Способ контроля расположения арматуры в железобетонном изделии
METHOD OF LOCATION CONTROL OF REINFORCEMENT IN A REINFORCED CONCRETE ARTICLE

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля строительных железобетонных конструкций.
Известен способ контроля расположения арматуры в железобетонных конструкциях (см. RU 2222008 С2, 20.01.2004), заключающейся в размещении датчиков на поверхности бетона конструкции, определении координат расположения арматуры в теле бетона. При этом на поверхности конструкции размещают локационную группу датчиков акустической эмиссии, производят локальное разрушение поверхностного слоя бетона, регистрацию источников акустической эмиссии и определение их объемных координат, по которым судят о расположении арматуры в конструкции.
Недостатком этого известного способа можно считать низкую чувствительность к геометрической форме дефекта и потребность в нагружении контролируемого объекта.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ контроля расположения арматуры в железобетонных изделиях (см. SU 936831 A3, 15.06.1982). В этом способе при помощи переменного электромагнитного поля с переменной амплитудой и частотой, нагревают арматуру в железобетонном изделии. После нагрева арматуры, измеряют его тепловое излучение, что дает возможность определить место расположения арматуры и другие его параметры в железобетонной конструкции.
Недостатком этого теплового способа является невысокая точность контроля, связанная с нестабильностью частоты и амплитуды переменного электромагнитного поля и влияние теплопроводности бетона на тепловое излучение, передаваемое нагретой арматурой.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение точности контроля расположения арматуры в железобетонном изделии.
Технический результат достигается тем, что в способе контроля расположения арматуры в железобетонном изделии, включающий воздействие на железобетонное изделие с арматурой первым электромагнитным полем, затем на бетонное изделие без арматуры воздействуют вторым электромагнитным полем, принимают прошедшие через железобетонное изделие с арматурой и бетонное изделие без арматуры электромагнитные сигналы, измеряют интенсивности этих сигналов и по разности измеренных интенсивностей прошедших электромагнитных полей осуществляют контроль расположения арматуры в железобетонном изделии.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при одновременном зондировании электромагнитными волнами бетонного изделия без арматуры и железобетонного изделия с арматурой, измерение интенсивностей прошедших через них электромагнитных волн, дает возможность произвести контроль расположения арматуры в железобетонном изделии.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу контроля расположения арматуры в железобетонном изделии на основе сравнения интенсивностей прошедших через бетонное изделие без арматуры и железобетонное изделие с арматурой при воздействии на них электромагнитных волн с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности контроля.
На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство содержит источник электромагнитных полей 1, тройник 2, первую передающую рупорную антенну 3, вторую передающую рупорную антенну 4, первую приемную рупорную антенну 5, вторую приемную рупорную антенну 6, первый амплитудный детектор 7, второй амплитудный детектор 8, измеритель разности сигналов 9 и регистратор 10. На рисунке цифрами 11 и 12 соответственно обозначены железобетонное изделие с арматурой и бетонное изделие без арматуры.
Принцип работы предлагаемого способа основывается на использовании характеристик электромагнитных волн при их одновременном воздействии на железобетонное изделие с арматурой и бетонное изделие без арматуры.
Способ работает следующим образом. Для одновременного воздействия первого и второго электромагнитных полей на железобетонное изделие с арматурой и бетонное изделие без арматуры, электромагнитные колебания с выхода источника электромагнитных полей 1 передают на первое плечо тройника 2. Здесь по принципу работы последнего, поступившая мощность делится поровну и перераспределяется между вторым и третьим плечами тройника. После этого электромагнитные сигналы, снимаемые со второго и третьего плеч тройника, направляют на первую и вторую передающие рупорные антенны 3 и 4. Выходными сигналами передающих антенн воздействуют на железобетонное изделие с арматурой 11 и бетонное изделие без арматуры 12 соответственно. После этого приемными рупорными антеннами 5 и 6 принимают прошедшие через железобетонное изделии и бетонное изделие излучения. Улавливаемые сигналы приемными антеннами, далее поступают на входы первого и второго амплитудных детекторов 7 и 8 соответственно.
Из теории распространения электромагнитных волн сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, известно, что при нормальном падении электромагнитной волны на границу раздела двух сред (например, воздух - материал), падающая волна частично отражается от границы раздела сред, а частично проходит через среду после преломления в этой среде. Как правило, преломление электромагнитной волны в среде, характеризуется показателем преломления, зависящим от ее магнитной и диэлектрической проницаемостей. Так, например, для диэлектрических сред, к которым можно отнести бетон, при магнитной проницаемости μ=1, показатель преломления  где ε - диэлектрическая проницаемость бетона. При неизменной дисперсии (зависимость показателя преломления от длины электромагнитной волны), интенсивность прошедшего через слой бетона излучения (волны) будет зависеть от коэффициента поглощения бетона, интенсивности падающей на поверхность бетона волны и толщины слоя самого бетона. Отсюда можно заключить, что при постоянных значениях интенсивности падающей волны и коэффициента поглощения бетона, по интенсивности прошедшей через слой бетона волны можно получить информацию о величине толщины слоя бетона.
Согласно предлагаемому способу электромагнитную волну (третье плечо тройника) направляют на широкую сторону бетонного изделия (например, бетонная плита) и улавливают прошедшее через этот слой бетона излучение с помощью второй приемной рупорной антенны. С выхода этой антенны сигнал поступает на вход второго амплитудного детектора 8. Здесь измерение выходного сигнала последнего дает возможность определить толщину, например, бетонной плиты. Одновременно с этим со второго плеча тройника, как уже было указано выше, электромагнитную волну направляют на широкую сторону железобетонного изделия с арматурой и при помощи первой приемной рупорной антенны улавливают прошедшее через слой железобетонного изделия излучение. С выхода первой приемной антенны сигнал далее поступает на вход первого амплитудного детектора 7. Аналогично, измерением сигнала на выходе последнего можно получить информацию о толщине железобетонного изделия с арматурой.
Из сравнения анализа взаимодействия электромагнитных волн СВЧ - диапазона с бетонным изделием без арматуры и железобетонным изделием с арматурой следует, что интенсивность прошедшего через слой бетонного изделия излучения, превосходит интенсивности прошедшего через слой железобетонного изделия с арматурой излучения. Это может быть объяснено тем, что при равных значениях интенсивностей падающих на поверхности широких сторон бетонного изделия и железобетонного изделия волн, ослабление мощности нормально падающей на границу раздела сред «воздух-поверхность бетона» волны, происходит только за счет частичного отражения этой волны от границы раздела этих двух сред. А в случае нормального падения электромагнитной волны на границу раздела сред «воздух-поверхность железобетонного изделия» волны, ослабление мощности этой падающей волны может произойти за счет двойного частичного отражения: - первый раз падающая волна частично отражается от границы раздела сред «воздух-поверхность железобетонного изделия», - а во второй раз отражение проистекает из границы раздела сред «слой бетона - широкая сторона арматуры». Отсюда можно заключить, что при равенстве толщин и других геометрических размеров бетонного изделия без арматуры и железобетонного изделия с арматурой, их одновременное зондирование электромагнитными волнами с одинаковыми величинами мощностей и частот, приведет к тому, что интенсивность прошедшей через бетонное изделие волны, окажется больше по величине интенсивности прошедшей через железобетонное изделие с арматурой волны. Здесь ввиду одной фиксированной частоты зондируемых колебаний и практически одинакового состава зондирующих сред, принимается равенство и постоянство коэффициентов поглощения этих материалов.
В силу этого измеренные значения сигналов на выходах первого и второго амплитудных детекторов, могут дать возможность определить соответственно толщину как бетонного изделия без арматуры, так и толщину железобетонного изделия с арматурой. Так как в рассматриваемом случае выходной сигнал второго амплитудного детектора по величине больше выходного сигнала первого амплитудного детектора, то согласно устройству, реализующему данный способ, разность этих сигналов далее используется для подтверждения наличия или отсутствия арматуры, например, в виде сетки в железобетонном изделии. В соответствии с этим выходные сигналы первого и второго амплитудных детекторов поступают на соответствующие входы измерителя разности сигналов 9. Выходной разностный сигнал последнего подается на вход индикатора 10, в котором отражается информация, констатирующая о наличии или отсутствии арматуры в железобетонном изделии. При этом нулевой разностной сигнал будет соответствовать отсутствию арматуры в виде сетки в железобетонном изделии, а ненулевой сигнал - наличию арматуры в железобетонном изделии. Кроме того, если арматура выполняется в виде сетки, то величина разностного сигнала будет зависеть от соотношения шага сетки d и длины λ падающей на границы раздела сред «воздух-бетонное изделие без арматуры» и «воздух-железобетонное изделие с арматурой» волны. Чем сильнее выполняется условие d<λ/4, т.е. чем чаше сетка из арматуры, тем больше будет величина разностного сигнала на выходе измерителя разности сигналов.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении одновременное зондирование бетонного изделия без арматуры и железобетонного изделия с арматурой, с последующим измерением интенсивностей прошедших через них излучений, может обеспечить повышение точности контроля расположения арматуры в железобетонном изделии.
Предлагаемый способ, помимо контроля расположения арматуры в железобетонном изделии, успешно может быть использован и для решения других задач, например, для оценки эффективности работы отражающих экранов при работе персонала с аппаратурой СВЧ - диапазона электромагнитных полей.