Бул изилдөө бетон кысуу астында бузулуп жатканда микрожараканын башталышынан туруксуз жараканын өсүшүнө жана акыркы кыйроого чейин өтүүчү критикалык этаптарды эртерээк жана объективдүү аныктоо үчүн акустикалык эмиссия маалыматтарына Critical Slowing Down (CSD) ыкмасын колдонот.

Изилдөөдө акустикалык эмиссия энергиясы, AE counts жана signal strength негизги бузулуу көрсөткүчтөрү катары тандалган. Бул сигналдардын удаалаш убакыт терезелериндеги жылма дисперсиясы эсептелип, дисперсиядагы кескин өсүүлөр системанын критикалык бузулуу өтүүлөрүнө жакындап баратканынын белгиси катары чечмеленет.

150 mm бетон кубдарында үч башка суу/байлоочу зат катышында жүргүзүлгөн бир октуу кысуу сыноолорунда CSD негизиндеги дисперсия көрсөткүчү микрожараканын башталышын, субкритикалык бузулууну жана кыйроого өтүүнү айырмалаган. Өзгөчө субкритикалык бузулуу чекити үч аралашмада болжол менен %76–85 пиктик чыңалуу аралыгында пайда болуп, булак муну болжол менен %80 пиктик чыңалуунун айланасында ишенимдүү эрте эскертүү көрсөткүчү катары баалаган.

Минималдуу AE b-value менен салыштырганда, CSD негизиндеги субкритикалык бузулуу көрсөткүчү эртерээк эскертүү берген. Үч аралашма үчүн CSD эскертүү аралыктары 60, 63 жана 71 секунд болсо, минималдуу b-value эскертүүлөрү болгону 23, 28 жана 6 секунд мурда пайда болгон.

Ошол эле учурда изилдөө чакан бетон кубдарында жүргүзүлгөн бир октуу лабораториялык сыноого негизделет. Толук масштабдагы көпүрө, имарат, туннель же талаа конструкцияларында ушул эле босого маанилер жана эскертүү мөөнөттөрү жарактуу экени азырынча көрсөтүлгөн эмес.

Акустикалык Эмиссия Бетондун Ичиндеги Жаракаларды Кантип Аныктайт?

Бетондун ичинде жаңы жарака пайда болгондо же учурдагы жарака өсүп жатканда материалда топтолгон серпилгич энергиянын бир бөлүгү кыска мөөнөттүү чыңалуу толкундары түрүндө бөлүнүп чыгат. Бул толкундарды пьезоэлектрдик акустикалык эмиссия сенсорлору аныктай алат.

AE системасы бул сигналды бир гана “үн деңгээли” катары каттабайт. Бир AE окуясынан көптөгөн мүнөздүү параметрлерди чыгарууга болот.

Изилдөө булардын ичинен energy, counts жана signal strength параметрлерин тандайт. Себеби бул үч көрсөткүч жарака активдүүлүгүнүн масштабы, жыштыгы жана жалпы энергиялык мазмунун ар башка жактан чагылдырат.

Critical Slowing Down Деген Эмне?

Critical Slowing Down — динамикалык система критикалык абал өзгөрүүсүнө жакындаганда бузгуч таасирден кийин мурдагы тең салмак абалына кайтуу ылдамдыгынын бара-бара жайлоосу.

Система туруктуу абалдан алыстай баштаганда майда кокустук өзгөрүүлөр узагыраак убакыт таасир этет. Теорияда мунун эки типтүү статистикалык натыйжасы бар:

• удаалаш өлчөөлөрдүн бири-бирине көбүрөөк окшошуусу, башкача айтканда автокорреляциянын жогорулашы;
• өлчөнгөн абал өзгөрмөсүнүн термелүү чоңдугунун жана дисперсиясынын өсүшү.

Бетон үчүн идея мындай: жаракалар системасы жаңы бузулуу режимине жакындаганда AE сигналдарынын статистикалык жүрүм-туруму өзгөрүшү мүмкүн. Эгер AE energy, counts же signal strength дисперсиясы тез өссө, система критикалык бузулуу өтүүсүнө жакындап жаткан болушу мүмкүн.

Изилдөө кайсы CSD көрсөткүчүн колдонот?

Теориялык бөлүмдө автокорреляция да, дисперсия да талкууланганы менен, эксперименттик анализде негизги көрсөткүч жылма дисперсия болуп саналат.

AE убакыт катары кыска терезелерге бөлүнүп, ар бир терезеде дисперсия эсептелет. Терезе убакыт боюнча жылдырылып, жүктөө учурунда дисперсиянын кандай өзгөрөрү байкалат.

Изилдөөдө:

Терезенин узундугу = 100 AE hit

Жылдыруу кадамы = 10 AE hit

деп тандалган.

Бетон Үлгүлөрү Кантип Даярдалган?

Эксперименттерде кыр узундугу 150 mm болгон куб бетон үлгүлөрү колдонулган.

Үч башка суу/байлоочу зат катышы колдонулган:

Ар бир аралашма үчүн үч кайталама даярдалган.

Экспериментте Бетон Кантип Жүктөлдү жана AE Кантип Өлчөндү?

Бир октуу кысуу жүгү RMT-201 тоо тектери жана бетон механикалык сыноо системасында жылышууну көзөмөлдөө режими менен жүргүзүлгөн.

AE жана механикалык өлчөөлөр бир убакта башталган. Ошентип, белгилүү бир жарака активдүүлүгү кайсы чыңалуу деңгээлинде пайда болгону убакыт боюнча түздөн-түз салыштырылган.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

CSD Ыкмасы Бетондун Бузулушун Кайсы Критикалык Чекиттерге Бөлдү?

Эксперименттик жыйынтыктарда үч негизги өтүү чекити өзгөчө айырмаланат:

Point A — Микрожараканын башталышы

Дисперсиянын биринчи ачык өсүшү. Бетондун алгачкы көзөнөк кысылышынан жана төмөн AE активдүүлүгүнөн туруктуу жарака өсүшүнө өткөн чекити катары түшүндүрүлөт.

Point C — Субкритикалык бузулуу

Дисперсиянын экинчи критикалык өсүшү. Туруктуу жарака өсүшүнүн туруксуз жарака өсүшүнө өткөн чекити катары бааланат.

Point E — Кыйроо

Көтөрүмдүүлүк олуттуу жоголуп, макроскопиялык бузулуу ачык көрүнгөн өтүү.

Микрожараканын башталышы эмне үчүн аралашмага көбүрөөк сезгич?

Суу/байлоочу зат катышы жогорулаган сайын булакта микрожараканын башталуу чекитинин убактысы да, чыңалуу катышы да өсөт.

Авторлордун түшүндүрмөсү боюнча, суунун көбүрөөк болушу гидратациядан кийин көбүрөөк көзөнөк жана баштапкы кемтик калтырышы мүмкүн. Жүктөөнүн алгачкы бөлүгүндө бул боштуктардын кысылышы узагыраак болгондуктан, байкаларлык микрожараканын башталышы жогорураак чыңалуу деңгээлине жылышы мүмкүн.

Point C эмне үчүн маанилүүрөөк?

Point A алгачкы микробузулууну көрсөтсө, Point C туруктуу жарака өсүшүнөн туруксуз бузулуу режимине өтүүнү билдирет.

Ошондуктан эрте эскертүү жагынан негизги критикалык чекит — Point C.

Үч аралашманын Point C катыштары болжол менен %76–85 аралыгында. Булак муну болжол менен %80 пиктик чыңалуунун айланасында кайталанган эрте эскертүү босогосу деп эсептейт.

Бетон Канча Бузулуу Этаптарына Бөлүнөт?

Булактын эксперименттик жыйынтыктарында жана корутунду бөлүмүндө колдонулган негизги төрт этап төмөнкүдөй:

Макаланын мурдагы теориялык ыкма бөлүмүндө беш этаптан турган деталдуу классификация да бар. Ошондуктан булакта этаптардын саны боюнча эки башка баяндоо колдонулат. Эксперименттик жыйынтыктардын акыркы кыскача мазмуну төрт негизги этапты негиз кылат.

Чийки AE Параметрлерин Кароо Эмне Үчүн Жетишсиз?

Energy, counts жана signal strength убакыт тарыхтарында бетон кыйроого жакындаган сайын жалпы активдүүлүктүн өсүшү байкалат. Бирок AE сигналдары табиятынан үзүлмө жана кокустук термелүүлөрдү камтыйт.

Ошондуктан чийки ийри сызыкты гана визуалдык кароо критикалык өтүүлөрдүн качан башталганын аныктоодо субъективдүү болушу мүмкүн.

CSD ыкмасы ошол эле маалыматты жылма дисперсия аркылуу кайра баалап, бөлүштүрүүдөгү кескин өзгөрүүлөрдү айкыныраак кылууга багытталган.

Булактын салыштыруусуна ылайык, микрожараканын башталышы жана акыркы кыйроо чийки AE параметрлеринен да көрүнүшү мүмкүн, бирок субкритикалык бузулуу Point C салттуу параметрлердин убакыт катарларында кыйла кыйын айырмаланат.

b-Value менен CSD Ыкмасынын Айырмасы Эмне?

AE b-value анализи AE окуяларынын амплитуда бөлүштүрүлүшүн Gutenberg–Richter сыяктуу лог-сызыктуу байланыш аркылуу изилдейт.

Жогорку b-value майда жаракалар үстөм болгон бөлүштүрүүлөр менен, ал эми төмөн b-value ири масштабдагы жарака активдүүлүгүнүн өсүшү менен байланыштуу болушу мүмкүн.

Изилдөөдө b-value башында жогорулап, андан кийин тез төмөндөп минимумга жеткен жана кыйроодон кийин болжол менен 1дин айланасында термелген.

Үч топ үчүн минималдуу маанилер:

0,20 — 0,19 — 0,41

деп билдирилген.

Бирок минималдуу b-value CSD менен аныкталган Point Cден кийин пайда болот.

CSD Эрте Эскертүүнү Канчага Алга Жылдырды?

Бул маанилер эскертүү чекитинен пиктик чыңалууга чейин калган убакытты билдирет.

Айрыкча RW/B=0,50 тобунда минималдуу b-value болгону 6 секунд эрте белги бергенде, Point C 71 секунддук эрте эскертүү аралыгын камсыз кылган.

Эскертүү кайсы жүк деңгээлинде келет?

Point C үчүн булакта орточо:

Эскертүү чыңалуусу / пиктик чыңалуу ≈ %80,85

деп берилет.

Минималдуу b-value үчүн бул катыш:

≈ %97,02

деңгээлинде.

Демек, b-value минимуму пайда болгондо бетон пиктик көтөрүмдүүлүгүнө кыйла көбүрөөк жакындап калган болот.

Бул Ыкманы Чыныгы Көпүрөдө же Имаратта Колдонсо Болобу?

Булак мунун потенциалы бар экенин айтат; бирок бул азырынча тастыкталган талаа колдонмосу эмес.

Бул изилдөөдө:

• чакан бетон кубдар;
• көзөмөлдөнгөн бир октуу жүк;
• лабораториялык сенсор жайгашуусу;
• белгилүү бетон аралашмалары

колдонулган.

Чыныгы курулмаларда транспорт, температура, нымдуулук, көп октуу чыңалуу, арматура, ар түрдүү жарака булактары жана айлана-чөйрөнүн ызы-чуусу AE сигналдарын татаалдаштырышы мүмкүн.

Авторлордун келечектеги ишинин максаты да толук масштабдагы курулмаларда жана ар түрдүү жүктөө шарттарында текшерүү болуп саналат.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

• AE energy, counts жана signal strength дисперсиясы бетон критикалык бузулуу өтүүлөрүнө жакындаган сайын байкаларлык өзгөрүшү мүмкүн.
• Жылма терезе дисперсия анализи критикалык өтүүлөрдү чийки AE убакыт катарларына караганда системалуу түрдө айкыныраак көрсөтө алат.
• Микрожараканын башталышы, субкритикалык бузулуу жана кыйроо чекиттери эксперименттерде ажыратылган.
• Субкритикалык бузулуу Point C үч аралашмада болжол менен %76–85 пиктик чыңалуу аралыгында пайда болгон.
• Point C минималдуу b-value көрсөткүчүнө караганда эртерээк эскертүү берген.
• CSD менен аныкталган бузулуу этаптары классикалык AE параметрлери жана b-value тенденциялары менен жалпысынан шайкеш.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

• %80 пиктик чыңалуу бардык бетон үчүн универсалдуу кыйроо босогосу экени көрсөтүлгөн эмес.
• 60–71 секунддук эскертүү мөөнөтү чыныгы курулмаларда дал ошондой алынары көрсөтүлгөн эмес.
• CSD ыкмасы көпүрөлөрдө, имараттарда же туннелдерде талаа масштабында текшерилген деп айтууга болбойт.
• b-value ыкмасы жалпысынан жараксыз экени көрсөтүлгөн эмес; изилдөө бул эксперименттерде гана CSD эртерээк эскертүү бергенин көрсөтөт.
• Дисперсиянын өсүшү бардык шартта бетон жаракасынын өнүгүшүнөн гана келип чыгары көрсөтүлгөн эмес.
• Макала рецензиядан өткөн акыркы методикалык стандарт эмес.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска аталышы:Damage Evolution Analysis of Concrete Based on Critical Slowing Down Characteristic of Acoustic Emission Parameters.

Авторлор: Jian Liang, Yuxuan Shi, Qian Ma, Weiwei Xie, Bo Yu.

Булак түрү: SSRN preprint изилдөө макаласы.

SSRN: 6963435.

Рецензия абалы: PDF документинде “Preprint not peer reviewed” деп ачык белгиленген.

Изилдөө тармагы: Бетондун бузулуу механикасы, акустикалык эмиссия, бузбай сыноо жана конструкциялык саламаттыкты мониторингдөө.

Сыноо үлгүсү: 150 mm бетон кубдар.

Аралашмалар: Суу/байлоочу зат катыштары 0,40, 0,45 жана 0,50; ар бири үчүн үч кайталама.

Жүктөө: Бир октуу кысуу, жылышуу көзөмөлдөнгөн, 0,005 mm/s.

AE каттоо системасы: Physical Acoustics Corporation Micro-II Digital AE System.

Үлгү алуу: 1 MHz.

Аныктоо босогосу: 45 dB.

Талданган AE параметрлери: Energy, counts жана signal strength.

CSD критерийи: 100-hit терезе жана 10-hit жылдыруу кадамы менен эсептелген жылма дисперсия.

Негизги эрте эскертүү көрсөткүчү: Point C — субкритикалык бузулуу.

Point C чыңалуу катыштары: %75,76, %85,18 жана %81,59.

CSD эрте эскертүү аралыктары: 60, 63 жана 71 секунд.

Минималдуу b-value эрте эскертүү аралыктары: 23, 28 жана 6 секунд.

Булактагы ыкма боюнча эскертүү: Теориялык методология бөлүмүндө беш бузулуу этабы түшүндүрүлсө, эксперименттик жыйынтыктарда жана Conclusion бөлүмүндө төрт негизги бузулуу этабы колдонулат. Verianla бул эки баяндоону үнсүз түрдө бир классификацияга бириктирген эмес.

Келечектеги иш: Толук масштабдагы курулмалар, ар түрдүү жүктөө шарттары жана башка бузбай сыноо ыкмалары менен интеграция.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор белгилүү каржылык же жеке кызыкчылыктардын кагылышын билдиришкен эмес.

Маалыматка жетүү: Айрым же бардык маалыматтар, моделдер жана коддор негиздүү суроо-талап боюнча жооптуу автордон алынышы мүмкүн экени көрсөтүлгөн.

Каржылоо: Inner Mongolia University of Science and Technology Keju Plan; National Natural Science Foundation of China; Guangxi Key Research and Development Project; Guangxi Science and Technology Major Project.

Лицензия: Жүктөлгөн preprintте текшериле турган ачык Creative Commons лицензиясы көрүнбөгөндүктөн, ачык кайра пайдалануу укугу болжолдонгон эмес.

Verianla ыкма боюнча эскертүү: Бул мазмун булак preprintтин абзацма-абзац котормосу эмес. CSD теориясы, эксперименттик түзүлүш, AE параметрлери, критикалык өтүү чекиттери, эрте эскертүү көрсөткүчтөрү, b-value салыштыруусу жана чектөөлөр өз алдынча окутуучу түзүмдө кайра уюштурулган. Лабораториялык жыйынтыктар чыныгы талаа курулмаларында тастыкталган универсалдуу босоголор катары берилген эмес.