Nieniszcząca diagnostyka zespolenia warstw betonowych na przykładzie posadzek

Posadzki betonowe | Warstwy betonowe | Podłoże betonowe | Przyczepność betonu
Nieniszcząca diagnostyka zespolenia warstw betonowych na przykładzie posadzek | Non-destructive diagnostics of the bond between layers of concrete, illustrated with an example of floor topping
Nieniszcząca diagnostyka zespolenia warstw betonowych na przykładzie posadzek | Non-destructive diagnostics of the bond between layers of concrete, illustrated with an example of floor topping
Archiwa autorów

Diagnostyka zespolenia warstw betonowych w elementach budowlanych stosowana jest m.in. w odbiorach jakościowych w budownictwie.

W praktyce zazwyczaj wykorzystywana jest do tego celu seminieniszcząca metoda odrywania (pull-off), która pozwala wiarygodnie ocenić, czy zespolenie między warstwami występuje, a jeśli tak – jaka jest jego wartość w rozumieniu przyczepności na odrywanie fb na styku warstw.

DOŁĄCZ DO NEWSLETTERA – kliknij tutaj »

Dużą niedogodnością metody odrywania jest to, że w każdym punkcie badawczym po zakończeniu badania powstaje uszkodzenie. Pojawia się ono w wyniku oderwania od podkładu fragmentu warstwy wierzchniej o średnicy równej 50 mm (FOT. 1–6), które po zakończeniu badań wymaga naprawy.

Warto w tym miejscu przykładowo podać, że w przypadku posadzek norma PN-EN 12626:2001 wymaga, aby jeden pomiar kontrolny przypadał na powierzchnię wynoszącą 3 m².

Zobacz też: Ocena skuteczności hydrofobizacji powierzchniowej betonu

Ta niedogodność przekłada się w praktyce na ograniczanie liczby punktów badawczych koniecznych do wiarygodnej oceny jakości wykonania posadzki.

Jest oczywiste, że w przypadku stwierdzenia braku przyczepności na styku warstwy wierzchniej z podkładową (delaminacji) konieczne jest większe zagęszczenie punktów badawczych w stosunku do wymagania podanego wyżej, w celu lokalizacji obszaru pozbawionego przyczepności i jego granic. Wtedy sygnalizowana wyżej niedogodność jest jeszcze bardziej odczuwalna.

Z tych powodów jest uzasadnione opracowanie bardziej efektywnej metody, która umożliwi wykonanie badań w dowolnie dużej liczbie miejsc badawczych, w sposób niepowodujący miejscowego zniszczenia badanej powierzchni.

Z doniesień literaturowych wynika, że do oceny zespolenia warstw betonowych przydatne są metody nieniszczące [1, 2, 3, 4, 5]. W przeciwieństwie do stosowanej obecnie metody seminieniszczącej dostarczają one żądanej informacji bez naruszenia struktury betonu.

Przydatna jest do tego celu metoda optyczna, która daje możliwość określania wartości parametrów charakteryzujących chropowatość powierzchni betonu [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. Widok przykładowej aparatury wykorzystywanej w tej metodzie w postaci skanera 3D przedstawiono na FOT. 7.

ABSTRAKT

W artykule przedstawiono opracowany nowy nieniszczący sposób diagnostyki zespolenia warstw betonowych na przykładzie posadzek, eliminujący mankamenty stosowanej do tego celu seminieniszczącej metody odrywania. Zaprezentowano również metodykę tworzenia bazy danych na użytek nieniszczącej identyfikacji wartości przyczepności na odrywanie warstw betonowych, a także metodykę korzystania z takiej bazy w praktyce.

The article presents the newly developed non-destructive method of conducting the diagnostics of the bond between layers of concrete, illustrated with an example of floor topping. The new method eliminates the drawbacks of the semi-destructive pull-off method that has been in use so far. The article also presents the methodology of creating a database for the purposes of a non-destructive identification of pull-off strength values of concrete layers, as well as the methodology of using such a database in practice.

 

Do analizy chropowatości powierzchni betonu można wykorzystać wartości następujących parametrów uzyskanych tą metodą:

  • Sa – średnie arytmetyczne odchylenie badanej powierzchni od powierzchni odniesienia,
  • Sq – średnie kwadratowe odchylenie badanej powierzchni od powierzchni odniesienia,
  • Ssk – współczynnik asymetrii powierzchni, nazywany skośnością powierzchni,
  • Sku – miarę gęstości prawdopodobieństwa wysokości powierzchni,
  • Sp – maksymalną wysokość wzniesienia powierzchni,
  • Sv – maksymalną głębokość wgłębienia powierzchni,
  • Sbi – wskaźnik nośności powierzchni,
  • Sci – wskaźnik utrzymania płynu przez rdzeń,
  • Svi – wskaźnik utrzymania płynu przez doliny.

Przydatna jest do tego celu również metoda odpowiedzi na impuls (ang. impulse response) [13, 14] – aparaturę badawczą do jej przeprowadzenia przedstawiono na FOT. 8. Metoda ta pozwala wygenerować dla badanej powierzchni wartości następujących parametrów:

  • Nav – średnią zmienność dynamiki drgań,
  • Kd – sztywność dynamiczną,
  • Mp/N – tempo przyrostu dynamiki drgań,
  • v – współczynnik wadliwości.

Również przydatna jest do tego celu metoda młoteczkowa (ang. impact-echo) [15, 16, 17, 18, 19, 20] – potrzebną do tego celu aparaturę badawczą przedstawiono na FOT. 9. Metoda ta pozwala uzyskać wartość parametru fT – częstotliwość odpowiadającą fali ultradźwiękowej odbitej od dna.

Można przy zastosowaniu tych metod wykazać, że zespolenie na styku warstw jest albo że go nie ma. Jednakże praktycznie niemożliwa była dotychczas wiarygodna ocena z ich pomocą wartości przyczepności na odrywanie fb.

Przeczytaj: Materiały naprawcze do betonu stosowane w obiektach inżynierskich

Ilustracją tego stwierdzenia mogą być rezultaty badań zamieszczone w pracach „Nieniszcząca ocena zespolenia warstw betonowych w podłogach z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych” [21], „Testing interlayer pull-off adhesion in concrete floors by means of nondestructive acoustic methods” [22], „Analiza wpływu chropowatości podkładu betonowego na przyczepność na odrywanie warstwy wierzchniej” [23], pokazane przykładowo na RYS. 1–4.

Jak z nich wynika, określenie wiarygodnych korelacji między przyczepnością na odrywanie fb a poszczególnymi (pojedynczymi) parametrami określonymi za pomocą nieniszczących metod: optycznej [23] i akustycznych odpowiedzi na impuls oraz młoteczkowej [22] nie jest możliwe z uwagi na uzyskane bardzo niskie wartości współczynnika determinacji r2.

W odpowiedzi na przedstawione problemy opracowano nowy sposób diagnostyki nieniszczącej, pozwalający wiarygodnie oceniać nie tylko zespolenie w układzie zerojedynkowym, lecz także wartość przyczepności na odrywanie warstw betonowych – wierzchniej od podkładowej.

Sposób ten pozbawiony jest sygnalizowanych wyżej mankamentów. Bazuje on na znajomości wartości parametrów opisujących chropowatość powierzchni warstwy podkładowej ocenianych metodą optyczną i wartości parametrów ocenianych nowoczesnymi metodami akustycznymi: odpowiedzi na impuls i młoteczkową na powierzchni warstwy wierzchniej, a także wykorzystaniu sztucznych sieci neuronowych.

Metodyka zerojedynkowej nieniszczącej oceny zespolenia

Opracowana i zweryfikowana praktycznie metodyka zerojedynkowej nieniszczącej oceny zespolenia warstw betonowych w posadzkach została przedstawiona w pracy „Nondestructive identification of delaminations in concrete floor toppings with acoustic methods” [24]. Dotyczy ona oceny zespolenia bez możliwości identyfikacji wartości przyczepności na odrywanie.

Metodykę tę przedstawiono na RYS. 5 i 6. Jak z nich wynika, nieniszczącą ocenę zespolenia należy prowadzić w dwóch etapach.
W etapie I następuje zgrubna lokalizacja obszarów posadzki, w których brak jest przyczepności na styku warstw.

Badania te trzeba wykonać metodą odpowiedzi na impuls. Należy w tym celu nanieść na badanej posadzce siatkę punktów pomiarowych w rozstawie co ok. 1000 mm, przy zachowaniu minimalnej odległości 500 mm od krawędzi.

Jeżeli powierzchnia posadzki jest znaczna, wskazane jest zwiększenie rozstawu punktów pomiarowych do ok. 2000 mm. Kolejnym krokiem jest wzbudzenie fali sprężystej skalibrowanym młotkiem w każdym punkcie naniesionej siatki pomiarowej i analiza po każdym wzbudzeniu: wartości siły sprężystej wywołanej przez młotek, wykresu prędkości fali sprężystej, wykresu zmienności.

Warto zobaczyć: Projektowanie podłóg w świetle nowych wymagań cieplnych

Efektem tej analizy jest uzyskanie w każdym punkcie siatki pomiarowej wartości charakterystycznych parametrów: średniej zmienności Nav, sztywności dynamicznej Kd i ewentualnie skoku zmienności Mp, średniej zmienności pomnożonej przez skok zmienności Nav·Mp oraz współczynnika wad w.

Następnie, jak wynika z RYS. 5, należy wykonać badania objęte etapem II w celu dokładnej lokalizacji obszaru wadliwego, a szczególnie jego granic. Badania te należy wykonać metodą młoteczkową.

Pierwszym krokiem jest naniesienie w wykrytym i zgrubnie określonym w etapie I obszarze siatki k punktów pomiarowych w rozstawie 100×100 mm. Następnym krokiem jest wzbudzenie w każdym z tych punktów fali sprężystej za pomocą stalowego wzbudnika i zarejestrowanie widma amplitudowo-czasowego.

Kolejny krok to przekształcenie tego widma za pomocą specjalistycznego oprogramowania, wykorzystującego algorytm szybkiej transformaty Fouriera w widmo amplitudowo-częstotliwościowe. Następnie należy poddać analizie uzyskane (w każdym punkcie pomiarowym) widmo amplitudowo-częstotliwościowe w celu stwierdzenia, czy delaminacja występuje.

Jak to przedstawiono w pracy „Nondestructive identification of delaminations in concrete floor toppings with acoustic methods” [24], przeprowadzono weryfikację praktyczną opracowanej metodyki w garażu wielopoziomowym, w którym betonowa warstwa wierzchnia gr. 80 mm ułożona została na podkładzie betonowym. Na RYS. 7–8 przedstawiono fragment badanej posadzki o powierzchni ok. 100 m², obejmujący 6 pól oznaczonych literami A–F.

Naniesiona numeracja pól i zgrubne zlokalizowanie metodą odpowiedzi na impuls obszaru wadliwego zostało przedstawione na RYS. 7. W celu ustalenia granic obszaru wadliwego, zlokalizowanego zgrubnie za pomocą metody odpowiedzi na impuls, przeprowadzono badania metodą młoteczkową. W obszarze tym rozplanowano siatkę k punktów badawczych w rozstawie 100×100 mm z dokładnym ustaleniem lokalizacji jego granic, tak jak zostało to pokazane na RYS. 8.

Nieniszczący sposób identyfikacji wartości zespolenia

Jak już zostało wspomniane, metodyka nieniszczącej zerojedynkowej oceny zespolenia warstw betonowych w posadzkach jest przydatna jedynie do określenia występowania delaminacji (co odpowiada stanowi, gdy wartość przyczepności na odrywanie fb wynosi 0) albo jego braku. Nie umożliwia ona określenia pośrednich wartości przyczepności i tym samym określenia w sposób nieniszczący wartości przyczepności na odrywanie fb.

Jest natomiast możliwe wiarygodne określenie wartości zespolenia warstw w rozumieniu przyczepności na odrywanie, gdy zastosuje się do tego celu trzy nieniszczące metody: optyczną, akustyczne – odpowiedzi na impuls i młoteczkową – oraz sztuczne sieci neuronowe jako narzędzie kojarzenia wyników uzyskanych wymienionymi wyżej metodami.

Wykazały to badania przeprowadzone w pracach „Neural prediction of the pull-off adhesion of the concrete layers in floors on the basis of nondestructive tests” [25] i „New nondestructive way of identifying the values of pull-off adhesion between concrete layers in floors” [26].

Aby to udowodnić eksperymentalnie, wykonano modelowe elementy próbne, dla których przyjęto różne sposoby przygotowania powierzchni warstwy podkładowej, gwarantujące uzyskanie wartości przyczepności na odrywanie fb w stosunkowo szerokim przedziale – od 0,3 do 1,2 MPa.

Na powierzchni warstwy podkładowej tych elementów określono metodą optyczną wartości 9 parametrów opisujących chropowatość tej powierzchni, następnie na powierzchni warstwy wierzchniej określono parametry wymienionymi wcześniej metodami akustycznymi.

Wszystkie parametry wyznaczono w kilkuset miejscach pomiarowych rozmieszczonych na powierzchni modelowych elementów próbnych, a następnie w tych miejscach wykonano odwierty w warstwie wierzchniej w celu uzyskania wartości przyczepności na odrywanie fb przy użyciu metody odrywania. Przykładowy widok elementu próbnego po wykonaniu odwiertów w warstwie wierzchniej przedstawiono na FOT. 10.

Rezultaty badań w postaci uzyskanych wartości łącznie 14 parametrów poddano analizom statystycznym (statystyka opisowa, test Shapiro-Wilka, współczynnik korelacji rang Spearmana, algorytm C&RT), które pozwoliły wyselekcjonować 5 parametrów najbardziej przydatnych jako zmienne wejściowe do uczenia i testowania sztucznej sieci neuronowej, a mianowicie uzyskane za pomocą nieniszczącej metody odpowiedzi na impuls:

  • Sa – średnie arytmetyczne odchylenie badanej powierzchni od powierzchni odniesienia,
  • Sq – średnie kwadratowe odchylenie badanej powierzchni od powierzchni odniesienia, uzyskane za pomocą nieniszczącej metody optycznej,
  • Kd – sztywność dynamiczną,
  • Nav – średnią zmienność dynamiki drgań,

oraz fT – częstotliwość odbicia się fali ultradźwiękowej od dna, uzyskaną za pomocą nieniszczącej metody młoteczkowej.

Przykładowe wartości wyselekcjonowanych parametrów, jako zmienne wejściowe wykorzystane do uczenia i testowania sztucznej sieci neuronowej, przedstawiono w TABELI 1.

Wybrano sieć jednokierunkową, wielowarstwową, ze wsteczną propagacją błędu i algorytmem uczenia QUASI-NEWTONA, liczbą neuronów warstwy ukrytej 10 oraz z funkcją aktywacji warstwy ukrytej tanh, o strukturze pokazanej na RYS. 9, którą poddano następnie procesom uczenia i testowania [21].

W procesie uczenia tej sieci uzyskano wartość współczynnika korelacji liniowej R równą 0,9775, a w procesie testowania – 0,9725 (RYS. 10–11).
Po nauczeniu i przetestowaniu sieć poddano weryfikacji doświadczalnej i uzyskano bardzo dobrą zgodność wyników (RYS. 12).

Aby graficznie zilustrować wyniki przeprowadzonej weryfikacji (TABELA 2), sporządzono przykładową mapę adhezji, przedstawioną na RYS. 13–14 (w pozostałych punktach powierzchni wyniki uzyskano za pomocą interpolacji liniowej).

Na podstawie przeprowadzonych badań i uzyskanych rezultatów można stwierdzić, że możliwa jest wiarygodna neuronowa identyfikacja wartości przyczepności na odrywanie fc,b warstw betonowych wierzchniej od podkładowej, na podstawie parametrów ocenionych trzema metodami nieniszczącymi: optyczną, odpowiedzi na impuls i młoteczkową.

Artykuł pochodzi z: miesięcznika IZOLACJE 6/2014

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Gdzie stosować izolację ze szkła spienionego »


Oszklony budynek

Dobór odpowiedniej termoizolacji jest podstawą prawidłowej, długoterminowej pracy konstrukcji obiektu i uzyskania najwyższego komfortu cieplno-wilgotnościowego pomieszczeń. czytaj dalej »

 


Prosty sposób na naprawę uszkodzonego betonu » 


Naprawa betonu

Dzięki wysokiej przyczepności i dobrym parametrom wytrzymałościowych można nimi trwale naprawić nawet najdrobniejsze rysy i siatki pajęczynowatych zarysowań w betonie i elementach murowanych. czytaj dalej »

 


Sprawdzony sposób na efektywną izolację rurociągów zewnętrznych »

Poznaj certyfikowane rozwiązania do izolacji urządzeń wysokotemperaturowych »

Paroc - izolacja rurociągów Linia produkcyjna ISOVER

Ze względu na wysoką elastyczność, łatwość docinania oraz zróżnicowane parametry gęstościowe, stanowią one dobre rozwiązanie w przypadku, gdy wykonanie izolacji otulinami jest utrudnione lub wręcz niemożliwe. czytaj dalej »

Urządzenia wysokotemperaturowe, takie jak kotły i zbiorniki, mają specjalne wymagania w zakresie izolacji. Szczególnie w odniesieniu do wartości maksymalnej temperatury roboczej, sprawności cieplnej izolacji, a także (...) czytaj dalej »

Najnowsze rozwiązania technologiczne w zakresie uszczelniania okien i drzwi »


Izolacja okien

Czym jest ciepły parapet?
Do czego służą konsole montażowe i membrany EPDM?
czytaj dalej »

 


Jak wykonać izolację w systemach HVAC »

Nowoczesna i ekologiczna formuła izolacyjna »

Izolacja rurociągu HVAC Izolacje Synthos
Montaż otulin izolacyjnych na przewodach grzewczych w gruncie rzeczy nie jest zadaniem skomplikowanym, niemniej wymaga odpowiedniej precyzji oraz dopilnowania kilku podstawowych zasad. czytaj dalej » Obniżona wartość LAMBDA pozwala zmniejszyć straty energetyczne oraz zużycie materiału izolacyjnego w poszczególnych zastosowaniach. czytaj dalej »

 


+

prof. dr hab. inż. Jerzy Hoła
prof. dr hab. inż. Jerzy Hoła
Ukończył Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej. Pracuje na Wydziale Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej jako profesor zwyczajny i pełni funkcję dziek... więcej »
dr inż. Łukasz Sadowski
dr inż. Łukasz Sadowski
Ukończył Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej. Pracuje na Wydziale Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej jako adiunkt. Zawodowo interesuje się budownic... więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Niczuk Metall Niczuk Metall
Warto współpracować z najlepszymi! Niczuk Metall jest firmą z tradycjami opartą wyłącznie na polskim kapitale . Doświadczenie,...
7/8/2017

Aktualny numer:

Izolacje 7/8/2017
W miesięczniku m.in.:
  • - Współczesne systemy elewacyjne
  • - Przyczyny uszkodzeń murów
Zobacz szczegóły
Zamów bezpłatny newsletter!
Najnowsze informacje na Twoją skrzynkę
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.