Eine europäische Norm, „EN 14579 Prüfverfahren für Naturstein – Bestimmung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit“, beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall-Longitudinalwellen in Natursteinen sowohl im Labor als auch vor Ort.
Bei der Durchführung des Tests wird ein aus Längsschwingungen bestehender Impuls durch einen elektroakustischen Wandler erzeugt, der in Kontakt mit einer Oberfläche des zu testenden Steins gehalten wird. Nachdem der Vibrationsimpuls eine bekannte Wegstrecke im Stein zurückgelegt hat, wird er von einem zweiten Wandler in ein elektrisches Signal umgewandelt und elektronische Zeitschaltkreise ermöglichen die Messung der Laufzeit des Impulses.
Das bei diesen Tests verwendete Gerät besteht im Wesentlichen aus einem elektrischen Impulsgenerator, einem Paar Wandlern, einem Verstärker und einem elektronischen Zeitmessgerät zum Messen des Zeitintervalls zwischen dem Beginn eines am sendenden Wandler erzeugten Impulses und seiner Ankunft am empfangenden Wandler.
Es gibt zwei Arten elektronischer Zeitmessgeräte:
Ein Oszilloskop bietet die Möglichkeit, die Wellenform zu untersuchen, was in komplexen Situationen von Vorteil sein kann.
Das in den Tests verwendete Gerät muss die folgenden Leistungsanforderungen erfüllen:
Bei den Tests kommen auch Wandler zum Einsatz. Die Eigenfrequenz dieser Geräte sollte im Bereich von 20 bis 150 kHz liegen. Manchmal können Frequenzen von 10 kHz bis 200 kHz verwendet werden. Hochfrequente Impulse haben einen klar definierten Beginn, schwächen sich beim Durchgang durch Naturstein jedoch schneller ab als niederfrequente Impulse. Daher werden für kurze Weglängen (bis 50 mm) vorzugsweise Hochfrequenzwandler (82 kHz bis 200 kHz) und für lange Weglängen (bis maximal 15 m) Niederfrequenzwandler (10 kHz bis 40 kHz) eingesetzt. Für die meisten Anwendungen haben sich Wandler mit Frequenzen von 40 kHz bis 82 kHz als nützlich erwiesen.
Bei den Versuchen wird außerdem ein Gerät eingesetzt, mit dem sich die Ankunftszeit des Aufpralls bestimmen lässt. Dieses Gerät sollte in der Lage sein, die Ankunftszeit der ersten Welle des Impulses zu bestimmen, auch wenn diese im Vergleich zur ersten Halbwelle des Impulses eine kleine Amplitude aufweist.
Darüber hinaus werden bei den Tests eine Wiegevorrichtung mit einer Genauigkeit von 0,01 Prozent der zu wiegenden Masse und ein belüfteter Ofen verwendet, der eine Temperatur von 70 Grad plus/minus 5 Grad aufrechterhalten kann.
Sofern nicht ausdrücklich darum gebeten, liegt die Probenentnahme nicht in der Verantwortung des Prüflabors. Aus einer homogenen Partie sollten mindestens 6 Proben ausgewählt werden.
Als Standardreferenz sollten die endgültigen Oberflächen der Proben gesägt oder aufgeraut sein. Als Prüfkörper müssen Prismen der Größe 2 mm x 300 mm x 75 mm mit einer Toleranz von plus/minus 50 mm verwendet werden. Wenn der Stein anisotrope Ebenen aufweist (z. B. Schichtung, Schieferung), sollten die Proben mit ihren Längsachsen parallel oder senkrecht zu diesen Ebenen vorbereitet werden. Die Proben sollten bei 70 Grad plus/minus 5 Grad getrocknet werden, bis sie eine konstante Masse aufweisen. Diese Bedingung gilt als erfüllt, wenn die Differenz zwischen zwei Wägungen im Abstand von 24 Stunden plus/minus 2 Stunden nicht mehr als 0,1 Prozent der ersten dieser beiden Massen beträgt.
Während der Prüfung muss das Gerät innerhalb der vom Hersteller angegebenen Betriebsbedingungen verwendet werden. Um eine wiederholbare Messung der Aufprallgeschwindigkeit zu gewährleisten, müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, die die Messungen beeinflussen können. Die erforderlichen Angaben sind im Anhang der Norm (Anhang B) enthalten.
Durch die Anordnung des Wandlers ist es möglich, Stöße zu erfassen, die den Naturstein in einer anderen Richtung als der Richtung durchdrungen haben, in der die maximale Energie abgegeben wird, nämlich senkrecht zur Fläche des sendenden Wandlers. Daher ist es möglich, Impulsgeschwindigkeitsmessungen durchzuführen, indem zwei Wandler auf gegenüberliegenden Flächen (direkte Übertragung), auf benachbarten Flächen (halbdirekte Übertragung) oder auf derselben Fläche (indirekte oder Oberflächenübertragung) platziert werden.
Es kann erforderlich sein, die Wandler auf gegenüberliegenden Flächen zu platzieren, sie sollten jedoch nicht direkt gegenüber voneinander platziert werden. Diese Art der Anordnung sollte als halbdirekte Übertragung betrachtet werden. Die Anordnung mit indirekter Leitung ist am wenigsten empfindlich und sollte für Messungen vor Ort verwendet werden, bei denen nur eine einzige Fläche des Natursteins zugänglich ist oder bei denen es wichtiger ist, die Festigkeit der oberflächennahen Schicht zu bestimmen als die des Steinkörpers selbst. Die Empfindlichkeit der halbdirekten Leitungsregelung liegt zwischen den beiden anderen Regelungen und sollte nur verwendet werden, wenn eine direkte Regelung nicht möglich ist.
Bei der Direktübertragung ist die Weglänge der Abstand zwischen den Wandlern, gemessen mit einer Genauigkeit von plus/minus 1 Prozent. Bei quasidirekter Übertragung ist es im Allgemeinen ausreichend genau, die Weglänge als den Abstand zwischen den Mittelpunkten der Konverterflächen zu nehmen. Die Genauigkeit der Weglängenmessung hängt von der Größe der Wandler im Vergleich zum Mittenabstand ab und muss geschätzt werden. Bei der indirekten Übertragung wird nicht die Weglänge gemessen, sondern es werden eine Reihe von Messungen mit den Wandlern in unterschiedlichen Abständen durchgeführt.
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