УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НА МЕСТЕ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА И/ИЛИ СВОЙСТВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
DEVICE AND METHOD OF LOCAL DETERMINATION OF PARAMETERS OF QUALITY AND/OR PROPERTIES OF INORGANIC SYSTEMS OF BINDING MATERIALS

Изобретение относится к устройству для определения на месте параметров качества и/или свойств неорганических систем связующих веществ, в частности затвердевающих смесей, в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для проверки параметров качества и/или свойств неорганических систем связующих веществ из уровня техники известны различные способы испытаний. При этом, в частности, различают неразрушающие и разрушающие способы испытаний. Например, для бетона известен неразрушающий способ испытания, при котором через бетон посылают ультразвук для определения его прочности. В этом способе используют то, что время прохождения звука в бетоне варьируется в зависимости от его твердости.
Однако при этом измерении затруднения возникают прежде всего вследствие того, что бетон при затвердевании сжимается или усаживается. Это означает, что вследствие этого между звуковым зондом и бетоном возникает воздушный зазор, который при усадке увеличивается, вследствие чего данные способы является очень ошибочным.
Из источника Reinhardt H W ET AL; "Ultrasonic Monitoring of Setting and Hardening of Cement Mortar - A new Decive", Materials and Structures, London, GB. Band 33, Nr. 233, 1. November 2000 (2000-11-01, стр.581-583), ХР0090608338, ISSN: 1359-5997 известно устройство, в котором строительный раствор заливают в U-образную емкость из пенопласта и уплотняют. Когда строительный раствор упрочняется и затвердевает, а объем уменьшается, может происходить потеря контакта между строительным раствором и стенкой контейнера. Чтобы это компенсировать, на строительном растворе поддерживают водяной слой. Эта вода затем втекает в возможный зазор между строительным раствором и стенкой контейнера и сохраняет контакт.
Из источника H. Lee: "Ultrasonic in-situ monitoring of setting process of high-performance concrete", Cement and Concrete Research, Band 34, Nr. 4.1, April 2004 (2004/04-01, стр.631-640), ХР55006415, ISSN: 0008-8846, DOI: 10.1016/j.cemcrones. 2003.10.012 известно устройство для исследования бетона, в отношении которого дополнительно упоминается, что на поверхности датчика предусмотрено соединяющее вещество в достаточном количестве.
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является создание устройства и способа упомянутого выше типа, при помощи которых без разрушения осуществляется определение на месте характеристик неорганических систем связующих веществ, которое достоверно регистрирует параметры качества и свойства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Решение поставленной задачи обеспечивают отличительные признаки, приведенные в п.1 формулы изобретения.
При помощи этого устройства возможно определение на месте параметров качества и свойств затвердевающей смеси (неорганической системы связующих веществ).
При помощи устройства и способа согласно изобретению могут подвергаться исследованию все возможные системы связующих веществ. В частности, в настоящем случае это могут быть бетон, строительный раствор, штукатурка, клей и тому подобное.
В качестве зонда используется прежде всего звуковой зонд в частности ультразвуковой зонд, при этом могут регистрироваться не только изменения времени прохождения звука, но и изменения энергии звука и ослабления звука или изменения спектра частот. Однако изобретение не ограничено звуковыми зондами, а включает в себя все зонды, которые посылают средство измерения через систему связующих веществ. Например, это может быть также электрический сигнал, спектр частоты которого изменяется в зависимости от плотности системы связующих веществ. В этом отношении изобретение не ограничено. В качестве контактного материала используется прежде всего такой материал, который в течение продолжительного интервала времени может адаптироваться к сжатию, усадке или расширению системы связующих веществ. Здесь, например, может использоваться гель. Важным является только то, что этот гель компенсирует возможные воздушные зазоры между системой связующих веществ и зондом. Это означает, что при усадке связующего вещества гель должен дополнительно втекать, а при расширении связующего вещества гель должен иметь возможность вытеснения.
В одном предпочтительном варианте выполнения система связующих веществ отделена от контактного материала мембраной. Однако это не является обязательным и контактный материал может также непосредственно прилегать к системе связующих веществ. Однако если используется мембрана, то она должна быть эластичной, чтобы она могла следовать за усадкой или расширением системы связующих веществ. По этой причине предпочтительной является мембрана из полимера, которая имеет толщину менее 2 мм, предпочтительно менее 1 мм.
Предпочтительно мембрана выполнена с возможностью замены. Для этого предусмотрена пластина, которая, например, вставлена в стенку. Пластина имеет отверстие, которое, в свою очередь, затянуто мембраной. Если пластину удаляют, то мембрана может быть заменена или промыта.
Возможно также, что для самой камеры на стенке образован собственный приемный резервуар. В одном предпочтительном варианте выполнения камера может быть расположена в самой стенке. При этом также можно снабдить камеру воронкообразной выемкой, которая обеспечивает дополнительное втекание контактного материала или образует пространство для вытесняемого контактного материала.
Камера и, при необходимости, воронкообразная выемка предпочтительно выполнены с возможностью закрывания задвижкой, чтобы посторонние загрязнения не проникали в систему.
В одном предпочтительном варианте выполнения приемный элемент, в котором размещается система связующих веществ, выполнен U-образным и находится между двумя выполненными в целом идентично стенками, соответственно снабженными зондом. В этом случае приемный элемент изготовлен предпочтительно из эластичного материала, например, пенопласта, при этом подразумевается, что материал является настолько прочным, что в нем может быть размещена система связующих веществ. Однако с другой стороны, он должен быть настолько эластичным, что он может зажиматься между обеими стенками.
В каждой стенке соответственно должен быть расположен зонд. Предпочтительно ими являются так называемые приемно-передающие зонды, при этом каждый зонд может как передавать, так и принимать. Возможна также работа зондов с различными частотами. Благодаря этому можно производить с двумя различными частотами независимые друг от друга измерения, которые могут использоваться для взаимной проверки. Результаты измерений зондов подают в блок обработки результатов, который затем анализирует соответствующий желаемый параметр. Если, например, измеряют время прохождения звука, то в блоке обработки результатов осуществляется пересчет этого времени. Также в блоке обработки результатов оценивают, например, прочность системы связующих веществ.
Обе противоположные друг другу стенки предпочтительно сохраняют фиксированное расстояние друг по отношению к другу. Для этого, например, стенки соединены друг с другом пальцами с резьбой, при этом на указанные пальцы в области между обеими стенками надвинута распорная втулка. Посредством этого между обеими стенками поддерживается заранее определенное расстояние, которое сохраняется даже тогда, когда система связующих веществ усаживается или расширяется. Преимущество этого состоит в том, что не происходит изменения расстояния между обеими стенками, которое могло бы влиять на измерения. Компенсацию расстояния между зондом и системой связующих веществ обеспечивает контактный материал.
Способ закрепление зондов на стенках имеет второстепенное значение. Например, они могут быть механически зафиксированы при помощи винтов, а также они могут быть вклеены в соответствующие отверстия в стенках. Благодаря клею может одновременно осуществляться уплотнение.
Изобретение включает в себя также расположение дополнительной мембраны между контактным материалом и зондом. Указанная мембрана осуществляет при этом также соответствующее уплотнение, так что зонд не контактирует торцевой поверхностью с контактным материалом.
Также предлагается способ определения на месте параметров качества и/или свойств неорганических систем связующих веществ, в частности затвердевающих смесей, причем система связующих веществ находится в приемном элементе, который снабжен по меньшей мере одной стенкой с зондом, причем систему связующих веществ загружают в приемный элемент и определяют измеряемую величину, в частности, время прохождения звука через смесь при помощи зонда, при этом между системой связующих веществ и указанным по меньшей мере одним зондом предусмотрен контактный материал, который следует за усадкой или расширением системы связующих веществ.
Способ описан преимущественно на основе определения времени прохождения звука через бетон, однако он ни в коем случае этим не ограничен. Известно, что бетон по меньшей мере частично затвердевает и при этом усаживается. При этом контактный материал постоянно втекает в пространство, которое освобождается вследствие усадки. Благодаря этому предотвращаются воздушные зазоры между зондом и системой связующих веществ. В течение времени затвердевания с соответствующими временными интервалами могут производиться измерения времени прохождения звука через бетон.
Перед началом первого измерения и, в частности, перед загрузкой исследуемой системы связующих веществ в приемный элемент производят калибровку устройства. Для этого обе стенки с их обоими зондами размещают друг на друге и заполняют соответствующие камеры контактным материалом. Полученное отсюда значение принимают в качестве базового значения. Затем обе стенки соединяют друг с другом при помощи упомянутых выше пальцев с резьбой и распорных втулок, так что они имеют определенное расстояние друг от друга. Теперь после загрузки системы связующих веществ в приемный элемент возможны калиброванные измерения.
Устройство согласно изобретению может применяться как в рамках обеспечения качества, так и в рамках определения характеристик материала. При помощи этого устройства может быть определена не только прочность на сжатие, но и могут быть определены также ход гидратации, кинетика реакции, структура (микроструктура и наноструктура), механические свойства (прочность на изгиб и растяжение), образование продуктов гидратации и пористость. Регистрируют прежде всего изменения времени прохождения звука, изменения энергии звука, изменения спектра частот и изменение ослабления звука.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже изобретение кратко описано при помощи прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1 изображает вид сверху устройства согласно изобретению для определения на месте параметров качества и свойств неорганических систем связующих веществ,
фиг.2 изображает вид сбоку стенки устройства, показанного на фиг.1.
Согласно фиг.1, устройство Р для определения на месте параметров качества и свойств неорганических систем связующих веществ согласно изобретению содержит две стенки 1 и 2, которые расположены друг от друга на расстоянии а. Расстояние а определяется распорными втулками 3, которые соответственно надеты на палец 4 с резьбой. Четыре таких пальца 4 с резьбой соответственно проходят через стенки 1 и 2, при этом на выступающие из стенок 1 и 2 концы (не показаны) пальцев 4 навинчены гайки 5.1 или 5.2 с накаткой.
Каждая стенка 1 или 2 имеет показанное на фиг.2 штриховой линией ступенчатое углубление 6. Первая сверху часть ступенчатого углубления 6 выполнена в виде плоской направляющей 7.1 или 7.2 для задвижки 8.1 или 8.2. Ступенчатое углубление 6 может целиком закрываться задвижкой 8.1 или 8.2.
К плоской направляющей 7.1 или 7. 2 примыкает воронкообразная выемка 9.1 или 9.2, которая переходит в овальную камеру 10.1 или 10.2. Эти овальная камера 10.1 или 10.2 проходит своей овальной формой также через стенку 1 или 2 в наружном направлении, а также пластину 11.1 или 11.2, которая вставлена в стенку 1 или 2. Однако камеры 10.1 или 10.2 перекрыты мембраной 12, которая зажата между пластиной 11.1 или 11.2 и стенкой 1 или 2. Эта мембрана 12 может при необходимости заменяться, для чего отвинчивают четыре гайки 13.1-13.4 с накаткой, которые находятся на пальцах 14, проведенных в свою очередь через стенку 1 или 2.
К камере 10.1 или 10.2 примыкает звуковой зонд 15.1 или 15.2, который через соответствующее соединение 16.1 или 16.2 соединен с блоком 17 обработки результатов.
Между обеими стенками 1 и 2 вставлен U-образный приемный элемент 18, который предпочтительно состоит из пенопласта. Приемный элемент 18 служит для размещения исследуемой системы связующих веществ, вследствие чего он должен иметь прочность, достаточную для размещения и удерживания указанной системы. С другой стороны, он должен быть достаточно эластичным, чтобы он мог герметично зажиматься между обеими стенками 1 и 2. По этой причине ширина приемного элемента 18 должна быть также согласована с длиной распорной втулки 3, так чтобы происходило надлежащее зажатие приемного элемента 18 между обеими стенками 1 и 2.
Принцип работы настоящего изобретения является следующим.
Вначале обе стенки 1 и 2 устанавливают друг на друга, чтобы подвергнуть калибровке звуковые зонды 15.1 и 1.2 и загрузить блок 17 обработки результатов соответствующими сигналами. Обе камеры 10.1 и 10.2 заполнены гелем, а соответствующие ступенчатые углубления 6.1 или 6.2 закрыты задвижкой 8.1 или 8.2.
После этой калибровки обе стенки 1 и 2 соединяют посредством соответствующих пальцев 4 с резьбой, а расстояние а образуется посредством распорных втулок 3. При этом приемный элемент 18 уже вставлен или зажат между обеими стенками 1 и 2.
Теперь исследуемую систему связующих веществ можно загрузить в приемный элемент 18. Указанная система затвердевает, при этом после заданного интервала времени при помощи звуковых зондов 15.1 и 15.2 производят измерения, чтобы, например, проверить достигнутую прочность на сжатие указанной системы в приемном элементе 18. При этом в рамках изобретения является существенным, что усадка системы связующих веществ в приемном элементе 18 компенсируется дополнительным втеканием геля, который прижимает мембрану 12.1 или 12.2 к усаживающейся системе. Воронкообразная выемка 9.1 или 9.2 служит при этом в качестве резервуара для дополнительно втекающего геля.
Мембраны 12.1 или 12.2 предпочтительно состоят из полимера и имеют толщину менее 2 мм, предпочтительно менее 1 мм. При усадке системы связующих веществ мембраны перемещаются под давлением геля, так что они постоянно остаются в контакте с системой связующих веществ. Вследствие этого передача звуковых зондов 15.1 или 15.2 не прерывается, то есть, воздух не находится ни между мембраной и исследуемой системой связующих веществ, ни между мембраной и гелем.
Способ согласно изобретению может, например, применяться при исследовании прочности на сжатие бетона. После описанной выше калибровки звуковых зондов 15.1 и 15.2 и после настройки при помощи блока 17 обработки результатов бетон загружают в приемный элемент 18. После этого выжидают 28 дней, чтобы определить 28-дневную прочность на сжатие бетона путем измерения времени прохождения звука и путем анализа указанного измерения в блоке 17 обработки результатов. После заданного промежутка времени, например, одного года, может быть еще раз произведено измерение, чтобы определить последующую прочность на сжатие. Усадка бетона компенсируется путем дополнительного втекания геля и дополнительного прижатия мембраны 12.1 или 12.2 при усадке бетона.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 - стенка
2 - стенка
3 - распорная втулка
4 - палец с резьбой
5 - гайка с накаткой
6 - ступенчатое углубление
7 - направляющая
8 - задвижка
9 - воронкообразная выемка
10 - камера
11 - пластина
12 - мембрана
13 - гайка с накаткой
14 - палец с резьбой
15 - звуковой зонд
16 - соединение
17 - блок обработки результатов
18 - приемный элемент
а - расстояние
Р - устройство.