سرعت پالس التراسونیک (UPV)
تکنیک سرعت پالس التراسونیک یکی از رایج‌ترین تکنیک‌های غیرمخرب مورد استفاده در ارزیابی خواص بتن است. با این حال، ارزیابی دقیق مقاومت فشاری بتن با این روش بسیار دشوار است، زیرا مقادیر سرعت پالس التراسونیک تحت تأثیر عوامل متعددی قرار می‌گیرند، که لزوماً به یکسان یا به همان میزان بر مقاومت فشاری بتن تأثیر نمی‌گذارند.
اصول UPV
مفهوم اندازه گیری:
تست UPV یک روش ارزیابی غیرمخرب (NDT) است که سرعت پالس اولتراسونیک را هنگام عبور از یک نمونه بتنی اندازه گیری می کند. سرعت پالس تحت تأثیر چگالی، خاصیت ارتجاعی و وجود ایرادات یا ریزترک‌ها قرار می‌گیرد.
تنظیم تست:
به طور معمول، یک مبدل (یا یک جفت مبدل) یک سیگنال اولتراسونیک قرار داده شده در طرفین مخالف عنصر بتنی را منتشر و دریافت می کند. زمانی که پالس اولتراسونیک طول می‌کشد تا فاصله بین مبدل‌ها را طی کند، اندازه‌گیری می‌شود و سرعت با تقسیم طول مسیر بر زمان سفر محاسبه می‌شود.
ارتباط آن با قدرت:
در بتن همگن و بدون عیب، UPV بالاتر معمولاً مستلزم مواد متراکم تر و در بسیاری موارد مقاومت فشاری بالاتر است. با این حال، عواملی مانند رطوبت، نوع سنگدانه و ترک خوردگی نیز می توانند بر قرائت UPV تأثیر بگذارند.
تلاش های زیادی برای استفاده از سرعت پالس التراسونیک به عنوان معیار مقاومت فشاری بتن، به دلیل مزایای آشکار روش های آزمایش غیر مخرب انجام شده است. ارزیابی مقاومت فشاری بتن معمولاً بر اساس روابط تجربی بین مقاومت و پارامترهای غیر مخرب است. سازندگان معمولاً چنین روابطی را برای سیستم های آزمایشی خود ارائه می دهند که برای هر نوع بتن مناسب نیست. بنابراین، آنها باید برای مخلوط های مختلف کالیبره شوند.
سرعت پالس التراسونیک چگونه کار می کند؟
آزمایش سرعت پالس التراسونیک (UPV) با ارسال امواج صوتی با فرکانس بالا از طریق یک ماده جامد – معمولاً بتن – برای ارزیابی یکپارچگی و یکنواختی آن کار می کند.
آماده سازی سطح
سطح تمیز می شود و در صورت لزوم صاف می شود. یک عامل کوپلینگ (مانند ژل نفتی یا ژل) بین بتن و مبدل ها اعمال می شود تا از تماس خوب و جلوگیری از از دست دادن سیگنال جلوگیری شود.
موقعیت یابی مبدل ها
دو مبدل استفاده می شود:
- فرستنده: پالس التراسونیک را ارسال می کند
- گیرنده: موج را پس از عبور از ماده تشخیص می دهد
بسته به دسترسی، می‌توان آنها را در طرف مقابل (انتقال مستقیم)، طرف‌های مجاور (نیمه مستقیم)، یا همان طرف (غیر مستقیم) قرار داد.
انتقال پالس
فرستنده یک پالس التراسونیک کوتاه ساطع می کند. همانطور که موج از بتن عبور می کند، ممکن است در صورت وجود شکاف، حفره یا مناطق ضعیف، سرعت آن کاهش یابد یا پراکنده شود.
اندازه گیری زمان
این دستگاه مدت زمان عبور موج از فرستنده به گیرنده را اندازه گیری می کند.
تفسیر نتایج
مهندسان سرعت اندازه گیری شده را با مقادیر استاندارد مقایسه می کنند.
- سرعت بالا نشان دهنده بتن با کیفیت خوب، متراکم و دست نخورده است.
- سرعت کم ممکن است نشان دهنده نقص هایی مانند ترک، لانه زنبوری یا رطوبت بیش از حد باشد.
مزایا و محدودیت ها
مزایا:
- غیر مخرب: UPV یکپارچگی سازه را به خطر نمی اندازد.
- سریع و ارزان: اندازه گیری های سریع را می توان در محل انجام داد.
- کنترل کیفیت: برای ارزیابی کیفیت در طول ساخت و ساز و برای نظارت بر زوال در طول زمان مفید است.
محدودیت ها:
- تغییرپذیری: نتایج UPV را می توان تحت تأثیر متغیرهای زیادی قرار داد (به عنوان مثال، هندسه نمونه، شرایط محیطی).
- اندازه گیری غیرمستقیم: در حالی که UPV می تواند با مقاومت فشاری همبستگی داشته باشد، اندازه گیری مستقیم نیست. سایر عوامل تأثیرگذار باید در نظر گرفته شود.
چرا نیاز به بررسی دارد؟
تضمین ایمنی و یکپارچگی سازه
تایید مشخصات طراحی:
آزمایش‌های بتن به تأیید این نکته کمک می‌کند که ویژگی‌های این ماده، مانند استحکام و دوام، الزامات مشخص شده در طرح را برآورده می‌کند. این امر بسیار مهم است زیرا استحکام یا نقص ناکافی می تواند منجر به شکست ساختاری شود و ایمنی کاربران نهایی را به خطر بیندازد.
تشخیص نقص و ناهماهنگی:
روش‌های مختلف آزمایش (مانند UPV، تست‌های مقاومت فشاری و غیره) می‌توانند عیوب پنهانی مانند حفره‌ها، ترک‌ها یا نواحی با چگالی کم را در بتن شناسایی کنند. شناسایی زودهنگام این مسائل به جلوگیری از خرابی‌های فاجعه‌بار احتمالی کمک می‌کند و تضمین می‌کند که سازه تحت بار به طور قابل اعتماد عمل می‌کند.
دوام و عملکرد بلند مدت
ارزیابی عوامل دوام:
عوامل محیطی مانند هوازدگی، چرخه های انجماد و ذوب، قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی و حملات اسیدی می توانند بتن را در طول زمان تخریب کنند. آزمایش‌ها ارزیابی می‌کنند که بتن چقدر در برابر این شرایط مقاومت می‌کند، بنابراین عملکرد بلندمدت و طول عمر آن را پیش‌بینی می‌کند.
نگهداری پیشگیرانه و کاهش هزینه چرخه عمر:
با شناسایی مکانیسم های بالقوه زوال زودهنگام از طریق آزمایش های معمول، تعمیر و نگهداری می تواند به طور پیشگیرانه برنامه ریزی شود. این امر هزینه های تعمیر طولانی مدت را به حداقل می رساند و عمر مفید سازه را افزایش می دهد.
تعیین دوام بتن معمولاً شامل تکنیک تست نفوذپذیری شامل روش نشت آب (روش برچسب گذاری ضد تراوش، روش ارتفاع نفوذپذیری، روش ضریب نفوذپذیری)، روش نشت روغن و روش نفوذپذیری هوا (اکسیژن، نیتروژن و غیره) است. با این حال، روش تست نفوذپذیری مناسب نیست و ممکن است باعث آسیب به سازه های موجود شود.
محدودیت های تست التراسونیک در بتن
مطالعات قبلی نشان داده است که فناوری سرعت پالس اولتراسونیک (UPV) می تواند اندازه فضای خالی در سازه های بتنی را به دقت تشخیص دهد، اما توانایی محدودی در مکان یابی موقعیت فضاهای خالی دارد. به همین دلیل ما روشی به نام اکو ضربه (IE) داریم که با سرعت پالس اولتراسونیک (UPV) استفاده می شود.
اکو ضربه (IE):
اکو ضربه مخصوصاً در تعیین دقیق محل و میزان عیوب داخلی ماهر است. برخلاف UPV، که سرعت متوسطی را در یک مسیر نشان می‌دهد، IE می‌تواند فرکانس‌های خاصی را که با اندازه‌ها و مکان‌های نقص خاص مرتبط هستند، شناسایی کند. هنگامی که به نقشه برداری دقیق از ناهنجاری های داخلی نیاز است، مانند عرشه پل ها یا سازه های بتنی بلند، این امر بسیار مهم است.
IE خواص دینامیکی یک ماده را نشان می دهد. با ارزیابی حالت‌های ارتعاشی، می‌توان نه تنها وجود، بلکه ماهیت (به عنوان مثال، حفره‌ها در مقابل لایه‌برداری) ناهنجاری‌ها را در ساختار استنباط کرد.
اگرچه سرعت پالس اولتراسونیک (UPV) و اکو ضربه (IE) روشی موثر برای ارزیابی یکپارچگی و همگنی بتن ارائه می‌کنند، رابطه بین ویژگی‌های موج و ویژگی‌های نقص (مانند اندازه و مکان) به طور کامل درک نشده است، و بنابراین تحقیقات بیشتر نیاز می‌شود.
نتیجه‌گیری
آزمایش سرعت پالس اولتراسونیک (UPV) یک روش سریع، مقرون به صرفه و غیر مخرب برای ارزیابی کیفیت کلی و همگنی بتن است. در حالی که UPV برای ارزیابی سریع و نظارت مداوم بر کیفیت بتن بسیار مفید است، محدودیت‌های آن در تشخیص ناهنجاری‌های موضعی به این معنی است که اغلب با روش‌های ارزیابی دقیق‌تر در رابطه با ارزیابی دقیق‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نظر دهید