تست ها و آزمایش های غیر مخرب بتن

آزمایش های غیر مخرب بتن بر روی سازه های بتنی به مانند التراسونیک ،اسکن بتن و هافسل از جمله آزمایش هایی هستند که جهت تعیین شناسنامه سازه و بررسی آن بر روی سازه انجام می گیرند.

در زیر توضیحاتی در مورد این نوع آزمایش ها شرح داده شده است.
تصاویر در این مقاله آزمایش های مذکور را نشان می دهند.

تست التراسونیک به روی بتن چگونه است

تست التراسونیک یا تست سرعت پالس های التراسونیک یک از انواع آزمایش های غیر مخرب برای سنجش میزان همگنی و مقاومت بتن می باشد. با انجام آزمایش التراسونیک ما می توانیم ضمن ارزیابی کیفی مقاومت بتن، به کیفیت دانه بندی در بتن در قسمت های مختلف و همچنین منحنی دانه بندی بتن دست پیدا کنیم. این آزمایش هم چنین نشان می دهد که آیا ناپیوستگی هایی مانند ترک و غیره در بتن وجود دارد یا خیر. در صورت وجود ناپیوستگی و ترک در بتن، به وسیله‌ ی این آزمایش می توانیم عمق ترک های موجود را تخمین بزنیم.  

✔ اهداف تست التراسونیک بر روی بتن کدام است

۱. ارزیابی کیفی مقاومت بتن، دانه ‌بندی بتن در قسمت‌های مختلف سازه و به دست آمدن منحنی دانه‌ بندی.
۲. پیدا کردن هر گونه ناپیوستگی در مقاطع مانند ترک، لایه لایه شدن بتن و غیره.
۳. مشخص کردن عمق ترک‌ های سطح بتن.
تست التراسونیک بر روی بتن با هدف اندازه ‌گیری مدت زمان عبور یک پالس التراسونیک با فرکانس ۵۰ تا ۵۴ هرتز می ‌باشد که توسط یک فرستنده تولید و به داخل بتن فرستاده می‌شود. این پالس از سوی دیگر توسط گیرنده ‌ای مشابه دریافت می‌شود. بدین ترتیب زمان عبور این پالس به دست می‌آید و با استفاده از میزان طول می‌ توان سرعت آن را به دست آورد. (سرعت برابر است با فاصله تقسیم بر زمان).
سرعت پالس التراسونیک به چگالی و ویژگی ‌های الاستیک ماده ‌ای که آزمایش بر روی آن صورت می ‌گیرد بستگی دارد. هر چه سرعت پالس بیشتر باشد، به آن معنی است که مدول الاستیسیته‌ ی بتن، چگالی و مقاومت آن بیشتر و بالاتر است.

✔ نحوه انجام تست التراسونیک

نحوه انجام تست التراسونیک به این شکل است که یک پالس التراسونیک یا فراصوت با فرکانسی در حدود ۵۰ هرتز توسط یک فرستنده تولید می شود و به داخل بتن ارسال می گردد. در سوی دیگر بتن نیز گیرنده‌ای وجود دارد که وظیفه‌ی دریافت این پالس ها را بر عهده دارد. زمان عبور پالس از مقطع محاسبه می شود و با داشتن طول سرعت پالس محاسبه می گردد. سرعت پالس التراسونیک به عوامل مختلفی از جمله چگالی و ویژگی های الاستیک ماده (بتن) بستگی دارد. سرعت پالس با مدول الاستیسیته‌ ی بتن، چگالی و مقاومت آن نسبت مستقیم دارد و هر چه سرعت بیشتر باشد، این متغیرها دارای مقدار بیشتری خواهند بود. با وجود این که میان سرعت پالس و مقاومت بتن یک رابطه‌ی مستقیم وجود دارد، اما تا کنون هیچ رابطه‌ی فرمولی و عددی بین این دو به دست نیامده و ارتباط عددی ای بین آنها وجود ندارد.

تاثیر عوامل مختلف بر نتایج آزمایش التراسونیک

سرعت ثبت شده‌ی پالس در عبور از بتن می تواند به عواملی همچون طول مسیر، ابعاد نمونه آزمایشی، مسلح بودن یا نبودن بتن و میزان رطوبت موجود در بتن بستگی داشته باشد. شکل نمونه‌ی آزمایشی معمولاً تاثیری روی سرعت پالس ندارد، مگر این که ابعاد نمونه از طول موج پالس های ارسالی کمتر باشد. مثلاً برای عبور یک فرکانس ۵۰ هرتزی، ابعاد نمونه‌ی آزمایشی نباید از ۸۰ میلیمتر کمتر باشند. سرعت عبور پالس ها از فلزات بسیار بالاست. به همین خاطر در بتن هایی که از میلگرد استفاده می کنند و اصطلاحا مسلح شده‌اند، سرعت بالای پالس می تواند مربوط به همین موضوع باشد. رطوبت یکی از شرایط محیطی است که به صورت مستقیم بر روی نتایج تست التراسونیک بتن تاثیر دارد. رابطه‌ی آن هم با سرعت پالس مستقیم است به این معنی که هر چه رطوبت بیشتر باشد، سرعت پالس نیز به همان نسبت بیشتر خواهد بود. بنابراین در هنگام انجام تست التراسونیک، رطوبت باید از عواملی باشد که مورد اندازه گیری قرار می گیرد و در نتایج آزمایش لحاظ می شود. همچنین در نحوه‌ی کیورینگ بتن نیز این موضوع باید حتما در نظر گرفته شود، چرا که در همین مرحله مشخص می شود که رطوبت بتن چه مقداری خواهد بود. دمای محیط نیز یکی از عوامل تأثیر گذار بر نتایج تست التراسونیک است و با سرعت پالس عبوری رابطه‌ی عکس دارد. یعنی هر چه دمای بتن و محیط بتن پایین تر باشد، سرعت پالس افزایش پیدا خواهد کرد. دلیل آن هم این است که با کاهش دما، اندازه‌ی فضاهای خالی موجود در بتن کاهش می یابد. فضاهای خالی از عواملی هستند که باعث کاهش سرعت پالس می شوند و هر چه اندازه شان بیشتر باشد، کاهش سرعت بیشتر خواهد بود. بنابراین با کوچک تر شدن این فضاها، میزان کاهش سرعت در آن ها کم می شود و در نتیجه با پایین آمدن دمای بتن، سرعت پالس عبوری از آن افزایش پیدا می کند.

رطوبت: رطوبت بر روی تست التراسونیک بسیار موثر است و رابطه‌ی آن با سرعت پالس مستقیم است. یعنی هر چه میزان رطوبت بتن بیشتر باشد، سرعت پالس بیشتر خواهد بود. این مورد حتما باید در آزمایش التراسونیک مورد بررسی قرار بگیرد و در محاسبات لحاظ شود، در غیر این صورت نتایج آزمایش کاملا اشتباه از آب در خواهند آمد. مهم‌ترین عاملی که در رطوبت بتن تاثیر گذار است، نحوه‌ی کیورینگ آن است.
دما: دمای محیط بتن و دمای خود بتن با سرعت پالس در بتن رابطه‌ی معکوس دارد. هر چه دمای بتن پایین‌تر برود، هوای موجود در بتن و همچنین آب موجود در بتن متخلخل کم‌تر می‌شود و در نتیجه عوامل کاهش سرعت پالس کم‌تر می‌شود. البته شیب رابطه‌ی بین این دو کمیت ثابت نیست و در دماهای مختلف تغییر می‌کند.
تاثیر طول و شکل مسیر: برای بتن‌هایی که ناهمگون هستند و این ناهمگونی عمدا در آن ایجاد شده، بایستی برای رسیدن به نتایج دقیق‌تر، طول مسیر بلندتری را انتخاب کرد. معمولا این موضوع در فیلد مشکلی ایجاد نمی‌کند، چرا که عموما و خود به خود طول مسیرها بلند است. اما در آزمایشگاه و در تست بر روی نمونه‌های آزمایشی، به دلیل اندازه‌ی کوچک نمونه‌ها، نتایج دستخوش تغییر می‌شوند.
به طور عمومی می‌توان گفت که شکل و اندازه‌ی تیر بتنی و یا نمونه‌ی آزمایشی بر روی سرعت پالس ارسالی تاثیری ندارد، مگر آن که اندازه و ابعاد بتن از حداقل اندازه (۸۰ میلیمتر برای فرکانس ۵۰ هرتز) کم‌تر باشد.

از جمله آزمایش های غیرمخرب بتن، هافسل (نیم پیل) می باشد. می دانیم یک جریان الکتریکی در بتن مسلح و جود دارد. پس باید بتوان آن را اندازه گیری نمود. اگر یک سر سیم را به میلگرد وصل کنیم و سر دیگر سیم را به کمک یک الکترود به سطح بتن مرطوب بچسبانیم و در این فاصله ولت متری را قرار دهیم اختلاف پتانسیل را بر صفحه دستگاه مشاهده می نماییم که در حدود چند ده تا چند صد میلی ولت است. بسته به نوع الکترود مصرفی ولتاژ قرایت شده متفاوت خواهد بود و قابل تبدیل به یکدیگر می باشند. آزمایش هافسل دارای دستورالعمل استاندارد برای کارگاه می باشد اما دستور استاندارد آزمایشگاهی ندارد. در کارگاه ASTM الکترود مس-سولفات را توصیه کرده است و در آزمایشگاه معمولا از الکترود کالومل اشباع استفاده می شود. باید دانست که این آزمایش فقط اختلاف پتانسیل موجود را به دست می دهد که پتانسیل خوردگی نام دارد و به هیچ وجه آهنگ خوردگی یا میزان خوردگی میلگرد را به نمایش می گذارد. این آزمایش با ارائه پتانسل خوردگی، به طراحان و کارشناسان فرآیند طرح و اجرای ترمیم و بازسازی سازه های بتنی امکان تصمیم گری برای عملیات های انجامی را می دهد.