آزمایش التراسونیک بتن

آزمایش التراسونیک بتن یا سرعت پالس مافوق صوت

سلام و درود بر دنبال کنندگان اسفالت ایران. در این روش سرعت پالس مافوق صوت  یا آزمایش التراسونیک بتن شامل اندازه گیری سرعت پالسهایی است که توسط فرستنده از یک طرف بتن ارسال میگردد و توسط گیرنده از طرف دیگر بتن دریافت میگردد. سرعت صوت در مصالح با مدول الاستیک و چگالی جسم ارتباط دارد، بنابراین روش سرعت پالس برای ارزیابی کیفیت بتن و تعیین یکنواختی بتن در سازه مناسب است.

برای اندازه گیری سرعت پالس ها در بتن، پالس های مافوق صوت بهتر از صوت عمل می کنند، زیرا پالسها به صورت دقیق و کامل در بتن منتقل میشوند و در امتداد توسعه پالسها، حداکثر انرژی ایجاد میگردد. بتن از فازهای مختلف مواد تشکیل شده است و هنگامی که پالس به بتن اعمال شود،. پالس ها در فازهای بتن تحت بازتاب های مختلف قرار میگیرد. در نتیجه سیستم پیچیده ای از امواج ایجاد میشود که شامل موج طولی و برشی است.

شرح دستگاه سرعت مافوق صوت

دستگاه آزمایش التراسونیک بتن شامل تولید کننده پالس الکتریکی دو عدد مولد، تقویت کننده (آمپلی فایر) ان را و وسیله ای الکترونیکی برای اندازه گیری زمان عبور پالس بین مولد فرستنده و گیرنده است. دستگاه و مدار آن در شکل ٦٤ نشان داده شده است.

معمولاً برای آزمایش کردن بتن، مولدها با بسامد بین ۲۵ تا ۱۰۰KHz استفاده می شود. مولدها با بسامد های زیاد برای مسیر کوتاه انتقال پالس و ضخامت کم عضو بتن و مولدها با بسامدهای کم برای مسیر نسبتاً طولانی پالس و اعضای بتن ضخیم مناسب میباشند. اما به طور کلی در اکثر موارد مولدهایی با بسامد بین ۵۰ تا ۶۰KHz مناسب است.

 تئوری روش سرعت مافوق صوت

پالسهای مکانیکی در آزمایش التراسونیک بتن سه نوع موج ایجاد میکنند که شامل موج طولی (فشاری)، موج برش (عرضی) و موج سطحی است. امواج طولی سریعترین امواج می باشند. بنابراین برای منظور آزمایش مناسب هستند. در بتن سرعت امواج برش و سطحی معمولاً ۵۵ تا ۶۰ در صد امواج طولی میباشند. رابطه بین سرعت امواج، مدول الاستیک و چگالی بتن طبق فرمول زیر است.

که در آن:

V = سرعت موج طولی

E_d = مدل الاستیک دینامیکی

p = چگالی

ضریبی است که تابع ضریب پواسون بتن میباشد و از فرمول ٤-٤ محاسبه می گردد.

تغییرات در مقدار K برای آزمایش التراسونیک بتن بتن بسیار اندک است، بین ۱/۰۶ تا ۱/۲۵ است. زیرا ضریب پواسون در بتن در محدوده تغییرات کم بین ۰/۱۵ تا ۰/۲۵ می باشد. بنابراین تغییرات در E_d و p اثر بیشتری در سرعت پالس ۷ دارند. معمولاً محدوده ۷ در بتن بین ۳ تا 5Km/s میباشد.

از طرف دیگر تغییرات چگالی در انواع بتنهای در حد کم می باشد. بنابراین سرعت پالس ۷ با مدول الاستیک دینامیکی E_d ارتباط دارد و با تغییر در Ed سرعت پالس ۷ تغییر میکند. بسامد f و طول موج به با سرعت انتشار موج ارتباط دارند:

بسامد بر حسب واحد هرتز (چرخه بر ثانیه) و طول موج برحسب واحد فاصله (میلیمتر) بیان میشود. بر اساس فرمول ذکر شده به آسانی می توان حداقل ضخامت بتن را محاسبه نمود.

برای مثال اگر بسامد KHz ٥٤ و سرعت موج Km/Sec ٤/٦ باشد، حداقل ضخامت عضو بتنی باید برابر باشد با :

تاثیرکیفیت بتن در آزمایش التراسونیک بتن

کیفیت بتن و هر گونه نارسایی در بتن مانند وجود منافذ و ترک در مدت انتقال امواج طولی، اثر مستقیم دارد. برای درک بهتر این پدیده، شکل ٤-٧ انواع احتمالات عبور پالسها را نشان میدهد، که در آن مسیر حرکت پالس های مافوق صوت از یک طرف عضو بتنی به طرف دیگر قابل مشاهده است.

موجی که در بالای شکل مشاهده میشود، از بتن سالم می گذرد و بنابراین مسیر کوتاهی را طی میکند که منجر به کمترین زمان انتقال می شود. به عبارت دیگر موج سریعترین سرعت را دارد. دومین موج (از بالای شکل) نشان دهنده مسیری است که بخشی از داخل بتن متخلخل میگذرد و سومین موج، مسیر انحراف یافته از لبه یک ترک یا مغزه را نشان میدهد. مدت سفر موج در این دو مورد اخیر بیشتر از مورد اول است. آخرین مورد موجدر آزمایش التراسونیک بتن (در پایین شکل)، نشان دهنده مسیر انتقالی است که مانع، توسط یک حفره ایجاد شده است. وجود هوا در مغزه سبب می شود که کل امواج تنشی، انعکاسی یابند و در نتیجه امواج به طرف دیگر بتن نمی رسند.

شکل 4-7

نحوه استفاده از دستگاه مافوق صوت

دستگاه مافوق صوت، مدت انتقال امواج را از مولد فرستنده به مولد گیرند. اندازه گیری می کند و این مدت حرکت پالسها توسط نمایشگر دیجیتالی دستگاه به میکروثانیه نشان داده میشود. مدت اندازه گیری شده توسط دستگاه شامل مدتی است که پالس در طول کابلها سفر میکنند و همچنین مدتی که پالس از مولد فرستنده به گیرنده منتقل می شود. بنابراین تنظیم مدت دستگاه باید صورت پذیرد تا خطای ذکر شده حذف گردد.

بنابراین قبل از شروع آزمایش، ضروری است که دستگاه تنظیم و کالیبره شود. برای تنظیم دستگاه از یک میله مخصوص مرجع که همراه با دستگاه وجود دارد، استفاده می گردد. مدت انتقال موج در میله، مرجع مشخصی است که معمولاً بر روی میله این مدت حکاکی شده است.

به همین منظور مولدها در دو طرف میله مخصوص مرجع قرار داده میشوند و سپس بر اساس مدت زمان حکاکی شده بر روی آن میله، قرائت دستگاه تنظیم می گردد. چنانچه قرائت دستگاه مساوی با مدت زمان میله مرجع باشد، نشانه تنظیم و کالیبره شدن دستگاه است.

در غیر این صورت باید با پیچ مخصوص تنظیم در دستگاه، مدت نمایشگر مساوی با مدت میله مرجع مساوی شود. معمولاً مدت انتقال پالسها در میله مرجع میباشد.

معیار کالیبره کردن در آزمایش التراسونیک بتن

اما به هر حال معیار کالیبره کردن برای، همان مدتی است که بر روی میله توسط کارخانه ثبت شده است. (در هنگام استفاده از میله مرجع باید دو طرف میله ابتدا گریس اعمال شود تا اتصال الکتریکی بین مولدهای دستگاه و میله مرجع برقرار گردد). پس از کالیبره شدن دستگاه توسط میله مرجع، دستگاه آماده استفاده برای اندازه گیری مدت انتقال پالس در بتن است.

به منظور اطمینان از اینکه پالسهای تولید شده در مولد فرستنده به درون بتن وارد می شود و سپس توسط مولد گیرنده دریافت میگردند، ضروری است که اتصال صوتی مناسب بين مولدها و سطح بتن برقرار باشد. در بسیاری از موارد، سطح پرداخت شده بتن به اندازه کافی صاف است و با استفاده از ماده مخصوص اتصال و با فشار دادن مولدها روی سطح بتن، تماس صوتی برقرار می گردد. در صورت عدم تماس کافی بین مولدها و سطح بتن در سطح مشترک ممکن است حباب هوا ایجاد شود و باعث خطا در اندازه گیری زمان انتقال گردد.

مواد اتصال آزمایش التراسونیک بتن

مواد مخصوص اتصال تنوع زیادی دارند مانند وازلین، گریس، مایع صابون و خمیر کائولین – گلیسرول که مناسبترین آنها وازلین است. این مواد باید تا حد امکان در ضخامت کم اعمال گردد. در یک محل باید چندین قرائت گرفته شود تا حداقل مقدار زمان انتقال به عنوان نتیجه آزمایش به دست آید. در مواردی که امکان پذیر است، باید مولدها روی سطح قالب بندی شده بتن قرار داد. ممکن است سطوح ماله کشی شده دارای خواصی متفاوت از توده بتن باشد. اگر آزمایش روی چنین سطوحی ضروری است باید طول بزرگتر مسیر انتخاب شود.

وقتی که سطح بتن زیر و ناهموار است، قسمتی از سطح بتن که قرار است مولدها روی آن قرار داده شود باید تراز و صاف گردد. روش دیگر استفاده از رزین اپوکسی و گچ با گیرش سریع است، ولی بین سطح بتن و این مواد صاف کننده باید چسبندگی مناسب باشد تا از انتقال سریع پالس به بتن اطمینان حاصل شود. ضخامت لایه صاف کننده باید حد امکان کم و نازک باشد. اگر به ناچار ماده صاف کننده به ضخامت زیاد اعمال می شود، باید سرعت پالس در این مواد در محاسبه منظور گردد.

شرح آزمایش

مولد فرستنده دستگاه التراسونیک بتن، موج را در درون بتن منتقل میکند و مولد گیرنده در فاصله L، موج را در طرف دیگر بتن دریافت می کند. نمایشگر دستگاه مدت انتقال پالس t را نشان می دهد. بنابراین سرعت پالس را میتوان به آسانی از طریق فرمول ٤-٥ محاسبه نمود.

سرعت پالس برای بتن معمولی بین 3/7 تا 4/2Km/Sec است. بنابراین اگر ضخامت بتن ۳۰۰mm باشد، مدت انتقال پالس تقریباً ۷۰ تا میباشد. در هنگام آزمایش کردن باید طول انتقال موج L خیلی دقیق اندازه گیری شود. از آنجایی که روش سرعت پالس بر اساس فن آوری انتشار موج است، هر گونه منبع تولید مربع در عضو بتنی مانند چکش برقی در هنگام آزمایش باید حذف گردد.

سه آرایش برای قرارگیری مولدها در هنگام آزمایش کردن میتوان در نظر گرفت. (شکل ٤-٨) این آرایش ها شامل (۱) انتقال مستقیم، (۲) انتقال نیمه مستقیم و (۳) انتقال غیر مستقیم یا در یک سطح می باشد. روش انتقال مستقیم بهترین آرایش قرار گیری مولدها میباشد زیرا حداکثر انرژی پالس ارسال شده توسط مولد گیرنده دریافت میشود.

ضمن اینکه این روش تنها روش مجاز جهت تخمین مقاومت بتن می باشد. روش انتقال غیر مستقیم نیز کاملاً موفقیت آمیز است، اما نباید فاصله مولدها از یکدیگر زیاد باشد در غیر این صورت پالس ها امکان دارد منحرف شده و توسط مولد دریافت کننده تشخیص داده نمی شوند. روش غیر مستقیم از دو روش دیگر از موفقیت کمتری برخوردار است زیرا فقط درصد کمی از انرژی ارسال شده توسط مولد گیرنده دریافت میشود. اما شاید این تنها روشی باشد که در هنگام آزمایش دال سازه ها امکان پذیر باشد.

روش مستقیم و نیمه مستقیم روش مافوق صوت بتن

در روش مستقیم و نیمه مستقیم طول انتقال پالس فاصله بین مرکز مولد گیرنده و مولد فرستنده میباشد اما در روش غیر مستقیم طول انتقال پالس به طور دقیق فاصله بین مولدها نیست، زیرا مشخص نیست که موج در چه فاصله از سطح بتن منتشر می شود. برای کاهش خطای اندازه گیری طول سال آزمایش چندین بار با تغییر فاصله بین مولد گیرنده از مولد فرستنده تکرار میگردد. سپس نمودار ارتباط بین مدت انتقال و فاصله بین مولدها ترسیم میشود به نحوی که محور افقی نمودار نشان دهنده فاصله به میلیمتر و محور عمودی نشان دهنده مدت انتقال به میکروثانیه باشد شیب خطی که از میان نقاط نتایج می گذرد در واقع به عنوان سرعت میانگین پالس در نظر گرفته میشود.

_________________________________________________________________

شاید دوست داشته باشید بخوانید✔️

• بررسی دوام بتن
• آزمایش بیرون کشیدگی بتن

_________________________________________________________________

دامنه کاربرد آزمایش مافوق صوت بتن

روش پالس مافوق صورت از جمله محدود آزمایش هایی است که دامنه کاربرد آن وسیع می باشد. هر چند در این بخش هدف از انجام آزمایش مافوق صوت فقط محدود به تعیین یکنواختی بتن در سازه و تخمین مقاومت است. شرح بقیه کاربردهای مافوق صوت در فصلهای مربوط ارائه شده اند به طور کلی دامنه کاربرد آزمایش مافوق صوت به شرح زیر است:

• ارزیابی یکنواختی بتن در سازه.
• تخمین مقاومت بتن در سازه.
• تعيين عمیق آسیب دیده بتن.
• تعیین ارتفاع ترک سطحی در بتن.
• تخمین مدول الاستيسيته ديناميكی و ضریب پواسون..
• کشف نارسایی ها.
• ارزیابی کیفیت بتن تعمیر شده.

آسفالت ایران

همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید، آسفالت ایران منبع مهمی برای اطلاعات مفید در مورد آزمایش التراسونیک بتن است. همچنین مطالب قبلی وبسایت در مورد بتن میتواند به شما کمک کند. امیدواریم این مقاله برای آزمایش سرعت پالس مافوق صوت بتن به شما در درک نحوه این آزمون و نحوه انتخاب تجهیزات آزمایش کمک کند. لطفاً برای سوالات یا راهنمایی و خرید تجهیزات آزمایشگاه بتن در برند و جنس های مختلف در مورد درخواست خود با کارشناسان مجموعه ما تماس بگیرید.