تست التراسونیک بتن یا آزمایش التراسونیک بتن از تستهای کاربردی و رایج در بررسی کیفیت دانه بندی بتن بوده که در فرایند اجرایی آن نیازی به تخریب بخش خاصی از بتن نیست. این تست نقش بسیار مهمی در ارزیابی مقاومت بتن دارد و به همین دلیل طراحان و کارشناسان از طریق نتایج به دست آمده از آن میتوانند در مورد عملکرد سازه بتنی و نیاز آن به تعمیر و مقاوم سازی تصمیمگیری کنند. از طرفی با استفاده تست التراسونیک بتن میتوان به مقاومت فشاری نسبی بتن و وجود هر گونه ترک در ساختار آن پی برد. بر همین اساس آزمایش التراسونیک بتن میتواند روش بسیار مناسبی برای کیفیتسنجی بتن، رفع نواقص سازههای بتنی، ترمیم و تعمیر آنها باشد.
با توجه به نقش مهم تست التراسونیک بتن در بررسی و ارزیابی مقاومت بتن و اهمیت استفاده از آن در بخشهای مختلف سازههای بتنی، در این مطلب قصد داریم ضمن معرفی آزمایش التراسونیک بتن به معرفی دستگاه التراسونیک بتن، اجزا و قابلیتهای این دستگاه بپردازیم و در ادامه به مزایای تست التراسونیک بتن، محدودیتها، کاربردها، نحوه اجرا، نکات اجرایی، هزینه تست و عوامل مؤثر بر نتیجه نهایی آن اشاره کنیم که امیدواریم این مطالب مورد توجه و استفاده شما مخاطبان قرار گیرد.
تست التراسونیک بتن چیست؟
تست التراسونیک بتن در واقع از روشهای غیرمخرب در تست بتن بوده که در آن از امواج ماورای صوت که از سرعت ۳ الی ۵ کیلومتر بر ثانیه برخوردار هستند برای بررسی کیفیت بتن اجرایی استفاده میشود. این آزمایش که با عنوان آزمایش سرعت پالسهای التراسونیک هم شناخته میشود میتواند یک روش کاربردی در بررسی میزان همگنی و مقاومت بتن باشد بدون آنکه به ساختار آن آسیبی وارد شود. بر همین اساس از طریق این تست میتوان به ارزیابی کیفی بتن پرداخت و از مقاوم و دوام کافی آن اطمینان حاصل کرد.
از طرفی آزمایش التراسونیک بتن میتواند یک روش کاربردی در تشخیص ناپیوستگیهای به ویژه ترک خوردگیهای آن باشد. همچنین از طریق این آزمایش در کنار تشخیص ترکها میتوان به عمق آنها نیز پی برد. از آن جایی که ارائه اطلاعاتی چون ابعاد ترکهای موجود در ساختار بتن و میزان مقاومت فشاری نسبی آن میتواند برای کارشناسان و طراحان فعال در حوزه مقاوم سازی و تقویت سازه بسیار مفید باشد استفاده از این تست از اهمیت بسیار بالایی در این زمینه برخوردار است. در آخر این آزمایش به دلیل کارایی و دقت بالایی که دارد میتواند یک راهکار مؤثر برای تست بتن در سراسر جهان باشد.
معرفی دستگاه آزمایش التراسونیک بتن و اجزای آن
دستگاه تست التراسونیک بتن یک دستگاه کاربردی در زمینه تست و ارزیابی بتن بوده که از نظر ظاهری با تنوع بالایی عرضه میشود. در نسل جدید این دستگاهها از یک بدنه اصلی به همراه یک گوشی پیزو الکتریک استفاده شده است که این گوشی از قابلیت ارسال و دریافت امواج برخوردار است. البته ابعاد کوچک دستگاه آزمایش التراسونیک بتن نیز باعث شده که کارایی و حمل آسانی داشته باشد و به همین دلیل بتوان از آن در شرایط کاری مختلف استفاده کرد. در مورد سایر مدلهای این دستگاه میتوان گفت که برخی از آنها به صورت دو گوشی عرضه میشوند که هر یکی از گوشیها وظیفه ارسال و دیگری وظیفه دریافت امواج را برعهده دارد. البته در بین مدلهای مختلف این دستگاهها مدل ضد آب نیز دیده میشود که برای کار در زیر آب بسیار مناسب است.
به طور کلی از جزا و بخشهای تشکیلدهنده دستگاه تست التراسونیک بتن میتوان به بدنه اصلی، گوشیهای دستگاه، کلید دستگاه، کلید تنظیم امواج، کلید تنظیم دقت خروجی، بخش تنظیم ولتاژ و بخش کالیبره نمودن دستگاه اشاره کرد. هر کدام از این بخشها نقش مهمی در عملکرد و کارایی دستگاه آزمایش التراسونیک بتن در شرایط کاری مختلف دارند.
قابلیتهای دستگاه تست التراسونیک بتن
دستگاه تست التراسونیک بتن از قابلیتهای بسیاری برخوردار بوده که باعث میشود از آن به صورت متداول در بررسی دقیق رفتار بتن استفاده شود. از قابلیتهای متعدد این دستگاه میتوان به اندازهگیری سرعت پالس در داخل ماده با در نظر گرفتن فاصله بین پرابها و همچنین سنجش زمان لازم برای عبور پالس از داخل ماده اشاره کرد.
قابلیت دیگر دستگاه آزمایش التراسونیک بتن به استفاده از آن در اندازهگیری فاصله بین پرابها با در نظر گرفتن سرعت پالس در ماده برمیگردد که از اهمیت و کارایی بالایی برخوردار است. همچنین از این دستگاه با فرض مشخص بودن فاصله بین پرابها میتوان برای اندازهگیری مدول یانگ برای مدلهای مختلف بتن استفاده کرد.
از دیگر قابلیتهای دستگاه تست التراسونیک بتن میتوان به سنجش چگالی مواد و بررسی سرعت برشی آنها اشاره کرد. همچنین این دستگاه به دلیل کارایی خاصی که دارد میتواند ابزار مناسبی برای اندازهگیری ضریب پواسون باشد. از طرفی از دستگاه آزمایش التراسونیک بتن میتوان برای تعیین عمق بتن استفاده کرد. در آخر این دستگاه از قابلیت ذخیرهسازی اطلاعات در مورد تستها و نمودارها برخوردار است.
سرعت امواج التراسونیک در بتن و عوامل مؤثر بر آنها
سرعت امواج التراسونیک در بتن به عوامل مختلفی بستگی دارد که از مهمترین آنها میتوان به سن بتن، نوع و مقدار سنگ دانه بکار رفته در آن، ریز ترکها، شرایط رطوبتی بتن و وجود آرماتورها در ساختار آن اشاره کرد؛ لذا قبل از اندازهگیری سرعت امواج التراسونیک لازم است بتن مورد تست از نظر این عوامل مورد بررسی قرار گیرد تا سرعت اندازهگیری شده از دقت لازم برخوردار باشد. همچنین از آن جایی که امواج التراسونیک در اجسام جامد با سرعت بیشتری حرکت میکنند، پیشرفت هیدراتاسیون در سیمان میتواند با کاهش تخلخل در بتن و در نتیجه افزایش سرعت این امواج در آن همراه باشد.
مزایای آزمایش التراسونیک بتن
تست التراسونیک بتن به دلیل فرایند اجرایی خاصی که دارد از مزایای بسیاری برخوردار بوده که از مهمترین آنها میتوان به استفاده از آن در تست کیفیت بتن در کوتاهترین زمان ممکن اشاره کرد. علاوه بر آن در این تست نیازی به تخریب بخشی از سازه بتنی نیست و همین موضوع نیز از نقاط قوت آن است. همچنین در این روش با بررسی فاکتورهای مختلف میتوان نتیجه تست را به آسانی تفسیر کرد. از دیگر مزایای آزمایش التراسونیک بتن میتوان به امکان استفاده از آن در شرایط آبوهوایی و جغرافیایی مختلف اشاره کرد. در کنار این موارد از تست التراسونیک بتن میتوان برای تخمین مقاومت فشاری بتن استفاده کرد بدون اینکه نیاز به انجام تستهای جداگانه برای این کار باشد. ثبت تاریخ و زمان انجام تست در گزارش نهایی آزمایش التراسونیک بتن و ارائه این گزارشها در قالب فایلهای خروجی از دیگر مزایای این تست به شمار میرود.
محدودیتهای تست التراسونیک بتن
تست التراسونیک بتن در کنار مزایای بسیاری که دارد از یک سری محدودیتها نیز برخوردار بوده که در این بخش به بررسی آنها می پردازیم. در ابتدا لازم به ذکر است که آزمایش التراسونیک بتن نیاز به دقت و مهارت بالای اپراتور دارد تا نتیجه نهایی تست از دقت و کارایی لازم برخوردار باشد و به همین نباید توسط افراد آماتور و تازهکار انجام شود. علاوه بر آن داشتن دانش فنی لازم برای اجرای این تست نیز یک امر لازم و ضروری خواهد بود. از طرفی امکان اجرای تست التراسونیک بتن برای اجزای نازک و بسیار کوچک وجود ندارد و دستگاه التراسونیک بتن نیز از توانایی لازم برای نشان دادن ناپیوستگیهای کوچک در نزدیکی سطح برخوردار نیست.
کاربردهای آزمایش التراسونیک بتن
تست التراسونیک بتن به دلیل مزایا و قابلیتهای بسیاری که دارد از کاربرد گستردهای برخوردار بوده که در این بخش به معری آنها می پردازیم. از کاربرد این تست میتوان به کنترل کیفیت در طول ساخت و ساز اشاره کرد که از آن میتوان برای تأییدی بر درست بودن طرح اختلاط بتن استفاده کرد.
کاربرد دیگر آزمایش التراسونیک بتن به استفاده از آن در تست سازههای بتنی برمیگردد که لازم است بدون هیچ گونه تخریبی انجام شود. از این نظر این تست میتواند انتخاب بسیار مناسبی برای بررسی کیفیت بتن اجرایی در ساختمانهای بتنی، پلها، تونلها و غیره باشد. همچنین از این روش میتوان برای شناسایی عیوب مختلف سازههای بتنی اعم از ترکها، جداشدگیها، حفرهها و غیره استفاده کرد.
کاربرد دیگر تست التراسونیک بتن به استفاده از آن در ارزیابی مقاومت بتن مربوط میشود که از این نظر از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین از طرق این تست و بررسی سرعت موجهای صوتی آن میتوان به میزان مقاومت فشاری بتن پی برد که میتواند کاربرد گستردهای در بررسی سلامت سازههای تاریخی داشته باشد.
از دیگر کاربردهای آزمایش التراسونیک بتن میتوان به استفاده از آن در ارزیابی ویژگیهای بتن اشاره کرد. به عنوان مثال این آزمایش میتواند روش مناسبی برای بررسی چگالی، مدول الاستیک و پوروسیته بتن باشد که از طریق این ویژگیها میتوان به مشکلات پایداری بتن را شناسایی کرد. در آخر از تست التراسونیک بتن میتوان برای بررسی وجود ترک در بتن و اندازهگیری میزان عمق آن استفاده کرد. البته برای این کار لازم است سطح بتن صاف و بدون ترک باشد تا سنسورها به طور دقیق در موقعیت مورد نظر قرار گیرند.
نحوه اجرای تست التراسونیک بتن
در رابطه با نحوه اجرای آزمایش التراسونیک بتن میتوان گفت که پالسهای الکتریکی تولید شده در این دستگاه از طریق یک مبدل انتقال دهنده به انرژی مکانیکی موجی تبدیل شده که این موجها به وسیله یک واسطه به سطح بتن منتقل میشوند. با انتقال این موجها به یک سطح بتن از طریق بخش فرستنده دستگاه و عبور آنها از فضای داخلی بتن و در نهایت خروج از سطح دیگر و دریافت آنها توسط بخش دریافتکننده دستگاه میتوان به زمان عبور پالس دست یافت.
همچنین از طریق پارامترهایی چون مدت زمان عبور پالس و طول مسیر بتنی میتوان سرعت پالس را محاسبه کرد که یک شاخصه مهم در تشخیص میزان تراکم، کیفیت و مقاومت بتن است. بر همین اساس هر چه سرعت انتقال پالس در بتن بیشتر باشد مدل الاستیسیته چگالی بتن بالاتر بوده که این به معنای بالا بودن سختی و مقاومت بتن است. البته تماس کامل دستگاه با سطح بتن از طریق واسطههای آن جهت دستیابی به یک نتیجه درست و دقیق لازم و ضروری بوده، به طوری که نباید در محل تماس آنها هوای محبوس وجود داشته باشد.
نکات مهم در اجرای تست التراسونیک بتن
در اجرای تست التراسونیک بتن لازم است به یک سری نکات توجه شود که در این بخش به بررسی آنها می پردازیم. نکته اول اینکه جهت دستیابی به نتایج درست و قابل قبول در این تست میبایست اجرای آن توسط افراد متخصص و ماهر صورت گیرد. علاوه بر آن اندازهگیری پارامترها میبایست به صورت دقیق و همراه با جزئیات انجام شود. نکته دوم اهمیت اجرای آزمایش التراسونیک بتن بر روی سطوح صاف و هموار بوده تا نتیجه نهایی آزمایش از دقت کافی برخوردار باشد. نکته بعدی در این زمینه لزوم استفاده از کوپلنت (Couplant) در اجرای این تست بوده تا موج التراسونیک به درستی به درون قطعه بتنی انتشار یابد.
نحوه پیدا کردن ترکها به وسیله آزمایش التراسونیک بتن
در مورد نحوه تشخیص مکان ترکها از طریق تست التراسونیک بتن میتوان گفت که وجود ترک در مسیر عبور امواج التراسونیک که معمولاً به صورت فضای خالی خواهد بود میتواند با از دست رفتن مقدار بالایی از انرژی پالس همراه باشد. پس پالسها هنگام عبور از مسیری که دارای ترک یا فضای خالی است از سرعت پایینتری برخوردار هستند که با مقایسه این سرعت با دیگر حالات مختلف میتوان به وجود ترک در محل مورد نظر و همچنین ابعاد و عمق آن پی برد.
از طرفی پالسهای انتقالی مسیر را در بتنی که دارای ترک یا تخلخل بوده در مقایسه با بتن سالم و متراکم در مدت زمان طولانیتری طی میکنند. پس میتوان گفت بررسی پارامترهای اندازهگیری شده توسط دستگاه تست التراسونیک از قبیل مدت زمان عبور پالس یا سرعت انتقال آن میتوانند روش مناسبی جهت تشخیص ترک در ساختار بتن و همچنین ابعاد آن باشد.
رابطه سرعت پالس التراسونیک و کیفیت بتن
از روی سرعت پالس التراسونیک میتوان به کیفیت بتن پی برد که در ادامه و در قالب جدول زیر به رابطه بین سرعت پالس التراسونیک و کیفیت بتن خواهیم پرداخت.
| سرعت (بر حسب کیلومتر بر ثانیه) | کیفیت بتن |
| بیشتر از ۴.۵ | بسیار خوب |
| بین ۳.۵ الی ۴.۵ | خوب |
| بین ۳ الی ۳.۵ | متوسط |
| بین ۲ الی ۳ | ضعیف |
| کمتر از ۲ | بسیار ضعیف / مشکوک |
رابطه تقریبی سرعت UPV و مقاومت فشاری بتن
از آن جایی که بین سرعت پالس التراسونیک و مقاومت فشاری بتن رابطه مشخصی وجود دارد در این بخش قصد داریم در قالب یک جدول به بررسی بیشتر این موضوع بپردازیم. البته لازم به ذکر است که این جدول کاملاً تجربی بوده و تنها برای تخمین اولیه مورد استفاده قرار میگیرد.
| سرعت (بر حسب کیلومتر بر ثانیه) | مقاومت فشاری (بر حسب Mpa) |
| ۲.۵ | ۱۰ الی ۱۲ |
| ۳ | ۱۵ الی ۲۰ |
| ۳.۵ | ۲۲ الی ۲۸ |
| ۴ | ۳۰ الی ۳۸ |
| ۴.۵ | ۴۰ الی ۵۰ |
| ۵ | بالای ۵۰ |
تأثیر نوع نقص داخلی بر سرعت پالس التراسونیک (UPV)
در این بخش قصد داریم به تأثیر نوع نقص داخلی بر سرعت پالس التراسونیک در قالب جدول زیر بپردازیم که میتواند راهنمای خوبی برای افراد در تشخیص نوع نقص باشد.
| نوع نقص | اثر بر سرعت پالس التراسونیک |
| ترک باز | کاهش زیاد سرعت |
| جداشدگی سنگدانه | کاهش زیاد سرعت |
| حفره ریز | کاهش متوسط سرعت |
| وجود آب در ترک | کاهش کمتر سرعت |
عوامل و فاکتورهای مؤثر بر نتیجه نهایی تست التراسونیک بتن
عوامل و فاکتورهای مختلفی وجود دارد که میتواند بر نتیجه نهایی آزمایش التراسونیک بتن تأثیرگذار باشند که لازم است در اجرای این آزمایش مورد توجه قرار گیرند. در ادامه به معرفی ۵ مورد از مهمترین این فاکتورها و بررسی مختصر آنها خواهیم پرداخت.
اثر طول مسیر، اندازه و شکل عضو بتنی بر آزمایش التراسونیک بتن
طول مسیر در کنار اندازه و شکل عضو بتنی از فاکتورهای مهمی است که میتواند بر نتیجه نهایی آزمایش التراسونیک بتن تأثیرگذار باشد. با توجه به ساختار ناهمگنی بتن رعایت حداقل طول مسیر میتواند از ایجاد خطاهای ناشی از این ویژگی بتن جلوگیری کند. البته لازم به ذکر است که در پروژههای ساختمانی به دلیل ضخامت مشخص عضو بتنی و شکل آن حداقل طول مسیر جهت اندازهگیری سرعت پالس التراسونیک معمولاً رعایت میگردد؛ در حالی که در نمونههای آزمایشگاهی به دلیل استفاده از نمونههای کوچک لازم است این فاکتور جهت خوانش دقیق سرعت پالس مورد توجه قرار گیرد.
اثر تنش بر تست التراسونیک بتن
تنش یکی دیگر از فاکتورهای مهمی است که میتواند بر نتیجه نهایی آزمایش التراسونیک بتن تأثیر بگذارد. تنش در بتن با ایجاد ریزترکهایی در ساختار آن همراه خواهد بود که این ریزترکها میتواند با کاهش سرعت پالس التراسونیک همراه باشد. البته این موضوع شامل تنشهایی میشود که بیشتر از ۶۰ درصد مقاومت نهایی بتن باشند و برای تنشهای کمتر از این مقدار تأثیر چندانی مشاهده نمیشود.
اثر دمای بتن بر آزمایش التراسونیک بتن
دمای بتن به عنوان یک عامل مؤثر دیگر میتواند باعث تغییر در نتیجه نهایی آزمایش التراسونیک بتن شود. البته لازم به ذکر است که تغییرات دمایی در محدوده ۵ الی ۳۰ درجه سانتیگراد تأثیر چندانی بر این مسئله ندارند. با این وجود تغییرات دمایی در محدوده ۳۰ الی ۶۰ درجه سانتیگراد میتواند با کاهش ۵ درصدی سرعت پالس التراسونیک همراه باشد. از طرف دیگر تغییرات دمایی در زیر نقطه انجماد به دلیل یخ زدن آب در ساختار بتن میتواند باعث افزایش ۷.۵ درصدی سرعت پالس التراسونیک شود.
اثر رطوبت بتن و شرایط سطحی آن بر تست التراسونیک بتن
میزان رطوبت بتن و شرایط سطحی آن از دیگر عوامل مؤثر بر نتیجه نهایی تست التراسونیک بتن بوده که لازم است در حین اجرای این تست مورد توجه قرار گیرند. هر چه رطوبت بتن بالا باشد سرعت پالس نیز بالا میرود؛ بدین صورت که سرعت پالس التراسونیک در بتن اشباع میتواند تا 2 درصد بیشتر از بتن خشک و عاری از رطوبت باشد. همچنین در اکثر اجزای بتنی که سطح صافی دارند میتوان سرعت پالس را با دقت بالا اندازهگیری کرد و چنان چه سطح بتن ناهموار باشد جهت افزایش دقت کاری لازم است سطح صاف و هموار گردد.
اثر میلگردهای تقویت کننده بر آزمایش التراسونیک بتن
وجود میلگردهای تقویتکننده از دیگر فاکتورهای مؤثر بر نتیجه نهایی تست التراسونیک بتن بوده که باعث تفاوت در سرعت پالس آزمایش میشود. به عبارت دیگر سرعت پالس در بتنی که در مجاورت میلگردهای تقویتکننده قرار دارد میتواند بیشتر از بتن ساده باشد. به طور دقیقتر این سرعت در بتن حاوی فولاد ۱.۲ الی ۱.۷ برابر بیشتر از بتن ساده است. دلیل این موضوع نیز میتواند حرکت همزمان پالس در ساختار بتن و ساختار فولاد باشد که باعث تفاوت در سرعت پالس و نتیجه نهایی آزمایش التراسونیک بتن میشود.
هزینه آزمایش التراسونیک بتن
هزینه تست التراسونیک بتن به عوامل و فاکتورهای مختلفی بستگی دارد که از جمله آنها میتوان به نوع دستگاه و تعداد دفعات اجرای آزمایش اشاره کرد. هزینه استفاده از این دستگاهها با توجه به نوع کارایی که دارند میتواند متفاوت باشد و هر چه تعداد دفعات آزمایش بیشتر شود هزینه اجرایی آن نیز بالاتر خواهد بود. در کنار این موارد مسلح یا غیرمسلح بودن نمونه بتن تحت آزمایش نیز میتواند عامل مؤثری بر هزینه آزمایش التراسونیک بتن باشد.
کلام پایانی: آزمایش التراسونیک بتن یک روش کاربردی در تست بتن
اندازهگیری سرعت پالس با استفاده از دستگاه تست التراسونیک بتن میتواند یک روش کاربردی و دقیق در تست بتن و تشخیص وجود هر گونه ترک در ساختار آن باشد. همچنین با اندازهگیری سرعت پالس عبوری از بتن میتوان به میزان مقاومت و استحکام آن پی برد و هر گونه تخلخل و فضای خالی در ساختار آن را تشخیص داد. از طرفی این تست در کنار دقت بالایی که دارد به دلیل عدم نیاز به تخریب بتن در اجرای آن از محبوبیت بالایی در بین طراحان و کارشناسان برخوردار است.
البته آزمایش التراسونیک بتن میبایست توسط افراد متخصص و با مهارت بالا صورت گیرد تا نتیجه نهایی آزمایش از دقت لازم برای بررسی وضعیت بتن برخوردار باشد. در آخر عوامل مختلفی چون طول مسیر، میزان تنش، دما و رطوبت بتن، شرایط سطح آن و همچنین میلگردهای تقویتکننده نیز میتوانند بر نتیجه نهایی تست التراسونیک بتن تأثیرگذار باشند که لازم است در هنگام اجرای این تست مورد توجه قرار گیرند.