Файл: Митрофанов, Е. Н. Армоцемент.pdf

струкции рекомендуется определять по формуле

звука в бетоне конструкции и образцах при аналогичной структуре будет зависеть еще от формы элементов. Учесть влияние формы образцов и конструкции на изменения скорости ультразвука в бе­ тоне не всегда представляется возможным. Поэтому рекомендуе­ мые выше формулы определения прочности бетона в конструкциях следует считать приближенными.

§ 3. ОЦЕНКА ДЕСТРУКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ В АРМОЦЕМЕНТЕ ИМПУЛЬСНО-АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Из радиотехнических методов контроля наиболее широко при­ меняется импульсно-акустический метод. Однако его потенциаль­ ные возможности используются далеко не полностью. Параметры волнового процесса, спектр сигнала и скорость его распростране­ ния несут информацию о структуре материала, через который рас­ пространяется акустический импульс. Происходящие в материале структурные изменения проявляются в изменении' спектра сигнала, причем тем интенсивнее, чем ближе совпадают размеры возникаю­ щих неоднородностей и длины волны, соответствующей основной частоте в спектре сигнала.

Особый интерес для оценки надежности конструкции представ­ ляет информация о ее напряженно-деформированном состоянии. Использование при этом параметров волнового процесса позволяет не только получить информацию о напряженно-деформированном состоянии конструкции, но и прогнозировать поведение ее при воз­ действии эксплуатационных нагрузок.

Очень перспективен метод для конструкций, в которых третье, предельное состояние является определяющим или когда стадия микротрещинообразования может привести к резкому снижению эксплуатационной надежности. Армоцементные конструкции в этом отношении больше других отвечают таким условиям, в связи с чем целесообразно рассмотреть некоторые практические вопросы при­ менения импульсно-акустического метода для оценки качеств ар­ моцемента.

В настоящее время для импульсных акустических испытаний бетона выпускается прибор типа УКБ-1М. В этом приборе для возбуждения акустического импульса в исследуемых материалах используются датчики на основе сегнетоэлектриков (кристаллов сегнетовой соли или пьезокерамики). Для возбуждения сегнетоэлектрика на него подается короткий (5—7 мксек) импульс с ам­ плитудой 300—500.

189

Кристалл сегиетовой соли, являясь электромеханической си­ стемой, преобразует колебания электрического потенциала в меха­ нические колебания, которые и распространяются в материале конструкции. Спектр этих колебаний очень сильно зависит от гео­ метрических и электромеханических характеристик кристалла и конструкции преобразователя, а также от величины нагрузки. Под нагрузкой для преобразователя (датчика) подразумевается вол­ новое сопротивление материала.

В результате естественных потерь, а иногда и принудительного демпфирования, кристалл после возбуждения одиночным импуль­ сом передает в материал колебания, по форме близкие к затухаю­ щей синусоиде (с видимой частотой, приближающейся к частоте основного тона), причем количество периодов на уровне 0,1 может колебаться в пределах 5—50. В наиболее распространенных дат­ чиках с собственной частотой 80 кгц продолжительность импульса составляет 60—600 мксек. Проходя через материал, импульс пре­ терпевает изменения, происходящие в результате селективного за­

Затухание сказывается в первую очередь на обеднении высо­ кочастотной части спектра, так как коэффициент затухания про­ порционален частоте, а материал в данном случае ведет себя как фильтр низких частот. Следствием затухания является уменьшение амплитуды импульса и увеличение как общей длительности им­ пульса, так и длительности видимого периода. Импульс расплыва­ ется, а его длительность увеличивается по сравнению с первона­ чальной в несколько раз. Последнее обстоятельство требует неко­ торой осторожности при использовании рекомендуемых методик по определению коэффициента затухания применительно к серийно выпускаемым приборам типов УКБ-1М и ДУК-20.

Совладение временных интервалов при прохождении акустиче­ ского сигнала через материал образца или конструкции с его дли­ тельностью приводит к интерференции импульса за счет отражен­ ных импульсов и боковых и торцевых поверхностей.

Все это предопределяет использование для измерения обобщен­ ного коэффициента потерь метода продольного профилирования.

вдоль заранее выбранного профиля. По этому же принципу опре­ деляются скорости продольных и поверхностных волн.

Таким образом, импульсно-акустический метод позволяет опре­ делять упругие постоянные материала (динамический модуль уп­ ругости и коэффициент Пуассона) по скорости распространения волн напряжений и неупругие его постоянные — обобщенный коэф­ фициент потерь.

В настоящее время опубликованы многие работы по изучению структурных изменений, происходящих в бетоне, импульсно-акусти- ческими методами. Основные принципы этой проблемы разрабо-

190

таны в исследованиях В. В. Судакова, С. И. Ногина, Г. Я. Почто­ вика, В. Е. Гринберга и др. Хотя теория данной проблемы требует дальнейшего развития, однако практические результаты позволяют утверждать, что раскрытие трещин от нескольких сотых милли­ метра и выше приводит к потерям, которые можно измерить, при­ меняя обычную электронную аппаратуру. При этом потери энергии при прохождении упругих воли через образец, подвергающийся нагружению, являются важным критерием структурных измене­ ний в материале. По данным многих авторов, такой критерий бо­

иэлементах. С этой

ны. Необходимость такой установки диктовалась наиболее тесной корреляционной связью между энергией поперечной волны с воз­ никающими трещинами при увеличении напряжений в образце.

В процессе нагружения с экрана электронно-лучевой трубки прибора снимались значения выбранной амплитуды поперечной волны. Зависимость амплитуды выбранной фазы колебательного процесса от величины напряжений в образце изображалась графи­ чески (рис. 54). Из графика видно, что данная зависимость имеет несколько характерных точек, по которым можно определить на­ чало микротрещинообразования оо и начало лавинообразного тре­ щинообразования О т . При этом оо определяется по первому пере­ гибу графика, при котором произошло резкое падение аплитуды, а оо — по второму перелому графика.

При циклической нагрузке и наличии значительных гистерезисных петель график необходимо откорректировать, увеличив N амплитуды на величину, соответствующую разнице первоначальной амплитуды при а = 0 и ее значению при сбросе нагрузки до услов­ ного нуля после N—1 гистерезисного цикла.

191

Следует иметь в виду, что начало лавинообразного процесса трещинообразования может характеризовать также графическая зависимость между нагрузкой (напряжениями) и амплитудой А продольной волны.- Однако для определения начала микротрещинообразования в образцах, изготовленных из бетона высоких марок, эта зависимость по многим причинам не всегда удобна.

Для исключения погрешностей эксперимента, прежде всего изза наличия фазовых изменений приходящего сигнала, целесооб­ разно процесс измерения автоматизировать, используя для этого

Рис. 55. Сравнительные диаграммы растяжения ар­

из-за возможного нарушения контакта датчиков в процессе испы­ тания надо пользоваться методом встречного годографа. Этот метод эффективен также при необходимости получения более точ­ ной интерпретации амплитуды поперечной волны.

Таким образом, импульсно-акустический метод при изучении стадий трещинообразования в армоцементиых образцах позволяет оценить с достаточной достоверностью объем микронарушений.

Имеющиеся данные свидетельствуют, что график зависимости амплитуды от напряжений подобен графику растяжения армоце­ мента в системе координат от, е (рис. 55). Это обстоятельство прак­ тически может быть использовано при переходе от деформирован­ ного состояния образца к напряженному.

192