A Betonszerkezetek tartóssága konferencia kiadványában megjelent cikk az eredeti, színes felvételekkel.

____________________________________________________________________

" Betonszerkezetek tartóssága" 1996 Budapest

ELEKTRONIKUS ESZKÖZÖK BETONSZERKEZETEK TARTÓSSÁGÁNAK VIZSGÁLATÁRA

Dr. Borján József a műszaki tudomány kandidátusa, egyetemi docens, tanszékvezető

BME Épitőanyagok Tanszéke

1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3.

Összefoglalás

A tanulmányban néhány elektronikus, esetleg számitógéppel kombinált elektronikus adatgyüjtő és mérőrendszert mutatok be, amelyek a beton tartósságának megitéléséhez szolgáltatnak információt. Elektronikus fényképezőgép, vagy szkenner segitségével digitalizált képek számitógépesfeldolgozására, az adatok konvertálására, adatbázisba rendezésére, matematikai statisztikai feldolgozásásra alkalmas eljárásokat ismertetek. Közvetlenül, vagy közvetve számitógéphez csatlakozó mérőrendszerek jelfeldolgozási lehetőségeire mutatok példákat. Végül a tulajdonságrendszerek kölcsönös összefüggésére, a kölcsönhatások elemzésének szükségességére hivom fel a figyelmet

1. BEVEZETÉS

Ha a betonszerkezetek tartósságát mérnöki módszerekkel kivánjuk meghatározni, akkor a tartóssággal kapcsolatos fogalmakat úgy kell definiálni, hogy azok mérhető mennyiségekkel legyenek jellemezhetők.

A korszerű mérőeszközök között egyre nagyobb arányban fordulnak elő olyan elektronikus mérőrendszerek, amelyek számitógéppelösszekapcsolva a feldolgozás és értékelés nagyszerű lehetőségét teremtik meg. Ezek közül mutatok be néhány eszközt, ill. rendszert.

2. AZ ELEKTRONIKUS FÉNYKÉPEZŐGÉP A KÉPDIGITALIZÁLÁS LEGGYORSABB ESZKÖZE

A BME Épitőanyagok Tanszékén sikerrel alkalmazzuk a Macintos cég által kialakitott QTAKE elektronikus fényképezőgépet. A gép optikai rendszere nem fényérzékeny filmanyagra, hanem fényérzékeny chip-re vetiti a képet. Innen a binárisan kódolt képinformációt memóriachip-ben tároljuk. majd soros porton keresztül a számitógépbe továbbithatjuk. A számitógép automatikusan lemezfájlként tárolja azt.

Egy nagyfelbontású kép mérete 640x480 ( =307200 ) képpont, ebből 8 darab, a kisfelbontású képből ( mérete 320x240 =76800 képpont ) 32 darab tárolható a gépben. Sok esetben ez utóbbi képek is megfelelő minőségű információt tartalmaznak. Minden egyes képpontban három szinösszetevő ( R -vöros, G -zöld, B -kék ) világossági értékeit 0 - 255 értékek közötti tartományban kvantálja, igy képpontonként 16777216 szinvariációt képes regisztrálni.

A képfájl mérete speciális tömöritő rutin alkalmazásával 118 kilobájt, ez a méret újabb tömöritéssel 77 kilobájt méretűre csökkenthető, igy archiválható a képtartalom. Tömöritetlen bitmap kép mérete 922 kilobájt, amely feldolgozás, módositás után 256 szinű képpé alakitvamég mindig fénykép minőségű képet ad. Ennek mérete tartalmától függően 50 - 250 kilobájt lesz. Fekete-fehér grafikus kép esetében 78 kilobájtos méretre csökkenthető. Ebben a formában rögzithetjük a műtárgyak jelenlegi állapotát, majd ismételt felvétellel a változás is nyomonkövethető. Speciális képnéző programokkal a képeket tetszésszerinti válogatásban megtekinthetjük, kinyomtathatjuk azokat, beépithetjük egy adatbázisba is. Eddig többszáz felvételt készitettünk más képdigitalizáló eljárás alkalmazása nélkül. Az 1. ábra egy sérült beton felületét mutatja.

1. ábra. Vasbeton felületének QTAKE géppel készült felvétele.

Különféle képfeldolgozó és képmódositó szoftverek igénybevételével a nagy képfelbontás és a terjedelmes szinskála által biztositott lehetőségeket használjuk ki. Páldául csiszolt betonmetszet makrofelvételét készitettük el előtétlencse alkalmazásával, napfényben (2. ábra.). A pórusokat Dr. Erdélyi Attila pórusszámlálási kisérlete során megfestette. A képkezelő szoftverekkel a kép helykoordinátái és szinösszetevői leolvashatók, ez szolgál mérésértékelés alapjául.

2. ábra. Makrófelvétel.

Mivel a képinformációt numerikus alakban tároljuk, matematikai elven működő rutinok segitségével a kép világositása, ill. sötétitése, a gradáció változtatása, szinkiemelések, szinelnyomások, élrajzolás, a képek jellemzőinek statisztikai feldolgozása mind a tudományos értékelés szolgálatára rendelhető.

A következő szakaszokban.gyári rutinokon túlmenően saját képfeldolgozási eljárást is ismertetek.

3. A SZKENNERTECHNIKA ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI

Hagyományos módszerekkel rögzitettképek utólagos digitalizálásának kiváló eszköze a szkenner (képolvasó).

Az eredeti képek mérete 1 - 2 cm-től A4-es méretig tetszés szerint választható meg. Változtatható a felbontás is, pl. egy 600 dpi ( dot / inch ) fizikai felbontású készülék kb. 40 mikronos képpontot " lát" egy pontnak. Ez a felbontás sok műszaki kérdés megoldásához elegendő.

3. ábra. Betonfelület képe.

Általában a nagyitás mértéke is változtatható, ezáltal egy kép mérete a képernyő méretének többszöröse is lehet. Az ilyen képeket görgetéssel vizsgálhatjuk, ill. kisebb elemekre bonthatjuk. Egy levélbélyeg nagyágú felület például egész képernyőre nagyitva figyelhető meg, ill. dolgozható fel. A rendszer tehát optikai nagyitási funkciókat is ellát. Az asztali szkennerrel például beton pórusszerkezetét, (3. ábra), holdkőzet csiszolat fényképét, (4. ábra), ásványcsiszolat fényképét, Liapor-beton strukturáját, (5. ábra), vakolatfelszin szerkezetét dolgoztam fel. Természetesen a képek szinesek. Az asztali szkennerrel felvett képek ugyanúgy dolgozhatók fel, mint az elektronikus fényképek..

4. KÉPFELDOLGOZÁS, A BETONSTRUKTÚRA JELLEMZÉSE

A digitalizált képek bittérképe ( bitmap ) egyértelműen és azonosithatóan magába foglalja a képpontok hely és szinkoordinátáit. Ezekkel kell műveleteket végezni.

A képfeldolgozó programok statisztikai értékelés lehetőségét is biztositják. .

Ha a már emlitett képfeldolgozási módszerekkel valamelyik szint kiemeljük, a többit elnyomjuk, akkor pl. egy szinnel mutathatjuk be a beton azonos tipusú alkotóit. Az azonos szinű képpontokat összeszámlálva az alkotók aránya ia kifejezhető. Elérhető,

hogy a módositott kép csak a pórusokat tartalmazza. A beépitett rutinok számomra nem bizonyultak elegendőnek, ezért olyan eljárást dolgoztam ki, amelyik a számszerű értékelés bővitését segiti elő.

4. ábra. Holdkőzet csiszolata. 5. ábra. LIAPOR-beton metszete.

6. ábra. Szinkódok eloszlásának változása mesterséges fakitóhatás alatt

A képpontok szinkoordinátáit hexadecimális kódban kimentem. E kódokat egy pixelnek megfelelő, ( 1 pont ) széles, dbase tipusú adatfájlba rendezem. A hexadecimális kódokat dbase programok segitségével decimálissá alakitom, hogy azután e numerikus mezőkkel tetszésszerinti matematikai és matematikai statisztikai műveleteket végezhessek. A szinkoordnáták értékei, arányai, eltérései, ezek matematikai statisztikai jellemzői, eloszlásjellemzői alkalmasak a bevezetőben megfogalmazott műszaki-tudományos tulajdonságok leirásásra.

Az igy előkészitett adatbázisban dbase alapú programok segitségével tömeges numerikus analizist végezhetek. Ha pl. piros pontok jelzik a pórusokat, akkor a piros szin árnyalatait kell az adatbázisban figyelni és összeszámlálni. Az adatbázisban a rekordok alapján követhetők a helykoordináták, a szinmezők értékei pedig a szininformációt hordozzák. Egyszerű programokkal lehet például az egy pórushoz tartozó pontokat összeszámlálni. E módszerrel pontosabban határozhatjuk meg egy betonstrukturában a póruseloszlást. Az adatbázisban található adatok feldolgozásával állitjuk elő a jellemzők eloszlásgörbéit. A képfeldolgozó szoftverek is lehetőséget adnak a szinkódeloszlások jellemzésére. Ilyen a Photo Styler program egyik rutinja, ezt mutatja a 7. ábra.

7. ábra. Szinkódelemzés képfeldolgozó szoftverek segitségével.

Minden olyan esetben használhatjuk az eljárást, amikor a szinnek valamilyen méréstechnikai jelentősége van.

A szkennertechnikát töréskép-elemzés során is sikerrel alkalmaztuk. Az elektronikus szem olyan jelenségeket is észlelni és értékelni képes, amire az emberi szem alkalmatlan. Az emberi szem látása viszonyitáson, összehasonlitásonalapul. Ha például egy repedés képét nézzük, akkor a repedés két oldalán lévő, lényegében azonos szinárnyalatban csak akkor észleljük a repedést, amikor az az emberi szem felbontóképességének megfelelő tágasságú. Szinkiemeléssel élkiemelő rutinok segitségével a szem által nem észlelt repedések is láthatóvá tehetők. Az élkiemeló rutinok úgy működnek, hogy a kép árnyalatváltozásait eltúlozva az elektronikából jól ismert túlcsapást idéznek elő, ezt a néző éles határvonalnak érzékeli. Ezek a határvonalak a szemmel láthatónál hosszabb törésvonalakat mutatnak. Például a bakonszegi hid repedéseinek kiterjedést határoztuk meg e módszerrel.

5. A BETONFEDÉS MEGHATÁROZÁSA BETONDECKMESSUNG KÉSZÜLÉKKEL.

A vasbeton szerkezetek tartóssága igen nagy mértékben függ többek között a vasbetéteket fedő beton vastagságától. Erre szolgál a Stutgarti Egyetemen kifejlesztett Betondeck Messungkészülék. A három keréken gördülő eszközben egy útadó és egy valószinúleg rövidhullámú jeleket kibocsájtó adó van beépitve. A visszavert jel elmzése útján, a vasbetét átmérőjének ismeretében a vasmélységet kiszámitja, az adatokat a memóriában tárolja, azok fájl alakban lekérdezhetők, vagy ábrázolhatók. (8. ábra.).

8. ábra. Betonfedés mérérseredménye.

6. MOM DERIVATOGRAF ÉS A SZÁMITÓGÉP.

A MOM gyár DERIVATOGRÁF nevű készülékét évtizedek óta használjuk. Feladata, hogy kismennyiségű porminta hevitése miatt fellépő tömegvesztességet kémiai mennyiségi analizis céljából megmérhessük. A készülékhez a gyártó cég utólag olyan egységet épitett, amellyel kapcsolat teremthető a derivatográf és egy számitógép között. Ezzel a rendszerrel gyorsabban lehet az analizist elvégezni, és az adatok tárolása is megoldható.

7. BETON TÖRÉSFOLYAMATÁNAK ELEMZÉSE ULTRAHANGGAL:

Több, mint 20 évvel ezelőtt a BME Épitüanyagok Tanszékén Balázs professzor irányitásával akkor nagyszilárdságúnak tekintett betonok törésfolyamatát vizsgáltuk többféle eljárás alkalmazásával. Többek között ultrahang hullámok terjedési idejének változását mértük a terhelés függvényében. Kisérleteink során azt tapasztaltuk, hogy az ultrahang terjedési sebességének változásával jól érzékelhető a beton próbatest tönkremeneteli folyamata.

8. BETON TÖRÉSFOLYAMATÁNAK KÖVETÉSE HOTTINGER GYÁRTMÁNYÚ, SZÁMITÓGÉPPEL VEZÉRELT FESZÜLTSÉG - ALAKVÁLTOZÁS MÉRŐ MŰSZERREL

A Hottinger - Baldwin Messtechnik cég régóta gyárt elektronikus mérőerősitő rendszereket, mi is alkalmaztuk ezeket a tartósság alapját képező betonstruktúra elemzése során. Néhány éve egy korszerű eszközzel, az MGC tipusú mérőerősitő rendszerrel végezzük ezeket a méréseket. A méréseredményeket plotter segitségévelmegszerkesztett feszültség - alakváltozási diagramok alapján értékeljük ki. A műszerbe be van épitve egy egység, amely a számitógéppel való kommunikáció eszköze. Ezévben sikerült egy korszerű szoftvert is beszerezni, amelyik a mérésértékelést nagy mértékben korszerűsitheti. Ez a CATMAN szoftver. E program segitségével onlájn módban, vagy tárolt adatok feldolgozásával utólag is elvégezhetjük a mérésadatok értékelését.

9. ÖSSZEFÜGGÉSEK KERESÉSE BETONALKOTÓK TULAJDONSÁGAI KÖZÖTT

A beton és vasbeton szerkezetek tartóssága nagyon sok tényezőtől függ. Ezek között fontos helyet foglalnak el a betonalkotók tulajdonságai. Az egyes tulajdonságok azonban egymástól sem föggetlenek, általában kölcsönhatásban vannak egymással. A kölcsönhatás a következőt jelenti: Ha valamely hatást értékelni akarunk, akkor arra valamely tulajdonságrendszer keretei között kisérletetvégzünk.. Ha a tulajdonságrendszer elemei megváltoznak, akkor a vizsgált hatás is megváltozik, tehát egyik tulajdonság változása másként következik be a másik tulajdonság egyik és másik szintjén. Mindez megneheziti a kutatók munkáját.

Legegyszerűbb esetben két-két változó összefüggését keressük. Ennek ma már legkorszerűbb eszköze a számitógépes táblázatkezelő programok alkalmazása. Meghatározzuk a különböző tulajdonságokat kifejező mérőszámokat, azokat táblázat-kezelő program oszlopaiba irjuk. Kettőt kettőt független és függő változóként kijelölve, kiválasztjuk a megfelelü ábrázolási módot, ( ábratipust ). A program a másodpercek töredéke alatt elkésziti a kivánt ábrát.

A forgalomban lévő programok a valódi háromdimenziós megjelenitésnek többféle lehetőségét kinálják.

Többdimenziós tulajdonságrendszerek ábrázolása neházkes, bár a matematikai analizisnek kimunkált módszerei és programjai készen kaphatók.

Ugyancsak készek azok a programok, amelyek a legkülönfélébb matematikai statisztikai paraméterek gyors meghatározásást segitik.

10. MEGÁLLAPITÁSOK

A tartósság megitélésére tehát célszerű

- egyidejűleg többféle tulajdonság mérésére felkészülni,

- azokat lehetőleg elektronikus eszközökkel mérni,

- ha lehet onlájn módban számitógépen rögziteni,

- célszoftverek alkalmazásával sokoldalúan kiértékelni,

- a különböző tulajdonságrendszerek külcsönös összefüggéseit, kölcsönhatásait megkeresni

- a méréseredmények matematikai statisztikai analizisét elvégezni

- és azt korszerű, szemléletes ábrázolási módok valamelyikével megjeleniteni.

Ezek a lehetőségek szolgálnak a beton tartósságának megitélésére, ezekre kell a modern kutatóknak professzionális módon felkészülni, ezeket kell alkalmaznia.