تعیین ضخامت بتن با 3 آزمایش غیر مخرب

در این مقاله به بررسی تعدادی از رایج ترین و پرکاربردترین آزمایش های غیر مخرب اندازه گیری ضخامت اجزای بتنی می پردازیم. تعیین ضخامت بتن می تواند برای مهندسان و تکنسین ها در ارزیابی اجزای بتنی موجود، از جمله دال ها، فونداسیون ها و یا روسازی ها، یا به عنوان ابزاری در کنترل کیفیت (QA) ساخت روسازی های بتنی، مفید باشد. کاربردها و محدودیت های این روش ها نیز به اختصار بررسی می شود.

شکل 1

کاربردهای تعیین ضخامت بتن

اندازه گیری ضخامت بتن کاربردهای متعددی در زیرساخت های شهری دارد. در این مقاله، تمرکز بر سازه های بتنی خواهد بود. اندازه گیری ضخامت به طور گسترده ای در حوزه های زیر استفاده می شود :

1 . کنترل کیفیت بتن

سنجش ضخامت به عنوان یک روش در کنترل کیفیت روسازی های بتنی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در روش سنتی، ارزیابی ضخامت از طریق نمونه برداری مخرب انجام می شود. به منظور جلوگیری از کاهش عملکرد بتن، نمونه برداری مخرب به صورت جزئی انجام می شود، در نتیجه ارزیابی ضخامت در یک ناحیه بزرگ، عملی نیست.

2 . ارزیابی وضعیت

ممکن است ارزیابی وضعیت قطعات بتنی موجود، به اطلاعات خاصی در مورد هندسه و ابعاد نیاز داشته باشد. در بسیاری از موارد، ضخامت اجزای بتنی مهم است؛ به عنوان مثال، در ارزیابی فونداسیون های موجود، یا دیوارهای حائلی که تنها از یک سمت قابل دسترسی هستند تعیین ضخامت بتن حائز اهمیت است. ارزیابی پوشش بتن در تونل ها، یا چاه فاضلاب نمونه های دیگر هستند. در روش سنتی این کار با مغزه گیری از نقاط مشخص سازه انجام می گرفته است.

پیشنهاد مطالعه : آزمایش مغزه گیری بتن برای تعیین مقاومت فشاری

آزمایش های غیر مخرب تعیین ضخامت بتن

روش های مختلف تست NDT در کاربردهای متفاوت استفاده می شود. هریک از روش های NDT جنبه های مثبت و منفی دارند. در انتخاب یک روش، باید به محدودیت های هر روش در زمینه مورد بررسی توجه ویژه شود. در این مقاله، ما 3 روشی را که به طور گسترده در انواع پروژه های مهندسی استفاده می شود، بررسی می کنیم، این سه روش به شرح زیر می باشند که در ادامه هر یک را به اختصار توضیح می دهیم.

1 . آزمایش اکو – ضربه

2 . آزمایش اکو – پالس اولتراسونیک (UPE مخفف Ultrasonic Pulse – Echo)

3 . آزمایش رادار نافذ زمین (GPR مخفف Ground Penetrating Radar)

1 . آزمایش اکو – ضربه

در آزمایش اکو – ضربه، یک پالس تنش در سطح عضو تولید می شود. پالس در نمونه مورد آزمایش پخش شده و به وسیله ترک ها، خلل و فرج ها یا سطوح و لبه ها، منعکس می شود. پاسخ سطحی، ناشی از دریافت امواج منعکس شده است که به وسیله مبدلی با دقت بالا ثبت می شود (Malhotra & Carino, 2004). هنگامی که امواج تنش درون قطعه بتنی حرکت می کنند، بخشی از امواج صوتی منتشر شده به واسطه پالس تنش سطحی به سمت لایه های مرزی که تغییرات سختی ماده در آنجا تغییر می کند، منعکس می شوند.

داده های دریافت شده توسط مبدل، معمولاً برای اندازه گیری سرعت موج و ضخامت در دامنه فرکانس مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند. این روش با عنوان ASTM C1383 روش آزمون استاندارد اندازه گیری سرعت موج P و ضخامت صفحات بتنی مورد استفاده در روش اکو – ضربه استانداردسازی شده است.

شکل 2 . آزمایش اکو – ضربه

کمی نگرانی در مورد دقت نتایج آزمون ضربه – اکو در بتن تازه (GOVER و همکاران، 2012) وجود دارد. با این حال، موفقیت این روش در سازه های موجود ثابت شده است. باید توجه ویژه ای به محیط اطراف داشت. اگر سختی لایه بستر یا دال زیرین به نمونه بتنی اصلی بسیار نزدیک باشد، دقت روش، تحت تأثیر قرار خواهد گرفت.

2 . آزمایش اکو – پالس آلتراسونیک

روش پالس – اکو آلتراسونیک برای سنجش ضخامت و ارزیابی یکپارچگی بتن استفاده می شود. مفهوم این روش به انتشار امواج تنش از طریق ماده، وابسته است. در این روش، فرستنده یک پالس تنش به سطحی در دسترس از نمونه می فرستد. پالس در نمونه منتشر شده و توسط رابط ها (لایه های مرزی) منعکس می شود. ضربه منتشر شده و امواج صوتی منعکس شده در مبدل های دریافت کننده ثبت می شود. این سیگنال ها در دامنه زمانی، برای محاسبه زمان حرکت موج بررسی می شوند. اگر سرعت موج در ماده مورد آزمایش مشخص باشد، می توان طول مدت حرکت موج را برای ارزیابی ضخامت متوسط قطعه استفاده کرد. با توجه به سیستم چند لایه تحت بررسی، زمان حرکت امواج برشی یا فشاری برای ارزیابی ضخامت هر لایه (Malhotra & Carino ، 2004) به کار برده می شود.

شکل 3 . آزمایش اکو پالس التراسونیک

3 . آزمایش رادار نافذ زمین

رادار نافذ زمین (GPR) با قابلیت انتقال امواج الکترومغناطیسی در قطعه تحت بررسی، همراه است. GPR شامل یک آنتن فرستنده، یک آنتن گیرنده و یک واحد پردازش سیگنال است. GPR، پالس های الکترومغناطیسی (پالس های رادار) را با فرکانس اصلی مشخصی برای اسکن محیط زیر سطحی منتشر می کند. امواج منعکس شده از لایه های زیر سطحی و اجسام به وسیله آنتن گیرنده دریافت می شوند. بسته به فرکانس ضربه، GPR قادر به تشخیص عوارض داخلی قطعات و اجسام در اعماق مختلف است. GPR برای تشخیص محل و جهت اجسام زیر سطحی یا حفره ها استفاده می شود (Maierhofer 2013، Morocous 2010، Maser 1996)

شکل 4 . آزمایش رادار نافذ زمین

مزیت اصلی آزمایش GPR این است که می تواند منطقه بزرگی را در زمان نسبتاً کوتاهی اسکن کند. اگرچه، GPR نمی تواند در بتن تازه استفاده شود، چون بتن مرطوب باعث می شود نفوذ موج الکترومغناطیسی به بتن سخت تر شود. مشکل دیگر در استفاده از GPR برای روسازی بتنی، نوع مصالح پایه است. اگر خواص دی الکتریک مصالح پایه و یا لایه بستر (در مورد تونل) به این بتن شبیه باشد، دقت سنجش ضخامت کاهش خواهد یافت.

نتیجه گیری

جنبه های مثبت و منفی روش های NDT معرفی شده، دستیابی به یک نتیجه قطعی را دشوار می کند. در رابطه با هر یک از روش های حاضر عدم قطعیت وجود دارد و مسئولیت بهترین انتخاب از بین این روش ها، به عهده مهندسان و متخصصان کنترل کیفیت است می توان گفت که استفاده از روش UPE و ضربه – اکو برای بخش های بتنی نسبتاً کم عمق باید رو به افزایش باشد، با این حال، باید آنچه که نزدیک ماده مورد آزمایش است را به خاطر داشته باشید. اگر نتیجه گیری شما این است که بتن روی یک لایه بستر سخت با ویژگی های مشابه با آن بتن قرار دارد، در این صورت کاربرد این روش ها مشکل خواهد بود. کاربرد GPR در بتن مرطوب مشکل ساز خواهد بود، اما به محض اینکه بتن خشک شود، این روش برای آن مناسب می باشد.

پیشنهاد مطالعه : آشنایی با آزمایش کربناسیون بتن و تحلیل سازه با آن

منبع : ترجمه مقاله ای از سایت fprimec.com توسط عاطفه امانی، از مقالات تحلیلی ترجمه شده توسط گروه آموزشی 808