Метрологічне забезпечення контролю якості готової продукції заводу залізобетонних виробів

Для одержання точних та об;єктивних результатів при використанні теплового контролю використовують наступні первісні вимірювальні прилади: термометри, термопари, терморезистори, напівпровідники, електронно-вакуумні прилади, піроелектричні елементи, апаратуру типу “Термопрофіль”, термовізор, термоіндикатори тощо.

Теплові методи дозволяють проводити контроль контактним та безконтактним (до 100 м) методами. Їх можна використовувати для контролю товщини виробів, їх дефектів, фізичних параметрів, вивчення будови об’єкта.

В будівництві тепловий метод використовують для контролю якості дорожніх покриттів, будівельних конструкцій, для виявлення порожнин, нещільностей гідро- та теплоізоляції тощо.

У зв’язку з певною складністю використання теплового контролю він застосовується там, де неможливо використати більш відпрацьовані методи ультразвукових, радіаційних або електромагнітних коливань.

Оптичний метод

Оптичний неруйнуючий контроль заснований на взаємодії світлового випромінювання з будівельним матеріалом або виробом та реєстрації результатів. Його підрозділяють на наступні методи:

1) візуальні та візуально-оптичні - ці методи найбільш прості та найбільш широко застосовуються, але суб’єктивні та залежать від якості дослідження;

2) фотометричний, денситометричний, спектральний, телевізійний - вони засновані на результатах апаратурних вимірювань і менш суб’єктивні;

3)інтерференційний, дифракційний, рефрактометричний, полярізаційний, голографічний та інші - ці методи контролю мають найбільшу точність вимірювань.

Оптичний метод використовує електромагнітні випромінювання та охоплює діапазони ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного світла.

За допогою оптичних методів можна здійснювати контроль матеріалів та виробів прозорих та напівпрозорих. У виробі з непрозорих матеріалів можливий контроль зовнішніх поверхонь та розмірів.

Оптичний контроль може бути здійснений у відбитому, проникному, розсіяному або комбінованому освітленні. З цією метою використовують різні джерела світла: лампи розжарювання, газорозрядні лампи, світловипромінюючі діоди. Оптичні квантові генератори (лазери) з використанням пристосувань у вигляді дзеркал, призм, фільтрів, діафрагм тощо.

Реєстрація результатів оптичного контролю проводится за допомогою фотоплівок, фоторегістерів, фотодіодів, волоконно-оптичних та телевізійних систем.  За допомогою оптичного метода можна здійснювати контроль геометричних розмірів та форм, виявлення дефектів до долей мікрометра, фізико-хімічних властивостей, внутрішньої будови тощо.

Оптичний контроль здійснюється при підвищеному навантаженні ока досліджувача. Тому необхідно додержуватися заходів застереження та застосовувати захисні окуляри, рукавички, спецодяг, а також креми з вмістом титану та цинка та т. п. засоби захисту.

Акустичний метод визначення міцності

Електронно-акустичний метод заснований на використанні зв’язку між міцністю та пружньо-пластичними властивостями матеріалу, з одного боку, та його акустичними характеристиками  з іншого.

Найчастіше на практиці використовуються акустичні методи контролю якості й, зокрема, міцності бетону, які підрозділяють на імпульсний та резонансний.

Імпульсний метод заснований на визначенні швидкості поширення пружних хвиль у матеріалі, що випробується, та характеристиці їх поглинання за допомогою ультразвукового приладу.

Принципова схема цього методу наведена на рис. 1.8. Принцип дії методу полягає в наступному.

 

 

 

 

 

 

Рис.1.9 - Принципова схема імпульсного методу визначення якості бетону:

  

Збуджувані високочастотним генератором 3 ультразвукові імпульси попадають на випромінювач 2, в якому вони перетворюються на механічні коливання. Коливання проходять через зразок бетону 1 та попадають на приймач 9, де вони перетворюються на електричні імпульси, які, посилюючись у посилювачі, попадають на електронну трубку або цифровой індексатор 7. Генератор позначок часу допомагає точно визначити час в мікросекундах проходження ультразвуку через зразок будівельного матеріалу або виробу.

Маючи відтарований графік та знаючи середню швидкість проходження ультразвуку в бетоні, визначають його міцність.

Найбільш поширені імпульсні ультразвукові прилади типу ДУК, УКБ-1, ЛИМ-3.

В науково-дослідній групі, створеній в 1976 р. при кафедрі будівельних матеріалів, розроблений ряд імпульсних ультразвукових приладів:

- ультразвуковий вимірювач швидкості типу УИС-15М;

- пристрій для контролю управління процесами теплової обробки бетону;

- акустична ручка “Контакт”;

- ультразвуковий вимірювач швидкості типу УИС-18;

- ультразвуковий вимірювач швидкості типу УИС-17 та ін.

Ці малогабаритні переносні прилади набули широкого застосування при визначенні міцності будівельних матеріалів та виробів і технології їх одержання.

Резонансний метод визначення міцності

Резонансний метод заснований на вимірюванні міцності будівельних метаріалів та виробів за частотою власних коливань та визначенні характеристики їх затухання.

Користуючись значенням виміряної резонансної частоти коливань зразка матеріалу прямокутного перетину, можна визначити динамічний модуль пружності матеріалу, що випробується, характерізуючий його міцність:

,                           (1.6)

де l -довжина зразка, см;

b, a - висота та ширина перетину зразка, см;

 m - маса зразка, кг;

 f - частота коливань згину, Гц;

0,965.10-3 - коефіцієнт, що враховує характер власних коливань зразка та обрані одиниці величин.

Для визначення динамічного модуля матеріалів використовують прилади типів ИКВТ-2, ИАЗ, ИЧЗ та ін.

Імпульсний метод визначення якості будівельних матеріалів та виробів застосовують більш широко, і тому в цих методичних вказівках йому надається більша увага.

 

1.2.3Механичні методи контролю  міцності бетону 

 

Випробування методом пружного відскоку проводиться за допомогою склерометра (див. малюнок) . Ударник / склерометра приставляють перпендикулярно до поверхні випробовуваного бетону.

Поступово натискаючи на ударник , зводить пружину 2 бойка 7 , потім вона автоматично звільняється і бойок вдаряє по бетону . Після удару бойок відскакує . Величину відскоку показує спеціальний покажчик 3 на шкалі 4 . За середньою величиною п'яти результатів випробувань визначають за допомогою тарувального графіка міцність бетону на даній ділянці випробування.

   Рис. 1.10– Склерометр

 

Тарувальний графік виражає залежність між міцністю бетону і величиною відскоку бойка . Тарувального криву будують для кожної марки і складу бетону , застосованого у виробі , заздалегідь за результатами випробування декількох серій бетонних зразків склерометри і на пресі.

 

1.2.4 Ультразвуковий метод визначення  міцності бетону

 

Ультразвуковий метод визначення міцності бетону 
Ультразвуковий метод НК міцності бетону описується в ГОСТ 17624-87 «Бетони. УЗ метод визначення міцності ». Цей стандарт поширюється на важкий , щільний силікатна і легкий бетони , на монолітні бетонні та залізобетонні конструкції. Ультразвуковий неруйнівний контроль дозволяє визначити відпускну , передавальну міцність і міцність бетону в процесі його затвердіння і при експертному контролі.

Cуть методу: Метод заснований на взаємозв'язку значень міцності середовища ( в даному випадку - бетону ) і швидкості розподілу в ній звукових коливань. Залежність ця (вона називається градуировочная характеристика і має вигляд графіка , таблиці або формули , що пов'язують « міцність - швидкість » або « міцність - час » ) визначається експериментально для кожного окремого випробування способом наскрізного або поверхневого прозвучування . Після підготовки градуювальної характеристики переходять безпосередньо до проведення випробувань , причому прозвучівают контрольовану поверхню тим же способом , який був використаний для визначення градуювальної залежності (ультразвукові перетворювачі - УП - розташовуються по різні чи по одну сторону конструкції).

              а)                                                           б)

Рис.1.11 – а) наскрізне прозвучування (ульразвукові перетворювачі встановлюються по різні сторони конструкції); б) поверхневе прозвучування ( ультразвукові перетворювачі встановлюються по одну сторону конструкції)

 

Метрологічну структуру процесу контролю міцності бетону у виробах, що формується при організації вимірів класичним ультразвуковим імпульсним методом, можна представити у виді структурної   схеми (рис. 1.12). 

Відповідно до цієї схеми процес контролю якості розпадається на два підпроцеса: I – підпроцес підготовки; II – підпроцес виміру. Змістом операцій першого підпроцеса є дослідження контрольних зразків бетону з метою виявлення кореляційних залежностей між характеристиками пружної хвилі і фізико-механічними властивостями матеріалів. Представлені з урахуванням задач, особливостей використання (керування технологічним процесом, вихідний контроль), ці залежності застосовуються як кореляційні функції для одержання кінцевого результату по вимірах, що виконуються в другому підпроцесі.

Метрологічна структура класичного ультразвукового імпульсного методу визначає виконання п'яти операцій у першому підпроцесі: 1 –вимір часу поширення ультразвуку (tk) від випромінюючого до прийомного перетворювача; 2 – вимір відстані між вимірювальними ультразвуковими  перетворювачами  (т.зв.  бази  виміру)  (lk);  3 – обчислення швидкості  поширення  ультразвукових  коливань у зразку досліджуваного  матеріалу  (Vk);  4 – визначення  фізико-механічних  властивостей зразка (Rст k); 5 – побудова кореляційної залежності V = f(Rст).

Рис.1.12 - Метрологічна структура класичного неруйнівного ультразвукового імпульсного  методу контролю якості

 

У другому підпроцесі виконується чотири операції: I – вимір часу поширення  ультразвуку у виробі від випромінюючого до прийомного перетворювача  (ti);  2  –  визначення  бази  виміру  (li);  3  –  обчислення швидкості  ультразвуку  (Vi);  4  –  визначення  властивостей  матеріалу (Rстi) за допомогою розробленої на етапі першого підпроцесу  кореляційної залежності V = f(Rст).

Системний  поопераційний  аналіз  класичного  УІМ,  здійснений  в органічному зв'язку з оцінкою реальності реалізації висновків у контрольно-вимірювальних пристроях, показав наступне.

Переважаюча  складова  погрішності  УІМ  формується  в  процесі визначення  бази  виміру  (li.k),  що  використовується  при  обчисленні швидкості поширення ультразвуку (Vi,k). 

Ця складова погрішності  виникає, в основному через нестабільність  акустичного  контакту  між  ультразвуковими  перетворювачами  і поверхнею матеріалу від виміру до виміру, неідентичності установки ультразвукових  перетворювачів  і  метричного  інструмента  при  вимірі бази (відстані) між  перетворювачами, шорсткості поверхні контрольних зразків і т.п. 

У припущенні, що для здійснення контролю в розглянутому випадку достатня деяка об'єктивна величина, що відбиває залежність швидкості  поширення  ультразвукових  коливань  від  фізико-механічних характеристик матеріалу, нами було запропоновано використовувати в якості  кінцевого  інформаційного параметра  т.зв. «нормований  час поширення ультразвуку». Ця характеристика забезпечується виміром часу поширення ультразвуку  (t)  у  матеріалах  при  фіксованій  постійній  базі  вимірів  (lн).  У результаті  такого  підходу  виключаються  операції  по вимірі відстані між  ультразвуковими  перетворювачами  (li,k)  і  обчисленню  швидкості поширення ультразвуку (Vi,k), а градуювання кореляційної залежності «параметр пружних хвиль – фізико-механічні характеристики матеріалу»  виконується в координатах «tн  – Rст».

На підставі отриманих результатів за раніше встановленої взаємозв'язку параметрів визначають значення міцності бетону.

Прилади ультразвукового НК міцності бетону

1. ПУЛЬСАР (рис.1.13) – ультразвуковий вимірювач призначений для визначення швидкості і часу поширення у твердих матеріалах ультразвукових хвиль; в меню приладу закладені налаштування для роботи з бетонами. Пульсар реалізує обидва способи прозвучування, він оснащений дисплеєм, на який виводиться графічна і текстова інформація про проведені випробування. Крім твердості прилад може вимірювати модуль пружності і щільність бетону, виявляти дефекти.

Рис. 1.13 – Пульсар

Рис. 1.14 – УКС-МГ4

 

Прилад УКС-МГ4 (рис.1.14) практично нічим не відрізняється від розглянутого вище приладу. Єдина перевага УКБ - можливість внесення в пам'ять розрахованих градуювальних залежностей і зчитування результатів вимірювань вже в мегапаскалях

Оптимальну подовженість ізотермічного прогріву бетону обирають за результатами визначення його міцності протягом декількох циклів теплової обробки з варіацією підйому температури ізотермічного прогріву.

Технологічний момент припинення ізотермічного прогріву встановлюють або за досягнення заданного значення часу поширення ультразвуку в твердіючому бетоні або за відносної його стабілізації.