KATEDRA
KONSTRUKCJI
BUDOWLANYCH
ĆWICZENIE NR 2
Badanie jakości betonu w
konstrukcji metodą
ultradźwiękową
LABORATORIUM
KONSTRUKCJI
BETONOWYCH
Strona
1
1. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się ze sposobem kontroli jakości
betonu w konstrukcji metodą ultradźwiękową.
2. PROGRAM ĆWICZENIA.
1. Dokonać przygotowania i kalibracji przyrządu.
2. Dokonać wyboru i przygotowania miejsc pomiarów.
3. Dokonać pomiaru drogi i czasu przejścia impulsu ultradźwiękowego w zadanym
elemencie.
4. Opracować wyniki w formie sprawozdania.
3. SPOSÓB WYKONANIA POMIARÓW
3.1 Przeznaczenie i zasada działania betonoskopu TICO
Jest to aparat przeznaczony do określania prędkości fali ultradźwiękowej w
badanym elemencie (materiale). Głowica nadawcza emituje falę ultradźwiękową,
która wnika do badanego elementu i odbierana jest przez głowicę odbiorczą.
Odstęp czasu który powstaje pomiędzy momentem wysłania impulsu
nadawczego i momentem odbioru tego impulsu, jest mierzony poprzez zliczenie
impulsów generatora zegarowego. Skróconą instrukcję obsługi przyrządu
zamieszczono w Zał. 2.
3.2 Wybór i przygotowanie miejsc badań
Miejsca badań powinny umożliwić umieszczenie głowic, transmisję impulsu i
pomiar jego drogi. Dlatego powinno się wybierać takie miejsca (przekroje) do
których możliwy jest dostęp z obu stron i pomiar grubości (szerokości) betonu
pomiędzy tymi głowicami.
Niedopuszczalne jest badanie:
a). betonu zamarzniętego lub przemarzniętego w okresie dojrzewania,
b). stref elementu zawierających beton rakowaty, spękany, skorodowany lub
nasiąknięty wodą,
c). w miejscach konstrukcji z nieokreślonymi obcymi wtrąceniami (np. wkładki
stalowe, ceramiczne, drewniane, warstwy izolacyjne, itp.)
Miejsca przeznaczone do badań powinny zostać oczyszczone z warstw farby,
tynku i zanieczyszczeń a następnie wygładzone.
Do określania metodą ultradźwiękową średniej wytrzymałości betonu na
ściskanie w elemencie wymagane jest przeprowadzenie badań w co najmniej
n = 20 miejscach (przekrojach).
3.3 Przeprowadzenie pomiarów
Przed przeprowadzeniem właściwych pomiarów należy dokonać wyboru i
podłączenia głowic, oraz sprawdzenia poprawności działania i kalibracji
przyrządu. Wskazane jest, aby w czasie kalibracji i pomiarów głowice dociskane
KATEDRA
KONSTRUKCJI
BUDOWLANYCH
ĆWICZENIE NR 2
Badanie jakości betonu w
konstrukcji metodą
ultradźwiękową
LABORATORIUM
KONSTRUKCJI
BETONOWYCH
Strona
2
były z jednakową, umiarkowaną siłą przez tę samą osobę. Przed kalibracją na
powierzchnie czołowe sond nanieść warstwę środka sprzęgającego (plasteliny).
Głowice należy ustawić naprzeciw siebie, prostopadle do badanej i odpowiednio
przygotowanej powierzchni (Rys. 1) i dokonać odczytu czasu przejścia impulsu
(oszacować wartość średnią z pojawiających się wielkości na wyświetlaczu).
Wartość odczytu zanotować. Zmierzyć i zanotować długość drogi przejścia
impulsu (odległość między powierzchniami czołowymi głowic) z dokładnością do
1% wartości.
Rys. 1 Sposób pomiaru czasu przejścia impulsu
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW
4.1 Określenie prędkości fali akustycznej V
i
w poszczególnych miejscach
pomiarowych
Obliczyć prędkość fali akustycznej w danym miejscu [km/s]:
i
i
i
t
s
V
s
i
- długość drogi przejścia impulsu (odległość między powierzchniami
czołowymi głowic), [mm]
t
i
- czas przejścia impulsu, [s]
4.2 Określenie parametrów rozkładu prędkości fali akustycznej V
i
1. Obliczyć wartość średnią prędkości fali akustycznej
n
V
V
n
1
i
i
0
m
[km/s]
V
i
- prędkość fali akustycznej w i-tym miejscu
n
- liczba miejsc badań (zalecane n 20)
Wartości prędkości fali akustycznej V
i
różniące się od średniej V
m0
więcej niż
±10% należy odrzucić i ponownie obliczyć V
m
. Wyników odrzuconych nie
powinno być więcej niż 10%.
corr
n
1
i
i
m
n
V
V
corr
[km/s]
2. Obliczyć odchylenie standardowe prędkości:
1
n
V
V
s
corr
2
i
m
V
[km/s]
KATEDRA
KONSTRUKCJI
BUDOWLANYCH
ĆWICZENIE NR 2
Badanie jakości betonu w
konstrukcji metodą
ultradźwiękową
LABORATORIUM
KONSTRUKCJI
BETONOWYCH
Strona
3
3. Obliczyć wskaźnik zmienności prędkości fali akustycznej:
m
V
V
V
s
4.3 Dobór hipotetycznej funkcji regresji
Doboru hipotetycznej funkcji regresji należy dokonać według zał. 3 lub według
wskazań prowadzącego zajęcia.
Najczęściej przyjmuje się:
83
4
V
119
8
V
748
2
c
f
m
2
m
8
1
i
i
c
,
,
,
MPa
f
c
- wytrzymałość betonu,
V
m
- prędkość fali akustycznej, [km/s]
c
1
...c
7
- poprawki ujmujące wpływ różnych czynników związanych z
parametrami badanego betonu (Tab. 2)
c
8
- poprawka ujmująca wpływ ilości stali (zbrojenia) na drodze impulsu)
c
8
f
10
B
A
c
f
c
- wytrzymałość betonu (średnia) wyznaczona z funkcji regresji przy
c
8
= 1,00
A, B - parametry zależne od ilości stali w betonie (Tab. 1)
Tab. 1. Parametry do określania poprawki c
8
wytrzymałości betonu w
zależności od ilości stali w betonie
Ilość stali na drodze impulsu %
A
B
0
10
20
30
1,000
1,050
1,120
1,215
0,0
25,0
56,7
96,4
Jeśli dysponuje się wynikami badań wytrzymałości betonu (np. z odwiertów
próbnych), należy dokonać skorelowania przyjętej krzywej regresji, poprzez dobór
współczynnika korelacji C
0
, którego wartość oblicza się ze wzoru:
c
test
,
c
0
f
f
C
C
0
- współczynnik korelacji
f
c,test
- średnia, porównawcza wytrzymałość betonu
f
c
- wytrzymałość z przyjętej funkcji regresji
KATEDRA
KONSTRUKCJI
BUDOWLANYCH
ĆWICZENIE NR 2
Badanie jakości betonu w
konstrukcji metodą
ultradźwiękową
LABORATORIUM
KONSTRUKCJI
BETONOWYCH
Strona
4
Tab. 2. Poprawki c
1
...c
7
do określania wytrzymałości betonu w zależności od
wybranych cech betonu
i
opis cechy
wartość cechy
c
i
1. wartość c/w
1,0
1,5
2,0
2,5
5,0
0,88
0,93
1,00
1,09
1,21
2. zawartość kruszywa /%/
/objętościowo/
60
65
70
75
80
1,20
1,10
1,00
0,90
0,81
3. jakość kruszywa
b. dobra
średnia
niska
0,84
1,00
1,22
4. uziarnienie kruszywa
dolna granica
średnie
górna granica
0,92
1,00
1,10
5. marka cementu
25
35
40
1,00
1,08
1,11
6. wiek betonu /dni/
7
14
28
90
>360
0,91
1,00
1,06
1,13
1,19
7. stan zawilgocenia betonu
suchy
powietrzno-suchy
wilgotny
1,10
1,00
0,90
Wartości pośrednie należy interpolować liniowo. Przy braku szczegółowych
danych wartość poszczególnych poprawek przyjmować równą 1,00.
4.4 Określenie parametrów rozkładu wytrzymałości betonu na ściskanie
1. Obliczyć wytrzymałość średnią betonu:
83
4
V
119
8
1
V
748
2
c
C
f
m
2
v
2
m
8
1
i
i
0
cm
,
,
,
MPa
2. Obliczyć odchylenie standardowe wytrzymałości betonu:
92
65
V
24
89
2
V
10
15
v
c
C
s
m
2
v
2
m
v
m
8
1
i
i
0
f
,
,
,
MPa
3. Obliczyć wskaźnik zmienności wytrzymałości betonu:
cm
f
f
f
s
KATEDRA
KONSTRUKCJI
BUDOWLANYCH
ĆWICZENIE NR 2
Badanie jakości betonu w
konstrukcji metodą
ultradźwiękową
LABORATORIUM
KONSTRUKCJI
BETONOWYCH
Strona
5
4.5 Określenie wytrzymałości minimalnej i ocena jakości betonu
1. Obliczyć minimalną wytrzymałość betonu:
f
cm
min
,
c
ts
f
f
MPa
t - parametr zależny od przyjętego rozkładu wytrzymałości, liczności populacji
wyników oraz założonego prawdopodobieństwa P przekroczenia wartości
f
c,min
. Dla rozkładu normalnego i P = 95%, t = 1,645.
Obliczona wytrzymałość betonu f
c,min
jest zapewniona z prawdopodobieństwem
95%. Odpowiada ona wytrzymałości gwarantowanej f
G
c,cube
co oznacza, że jest
ona podstawą do kwalifikowania badanego betonu do odpowiedniej klasy, o nie
wyższej wytrzymałości.
2. Obliczyć wskaźnik jednorodności k:
cm
min
,
c
f
f
k
[%]
3. Dokonać oceny jakości betonu w/g Tab. 3
Tab. 3. Ocena jakości betonu na podstawie współczynnika jednorodności k i
wskaźnika zmienności
f
Współczynnik
jednorodności k
Powyżej 0.84
0.76 - 0.84
0.67 - 0.75
Poniżej 0.67
Wskaźnik
zmienności
f
Poniżej 10%
10 - 15%
15 - 20%
Powyżej 20%
Jakość betonu
bardzo dobra
dobra
dostateczna
zła
5. DOKUMENTACJA ĆWICZENIA.
Wyniki ćwiczenia należy opracować w formie sprawozdania. Sprawozdanie
powinno zawierać:
a). skład osobowy zespołu i numer grupy laboratoryjnej
b). dane charakteryzujące element badany
c). opis przyrządu
d). datę, warunki i sposób przeprowadzania badania
e). dziennik pomiarów
f). podstawy określania zależności f - V (funkcja regresji) i wyniki obliczeń
g). wnioski
6. WIADOMOŚCI KONIECZNE DO ROZPOCZĘCIA ĆWICZENIA.
a). podział metod badań nieniszczących
b). zasady stosowania metody ultradźwiękowej
c). program ćwiczenia
d). ocena jakości za pomocą kilku metod pomiarowych
KATEDRA
KONSTRUKCJI
BUDOWLANYCH
ĆWICZENIE NR 2
Badanie jakości betonu w
konstrukcji metodą
ultradźwiękową
LABORATORIUM
KONSTRUKCJI
BETONOWYCH
Strona
6
7. LITERATURA
[1]
Pr. zbiorowa. Budownictwo betonowe, t.VIII. Badania materiałów, elementów
i konstrukcji. ARKADY Warszawa 1970
[2]
Ajdukiewicz A., Starosolski W., Sulimowski Z., Konstrukcje betonowe,
Laboratorium. Skrypt PŚ, Gliwice 1983
[3]
PN - 74/B - 06261. Nieniszczące badania konstrukcji z betonu. Metoda
ultradźwiękowa badania wytrzymałości betonu na ściskanie
[4]
Instrukcja ITB Nr 209. Instrukcja stosowania metody ultradźwiękowej do
nieniszczącej kontroli jakości betonu w konstrukcji, ITB Warszawa 1977
8. ZAŁĄCZNIKI
1. Dziennik pomiarów ultradźwiękowych
2. Skrócona instrukcji obsługi próbnika materiałów TICO
3. Dobór hipotetycznej funkcji regresji
Załącznik 1 Dziennik pomiarów ultradźwiękowych
DZIENNIK POMIARÓW ULTRADŹWIĘKOWYCH
Data badania
Nr grupy
Nr zespołu
Oznaczenie elementu
Typ i numer przyrządu
Skład zespołu
Odczyty w miejscu pomiarowym
Numer
miejsca
droga impulsu
s
i
, [mm]
czas przejścia impulsu
t
1
, [s]
prędkość
i
i
i
t
s
V
[km/s]
2
m
i
V
V
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Średni czas przejścia impulsu
n
V
V
i
m
=
Odchylenie standardowe
1
n
V
V
s
2
i
m
v
Wskaźnik zmienności
m
V
V
V
s
Wiek betonu
c
Stan wilgotności betonu
c
Współczynnik korelacji
C
0
=
Postać ogólna funkcji regresji
Średnia wytrzymałość betonu na
ściskanie
f
cm
= [MPa]
Odchylenie standardowe
wytrzymałości na ściskanie
s
f
= [MPa]
Wytrzymałość minimalna betonu
f
c,min
= f
cm
– ts
f
= f
G
c,cube
= [MPa]
Wskaźnik zmienności
cm
f
f
f
s
Współczynnik jednorodności
cm
min
,
c
f
f
k
Jakość betonu
KLASA
BETONU
Opracował
Sprawdził
Zał 2.Skrócona instrukcja obsługi betonoskopu TICO
I)
Przeznaczenie, zasada działania i opis przyrządu
Betonoskop ultradźwiękowy przeznaczony jest do nieniszczących badań betonu, a w szczególności do
określenia:
• Niejednorodności betonu
• Pustek, pęknięć i uszkodzeń spowodowanych przez ogień i lód
• Modułu sprężystości
• Wytrzymałości betonu.
Współpracuje on z parą głowic ultradźwiękowych: nadawczą i odbiorczą, połączonych za pomocą kabli.
Głowica nadawcza, pobudzana impulsami elektrycznymi, emituje falę ultradźwiękową o częstotliwości
określonej konstrukcją tej głowicy. Fala ta wnika do badanego elementu i odbierana jest przez głowicę
odbiorczą, umieszczoną po przeciwnej stronie elementu. Odstęp czasu który powstaje pomiędzy momentem
wysłania impulsu nadawczego i momentem odbioru tego impulsu, jest mierzony poprzez zliczenie impulsów
generatora zegarowego.
II)
Przygotowanie do pomiarów
A. Uruchamianie
• Połączyć głowice i rejestrator kablami BNC. Jeśli kable mają różną długość to dłuższy z nich musi zostać
podłączony do gniazda nadajnika (transmit)
Uwaga: Głowice należy podłączać przed włączeniem urządzenia i odłączać po wyłączeniu. Dotknięcie
wnętrza złącza BNC kabla nadajnika może spowodować porażenie elektryczne.
• Nacisnąć przycisk ON. Na ekranie pojawią się następujące informacje;
- numer seryjny urządzenia
- wersja zainstalowanego oprogramowania
- szacunkowy czas pracy baterii
Jeśli informacje nie pojawią się na ekranie należy wymienić baterie.
Następnie pojawi się ekran pomiarowy, na którym umieszczono poniższe informacje:
a. Typ cementu: P - cement portlandzki
B - cement hutniczy
b. Współczynnik korekcji ze względu na wilgoć lub inne czynniki
c. Wartość liczby odbicia wprowadzona z klawiatury
d. Numer pomiaru
e. Czas transmisji t fali ultradźwiękowej pomiędzy głowicami
f. Odległość I pomiędzy przetwornikami w wybranych
jednostkach ( m, ft)
g. Prędkość impulsu v=l/t
h. Wytrzymałość betonu TICO-SCHMIDT w wybranych
jednostkach: N/mm
2
, MPa, kg/cm
2
, psi
i. Instrukcje dla użytkownika:
Rozpoczęcie pomiaru - przycisk START
Wywołanie funkcji menu - przycisk MENU
B. Ustawienia MENU
Rejestrator wyposażony jest w system wyboru funkcji w postaci menu.
Po naciśnięciu przycisku MENU na ekranie pojawia się lista dostępnych funkcji.
a. wybór linii menu
b. wywołanie wybranej linii
c. wywołanie trybu (ekranu) pomiarowego
1. Odległość
Automatyczne wyświetlanie prędkości impulsu na ekranie pomiarowym wymaga wprowadzenia odległości
pomiędzy głowicami z dokładnością do 1%. Dokonuje się tego za pomocą klawiszy strzałek. Możliwy jest
wybór jednostki długości m lub ft (patrz punkt 4.1).
2. Współczynnik korekcji
Należy przyjąć wartość 1.0.
3. Numer pomiaru
Numer pomiaru jest zwiększany automatycznie po każdym pomiarze
4. Ustawienia podstawowe
4.1 Wybór jednostki dla długości i wytrzymałości
Przyciski ze strzałkami służą do wyboru jednostki długości (m lub ft) i wytrzymałości (N/mm
2
, MPa, psi lub
kg/cm
2
).
4.2 Kalibracja
Głowice standardowe 54 kHz kalibrowane są przez rejestrator. Wartość współczynnika kalibracji podana
jest na pręcie kalibracyjnym i musi być zgodna z wartością wprowadzoną.
III)
Wykonywanie pomiarów czasu przejścia impulsu
W celu dokonania pomiaru czasu przejścia impulsu ultradźwiękowego przez badany element należy:
-
wybrać i nanieść na powierzchnie robocze głowic środek sprzęgający,
-
określić punkty pomiarowe i zmierzyć odległość pomiędzy punktami pomiarowymi z dokładnością do 1%,
-
ustawić podstawowe parametry pomiaru w MENU, a następnie przycisnąć przycisk END,
-
nacisnąć przycisk START,
-
docisnąć dokładnie na przeciw siebie głowice nadawczą i odbiorczą w przygotowane miejsca badanego
elementu,
-
odczytać i zanotować w dzienniku wynik po uzyskaniu stabilnego wskazania.
Wartości prezentowane na wyświetlaczu można zachować przyciskając przycisk STORE. Jeśli użytkownik
ma wątpliwości co do prawidłowości pomiaru, zamiast STORE należy przycisnąć przycisk START i powtórzyć
badanie
Zał. 3 Dobór hipotetycznej funkcji regresji
I.
Przyjęcie hipotetycznej funkcji regresji
Na podstawie informacji prowadzącego zajęcia lub danych literaturowych, przyjąć funkcję regresji.
Najczęściej jest to:
83
4
V
119
8
V
748
2
C
f
m
2
m
c
,
,
,
MPa
Dobór funkcji polega na ustaleniu wartości współczynnika korygującego C, który „dopasowuje” ogólną
funkcję na podstawie wytrzymałości betonu na ściskanie ustalonej w badaniu próbek kontrolnych.
II.
Ustalenie minimalnej liczby próbek kontrolnych
Minimalna liczba próbek kontrolnych powinna wynosić:
a) 3 sztuki w przypadku badania próbek wykonanych podczas betonowania konstrukcji lub wyciętych z
konstrukcji,
b) 9 sztuk wykonanych dodatkowo według projektowanego składu betonu, jeżeli nie jest możliwe
postępowanie jak w punkcie a).
III.
Badanie próbek kontrolnych metodą ultradźwiękową
Próbki należy badać w co najmniej 3 miejscach pomiarowych leżących na kierunkach wzajemnie
prostopadłych. W czasie badania głowice powinny być dociskane za pomocą specjalnie
skonstruowanego jarzma, stosując środek sprzęgający. Dokładność odczytu przyrządu (ACCURACY)
powinna wynosić
0.02s. Pomiar drogi przejścia sygnału należy wykonać z dokładnością ±0,5mm.
IV.
Badanie porównawcze wytrzymałości na ściskanie próbek kontrolnych (zgodnie z PN-88/B – 06250
Beton zwykły)
V.
Określenie wartości współczynnika C
Wartość współczynnika C należy obliczać ze wzoru:
c
test
,
c
f
f
C
C
- współczynnik korygujący
f
c,test
- średnia, porównawcza wytrzymałość betonu na ściskanie z badania próbek kontrolnych
f
c
- średnia wytrzymałość betonu na ściskanie z przyjętej funkcji regresji w postaci ogólnej
VI.
Weryfikacja dobranej hipotetycznej funkcji regresji
Dobrana, hipotetyczna funkcji regresji może być zastosowana do oceny wytrzymałości betonu na
ściskanie w danej konstrukcji, jeżeli kwadratowe odchylenie względne
k
jest mniejsze od 12%
%
%
,
12
100
1
n
f
f
f
n
1
i
2
ci
test
ci
ci
k
f
ci
- wytrzymałość i-tej próbki z dobranej funkcji regresji (z uwzględnioną wartością współczynnika C)
f
c,test
- porównawcza wytrzymałość i-tej próbki z badania próbek kontrolnych
n
- liczba próbek kontrolnych