Способ контроля водонепроницаемости образца бетона и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N29/00 

Фиг.1

Изобретение относится к неразрушающим акустоэмиссионным методам и может быть использовано для определения водонепроницаемости бетонов и изделий из них.

Цель изобретения - повышение производительности и точности зз счет исключения операций по измерению просочившейся через образец воды.

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

Устройство для определения водонепроницаемости образцов 1 бетона состоит из блока 2 водяного нагружения, измерителя 3 давления. Акустические сигналы, возникающие во время выдерживания образца 1 под давлением, фиксируют приемником 4, который предназначен для преобразования полученных сигналов в электрические и для передачи последних на вход блока 5 управ- пения испытанием.

Блок 5 управления испытанием (фиг. 2) содержит предусилитель 6, выход которого соединен с входом фильтра 7, который предназначен для фильтрации сигналов по частоте и подключен своим входом к входу усилителя 8. Аналоговый ключ 9 выполнен с двумя входами и одним выходом, причем вторым входом аналоговый ключ 9 соединен с выходом усилителя 8, а выходом подсоединен к входу измерителя 10. Выход усилителя 8 одновременно связан с первым входом компаратора 11, выполненного с двумя входами и одним выходом, причем указанный выход подключен к первому входу аналогового ключа 9, а второй вход компаратора 11 соединен с выходом регулятора 12 уровня дискриминации сигналов акустической эмиссии (A3), которым устанавливают пороговый уровень компаратора 11. Величина опорного напряжения компаратора 11 задается источником 13 опорного напряжения компаратора, выход которого подключен к входу регулятора 12 уровня дискриминации сигналов АЭ, а пороговый уровень компаратора 11 контролируется измерительным вольтметром 14, вход которого одновременно взаимосвязан с выходом регулятора 12 уровня дискриминации сигнала АЭ и входом компаратора 11.

Компаратор 15 управляющего сигнала, выполненный с двумя входами и одним выходом, подключен первым своим входом к выходу измерителя 10 АЭ, а вторым сйоим входом взаимосвязан с выходом регуля гора 16уровня срабатывания компаратора 15 управляющего сигнала,предназначенным для задания уровня срабатывания этого компаратора. Величина опорного напряжения компаратора 15 управляющего сигнала задается источником 17 опорного уровня, выход которого подсоединен к входу регулятора 16 уровня срабатывания компаратора 15 управляющего сигнала.

При этом величина управляющего сигнала контролируется измерительным вольтметром 18 уровня срабатывания компаратора 15 управляющего сигнала. Вход измерительного вольтметра 18 одно0 временно подключен к выходу регулятора 16 уровня срабатывания и к второму входу компаратора 15 управляющего сигнала. Кроме того, выход компаратора 15 управляющего сигнала взаимосвязан с управляю5 щим входом блока 2 нагружения.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Исследования показывают, что в порах бетонных образцов, подвергающихся испы0 таниям на проницаемость, всегда содержится воздух, даже если образцы перед испытанием предварительно насыщаются водой. При фильтрации через образцы бетона деаэрированная вода растворяет находя5 щийся в порах воздух и в растворенном виде выносит его из образцов. Вынос из образцов воздуха, ранее кольматировавше- го их поры, ведет к завышению проницаемости испытуемого бетона по сравнению с

0 проницаемостью такого же бетона в реальных условиях.

Для предотвращения этого явления насыщение испытуемых образцов проводят путем введения в воду кальцийсодержаще5 го вещества, образующего при взаимодействии с водой раствор гидрата окиси кальция. В качетве кальцийсодержащего вещества используют известь или цемент. В результате этого исключается выще0 тачивание извести и уменьшаются растворение и вынос из образцов воздуха, предотвращается неоправданное завышение исследуемых фильтрационных характеристик бетонов, часто определяющих

5 состав материалов сооружений и их стойкость

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

0 степень водонасыщения, тем больше пор и микротрещин заполняется водой. Вода, являясь сильнейшим поверхностно-активным веществом, устремляется в устья пор и микротрещин и создает в них расклинивающие

5 напряжении Эти нагряжения изменяют значения ряда физико-механических характеристик образца, в том числе характеристик, отражающих способность частиц взаимодействовать между собой. Изменение указанных характеристик определяется

и фиксируется по изменившейся интенсивности сигналов АЭ, и при этом среднее значение регистрируемых амплитуд сигналов АЭ в приведенных исследованиях составляло порядка 20-50 мкВ. а максимальное зна- ч§ние амплитуды сигналов АЭ были порядка 100 мкВ. Интенсивность АЭ при нагруже- нии образцов бетона водой изменялась в диапазоне 0,01-150 имп/с при давлениях воды 0,2-1,2 МПа.

При насыщении образцов бетона водой под большим давлением возникает значительное увеличение микротрещин, в резупь- тате чего происходит изменение энергии в виде волн напряжения в бетоне. Небольшие амплитуды сигналов АЭ свидетельствуют об увеличении микро- и субмикротрещин, а также о процессе пластической деформации в бетоне. Перед непосредственным промоканием испытуемого образца (за 30- 60 с до образования пятна промокания на торце образца) наблюдается мощная энергетическая характеристика АЭ Сигналы АЭ высокой амплитуды и большой интенсивности позволяют сделать вывод о том, что вода , профильтровалась через бетонный образец.

После образования пятна промокания на торцовой поверхности бетонного образца интенсивность сигналов АЭ начинает резко падать и в течение 2--3 мин сигналы АЭ прекращаются.

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

v (2 jVt(dt).(1)

( н)т m I

где#- коэффициент пропорциональности;

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

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

v - скорость прохождения волн напряжения через образец, см/с.

Для среднего значения энергии, излучившейся при большой интенсивности сигналов АЭ вплоть до появления признаков фильтрации воды на торцовой поверхности образца бетона

N ,+

ФХ

Hm2 /v2t(dt)

- го- I t

(,

Так как значение / v t ( dt )} примерно

С«н)т

равно для всех значений т, то

(,

/v2t(dt) «E,(3)

С н)т тогда Vb а N Е,(А)

ИЛИ

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

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

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

Давление воды повышают ступенями по

0,2 МПа вплоть до давления, при котором

регистрируют момент промокания образца.

Причем за 30-60 с до образования мокрого

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

прекращают, засекают время Д t, в течение которого производилась регистрация сигналов АЭ (с момента начала регистрации первого сигнала АЭ), а водонепроницаемость вычисляют по формуле

кJLA .LL

. S(P,ndx -Pmln)

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

д - толщина испытуемого образца, см;

(6)

/ - коэффициент, учитывающий вязкость воды насыщения при различной температуре;

А - коэффициент, характеризующий материал испытуемого образца для бетонов

S - площадь поперечного сечения образца, см2;

Pmin давление воды, при котором впервые появились сигналы АЭ, МПа;

Ртах - давление воды, при котором появились сигналы АЭ, МПа;

At- промежуток времени, в течение которого производилась регистрация сигналов АЭ при испытаниях образца, с.

Преимуществами предложенного способа является возможность автоматического определения момента промокания испытуемого образца по регистрируемым сигналам АЭ, быстрота определения водонепроницаемости (до 3 ч) и высокая точностьопределениязначенияводонепроницаемости. Средняя энергия регистрируемых импульсов АЭ по интенсивности достигает 1х10 5-1х10 6 Дж/с.

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

Устройство работает следующим образом.

После монтажа загерметизированного образца 1 бетона вода под заданным начальным давлением испытания подается по- средством блока 2 нагружения к нижней торцовой поверхности испытуемого образца 1. Величину давления воды регистрируют измерителем 3 давления. В результате подачи воды под давлением возникают расклинивающие усилия в устьях пор и микротрещинах испытуемого образца 1 и происходит изменение энергии в виде волн напряжения в бетоне, которые вызывают акустические сигналы, фиксирующиеся приемником 4 АЭ.

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

Электрические сигналы поступают на предусилитель 6, где усиливаются и подаются на вход фильтра 7, в котором подвергаются фильтрации по частоте, а затем подаются на вход усилителя 8. С усилителя 8 сигналы подаются на первый вход компаратора 11 сигналов АЭ и на второй вход аналоговрго ключа 9. Регулятором 12 уровня дискриминации сигналов АЭ устанавливается пороговый уровень компаратора 11 сигналов АЭ. Этот уровень контролируется измерительным вольтметром 14 уровня дискриминации сигналов АЭ, Величина опорного напряжения компаратора 11 задается источником 13 опорного напряжения этого компаратора. При прохождении сигналов АЭ, имеющих амплитуду выше уровня дискриминации, компаратор 11 переключается и открывается сигнальный вход аналогового ключа 9, что обеспечивает прохождение сигналов АЭ с усилителя 8 на измеритель 10 АЭ, вырабатывающий сигнал, который подается

на первый вход компаратора 15 управляющего сигнала. Регулятором 16 уровня срабатывания компаратора 15 управляющего сигнала задается уровень срабатывания этого компаратора, величина сигнала которого контролируется измерительным вольтметром 18 уровня срабатывания компаратора 15 управляющего сигнала. При поступлении сигнала на первый вход компаратора 15 управляющего сигнала, соответствующего уровню срабатывания, компаратор 15 управляющего сигнала переключается, в результате чего подается сигнал на его выход, чем обеспечивается подача сигнала на управляющий вход блока

2 нагружения. После прекращения поступления сигналов АЭ на датчик 4 АЭ и их регистрации блоком 5 управления испытанием с выхода указанного блока подается сигнал на управляющий выход блока 2 нагружения о переходе к следующей ступени нагружения, т.е. давление воды на нижний торец испытуемого образца 1 автоматически поднимается на величину 0,2 МПа и повторяется вплоть до промокания образца

бетона, после чего испытания на водонепроницаемость прекращаются.

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

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

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

Испытание проводилось на 20-й день после изготовления образца. По общеизвестной методике определялись удельная и

объемная массы и рассчитывалась общап его пористость.

По заявляемому способу определялись среднее значение энергии, излучавшейся при большой интенсивности сигналов АЭ вплоть до появления признаков фильтрации воды на торцовой поверхности испытываемого образца, давление воды, при котором впервые появились сигналы АЭ, и давление воды, при котором появились признака фильтрации воды и прекратились сигналы АЭ, промежуток времени, в течение которого производилась регистрация сигналов АЭ при испытаниях образца 1. Рассчитывался коэффициент водонепроницаемости при акустическом излучении. Результаты испытаний и расчеты водонепроницаемости испытуемого образца приведены в таблице.

Пример 2. Для испытаний был взят тот же образец, но он подвергался 100 цик- лам при. замораживании и оттаивании (КПБ М50 при 100 циклах Мрз) по стандартной методике и затем проводились те же испытания и расчеты по примеру 1.

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

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

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

намагничиваемость насыщения Is 83 кА/м, магнитная восприимчивость % 5, напряженность магнитного поля Н 20 кА/м.

Силоксановая жидкость применялась с плотностьюр 956 кг/м при t 20°С.

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

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

Таким образом, предложенный способ и установка позволяют прогнозировать долговечность материала в процессе воздействия на него водой под ступенчато-поднимаемым давлением, повышает точность определения водонепроницаемости материалов испытуемых образцов, а также сокращают время проведения указанных испытаний, создавая возможность осуществления экспресс-анализа на водонепроницаемость образцов и конструкций из бетона. Кроме того, предложенный способ и установка позволяют упростить технологию испытаний, автоматизируя процессы управления и нагружения образцов водой, и производить контроль при изготовлении изделий на заводах-изготовителях, повышая качество материалов и конструкций.

Регистрация сигналов акустической эмиссии, осуществляемая посредством блока управления испытанием при водонасы- щении цилиндрических бетонных образцов, обеспечивает по предлагаемому способу определение момента перехода с одной ступени водонагружения образца на другую и позволяет по сигналам АЭ без визуального наблюдения точно зафиксировать момент промокания бетонного образца при испытании, а также определить расчетное значение величины его водонепроницаемости.

Формула изобретения

1. Способ контроля водонепроницаемости образца бетона, заключающийся в воздействии водой со ступенчато возрастающим давлением на одну из плоскостей цилиндрического образца до смачивания другой его плоскости, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности, одновременное воздействием воды на образец принимают от него сигналы акустической эмиссии, регистрируют давление воды и момент времени, при которых появились сигналы акустической эмиссии, и давление воды и момент времени, при которых произошло смачивание другой плоскости образца и прекратились сигналы акустической эмиссии, а о водонепроницаемости образца судят по соотношению измеренных величин.

2. Устройство для контроля водонепроницаемости образца бетона, содержащее блок водяного нагружения и измеритель давления воды, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными акустическим приемником, предварительным усилителем, фильтром, усилителем, ключом, измерителем и первым компаратором, выход которого подключен к управляющему входу блока водяного нагружения, последовательно соединенными

0

первыми источником опорного напряжения и регулятором, выход которого подключен к второму входу первого компаратора, связанным с ним первым вольтметром, последовательно соединенными вторыми источником опорного напряжения, регулятором и компаратором, выход которого подключен к управляющему входу ключа, а второй вход - к выходу усилителя, и вторым вольтметром, связанным с выходом второго регулятора.

Изобретение относится к неразрушающему контролю акустоэмиссионным способом и может быть использовано для определения свойств бетонов. Цель изобретения повышение производительности и точности за счет исключения операций по измерению просочившейся через образец воды, На об разец 1 воздействуют водой со ступенчато нарастающим давлением и измеряют си г на лы акустической эмиссии приемником Л Регистрируют давление и момент времени, при которых проявились сигналы акустической эмиссии, и давление воды и момент времени, при которых прекратились сигна лы акустической эмиссии и просочился весь образец. По измеренным данным рассчитывают водонепроницаемость. 2 с п ф-лы, 2 ил., 1 табл.