تست التراسونیک بتن (Ultrasonic Testing) یکی از شیوه‌های بررسی کیفیت سازه‌های بتنی به صورت غیر مخرب است که اصول انجام آن بر مبنای فرستادن واژه التراسونیک و فراصوت به داخل سازه بتن است.
این آزمایش ها با در اختیار قرار دادن داده های مختلف سازه های موجود، به کارشناسان و متخصصین این امکان را می دهد تا در خصوص عملکرد، نیاز ها و روش های تعمیرات و بازسازی سازه های بتنی قضاوت و تصمیم گیری نمایند. آزمایش التراسونیک بتن با ارائه مقاومت فشاری نسبی، طول و ابعاد ترک های ایجاد شده در بتن، به طراحان و کارشناسان امکان تصمیم گیری در زمینه طرح های مقاوم سازی و تقویت و یا صحت سنجی عملیات های انجام شده را می دهد. این آزمون در حال حاضر عمدتا مبتنی بر اندازه‌گیری سرعت پالس با استفاده از تکنیک‌های فراصوتی است. این روش به طور گسترده در سراسر جهان مورد قبول بوده و ابزار سبک و قدرتمند مناسبی است که راحت در سایت و نیز آزمایشگاه می‌توان از آن بهرمند شد.
نحوه انجام تست التراسونیک
اولین گزارش‌های اندازه‌گیری سرعت پالس‌هایی که به صورت مکانیکی در بتن تولید شده است اواسط دهه 1940 در آمریکا چاپ شد. مشخص شد سرعت در اصل به خواص الاستیک ماده وابسته است و به هندسه تقریبا هیچ وابستگی ندارد. ارزش احتمالی این روش واضح بود اما مشکلات اندازه‌گیری در آن قابل توجه بود و چند سال بعد به توسعه تجهیزات مکانیکی پالس تکراری در فرانسه منجر شد. تقریبا در همین زمان کاری با استفاده از مبدل‌های الکترواکوستیکی در کانادا و انگلیس انجام شد که مشخص شد بر نوع و فرکانس پالس‌های ایجادشده کنترل بیشتری دارد. این نوع آزمون به صورت روش التراسونیک پیشرفته توسعه یافته است که پالس‌هایی در محدوده فرکانس 150-20 کیلوهرتز را بکار می‌برند که به وسیله مدارات الکترونیکی تولید و ثبت شده است. در آزمون التراسونیکی فلزات معمولا از تکنیک پالس انعکاسی با فرکانس‌های خیلی بالا استفاده می‌شود اما به دلیل پراکندگی زیادی که در رابط‌های ماتریس/سنگدانه و ترک‌های ریز دیده می‌شود، کاربرد این آزمون در مورد بتن آسان نیست. بنابراین، آزمون بتن در حال حاضر عمدتا مبتنی بر اندازه‌گیری سرعت پالس با استفاده از تکنیک‌های فرافرستادن فراصوتی است.
هدف التراسونیک بتن
1- ارزیابی کیفی مقاومت بتن، دانه‌بندی بتن در قسمت‌های مختلف سازه و به دست آمدن منحنی دانه‌بندی.
2- پیدا کردن هر گونه ناپیوستگی در مقاطع مانند ترک، لایه لایه شدن بتن و غیره.
3- مشخص کردن عمق ترک‌های سطح بتن
اصول تست التراسونیک بتن
اصول تست التراسونیک بتن بر مبنای چند فاکتور مختلف بررسی می‌شود که هر کدام از آنها در نتایج نهایی تأثیر مستقیم و چشمگیری دارند. اصول و مبنای کلی اجرای این آزمایش سازه‌های بتنی به این صورت است که انتقال امواج در داخل بتن تحت تأثیر فاکتورهای مختلف تغییر می‌کند. اگر این عوامل و فاکتورهای باعث شوند که سرعت انتقال صوت در داخل سازه کاهش یابد، یعنی کیفیت بتن نسبت به استاندارد مورد انتظار کمتر است.
در این تست فاکتورهای زیر مشخص می‌شود:
• تعیین سرعت پالس در بدنه بتن و سازه بتنی؛
• بررسی همگنی و یکنواختی در داخل سازه‌ها و مصالح اولیه بتن؛
• سرعت پالس در داخل ترک‌ها و شکستگی‌های به وجود آمده در سطح بتن؛
• پیش بینی و بررسی مقاومت فشاری بتن (مطلب تست مقاومت فشاری و جزئیات آن را از دست ندهید).
بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که اصول و مبنای انجام تست التراسونیک برپایه انتقال صوت در داخل سازه بتنی و تحت تأثیر قرار گرفتن سرعت صوت به دلایل مختلف است.
تاثیر عوامل مختلف بر نتایج آزمایش التراسونیک و نتایج تست فراصوت بتن
سرعت ثبت شده‌ی پالس در عبور از بتن می تواند به عواملی همچون طول مسیر، ابعاد نمونه آزمایشی، مسلح بودن یا نبودن بتن و میزان رطوبت موجود در بتن بستگی داشته باشد. شکل نمونه‌ی آزمایشی معمولاً تاثیری روی سرعت پالس ندارد، مگر این که ابعاد نمونه از طول موج پالس های ارسالی کمتر باشد.
سن بتن
در مطالب قبلی اشاره کردیم که بتن در یک دوره ۲۸ روزه به استحکام ۹۹ درصدی خود می‌رسد. این دوره ۲۸ روزه برای تکمیل واکنش هیدراتاسیون است. زمانی که واکنش هیدراتاسیون به حالت اصلی خود می‌رسد، بتن به بالاترین درجه سختی خود رسیده و بهترین فضای ممکن برای انتشار و انتقال امواج صوتی فراهم می‌کند. بنابراین سرعت صوت بالا نشان می‌دهد که سن بتن به حالت نهایی و با کیفیت خود رسیده است.
رطوبت سازه
رطوبت بر روی تست التراسونیک بسیار موثر است و رابطه‌ی آن با سرعت پالس مستقیم است. یعنی هر چه میزان رطوبت بتن بیشتر باشد، سرعت پالس بیشتر خواهد بود. این مورد حتما باید در آزمایش التراسونیک مورد بررسی قرار بگیرد و در محاسبات لحاظ شود، در غیر این صورت نتایج آزمایش کاملا اشتباه از آب در خواهند آمد. مهم‌ترین عاملی که در رطوبت بتن تاثیر گذار است، نحوه‌ی کیورینگ آن است.
ویژگی‌های سنگدانه ها
اصولاً سرعت امواج اولتراسونیک در دانه‌های ماسه سنگ و سنگدانه به دلیل تراکم بالاتر، بیشتر از خمیر سیمانی است. بنابراین اگر دانه‌های ماسه سنگ در داخل بتن وجود داشته باشد، سرعت انتقال صوت بالاتر می‌رود. اگر هم حجم سیمان نسبت به حالت استاندارد کمتر باشد، باز هم سرعت انتشار امواج در درون سازه کاهش می‌یابد. پس سرعت انتقال سرعت بالا معیار خوبی از تراکم مناسب و استاندارد دانه‌های ماسه سنگ است
پیدا کردن ترک ها به وسیله تست التراسونیک
هنگام عبور پالس از بتن در تست التراسونیک، اگر فضای خالی یا ترک خوردگی در بتن وجود داشته باشد، مقدار نسبتاً زیادی از انرژی پالس در آن فضای خالی به هدر می رود و سرعت آن کاهش پیدا می کند. بنابراین اگر پالس ارسالی بر روی یک نمونه نسبت به یک نمونه‌ی سالم زمان بیشتری را برای عبور صرف کرد، نتیجه گیری ما این خواهد بود که بتن دارای ترک خوردگی یا آسیب دیدگی است. حتی ما با داشتن این تفاوت زمان در عبور از بتن می توانیم به عمق ترک خوردگی ها نیز دست پیدا کنیم. البته این روش تنها وقتی کاربردی است که محل خالی بتن پر شده از هوا باشد و در آن مایعی وجود نداشته باشد
عوامل تاثیر گذار بر سرعت پالس بتن
۱. طول مسیر
۲. ابعاد جانبی نمونه‌ی آزمایشی
۳. وجود یا عدم وجود فولاد تقویت شونده
۴. میزان رطوبت موجود در بتن
مزایای تست التراسونیک بتن
• انجام تست کیفیت بتن در سریعترین زمان ممکن؛
• عدم نیاز به تخریب بخشی از سازه؛
• قابلیت تفسیر آسان نتیجه آزمایش با توجه به فاکتورهای مختلف؛
• امکان انجام آزمایش در شرایط مختلف آب و هوایی و جغرافیایی؛
• تسلط کامل کاربر بر روند انتقال اطلاعات به صورت آنلاین؛
• فراهم آمدن بررسی تخمینی مقاومت فشاری بتن بدون نیاز به انجام جداگانه این تست؛
• مشخص کردن زمان و تاریخ انجام آزمایش برای گزارش نهایی؛
• ارائه گزارش و نتیجه آزمایش به صورت فایل‌های قابل ارائه و قابل خروجی.
دامنه کاربرد التراسونیک بتن :
اندازه گیری پالس های مافوق صوت در بتن برای کاربردهایی به شرح زیر مورد استفاده قرار می گیرد.
الف- تعیین یکنواختی بتن در یک عضو سازه یا بین اعضای آن .
ب- کشف وجود ترک و اندازه گیری عمق آن و دیگر نارسایی ها مانند منافذ .
ج- اندازه گیری تغییرات خواص بتن با زمان .
د- تعیین مقاومت بتن و مدول الاستیسیته و ضریب پواسون دینامیکی .
سرعت پالس مافوق صوت تحت تاثیر خواص الاستیک و مکانیکی بتن است . بنابراین متغیر بودن سرعت پالس در طول مسیرهای مختلف در سازه نشانه تغییرات در کیفیت بتن می باشد .
محدودیت‌های تست التراسونیک بتن
• نیاز به دقت و مهارت بالای اپراتور برای انجام آزمایش؛
• نیاز به دانش فنی بالا برای انجام تست التراسونیک بتن؛
• عدم امکان استفاده از آزمایش برای اجزاء خیلی کوچک و نازک؛
• ناتوانی دستگاه در نشان دادن ناپیوستگی‌های کوچک نزدیک به سطح؛
• تأثیر منفی آرماتور و نتایج آزمایش و نیاز به حذف آنها از نتیجه کار..
نتیجه گیری
اندازه گیری سرعت پالس التراسونیک یکی از ارزشمند ترین و قابل اتکا ترین روش برای ازمایش ویژگی‌های داخلی بتن می‌باشد. یکی از ویژگی‌های مهم و خوب این تست، غیر مخرب بودن اآن است؛ به این معنی که برای انجام این آزمایش، نمونه‌ی آزمایشی تخریب نمی‌شود. در حالی که در انواع دیگر ازمایش‌ها، بتن را تا نقطه‌ی تخریب پیش می‌بریم تا مقاومت آن را محاسبه کنیم. بسیار حیاتی و مهم است که این ازمایش به وسیله‌ی کارشناسان با تجربه و مهندسانی که آشنایی کامل با این تکنیک دارند انجام گیرد. هم چنین توصیه می‌شود که هم زمان با این آزمایش، بتن مورد نظر با یک روش غیر مخرب دیگر نیز تست شود.
