مقاله بررسی عملکرد دستگاهها ی آزمونهای غیر مخرب بتن

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

بررسی عملکرد دستگاهها ي آزمونهاي غیر مخرب بتن

چکیده

براي آگاهی یـافتن از ویژه گیهـاي بـتن بایـد بـتن در دو حالـت بـتن تـازه و بـتن سـخت شـده مـورد بررسـی و آزمـایش قـرار گیرد براي. یافتن خـواص بـتن تـازه و بـه دسـت آوردن اطلاعـات کلیـدي از بـتن تـازه معمـولاً آزمـون هـاي زیـر انجـام مـی پذیرد:

1-آزمون روانی بتن تازه
2-آزمون نمونه گیري از بتن تازه و در نهایت آزمون مقاومت فشاري
3-آزمون تعیین هواي بتن تازه
4-آزمون تعیین درجه تراکم بتن تازه
5-آزمون تعیین وزن مخصوص بتن تازه

بــراي یــافتن خــواص بــتن ســخت شــده و بــه دســت آوردن اطلاعــات کلیــدي از بــتن ســخت شــده در ســازه ســاخته شــده معمولاً آزمون هاي زیر انجام می پذیرد:
1- آزمایشات مخرب که شامل کرگیري (مغزه گیري) و انجام آزمون مقاومت فشاري است
2-آزمایشات نیمه مخرب به طور عمده شامل آزمون نفوذ وینزور می شود

-3 آزمایشات غیر مخرب که بـه طـور کلـی شـامل آزمـون بـا چکـش اشـمیت، آزمـون بـا دسـتگاه آلتـرا سـونیک آزمـون بـا دستگاه دیتا اسکن و نیز کار با دستگاه سامانه انعکاس ضربه اي قابل حمل .[1] PIES

سوالات تحقیق:

دامنه کاربرد و روش کار هریک از دستگاههاي آزمونهاي غیر مخرب بتن چیست ؟

روش تحقیق:

مقاله حاضر با استفاده از راهنماي کار با دستگاههاي آزمونهاي غیر مخرب بتن و نیز کتب منتشره در این زمینه تدوین شده است.

نتیجه گیري:

با توجه به محاسن دستگاههاي آزمون غیر مخرب بتن آگاهی یافتن از طرز کار و دامنه کاربرد دستگاهها توسط آزمونگر ها ضروري است. کلمات کلیدي: آزمونهاي غیر مخرب بتن، چکش اشمیت، دستگاه آلترا سونیک ، دستگاه دیتا اسکن و سامانه انعکاس ضـربه اي قابل حملPIES

.1مقدمه

آشنایی با روشهاي تعیین مقاومت بتن در سازه ارزیابی عملکرد آن با توجه به اهمیت آن بسیار ضروري است. بنا به دلایل مختلف ممکن است تعیین مقاومت بتن در سازه بتنی موجود الزامی گردد که مواردي از قبیل زیر هستند:

-1پائین بودن نمونه هاي استاندارد گرفته شده از بتن تازه در مقایسه با مقا ومت مورد نیاز یا مقاومت طرح.
-2اجراي نامطلوب سازه به علت عدم آگاهی کارگران ساختمانی و عدم نظارت کارفرمایان و ناظران.
-3تعیین مقاومت بتن و ارزیابی کلی از عملکرد سازه جهت تغییر کار بري سازه موجود.

-4بروز حوادثی چون زلزله ،آتش سوزي و خوردگی بتن و فولاد به علل مختلف که موجب کاهش در مقاومت بتن و سازه می گردند.

اهمیت تعیین مقاومت در سازه به اندازه اي است که ممکن است به دلیل عدم شناخت کافی از روشهاي تعیین مقاومت بتن در سازه و ارزیابی مقاومت و عملکرد آن منجر به تصمیماتی گردد که باعث هدر رفت زمان و از بین رفتن سرمایه هاي ملی گردد که عمده تصمیمات اشتباه شامل تخریب ساختمانهاي داراي مقاومت قابل قبول و عدم تخریب سازه هاي با مقاومت نامطلوب می باشد.

مهمترین نکته قابل تامل در مورد آزمون هاي غیر مخرب دامنه کاربرد و نیز دقت در نتایج آزمون است . به طورکلی هرگونه عملیات آزمایش،بازرسی یا ارزیابی که منجر به آسیب رسانی و یا مختل کردن یک سیستم نگردد آزمایش غیرمخرب محسوب می گردد.[1]

مقاله حاضر به بررسی دامنه کاربرد و ارزیابی نتایج حاصل از دستگاه هاي متداول به شرح زیر می پردازد:
-1چکش اشمیت-2اولتراسونیک-3دیتا اسکن-4سامانه انعکاس ضربه اي قابل حملPIES

در این مقاله مکانیزم عمل و کار با هر یک از دستگاهها شرح داده می شود و استاندارد هاي موجود جهت آزمونهاي فوق الذکر بررسی می گردد. در ضمن باید یادآور شد که اصول کلی حاکم بر مکانیزم عمل اکثر دستگاه هاي یاد شده براساس فرستادن امواج به درون بتن و ثبت زمان بازگشت آن می باشد. با مجموعه دستگاهها فوق می توان تخمین مطلوبی از مقاومت بتن، پوشش بتن،سلامت یا خوردگی آرماتور، طول و عرض ترك و نیز میزان تراکم بتن داشت.

.2آزمایش چکش برجهندگی(چکش اشمیت)

این آزمایش یکی از قدیمی ترین آزمایشهاي غیر مخرب می باشد و هنوز به میزان گسترده اي به کار می رود. در سال 1948 Ernest Schmidt این آزمایش را طراحی کرد بنابراین به اسم چکش اشمیت یا آزمایش سختی سنج نیز نامیده میشود.[2]
آزمایش چکش برجهندگی بر اساس این اصل که برجهندگی یک جرم ارتجاعی، به سختی سطحی که جرم با آن برخورد می کند بستگی دارد، استوار است.در این آزمایش چکش را باید بر روي سطحی صاف ، ترجحاَیسطحی که در موقع بتن ریزي در تماس با قالب بوده است ، به کار برد.جرمی تحت اثر بار یک فنر قرار می گیرد و با ازدیاد طول فنر تا محل معین ، به جرم مقدار ثابتی انرژي میدهد.[3]

این امر با فشار دادن پیستون که هنوز در تماس با بتن می باشد، برمی جهد وفاصله اي که این جرم می پیماید ، بر حسب درصدي از ازدیادطول اولیه فنر که آن را نمره برجهندگی می نامند ، بیان می شود.ابن نمره را عقربه اي که در مقابل صفحه مدرج دستگاه حرکت می کند ، نشان می دهد. بعضی از انواع چکشها دیجیتالی بوده و نتایج را به صورت چاپ ارائه می کنند(شکل.(1

شکل -1تصویر چکش اشمیت دیجیتال و چگونگی قرار گرفتن بر روي سطح

این آزمایش نسبت به تغییرات موضعی در جنس بتن حساس می باشد ؛ براي مثال ، وجود ذرات درشت سنگ دانه درست در زیر پیستون ، سبب حصول نتیجه کم می شود . به علاوه انرژي اي را که بتن جذب می کند ، با مقاومت و هم با سختی آن ارتباط دارد ، به طوري که ترکیب مقاومت و سختی کنترل کننده نمره برجهندگی می باشد.آزمایش چکش برجهندگی فقط خواص منطقه سطح بتن را می سنجد.به علت پراکندگی موضعی در سختی بتن در یک مساحت کوچک ، عدد برجهندگی باید در تعدادي از نقاط نزدیک به یکدیگر تعیین شوند و سپس از نتیجه آنها میانگین گرفت.[3]

آزمایش چکش برجهندگیعمدتاَ ماهیت مقایسه اي دارد و بنابراین در ارزیابی یکنواختی بتن در داخل یک سازه ، یا در تولید تعدادي از قطعات مشابه ، مانند قطعات پیش ساخته مفید می باشد. آزمایش را همچنین می توان به منظور تعیین آن که عدد برجهندگی به یک مقدار معینی(که متناظر با مقاومت مورد نیاز می باشد)رسیده است، به کار برد.این امر در اتخاذ تصمیم براي زمان باز کردن قالبها با قرار دادن سازه در شرایط بهره برداري مفید خواهد بود.کاربرد دیگر چکش ، کنترل این نکته است که روند کسب مقاومت یک بتن معین ، تحت تاثیر یخ زدگی در عمر اولیه قرار گرفته است یا خیر؟طبق آیین نامه ASTM C 805-98، بتنی که تحت یخ زدگی قرار گرفته باشد.،ممکن است عددهاي برجهندگی خیلی زیادي را نشان بدهد.کاربرد ویژه اي از آزمایش چکش برجهندگی ، ارزیابی مقاومت سایشی کف هاي بتنی میباشد که عمدتاَ به سختی سطح آن بستگی دارد. روي هم رفته ، در حالی که آزمایش چکش برجهندگی در یک دامنه محدود مفید می باشد نمی توان آن را جایگزین آزمایش مقاومت دانست.
نکاتی بسیار مهمی که در انجام این آزمایش می بایست مد نظر گرفت عبارتند از:

-1این آزمایش تخمینی از عدد بازگشتی بتن سخت شده توسط چکش فولادي با نیروي محرکه فنر می باشد.
-2از این تست می توان در تعیین یکنواختی بتن درجا استفاده کرد براي تشخیص مناطقی از سازه که بتن ضعیف یا خراب دارد. همچنین براي روند افزایش مقاومت بتن کاربرد دارد.
3 -براي تخمین مقاومت بتن لازم است بین مقاومت بتن و عدد بازتاب رابطه اي بدست آورد. این رابطه براي هر طرح اختلاط بتن متفاوت خواهد بود. براي تخمین مقاومت در حین ساخت باید مقاومت نمونه هاي مکعبی در آزمایشگاه تعیین گردد و با استفاده از آن رابطه مذکور بدست آید. براي تخمین در بتن هاي ساخته شده باید رابطه فوق براساس تعیین مقاومت نمونه هاي کر بدست آمده از سازه تعیین شود . (ACI 228 R)
-4براي یک طرح اختلاط مشخص عدد بازتاب تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله رطوبت سطحی بتن ، روش بدست آوردن سطح نمونه و عمق کربناتاسیون بتن تاثیر می گذارد . این عوامل بایستی در رابطه اي که براي تخمین مقاومت بدست می آید و تفسیر نتایج تاثیر خودش را نشان دهد.

نکته بسیار مهمی که باید به آن توجه نمود آن است که با توجه به تخمینی و مقایسه اي بودن نتایج این آزمایش نمی تواند تعیین کننده در رد یا قبول بتن باشد.سطح مورد آزمایش باید شرایط زیر را دارا باشد:

حداقل ضخامت عضو مورد آزمایش 100 یلیمتر می باشد . مناطق متخلخل و داراي ترك و پوسته شده و هوازده نباشد. در مناطق ماله کشیده شده و زبر اعداد بزرگتري نسبت به مناطق قالب بندي شده می دهد. سطح انتخابی حداقل 150 میلیمتر سائیدن محل مورد آزمون درصورتی که سطح زبر یا ناصاف یا پوسته شده است و مسطح کردن آن خیس یا زبر بودن سطح آزمایش تاثیر زیادي در نتیجه آزمون دارد، با آزمایش روي سطوح خیس اعداد کمترو سطوح
زبر عدد بیشتري حاصل می شود -بتن هاي روي سطح زمین با سایر بتن هاي قسمت هاي سازه اي نبایستی با هم مقایسه شوند.

1,2 موارد تا ثیر گذار در جوابها ي چکش اشمیت :

-بتن یخ زده عدد بسیار بیشتر می دهد -دماي چکش اشمیت تاثیر دارد ( دماي کمتر از -18 سانتی گراد) -جهت ضربه ( عمودي ، افقی)-چکش هاي مختلف حتی از یک کارخانه از یک تا سه واحد اختلاف دارند. -عدم کالیبراسیون و سرویس کردن دستگاه -جوابهاي یکسان در روي صفحه کالیبره تائید کننده جوابهاي صحیح براي نمونه هاي دیگر نمی باشد.

2,2روش آزمایش:

- در هر سطح آزمایش 10 بار انجام شود و فاصله هرکدام از هم 2/5سانتیمتر کمتر نباشد و چنانچه سطح بتن خرد و شکسته شود آن نتیجه قابل قبول نیست. - اعدادي که بیش از 6 واحد با میانگین فاصله دارند حذف گردد. -اگر بیش از 2 نمونه حذف شود کل آزمایش باطل است

3,2 دقت و خطا در آزمون چکش اشمیت:

فاصله بزرگترین و کوچکترین اعداد قرائت شده نباید بیش از 12 واحد اختلاف داشته باشند . تخمین میزان خطا ممکن نیست .

4,2 گزارش نتایج آزمون چکش اشمیت :

گزارش نتایج حاصل از چکش اشمیت باید حاوي اطلاعات زیر باشد:

تاریخ و زمان آزمایش، توضیح دقیق مکانهاي انجام آزمایش و ابعاد عضو مورد بررسی، توصیف اختلاط بتن و ابعاد درشت دانه، مقاومت مشخصه بتن، دماي هوا، زاویه چکش حین آزمایش، میانگین اعداد قرائت شده، نکات مهم از جمله اعداد حذف شده و شرایط غیر عادي

.3آزمایش بتن با سرعت پالس ماوراي صوت (پالس اولتراسونیک)

این آزمایش غیر مخرب بر روي نمونه هاي بتن ، بتن پیش تنیده ، پیش ساخته ، و سازه ها قابل اجرا می باشداصولاٌ.هدف از این آزمایش به دست آوردن پارامترهاي زیر است:
مدول دینامیکی الاستیسیته و ضریب پواسون بتن، مقاومت فشاري بتن ،همگن بودن بتن، تغییرات خواص بتن حاصل از گذشت زمان ، خوردگی ، سایش ، و غیره، نقایص بتن

شکل-2 نماي دستگاه آلتراسونیک

1,3روش آزمایش آلترا سونیک

روش آزمایش به این ترتیب است که، یک پالس ارتعاش طولی را که یک مبدل الکتروآکوستیکی تولید میکند با یک سطح از قطعه بتنی تحت آزمایش مماس می کنند.بعد از طی مسیري با طول معلوم در بتن (L) این پالس ارتعاشی در یک مبدل الکتروآکوستیکی دیگر به سیگنال تبدیل می شود ودر مدار زمان سنج الکترونیکی قادر است زمان حرکت پالس (T) را اندازه گیري کند.سرعت پالس از رابطه 1 به دست می آید:

2,3 عوامل موثر در نتیجه آزمایش اولتراسونیک

مقدار سرعت پالس اندازه گیري شده توسط دستگاه اولتراسونیک به خواص بتن تحت آزمایش بستگی دارد که این عوامل و اثرات آنها به شرح زیر می باشد:
-شکل و اندازه نمونه
-دماي بتن
-مقدار رطوبت
-وجود آرماتور در بتن
-طول مسیر اندازه گیري سرعت پالس

3,3 شکل و اندازه نمونه جهت آزمایس آلترا سونیک

حداقل بعد جانبی نمونه باید بزرگتر از طول موج پالس باشد، اگر طول نمونه کمتر از حد مشخص باشد ممکن است از سرعت پالس در حد محسوسی کاسته شود و مقدار این کاهش به نسبت طول موج پالس به حداقل بعد جانبی نمونه بستگی دارد.رابطه بین سرعت پالس در بتن ، بسامد مولد و حداقل مجاز بعد جانبی نمونه طبق رابطه زیر و جدول می باشد.
3,4 دماي بتن در آزمون آلترا سونیک

محدوده مجاز دماي بتن جهت انجام آزمایش اولتراسونیک بین 10 تا 30 درجه سانتی گراد می باشد که تغییرات دما در این محدوده اثر مهمی بر سرعت پالس ندارد.براي انجام آزمایش در دماي خارج از محدوده می بایست نتایج آزمایش (سرعت پالس اندازه گیري شده )بر اساس جدول زیر اصلاح شود.

5,3 مقدار رطوبت

مقدار رطوبت به صورت فیزیکی (وجود آب آزاد در منافذ بتن) و شیمیایی (شرایط عمل آوري بتن و درجه هیدرا سیون آن)بر نتایج آزمایش اندازه گیري سرعت پالس موثر می باشد.این اثرات ممکن است باعث تفاوت چشم گیري در نتایج اندازه گیري سرعت پالس در نمونه استاندارد و عضو سازه اي که از یک نوع بتن با شرایط رطوبتی مختلف ساخته شده اند ، داشته باشد لذا در هنگام تخمین مقاومت بتن با توجه به سرعت پالس بدست آمده می بایست این آثار در نظر گرفته شود.

6,3 اثرات وجود آرماتوردر بتن

سرعت پالس در بتن مسلح بیشتر از سرعت در بتن معمولی با همان نوع بتن است که دلیل آن بالا بودن سرعت پالس در فولاد می باشد که حدود دو برابر سرعت پالس در بتن می باشد.افزایش ظاهري در سرعت پالس بستگی به نزدیکی پروب به آرماتور، قطر و تعداد آرماتورها و امتداد آنها نسبت به مسیر انتشار دارد. تصحیح مقادیر اندازه گیري شده بخاطر وجود میلگرد ، دقت تخمین سرعت را کاهش می دهد. پس بهتر است تا حد امکان اندازه گیري در مسیر هاي فاقد آرماتور صورت گیرد و یا پروب ها نزدیک به آرماتور نباشد.

7,3 طول مسیر اندازه گیري سرعت پالس

ابزار اندازه گیري زمان ممکن است با افزایش طول مسیر اندکی کاهش در سرعت را نشان دهد که این کاهش ظاهري سرعت ، کم بوده و به طور کلی ، سرعت پالس تحت تاثیر تغییرات طول مسیر قرار نمی گیرد.توصیه می شود طول مسیري که سرعت پالس در آن اندازه گیري می شود به اندازه اي باشد که سرعت پالس تحت تاثیر نا همگنی بتن قرار نگیرد . براي بتن با حداکثر اندازه سنگدانه 20 میلیمتر ، حداقل طول مسیر 100 میلیمتر و براي بتن با حداکثر اندازه سنگدانه 20 تا 40 میلیمتر حداقل طول مسیر 150 میلیمتر انتخاب شود.

1,7,3روش انجام آزمایش

انجام آزمایش اولتراسونیک به سه روش زیر امکان پذیر است:

1 -انتقال مستقیم (سطوح مخالف)
-2 انتقال غیر مستقیم (در یک سطح)
-3 انتقال نیمه مستقیم(سطوح مجاور)

8,3 اندازه گیري سرعت پالس در روش انتقال مستقیم

این روش مطلوب ترین آرایش قرارگیري مولدهاست زیرا مولد ، گیرنده آن قسمت از پالس است که زودتر برسد و چون ارتعاشات طولی سریعتر می رسند حداکثر انرژي پالس ها منتقل و دریافت می شود ، لذا تعیین دقت سرعت پالس تابع دقت در اندازه گیري طول مسیر است و چنانچه طول مسیر با دقت اندازه گیري شود ، سرعت پالس تعیین شده از دقت کافی برخوردار خواهد بود. بنابراین توصیه می شود در مواردي که امکان پذیر است این روش براي تعیین سرعت پالس استفاده شود .

اندازه گیري سرعت پالس در روش انتقال نیمه مستقیم در این روش باید سعی شود که فاصله مولد ها زیاد نباشد. در موتردي که فاصله بین مولد ها زیاد باشد امکان عدم دریافت پالس ها وجود دارد. طول مسیر در این حالت برابر فاصله بین مراکز مولدها می باشد و در مجموع دقت این نوع روش اندازه گیري قابل قبول می باشد.

9,3 اندازه گیري سرعت پالس در روش انتقال غیر مستقیم

استفاده از انتقال غیر مستقیم براي اندازه گیري سرعت پالس فقط در موارد زیر کاربرد دارد:
-1 تنها یک طرف بتن قابل دسترس باشد.
-2 منظور تعیین عمق ترك باشد.
-3 تعیین ضخامت لایه سطحی بتن که کیفیت نامطلوب دارد مورد نظر باشد.

دامنه علائمی که در روش غیر مستقیم دریافت میشود حدود 3 درصد روش مستقیم است. اندازه گیري سرعت پالس در این روش تحت اثر لایه سطحی بتن است که این ناحیه اغلب داراي ساختاري متفاوت از توده بتن بوده و ممکن است که نتایج حاصله نماینده کل بتن نباشد.سرعت پالس در روش غیر مستقیم نسبت به روش مستقیم در شرایط یکسان در یک عضو سازه اي ، کمتر است که این اختلاف با توجه به کیفیت بتن ، بین 5 تا 20 درصد است .

در روش غیر مستقیم ، اندازه گیري دقیق طول مسیر مقدور نمی باشد لذا براي دقت بیشتر باید یک سري اندازه گیري با تغییر وضعیت مولدها ، انجام شود.

.4آزمایش دیتا اسکن