Skip to main content

Ultrasound NDE tomograph. Design and construction of a portable 3D ultrasound scanner for non-destructive testing and evaluation (NDT and NDE) of concrete in bridges and other building structures

Article Category

Article available in the folowing languages:

Skanowanie ultradźwiękowe umożliwia wykrywanie uszkodzeń mostów betonowych

Po 2000 lat od powstania, betonowa konstrukcja rzymskiego Panteonu jest w doskonałym stanie. Zbrojenie stalowe może jednak znacznie skrócić żywotność konstrukcji betonowych, których jakość może zacząć pogarszać się już po 10 latach.

Gospodarka cyfrowa
Transport i mobilność
Zmiana klimatu i środowisko

Elementy infrastruktury takie jak mosty i drogi są zazwyczaj żelbetowe, a to oznacza, że wymagają ciągłego monitorowania w celu zapewnienia nieprzerwanej i bezpiecznej eksploatacji. Duże konstrukcje betonowe mogą powodować wiele różnych problemów, głównie ze względu na szeroką gamę kruszyw znajdujących się w materiale. Ultradźwiękowe badania nieniszczące Badania nieniszczące (NDT) należą do najskuteczniejszych metod kontroli takich konstrukcji betonowych. W ramach częściowo finansowanego przez UE projektu COBRI opracowano łatwy w użyciu, skuteczny i tani przenośny system. Jak wyjaśnia Philippe Olivier, dyrektor ELOP AS, firmy koordynującej projekt COBRI, „głównym przełomem technologicznym jest nowe urządzenie do rejestrowania w czasie rzeczywistym danych ultradźwiękowych z konstrukcji betonowych oraz prezentacji tych danych w czytelnym dla człowieka formacie wideo 3D”. Ten ultradźwiękowy skaner rolkowy posiada również wiele innych funkcji. Skanuje z wysoką prędkością od 10 cm/s do 100 cm/s w zależności od rozdzielczości. Głębokość penetracji została zwiększona z 15 cm do 50 cm. Rozdzielczość około 1 cm pozwala na wykrywanie prętów zbrojeniowych, rozdzielanie materiału na warstwy oraz wykrywanie pęknięć. Opracowanie, testowanie i walidacja prototypów W trakcie prac pojawiły się pewne problemy, a budowa prototypu okazała trudniejsza, niż oczekiwano. Uporanie się z różnymi kształtami fal i rozpraszaniem sygnału odbitego od kruszyw wymagało wielu dodatkowych badań oraz czasochłonnych eksperymentów. Przeprowadzono testy terenowe we współpracy z Ramboll, specjalistyczną firmą zajmującą się inspekcją i badaniami nieniszczącymi mostów. Przy realizacji projektu firma ELOP współpracowała z takimi partnerami jak TOPRO, Aurotech Ultrasound AS, COWI i RAMBOL. Kolejne kroki – zwiększenie skali i ekspansja rynkowa Projekt COBRI został zakończony pod koniec 2017 r., a jego autorzy mają ambitne plany rozszerzenia funkcji technologicznych i wprowadzenia ich na rynek. Optymalizacja przetwarzania sygnału umożliwi rozróżnianie poszczególnych materiałów – stali, powietrza i wody – na wizualizacji. Równolegle zakończy się proces przygotowywania skanera do produkcji przemysłowej, a firma zwiększy liczbę pracowników działu sprzedaży i rozpocznie produkcję. Na potrzeby większych powierzchni poziomych projektowany jest wózek wykorzystujący te same rolki skanujące. Obszar do kontroli nie zawsze jest płaski, a dostęp do takich konstrukcji jak tamy, filary i silosy wymaga czasochłonnego i drogiego wznoszenia rusztowań. Odpowiedzią jest skaner rolkowy zamocowany do robotów lub pojazdów gąsienicowych. Wykorzystując tę samą zasadę rolkowego rejestrowania danych ultradźwiękowych, zespół planuje wejść na nowy rynek. Wykorzystując wyższe częstotliwości, nowe skanery szerokopasmowe mogą być stosowane do materiałów kompozytowych i metalu. Ponadto, przedmiotem badań nieniszczących mogą być łopaty wiatraków, połączenia spawane, zbiorniki i kadłuby statków, a analizą tych zastosowań zajmuje się projekt Multrawheel, będący kontynuacją omawianej inicjatywy. Znaczenie społeczno-gospodarcze i środowisko naturalne „Znaczenie tej technologii nie kończy się na wykrywaniu problemów w konstrukcjach żelbetowych, chociaż wczesne proaktywne wykrywanie korozji, pęknięć i rozwarstwień może przynieść wielomiliardowe oszczędności w skali światowej”, podkreśla Olivier. Łańcuch wartości dotyczy takich użytkowników, jak konstruktorzy, konsultanci ds. inspekcji oraz podmioty wykonujące badania nieniszczące na zlecenie właścicieli mostów. Ponadto skaner wymaga mniej specjalistycznego szkolenia niż obecnie używane systemy, a także umożliwia przesyłanie danych do centrali, gdzie mogą być analizowane przez ekspertów. Do korzyści dla środowiska naturalnego należy zmniejszenie zużycia energii podczas produkcji cementu oraz ograniczenie ilości odpadów rozbiórkowych. Mniejsze opóźnienia w ruchu drogowym oznaczają mniejsze zużycie paliwa, a także ograniczenie hałasu i zanieczyszczenia powietrza. Podsumowując sukces projektu, Olivier stwierdza: „Dostarczamy tanie rozwiązanie umożliwiające łatwe i wydajne prowadzenie badań nieniszczących konstrukcji betonowych”. Odnosząc się do wpływu na infrastrukturę drogową, dodaje: „To innowacyjne rozwiązanie uprości i usprawni obecne metody kontroli mostów, a w konsekwencji poprawi bezpieczeństwo, zwiększy opłacalność inwestycji oraz poprawi przepustowość infrastruktury drogowej”.

Słowa kluczowe

COBRI, beton, skaner, most, ultradźwięki

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania