CC BY
84
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 666.9.017 : 620.179
МЕТОДИКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ БЕТОНА КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
С.Я. Семененко, доктор сельскохозяйственных наук Д.П. Арьков, кандидат технических наук С.С. Марченко, кандидат технических наук
Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий
Проблема определения реальных физико-механических свойств конструкций и элементов гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации в настоящее время становится все более значимой.
В статье предлагается обзор способа определения класса бетона по водонепроницаемости, который основан на использовании зависимости скорости распространения ультразвуковой волны и коэффициента фильтрации. Метод относится к группе методов не разрушающего контроля и может применяться в процессе обследования и мониторинга эксплуатирующихся гидротехнических сооружений.
Ключевые слова: класс бетона, неразрушающие методы контроля, прочность, гидротехническое сооружение.
В Южном федеральном округе более 14 тысяч гидротехнических сооружений имеют напорный фронт, около 25 из них - это крупные каналы комплексного и мелиоративного назначения. Протяжённость каналов составляет более 2300 км. При этом из общей протяжённости каналов около 30 % имеют противофильтрационные покрытия. В водохозяйственном комплексе страны общие потери воды при транспортировке достигают 8 км3/год, более половины которых приходится на фильтрацию из оросительных каналов. Это вызывает подъем уровня грунтовых вод в приканальной зоне, подтопление прилегающих населенных пунктов, заболачивание и засоление земель.
Строительство оросительных систем в настоящие время практически прекратилось, поэтому особое внимание необходимо уделять при мониторинге и реконструкции действующих систем с учётом их эксплуатационной и экологической надёжности, выявляя фактическое состояние сооружений.
Одним из важнейших факторов, который определяет эксплуатационную надёжность и долговечность мелиоративных гидротехнических сооружений (ГТС), в частности, противофильтрационных облицовок, является водонепроницаемость. Поэтому при диагностировании технического состояния ранее построенных водохозяйственных объектов возникает острая необходимость определения параметров водонепроницаемости облицовки каналов, при условии их целостности (коэффициент фильтрации, класс бетона по водонепроницаемости) в процессе эксплуатации ГТС. В настоящее время применяют следующие стандартные методы контроля водонепроницаемости [1]: определение водонепроницаемости по «мокрому пятну»; определение водонепроницаемости по коэффициенту фильтрации; ускоренный метод определения коэффициента фильтрации (фильтратометром).
Кроме того, известны способы измерения потерь воды и определения коэффициента фильтрации через бетонную облицовку и деформационные швы ГТС, преимущественно каналов и водоемов [8, 4], заключающиеся в использовании фильтромеров. При этих способах измеряют потери воды через монолитный (сборный) бетон и швы облицовки канала с помощью фильтромерных полостей, прижимаемых к облицовке через легко деформируемый материал.
Эти и другие известные в настоящее время способы [6, 7] представляется сложным применить конкретно для фильтрационных испытаний противофильтрационных конструктивных элементов ГТС в связи со специфическим технологическим режимом их работы. Перечисленные способы контроля водонепроницаемости являются достаточно трудоёмкими, многооперационными и длительными в проведении испытаний. Главный недостаток этих способов заключается в том, что применение в реальных условиях диагностики конструкций ГТС является трудоемким процессом.
В связи с этим, являются актуальным исследования по разработке неразрушаю-щих методов определения эксплуатационных показателей, таких как класс бетона по водонепроницаемости, в процессе проведения комплексных исследований [5].
Ультразвуковой метод - один из основных методов неразрушающего контроля качества в различных отраслях промышленного производства. Его преимущества перед другими методами таковыми: надежное выявление опасных дефектов типа трещин и пор в толще материала, высокая производительность и более низкая стоимость, по сравнению с другими неразрушающими методами, такими как, например, рентгеноде-фектроскопия.
В лаборатории комплексных исследований строительных материалов и технологий ФГБНУ «ПНИИЭМТ» проведены комплексные экспериментальные исследования по выявлению зависимости скорости распространения ультразвуковых волн (V, м/с) в бетоне и коэффициента фильтрации (Кф, м/с) - основным показателем характеризующим класс бетона по водонепроницаемости.
Исследования проводились на бетонных образцах цилиндрической формы, изготовленных по ГОСТ 12730.5-84 диаметром и высотой 150 мм, варьируя водоцементное отношение, подготовлены 4 серии по шесть образцов следующих классов бетона по прочности: В15; В20; В22,5; В25; В30. В процессе изготовления образцов цилиндрической формы, параллельно подготовлены, образцы кубической формы ГОСТ 10180-90, по которым в прошествии 28 суток подтвержден класс по прочности.
Последовательно выполнены следующие этапы исследования:
1) измерена скорость распространения ультразвука в образцах с помощью прибора «Пульсар-1.2» (рис. 1), по результатам построены графики, характеризующие диапазон скоростей для определенного класса бетона по водонепроницаемости;
2) определён коэффициент фильтрации образцов.
Выделены следующие классы бетона по водонепроницаемости: \У8, \У10, \У12.
Рисунок 1 - Ультразвуковой дефектоскоп Пульсар -1.2
123456789 10
Рисунок 2 - Размах значений скоростей УЗК в образцах различных классов
по водонепроницаемости Из графика, представленного на рисунке 2, видно, что для образцов одного класса скорость распространения ультразвуковых волн находятся в определенных границах.
123456789 10 Рисунок 3 - Размах значений коэффициента фильтрации
Найденные значения в системе координат V - Кф
5500
5000
Ы П
** 4500
л
н
и
о
4000
а: О
3500
3000
>
%
% - ♦ % ♦ ♦
♦ \/У8 ■ \Л/10 А\Л/12
0 1Е-10 2Е-10 ЗЕ-10 4Е-10 5Е-10
Коэфициент фильтрации, м/с
Рисунок 4 - Экспериментальные значения в координатах V-Кф
Для оценки адекватности найденных значений, скорости распространения ультразвуковой волны и коэффициента фильтрации на каждую марку бетона рассчитаны основные статистические величины, характеризующие разброс данных (табл. 1).
Таблица 1
Среднее Размах Ср. линейное Дисперсия, D Стандартное Коэф.
значе- вариа- отклонение, отклонение, вариа-
ние, X ции, R a о ции, %
W6 - - - - - -
W8 4063,44 1456 467,259 263465,802 513,289 12,63
W10 4726,75 984 408,75 153806,762 392,182 8,29
W12 5124,46 814,6 327,688 124786,035 353,250 6,89
В статистике принято считать, что если коэффициент вариации менее 33 %, то совокупность данных является однородной, если более 33 %, то - неоднородной. Таким образом, можно говорить о правомерности использования при построении зависимости найденных и рассчитанных величин.
По найденным значениям скорости распространения ультразвуковой волны в бетонных образцах и рассчитанным коэффициентам фильтрации построена кривая, представленная на рисунке 5 описываемая уравнением степенной функции
у = 248,63х0,126
График \/-Кф
6000 5500 ■¿1 5000
г
| 4500 л
ё 4000 о.
б 3500 3000 2500
О 5Е-11 1Е-10 1,5Е-10 2Е-10 2,5Е-10 ЗЕ-10 3,5Е-10 4Е-10 4,5Е-10 5Е-10 Коэффициент фильтарации, Кф, см/с
Рисунок 5 - График зависимости скорости распространения ультразвуковых волн и коэффициента фильтрации
Найденное уравнение позволяет по известной скорости распространения ультразвуковой волны, определять коэффициент фильтрации бетона, по которому, в свою очередь, находится класс бетона по водонепроницаемости.
По средним значениям подготовленных серий образцов построена кривая зависимости скорости распространения ультразвуковой волны и класса по водонепроницаемости рисунок 6, описываемая более точно степенной функцией второго порядка с величиной достоверности аппроксимации Я = 0,9986.
Полученные результаты показывают, что класс бетона по водонепроницаемости зависит от скорости распространения ультразвуковой волны и увеличивается с ростом скорости УЗВ.
График зависимости У-В
6000
5500
и 5000 £
Й 4500 >
-о
§ 4000 о. о
и 3500 3000 2500
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Класс бетона го водонепроницаемости, В
Рисунок 6 - График зависимости скорости распространения ультразвуковой волны и класса бетона по водонепроницаемости
Предложенная методика позволяет на основе полученных зависимостей определять класс бетона по водонепроницаемости, не выполняя трудоемкие и время затратные операции, связанные с определением коэффициента фильтрации. Кроме того, выполнять качественную и количественную оценку при решении практических задач, возникающих при обследовании гидротехнических сооружений, с целью принятия объективного решения о возможности дальнейшей эксплуатации сооружения, выбора наиболее приемлемых методов и способов усиления конструкций, прогнозирования дальнейших сроков службы, выяснения причин аварий и др.
Библиографический список
V
у = 248, бЗх °-126
1. ГОСТ 12730.5-84*. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости [Текст]. -М.: Изд. стандартов, 1986.
2. ГОСТ 12730.1-78 Бетоны. Методы определения плотности [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 1978.
3. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности [Текст]. - М.: Изд. стандартов, 1987.
4. Зоценко А.Ф. Измерение потерь воды приборами фильтромерами [Текст] // Мелиорация и водное хозяйство. - 1990, № 10. - С. 44...46.
5. Методика определения водонепроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений [Текст] / С.Я. Семененко, С.С. Марченко, Д.П. Арьков, П.В. Часовской. -Волгоград: ГНУ ПНИИЭМТ, 2013 г. -51 с.
6. Способ определения абсолютных фильтрационных потерь на участке ирригационного канала [Текст]: авторское свидетельство SU № 151137, А 1. М. кл3. G Е 02 В 13/00. / Г.В. Абелишвили. - Заявка № 754261/30-15; Заявлено 30.11.1961; Опубл. 1962 г., Бюл. № 20.
7. Способ измерения потерь воды [Текст] : авторское свидетельство SU № 918385. М. кл3. Е 02 В 3/16. / В.М. Бойко. Заявка № 3007185/29-15; Заявлено 24.11.1980; Опубл. 07.04.1982, Бюл. № 13.
8. Устройство для измерения фильтрационных потерь [Текст] : авторское свидетельство SU № 1532645, А 1. М. кл3. Е 02 В 1/02. / А.В. Ищенко, Р.Р. Галицкий, Т.С. Косенко и В.А. Ры-балкин. - Заявка № 4398887/23-15; Заявлено 28.03.1988; Опубл. 30.12.1989, Бюл. № 48.
E-mail: [email protected]
