آزمایش التراسونیک بتن چیست؟

بسیاری از افردا با بتن ها و انواع آن آشنایی نسبتاً درستی دارند، اما زمانی این آشنایی تأثیر مثبت خواهد داشت که راه های تشخیص کیفیت بتن را بدانند و بتوانند بهترین مصالح بتنی را در کنار قطعاتی همچون آرماتورها و اسپیسرها بکار ببرند که در این خصوص خوب است بدانید اسپیسرهای بتنی و اسپیسر های پلاستیکی کارایی بسیاری دارند.

شاید بتوان آسیب های وارده به بتن را از روی شکل و شمایل سطحی آن تشخیص داد، اما هیچکس با تکیه بر حس بینایی خود قادر به تشخیص ترک های داخل سنگ پی نخواهد برد. به همین منظور، دستگاه های بسیار پیشرفته ای در جهت بررسی ساختار داخل بتن ها طراحی و ارائه شده اند.

دستگاه آلتراسونیک، قادر است سازندگان را از سالم بودن بافت داخل بتن به کار رفته در اجزای سازه ای، مطمئن سازد. این دستگاه بر پایه فرکانس های فراصوتی کار می کند که در ادامه مفصل راجع به آن توضیح داده ایم. UC مخفف عبارت های Ultra Sonic به معنای «فرا صوتی» است. دلیل این نامگذاری به نحوه کار این دستگاه بر می گردد که در آن پالس ها یا همان فرا صوت ها دخیل اند.

اهداف آزمایش UC

ارزیابی کیفی مقاومت بتن، ارزیابی کیفی دانه ‌بندی بتن در قسمت ‌های مختلف سازه، به دست آمدن منحنی دانه ‌بندی، یافتن هر گونه ناپیوستگی در ساختار بتن مانند ترک، ساختار لایه لایه شده و… و در نهایت مشخص کردن عمق ترک ‌های سطح بتن از مهم ترین این اهداف به حساب می آیند.

عوامل تعیین کننده سرعت پالس بتن

همیشه فاکتورهای محیطی در تمامی آزمایش های بتن دخیل بوده است، مخصوصاً آن هایی که در محیط غیر آزمایشگاهی و محل پروژه انجام می شوند. اولترا سونیک نیز جزو همین دسته است و عوامل مؤثر بر تغییر سرعت پالس عبارت اند از:

• رطوبت

رابطه‌ میزان رطوبت محیط با سرعت پالس مستقیم است، یعنی هر چه میزان رطوبت بتن بیشتر باشد، سرعت پالس نیز بیشتر خواهد شد.

بررسی رطوبت و گزارش آن در آزمایش فراصوت آن چنان مهم است که در غیر این صورت نتایج آزمایش، غیر قابل پیشبینی و اشتباه خواهد شد. مهم ‌ترین عاملی که در رطوبت بتن تأثیر گذار است، نحوه‌ کیورینگ آن است.

• دما

برخلاف رابطه مستقیم بین سرعت پالس و رطوبت، دما عاملی در بتن است که هر چه بیشتر باشد، سرعت موج عبوری از بتن کمتر خواهد شد. البته این نکته را نیز مد نظر داشته باشید که شیب رابطه‌ بین این دو کمیت کاملاً ثابت نیست و در دماهای مختلف تغییر می‌ کند.

• تاثیر طول و شکل مسیر

مسیر ارسال و دریافت پالس با افزایش ناهمگونی بتن، بایستی طولانی تر باشد. معمولاً این موضوع در فیلد مشکلی ایجاد نمی ‌کند، چرا که عموماً و خود به خود طول مسیرها بلند است، اما زمانی این موضوع برای بتن های ناهمگون مشکل ساز می شود که نمونه های کوچک، نتیجه آزمایش را تغییر دهند.

زمانی می توان از شکل و اندازه غیر همگون بتن بر روی سرعت پالس صرف نظر نمود که ابعاد آن حداقل 80 میلی متر (برای فرکانس 50 هرتز) باشد. البته برای سنگدانه‌ های حداکثر ۲۰ میلی ‌متری برای طول حداقل ۱۰ سانتی‌ متر و یا سنگدانه ‌های ۴۰ میلی ‌متری برای طول حداقل ۱۵ سانتی‌ متر نیز این مورد در نظر گرفته نمی شود.

• وجود یا عدم وجود میلگرد فولادی

آرماتور همیشه عاملی تقویت کننده است، حتی در بالا بردن سرعت پالس بتن! در واقع اگر بتن آزمایشی دارای ساختار آرماتوربندی شده باشد، می تواند دلیل سرعت بالای فراصوت به حساب آید.

دخالت میلگردها بر روند و نتیجه آزمایش زمانی ناچیز خواهد بود که بر مسیر عبور پالس ‌ها عمود باشند و یا نسبت کمی آن‌ ها در منطقه ‌ای که پالس‌ ها از آن عبور می ‌کنند، کم باشد.

آزمایش التراسونیک بتن چگونه انجام می شود؟

حال نوبت به توضیح شیوه انجام آزمایش التراسونیک بتن می رسد. ابتدا یک پالس یا فرا صوت با فرکانسی در حدود ۵۰ هرتز توسط یک فرستنده تولید می شود و به داخل بتن ارسال می گردد. همانطور که در شکل دستگاه مشخص است، گیرنده این نیز در دستگاه وجود دارد که در سوی دیگر بتن قرار می گیرد و وظیفه‌ آن، دریافت پالس های ارسال شده است. در نهایت مدت زمانی که پالس از مقطع عبور می کند، محاسبه می شود.

لازم است بدانید که سرعت پالس التراسونیک به عوامل مختلفی از جمله چگالی و ویژگی های الاستیک یا کششی بتن بستگی دارد.

سرعت پالس با مدول الاستیسیته‌ بتن، چگالی و مقاومت آن نسبت مستقیم دارد، بدین معنی که هر چقدر سرعت فراصوت بیشتر باشد، متغیرهای نام برده شده نیز دارای مقدار بیشتری خواهند بود.

البته این نکته را نیز متذکر شویم که درست است میان سرعت پالس و مقاومت بتن یک رابطه‌ مستقیم وجود دارد، اما نکته جالب اینجاست که تا کنون هیچ رابطه‌ فرمولی و عددی بین این دو معیار یافت نشده است و هیچگونه ارتباط عددی بین آن ها وجود ندارد.

آیا تشخیص ترک خوردگی داخل بتن ممکن است؟

هنگامی که دو نمونه مشابه مورد آزمایش فراصوت قرار می گیرند، ممکن است سرعت پالس ارسالی در یکی از نمونه بیشتر از دیگری باشد. در چنین مواقعی نتیجه گیری این خواهد بود که بتن با سرعت پالس کم دارای ترک خوردگی یا آسیب دیدگی است. وجود هرگونه فضای خالی بر اثر ترک در بتن، موجب هدر رفتن انرژی پالس و در نتیجه کاهش سرعت آن خواهد شد.

عمق ترک بتن با فراصوت چگونه محاسبه می شود؟

همانطور که در بالا گفتیم، به شرط آن که داخل ترک خوردگی مایعی وجود نداشته و تنها از هوا پر شده باشد، می توان با آزمایش فرا صوت، عمق آسیب ساختار بتن را به طور دقیق حساب نمود. نحوه این محاسبه نیز به این صورت است که ابتدا تفاوت زمانی رسیدن پالس به طرف دیگر بتن در مقایسه با بتنی مشابه اندازه‌ گیری می‌ شود و سپس بر اساس آن، عمق ترک ایجاد شده محاسبه می ‌شود.

آیا آزمایش UT در بتن های دارای میلگرد نیز کاربردی است؟

همانطور که می دانید، آرماتورهای از جنس فولاد در بالا بردن مقاومت فشاری یا کششی بتن بسیار مؤثر هستند. این تست با هدف آنالیز ساختار خود بتن صورت می گیرد، لذا انجام آن بر روی بتن های آرمه پیشنهاد نمی شود.

آزمایش اسکن بتن

نوع دیگری از انجام تست اولترا سونیک وجود دارد که در آن ابتدا سنسور prob دستگاه التراسونیک را بر روی سطح بتن کشیده، سپس با استفاده از میدان القایی ایجاد شده و بررسی شدت آن، می توان به آسیب دیدگی ها و یا اجزای به کار رفته دیگر در داخل بتن همچون میلگرد شبکه فولادی پی برد.

نتایجی که از این آزمایش حاصل می شوند، عبارت اند از:

• اطمینان حاصل کردن از ترتیب و نظم جایگذاری میلگردهای فولادی (که به لطف انجام آن با انواع اسپیسرها، امکان پذیر است.)
• استفاده از اقطار صحیح متناسب با نقشه های طراحی