Ikke destruktiv kvalitetskontrol af elementbyggeri; Hvad du ser og hvad du ikke ser!

Transkript

1 et GTS Institut. Metaller Kompositter Keramik Kyllinger (Fødevarer) Elektronik Beton / Tegl/ natursten NDT Prøvning Monitering Modellering Energi Infrastruktur Produktudvikling Havari 1

2 Korrosion, Metallurgi og Beton: Brøndby Hørsholm Esbjerg Lindø Stockholm Vesterås Stavanger 2

3 Elementsamlinger: Dæk: Tykkelse Geometri Armering Rør Udstøbningsgrad Søjler: Armering Dorne Korrugerede rør /udfyldning understopninger rør Bjælker: Armering Skjulte rør Skjult geometri Vægge: Armering Korrugerede rør Lodrette elementsamlinger Lokalisering af låse bokse/jern/bøjler Udstøbningsgrad 3

4 Praktiske forhold: Adgang: Stillads/lift/skjult/rør/nedhængte lofter/tosidig adgang Miljø: Støj/vibrationer/vind/vand Overflader: Ru, spartlet, profileret Geometri: T-samling, X-samling, Hjørne samling Tykkelse: Opbygning: Armeringstæthed, sandwich, membraner 4

5 Eksponerede overflade af element samlingerne er begrænset Bredden af fugen varierer fra mm. Oftest er bredden begrænset til ca mm. Situationen kompliceres hvis fugeoverfladen ikke er i niveau med elementoverfladen Ofte vil fugen være ru. Elementsamlingen kan være spartlet og malerbehandlet 5

6 De geometriske forhold er styrende for: Hvordan målingerne foretages. Hvordan signaler transmitteres gennem konstruktionen. T og X samlinger, eller hjørner 6

7 Sammenstøbninger er kolde støbeskel. Overflader i recesser fremstår oftest med glatte sider. Hårfine revner i overgangen mellem udstøbningsmasse og konstruktionsbeton. Fine revner er uden strukturel betydning, men danner en reflektor. For lydbølger vil de have sammen signal, som en defekt. 7

8 Låsebøjler, wirebokse og kabler påvirker måleresultaterne. Området mellem låsejern og bøjler/wires er vanskeligst at undersøge med ikke destruktive metoder. Der opstår en skyggezone fra bøjler og låsejern, som forstyrrer eller stopper impulser fra akustiske og elektromagnetiske metoder. Med røntgen kan det være vanskeligt at skelne ændringer i sværtninger, hvis defekten ligger i plan med bøjler/låsejern. Der kan opstå mikrorevner i kontakten mellem støbemasse og glatte stålflader, som kan påvirke akustiske signaler. Det kan være vanskeligt at opnå fuldstændig udstøbning af porøsiteter i wire, som vil blive opfattet som defekter af akustiske signaler. 8

9 Hvad du se og hvad du ikke ser! Tykkelsen af elementet har betydning for hvilke defektstørrelser man kan se. Jo tykkere konstruktionen, jo større bølgelængde skal anvendes for at trænge igennem Jo større bølgelængde desto større skal defekten være for at den kan lokaliseres. 9

10 NDT-Metoder: Man kan inddele ikke destruktive metoder i tre hovedgrupper: Akustiske Elektromagnetiske Radiografiske metoder 10

11 Akustiske metoder bruger lydbølger: Akustiske metoder udnytter P-bølger, S-bølger eller Raleigh bølger med forskellige bølgelængder og frekvenser. P-bølger er kompressionsbølger, som kan trænge igennem alle faste og flydende medier. Refleksionen fra overgange fra et medie til et andet medie afhænger af forskellen i den akustiske impedans mellem de forskellige medier. S-bølger er bølgebevægelser, som er vinkelret på udbredelsesretningen. Ofte kalder man S-bølger for shear bølger. S bølger kan bevæge sig gennem faste medier men ikke gennem flydende medier. Bølge hastigheden er lavere end P-bølger. Raleigh bølger er deformationsbølger i overgangen mellem fast/flydende/luft. F.eks. Bølger på havet og jordskælvsbølger. Raleigh bølger kaldes for proptrækker bølger, grundet den komplicerede bølgeform. Raleigh bølger kan ikke anvendes til at lokaliser mindre defekter. De kan anvendes til at skabe overblik over den overordnede strukturelle tilstand. 11

12 Metode Bølgetype Typiske anvendelsesområder til kontrol af: Max Dybde, cm Impact Echo P Flade defekter, udstøbning af korrugerede rør 100 Ultrasonic Pulse-Echo S Flade defekter, udstøbning af korrugere rør 160 Ultralyd P Flade defekter, revner 60 MIRA, Phased array S Flade defekter. Volumen defekter. Tomografi. Udstøbning af korrugerede rør Impuls Respons Raleigh Overordnede defekter, stenreder, delamineringer understøtning SASW Raleigh Overordnet strukturel integritet

13 Elektromagnetiskemetoder udnytter radarbølger. Forskelle i den dielektriske konstant/ledningsevne. Overgangen mellem to materialer resulterer i en refleksion/diffraktion/spredning af radarsignalerne. Data behandles med samme algoritmer, som akustiske/seismiske signaler. Radarsignalerne kan trænge gennem faste materialer og luftfyldte hulrum. Afhængig af volumen/tykkelsen af reflektoren, vil dette påvirke de underliggende signaler. I form af en relativ forskydning af reflektor (i daglig tale: Pull-Up eller Pull-Down). Georadar kan ikke se gennem ledende flader. (Metalplade, tæt armering eller fugt). 13

14 Radiografiske metoder er røntgen eller måling af relativ ændring af absorption af stråling. Metoderne kræver adgang fra to sider. Jo tykkere konstruktionen er jo mere energi, skal der bruges for at få signalet/strålingen igennem. Et røntgenskud gennem 30 cm tykke vægge kan tage fra 30 sekunder til minutter pr. areal af 50 cmx50 cm alt efter hvor kraftigt udstyr er. Området skal afspærres for andre aktiviteter. Desto kraftige udstyr desto større område skal afspærres. Absorptionsmålinger er mindre krævende, men til gengæld fortæller metode intet om hvor der er reduktion af materiale. 14

15 Impact-Echo princippet udnytter P-bølger. Bølgerne generes ved at man lave et elastisk anslag på overfladen Lydbølgerne vil herefter bevæge sig ind i mediet, hvor de vil blive reflekteret/spredt/diffrakteret af givne reflektorer. Ved et måle (lytte) i et givent tidsinterval tæller man hvor mange gange en given top repeteres.(fft-analyse). Kendes frekvensen og lydhastigheden kan tykkelsen af konstruktionen/afstanden til reflektoren beregnes. Impact-echo er grundlæggende punktmålinger. Man må planlægge antallet og afstanden mellem hvert målepunkt, som funktion af mindste acceptable defektstørrelse. Er overfladeforholdene gode kan man anvende Impact-Echo scannere, som foretager en måling pr. 25 mm. 15

16 Impact-Echo praktiske forhold I 50 mm dybde skal defekten være over 20 mm bred for at den giver anledning til en refleksion og 75 mm bred hvis den skal reflekterer hele bølgen. Med en elementtykkelser på 200 mm, er dette scenarie ikke realistisk. Her vil defekten ligge i minimum 50 mm dybde. Den eneste ændring man kan se er forskydning af bagsiderefleksionen. Forskydningen i bagside refleksionen vil mindre end usikkerheden i den generelle bagsiderefleksion. Forskelle i den akustiske impedans mellem beton og mørtel, samt armeringsjern vil påvirke refleksionsmønsteret. Impact-echo målinger er følsomme over for overfladestrukturen, samt de geometriske forhold (kanteffekter). 16

17 17

18 Ultra Pulse Echo og MIRA: Pulse echo og MIRA metoderne udnytter S-bølger S-bølger fordel er, at partikelbevægelsen er vinkelret på udbredelsesretningen, hvilket bidrager til at forbedre signal/støjforholdet. Metoden kræver en kompliceret transducer konfiguration, som fylder og som stiller store krav til kontaktfladen. Relationerne omkring frekvens/ bølgelængde i forhold til defektstørrelse og dybde gælder også her, dog med den forskel at S-bølgehastigheden er lavere. Frekvenserne kan typisk ændres fra KHz. 18

19 Ultralyd udnytter P-bølger. Metoden kan anvendes direkte eller indirekte. Forskelle i transmissionstid/hastighed giver indikationer om forskelle i materialets mekaniske egenskaber eller tilstedeværelsen af defekter, som lydbølgerne skal uden om. Metoden angiver ingen defektstørrelser. Til undersøgelse af elementfuger vil det være nødvendigt at udføre målingerne direkte. Dvs. at sender er på den eneside og modtager er på den direkte modsatte side. Resultaterne vil være vanskelige at tolke, idet der er en mulighed for, at lydbølgerne tager den letteste vej via elementet. 19

20 Hvad du se og hvad du ikke ser! Røntgen undersøgelser. Røntgen undersøgelser er absolut den mest detaljerede undersøgelsesmetode. Logistikken omkring undersøgelserne er komplicerede. Sikkerhedskravene til teknikker og arbejdsplads omfattende. Længden af den undersøgte fuge/område begrænset pr. skud. Det er muligt at skyde gennem T og X-samlinger 20

21 Impuls Respons: R -bølger Konstruktionens svingningsreaktion på et givent anslag. Indspænding Store defekter: Stenreder, delamineringer, nedbrydning. Voldsom mangelfuld udstøbning. 21

22 Georadar Antenner med frekvenser fra 400 MHz til 2.6GHZ som svarer til en indtrængningsdybder fra ca. 4 meter til 20 cm. Ledningsevne/opfugtning/dielektrisk konstant. Målepunkt pr mm. 2D tværsnit af måle linjen simultant med undersøgelsen. Data kan gemmes og behandles 3D-plot. Georadar målinger kan opsamle data over tilbagetrukne fuger samt i hjørnesamlinger. 22

23 23

24 Afsluttende bemærkninger: Element samlinger er yderst komplicerede NDT er en vej til at minimere omfanget af destruktive undersøgelser NDT metoder kan minimere den statistiske usikkerhed på punktobservationer Ikke alle NDT metoder er lige velegnet Der mangler et systematiks studie til at belyse metoder og usikkerheder. 24