DE2500091A1 - Verfahren und vorrichtung zur ortsbestimmung von materialfehlern und inhomogenitaeten in der umgebung einer testbohrung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur ortsbestimmung von materialfehlern und inhomogenitaeten in der umgebung einer testbohrung

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DE2500091A1 DE19752500091 DE2500091A DE2500091A1 DE 2500091 A1 DE2500091 A1 DE 2500091A1 DE 19752500091 DE19752500091 DE 19752500091 DE 2500091 A DE2500091 A DE 2500091A DE 2500091 A1 DE2500091 A1 DE 2500091A1
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Description

Gammatest Materials Testing Ltd., P. O. Box 1025/ Beer Sheva, Israel
Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Materialfehlern und Inhomogenitäten in der Umgebung einer Testbohrung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Materialfehlern und Inhomogeni tuten in der Umgebung einer Testbohrung, insbesondere, aber nicht ausschließlich, bei unmittelbar in den Erdboden eingegossenen Betonkörpem.
Bei dem herkömmlichen Prüfverfahren, bei dem der Prüfkörper nicht zerstört wird, wird nach dem Ausharten des Betons mit einem standartisierten Dreizol!bohrer oder einem NX-Diamantbohrer ein Bohrkern als Probe genommen. Dieses Verfahren erbringt gute Ergebnisse, wenn man davon absieht, daß Fehler außerhalb der Bohrung nicht festgestellt werden können und daß die Auswertung der verschiedenen Bohrkerne sehr subjektiv ist, was ebenfalls zu unterschiedliche Ergebnisse führt.
Als weitere Testmöglichketten sind Rocfioisotopenverfahren vorgeschlagen worden, die mit Neutronen- oder Gammastrahlstreuung arbeiten. Hierbei
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ist es erforderlich, daß in den Beton mehrere Stahl- oder Kunststoffrohre eingelassen werden, wodurch sogar die Notwendigkeit der nachträglichen Bohrungen entfällt.
Bei der Neutronenstreuung werden Einschlüsse des Erdreichs im Beton erkannt, ckjrch die Wechselwirkungen der Neutronen mit dem Wasserstoff des Wassers, welches im Erdreich enthalten ist. Bei der Gammastrahlstreuung werden Dichteunterschiede festgestellt, so daß sich Materialeinschlüsse geringerer Dichte im dichteren Beton erkennen lassen. In beiden Fällen werden die Einschlüsse ermittelt, indem eine nach allen Richtungen strahlende Radioisotopenquelle und ein Detektor in eine Testbohrung eingeführt und axial zur Bohrung verschoben werden, wobei der Ausgang des Detektors als Funktion zur axialen Verschiebung aufgezeichnet wird. Auf diese Weise kann jedoch nur die Axiallage eines Einschlusses festgestellt werden, nicht jedoch der Winkel zur Bohrung. Anders ausgedruckt, ist mit den herkömmlichen Methoden nur die Tiefe zu ermitteln, in der etwaige Reparaturen ausgeführt werden müssen, ohne daß der genaue Winkel zur Bohrung bekannt ist. Eine direkte Bohrung zur Fehlerstelle ist nur mit Schwierigkeiten niederzubringen, um eine Sichtkontrolle und/oder eine Reparatur der schadhaften Stelle in der am wenigsten teueren und wirksamsten Weise zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine genaue Feststellung der Tiefe und des genauen Winkels einer etwa nicht den Anforderungen genügenden Fehlerstelle in wirtschaftlicher Weise ermöglichen.
Dies wird erfindungsgemäß mit Hilfe einer Vorrichtung erreicht, die gekennet ist durch eine Sonde mit einem zylindrischen, an beiden Enden geschlossenen Gehäuse, eine mit dem Gehäuse verbundene allseits wirksame Strahlungsquelle, einen Strahlungsdetektor und einen mit dem Gehäuse
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verbundenen Strahlungsschutz zwischen Strahlungsquelle und Detektor sowie einem Stromkabel, welches durch ein Gehäuseende hindurchgeführt ist zur Beschickung des Detektors, wobei ein entfernbar auf dem Gehäuse montierter Strahlungsschirm vorgesehen ist, der den Detektor umschließt und der aus einer zylindrischen Metallhülse gebildet ist, die ein strahlungsdurchlässiges Fenster aufweist, welches sich Über die Länge der Hülse und Über weniger als 180 in Urafangsrichtung erstreckt und schließlich Mittel zum Verdrehen mindestens des Schirmes und zum Anzeigen der Winkelstellung des strahlungsdurchlässigen Fensters in bezug auf eine Ausgangsstellung, Anwendung finden.
Vorzugsweise kann auch der den Detektor umschließende Schirm in einer festen Einstellung auf der Sonde montiert und Sonde und Schirm gemeinsam verdrehbar sein. Das Fenster kann aus einem Längsschlitz gebildet sein, der in strahlenundurchlässigem Material vorgesehen ist und eine Umfangsweite aufweist, die nicht größer als 180 ist« Das strahlenundurchlässige Material kann vorzugsweise in Abhängigkeit von der Strahlungsquelle ein Bleimantel von etwa 2 mm Dicke oder eine Hülse aus Cadmium sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß
α) in die Testbohrung eine Sonde eingeführt wird, welche eine allseits wirksame Strahlungsquelle, einen auf die Ruckstrahlung ansprechenden Detektor und zwischen Strahlungsquelle und Detektor einen Strahlungsschutz aufweist, der eine direkte Strahlenbeaufschlagung des Detektors verhindert;
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b) die Tiefenlage der Unregelmäßigkeit bestimmt wird durch Aufzeichnen des Detektorausgangs als Funktion der Tiefe;
c) nach Feststellung der Tiefenlage der Unregelmäigkeit die Sonde aus der Testbohrung zurückgezogen und mit einem entfernbaren Schirm umgeben wird, der im wesentlichen aus einer den Detektor umschließenden MetalIhülse mit einem sich Über die axiale Länge der Hülse erstreckenden strahlendurchlässigen Fenster mit einer Umfangsöffnung bis zu 180 gebildet ist;
d) die Sonde mit dem Schirm in die Testbohrung bis in die Tiefenlage der festgestellten Unregelmäigkeit erneut eingeführt wird und schließlich
e) zumindest der Schirm um die Längsachse der Sonde verdreht und der Ausgang des Detektors als Funktion der WinkeIverstellung aufgezeichnet wird.
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Der Erfindungsgecianke ist anhand der beigefugten Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen in den Erdboden gegossenen Betonkörper
mit mehreren Stahlrohren, die als Testbohrungen Verwendung finden;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Betonkörper gemäß der Linie H-Il in Fig. 1 mit einem typischen Einschluß;
Fig. 3 eine Messkurve, die sich bei der Messung ergibt, bei Feststellung einer oder keiner Unregelmäßigkeit;
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Sonde;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer mit der Sonde zu gebrauchenden Buchse oder Hülse und
Fig. 6 eine fUr Neutronenrückstrahlung zu verwendende Ausbildungsform einer Sonde.
In Figur 1 ist der in den Erdboden gegossene, armierte Betonkörper, mit 10 bezeichnet. Er ist unmittelbar in das Erdloch 15 eingegossen und weist eine käfigförmige Verstärkung 11, mehrere etwa 2 Zoll starke Stahl- oder Kunststoffrohre 12 in der Nähe des Käfigs und einen ausgehärteten Betonkern 19 auf. GemäßFigur 2 besitzt der Betonkörper in der Nähe des Rohres 12' im Bereich des Pfeiles 13 eine schadhafte Stelle 14 in Form eines Erdeinschlusses auf, der sich ungewollt während des Gießvorganges gebildet hat. Von der Erdoberfläche aus, die durch die Linie 16 dargestellt ist, ist diese fehlerhafte Stelle nicht zu erkennen. In Abhängigkeit von der Größe und der
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Lage dieses Einschlusses wird die Festigkeit des ganzen Betonkörpers in Frage gestellt.
Bei der zerstörungsfreien Prüfung des Betonkörpers kann ein Gammastrahlenstreuungsverfahren, wie nachfolgend beschrieben, angewendet werden,, Die Sonde 20 wird an einem Kabel 18 in jedes Rohr 12 abgesenkt, so daß fur jede Testbohrung ein Streuprofil ermittelt werden kann. Die von einer Sonde überprüfbare Umgebung eines Bohrloches ist begrenzt, wie es in Figur 1 schematisch durch den Kreis 17 dargestellt ist. Bei entsprechendem Abstand der Testbohrungen kann der gesamte Umfang des Betonkörpers überprüft werden. In dieser Umfangszone können erfahrungsgemäß die meisten Einschlüsse oder Unregelmäßigkeiten auftreten.
An dieser Stelle soll gesagt sein, daß es mit dem oben beschriebenen Verfahren möglich ist, qualitative Aufschlüsse darüber zu erhalten, ob in der Umgebung der Testbohrung größere Einschlüsse vorhanden sind. Dieses Verfahren vermittelt jedoch nur geringe Aufschlüsse über die Festigkeit des Betons, da die Rückstrahlung nicht von der Festigkeit, sondern im wesentlichen von der Dichte des Betons abhängt. Mit anderen Worten gibt dieses Verfahren keinen quantitativen Aufschluß darüber, ob der Beton bestimmten Festigkeitsnormen entspricht.
Beim Einführen der Sonde 20 in die einzelnen Rohre 12 läßt sich eine Reihe von Messkurven erzielen, die Informationen über den Zustand der Randzone des Betonkörpers vermitteln. Die in Fig. 3 wiedergegebene Messkurve hat den für die Testborung 12" typischen Verlauf, wobei der Beton das Erdloch 15 sauber ausfüllt. Andererseits weist die Messkurve 22, die von der Bohrung 12" entnommen wurde, auf einen im Bereich der Bohrung liegenden Erdeinschluß 14 hin. Ein solcher Einschluß wird durch das Ansteigen der Zählrate des Detektors in der Nähe des Einschlusses angezeigt. Mit diesem
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Verfahren gelangt man also zu einem Überblick Über das Material in der Umgebung der Testbohrung, wobei der Detektor schon Ober dem Einschluß und auch noch unter diesem anspricht, was eine Aufspreizung der Kurve bewirkt, wie es in Figur 3 dargestellt ist.
Die Sonde 20, die schematisch in Figur 4 dargestellt ist, weist ein rohrförmiges Gehäuse 25 auf, ein Paar Abschlußstucke 26 und 27 an den einander gegenüberliegenden Enden des Gehäuses und einen Elektronikteil 28 auf. Das Gehäuse 25 besteht vorzugsweise aus einem rostfreien Stahlrohr, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser der Stahl- oder Kunststoffrohre entspricht, welche als Testbohrungen, die in den Beton eingelassen sind, verwendet werden. Die Länge des Rohres 25 ist abhängig von der Größe des Elektronikteiles.
Die Grundkonstruktion der Sonde 20 ist bekannt, wobei in diesem Zusammenhang auf die "Technical Reports" Series No. 130, "Commercial Portable Gauges for Radiometric Determination of the Density and Moisture Content of Building Materials", veröffentlicht durch die Internationale Atomenergiebehörde, Wien 1971, hingewiesen seil.
Demgemäß enthält die Sonde eine radioaktive Quelle, beispei Isweise Cesium 137, während der Elektronikteil mit dem Üblichen Detektor, DiskAninator und Verstärkerstufen ausgestattet ist.
Der obere Gehäuseabschluß 27 ist durch eine Buchse 29 gebildet, die mit dem Rohr 25 verschweißt und mit einem Paar Bohrungen 30 versehen ist.
Die Sonde hängt an einem Stahlseil 31, das an zwei Stiften 32 befestigt Ist. Diese sind in die Bohrungen 30 am Gehäuseabschluß 29 eingeschraubt. Am oberen Ende haben die Stifte 32 eine Querbohrung, durch die die freien
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Enden des Stahlseiles 31 hindurchgefuhrt und mit einer Klammer 33 festgelegt sind. Mit dem Stahlseil 31 kann die Sonde abgesenkt oder gehoben werden, ohne daß auf das elektrische Kabel, welches nicht dargestellt ist, Kräfte ausgeübt werden. Das elektrische Kabel kann gegebenenfalls gepanzert sein.
Um nun eine genaue Information Über die Winkellage des Einschlusses zum Bohrloch mittels der Gammarückstrahlung zu erhalten, wird auf Pig. 5 verwiesen. Diese zeigt ein mit der Sonde zu verwendende Abschirmung. Diese umfaßt eine Halterung 40, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, und eine Bleihülse 43, die vorzugsweise etwa 3 mm dick ist und die die Hülse teilweise umschließt und ein Fenster 44 für Gammastrahlen freiläßt. Das Fenster erstreckt sich über die H(5he der Hülse und kann bis 180 in Umfangsrichtung geöffnet sein. Das Bleischild kann mit einem Kunstharzkleber auf die Innenoder Außenseite der Hülse 42 aufgeklebt sein. Die Halterung 40 hat einen Innendurchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Sonde, so daß sie über diese hinweggeführt werden kann, und schließlich auf der Schulter der Hülse 29 aufsitzt. Die Halterung 40 kann mit einer nicht dargestellten Mutter auf dem mit Gewinde 26 α versehenen Ende des Gehäusedeckels 26 aufgeschraubt sein, so daß eine lösbare Verbindung von Sonde und Abschirmung gegeben ist.
Mittels einer nicht dargestellten Nut-Federverbindung oder einer beliebigen anderen Vorrichtung auf den Hülsen 29 und 42 kann das Fenster 44 ausgerichtet werden, so daß eine richtungsempfindliche Sonde entsteht. Die Richtungsempfindlichkeit entsteht dadurch, daß der Detektorkristall eine Strahlung nur durch das Fenster enthält. Einer der Bolzen 32 wird dann herausgedreht und durch eine in die Bohrung 30 hineingeschraubte , nicht dargestellte Stange ersetzt, so daß eine feste Verbindung zwisahen Stange und Sonde entsteht. Durch Drehung dieser Stange, die aus der Testbohrung herausragt, wird die Sonde um ihre Längsachse gedreht, so daß die Dichte des Umgebungs-
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materials in Abhängigkeit vom Winkel ermittelt werden kann. Die Stange ist mit einer Markierung versehen, die die Richtung des Fensters in der Sonde angibt» Auf diese Weise wird die Richtung des Fensters in bezug zur Testbohrung angezeigt.
Die Vorrichtung 40 wird erst dann benutzt, wenn bereits eine Fehlerstelle in der Umgebung der Testbohrung festgestellt worden ist. Die Sonde wird in diesem Fall cats der Bohrung herausgezogen und die Vorrichtung 40 mit ihr in der beschriebenen Weise verbunden und an die Stange angeschraubt. Nach dem erneuten Absenken der Sonde bis in die Tiefe, in der der Einschluß festgestellt worden ist, kann durch Drehen um 360 , wobei gleichzeitig der Ausgang des Detektors aufgezeichnet wird, der Winkel eines Einschlusses in bezug zum Bohrloch festgestellt werden.
Zum Prüfen von Betonkörpern, die in tonigen Buden eingelassen sind, kann auch ein Verfahren verwendet werden, bei dem die Neutronenstreuung zugrunde!iegt. In diesem Fall wird die Sonde nicht mit einer Gammastrahlungsquelle, sondern mit einer Neutronenstrahlungsquelle ausgestattet und einem Detektor, der langsame oder thermische Neutronenstrahlung anzeigt. Als geeignete Neutronenquelle kann eine Mischung aus Americium 241 und Beryllium Verwendung finden, deren Intensität etwa 100 MiIIi curief betragt, Andere Strahlungsquellen mit anderen Intensitäten können ebenfalls Verwendung finden und als Detektoren können neutronenempfindliche Szintillationskristalle oder andere Strahlungswandler benutzt werden.
Anstatt die Neutronenquelle in der oben beschriebenen Weise anzubringen, ist es ebenso möglich, die Quelle in einem Ring um den Detektor herum anzuordnen. Diese Anordnung ist in Figur 6 dargestellt, wobei die Sonde ein Gehäuse 51 aufweist, daß dem Gehäuse 25 der Sonde 20 entspricht und wobei die ringförmige Neutronenquelle 52 den Detektor 53 umringt. Der Elektronikteil ist hier mit 54 bezeichnet.
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Wechselwirkungen zwischen den Neutronen der Strahlungsquelle und dem Wasserstoff in den Wassermolekülen, die häufiger in den wasserhaltigen tonigen ErdeinschlUssen auftreten, als im Beton, weisen auf Einschlüsse im Beton hin. Bei diesen Wechselwirkungen entstehen Neutronen geringer Energie Der Detektor unterscheidet zwischen Neutronen hoher und geringer Energie, die bei solchen Wechselwirkungen entstehen und empfängt nur die letzteren· Auf diese Weise kann mit der Sonde 50 ähnlich verfahren werden, wie mit der Sonde 20, wobei sich ebenfalls ähnliche Kurven ergeben.
Der Winkel eines Einschlusses zum Bohrloch kann mit der Sonde 50 ermittelt werden, wenn als neutronenabsorbierendes Material ein Schild aus etwa 0,02 Zoll starkem Cadmium verwendet wird, in das ein Neutronenfenster eingelassen ist. Um also den Winkel eines Einschlusses zum Bohrloch zu bestimmen, wird die Sonde mit einem Cadmiumschild in das Bohrloch eingeführt, wobei dann so verfahren wird, wie es oben bereits beschrieben wurde. In den oben beschriebenen Ausfuhrungsformen wird der Detektor zusammen mit dem strahlungsabsorbierendem Material als eine Einheit gedreht. Eine unabhängige Drehung des Strahlenschildes vom Detektor ist jedoch genauso möglich.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Vorrichtung zur Ortsbestimmung von Unregelmäßigkeiten, wiez. B, von Materialfehlern oder Inhomogenitäten in der Umgebung einer Testbohrung, gekennzeichnet durch eine Sonde mit einem zylindrischen, an beiden Enden geschlossenen Gehäuse, mit dem Gehäuse verbundene allseits wirksame Strahlungsquelle, ein Strahlungsdetektor und ein mit dem Gehäuse verbundener Strahlungsschutz zwischen Strahlungsquelle und Detektor, ein Stromkabel, welches durch ein Gehäuseende hindurchgeführt ist zur Beschickung des Detektors, ein entfernbar auf dem Gehäuse montierter Strahlungsschirm, der den Detektor umschließt und der aus einer zylindrischen Metallhulse gebildetist, die ein strahlungsdurchlässiges Fenster aufweist, welches sich uberdie Länge der Hülse und Über weniger als in Umfangsrichtung erstreckt in Verbindung mit Mitteln zum Verdrehen mindestens des Schirmes und zum Anzeigen der Winkelstellung des strahlungsdurchlässigen Fensters in bezug auf eine Ausgangsstellung·
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Detektor umschließende Schirm in einer festen Einstellung auf der Sonde montiert und Sonde und Schirm gemeinsam verdrehbar sind.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster aus einem Längsschi itzjgebildet ist, der in strahlenundurchlässigem Material voigesehen ist und eine Umfangsweite aufweist, die nicht größer als 180 ist·
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlenundurchlässige Material aus einem Bleimantel von etwa 2 mm Dicke gebildet ist.
    5· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenundurchlässige metallische Hülse aus Cadmium besteht.
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    6. Ein Strahlungsschirm zum Gebrauch bei der Vorrichtung gemäß Anspruch 1, der entfernbar befestigt ist auf der Außenseite einer Sonde, die in einem zylindrischen Gehäuse eine allseife wirksame Strahlenquelle, einen auf Ruckstrahlung ansprechenden Detektor und einen Strahlenschutz zwischen Strahlenquelle und Detektor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus einer den Detektor umschließenden metallischen Hülse gebildet ist, die ein sich axial erstreckendes strahlendurchlässiges Fenster aufweist, mit einer Umfangsweite von nicht mehr als 180 .
    7. Ein Strahlungsschirm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlendurchlässige Fenster gebildet ist aus einem Längsschlitz in einer Hülse aus strahlungsundurchlässigem Material, wobei das Fenster eine Umfangsweite von nicht mehr als 180 besitzt.
    8. Ein Strahlungsschirm gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsundurchlässige Hülse aus einem Bleimantel von etwa 2 mm Dicke aufweist, welcher geeignet ist, Gammastrahlen zu absorbieren.
    9. Ein Strahlungsschirm gemäß Anspruch 6 oder ψ^ dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsundurchlässige metallische Hülse aus Cadmium besteht.
    10. Verfahren zur Ortsbestimmung von Unregelmäßigkeiten, wie z. B. von Materialfehlern oder Inhomogenitäten in der Umgebung einer Testbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) in die Testbohrung eine Sonde eingeführt wird, welche eine allseits wirksame Strahlungsquelle, einen auf die Rückstrahlung ansprechenden Detektor und zwischen Strahlungsquelle und Detektor einen Strahlungsschutz aufweist, der eine direkte Strahlenbeaufschlagung des Detektors verhindert;
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    b) die Tiefenlage der Unregelmäßigkeit bestimmt wird durch Aufzeichnen des Detektorausgangs als Funktion der Tiefe;
    c) nach Feststellung der Tiefenlage der Unregelmäigkeit die Sonde aus der Testbohrung zurückgezogen und mit einem entfernbaren Schirm umgeben wird, der im wesentlichen aus einerden Detektor umschließenden Metal I-hulse mit einem sich Ober die axiale Länge der Hülse erstreckenden strahlendurchlässigen Fenster mit einer Umfangsöffnung bis zu 180 gebildet ist;
    d) die Sonde mit dem Schirm in die Testbohrung bis in die Tiefenlage der festgestellten Unregelmäigkeit erneut eingeführt wird und schließlich
    e) zumindest der Schirm um die Längsachse der Sonde verdreht und der Ausgang des Detektors als Funktion der Winkelverstellung aufgezeichnet wird.
    11 · Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der entfernbare Schirm auf der Sonde fest montiert und Sonde und Schirm gemeinsam gedreht werden.
    12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster in dem Schirm durch einen in strahlenundurchlässigem Material vorgesehenen Längsschlitz gebildet wird, dessen Umfangsweite nicht mehr als 180 ° beträgt.
    13. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlenundurchlässige Material aus einem Bleimantel von etwa 2 mm Dicke gebildet wird, der von der Strahlenquelle axial entfernt ist·
    14. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlenundurchlässige Material Cadmium ist.
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