Акустические методы.

Акустические методы основаны на использовании упругих механических колебаний. Основной характеристикой колебательного процесса является частота f - отношение числа циклов колебаний ко времени их совершения. Если f < 20 Гц, то это колебания инфразвуковые; если f находится в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, то это колебания звуковые (слышимые человеческим ухом); если f > 20 кГц, то это колебания ультразвуковые.

Физические основы ультразвука.

Источники. Для возбуждения ультразвуковых волн на поверхность материала может устанавливаться преобразователь переменного электрического тока в механические колебания. Такое преобразование способны совершать кристаллы кварца, сегнетовой соли, сульфата лития, сульфоиодита сурьмы, титаната бария. Деформация кристаллов под действием приложенного к ним электрического тока называется обратным пьезоэффектом. Прямой пьезоэффект заключается, наоборот, в поляризации поверхности кристаллов в результате их деформации. По принципу обратного пьезоэффекта работает источник ультразвуковых волн, по принципу прямого пьезоэффекта - приёмник волн.

Существуют и магнитострикционные источники ультразвука. Они состоят из магнитостриктора 2 (собирается из тонких изолированных друг от друга пластинок никеля), обладающего свойством под действием магнитного поля сжиматься и растягиваться, металлической мембраны 3, жестко прикрепленной к корпусу 1. Через катушку пропускается переменный электрический ток (в источнике волн) или, наоборот, в нем возникает ток (в приёмнике волн).

Ультразвуковые приборы, используемые в России: Бетон 5, 8-УРЦ; УКБ-1, 1М; УК-10п, 12п, 16п; УФ-90ПЦ; ДУК-20 и др.

Регистрация ультразвуковых колебаний - от приёмника через усилитель на экран электронно-лучевой трубки осциллографа.

Первое важное свойство ультразвука: он практически полностью затухает в воздухе (это позволяет выявить наполненные воздухом дефекты в материале). Это свойство настолько сильно, что для устранения воздушной прослойки между преобразователями и материалом обязательно наносят контактирующую среду: для металла - минеральное масло, для бетона - солидол, технический вазелин или эпоксидную смолу.

Второе важное свойство ультразвука - отражаться от противоположной грани элемента.

Способы прозвучивания. Источник и приёмник ультразвуковых волн могут быть расположены на противоположных гранях объекта. В этом случае волна проходит сквозь толщу материала, поэтому способ называется сквозным. Направление прозвучивания при этом возможно нормальное к поверхностям объекта и наклонное (диагональное). Если на пути волны встречается существенный дефект, наполненный воздухом, то скорость ультразвука, по сравнению со скоростью на соседних участках материала без дефектов, снизится; под дефектом возникает своеобразная «теневая» зона. Источник и приёмник ультразвуковых волн могут быть расположены и на одной и той же грани объекта. В этом случае волну можно пускать по поверхности материала (выискиваются трещины, выходящие на поверхность конструкции) и в глубь его. В последнем случае волна проходит сквозь толщу материала и отражается от противоположной грани или от дефекта (так называемый «эхо-метод»).

Определение прочности бетона. Чем более рыхлую структуру имеет бетон, тем больше воздушных прослоек встретит на своем пути ультразвуковая волна, тем сильнее уменьшится её скорость. Сравнивая скорость прохождения волны сквозь бетон обследуемого объекта со скоростями прохождения её через эталонные бетонные образцы разной прочности (разной степени рыхлости), определяем прочность бетона объекта. Иными словами, для определения прочности бетона объекта достаточно воспользоваться уже существующей эмпирической зависимостью

R = f (v).

Молоток.

Для приближённой оценки прочности бетона можно применить обычный молоток. При ударе по бетону непрочному звук получается «глухим», создаётся впечатление, что молоток как бы погружается в бетон. Чем прочнее бетон, тем звук становится всё более «звонким», а молоток «отскакивает» от бетона всё сильнее. Это – симбиоз методов измерения пластических деформаций, упругого отскока и акустического (шутка). С накоплением опыта такое испытание позволяет получить вполне достоверные результаты.

Неразрушающие методы оценки механических характеристик арматуры ещё только разрабатываются. Поэтому механические характеристики оцениваются по виду профиля арматуры, устанавливаемого при её вскрытии, или испытанием образцов арматуры, вырезанных из слабо загруженных участков конструкций.