внутри формы [21]. Численное моделирование показывает, что большая часть акустической энергии распространяется через стенку контейнера, действуя, таким образом, как 'волновод'

Фиг. 12 - Зависимость энергии АЭ в образцах в первые 68 часов твердения [22]. Датчики акустической эмиссии были закреплены на волноводе, который был погружен в свежую смесь. В качестве информативных параметров использовались длительность, амплитуда и энергия А (Фиг. 12). На основании экспериментов были сформулированы выводы.

Фиг. 13 - Количество повреждения I-III классов, полученных в одном из исследуемых образцов [25]. При твердении бетона образуются повреждения, которые классифицируются как: -повреждения I класса (начальные дефекты) структуры бетона; - повреждения II класса (развитие внутренних микротрещин); - повреждения III класс (поверхностные микротрещины).

Фиг. 14 - Экспериментальные результаты зависимости скоростей волн от времени схватывания бетонной смеси [27]. Приведены исследования, подтверждающие принцип использования датчика для неразрушающего контроля и отслеживания прочности в гидратирующем бетоне. Метод неразрушающей оценки основан на распространении сильно нелинейных уединенных волн.

Фиг. 15 - Влияние возраста и влажности бетона на скорость, коэффициент затухания и прочность бетона [147].

Фиг. 16 - Изменение относительной прочности бетона во времени [28].

Представлена базовая функция для описания изменения прочности бетона во времени:

которой в результате обработки большого массива экспериментальных данных уточнен показатель степени и дополнительно введено слагаемое, позволяющее учитывать реальное нарастание прочности с некоторого момента времени to, причем это значение в отличие от ранее известных формул может составлять нескольких.

Фиг. 17 - Зависимость изменения разности потенциалов от времени твердения трех различных цементов [29]. В качестве информативного параметр использовалась зависимость отношения разности потенциалов между двумя электродами, помещенными в емкость с растворами электролита различной концентрации и разделенными мембраной из твердеющего вяжущего.

Фиг 18 - Зоны, характеризующие возникновение различных новообразований и видов структур в бетоне при его пропарке [30]. На основании экспериментальных данных были выделены 6 характерных зон, которые характеризующих возникновение различных новообразований и видов структур в бетоне при его пропарке: - зона I - развитие дисперсной системы преимущественно из новообразований в виде зародышей с положительным зарядом поверхности (гидроалюминатных, гидросульфоалюминатных, портландитовых); - зона II - формирование первичной коагуляционной структуры преимущественно из новообразований с положительным зарядом поверхности и возникновение гидросиликатных новообразований в виде зародышей с отрицательным зарядом поверхности; - зона III - разрушение эттрингита и переход его в моносульфоалюминат; - зона IV - формирование гидросиликатного геля; - зона V - формирование объемно-кристаллического с положительным зарядом поверхности; - зона VI - уплотнение и упрочение кристаллического каркаса за счет низкоосновных кристаллических гидросиликатов.

Фиг. 19 - График изменения резонансной частоты f_p и фазовой скорости v_ф при твердении [32]. Кривые изменения f_p и v_ф, имеют одинаковый характер в индукционном периоде, таким образом, измеренная информация является объективной, так как один измеренный параметр дублирует другой.

Фиг. 20 - зависимость акустических характеристик от напряжений V на излучателе [36]. По полученным данным строят зависимость, отражающую изменение амплитуды на приемнике колебаний во времени. Эта зависимость позволяет судить о наборе смесью структурной прочности.

Фиг. 21 - Зависимости электрических характеристик концентрационной цепи от времени схватывания бетона: 1) ЭДС (цементное тесто); 2) ЭДС (бетонная смесь); 3) электропроводность (бетонная смесь) [37].

Фиг. 22 - Корреляция между электрическим сопротивлением бетонной смеси через 2 часа и прочностью бетона на 28-е сутки [38]. Осуществляют контроль раннего твердения образцов бетонной смеси заданного класса бетона и оценивают конечную фактическую механическую прочность после заливки и прочностью бетона на 28-е сутки бетона на сжатие.

Фиг. 23 - График зависимости сопротивления пенетрации от времени для бетонной смеси мелкозернистого бетона [65].

Фиг. 24 - АЭ система А-Line DDM-1. Для проведения АЭ измерений по регистрации сигналов АЭ в процессе твердения бетонных составов использовалась АЭ система A-Line DDM-1 (Фиг. 24), производства компании ООО «ИНТЕРЮНИС-ИТ».

Фиг. 25 - Измерительная АЭ аппаратура. Показана аналоговая часть базовой комплектации аппаратуры. Следом за ней обычно идет цифровой процессор для обработки сигналов. S - преобразовательАЭ; Ра - предварительный усилитель; Ма - основной усилитель; Bf - полосовой фильтр.

Фиг. 26 - Объемная модель волновода. С целью создания акустического контакта между ПАЭ и свежеприготовленной бетонной смесью использовался волновод.

Фиг. 27 - Проведение эксперимента по мониторингу твердения бетонов методом АЭ в лабораторных условиях. На переднем плане АЭ система, регистратор температуры ТС-32К, кубы. АЭ мониторинг проводился непрерывно в течение нескольких суток в режиме ON-Line

Фиг. 28 - Регистрация АЭ волн. Формирование структуры бетона сопровождаются излучению упругих волн. Эти волны, возникающие при структурообразовании, зарождении трещин, называют АЭ волнами, они распространяются в материале и регистрируются преобразователем АЭ. S - регистрация АЭ волн преобразователем АЭ; Ра - распространение АЭ волн; С - зарождение трещины; Ps - распространение акустических волн в воздушной среде.

Фиг. 29 - Методы регистрации сигнала АЭ. В случае использования многоканального прибора, регистрация АЭ ведется каждым преобразователем независимо. Некоторые преобразователи могут не регистрировать сигналы АЭ вследствие затухания или других особенностей пути распространения сигнала. А - волновая форма; Tb - порог; Rc - число выбросов (суммарный счет АЭ); Ec - число событий; Dt - мертвое время: а) выбросов сигнала АЭ; б) регистрация событий или импульсов АЭ на основе переднего фронта; в) регистрация событий или импульсов АЭ на основе огибающей.

Фиг. 30 - Параметры сигнала АЭ. Показаны параметры сигнала (время прихода, длительность сигнала АЭ, амплитуда сигнала АЭ, пороговый уровень) и обозначены его основные параметры, которые должны быть зарегистрированы АЭ системой. П-пороговый уровень; В - вступление Р волны; ВП - время прихода; ВН - время нарастания сигнала АЭ; Д - длительность сигнала АЭ; А - амплитуда сигнала АЭ.

Фиг. 31 - Принцип измерения коэффициента затухания где ПАЭ -излучающий преобразователь, ПАЭ1 и ПАЭ2 -принимающие преобразователи.

Фиг. 32 - Схема измерения декремента затухания.

Фиг. 33 - Бетонирование балки №1. Балка №1 армировалась в нижнем сечении двумя стержнями арматуры А500 диаметром 25 мм (Фиг. 33), балка №2 армировалась в нижнем сечении тремя стержнями арматуры А500 диаметром 25 мм. В верхнем сечении балки армировалась двумя стержнями арматуры А500 диаметром 25 мм. После бетонирования в каждую балок устанавливалось по 8 волноводов с ПАЭ с шагом 150 мм.

Фиг. 34 - Размещение датчиков в Балке №2: а) экспериментально; б) схематично.

Фиг. 35 - Результаты измерения скорости распространения акустических волн.

Фиг. 36 - Результаты измерения коэффициента затухания акустических волн в железобетонных балках при твердении бетона.

Фиг. 37 - Результаты измерения скорости и затухания АЭ волн при твердении балки №2.

Фиг. 38 - Проведение натурного эксперимента на строительной площадке. Фундаментная плита была высотой 130 см, армировалась арматурой класса А500 диаметром 20 мм. Арматура располагалась в верхней и нижней части плиты. Шаг между стержнями составлял 200 × 150 мм. Величина защитного слоя бетона составляла 35 мм. Применялся бетон класса В25.

Фиг. 39 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 1 (а) и состава АЭ 1-2 (б).

Фиг. 40 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 2 (а) и состава АЭ 2-2 (б).

Фиг. 41 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 3 (а) и состава АЭ 3-2 (б).

Фиг. 42 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 4 (а) и состава АЭ 4-2 (б).

Фиг. 43 - Зависимость суммарного счета импульсов от времени образцов их тяжелого бетона составов АЭ1, АЭ2, АЭ3, АЭ4.

Фиг. 44 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 5 (а) и состава АЭ 5-2 (б).

Фиг. 45 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 6 (а) и состава АЭ 6-2(6).

Фиг. 46 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 7 (а) и состава АЭ 7-2 (б).

Фиг. 47 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 9.

Фиг.48 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава а) АЭ 10; б) АЭ 10-2.

Фиг. 49 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава а) АЭ 11; б) АЭ 11-2.

Фиг. 50 - Зависимость суммарного счета импульсов от времени образцов из мелкозернистого бетона составов АЭ9, АЭ10, АЭ11.

Фиг. 51 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 12.

Фиг. 52 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 13.

Фиг. 53 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 14.

Фиг. 54 - Зависимость числа импульсов АЭ, амплитуды, суммарной амплитуды и температуры от времени для состава АЭ 15.

Фиг. 55 - Зависимость суммарного числа импульсов АЭ от времени для составов АЭ 12, АЭ 13, АЭ 14.

Фиг. 56 - Зависимости: а) число импульсов АЭ - время; б) амплитуда АЭ - время. По изменению АЭ параметров с течением времени можно выделить три временных интервала, характеризующихся различной степенью интенсивности АЭ, что отражается как в количестве регистрируемых импульсов (Фиг. 56а), так и в значении их энергетических параметров (Фиг. 56б). Каждый из трех временных интервалов соответствует различным периодам структурообразования бетона: I - период растворения (начальный и индукционный периоды); II - ускоренный (период схватывания); III - период кристаллизации (твердения).

Фиг. 57 - Зависимость суммарной энергии АЭ, числа импульсов АЭ и прочности от времени.

Фиг. 58 - Зависимость (а) суммарной энергии АЭ от прочности и (б) числа импульсов АЭ от прочности.

Фиг. 59 - Зависимости: (а) суммарной энергии АЭ, числа импульсов АЭ и прочности от времени, (б) суммарной энергии АЭ от прочности и (в) числа импульсов АЭ от прочности (тяжелый бетон с минеральными добавками, состав АЭ6).

Фиг. 60 - Зависимость (а) суммарной энергии АЭ, числа импульсов АЭ и прочности от времени, (б) суммарной энергии АЭ от прочности и (в) числа импульсов АЭ от прочности (мелкозернистый бетон, состав АЭ10).

Фиг. 61 - Зависимость (а) длительности второго периода от прочности бетона в возрасте 28 суток, (б) тангенса угла наклона зависимости числа импульсов АЭ от времени для третьего периода, (в) тангенса угла наклона зависимости кумулятивной энергии импульсов АЭ от времени для третьего периода для тяжелого бетона (верхний ряд), тяжелого бетона с минеральными добавками (средний ряд), мелкозернистого бетона (нижний ряд).

Фиг. 62 - Зависимости числа импульсов АЭ, амплитуд, скорости, коэффициента затухания и температуры для балки №2. Для сравнения представлены зависимости числа импульсов АЭ для двух типов преобразователей, установленные в пределах ЖБ балки 2.

Фиг. 63 - АЧХ преобразователя.

Фиг. 64 - N_∑ - зависимость числа импульсов АЭ от времени; AIC1 -критерий Акаике начало второго периода; AIC2 - критерий Акаике конец второго периода

а) расчет АЭ активности во временных окнах; б) предварительное выделение интервалов; в) уточнение времени начала и конца второго периода. Автоматизированный алгоритм выделения стадийности

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. А.В. Ушеров-Маршак, А.В. Кабусь, И.А. Михеев. Температурно-временной мониторинг твердения цементных систем. - X: ХНУСА, 2013-71 с.

2. J. Zhu Monitoring early age micro structure development of cement paste using bender elements // The International Society for Optical Engineering. 2010. P. 9.

3. J. Zhu, K. Rutgers, D. Han, Yi-Te Tsai. Effects of air voids on ultrasonic wave propagation in early age cement pastes // Cement and Concrete Research №41. 2011. pp. 872-881.

4. Yu. Zhang, W. She, W. Zhang, W. Zhu. Ultrasound monitoring of setting and hardening process of ultra-high performance cementitious materials // Article in NDT & E International (47). 2012. pp. 177-184.

5. Sh. Liu, J. Zhu, S. Seraj, R. Cano. Monitoring setting and hardening process of mortar and concrete using ultrasonic shear waves // Construction and Building Materials (72). 2014. pp. 248-255.

6. Youyuan Lu, Hongyan Ma, Zongjin Li. Ultrasonic monitoring of the early age hydration of mineral admixtures incorporated concrete using cement-based piezoelectric composite sensors // Article in Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2015. pp. 280-291.

7. Г.Б. Муравин, Г.С. Павловская, А.Ф. Щуров. Исследование акустической эмиссии твердеющего бетона // Дефектоскопия. 1984. №10. С. 77-81.

8. Г.Б. Муравин, Ю.С. Снежницкий, Г.С. Павловская. Исследование процесса твердения бетона при низких температурах методом акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1989. №10. С. 9-15.

9. Г.Б. Муравин, Е.Н. Щербаков, Ю.С. Снежницкий, Ю.М. Палей. Исследование структурно-механических характеристик и формирование структуры бетона методом акустической эмиссии // Дефектоскопия. 1990. №6 С. 29-36.

10. Сагайдак А.И. Использование метода акустической эмиссии для контроля прочности бетона - Бетон и железобетон №4. 2000 г. С 24-25.

11. Chotard Т. J., Barthelemy J., Smith A., Gimet-Breart N, Huger M., Fargeot D., Gault C. Acoustic emission monitoring of calcium aluminate cement setting at the early age // Journal of Material science letters. 2001, pp. 667-669.

12. Van Den Abeele, K., G. De Schutter, M. Wevers. Non destructive online evalution of concrete hardening using acoustic emission and harmonic wave spectroscopy // ECNDT. 2006. 9 p.

13. Lura P., Couch J., Mejlhede Jensen O., Weiss J. Early-age acoustic emission measurements in hydrating cement paste: Evidence for cavitation during solidification due to self-desiccation // Cement and Concrete Research. №39. - 2009. pp. 861-867.

14. Pazdera L., Topolar L., Bilek V., Smutny J., Korenska M. Is it possible to applied acoustic emission method during concrete hardening // EWGAE 2010. Vienna. 20106р.

15. Pazdera L., Topolar L., Smutny J. Application of acoustic emission method during setting and hardening concrete in timber and metal mould // DEFECTOSOPIE. Czech Republic. 2012. pp. 189-194.

16. Pazdera L., Topolar L., Bilek V., Smutny J., Korenska M. Advanced Analysis of Acoustic Emission Parameters during the Concrete Hardening for Long Time // 11th European Conference on Non-Destructive Testing. Prague. 2014. 8 p.

17. Lei Qin, Hong-Wei Ren, Bi-Qin Dong. Acoustic emission behavior of early age concrete monitored by embedded sensors // Materials. 2014. pp. 6908-6918.

18. Iliopoulos S.N., Khattabi Y.E1, Aggelis D.G. Towards the Establishment of a Continuous Nondestructive Monitoring Technique for Fresh Concrete // Journal of Nondestructive Evaluation, №37. 2016. 11 p.

19. Sokratis N. Iliopoulos, Yassir el Khattabi, Dimitrios G. Aggelis. Influence of the Water and Aggregate-to-Cement Ratio on the AE Activity of Fresh Concrete. // 19th World Conference on Non-Destructive Testing 2016. pp. 1-8.

20. Gaponov V., Kuznetsov D., Dudnik V., Afanasieva N. Investigation of the ultrasonic sound signals during the cementing materials induration // MATEC Web of Conferences 117. 2017. 7 p.21.E. D. Dzaye, G. D. Schutter, Aggelis D.G. Study on mechanical acoustic emission sources in fresh concrete // Archives of Civil and Mechanical Engineering, №18. 2018. pp.242-254.

22. Using Acoustic Emission Methods to Monitor Cement Composites during Setting and Hardening // Applied sciences №7. 2017. p.11.

23. Сагайдак А.И., Бардаков В.В. Прогнозирование прочности бетона в процессе его твердения при помощи метода акустической эмиссии // Дефектоскопия, №6, 2017.

24. . The application of acoustic emission technique to monitor the early setting process of cement pastes // MATEC Web of Conferences. 2019. 4 p.

25. M. Bacharz. Acoustic Emission for Determining Early Age Concrete Damage as an Important Indicator of Concrete Quality. Condition before Loading // Materials №13. 2020. 17 p.

26. M.A. Shawkey, M.A. Abdelzaher, H.M Mahmoud, M.M. Rashad. Monitoring of acoustic emission behaviour during early-age cement paste hydration // Materials 5th International conference on advanced sciences ICAS5: Materials Science and Engineering. 2020. 7 p.

27. P. Rizzo, J.M. Vandenbossche, S. Nassiri, X. Ni A Solitary Wave-Based Sensor to Monitor the Setting of Fresh Concrete // Sensors 2014, 14. pp.12568-12584.

28. Жильникова Т.H. Прогноз прочности, усадки и ползучести цементных бетонов по результатам измерений в ранний период: дис.…канд. техн. наук: 05.23.05 / Жильникова Т.Н. - Ростов-на-Дону, 2006. - 204 с.

29. Пат. SU 857842 A1. Способ потенциометрического определения сроков схватывания и ложного схватывания вяжущих. Кошмай А.С., Крыжановская И.А., Мчедлов-Петросян О.П. заявл. 15.11.79.; опубл. 23.08.81. 3 с.

30. Пат. SU 1076831 A1 Устройство для контроля твердения смесей на основе минеральных вяжущих при тепловлажностной обработке. Бирюков А.И., Овчаренко Ф.Д., Плугин А.Н. заявл. 26.07.82; опубл. 28.02.84.

31. Пат. SU 1104411 А1 Способ контроля структурных изменений бетона. Мустафин Ю.П., Дибров Г.Д., Селезень В.А. 06.04.83.; опубл. 23.07.84.

32. Пат. SU 1216720 A1 Акустическая установка для исследования кинетики структурообразования твердеющих материалов. Глуховский В.Д., Ногин С.П., Тулаганов А.А., Румына Г.В., Вайнблат Д.М., Кривенко П.В., Азимов А. заявл. 23.11.83; опубл. 07.03.86.

33. Пат. SU 1224719 А1. Акустический зонд для контроля бетонных смесей. Кондратенко Е.А. заявл. 12.07.84; опубл. 15.04.86. 3 с.

34. Пат. SU 1293652 A1. Способ определения прочности бетона в проектном возрасте и активности цемента. Архипов В.В., Бирюков А.П., Моисеев А.П., Плугин А.Н. Плугин Артур Н., Пьяных В.В., Селиванов И.П., Суслов В.С, Федосенко Н.М. заявл. 10.012.84; опубл. 28.02.87.

35. Пат. SU 1778678 А1. Акустический способ времени схватывания вяжущих материалов. Муравин Г.Б., Левзинская Л.М., Снежницкий Ю.С., Волков С.И. заявл. 29.05.91; опубл. 30.11.92. 3 с.

36. Пат. SU1755172 A1. Устройство для контроля структурообразования смесей. Адылходжаев А.П., Соломатов В.И., Бек-Булатов Андрей Искандерович, Салихов Б.Г. завл. 09.10.1990; опубл. 15.08.1992.

37. Пат. RU 2231510 C2. Способ контроля и управления сроками схватывания, стадиями и процессами структурообразования растворных и бетонных смесей. Булат А.Д., Царев A.M. заявл. 05.06.2002; опубл. 27.06.2007.

38. Пат. RU 2557984 C2. Способ прогнозирования конечной фактической прочности бетона. Гольдман Ф.А., Шейнер М.Я., Гадаев Н.Р. заявл. 01.07.2013; опубл. 27.07.2015.

39. Сагайдак А.И. Акустическая эмиссия. Современное состояние стандартов и руководящих принципов. Сравнительная оценка и перспективы. Труды II Международной конференции «Инновационные технологии в методе акустической эмиссии». Липки. 2010. С. 1-9.

40. Сагайдак А.И. Состояние и перспективы использования метода акустической эмиссии в современном строительстве. Взгляд в будущее. Научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону. 2014. Т. 3. С. 427-438.

41. Сагайдак А.И., Терентьев Д.А., Елизаров С.В., Бардаков В.В., Иванов В.И., Медведев К.А. Отечественные и зарубежные стандарты по акустической эмиссии. Сравнительная оценка и перспективы стандартизации // Контроль. Диагностика. 2021. Т. 24. №2. С. 32-58.

42. Сагайдак А.И. Стандарт на метод акустико-эмиссионного контроля бетонных и железобетонных изделий и монолитных конструкций // Бетон и железобетон. 2021. №3 (605). С. 19-24.

43. Sagaidak A.I., Elizarov S.V. New possibilities of acoustic emission method for research of adhesion between concrete and steel bars of different profile. Word Conference on Acoustic Emission. Beijing. 2011, pp. 464-469.

44. Codes, standards, practices and Guidelines related to acoustic emission (AE). Information note. Vallen Systeme. http://www.vallen.de/zdownload/pdf/AE_ Standards_1309.pdf (Date of access 01.12.2021).

45. Branner A.J. and Bohse J. Acoustic emission standards and guidelines 2002: a comparative assessment and perspectives // NDT.net. 2002. Vol. 7. No. 09. http://www.ndt.net/article/v07n09/21/21.htm (Date of access 20.10.2021).

46. Бруннер А.Дж., Бохс Дж. Стандарты и директивы по применению метода акустической эмиссии. 2002. Сравнительная оценка и перспективы, http://masters.donntu.org/2010/fknt/smirnitskiy/ library/ translate.htm (дата обращения 20.10.2021).

47. Grosse Christian U., Ohtsu M. Acoustic emission testing: basics for research -applications in civil engineering [pdf]. 2008. 400 p. https://vdoc.pub/dociments/acoustic-emission-testing-basics-for-research-applications-in-civil-engineermg-4fm86es81110 (Date of access 10.09.2021).

48. Shen G., Zhang J., Wu Zh. Advances in Acoustic Emission Technology. Proceedings of the World Conference on Acoustic Emission. Guangzhou, China. 2019, pp. 41-53.

49. Panel Discussion. Status of AE Standards: ASTM. 62nd Acoustic Emission Working Group Virtual Meeting. 2020.

50. Mark F.C. Overview of Current and Developing ASTM Acoustic Emission (AE) Standards. Journal of Acoustic Emission. 2010. No. 28, pp. 229-233.

51. Spanner J.C., Sr. An Overview of Acoustic Emission Codes and Standards. Journal of Acoustic Emission. 1987. No. 6, pp. 121-124. https://www.ndt.net/article/jae/papers/ 06-121.pdf. (Date of access 01.09.2021).

52. Digiulio C., Herve C. New Edition of GEA Guideline for Acoustic Emission Testing of Pressure Equipments. Proceedings of the 33rd Conference of the European Working Group on Acoustic Emission. Senlis. France. 2018, P. 8.

53. T. Shiotani, S. Osawa, Y. Kobayashi, Sh. Momoki. Application of 3D AE Tomography for Triaxial Tests of Rocky Specimens. 3d Conference of the European Working Group on Acoustic Emission (EWGAE), 2015.

54. Sotirios J., Vahaviolos I. Acoustic emission: standards and technology update. Includes bibliographical references. ASTM, 1999.

55. Рекомендация ГСИ. Материалы цементные. Методики ускоренного определения водоцементного отношения, прогнозирования и контроля прочности бетона по контракции МИ 2488-98.

56. ASTM С1768/С1768М-12(2017) Standard Practice for Accelerated Curing of Concrete Cylinders (Международный стандарт).

57. ASTM C803/C803M-17 Standard Test Method for Penetration Resistance of Hardened Concrete (Международный стандарт).

58. ASTM C918/C918M-20 Standard Test Method for Measuring Early-Age Compressive Strength and Projecting Later-Age Strength 59. NDIS 2421. Recommended Practice for In-Situ Monitoring of Concrete Structures by AE//Japanese Society for Nondestructive Inspection, 2000.

60. ISO 16837:2019 Non-destructive testing - Acoustic emission testing - Test method for damage qualification of reinforced concrete beams.

61. M. Ohtsu. Recommendation of RILEM TC 212-ACD: acoustic emission and related NDE techniques for crack detection and damage evaluation in concrete. Test method for damage qualification of reinforced concrete beams by acoustic emission // Materials and Structures volume (43), 2010. - pp. 1183-1186.

62. Баженов Ю.М. Технология бетона. - M.: Высшая школа, 1987. - 415 с.

63. Ушеров-Маршак А.В. Калориметрия цемента и бетона. - Харьков.: Факт, 2002. - 183 с.

64. Vahaviolos I., Sotirios J. Acoustic emission testing. II Series: ASTM special technical publication. 1999. Sandberg P. Cement-admixture interactions related of aluminate control by isothermal calorimetry / P. Sandberg, L. Roberts // ACI Special Pub. SP-217. - 2003. - pp. 529-542.

65. ГОСТ P 56587-2015 Смеси бетонные. Метод определения сроков схватывания.

66. ГОСТ 22783-77 Бетоны. Метод ускоренного определения прочности на сжатие.

67. ГОСТ Р 17624-2012 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. - М.: Стандартинформ, 2014. - 20 с.

68. Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method: ASTM С1074-11 - ASTM International, 2011. - 10 р. - (Международный стандарт).

69. ГОСТ 24316-80 Бетоны. Методы определения тепловыделения при твердении.

70. ГОСТ Р 55045-2012 Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика. Термины, определения и обозначения. - М.: Стандартинформ, 2013. - 16 с.

71. H. -W. Reinhardt, Ch. Grosse, D. Aggelis, N. D. Belie. Recommendation of RILEM TC 218-SFC: Sonic methods for quality control of fresh cementitious materials: Testing of fresh concrete by ultrasound transmission // Materials and Structures 44, 2011. - pp. 1047-1062

72. Ушеров-Маршак A.B. Калориметрический мониторинг ранних стадий твердения цементов в присутствии добавок / А.В. Ушеров-Маршак, А.В. Кабусь // Неорганические материалы. - 2013. - том 49, №4. - С. 449-452.

73. Гувалов А.А. Управление структурообразованием цементных систем с полифункциональными суперпластификаторами // Техника и технология силикатов. -2011. - Т. 18, №3. - С. 24-27.

74. L. Struble, Н. Zhang, G.-K. Sun, W.-G. Lei, Oscillatory shear behavior of Portland cement paste during early hydration // Concrete Science and Engineering 2 (9). 2000. pp. 141-149.

75. G. Sant, C.F. Ferraris, J. Weiss. Rheological properties of cement pastes: a discussion of structure formation and mechanical property development // Cement and Concrete Research 38 (11). 2008. pp. 1286-1296.

76. Z. Sun, T. Voigt, S.P. Shah. Rheometric and ultrasonic investigations of viscoelastic properties of fresh portland cement pastes // Cement and Concrete Research 36 (2). - 2006. pp. 278-287.

77. T. Voigt, G. Ye, Z. Sun, S.P. Shah, K. van Breugel. Early age micro structure of portland cement mortar investigated by ultrasonic shear waves and numerical simulation, Cement and Concrete Research 35 (5) - 2005. pp. 858-866.

78. Муравин Г.Б., Павловская Г.С, Лиходько А.Д. Акустическая эмиссия при деформировании бетона (обзор). - Дефектоскопия, 1982, №12, С. 3-12.

79. Миронов С.А., Хворостянский В.Ф., Ларионова З.М., Кокеткина В.И. Влияние пропаривания бетонов на образование структуры, степень гидратации и фазовый состав цементного камня. - В кн.: Вопросы общей технологии и ускорение твердения бетона. М.: Стройиздат, 1969. С. 56-65.

80. Шейкин А.Е. Структура, прочность и трещиностойкость цементного камня. М.: Стройиздат, 1974. 191 с.

81. Муравин Г.Б., Шуров А.Ф. Исследование природы акустической эмиссии статически деформированного бетона. - Механика композитных материалов, 1985, №3, С. 557-560.

82. Т. Chotard, A. Smith, D. Rotureau, D. Fargeot, С.Gault. Acoustic emission characterisation of calcium aluminate cement hydration at the early age // J. Eur. Ceram. Soc, 2003, 23. pp. 387-398.

83. Ohno, K., Ohtsu, M. Crack classification in concrete based on acoustic emission // Construction Building Materials 2010, vol. 24, pp. 2339-2346.

84. T. Ozturk, J. Rapoport, J. Popvics, S. P. Shah. Monitoring the setting and hardening of cement-based materials with ultrasound // Concrete Science and Engineering, Vol. 1, No. 2. - 1999. pp. 83-91.

85. P. Lura, B. Pease, G. Mazzotta, F. Rajabipour, J. Weiss. Influence of shrinkagereducing admixtures on the development of plastic shrinkage cracks // ACI Mater. J. 104 (2) - 2007. pp. 187-194.

86. A. Zingg, L. Holzer, A. Kaech, F. Winnefeld, J. Pakusch, S. Becker, L. Gauckler, The micro structure of dispersed and non-dispersed fresh cement pastes - new insight by cryo-microscopy // Cem. Concr. Res. 38. - 2008. pp. 522-529.

87. Struble L.J., Zhang H., Sun G.-K., Lei W.-G. Oscillatory shear behavior of Portland cement paste during early hydration // Concrete Science and Engineering, Vol.2, No. 9, - 2000. pp. 141-149.

88. Y. Lu, J. Zhang, Z. Li. Study on hydration process of early-age concrete using embedded active acoustic and non-contact complex resistivity methods // Construction and Building Materials 46. 2013. pp. 183-192.

89. L. Pazdera, L. Topolar. Application acoustic emission method during concrete frost resistance // Russian Journal of Nondestructive Testing, 50 (2). 2014. pp. 127-131.

90. Chu I., Lee Y., Amin M.N., Jang B.S., Kim J.K. Application of a thermal stress device for the prediction of stresses due to hydration heat in mass concrete structure // Constr. Build. Mater. (45). 2013. pp. 192-198.

91. ASTM International. Standard Guide for Determining the Reproducibility of Acoustic Emission Sensor Response; ASTM E976-98; ASTM International: Conshohocken, PA, USA. pp. 379-384.

92. Aggelis D.G., Polyzos D., Philippidis T.P. Wave dispersion and attenuation in fresh mortar: theoretical predictions vs. experimental results // Journal of the Mechanics and Physics of solids 53. - 2005. pp. 857-883.

93. Iliopoulos S.N., Aggelis D.G., Polyzos D. Wave dispersion in fresh and hardened concrete through the prism of gradient elasticity // International Journal of Solids and Structures 2016. pp. 149-159.

94. Van Den Abeele K., Desadeleer W., De Schutter G., Wevers M. Active and passive monitoring of the early hydration process in concrete using linear and nonlinear acoustics. Cement Concrete Res. (39). 2009. pp. 426-432.

95. ASTM E3100-17 Standard Guide for Acoustic Emission Examination of Concrete Structures.

96. Комиссаров С. В. Прочность, бетона. Методика оперативного контроля прочности бетона в конструкциях в раннем возрасте / СВ. Комиссаров, О: А. Ремейко, НИ. Журов // Строительство и бизнес.-2001. - №5. 1011 с.

97. Несветаев Г.В., Жильникова Т.Н. Прогноз марочной прочности бетона по кинетике твердения в ранний период: Между нар. конг.«Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» // Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. - 2003. - №5. - С. 341-343. - Авт. 1,5 с.

98. Макридин Н.И., Королев Е.В., Максимова И.Н. Структурообразование и конструкционная прочность цементных композитов: монография // М-во образования и науки Росс. Федерации, ФГБОУ ВПО «Моск. гос. строит, ун-т». - Москва: МГСУ, 2013. - 152 с.

99. Качанов В.К., Карташев В.Г., Соколов И.В., Туркин М.В. Проблемы выделения ультразвуковых сигналов из структурного шума при контроле изделий из сложноструктурных материалов // Дефектоскопия, 9(2007), С. 71-87.

100. S. Shahidan, S.R. Abdullah, I. Ismail. Relationship between AE signal strength and absolute energy in determining damage classification of concrete structures // Jurnal Teknologi (Sciences&Engineering). 78:5 (2016), pp. 91-98.

101. M.C Forde, S. Colombo et al, Predicting the Ultimate Load Capacity of Concrete Bridge Beams from the «Relaxation Ration» Analysis of AE Signals // Progress in Acoustic Emission XVIII. (2016), pp. 359-364.

102. S. Colombo, I. G Main, M. Shigeishi, M.C Forde. NDT integrity and load carrying assessment of concrete bridges // In situ application of concrete diagnostics using impact and acoustic emission. 2014. 8 p.

103. Colombo S., M.C. Forde, I.G Main, M. Shigeishi. Predicting the ultimate bending capacity of concrete beams from the "relaxation ratio" analysis of AE signals // Construction and Building Materials. 19(2005), pp. 746-754.

104. A.R. Ridge, P.H. Ziehl. Evaluation of strengthened reinforced concrete beams: cyclic load test and acoustic emission methods // ACI Structural Journal. 103(6). 2006, pp. 832-841.

105. S. Shahidan, N.M. Bunnori, N. Bhardwaj, et al. Intensity Analysis Method for Measurement the Damage Severity of Concrete Structure by Utilizing the Acoustic Emission Technique//International Journal of Applied Physics and Mathematics. Vol. 2(1). 2012, 4 p.

106. S. Shahidan, S.S. Mohd Zuki, N. Jamaluddin. Damage grading system for severity assessment on concrete stracture // Case Studies in Construction Materials. Volume 5, 2016, pp. 79-86.

107. T.J. Fowler, J.A. Blessing, P.J. Conlisk, T.L. Swanson. The MONPAC System//Journal of Acoustic Emission, 8(3). 1989, pp. 1-8.

108. Wu Z., Wong H.S., Buenfeld N.R. Transport properties of concrete after drying-wetting regimes to elucidate the effects of moisture content hysteresis and microcracking // Cem. Concr. Res. 2017, 98. - pp. 136-154.

109. Kurdowski W. Cement and Concrete Chemistry // Springer: London, UK, 2014; pp. 1-677.

110. Neville A.M. Properties of Concrete, 5th ed.; Prentice Hall: Lincoln, UK, 2011. - pp.1-872.

111. Bischop J., van Mier J.G.M. How to study drying shrinkage microcracking in cement-based materials using optical and scanning electron microscopy? // Cem. Concr. Res. 2002. pp.279-287.

112. Boshoff W., Combrinck R. Modelling the severity of plastic shrinkage cracking in concrete // Cem. Concr. Res. 2013. 48, pp.34-39.

113. Schindler A., Byard В., Tankasala A. Mitigation of early-age cracking in concrete structures // MATEC Web Conf. 2019. P. 284.

114. Flaga, K.; Furtak, K. Problem of thermal and shrinkage cracking in tanks vertical walls and retaining walls near their contact with solid foundation slabs // Archil Civil Eng. Environ. 2009. pp. 23-30.

115. Linek M., Nita P. Thermal Stress in Concrete Slab of the Airfield Pavement //J. KONBiN2020. P. 50.

116. Kwak H.G., Ha S.J. Plastic shrinkage cracking in concrete slabs // Part I Mag. Concr. Res. 2006. pp. 505-516.

117. Raczkiewicz W., Bacharz K., Bacharz M., Grzmil W. Manufacturing errors of concrete cover as a reason of reinforcement corrosion in precast element // Case Study. Coatings 2019. P. 702.

118. Chen Y., Wei J., Huang H., Jin W., Yu Q. Application of 3D-DIC to characterize the effect of aggregate size and volume on non-uniform shrinkage strain distribution in concrete // Cem. Concr. Compos. 2018, 86. pp. 178-189.

119. Slowik V., Schmidt M., Fritzsch R. Capillary pressure in fresh cement-based materials and identification of the air entry value // Cem. Concr. Compos. 2008, 30. pp. 557-565.

120. Lecompte D., Smits A., Bossuyt S., Sol H., Vantomme J., Van Hemelrijck D., Habraken A.M. Quality assessment of speckle patterns for digital image correlation. Opt. Lasers Eng. 2006, 44. pp. 1132-1145.

121. Бардаков В.В., Сагайдак А.И., Елизаров С.В. Акустическая эмиссия переармированных железобетонных балок// Контроль. Диагностика. 9(255), 2019. С. 4-12.

122. Bardakov V.V., Barat V.A., Sagaidak A.I., Elizarov S.V. Acoustic Emission behavior of over-reinforced concrete beams // International Journal of Civil Engineering and Technology. Volume 9, Issue 8, August 2018, pp. 1583-1594.

123. Sagaidak A., Bardakov V., Elizarov S., Terentyev D. The Use of Acoustic Emission Method in the Modern Construction // Abstracts and Exhibition Catalogue «31 st Conference of the European Working Group on Acoustic Emission (EWGAE)», 3-5 September 2014, Dresden, Germany, 8 P.

124. Барат В.А. Информационные аспекты акустико-эмиссионного контроля: учеб. Пособие / В.А. Барат, В.И. Иванов, Д.В. Чернов. - М.: Издательство МЭИ, 2017. - 80 с.

125. N. Maeda. A method for reading and checking phase times in autoprocessing system of seismic wave data // Zisin, Volume 28, pp. 365-379.

126. K. Ito, M. Enoki. High-precision source location of AE event using automatic error correction of signal rising time // Journal-AE Session. Volume 34, 2016, pp. S46-S49.

127. B.B. Бардаков, В.А. Барат. Прогнозирование прочности бетона при его твердении на нормативный срок по данным акустической эмиссии // Двадцать вторая международная научно-техническая конференция "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" Москва, 25-26 февраля 2016 г., С. 303-304

128. Bardakov V.V., Sagaidak A.I. Forecasting of concrete strength during the hardening process by means of Acoustic Emission method // Progress in Acoustic Emission. 8th International Conference on Acoustic Emission IIIAE 2016, December 5-8, Kyoto, p.p. 105-110.

129. B. Gutenberg, CF. Richter, Seismicity of the Earth and Associated Phenomena//Princeton University Press, Princeton, NJ, 1954.

130. Shiotani Т., Yuyama S., Li Z.W., Ohtsu M. Application of AE improved b-value to quantitative evaluation of fracture process in concrete materials // Journal of Acoustic Emission, Vol. 19, 2001, pp. 118-132,

131. T. Shiotani, X. Luo, H. Haya, M. Ohtsu. Damage quantification for concrete structures by improved b-value analysis of AE // 2005, 6 p.

132. R. Vidya Sagar. Importance of acosutic emission based b-value in the study of fracture process in reinforced concrete structures // 91hInternational Conference on Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures, 2016, 9 p.

133. S. Colombo, I.G. Main, M.C. Forde. Assessing Damage of Reinforced Concrete Beam Using "b-value" Analysis of Acoustic Emission Signals/ Journal of Materials in Civil Engineering. Volume 15(3). 2003, pp. 280-286.

134. F.A. Sagasta, T. Fernandez, E. Suarez, A. Gallego. Analysis of b- and ib-Value for Damage Evaluation in Reinforced Concrete Structures Subjected to Dynamic Loads Using the Acoustic Emission Method. 31 st Conference of the European Working Group on Acoustic Emission. 2014, 9 p.

135. P.R. Prem, A.R. Murthy. Acoustic Emission Monitoring of Reinforced Concrete Beams Subjected to four-point-bending. Applied Acoustics, 117 (2016), pp. 28-38.

136. M.A.A. Aldahdooh, N.M. Bunnori. Crack classification in reinforced concrete beams with varying thickness by mean of acoustic emission signal features. Construction and Building Materials. 45 (2013), pp. 282-288

137. P.R. Prem, A.R. Murthy, M. Verma. Theoretical Modelling and Acoustic Emission monitoring of RC beams strengthened with UHPC. Construction and Building Materials. 158 (2018), pp. 670-682.

138. L. Simeng, M.R. Pearson, M. Eaton, R. Pullin. Correlation between acoustic emission distribution and stress variation through the depth of RC beam cross sections // Constraction and Building Materials. 150 (2017), pp. 634-645.

139. Bardakov, V.V. Sagaidak, A.I. Forecasting the strength of concrete during its hardening by the acoustic-emission method. // Russian Journal of Nondestructive Testing, June 2017, Volume 53, Issue 6, pp. 436-443.

140. P. Azarsa, R. Gupta. Electrical Resistivity of Concrete for Durability Evaluation: A Review // Advances in Materials Science and Engineering, Volume 2017, 30 p.

141. G. Cosoli, A. Mobili, F. Tittarelli, G. M. Revel, P. Chiariotti. Electrical Resistivity and Electrical Impedance Measurement in Mortar and Concrete Elements: A Systematic Review//Applied Science, 10, 2020, 42 p.

142. N. Mita, T. Takiguchi. Principle of ultrasonic tomography for concrete structures and non-destructive inspection of concrete cover for reinforcement//Pacific Journal of Mathematics for Industry, 10:6, 2018. P. 10.

143. Козлов B.H., Самокрутов A.A., Шевалдыкин В.Г. Ультразвуковая дефектоскопия бетона эхо методом: состояние и перспективы // В мире неразрушающего контроля, 2(16), 2002. С. 6-10.

144. Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. "Акустография бетона: невертуальная реальность // В мире неразрушающего контроля, 4(42), 2008. С. 8-12.

145. Козлов В.Н., Самокрутов А.А., Шевалдыкин В.Г. Ультразвуковая эхо-томография бетона. Моделирование и использование при контроле // Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике, Москва, 18-21 марта 2002 г. С. 50.

146. Основы неразрушающего контроля методом акустической эмиссии: учеб. пособие / С.А. Бехер, А.Л. Бобров. - Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2013. - 145 с.

147. Р. Джонс, И. Фэкэоару Неразрушающие методы испытаний бетонов. Пер. с румынск. М., Стройиздат, 1974, 292 с.

148. Бардаков В.В. Акустико-эмиссионная диагностика бетонных и железобетонных конструкций на стадии твердения и последующей эксплуатации - Автореферат дис. к.т.н. М., 2021 г, 20 с.

149. Отчет по теме №16-08-553/93 «Провести исследования по использованию метода акустической эмиссии для контроля нарастания прочности бетона при возведении монолитных зданий».

150. Evin D. Dzaye «Monitoring of fresh concrete by a combined methodology based on stress waves and optical techiques»

151. ИНТЕРЮНИС-ИТ. A-LINE Руководство пользователя, 2018 г, 278 с.

152. ГОСТ Р 59938-2021 «Бетоны. Акустико-эмиссионный метод контроля»

153. Р. Джонс, И Фэкэоару Неразрушающие методы испытаний бетонов. М., Стройиздат, 1974, 292 с.

154. N. Maeda. A method for reading and checking phase times in autoprocessing system of seismic wave data // Zisin, Volume 28, pp. 365-379.

155. РД 03-299-99 Требования к акустико-эмиссионной аппаратуре, используемой для контроля опасных производственных объектов.

156. ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

157. Sokratis N. ILIOPOULOS, Evm Dzaye, Yassir EL KHATTABI, Dimitrios G. AGGELIS. Continuous AE monitoring of fresh concrete // JSNDI & IIIAE 2016, Progress in Acoustic Emission XVIII, 2016, pp. 293-298.

158. Интернет источник: www. Doka.com

159. S. Pirskawetz, F. Weise, P. Fontana. Detection of early-age cracking using acoustic emission // International RILEM Conference on Volume Changes of Hardening Concrete: Testing and Mitigation 20-23 August 2006, Technical University of Denmark, pp. 385-392.

160. EvinD. Dzaye, G.D. Schutter, D.G. Aggelis. Acoustic emission monitoring of fresh cementitious material // International RILEM Conference on Volume Changes of Hardening Concrete: Testing and Mitigation 20-23 August 2006, Technical University of Denmark, pp. 105-113.

161. M. Hodulakova, D. Kocab. The use of acoustic methods describe the behavior of cement pastes in the early stage jf ageing // International RILEM Conference on Volume Changes of Hardening Concrete: Testing and Mitigation 20-23 August 2006, Technical University of Denmark, pp. 351-356.

162. Evin D. Dzaye, G. D. Schutter, D. G. Aggelis. Early-age monitoring of fresh cementitious material by acoustic emission // International RILEM/Cost Conference on Early-age cracking and serviceability in cement-based materials and structures, 2017, pp. 417- 422.

163. Evin D. Dzaye, G. D. Schutter, D. G. Aggelis. Monitoring acoustic emission fresh cement past // 71 RILEM Annual week & ICACMS 2017, pp. 507-515.

Область применения изобретения относится к строительству, а именно к контролю бетонных смесей различных составов методом сигналов акустической эмиссии при формировании их структуры. Раскрывается способ определения прочности бетона с химическими и минеральными добавками методом акустической эмиссии, включающий определение параметров сигналов акустической эмиссии и фиксацию времени их появления в режиме реального времени. Для осуществления способа в бетонную смесь помещают глубинный волновод с закрепленным преобразователем акустической эмиссии. На бетонных кубах размером не менее 200×200×200 мм различных составов осуществляют контроль структурообразования, причем каждый состав дублируется два-три раза, и для каждого состава проводят контроль непрерывно не менее двадцати восьми суток. Далее проводят контроль прочностных характеристик бетона, причем прочность контрольных кубов контролируют в 1-е, 3-и, 7-е, 14-е и 28-е сутки твердения. После этого устанавливают соотношения и зависимости информативных параметров сигналов акустической эмиссии между прочностными характеристиками бетона. Затем рассматривают информативные параметры сигналов акустической эмиссии, тесно коррелирующие с прочностью бетона, устанавливают оптимальные временные интервалы измерений акустической эмиссии, позволяющие наиболее точно вести прогнозирование кинетики дальнейшего набора прочности бетона методом акустической эмиссии. После этого проводят регистрацию импульсов акустической эмиссии в режиме реального времени, выделяют три стадии структурообразования, характеризующиеся различной степенью интенсивности акустической эмиссии. Время начала и конца второго периода уточняют в автоматизированном режиме, при котором используют информационный критерий Акаике

где AIC – значение коэффициента критерия Акаике; – зависимость числа импульсов акустической эмиссии от времени; N – длительность интервала наблюдения; k – номер отсчета. При этом в качестве критерия детектирования используется изменение знака производной функции Акаике, который соответствует разладке процесса, а в качестве времени выбирается момент, когда критерий достигает минимума, при этом в рамках данного алгоритма критерий Акаике применяется дважды – для определения начала и конца второй стадии. Далее устанавливают время начала и конца каждой из трех стадий, определяют параметры и , параметр определяют как разность между полученными значениями начала и конца второго периода, и тангенс угла наклона третьего периода по зависимости – сумма импульсов акустической эмиссии от времени, а параметр определяют методом наименьших квадратов во временном окне, начало которого совпадает с началом третьей стади, и на основании оцененных параметров и . После чего осуществляют прогнозирование прочности бетона в соответствии с прогностическими моделями. В качестве химических добавок используются СП-180 по ТУ 20.59.59-003-26025492-2018 или CENTRIPOR TFM 411R, а в качестве минеральной добавки – доменный гранулированный молотый шлак. Техническим результатом изобретения является возможность определения прочности бетона с химическими и минеральными добавками методом акустической эмиссии, причем относительная погрешность применения автоматизированного алгоритма при прогнозировании прочности не превышает 4,0%. 12 табл., 64 ил.

Способ определения прочности бетона с химическими и минеральными добавками методом акустической эмиссии, включающий определение параметров сигналов акустической эмиссии и фиксацию времени их появления в режиме реального времени, при котором в бетонную смесь помещают глубинный волновод с закрепленным преобразователем акустической эмиссии, на бетонных кубах размером не менее 200×200×200 мм различных составов осуществляют контроль структурообразования, причем каждый состав дублируется два-три раза, и для каждого состава проводят контроль непрерывно не менее двадцати восьми суток, далее проводят контроль прочностных характеристик бетона, причем прочность контрольных кубов контролируют в 1-е, 3-и, 7-е, 14-е и 28-е сутки твердения, далее устанавливают соотношения и зависимости информативных параметров сигналов акустической эмиссии между прочностными характеристиками бетона, затем рассматривают информативные параметры сигналов акустической эмиссии, тесно коррелирующие с прочностью бетона, устанавливают оптимальные временные интервалы измерений акустической эмиссии, позволяющие наиболее точно вести прогнозирование кинетики дальнейшего набора прочности бетона методом акустической эмиссии, проводят регистрацию импульсов акустической эмиссии в режиме реального времени, выделяют три стадии структурообразования, характеризующиеся различной степенью интенсивности акустической эмиссии, уточняют время начала и конца второго периода в автоматизированном режиме, при котором используют информационный критерий Акаике

где AIC – значение коэффициента критерия Акаике; – зависимость числа импульсов акустической эмиссии от времени; N – длительность интервала наблюдения; k – номер отсчета, причем в качестве критерия детектирования используется изменение знака производной функции Акаике, который соответствует разладке процесса, а в качестве времени выбирается момент, когда критерий достигает минимума, при этом в рамках данного алгоритма критерий Акаике применяется дважды – для определения начала и конца второй стадии; далее устанавливают время начала и конца каждой из трех стадий, определяют параметры и , параметр определяют как разность между полученными значениями начала и конца второго периода, и тангенс угла наклона третьего периода по зависимости – сумма импульсов акустической эмиссии от времени, а параметр определяют методом наименьших квадратов во временном окне, начало которого совпадает с началом третьей стадии, и на основании оцененных параметров и осуществляют прогнозирование прочности бетона в соответствии с прогностическими моделями, при этом в качестве химических добавок используются СП-180 по ТУ 20.59.59-003-26025492-2018 или CENTRIPOR TFM 411R, а в качестве минеральной добавки – доменный гранулированный молотый шлак.