دستگاه سرعت پالس اولتراسونیک بتن

توضیحات

فیلم معرفی دستگاه سرعت پالس اولتراسونیک بتن

 

کاربرد دستگاه سرعت پالس التراسونیک بتن

• قابل استفاده در نمونه های آزمایشگاهی و کارگاهی
• تعیین سرعت موج برشی
• کنترل کیفیت و یکنواختی بتن
• تخمین مقاومت بتن
• تعیین وجود ترک، پوکی بتن و دیگر معایب
• پیدا کردن محل لایه لایه شدگی، خلل و فرج ها، حفره های لانه زنبوری ، لوله های توخالی و داکت ها
• بررسی تغییرات خواص بتن با گذشت زمان
• تعیین مدول و ضریب پواسون دینامیکی (در محدوده کرنش های کوچک)
• اندازه گیری عمق ترک سطحی
• اندازه گیری عمق لایه ها
• قابلیت آزمایش در مکان هایی که تنها دسترسی به یک سطح وجود دارد
• امکان آزمایش در روش های مستقیم ، غیر مستقیم و نیمه مستقیم
• ابزار آزمایش سبک و قابل حمل
• بررسی و تحلیل بتن های الیافی

آزمون سرعت پالس التراسونیک (UPV) بتن چیست؟

آزمون سرعت پالس اولتراسونیک بتن ( UPV) آزمایش غیر مخرب است که برای بررسی همگنی، کیفیت، ترک‌ها، حفره‌ها، لایه لایه شدن و عیوب بتن و سنگ استفاده می شود. آزمایش‌های سرعت پالس اولتراسونیک بتن (UPV) ، بر مبنای عبور مستقیم امواج فشاری متکی است و وضعیت سازه با عبور موج داخل نمونه ارزیابی میشود. پالس اولتراسونیک توسط یک مبدل الکتروآکوستیک تولید می‌شود. هنگامی که پالس از یک سنسور به بتن القا می شود، در مرز فازهای مختلف مصالح تشکیل دهنده در بتن تحت بازتاب های متعدد قرار می گیرد.

از آنجایی که سرعت پالس ها تقریباً مستقل از هندسه ماده ای است که از آن عبور می کنند و  به چگالی و مدول الاستیک ماده بستگی دارد، روش سرعت پالس یک تکنیک مناسب برای بررسی کیفیت بتن سازه ای است و نتیجه نهایی ارتباط مستقیمی با مصالح تشکیل دهنده، نسبت طرح مخلوط و همچنین نحوه تراکم و عمل آوری بتن دارد. به عنوان مثال، اگر بتن تا حد امکان به طور صحیح متراکم نشده باشد، یا اگر در حین جایدهی بتن جداشدگی ایجاد شود یا ترک های مویی، سطحی و عمقی داخلی بوجود بیاید، سرعت پالس کمتر خواهد بود.

اصل اساسی ارزیابی کیفیت بتن این است که وقتی کیفیت بتن از نظر چگالی، همگنی و یکنواختی خوب باشد، سرعت نسبتاً بالاتری به دست می‌آید. در صورت کیفیت پایین تر، سرعت کمتری به دست می آید. اگر در مسیر انتقال پالس ها در داخل بتن ترک، حفره یا عیب وجود داشته باشد ، قدرت پالس کاهش یافته و از اطراف ناپیوستگی عبور می کند و در نتیجه مسیر طولانی تر می شود. شکل 2 بیانگر این موضوع میباشد.

استانداردهای تدوین شده برای آزمون سرعت پالس اولتراسونیک (UPV) شامل روش تست استاندارد ASTM C597، روش تست استاندارد IS.13311.1.1992 ، روش تست استاندارد ISIRI 3201-7 هستند.

اجزا دستگاه اندازه گیری سرعت پالس التراسونیک

اجزا دستگاه اندازه گیری سرعت پالس اولتراسونیک عبارتند از:

الف) مولد پالس الکتریکی

ب) مبدل فرستنده و مبدل گیرنده

ج) تقویت کننده

د) دستگاه زمان بندی الکترونیکی

کاربردهای روش سرعت پالس التراسونیک 

از روش سرعت پالس اولتراسونیک می توان برای تعیین موارد زیر استفاده کرد:

• همگنی بتن
• وجود ترک، حفره و سایر عیوب
• تغییرات در ساختار بتن که ممکن است با گذشت زمان رخ دهد
• کیفیت بتن در ارتباط با الزامات استاندارد
• کیفیت یک عنصر بتن در رابطه با عنصر دیگر
• مقادیر مدول الاستیک دینامیکی بتن

مزایای آزمون سرعت پالس اولتراسونیک (UPV)

• دریافت نتیجه آنی آزمون
• حداقل آماده سازی شرایط آزمایش
• عدم تخریب و آسیب به سازه
• خروجی نتایج دقت بالا

روش انجام آزمایش التراسونیک بتن

برای انجام آزمایش سرعت پالس اولتراسونیک (UPV)  معمولاً به دو سطح نیاز است، اما انجام آزمایش برای دسترسی به یک سطح نیز امکان پذیر است. مطابق شکل زیر بسته به دسترسی سطح،  روش انجام آزمایش به عنوان انتقال مستقیم با دسترسی دو طرفه مانند تیر ها، ستون ها و دیوار برشی ، انتقال نیمه مستقیم با دسترسی 90 درجه  و یا انتقال غیرمستقیم با دسترسی یک طرفه مانند دال‌ها و فونداسیون شناخته می شود.

دستگاه اولتراسرونیک بتن از یک سنسور گیرنده، یک سنسور فرستنده و نمایشگر تشکیل شده است. دستگاه پالس های الکترونیکی ایجاد کرده و سپس توسط مبدل های فرستنده، این پالس های الکترونیکی به صورت امواج ارتعاشی با فرکانسی بین  20 تا 250 کیلو هرتز تبدیل شده و پس از عبور از بتن، امواج توسط یک مبدل گیرنده دریافت و به صورت سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. سپس مدت زمان طی شرده برای حرکت امواج در بتن توسط دستگاه با دقت 0.1± میکرو ثانیه اندازه گیری می شود.

پس از پیمودن طول مسیر مشخص L در بتن، پالس ارتعاشات توسط مبدل گیرنده به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود و یک مدار زمان‌بندی الکترونیکی، زمان عبور موج را اندازه گیری میکند.

هنگامی که پالس اولتراسونیک به سطح ماده برخورد می کند، حداکثر انرژی در زوایای قائم به سطح مبدل گیرنده منتقل می شود. بنابراین بهترین نتایج زمانی حاصل می شود که مبدل گیرنده در سمت روبرو (انتقال مستقیم ) مبدل فرستنده قرار گیرد. با این حال، در بسیاری از موقعیت ها ممکن است دو وجه متضاد عضو سازه برای اندازه گیری قابل دسترسی نباشد. در چنین مواردی، مبدل گیرنده نیز بر روی همان وجه عضو بتنی مبدل فرستنده قرار می گیرد (انتقال موازی).

برای اطمینان از شناسایی کامل پالس‌های اولتراسونیک توسط مبدل گیرنده ، ضروری است که اتصال کافی بین بتن و هر مبدل وجود داشته باشد. مواد اتصال معمولی عبارتند از وازلین، گریس، ژل. اگر سطح بتنی بسیار ناهموار باشد، لازم است ناحیه مورد آزمایش صاف و هموار شود.

حداقل طول مسیر 150 میلی‌متر برای روش انتقال مستقیم و حداقل 400 میلی‌متر برای روش غیرمستقیم در امتداد یک سطح توصیه می‌شود.

فرکانس طبیعی مبدل ها ترجیحاً باید در محدوده 20 تا 150 کیلوهرتز باشد. در جدول 1 مطابق استاندارد IS13311 بازه انتخاب فرکانس بر اساس حداقل ابعاد نمونه ذکر شده است. به طور کلی، فرکانس بالا برای طول مسیرهای کوتاه و فرکانس پایین برای طول مسیرهای طولانی تر ترجیح داده می شوند. مبدل هایی با فرکانس 50 تا 60 کیلوهرتز برای اکثر کاربردهای مفید هستند.

جمع آوری داده ها التراسونیک بتن

در آزمایش استاندارد تعیین کیفیت به روش اولتراسونیک بتن (UPV)، یک جفت سنسور جهت ارسال و دریافت امواج اولتراسونیک بر روی عضو سازه ای قرار میگیرند. شروع آزمون با دستور ارسال موج با فرکانس 54kHz  انجام میشود. موج اولتراسونیک توسط منبع ارسال و توسط سنسور گیرنده دریافت میشود و توسط پلت فرم داده های جمع آوری شده ضبط می شوند. تکرار این آزمون در چند نقطه از سازه، مجموعه ایی از داده ها بر اساس زمان عبور موج را به کاربر می دهد. سپس با دانستن مسافت عبور و زمان عبور، سرعت موج فشاری اولتراسونیک محاسبه می شود. زمان انتقال پالس های اولتراسونیک به چگالی و خواص الاستیک نمونه بستگی دارد.

نهایتا سرعت پالس (V) بر حسب متر بر ثانیه از رابطه زیر بدست می آید:

V=L/T

که در آن:

L: طول مسیر

T: زمان عبور، مدت زمانی است که پالس از طول L عبور می کند.

با استفاده از معیار های ارائه شده در جدول زیر مطابق استاندارد  IS13311 ، کیفیت بتن در سازه ها را از نظر سرعت پالس اولتراسونیک ارزیابی کرد.

چهار پارامتر در تفسیر داده ها استفاده می شود: 1) زمان رسیدن امواج فشاری  2) قدرت سیگنال   3) طول مسیر عبور موج   4) سرعت انتقال امواج

عوامل تاثیر گذار بر نتایج نهایی آزمایش آلتراسونیک بتن

تأثیر طول مسیر، شکل و اندازه عضو بتنی

از آنجایی که بتن ذاتاً ناهمگن است، ضروری است که حداقل طول مسیر رعایت شود تا از هرگونه خطای ناشی از ناهمگنی آن جلوگیری شود. جدول 1 راهنمایی در مورد انتخاب فرکانس طبیعی مبدل برای طول مسیرهای مختلف و حداقل ابعاد عرضی اعضای بتنی ارائه می دهد.

در پروژه های ساختمانی، بدلیل ضخامت کافی اعضای بتنی حداقل طول مسیر جهت اندازه گیری سرعت پالس رعایت میشود اما در نمونه های آزمایشگاهی معمولاً از نمونه‌های کوچک استفاده می‌شود درنتیجه طول مسیر می‌تواند بر خوانش‌های سرعت پالس تأثیر بگذارد.

تاثیر دمای بتن

تغییرات دمای بتن بین 5 تا 30 درجه سانتی گراد بر اندازه‌گیری سرعت پالس در بتن تأثیر قابل توجهی نمی گذارد. در دمای بین 30 تا 60 درجه سانتیگراد می توان سرعت پالس را تا 5 درصد کاهش داد و زیر دمای انجماد، آب آزاد در بتن یخ می زند در نتیجه سرعت پالس تا 7.5 درصد افزایش می یابد.

تاثیر تنش

هنگامی که بتن تحت تنش قرار می گیرد،  ممکن است به دلیل ایجاد ریز ترک ها سرعت پالس کاهش یابد. این تأثیر عموماً ناچیز است مگر اینکه تنش بیشتر از حدود 60 درصد مقاومت نهایی بتن باشد.

اثر میلگردهای تقویت کننده

سرعت پالس اندازه گیری شده در بتن مسلح در مجاورت میلگردهای تقویت کننده معمولاً بیشتر از بتن ساده با همان ترکیب است. به این دلیل که سرعت پالس در فولاد 1.2 تا 1.9 برابر سرعت  پالس در بتن ساده است و تحت شرایط خاص، اولین پالسی که به مبدل گیرنده می رسد بخشی در بتن و بخشی در فولاد حرکت می کند.

افزایش در سرعت پالس به میزان فاصله سنسور به میلگرد تقویت‌کننده، قطر و تعداد میلگردها و جهت گیری آنها نسبت به مسیر انتشار بستگی دارد.

تأثیر شرایط سطحی و رطوبت بتن

مسطح بودن سطح تماس عضو بتنی و سنسور بر اندازه گیری سرعت پالس اولتراسونیک تأثیر می گذارد. برای اکثر سطوح بتنی، کاور بتن معمولاً به اندازه کافی صاف است و باید بااستفاده از یک ماده اتصال و با فشار دادن مبدل بر روی سطح بتن، از تماس صوتی خوب اطمینان حاصل شود. هنگامی که سطح بتن ناصاف و ناهموار است، لازم است سطح را صاف کرد تا اندازه گیری سرعت پالس دقیق تر شود.

به طور کلی، سرعت پالس در بتن با افزایش رطوبت بتن افزایش می یابد. این تأثیر بیشتر در بتن کم مقاومت نمود پیدا میکند.  سرعت پالس بتن اشباع ممکن است تا 2 درصد بیشتر از بتن خشک مشابه باشد.

 تأثیر طول مسیر، شکل و اندازه عضو بتنی

از آنجایی که بتن ذاتاً ناهمگن است، ضروری است که حداقل طول مسیر رعایت شود تا از هرگونه خطای ناشی از ناهمگنی آن جلوگیری شود. جدول 1 راهنمایی در مورد انتخاب فرکانس طبیعی مبدل برای طول مسیرهای مختلف و حداقل ابعاد عرضی اعضای بتنی ارائه می دهد.

در پروژه های ساختمانی، بدلیل ضخامت کافی اعضای بتنی حداقل طول مسیر جهت اندازه گیری سرعت پالس رعایت میشود اما در نمونه های آزمایشگاهی معمولاً از نمونه‌های کوچک استفاده می‌شود درنتیجه طول مسیر می‌تواند بر خوانش‌های سرعت پالس تأثیر بگذارد.

تاثیر دمای بتن

تغییرات دمای بتن بین 5 تا 30 درجه سانتی گراد بر اندازه گیری سرعت پالس در بتن تأثیر قابل توجهی نمی گذارد. در دمای بین 30 تا 60 درجه سانتیگراد می توان سرعت پالس را تا 5 درصد کاهش داد و زیر دمای انجماد، آب آزاد در بتن یخ می زند در نتیجه سرعت پالس تا 7.5 درصد افزایش می یابد.

تاثیر تنش

هنگامی که بتن تحت تنش قرار می گیرد،  ممکن است به دلیل ایجاد ریز ترک ها سرعت پالس کاهش یابد. این تأثیر عموماً ناچیز است مگر اینکه تنش بیشتر از حدود 60 درصد مقاومت نهایی بتن باشد.

اثر میلگردهای تقویت کننده

سرعت پالس اندازه گیری شده در بتن مسلح در مجاورت میلگردهای تقویت کننده معمولاً بیشتر از بتن ساده با همان ترکیب است. به این دلیل که سرعت پالس در فولاد 1.2 تا 1.9 برابر سرعت  پالس در بتن ساده است و تحت شرایط خاص، اولین پالسی که به مبدل گیرنده می رسد بخشی در بتن و بخشی در فولاد حرکت می کند.

افزایش در سرعت پالس به میزان فاصله سنسور به میلگرد تقویت‌کننده، قطر و تعداد میلگردها و جهت گیری آنها نسبت به مسیر انتشار بستگی دارد.

بعنوام مثال براساس مطالعه Xu Huang  در سال 2020، تغییر ٪1 آب در طرح اختلاط نمونه های بتنی، نتایج UPV را تا 160 متر بر ثانیه یا تغییر 10 درجه سانتیگراد دما  نتایج UPV را به طور متوسط تا 34 متر بر ثانیه متغیر میسازد.  بنابراین در نظر گرفتن پارامتر های ذکر شده در نتیجه نهایی آزمایش اولتراسونیک موثر است.

براساس مطالعه Kurup و Kumar در سال 2017  کیفیت بتن ساخته شده با الیاف PVC را با استفاده از آزمایش UPV ارزیابی کردند. گزارش شد که UPV نمونه ها با افزایش محتوای الیاف PVC کاهش یافت. این کاهش به دلیل تخلخل یا عیوب داخلی بتن در نظر گرفته نمی شود. در واقع پلاستیک ظرفیت جذب امواج پالس را دارد که می تواند دلیل اصلی کاهش مقادیر UPV بتن باشد. افزودن الیاف پی وی سی با یا بدون پودر سیلیس در بتن بر کیفیت بتن تأثیری ندارد. حداکثر و حداقل مقادیر UPV بتن با الیاف PVC در محدوده 4.35-4.64 کیلومتر بر ثانیه است. افزودن الیاف PVC با یا بدون پودر سیلیس در بتن بر کیفیت بتن تأثیری ندارد.

فایل های ضمیمه دستگاه سرعت پالس اولتراسونیک بتن

UPV-manual              روش کار با دستگاه التراسونیک بتن ساخت آزمون

Ultrasonic                  کاتالوگ دستگاه التراسونیک بتن ساخت آزمون

3201-7                       استاندارد ملی آزمایشات غیر مخرب بتن