201312_PSpaw_cz3 139Przegląd sPawalnictwa 12/2013 Krzysztof Schabowicz Metoda tomografii ultradźwiękowej – próba nieniszczącej lokalizacji zbrojenia w elemencie betonowym Ultrasonic tomography method – non-destructive  testing of location reinforcement in the concrete  element  r inż. Krzysztof Schabowicz – Politechnika Wrocławska. abstract The paper presents the location of the non-destructive test of reinforcement in concrete element with the use of modern non-destructive testing method of ultrasonic tom- ography. This method is indeed dedicated to the location of the reinforcement, but during laboratory tests gave in- teresting results, which are presented in this paper. There were signals that were obtained for the samples of con- crete performed in the laboratory, which provided a grid of reinforcing bars modeled. Analysis of the results showed that it is possible to determine the location of the reinforc- ing fabric by the method of ultrasonic tomography, but to a depth of about 200 mm of the concrete element. It was noted that there is a need to develop more of these signals (imaging) model, which can be useful for monitoring and diagnosis of buildings made of concrete. Streszczenie W artykule przedstawiono próbę nieniszczącej lokali- zacji zbrojenia w elemencie betonowym z zastosowaniem nowoczesnej nieniszczącej metody badawczej tomografii ultradźwiękowej. Metoda ta nie jest wprawdzie przezna- czona do lokalizacji zbrojenia, ale podczas testów labo- ratoryjnych otrzymano interesujące wyniki, które zamiesz- czono w niniejszej pracy. Były to sygnały, jakie otrzymano dla próbki betonowej wykonanej w laboratorium, w której umieszczono zamodelowaną siatkę prętów zbrojenio- wych. Analiza uzyskanych rezultatów wykazała, że jest możliwe określenie lokalizacji siatki zbrojeniowej za pomo- cą metody tomografii ultradźwiękowej, ale do głębokości ok.200 mm elementu betonowego. Zwrócono uwagę, że potrzebe większej liczby takich sygnałów (zobrazowań) wzorcowych, które mogą być przydatne do monitoringu i diagnostyki obiektów wykonanych z betonu. st p W praktyce budowlanej mamy często do czynienia z sytuacją, w której trzeba zlokalizować zbrojenie w elemencie betonowym. Przykładem takich elemen- tów są wykonane z betonu płyty fundamentowe, słupy, stropy itp. W badaniach tych elementów betonowych warto sto-sować metody nieniszczące umożliwiają- ce nieinwazyjne wykonanie badań w dowolnej liczbie miejsc. Podjęto próbę nieniszczącej lokalizacji zbro- jenia w elemencie betonowym z zastosowaniem nowoczesnej nieniszczącej metody badawczej tomo- grafii ultradźwiękowej. Metoda ta nie jest wprawdzie przeznaczona do lokalizacji zbrojenia, ale podczas testów laboratoryjnych otrzymano interesujące wyniki, które zamieszczono w niniejszej pracy. Warto również zauważyć, że korzystanie z tej metody wymaga jednak dużych umiejętności i doświadczenia od użytkownika, szczególnie na etapie analizy otrzymanych wyników. Pomocne w tym mogą być sygnały wzorcowe (zobra- zowania wzorcowe). W pracy przedstawiono przykła- dowe sygnały, jakie otrzymano dla próbki betonowej wykonanej przez autora niniejszej pracy w laborato- rium, w której umieszczono zamodelowaną siatkę prę- tów zbrojeniowych. 140 Przegląd sPawalnictwa 12/2013 pis badań Do badań zastosowano metodę tomografii ultradź- więkowej, w której wykorzystano aparaturę badawczą przedstawioną na rysunku 1. Metoda ta jest przydat- na zwłaszcza do badania dostępnych jednostronnie elementów z betonu i żelbetu w celu określenia ich grubości, wykrycia pęknięć, obcych wtrąceń, pustek powietrznych i miejsc, które mogą być wypełnione cie- czą lub materiałem różniącym się gęstością od otacza- jącego go betonu, jak również mającego inne fizycz- ne i mechaniczne właściwości [1, 2, 5÷7]. Metoda ta jest oparta na wzbudzeniu fali sprężystej w badanym elemencie. Wzbudnikiem jest wielogłowicowa antena, do której wbudowano kilkadziesiąt niezależnych gło- wic ultradźwiękowych, służąca również do odbierania i przetwarzania sygnałów ultradźwiękowych [3, 4]. Gło- wice generują impulsy ultradźwiękowe o częstotliwości 50 kHz. Metoda ta została dokładnie opisana w [2]. Badania z wykorzystaniem tomografu ultradźwięko- wego (rys. 1) przeprowadzono na betonowej próbce sześciennej o wymiarach 500x1000x1000 mm poka- zanej na rysunku 2. na rysunku tym widać także spe- cjalnie przygotowaną zamodelowaną siatkę zbrojenia, której fotografię pokazano na rysunku 3 wraz z etapa- mi wykonania próbki betonowej. Próbkę tę wykonano z betonu C25/30 na kruszywie do 8 mm z betonu towa- rowego o w/c 0,59. na próbce pomiarowej zaznaczono siatkę punktów pomiarowych, co pokazano na rysunku 3. W każdym punkcie pomiarowym dokonywano po- miarów prędkości fali ultradźwiękowej i jej rejestracji. Uzyskano w ten sposób obrazy płaskie wnętrza bada- nego elementu betonowego, w trzech wzajemnie pro- stopadłych kierunkach pokazanych w postaci trzech zobrazowań B, C i D na rysunku 4. Rys. 1. Aparatura badawcza do metody tomografii ultradźwiękowej ig. 1. View of test equipment for ultrasonic tomography yniki badań i ich ana iza Przykładowe wyniki badań nieniszczących otrzy- mane za pomocą tomografu ultradźwiękowego, poka- zujące zobrazowania typu C, D i B, zamieszczono na rysunku 4, a na rysunku 5 przedstawiono obraz trójwy- miarowy badanego elementu betonowego. na rysunku 4 strzałkami wskazano zarys górnej siatki zbrojeniowej, którą zlokalizowano za pomocą tomografu ultradźwię- kowego; dolnej siatki zbrojeniowej nie zlokalizowano. Analiza uzyskanych rezultatów wykazała, że jest możliwe określenie lokalizacji zbrojenia za pomocą metody tomografii ultradźwiękowej jedynie do głęboko- ści 200 mm. Rys. 2. Schemat próbki do badań z wymiarami zamodelowanej siatki zbrojeniowej ig. 2. Diagram of the test sample with the dimensions modeled the mesh Rys. 3. Etapy wykonania próbki betonowej: a) ułożenie siatki dolnej, b) gotowa próbka z zaznaczonymi miejscami pomiarowymi ig. 3. Concrete steps to accomplish the samples: a) the net posi- tion of the bottom, b) view of the finished sample with the selected measuring sites a) b) 141Przegląd sPawalnictwa 12/2013 Rys. 5. Wyniki badań dla elementu betono- wego uzyskane za pomocą tomografu ul- tradźwiękowego w formie trójwymiarowego obrazu ig. 5. The results obtained for the concrete using ultrasonic tomographer in the form of three-dimensional image Pods mowanie Przedstawiono przykładowe sygnały (zobrazowa- nia), jakie otrzymano w czasie badań nieniszczących dla elementu betonowego wykonanego w laborato- rium, w którym umieszczono zamodelowane siatki zbrojeniowe. Badania wykonano metodą tomografii ultradźwiękowej. Metoda ta nie jest powszechnie stosowana i przez to jest mniej znana, dlatego poda- no krótki opis, przydatny do jej zrozumienia. W przedstawionych badaniach uzyskane dla próbki betonowej obrazy typu B, C i D pokazują zarys górnej siatki zbrojeniowej. Dolnej siatki zbroje- niowej nie udało się zlokalizować. Analiza uzyskanych wyników wykazała, że jest możliwa lokalizacja ale siatki zbrojeniowej za po- mocą metody tomografii ultradźwiękowej, ale do głębokości ok. 200 mm elementu betonowego. Po- nadto autor pracy zwraca uwagę, że potrzebne jest opracowanie większej liczby takich sygnałów (zo- brazowań) wzorcowych, które mogą być przydatne do monitoringu i diagnostyki obiektów wykonanych z betonu. Literat ra [1] Bishko A. V., Samokrutov A. A, Shevaldykin V. G.: Ultrasonic echo-pulse tomography of concrete using shear waves low- frequency phased antenna arrays. e-Journal of non-destructi- ve Testing & Ultrasonics, vol. 13, 2008. [2] Hola J., Schabowicz K., State-of-the-art nondestructive me- thods for diagnostics testing of building structures – antici- pated development trends, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 11, 2010. [3] Kozlov V. n., Samokrutov A. A., Shevaldykin V. G.: Thickness Measurements and Flaw Detection in Concrete Using Ultraso- nic Echo Method. J. nondestructive Testing and Evaluation, 1997, vol. 13, s. 73 - 84. [4] Samokrutov A. A., Kozlov V. n., Shevaldykin V. G.: Ultraso- nic testing of concrete objects using dry acoustic contact. Methods, instruments and possibilities. The 5th International Conference ‚‚non-Destructive Testing and Technical Diagno- stics in Industry”. Mashinostroenie, 2006, s.152. [5] Schabowicz K., Hoła J.: nondestructive elastic-wave tests of foundation slab in office building, 13th Asia-Pacific Conferen- ce on non-Destructive Testing, Yokohama, Japan, 2009. [6] Schabowicz K., Hoła J., Styś D.: nondestructive elastic-wave tests of concrete in founda-tion slab, 10th European Conferen- ce on nondestructive Testing, Moscow, Russia, 2010. [7] Schabowicz K., Hoła J., nondestructive elastic-wave tests of foundation slab in office building, Materials Transactions, 53, 2012, s. 296-302. Rys. 4. Wyniki badań dla próbki betonowej. Widoczne zobrazowania C, D i B oraz układ tych trzech wzajemnych prostopadłych przekrojów ig. 4. The results for a sample of concrete. Visible scans C, D and B and the layout of the three orthogonal cross sections