Controlli Non Distruttivi
Un nuovo metodo di rilevamento della sedimentazione e della ritenzione idrica all’interno dell’impalcato di un ponte
-Possibile valutazione quantitativa del degrado del calcestruzzo-
L’Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN) Photon Engineering Research Center ha sviluppato un sistema che visualizza in modo non distruttivo il deterioramento del solaio in cemento armato [1] e lo valuta quantitativamente.
Il risultato di questa ricerca è quello di consentire di diagnosticare in modo non distruttivo il deterioramento dell’interno di strutture in calcestruzzo come ponti e gallerie, che non possono essere viste dall’esterno. , Si prevede che contribuisca all’estensione della vita entro i primi rilevamento e riparazione tempestiva e prevenzione di incidenti gravi.
Questa volta, il team di ricerca congiunto ha utilizzato il dispositivo di imaging a neutroni sviluppato e il ” RIKEN Small Neutron Source System RANS-II [2] ” per eseguire misurazioni non distruttive di impalcati in calcestruzzo con deterioramento simulato all’interno. Di conseguenza, siamo riusciti a visualizzare la sedimentazione (umidità/vuoti), valutare quantitativamente la dimensione della parte deteriorata, e separare e identificare i deterioramenti contenenti sia umidità che vuoti.
Questa ricerca è stata pubblicata in “Reports on Repair, Reinforcement, and Upgrade of Concrete Structures” (14 ottobre) della Japan Society of Materials Science, e allo stesso tempo, “21st Symposium on Repair, Reinforcement, and Upgrade of Concrete Structures” È stato annunciato il (15 ottobre).
sfondo
Il solaio di un ponte stradale è un elemento importante che sostiene direttamente il carico di auto e persone, e i danni causati dall’invecchiamento, dal deterioramento o dai difetti di costruzione iniziali possono causare gravi danni. Le ispezioni regolari sono importanti per prevenire gravi danni che potrebbero portare a un incidente, ma le ispezioni visive tradizionali richiedono la rimozione dell’asfalto ogni volta, operazione costosa e dispendiosa in termini di tempo. chiusure. Pertanto, si sta attirando l’attenzione per consentire ispezioni periodiche mediante “ispezione non distruttiva” che non richieda costi umani e finanziari.
Recenti studi hanno inoltre dimostrato che il deterioramento del calcestruzzo che si verifica sotto asfalto e pavimentazioni in calcestruzzo è facilitato dall’ingresso di acqua nell’impalcato. Un’ulteriore intrusione di acqua da piccole crepe provoca ” formazione di terra e sabbia [3] ” e crepe stratificate, che alla fine portano a gravi distruzioni come la caduta di grumi di cemento. Per prevenirli, è necessario un sistema di misurazione in grado di ispezionare l’umidità e i vuoti all’interno dell’impalcato senza staccare lo strato di asfalto.
Per osservare dall’esterno in modo non distruttivo le informazioni interne di un oggetto con una massa enorme come un impalcato utilizzato per un ponte (ponte), è necessaria una sonda con elevata permeabilità a una sostanza. Il neutrone veloce [4], che è una delle radiazioni, è un buon candidato perché non solo ha un alto potere penetrante, ma ha anche un’elevata sensibilità a elementi specifici, in particolare all’idrogeno.
Tuttavia, i sistemi di misurazione che utilizzano neutroni veloci che sono stati messi in pratica finora sono limitati a misuratori di umidità che utilizzano sorgenti di radiazioni al californio, ed è stato considerato difficile valutare quantitativamente una piccola quantità di umidità e vuoti. .. Inoltre, la tecnologia di backscattering Nota 1) precedentemente sviluppata dal team di sviluppo della tecnologia RIKEN Neutron Beam può visualizzare umidità e vuoti di circa 300 cm 3 , ma non può eseguire l’imaging o la valutazione quantitativa per difetti più piccoli.
Pertanto, il team di ricerca congiunto ha sviluppato un “sistema di rilevamento dell’umidità/vuoto” che utilizza la diffusione dei neutroni (Fig. 1). Creando un raggio di neutroni veloci dal raggio di protoni accelerato e irradiando il ponte, i neutroni si propagano all’interno dell’oggetto e alcuni neutroni ritornano sulla superficie dell’oggetto per retrodiffusione. Le informazioni interne possono essere ottenute misurando la distribuzione bidimensionale e il tempo di propagazione dei neutroni che sono tornati in superficie. Con questo metodo, tutta l’attrezzatura necessaria per la misurazione si trova sul lato del manto stradale, quindi non è necessario installare un rilevatore dietro un ponte o un tunnel. Pertanto, presenta i vantaggi di un costo monetario inferiore e di tempi più brevi rispetto all’ispezione non distruttiva convenzionale.
Metodi e risultati della ricerca
Il sistema di rilevamento dell’umidità/vuoto sviluppato consiste in un generatore di neutroni e un dispositivo di rilevamento. Il generatore di neutroni è RANS-II sviluppato da RIKEN. RANS-II ha il vantaggio che l’intensità dei neutroni è 1000 volte superiore a quella della sorgente di radiazioni al californio utilizzata nei misuratori di umidità e può rilevare piccoli difetti. Inoltre, il raggio di impulsi, indispensabile per la misurazione, può essere facilmente generato. Il dispositivo di rilevamento è un “contatore proporzionale di elio-3” di neutroni in grado di eseguire immagini 2D. Con un’elevata efficienza di rilevamento, è possibile misurare informazioni bidimensionali di posizione e tempo su un’ampia area.
Questa volta, è stata misurata la distribuzione della resa dei neutroni in ciascuno stato sano e in quello difettoso del calcestruzzo, e il rapporto è stato preso per valutare quantitativamente il tipo e il volume del difetto. Poiché il valore standard della resa di neutroni è ottenuto per calcestruzzo sano in ogni sito e il difetto è valutato solo dal rapporto da quello, c’è il vantaggio che non è influenzato dalla differenza nella composizione elementare, densità, contenuto di umidità, ecc. .di cemento.
Inoltre, prestando attenzione al fatto che è efficace utilizzare la differenza del tempo di propagazione dei neutroni all’interno del calcestruzzo per determinare se il difetto è acqua, vuoti o entrambi.Abbiamo stabilito un metodo di analisi dei dati che utilizza il tempo informazioni dalla generazione di neutroni alla loro rilevazione. Sulla base delle conoscenze acquisite nello sviluppo della simulazione Nota 2) finora, abbiamo costruito un metodo di selezione degli eventi ottimizzato per il tempo di propagazione (diverse centinaia di microsecondi) all’interno del calcestruzzo.
Il raggio di protoni generato dall’acceleratore RANS-II è guidato verso il bersaglio di litio, dove una reazione nucleare (p + 7 Li → n + 7 B) produce un raggio di neutroni. Di conseguenza, il ponte viene irradiato con un fascio di neutroni veloce con un’intensità di circa 10 4 pezzi / cm 2 / sec, un diametro piccolo (diametro 40 mm) e una buona rettilineità. Questo fascio di neutroni veloci è stato irradiato per 5 minuti per impostazione del campione. Il contatore proporzionale elio-3 sensibile alla posizione del rivelatore ha una struttura in cui 64 cilindri sono impilati verticalmente e l’area sensibile ha una risoluzione spaziale di circa 600×600 mm 2 e da 5 a 10 mm.
Il campione di impalcato è costituito da quattro strati: uno strato di asfalto, uno strato di impalcato in cemento armato (RC) con fori di inserimento dei difetti, uno strato di impalcato in calcestruzzo e uno strato di impalcato in ca (Fig. 2, a sinistra). C’è un foro 100x100x70mm 3 al centro del secondo strato di deck RC , dove possono essere inseriti difetti e cemento sano. Ho realizzato un blocco difettoso che simula la sedimentazione per l’inserimento in questo foro. Poiché l’idrogeno è la principale fonte di sensibilità ai neutroni, abbiamo reso possibile valutare questo sistema modificando la quantità di materia organica contenente idrogeno.
Quando il calcestruzzo viene eroso dall’acqua, la componente cementizia viene dilavata, lasciando in stato di sedimentazione solo aggregato grossolano (pietra) e aggregato fine (ghiaia). Si ritiene che il lato superiore (superficie stradale) della lastra che si è sedimentato sia un aggregato secco e il lato inferiore sia ricoperto di ghiaia umida. Abbiamo preparato tre tipi di blocchi difetto per simulare questa situazione. Il primo è un blocco di “tipo adesivo” in cui ghiaia e pietre sono sigillate con un adesivo. Poiché l’adesivo contiene una grande quantità di idrogeno, si dice che sarà inondato dalla pioggia dopo che si è verificata la sedimentazione. Può essere considerato come uno stato morto (centro di Fig. 2). Il secondo è un blocco “imballato a sacco” in cui le pietre aggregate sono imballate e fissate in un sacco di teflon, che può essere considerato come una sedimentazione secca naturale con più vuoti del calcestruzzo sano (figura). 2 a destra). Il terzo è un blocco di “tipo a sedimentazione trattenuta” che unisce il secondo tipo insaccato e una lastra di polietilene, che è più vicino alla sedimentazione stagnante (vuoti nella parte superiore e umidità nella parte inferiore) che si verificano nel sito. essere uno stato.
Fonte JFE Engineering Corporation