تست التراسونیک بتن

تست التراسونیک بتن (ut) از انواع آزمایش های غیرمخرب بتن می باشد. آزمایش التراسونیک بتن به منظور بررسی کیفیت دانه بندی بتن در قسمت های مختلف و ارزیابی مقاوت بتن انجام می شود. تست التراسونیک بتن امکان تصمیم گیری در مورد عملکرد، نیازها و روش های تعمیر و بازسازی سازه های بتنی را برای کارشناسان و متخصصین این حوزه فراهم می نماید.

آزمایش التراسونیک مقاومت فشاری نسبی بتن و طول و ابعاد ترک های ایجاد شده را ارائه می نماید. بر این اساس طراحان و کارشناسان در خصوص طرح های مقاوم سازی و صحت سنجی عملیات انجام شده تصمیم گیری می نمایند. به عبارتی تست التراسونیک بتن به مهندسین برای رفع نواقص، تعمیر، ترمیم و کیفیت سنجی اقدامات انجام شده بر روی بتن، کمک می کند.

هزینه تست التراسونیک بتن

هزینه تست التراسونیک بتن به عواملی همچون تعداد دفعات آزمایش، نوع دستگاه و همین طور مسلح یا غیر مسلح بودن نمونه تحت آزمایش وابسته است. صرف نظر از قیمت تست التراسونیک بتن ، این آزمایش روشی مناسب برای تخمین مقاومت بتن و بررسی وجود ترک، بدون تخریب نمونه مورد آزمایش می باشد.

نحوه عملکرد آزمایش التراسونیک بتن

آزمایش التراسونیک بتن بر مبنای اندازه گیری سرعت پالس با استفاده از تکنیک های فراصوتی انجام می شود. از این رو این تست با عنوان سرعت امواج پالسی ماورای صوت نیز شناخته می شود. اساس تست التراسونیک بتن ، پراکندن قسمتی از موج ماورای صوت است که با سرعت متوسط ۳ تا ۵ کیلومتر بر ثانیه از بین بتن عبور می نماید. به عبارتی از طریق ارسال یک پالس از جنس امواج التراسونیک به داخل بتن، اندازه گیری زمان عبور امواج از درون قطعه و در نهایت دریافت آن توسط گیرنده و محاسبه سرعت امواج، مقاومت بتن تعیین می گردد. تست التراسونیک یا تست سرعت پالس های التراسونیک (UPV) بتن روشی غیر مخرب برای کنترل کیفیت مواد بتنی و شناسایی آسیب اجزای سازه ای است.

کاربرد آزمایش UT بتن

از جمله اهداف انجام آزمایش التراسونیک بتن می توان  به بررسی وجود یا عدم وجود هرگونه آسیب و ناپیوستگی در بتن، تعیین ابعاد، اندازه و عمق ترک های بتن، سنجش مقدار مقاومت بتن در بخش های مختلف سازه، تعیین دانه بندی بتن و تشکیل منحنی آن، ارزیابی میزان کیفیت مقاوم سازی اجرا شده بر روی بتن، تعیین یکنواختی بتن در یک عضو یا بین اعضای سازه و تعیین مدول ارتجاعی و ضریب پواسون دینامیکی بتن اشاره نمود.

تعیین یکنواختی بتن با تست التراسونیک

تعیین یکنواختی بتن از مهم ترین کاربردهای این تست غیرمخرب بتن محسوب می گردد. با بررسی سرعت پالس می توان به اطلاعات مفیدی در مورد تغییر پذیری استانداردهای ماده دست یافت. دقت نتایج خروجی به فواصلی که تست التراسونیک بتن بر روی آن انجام می شود وابسته است. فواصل یک متری برای قطعات بزرگ یکنواخت مناسب است. برای قطعات کوچک و ناهمگون این فواصل کمتر در نظر گرفته می شود.

نمایش مقادیر سرعت پالس التراسونیک به شکل نمودار ستونی نیز می‌ تواند فرآیند تشخیص را با سهولت همراه سازد. چرا که بتن با کیفیت خوب یک خیز کاملا مشخص در توزیع را فراهم خواهد کرد.

تعیین ترک های بتن با آزمایش التراسونیک

همان طور که بیان شد از دیگر کاربردهای مهم آزمایش ut بتن ، تعیین ترک خوردگی قطعه است. پالس های تست التراسونیک بتن نمی تواند در هوا حرکت کند؛ بنابراین وجود ترک یا حفره در مسیر پالس ها، افزایش طول مسیر آن را در پی داشته و سبب تضعیف پالس می گردد. این موضوع نشان دهنده معیوب بودن عضو می باشد. از آنجایی که امواج برشی از میان آب عبور نخواهد کرد، این امر برای حفره ها و ترک هایی صادق خواهد بود که پر از آب نباشند.

در تست التراسونیک می توان با استفاده از روش های غیر مستقیم بر حسب سرعت پالس نیز عمق ترک ها را محاسبه نمود. اما این موضوع برای پیش بینی مقاومت مطلق بتن امکان پذیر نیست. برای این کار نیاز به منحنی کالیبراسیون مناسب و یا بدست آوردن یک همبستگی منطقی بین سرعت پالس و مقاومت خمشی و فشاری می باشد.

دستگاه تست التراسونیک بتن 

برخی از قابلیت های دستگاه تست التراسونیک بتن به شرح زیر می باشد:

• اندازه گیری سرعت پالس التراسونیک در داخل ماده با فرض مشخص بودن فاصله بین پراب ها
• اندازه گیری فاصله بین پراب ها با فرض مشخص بودن سرعت پالس ارسالی التراسونیک در ماده مورد نظر
• سنجش زمان مورد نیاز جهت عبور پالس التراسونیک از ماده
• اندازه گیری مدول یانگ برای انواع خاک با فرض مشخص بودن فاصله بین پراب ها
• سنجش چگالی ماده مورد تست و سرعت برشی آن
• اندازه گیری مدول یانگ برای انواع بتن با فرض مشخص بودن فاصله بین پراب ها
• اندازه گیری ضریب پواسون
• تعیین عمق ترک

البته دستگاه تست التراسونیک بتن قابلیت ذخیره سازی تمام اطلاعات تست ها و نمودارها را دارا می باشد. همچنین پراب ها انواع مختلفی دارند که از جمله این موارد می توان به پراب زاویه دار ، پراب نرمال و پراب برگشت صوت اشاره کرد.

نحوه انجام تست التراسونیک بتن

استانداردها و دستورالعمل های مربوط به تست التراسونیک بتن شامل استاندارد تست سرعت پالس داخل بتن (ASTM C597) و استاندارد ارزیابی سرعت پالس التراسونیک (BS EN 12504-4) می باشد. به طور کلی در آزمایش التراسونیک بتن زمان عبور امواج صوتی در یک محیط اندازه گیری و سپس با خواص کششی و تراکم مصالح ارتباط داده می شود. هنگامی که موج التراسونیک درون ناحیه آزمایش گسترش می یابد، موج در مرز ناهنجاری ها منعکس شده و منجر به افزایش زمان عبور می گردد.

نحوه اجرای آزمایش التراسونیک بتن بدین صورت می باشد که پالس‌ های التراسونیک ولتاژ تکراری به صورت الکترونیکی تولید شده و به وسیله مبدل انتقال‌ دهنده، به انفجار موجی انرژی مکانیکی تبدیل می‌ شوند که لازم است از طریق یک واسطه مناسب به سطح بتن متصل گردد. به عبارتی یک موج فراصورت به وسیله یک فرستنده با فرکانس ۵۰ الی ۵۴ هرتز تولید شده به درون بتن ارسال می گردد. سپس موج ارسال شده پس از عبور از بتن در طرف دیگر بتن توسط یک فرستنده دریافت می شود. در نهایت با محاسبه زمان عبور موج ، سرعت حرکت پالس مورد نظر درون بتن بدست می آید.

با دستیابی به مدت زمان عبور امواج التراسونیک از داخل بتن و در دست داشتن طول مورد نظر می توان سرعت عبور امواج را بدست آورد. سرعت زیاد موج التراسونیک به معنای بالاتر بودن مدول الاستیسیته چگالی و در نهایت مقاومت و سختی بتن می باشد.

لازم به ذکر است که مبدل های آزمایش التراسونیک بتن (UPV) لازم است با سطح بتن کامل تماس داشته باشند، در غیر این صورت هوای محبوس بین مبدل و بتن ممکن است موجب خطای اندازه گیری شود. چرا که تنها مقدار ناچیزی از انرژی موج در یک تماس ضعیف انتقال می یابد.

عوامل موثر بر سرعت امواج التراسونیک بتن

فاکتورهای موثر بر نتیجه تست التراسونیک بتن شامل خواص و مقدار سنگدانه ها، نوع سیمان ، شرایط رطوبتی ، وجود آرماتور ، طرح اختلاط و سن بتن می باشند. از طرفی با پیشرفت هیدراتاسیون سیمان ، تخلخل بتن کاهش یافته و امواج التراسونیک در جسم جامد سریع تر حرکت می کنند.

لازم به ذکر است که در آزمایش التراسونیک بتن شکل نمونه‌ آزمایش معمولاً تاثیری بر روی سرعت پالس ندارد، مگر این که ابعاد نمونه از طول موج پالس های ارسالی کم تر باشد. مثلاً برای عبور یک فرکانس ۵۰ هرتزی، ابعاد نمونه‌ آزمایش نباید از ۸۰ میلی متر کم تر باشند. البته برای بتن‌ هایی که ناهمگون هستند، لازم است برای رسیدن به نتایج دقیق ‌تر، طول مسیر بلندتری را انتخاب نمود. معمولا این موضوع در محل آزمایش مشکلی ایجاد نمی ‌کند، چرا که عموما طول قطعات قابل قبول است.

از طرفی سرعت عبور پالس ها از فلزات بسیار بالا می باشد. به همین خاطر در بتن هایی که از میلگرد استفاده می شود، سرعت بالای پالس در تست التراسونیک بتن می تواند مربوط به همین موضوع باشد. رطوبت یکی از شرایط محیطی است که به صورت مستقیم بر روی نتایج آزمایش التراسونیک بتن تاثیر دارد. به طوری که سرعت امواج التراسونیک در بتنی که در شرایط اشباع قرار دارد، افزایش می یابد. بنابراین در هنگام انجام آزمایش التراسونیک بتن ، لازم است رطوبت اندازه گیری شود و در نتایج آزمایش لحاظ گردد.

دمای محیط نیز یکی از عوامل تأثیرگذار بر نتایج تست التراسونیک بتن است و با سرعت پالس عبوری رابطه عکس دارد. به طوری که هر چه دمای بتن کاهش یابد، هوای موجود در بتن و همچنین آب موجود در آن کم تر شده و در نتیجه عوامل کاهش سرعت پالس کاهش می یابد. البته شیب رابطه‌ بین این دو کمیت ثابت نبوده و در دماهای مختلف تغییر می ‌کند.

اصولا سرعت امواج آزمایش التراسونیک در دانه ‌های ماسه سنگ و سنگدانه به دلیل تراکم بالاتر، بیشتر از خمیر سیمانی است. بنابراین اگر دانه ‌های ماسه سنگ در داخل بتن وجود داشته باشد، سرعت انتقال صوت بالاتر می ‌رود. به طوری که با افزایش میزان سنگدانه برای میزان خمیر سیمان ثابت، سرعت امواج مخلوط افزایش خواهد یافت.

از طرفی سرعت پالس التراسونیک به چگالی و ویژگی ‌های الاستیک ماده ‌ای که آزمایش التراسونیک بر روی آن صورت می ‌گیرد، وابسته است. هر چه سرعت پالس بیش تر باشد، موجب می شود که مدول الاستیسیته‌ بتن، چگالی و مقاومت آن بیش تر است.

الزامات تست التراسونیک بتن

جهت دستیابی به نتایج قابل قبول از آزمایش التراسونیک بتن لازم است اپراتور دارای مهارت و دقت قابل توجهی باشد. از طرفی تست التراسونیک بتن بر روی قطعات زبر و ناهموار و اجزاء بسیار کوچک و نازک به سختی قابل انجام می باشد. همچنین در آزمایش التراسونیک بتن ، ناپیوستگی های کوچک که بسیار نزدیک به سطح هستند، ممکن است تشخیص داده نشوند.

در تست التراسونیک بتن ، سطح تست لازم است تقریبا صاف باشد. همچنین در این آزمایش به کوپلنت (Couplant) جهت انتشار موج التراسونیک به درون قطعه بتن نیاز است. بازرسی و تست قطعات ریخته گری و دیگر قطعاتی که دارای دانه بندی درشت می باشند به دلیل میزان بالای میرایی موج، با استفاده از آزمایش التراسونیک بتن بسیار دشوار می باشد.

مزایای تست التراسونیک بتن

• تشخیص کیفیت بتن در مدت زمان کم
• عدم نیاز به تخریب بخشی از سازه
• قابلیت تفسیر آسان نتایج آزمایش التراسونیک بتن با توجه به فاکتورهای مختلف
• امکان انجام تست التراسونیک بتن در شرایط مختلف آب و هوایی
• امکان تخمین مقدار مقاومت فشاری بتن با استفاده آزمایش التراسونیک بتن