ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ БЕТОННОЙ СТРУКТУРЫ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Акустическая эмиссия (АЭ) это волна высокой частоты, возникающая в виде упругих колебаний в различных процессах, например в деформированных напряженных материалах. Причиной возникновения акустической эмиссии является движение среды, что дает возможность диагностировать протекающие процессы в материале. К примеру, количественный показатель АЭ – степень целостности материала, который возможно определить звуковым излучением материала при контрольном нагружении. Также АЭ может применяться для обнаружения дефектов на начальном уровне разрушения конструкции. Исследование строительных конструкций методом АЭ состоит в пассивном сборе информации с большого количества звуковых и ультразвуковых датчиков, ее локализации и обработки для определения зоны и степени износа материала. К примеру, перед тем как сломаться, ветка дерева, подверженная нагружению издает треск, при котором можно наблюдать скачок импульса АЭ-сигнала, если продолжить увеличивать нагрузку на ветку, происходит ее дальнейшее разрушение, и также можно наблюдать повышение импульса АЭ. В настоящее время методика АЭ широко применяется в диагностике бетонных конструкций для обнаружения повреждений. Уникальность АЭ заключается в возможности определения поведения материалов при различных приложенных нагрузках. АЭ относится к неразрушающему контролю.

В данном исследовании будет рассмотрен метод испытания циклической нагрузкой, как более новый и более надежный способ, обеспечивающий более глубокое понимание структурной целостности материала.

В соответствии с руководством системного пользователя, абсолютная энергия является истинной мерой энергии, в то время как АЭ является производной от интеграла квадрата напряжения сигнала в течение его длительности (рис.1). Абсолютная энергия используется для идентификации повреждений и трещин на ранних стадиях.

Анализ интенсивности абсолютной энергии произошел от метода анализа интенсивности сигналов, который разработал профессор Глоски [1, с. 83].

Рисунок 1. Особенности абсолютной энергии.

В данном методе абсолютная энергия рассматривается в качестве основного параметра АЭ[2,с.1]. В анализе интенсивности абсолютной энергии используется два основных показателя: HI – показатель продолжительности и Sr – показатель тяжести повреждения. Показатель продолжительности используется для определения изменения скорости абсолютной энергии на протяжении всего испытания. В частности он измеряет изменение кумулятивной абсолютной энергии в зависимости от времени.

                      [1]

                       [2]

где Sr – индекс тяжести повреждения, J – константа, полученная путем эмпирических исследований, Absolute Energy_m – абсолютная энергия m-го удара. Для бетона, значения K и J связаны с N соотношениями: K = 0, N ≤ 50; К = Н - 30, 51 ≤ N ≤ 200; К = 0.85N, 201 ≤ N ≤ 500; К = N - 75, N ≥ 500; J = 0, N <50; J = 50, N ≥ 50.

На рис.2 показано отношение показателя тяжести повреждения и показателя продолжительности. На рис.1 диаграмма разделена на зоны интенсивности, которые указывают на структурное значение эмиссии.

Рисунок 2. Отношения показателя разрушения от показателя продолжительности.

Таблица 1.

Интерпретация значений рис.1.

В нашем эксперименте были испытаны железобетонные балки размером 150х250х1900 мм. Все балки усилены продольной арматурой. На рис.3 показано проведение циклического испытания на изгиб.

Рисунок 3. Испытание на изгиб.

Тест был разделен на две части: механическое испытание и АЭ мониторинг. В ходе эксперимента, гидравлический пресс провоцировал появление трещин при различных типах циклической нагрузки. Необходимо было испытать образцы как минимум в трех режимах работы: минимальная нагрузка 10 % от макс., рабочая нагрузка 50 % от макс. и предельная нагрузка 85 % от макс.(рис.4). Далее были обработаны данные АЭ теста и нанесены на графики изображенные на рис.5. Они показывают интенсивность нагружения образцов в каждом испытанном режиме. Для образца LS1 все режимы нагружения находятся в безопасной зоне и не нанесли ущерба. Образец LS2 показывает нахождение нагружений в безопасной зоне В, что также не грозит разрушением. Однако образцы LS3 и LS4 находятся в зоне риска и показывают некоторое трещинообразование. Образцы LS5 и LS6 получили серьезные повреждения, а LS7 и LS8 подверглись разрушению и потере несущей способности.

Рисунок 4. Механическое испытание образцов на изгиб.

Рисунок 5. Результаты теста АЭ.

Далее полученные результаты были сравнены с визуальными признаками разрушения конструкции – наличие и размер трещин. На рис.6 изображены трещины, образовавшиеся в ходе эксперимента. Сравнение образовавшихся трещин с данными, полученными от АЭ теста, показывают прямую корреляцию.

Рисунок 6. Визуальный осмотр образовавшихся трещин.

Выводы.

В ходе проведенных исследований нам удалось выяснить, что исследование внутренних повреждений конструкции при помощи метода АЭ показывает точные результаты и может быть высокоэффективным неразрушающим методом контроля строительных конструкций.

Список литературы.

1. Глоски Л. Диагностика железобетонных конструкций с помощью акустической эмиссии.J. Acoust. Emiss., 20 (2002)
2. Мухамед Бунори Н. Использование акустической эмиссии для раннего обнаружения трещин в бетонных конструкциях. Научный журнал о ферробетоне., 63 (1) (2011)