Приборы неразрушающего контроля для стройиндустрии
КОМПЛЕКС ПРИБОРОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
В современной техногенной обстановке значимость неразрушающего контроля трудно переоценить. Это касается всех отраслей промышленности и , в значительной мере, строительной индустрии, особенно в части обеспечения качества выпускаемой продукции, безопасности эксплуатации промышленных и гражданских объектов.Одной из основных задач неразрушающего контроля (далее - НК) является определение прочности и обнаружение дефектов в конструкциях из бетона и других материалов при технологическом контроле, обследовании зданий и сооружений.
Надежность результатов НК во многом зависит от применяемой приборной базы, использования взаимодополняющих методов контроля, учета ряда сопутствующих факторов, а также от оснащенности и квалификации специалистов, осуществляющих контроль. Например, при контроле железобетонных конструкций необходимо для оценки их несущей способности учитывать такие факторы, как возраст и влажность бетона, карбонизацию, состав бетона, наличие и расположение арматуры, …
Ряд вопросов комплексного контроля качества может быть разрешен только посредством мониторинга строящихся и эксплуатируемых объектов, для чего необходимо иметь многопараметрические информационно-регистрирующие системы, контролирующие развитие деформаций, напряжений и условий эксплуатации.
Основными методами НК прочности и дефектоскопии бетона, и других материалов, регламентируемыми ГОСТами (например, [1,2]) являются ударно-импульсный, ультразвуковой, отрыв со скалыванием, пенетрационный. Значительной информативностью обладают виброакустические методы оценки состояния конструкций и изделий, и обнаружения структурных дефектов.
Для эффективного решения указанных задач НК научно-производственным предприятием “ИНТЕРПРИБОР” создан комплекс малогабаритных приборов, включающий:
· многоканальный многопараметрический регистратор “ТЕРЕМ-4”
· двухпараметрические и ударно-импульсные
измерители прочности материалов “ОНИКС-
· ультразвуковой универсальный прибор “ПУЛЬСАР-
· измеритель прочности бетона отрывом со скалыванием “ОНИКС-ОС”
· прибор для определения адгезии покрытий “ОНИКС-АП”
· измеритель морозостойкости бетона”Бетон-Frost”
· измеритель параметров армирования “ПОИСК-
· виброанализаторы : одноканальный “ВИБРАН-
· измеритель частот собственных колебаний “ИЧСК-1.0”
· виброметр “ВИСТ-
· измеритель напряжений в арматуре “ИНК-2.5”
· прибор диагностики свай “Спектр-
· измерители теплозащитных свойств материалов и конструкций:
- мобильный и стационарный измерители теплопроводности “МИТ-1” и “ИТС-1”
- многоканальный регистратор “ТЕПЛОГРАФ”
· влагомеры различного назначения серии “ВИМС-
· плотномер асфальтобетона “ПАБ-
· термометры, гигрометры, анемометры (раздельные и совмещенные, с функцией регистрации)
· средства программной поддержки
Приборы сертифицированы Госстандартом России, многие сертифицированы Госстандартом РБ, максимально унифицированы: выполнены в малогабаритных корпусах единого конструктива, оснащены однотипной клавиатурой, имеют идентичную систему меню.
В комплексе реализованы технических решения, обеспечивающие потребителю максимум удобств в эксплуатации. Это легкие и удобные датчики, элементы автоматической адаптации, комбинированное представление информации на графическом дисплее с подсветкой, автоматическая регистрация результатов и условий измерений в реальном времени, инфракрасный или USB интерфейс, программы компьютерного анализа, минимизированные масса, габариты и энергопотребление, аккумуляторное питание с автоматическим контролем процессов разряда и заряда, и др. В приборах заложена развивающаяся структура, позволяющая периодически обновлять их программное обеспечение, а также ориентировать алгоритмы и содержимое меню под задачи пользователя. Далее кратко рассмотрим наиболее распространённые приборы.
Универсальный многоканальный регистратор ?ТЕРЕМ-4? разработан для регистрации и отображения во времени информации, поступающей от датчиков различного вида: датчиков перемещений и деформаций, напряжений, вибрации, температуры и теплового потока, влажности, давления и т.д. Прибор успешно применяется для мониторинга сложных технических объектов, зданий, мостов, сооружений (в частности, для контроля за состоянием трещин, изменением теплозащитных свойств конструкций, развитием деформаций), а также для контроля технологических процессов. Состоит из центрального блока и адаптеров, объединенных в единую сеть общей четырехпроводной линией связи. Каждый адаптер обслуживает от 2 до 32 датчиков любых видов, позволяя производить сбор необходимой информации с локальных участков объекта. Максимальная длина линий связи – 200 метров.
?ТЕРЕМ-4? (Рис. 1) выпускается в любых модификациях комплектуется по заданию заказчика адаптерами с общим количеством каналов измерения до 256, позволяет фиксировать во времени до 250 тысяч отсчетов с произвольно задаваемым периодом регистрации. Прибор имеет минимальные массогабаритные параметры, мобилен и прост в эксплуатации. Информация может просматриваться, как на дисплее, так и на мониторе компьютера.
Прибор ?ОНИКС-2.5? (Рис. 2) в отличие от аналогов определяет прочность бетона одновременно по ударному импульсу и упругому отскоку, что позволяет существенно повысить достоверность результатов. Сигналы датчика-склерометра подвергаются интеллектуальной и статистической обработке с автоматическим вычислением прочности. В приборе заложены базовые характеристики, которые могут легко корректироваться пользователем индивидуально для 24 видов материалов. Диапазон прочности от 0,5 до 100 МПа обеспечивают возможность контроля широкого спектра материалов. Конструкция и малый вес датчика (160 гр) дают возможность пользователю выполнять работы с высокой интенсивностью одной рукой. Установка датчика в точку контроля может производиться одновременно со взводом ударника с достаточной точностью, позволяя максимально исключить ложные результаты и контролировать объекты с малой площадью доступной поверхности, например, растворные швы. Комфортная работа при низких температурах обеспечена исполнением корпуса датчика из ?теплого? материала.
Приоритетная область использования прибора ?ОНИКС-2.5? - сплошной оперативный контроль железобетонных изделий, конструкций и сооружений по прочности и однородности, связанный с получением больших массивов информации. Прибор также применим при контроле ячеистых блоков, кирпича, штукатурки, изделий из композиционных материалов.
Освоен выпуск нового многопараметрического измерителя прочности ?ОНИКС-2.6?, позволяющего наиболее полно учитывать особенности контролируемых материалов, осуществлять многопараметрический анализ, выполнять функции дефектоскопа.
Рис.2. Оникс – 2.5
Измеритель прочности строительных материалов “ОНИКС-2.6”:
· Исследование свойств материалов и дефектоскопия изделий по параметрам и спектру сигнала реакции объекта на ударное воздействие.
Приборы применимы также для определения однородности, плотности, твердости и пластичности различных материалов (кирпич, штукатурка, стяжка, раствор, композиционные материалы и т.д.)
В приборах реализован двухпараметрический метод измерения (ударный импульс + отскок), повышающий достоверность результатов, имеется режим записи, просмотра и анализа сигналов реакции объектов на ударное воздействие с возможностью дополнительной компьютерной обработки. В приборе заложены 60 базовых градуировочных зависимостей для бетонов различных составов (по виду заполнителя, цемента,…) и условий твердения.
Предусмотрены: ввод градуировочных зависимостей пользователя, учет возраста и карбонизации бетона, задание с помощью компьютера собственных названий материалов.
Обеспечена возможность периодического обновления управляющей программы прибора.
Условия эксплуатации: температура окружающей среды от –10 до +40°C, максимальная влажность 90% и ниже при 25°C, без конденсации влаги.
МОДИФИКАЦИИ
· Оникс-2.6.1 двухпараметрический измеритель прочности без визуализации сигналов
· Оникс-2.6.2 – прибор для исследовательских целей: двухпараметрическое измерение прочности, визуализация и анализ сигналов реакции объекта на ударное воздействие с получением амплитудных, временных и интегральных параметров
· Оникс-2.6.3 – измеритель плотности материалов
Во всех версиях приборов регистрируются результаты и условия выполнения измерений: значение прочности объекта по ударному импульсу и отскоку, коэффициент вариации и размах серии результатов, вид объекта контроля, вид материала и его компонентов, возраст бетона, градуировочные и поправочные коэффициенты, номера серий измерений, дата и время выполнения измерений.
Ультразвуковые приборы?ПУЛЬСАР-1.1? и ?ПУЛЬСАР-1.2? измеряют время и скорость распространения ультразвуковых колебаний (УЗК), вычисляют прочность, плотность и модуль упругости для 20 видов материалов. Преобразование скорости УЗК в физические параметры осуществляется индивидуально по каждому виду материала посредством зависимости, коэффициенты которой при необходимости могут легко корректироваться пользователем. Предусмотрены статистическая обработка серий измерений, вычисление коэффициента вариации и полная архивация результатов. Имеются элементы дефектоскопии: визуализация сигналов на экране осциллографа, ?российский?и ?английский? варианты определения глубины трещин.
Конструкция датчиков обеспечивает работу на произвольной и фиксированной базе с сухим контактом при поверхностном и сквозном прозвучивании. За счет повышения напряжения возбуждения УЗК до 600 В и использования современной элементной базы получена высокая стабильность результатов при сквозном прозвучивании на больших базах измерения.
В дефектоскопе ?ПУЛЬСАР-1.2? дополнительно заложены функции полноценной визуализации и обработки принимаемых сигналов, АРУ, режим осциллографа.
Применение данных приборов наиболее эффективно в ответственных случаях для выявления, оценки и локализации дефектов структуры, определения неоднородности по прочности, глубины трещин. Прибор ?ПУЛЬСАР-1.1? зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 24693-03,.
Прибор ?ОНИКС-ОС? (Рис.3) предназначен для определения прочности бетона методом отрыва со скалыванием и применяется в особо ответственных случаях при обследовании железобетонных конструкций и сооружений, а также для корректировки калибровочных коэффициентов приборов ?ОНИКС-2.5? и ?ПУЛЬСАР-1.1/1.2?.
Выполнен в виде микропроцессорного устройства и портативного гидравлического пресса с пространственной самоустановкой оси вырыва. В отличие от аналогов в приборе исключено проскальзывание анкера, что позволило значительно улучшить метрологические и эксплуатационные характеристики. Электроника обеспечивает полный контроль процессов нагружения и измерения в реальном времени: индикацию скорости нагружения, фиксацию момента отрыва фрагмента, вычисление прочности бетона и регистрацию результатов. Предусмотрена ориентация измерений по виду и возрасту бетона, условиям твердения, влажности и типоразмеру анкера. Предельное усилие вырыва составляет 50 кН, диапазон по прочности - 5…100 МПа, масса - 3,7 кг.
Рис.3. Оникс - ОС
Полученные параметры и свойства прибора в совокупности обеспечивают надёжность результатов и максимум удобств при эксплуатации, в частности, мобильность и быструю установку на объект контроля, отсутствие бракованных вырывов.
Прибор внесён в Государственный реестр средств измерений под №26356-04.
Измеритель защитного слоя бетона ?ПОИСК-2.5? базируется на магнитном методе [3] и реализует следующие функции:
- определение проекций стержней на поверхность бетона;
- измерение толщины защитного слоя (0…170 мм) и
определение неизвестного диаметра арматуры (3…50 мм);
- сканирование объектов с запоминанием результатов;
- объектная ориентация по видам арматуры и маркам сталей;
- автоматизированная настройка на марки сталей, компенсация влияния параллельных стержней.
Расположение арматурных стержней определяют сканированием поверхности железобетонной конструкции с визуальным контролем по графическому дисплею и по тональному звуковому сигналу.
Поскольку арматура, находящаяся в зоне испытаний, влияет на результаты практически при всех видах НК прочности бетона, для получения надежных данных необходимо предварительно определять положение арматурных стержней и выбирать контрольные участки, свободные от арматуры.
Универсальный влагомер ?ВИМС-2.2? реализует диэлькометрический метод измерения [4] и предназначен для оперативного контроля влажности широкой номенклатуры строительных материалов. Прибор индицирует влажность, вид контролируемого материала, номер, дату и время измерения. Имеет четыре типа датчиков:
- планарный – для контроля влажности поверхностных
слоев;
- объемный – для сыпучих материалов;
- встроенный в корпус прибора;
- зондовый – для контроля влажности в глубине сыпучих и твердых материалов.
Прибор имеет объектную ориентацию на 28 видов материалов и 12 свободно программируемых компьютером названий материалов. Каждый материал имеет свою область калибровочных коэффициентов, которые могут корректироваться потребителем. Существенно снижена погрешность измерений от потерь проводимости, вызванных наличием в контролируемых материалах растворимых солей.
В рамках рассматриваемого комплекса приборов влагомер необходим для корректировки результатов ультразвуковых и ударно-импульсных испытаний по влажности бетона на поверхности и в массиве, при этом влажность определяется с поверхности планарным датчиком и зондом – в пробуренных скважинах на определенной глубине массива.
Имеется также ряд специализированных влагомеров для контроля влажности древесины, абразивов, шифера, тканей, кожи, утеплителя.
Виброанализаторы ?ВИБРАН-2.0/3.0? - предназначены для вибродиагностики конструкций, оснований, фундаментов, в частности, для анализа реакции конструкций на ударное воздействие. Позволяет выполнять анализ вибраций по одной пространственной координате и по четырём - ВИБРАН-3.0, а также:
- осуществлять запись вибраций в диапазоне частот 0,5…100 и 5…1000 Гц, получать 200 линий спектра и 7 гармоник разложения в ряд Фурье;
- производить запись процессов в заданных временных рамках (от 0,1 до 50 с) с автоматическим запуском по заданному пороговому уровню колебаний;
- просматривать сигналы и спектры на дисплее;
- выполнять усреднение спектров, оконные функции и автоматическое масштабирование;
- сохранять до 200 результатов и выборок колебательных процессов;
- пересылать данные в ПК по USB интерфейсу с последующим выполнением октавного, 1/3 октавного анализа и вычислением 2000 линий спектра.
Одноканальная сейсмостанция ”Спектр-
СПЕКТР-1.0 позволяет проанализировать реакцию объекта исследования на ударное воздействие во временной и спектральной области. Сейсмоволна возбуждается с помощью молотка и воспринимается чувствительным виброизмерителем.
Благодаря сейсмоспектральному методу и специальным методикам обработки информации можно определить длину металлических и железобетонных свай (как отдельных, так и в составе ростверка), построить сейсмоспектральный профиль.
Прибор позволяет:
- производить запись виброколебаний с автоматическим запуском от сигнала по заданному пороговому уровню и получать разложение по 1000 линиям спектра;
- просматривать на дисплее форму сигналов и их спектр; выполнять анализ временных характеристик сигналов (режим осциллографа);
- сохранять до 225 записей виброколебаний и их спектральный состав;
- производить пересылку и дополнительную компьютерную обработку записанных реализаций процессов виброколебаний со спектральным разрешением 8 или 16 тысяч линий спектра.
В настоящее время ведётся разработка двухканального прибора СПЕКТР-2.0, который в отличие от СПЕКТР-1.0 будет дополнительно иметь режимы определения относительной несущей способности свай и неоднородностей исследуемого объекта (трещиноватости, обводнённости грунтов и т.п.).
Комплекс ускоренного определения морозостойкости бетона “Бетон-Frost” - измерительный комплекс БЕТОН-FROST предназначен для ускоренного определения морозостойкости бетона по величине аномальных пиков объемных деформаций в соответствии с ГОСТ 10060.3-95. Прибор позволяет проводить оперативный контроль качества выпускаемой продукции и дает возможность внесения корректив в рецептуры и технологические процессы изготовления бетона.
В основу работы измерителя БЕТОН-FROST положен дифференциальный метод измерения температурных объемных деформаций исследуемого образца и эталона, которые посредством рабочей жидкости (керосина) преобразуются в линейные перемещения. Эталоном сравнения служит алюминиевый кубик размерами 100?100?100 мм. Конструктивные особенности измерительной камеры позволяют проводить испытания на кернах диаметром и высотой 70 мм.
Отличительной особенностью БЕТОН-FROST является использование, впервые, адаптивной математической модели эталонной измерительной камеры, позволяющей заменить эталонную камеру рабочей и повысить точность измерений. Поставляемый в комплекте алюминиевый кубик позволяет заказчику самостоятельно настроить эталонную модель на рабочей камере под своё холодильное оборудование.
Измеритель морозостойкости БЕТОН-FROST состоит из электронного блока и 1?3 измерительных блоков (камер). Электронный блок в ходе испытания регистрирует процессы (сигналы), поступающие с датчиков объемных деформаций и температуры, вычисляет величину аномальных пиков и оценивает морозостойкость исследуемого бетонного образца. По окончании испытания всю информацию можно передать на компьютер для более детальной обработки и формирования отчета по испытанию с использованием поставляемой в комплекте программы.
Центральное устройство-регистратор измерительного комплекса предназначено для работы при температуре окружающей среды от –10 до +50°С, максимальной влажности 80% при 35°С и ниже без конденсации влаги и атмосферном давлении 86…106кПа.
Плотномер асфальта “ПАБ-
Прибор позволяет:
• Оценивать плотность и степень уплотнения дорожных покрытий
• Устанавливать более эффективные траектории укатки асфальта
• Оперативно выявлять недоуплотненные участки и контролировать критические зоны (стыки, кромки, траектории колес)
• Оценивать качество дорог перед нанесением покрытий
Принцип действия прибора основан на определении параметров электромагнитного поля в среде асфальтобетона и их преобразовании в
значение плотности. При работе с прибором не требуется специального
контроля безопасности, как при радиационном методе контроля.
Особенности прибора:
• Легкая адаптация под конкретный состав асфальтобетона введением калибровочных коэффициентов
• Возможность ввода градуировочных зависимостей для 12 видов асфальтобетона
• Отображение результатов на графическом дисплее с подсветкой
• Вычисление коэффициента уплотнения
• Память 500 результатов и условий измерений в реальном времени (с фиксацией времени и даты)
• Связь с ПК по ИК - интерфейсу
• Сервисная компьютерная программа, позволяющая производить архивацию, дополнительную обработку информации и документирование результатов измерений
Средства программной поддержки включают в свой состав: устройства связи с компьютером, программы считывания и компьютерной обработки результатов, хранящихся в памяти приборов. Каждый из рассмотренных приборов имеет свою индивидуальную программу, позволяющую считывать информацию, просматривать в табличной и графической формах, сопровождать комментариями, корректировать, распечатывать, экспортировать в EXCEL, производить дополнительную математическую обработку информации. Имеется также программа для объектной ориентации приборов.
Приборы комплекса получили широкое распространение в России и за рубежом, в течение многих лет успешно эксплуатируются рядом предприятий и организаций.