V současné době jsou kladeny vysoké nároky na kvalitu provádění staveb, betonové konstrukce nevyjímaje. Zatímco kontrola vlastností vstupních materiálů je na solidní úrovni a navíc i relativně snadno proveditelná, podstatně horší je prokazování kvality hotových konstrukcí. Z hlediska betonu nejde jen o jeho vlastnosti, jako jsou např. rovnoměrnost, pevnost v tlaku nebo statický modul pružnosti, ale rovněž o skryté vady a poruchy, k nimž řadíme nedodržení tloušťky konstrukce (což je typické např.
Ultrazvuková impulzová metoda
Pro zjišťování vlastností betonu využíváme ve stavební praxi ultrazvukovou impulzovou metodu, spočívající ve vysílání krátkých svazků tlumeného mechanického kmitání do materiálu. Toto kmitání vzniká v budiči, který pravidelně a opakovaně vysílá elektrické impulzy. Během zkoušení konstrukcí a materiálu se mohou použít dvě, popřípadě jedna sonda. Při použití dvou sond funguje jedna jako budič ultrazvukových vln a druhá jako jejich snímač. Pokud se používá jen jedna sonda, zastává obě funkce a je tedy zároveň budičem a snímačem.
Sonda (piezoelektrická) po přiložení k povrchu konstrukce nejprve funguje jako budič vysílající do konstrukce mechanický signál, poté se přepne do režimu snímání, kdy přijímá signál odražený od protějšího povrchu konstrukce nebo překážky a mění ho na elektrický obraz. Takto přeměněný obraz se zobrazuje na obrazovce přístroje jako tzv. „echo“.
Při použití ultrazvukové metody odrazové se doba průchodu signálu zkoumaným prvkem zjišťuje jako čas, který uplyne mezi vysláním ultrazvukové vlny do prostředí, následným odrazem vlny od vzdáleného povrchu (případně vady) a zaznamenáním odraženého echa v místě vyslání signálu. Moderní přístroje dokáží sledovanou dobu zobrazit na svých obrazovkách jako graf A-scan, který zachycuje výchylky impulsu v závislosti na času. Z přesného času průchodu ultrazvuku zkoumaným prostředím lze stanovit tloušťku konstrukce, popřípadě hloubku zjištěné vady.
Ultrazvuková impulzová metoda odrazová se neustále zdokonaluje a rozšiřují se její možnosti využití v diagnostice konstrukcí. Nevýhodou metody je nutnost použití složitějších a dražších přístrojů než u metody průchodové, výhodou je naopak možnost zkoumat i konstrukce přístupné pouze z jedné strany, jako jsou stěny, průmyslové podlahy nebo ostění tunelů. Rovněž se lépe diagnostikují např.
Čtěte také: Význam destruktivních zkoušek betonu
Přístroje pro ultrazvukovou odrazovou metodu
Na trhu se objevuje stále více přístrojů pro ultrazvukovou odrazovou metodu. Mezi nejznámější patří např. systém MIRA [4]. Autoři příspěvku měli k dispozici přístroj Pundit 250 Array. Odrazové sondy jsou z důvodu zlepšení možností analýzy odražených signálů konstruovány jako maticové, tedy s větším počtem budičů a snímačů uspořádaných do matice - Obr. 2. Používají se nízkofrekvenční ultrazvukové snímače krátkých pulzů s kontaktem suchého bodu - ve světě je tento princip známý jako tzv.
- A-scan je zkratkou pro „amplitude scan“. Jedná se o nejjednodušší zobrazení, při kterém jsou zaznamenávány dva základní parametry odezvy: velikost (amplituda) a čas výskytu odezvy.
- B-scan je zkratkou pro „brightness scan“. Jedná se o dvojrozměrné zobrazení s informacemi vyšetřovaného prostředí v určitém řezu. Toto zobrazení nám umožňuje „nahlédnutí“ do zkoumané konstrukce. Pohybem sondy po dráze, která bývá většinou přímočará, se průběžně získávají jednotlivá echa. Výstupem je poté vykreslení tloušťky konstrukce, případná hloubka vad na horizontální ose, které byly získány z naměřených odezev.
Pundit 250 Array využívá 24 snímačů rozdělených po řadách (trojicích) do 8 kanálů. Při snímání dané konstrukce vždy funguje jeden kanál jako vysílač a zbylé jako přijímače s tím, že během snímání musí zastat každý kanál funkci vysílače i přijímače. Takto vznikne celkem 28 A-scanů, které se mapují pomocí syntetické clony do obrazu hledaného B-scanu. Výrobce udává taktéž možnost měření do hloubky až jednoho metru.
Praktické aplikace ultrazvukové odrazové metody
Prvním příkladem praktické aplikace ultrazvukové odrazové metody (pulse echo) je měření tloušťky průmyslové podlahy. Jedná se o typický příklad ze stavební praxe, kdy nedodržením požadované tloušťky podlahy lze poměrně výrazně „ušetřit“. V případě zkoumané podlahy byla podle projektové dokumentace požadována tloušťka podlahy z drátkobetonu 240 mm. Jelikož vznikly oprávněné pochybnosti o dodržení této hodnoty, byly provedeny zkoušky pomocí přístroje Pundit 250 Array.
V různých částech haly vycházela tloušťka podlahy pomocí ultrazvuku od 167 mm do 190 mm. Jádrové vývrty byly následně odebrány v dalších místech, kde tloušťky pomocí ultrazvuku vycházely od 173 mm do 190 mm. Porovnání výsledků měření tloušťky podlahy s délkou jádrových vývrtů ve stejných místech jsou uvedeny v Tab. 1.
Při měření sondou Pundit 250 Array byly zjištěny určité odchylky v naměřené tloušťce betonu. Na každé stěně byla nejprve stanovena průměrná rychlost šíření příčných ultrazvukových vln (s-wave) ze šesti měření v různé výšce. Takto stanovená rychlost pak spolu s dobou průchodu (rovněž stanovenou na 6 místech v různé výšce) sloužila k výpočtu tloušťky prvků.
Čtěte také: Míchání betonu krok za krokem
Průměrná hodnota tloušťky betonu polostěn stanovená sondou Pundit 250 Array vyšla 288,4 mm, což je přibližně o 3,9 % méně, než byla skutečná tloušťka. Výsledky porovnávacího ultrazvukového měření tloušťky betonu polostěn sondou Pundit 250 Array ukázaly, že měření je poměrně přesné. Průměrná odchylka měřené tloušťky dosáhla jen −3,9 % ze skutečné hodnoty, což při tloušťce 300 mm dělá přibližně 12 mm (maximální odchylka činila −11,0 %, tedy 33 mm).
Rozhodujícím faktorem odchylky naměřené tloušťky je stanovená rychlost šíření ultrazvukového vlnění. Tato se měří na povrchu konstrukce. Vzhledem ke skutečnosti, že největší odchylka měřené tloušťky betonu byla zjištěna vždy u polostěny A3 (v řadě polostěn u otevřené strany parkovacího domu) a rovněž u dalších méně chráněných polostěn B3 a A4, je zde patrná souvislost mezi stavem povrchu betonu a naměřenou rychlostí šíření ultrazvukového vlnění.
Ultrazvuková odrazová metoda, známá ve světě pod názvem pulse echo, je velmi perspektivní metodou určenou zejména pro diagnostiku masivních konstrukcí a konstrukcí přístupných pouze z jedné strany. Dosah použité sondy Pundit 250 Array je cca 1,0 m. Příspěvek se zaměřil zejména na zjišťování tloušťky betonu. V prvním případě byla nedostatečná tloušťka drátkobetonové podlahy zjištěná ultrazvukem následně potvrzena pomocí jádrových vývrtů. Ve druhém případě šlo o porovnání přesnosti měření prováděného. Zde se ukázalo, že sonda Pundit 250 Array je pro stanovení tloušťky konstrukce velmi vhodná - odchylka od skutečné tloušťky činila v průměru jen −3,9 %. To znamená, že například při měření podlahy o tloušťce 240 mm je odchylka cca 10 mm, což lze považovat za velmi dobré hodnoty. Současně se ukázalo, že měření může být ovlivněno vlastnostmi povrchu betonové konstrukce.
| Místo měření | Tloušťka ultrazvukem (mm) | Délka jádrového vývrtu (mm) |
|---|---|---|
| Bod 1 | 173 | 170 |
| Bod 2 | 190 | 185 |
Čtěte také: Beton pro základy
tags: #nedestruktivní #zkoušky #betonu #metody