مقاله تحلیلی: آزمایش بتن با روش انعکاس ضربه

در این مقاله به‌طور مختصر درباره کاربرد روش انعکاس ضربه در تست سازه‌های بتنی بحث خواهیم کرد. این روش کاربرد گسترده‌ای در ارزیابی ضخامت المان‌های بتنی (پوشش تونل‌ها، دیواره آبراه‌ها، پایه‌های جناحی پل‌ها)،‌ تعیین عمق و موقعیت نقص‌های زیرسطحی (ترک‌ها،‌ حفره‌ها) در بتن و برآورد عمق ترک‌های باز شونده دارد. این روش اولین بار در سال ۱۹۹۸ به‌عنوان یک روش استاندارد توسط انجمن علم تست مواد و مصالح آمریکا (ASTM C 1383) برای اندازه‌گیری سرعت موج P و تعیین ضخامت پلیت های بتنی شناخته شد.

انعکاس ضربه یک روش تست غیر مخرب برای سنجش یکپارچگی سازه‌های بتنی و بنایی است. ازاین‌روش در ابتدا برای تعیین موقعیت نقص‌ها و حفره‌ها در سازه‌های بتنی مانند عرشه پل‌ها، دیوارهای حائل و دال‌ها استفاده می‌شد. آزمایش انعکاس ضربه اساساً بر مبنای تولید امواج تنش به‌واسطه واردکردن یک ضربه مکانیکی در یک بازه زمانی کوتاه روی سطوح المان‌های بتنی انجام می‌شود. پس‌ازآن انعکاس و شکست امواج تنش از قسمت‌های داخلی مانند ترک‌ها، حفره‌های هوا و محل پیوند بتن و میلگرد یا مرزها و سطوح خارجی (انعکاس) به‌واسطه یک مبدل (ژئوفن یا شتاب سنج پیزوالکتریک) ثبت می‌شوند. پس‌ازآن بازتاب ثبت‌شده با توجه فاکتور زمان یا فرکانس آنالیز خواهد شد.

از روش انعکاس ضربه می‌توان در ارزیابی ضخامت، تعیین موقعیت عیوب زیرسطحی و برآورد عمق ترک در المان‌های بتنی مختلف مانند موارد زیر استفاده کرد:

• بناهای تاریخی یا سازه‌های جدید (دیوارهای حائل،‌دیوار بنایی، دال سقف، ‌ستون و تیر)
• پل‌ها و آبراه‌ها (عرشه پل، پایه‌های جناحی پل‌ها،‌ پایه پل‌ها و دیواره آبراه‌ها)
• سدها (دیوارهای حائل آب، تاج سد، سرریز و دریچه تخلیه)
• تونل‌ها
• سازه‌های ساحلی (دیوارهای ساحلی)

  تنش چگونه در بتن گسترش می‌یابد؟

وقتی یک ضربه در بازه زمانی کوتاه به سطح بتن وارد می‌شود، تنش اعمال‌شده در عضو بتنی گسترش می‌یابد. انتشار موج از طریق سه نوع موج اصلی اتفاق می‌افتد:

• امواج اولیه (فشاری) یا امواج P
• امواج ثانویه (برشی) یا S
• امواج ریلی (سطحی)‌یا R

وقتی امواج P و S در حال انتشار هستند، امواج R از نقطه برخورد ضربه در امتداد سطح نزدیک حرکت می‌کنند. با انتشار امواج P و S درون المان‌های بتنی، نواقص مشخص و منعکس می‌شوند. آزمایش انعکاس ضربه معمولاً با بررسی دقیق امواج P انجام می‌شود. دلیل این است که امواج P در مقایسه با امواج دیگر (امواج S)‌ باعث جابجایی‌های بزرگ‌تر می‌شود.

 سرعت امواج P چگونه تعیین می‌شود؟

سرعت امواج P را می‌توان با یک ضربه مکانیکی در بازه زمانی کوتاه‌مدت در یک فاصله مشخص (۱۵۰ میلی‌متر با یک ضربه زن به شعاع ۵ میلی‌متر) از دو مبدل که به‌صورت خطی کنار هم قرار گرفته‌اند و در یک فاصله مشخص از هم قرار دارند (تقریباً ۳۰۰ میلی‌متر) تعیین کرد. سپس سرعت امواج P را می‌توان از طریق تقسیم فاصله بین دو مبدل بر زمان نسبی دریافت امواج P به دست آورد.

 عملکرد انعکاس ضربه چگونه است؟

مفهوم تست انعکاس ضربه در شکل زیر نشان داده شده است. سیستم تست انعکاس ضربه عمدتاً از سه جزء اصلی زیر تشکیل شده است:

• ضربه زن
• مبدل
• سیستم ثبت اطلاعات

منبع ضربه یک توپ فولادی کوچک در اندازه‌های متفاوت است که می‌تواند ضربه‌هایی در بازه زمانی کوتاه ایجاد کند. برای انجام آزمایش توسط ضربه زن یک ضربه به یک نقطه از سطح المان بتنی وارد می‌شود. امواج تنش حاصل (امواج P، امواج S، امواج R) در بتن و در همه جهت‌ها گسترش می‌یابند. سپس این امواج بین سطحی که ضربه به آن اعمال‌شده و همه مرزها و فصل مشترک‌ها به سمت عقب و جلو خرکت می‌کنند. دریافت این انعکاس در سطح المان بتنی باعث جابجایی می‌شود.

به دلیل دامنه امواج P و سرعت انتشار بالای آن‌ها، ‌جابجایی سطح ناشی از دریافت امواج منعکس‌شده را می‌توان تحت تأثیر دریافت امواج P دانست. این جابجایی با استفاده از یک مبدل با حساسیت بالا که در نزدیکی محل اعمال ضربه قرار دارد، اندازه‌گیری می‌شود.

مبدل جابجایی اندازه‌گیری شده را به یک سیگنال آنالوگ در واحد زمان تبدیل می‌کند که شکل موج نام دارد. این شکل در سیستم ثبت اطلاعات ثبت می‌شود و سپس تحت آنالیز بر طبق مؤلفه زمان یا فرکانس قرار می‌گیرد.

 فرکانس‌های نقطه عطف که ناشی از طیف دامنه هستند به فرکانس غالب در شکل موج نسبت داده می‌شوند که برای محاسبه ضخامت المان بتنی و عیوب داخلی (ترک‌ها، حفره‌ها، لایه‌لایه شدگی) از آن‌ها استفاده می‌شود. با داشتن سرعت موج P و فرکانس ماکزیمم می‌توان فاصله تا سطح بازتاباننده (وجه دیگر عضو بتنی یا عیوب داخلی)‌ را محاسبه کرد:

که در β ضریب شکل موج است که از ۰.۸۴ تا ۰.۹۶ متغیر است. ضریب شکل بسته به شکل هندسی سازه نشان‌دهنده حجمی است که موج P در آن گسترش می‌یابد.

کاربرد روش انعکاس ضربه

1. تخمین ضخامت المان‌های بتنی
2. تعیین موقعیت عیوب زیرسطحی
3. تعیین عمق ترک

ملاحظات روش انعکاس ضربه

مشابه سایر روش‌های غیر مخرب، روش انعکاس ضربه هم با چالش‌هایی در شرایط میدانی خاص همراه است. در ارزیابی شرایط المان‌های بتنی به روش انعکاس ضربه باید عوامل زیر در نظر گرفته شوند:

• زمان برخورد ضربه: هر چه قطر گوی فولادی کمتر باشد، زمان برخورد کوتاه‌تر می‌شود. درنتیجه دامنه فرکانس بیشتر می‌شود. در حالت کلی فرکانس بالا به انتشار امواج P در عمق‌های کم نسبت داده می‌شود. ازاین‌رو یک گوی فولادی با قطر کوچک‌تر گزینه مناسب‌تری برای تولید فرکانس موردنیاز در اسکن عمق‌های کم است.
• فاصله مبدل تا نقطه برخورد: فاصله نقطه برخورد از مبدل باید ۲۰ تا ۵۰ درصد عمق کم‌عمق‌ترین سطح بازتاباننده باشد. اگر گیرنده در فاصله دور نسبت به نقطه برخورد قرار گیرد، شکل موج تأثیر موج S منعکس‌شده را هم به‌علاوه تأثیر موج P منعکس‌شده نشان می‌دهد.
• تست بتن تازه: نگرانی‌هایی در خصوص تست انعکاس ضربه در بتن تازه وجود دارد بااین‌حال می‌توان از روش انعکاس ضربه به‌خوبی برای سازه‌های موجود استفاده کرد.
• تأثیر محیط پیرامونی: در این روش باید توجه ویژه‌ای به محیط پیرامونی شود. اگر سختی سطح زیرین بسیار نزدیک به المان تحت آزمایش باشد، ممکن است دقت آزمایش تحت تأثیر قرار بگیرد.
• سطوح بتنی زبر: آزمایش انعکاس ضربه را نمی‌توان روی سطوح بتنی زبر انجام داد. در چنین موارد باید قبل از آزمایش سطح بتنی صاف و صیقلی گردد.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.