Введение к работе
В диссертации обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований способа измерения глубины пропитки пористых материалов специальными гидрофобизирующими растворами в едином акустическом (ультразвуковом) поле. Такое совмещение предопределяет интенсификацию процесса заполнения и обеспечение пропитки на заданную глубину.
Создание способа совмещения во времени функций пропитки и контроля глубины заполнения пористого материала раствором в акустическом поле составляет главную задачу представленной работы. Для ее решения проведены исследования самого процесса пропитки в ультразвуковом поле и способов получения измерительной информации в ходе этого процесса.
Автором предложены технические решения способа неразрушающего контроля глубины заполнения пористого материала раствором в акустическом поле, разработан принцип построения аппаратуры.
Актуальность работы
Влагозащита строительных материалов и конструкций остается актуальной задачей на протяжении многих десятилетий в двух ее аспектах: по технологии пропитки влагозащитными растворами и способу оценки качества влагозащиты. Появление широкого ассортимента влагозащитных (гидрофобных) растворов не решает этой проблемы, так как при поверхностной обработке раствор проникает в капилляры неглубоко и неравномерно (например, в кирпич не более чем на 5... 15 мм). Это становится причиной скорого (в атмосфере через 12...48 месяцев, в грунте 3...12 месяцев, под водой не более 1 месяца) нарушения влагозащиты и снижения прочности конструкций.
Исследования, проведенные известными учеными (Био М., Дежкуновым Н.М., Прохоренко П.П. и др.), показали, что под воздействием ультразвуковых колебаний происходит глубокое и интенсивное заполнение растворами капилляров пористых материалов. Этот эффект использован в работе для интенсификации процесса пропитки пористых строительных материалов специальными (гидрофобными) растворами под воздействием ультразвуковых колебаний (далее "ультразвуковая пропитка").
Известные способы контроля глубины заполнения материала раствором с помощью электрических и тепловых излучений приводят к разрушению гидрофобных свойств раствора; применение гравитационного метода ограничено большими временными затратами на проведения контроля. Воздействие ультразвуковых колебаний на раствор не меняет его гидрофобных свойств.
В связи с вышеизложенным, в работе предложена концепция совмещения в едином акустическом поле процесса пропитки материала гидрофобизирующим раствором и одновременного контроля глубины
проникновения этой пропитки, базирующаяся на сопоставлении скорости распространения ультразвуковых колебаний в пропитываемом материале с соответствующей скоростью в сухом материале (без пропитки).
Для разработки концепции используются следующие исходные данные:
к одной из плоскостей пропитываемого материала устанавливается емкость с заполняющим раствором, в котором на время пропитки в общем случае возбуждаются импульсы ультразвуковых колебаний с некоторыми частотами заполнения/ро,,,,^ и fKO„mp, обеспечивающие заданную скорость "ультразвуковой пропитки" (fnpom,^) и точность измерения глубины заполнения материала раствором (fKO„mP)-
скорость Сх распространения продольной ультразвуковой волны в пропитанном материале изделия отличается от соответствующей скорости С0 в сухом материале на некоторую величину АС, = \СХ -С0\.
информативным параметром скорости (С») в процессе пропитки изделия толщиной L на некоторую заданную глубину Н является приращение времени Д/ распространения упругой волны через пропитываемое изделие м = \і(Н)-іа\, где 1(H) — время распространения упругой волны через пропитанное изделие на глубину Н, t0 — время распространения в непропитанном (далее сухом) материале ,о = и/ .
Для совмещения технологических и метрологических функций на общем физическом принципе необходимы дополнительные исследования для решения задач оптимизации времени заполнения пористого материала и достоверного определения глубины заполнения:
Определение мощности и частоты fnponum упругих колебаний, обеспечивающих наибольшую интенсивность процесса пропитки водоотталкивающим раствором на заданную глубину Н;
Анализ известных способов оценки глубины пропитки с обоснованием оптимальности ультразвукового импульсного метода. Исследования по выбору диапазона частот /кттр, обеспечивающих наименьшую погрешность измерения заданной глубины Н пропитки.
Исследование совмещенного процесса пропитки и процесса измерения глубины заполнения материала раствором на заданную глубину Н при одной частоте f0,mUM, выбираемой потребителем с учетом требований к пропитываемому объекту.
Таким образом, возможность выбора параметров акустического поля и технологическое совмещение функции ультразвуковой пропитки и функции контроля в едином акустическом поле дают основание считать тему диссертационной работы актуальной.
Цель работы
Целью диссертационной работы является повышение качества гидрфобизирующей защиты путем оснащения технологического процесса "ультразвуковой пропитки" средствами ультразвукового контроля глубины заполнения пористого материала соответствующим раствором.
Задачи исследований
-
Исследование зависимости интенсивности процесса пропитки материала (изделия из него) гидрофобным раствором под воздействием ультразвука от мощности и частоты f„pam„ упругих колебаний.
-
Анализ применяемых способов и выбор рационального способа контроля глубины пропитки пористых строительных материалов.
-
Теоретические и экспериментальные исследования зависимостей акустических характеристик строительного материала от глубины его заполнения гидрофобизирующим раствором.
-
Разработка и экспериментальная проверка способа получения измерительной информации о глубине заполнения капилляров материала раствором в процессе "ультразвуковой пропитки".
-
Обоснование способа, обеспечивающего совмещение процессов пропитки и контроля.
-
Обоснование принципа построения средства ультразвукового контроля глубины заполнения строительных материалов раствором.
Научная новизна
-
Концепция совмещения процесса пропитки строительных материалов под воздействием ультразвуковых колебаний и процесса контроля глубины пропитки в едином акустическом поле, базирующаяся на приращении времени распространении ультразвуковых колебаний в пропитываемом объекте.
-
Исследование зависимостей времени распространения ультразвуковых колебании в пористых материалах от глубины их пропитки, положенные в основу способа измерения глубины пропитки.
-
Способ получения измерительной информации о процессе "ультразвуковой пропитки" материала гидрофобизирующем раствором, позволяющий контролировать заданную глубину пропитки.
-
Выбор рационального диапазона частот ультразвуковых колебаний с учетом времени пропитки и погрешности измерения глубины заполнения.
-
Принцип построения установки для ультразвуковой пропитки и измерения глубины пропитки пористых строительных материалов, позволяющей заполнять материал на заданную глубину и тем самым обеспечить надежную влагозащиту строительных конструкций и памятников архитектуры.
Практическое значение
-
Совмещение пропитки строительных материалов и архитектурных памятников с измерением глубины пропитки в едином акустическом поле создает базу для разработки и внедрения эффективных способов влагозащиты широкого круга строительных объектов с учетом типа материалов.
-
Предложена методика, позволяющая определять параметры акустического поля, обеспечивающие заданное сочетание времени пропитки и
погрешности оценки глубины пропитки пористых материалов в едином акустическом поле.
-
Применение способа ультразвукового контроля глубины пропитки позволяет выбирать эффективное сочетание типа гидрофобизирующего раствора для соответствующего типа пористого материала, подлежащего пропитке.
-
Обоснованный принцип построения установки, совмещающей функции "ультразвуковой пропитки" и оценки глубины заполнения материала раствором, создает возможность ее эксплуатации без проводной связи между двумя ее частями, размещенными по разные стороны пропитываемого объекта.
5. Разработанный образец установки позволяет создать "развитой" ряд
устройств с конкретными технологическими функциями для пропитки
строительных материалов и памятников архитектуры.
Апробация работы: Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на:
VII международной научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля природной среды, материалов и промышленных изделий"., г. Череповец, 16—18 сентября 1997 г.
Российской выставке "Развитие малого бизнеса и предпринимательства"., С.Петербург, ЛенЭКСПО, \-$ февраля 1999г.
15 российской научно—технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика"., Москва, 28 июня — 2 июля 1999 г.
Международной конференции "Cement and Concrete Science".,ll - 12 September 2000, the University of Sheffield, London, Brittany.
5 Международной научно-практической конференции "Высокие технологии в экологии"., Воронеж, 22 — 24 мая 2002г.
16 Российской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика"., 10-13 сентября 2002г., — С. Петербург, 2002,
Международной конференции "Proceeding of the 12 International congress on sound end vibration"., July 2005, Lisbon, Portugal.
Всероссийской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и техническая диагностика при производстве и эксплуатации авиационной и космической техники"., - 5 — 7 октября., - С. Петербург, 2005г.
Публикации: По теме диссертационной работы опубликовано 9 статей, тезисы 6 докладов, получен патент и положительное решение о выдаче патента Российской Федерации.
Структура и объем работы: Диссертация на 199 страницах включает введение, четыре главы, заключение, список литературы.
