اختبار الموجات فوق الصوتية في الخرسانة

مدونة المهندس المدنى الخريج :  Concrete Test

اختبار الموجات فوق الصوتية في الخرسانة 

الفكرة العامة :

فى هذه الطريقة يتم إحداث نبضات عبارة عن موجات فوق صوتية لتسرى خلال الجزء المختبر ويتم تعيين زمن انتقالها حيث وجد أن سرعة النبضات خلال جسم صلب يعتمد على كثافة المادة المختبرة وخواص المرونة لها

استخدامات طريقة الموجات فوق الصوتية :   تستعمل هذه الطريقة فى مجال الخرسانة لاستنتاج الآتى:
1- قيمة مقاومة الخرسانة للضغط.

2- قياس معاير المرونة للخرسانة.
3- مدى تجانس الخرسانة.

4- اكتشاف الشروخ و الفجوات بالخرسانة.
5- تحديد درجة تلف الخرسانة.

 6- قياس عمق طبقة الخرسانة.
7- مراقبة تطور قيم مقاومة الخرسانة للضغط

شكل جهاز الموجات فوق الصوتية الشائع الاستخدام فى مجا الخرسانة.

شكل العلاقة بين سرعة الموجات ومقاومة الضغط .

طريقة إجراء الاختبار :
1 - يتطلب إجراء هذا الاختبار كفاءة عالية.
2 - استخدام أجهزة لإنتاج نبضات مناسبة مع المادة.
3- يتم ضبط الجهاز مع جزء المعايرة المرفق مع الجهاز قبل بدء الاختبار على العينة.
4 - يتم قياس المسافة التى تسيرها النبضات Path length بدقة (أى طول السير).
5  - يوضع المرسل Transmitter و المستقبل Receiver على العينة وأن يكون الاتصال تام بين سطحى المرسل و المستقبل و سطح العينة ( يستخدم لهذا الغرض الشحم أو عجينة الجلسرين أو الصابون السائل) .
6 - عند وضع المرسل و المستقبل على العينة يستمر هذا الوضع حتى تثبت القراءة وإذا تأرجحت النتائج بين قراءتين يؤخذ المتوسط.
7 - يكون الرقم معبرا عن الوقت T لسريان النبضات خلال الجزء المختبر .

8  - تكون سرعة النبضات (V) كالآتى :
V=L/T km/sec.
طول المسار المقاس L=Length
زمن انتقال الموجة T=Transit Time
9 - يستخدم منحنى المعايرة الخاص لإيجاد مقاومة ضغط المكعب المكافئ. وقد وضع هذا المنحنى على أساس اختبار مجموعة كبيرة من العينات ذات المقاومة المختلفة وتم قياس سرعة النبضات فى كل حالة . دقة النتائج تتراوح بين 20% من القيمة الفعلية لمقاومة الضغط.
وضع المرسل و المستقبل Transducers Arrangement:
توجد ثلاث طرق لوضع المرسل و المستقبل وهى :
1- فى اتجاهين متضادين (قياس مباشر Direct Transmission:) 
2- فى الجوانب المجاورة (قياس نصف مباشر Semi-direct Transmission
3- فى نفس السطح (قياس غير مباشر Indirect Transmission :  )
تستخدم الطريقة الأولى فى حالة إمكانية وضع المرسل و المستقبل بهذا الوضع و يمثل ذلك أفضل وضع . أما فى الطريقة الثانية فيتم الانتقال على طول السطح وذلك فى حالة إمكانية الوصول إلى سطح واحد فقط من العنصر المختبر . وفى هذه الحالة تكون العملية أقل كفاءة من السابق لأن أكبر طاقة تتجه إلى داخل الخرسانة.
و الطريقة الغير مباشرة لا تعطى معلومات عن الخرسانة الضعيفة والتى تكون تحت السطح القوى المتصلد كما أن تحديد طول المسار أقل دقة وقد وجد أن السرعة فى هذه الحالة أقل من الحالة المباشرة .

شكل الموجات الصوتية .

العوامل المؤثرة على النتائج

1- نسبة الرطوبة Moisture Conditions:
العينات المشبعة تعطى نتائج أعلى من العينات الجافة ( عكس اختبار مطرقة شميدت و لهذا أمكن دمج الطريقتين معا ( .
2  - درجة الحرارة Temperature :   
درجات الحرارة العادية لا تؤثر على سرعة النبضات.
3  - نوع الركام   :  Aggregate Type
يتأثر زمن انتقال النبضات بنوع الركام المستخدم و شكله و حجمة و نسبة الخلط لذلك يعمل منحنيات خاصة لكل نوع ركام على حده
 4- تأثير درجة التصلد

الخرسانة التى وصلت لدرجة تصلد يعادل 50 % من قوتها لا تؤثر على سرعة سريان الموجات.
 5- تأثير طول المسار
لا يؤثر طول المسار على نتائج قياس سرعة النبضات مع ملاحظة أن لا يكون صغيرا جدا و إلا سيكون الوسط الغير متجانس للخرسانة ذات تأثيركبير. وقد وجد أن سمك أكبر من 100 مم أو 150 مم مع استخدام ركام من 20 مم إلى 40 مم يعتبر غير مؤثر على النتائج .

6 - تأثير عمر الخرسانة Concrete Age. :
تتأثر سرعة الموجات بزيادة العمر حتى عمر 7 أيام

7- تأثير حديد التسليح Reinforcement :
يفضل تفادى حديد التسليح إذا أمكن ذلك حيث أن له تأثير فى زيادة سرعة النبضات (سرعة النبضات فى الحديد 5,9 كم/ث) .
هذا وتوجد حالتين لوضع حديد التسليح بالنسبة لخط سريان النبضات:
الحالة الأولى: أن يكون محور السيخ عمودى على مسار النبضات و فى هذه الحالة تتأثر القراءات بقطر الأسياخ التى تعترض مسارها و يتم تطبيق معامل تصحيح يعتمد على قطر الأسياخ بالخرسانة
الحالة الثانية: عندما يكون محور السيخ موازى لخط السريان فى هذه الحالة تخرج أول موجه و تتجه لتسير خلال السيخ فى المنطقة الموجود فيها. فى هذه الحالة يطبق معامل تصحيح

شكل تأثير جالة الرطوبة العينة على سرعة الموجات.

شكل : تأثير طول مسمار الموجة .

شكل تأثير عمر الخرسانة على نتائج الموجات.

إستعمالات أخرى:

فيما يلى نذكر بإيجاز بعض الاستعمالات الأخرى لجهاز الموجات فوق الصوتية فى مجال الخرسانة
1-  قياس درجة التجانس فى الخرسانة
معامل الاختلاف للسرعات (V) يعطى دلالة عن حالة تجانس الخرسانة وقد أعتبر أن معامل اختلاف مقداره 1,5 –2,5 % يدل على أن الخرسانة جيدة  .
2 - اكتشاف الشروخ و الفجوات .
 تعتمد فكرة استخدام الجهاز فى اكتشاف الشروخ و الفجوات على حقيقة أن النبضات لا تسرى فى الفراغ فتسلك الموجة مسارا أطول وعليه تختلف السرعة فزمن انتقال النبضات يزيد نتيجة لوجود الشروخ .

3 - تحديد درجة تلف الخرسانة
تستعمل الموجات فى التعرف على درجة تلف الخرسانة الناتج من تأثير حريق أو عوامل كيمائية أو ميكانيكية وذلك بتحديد سرعة الموجات بالأجزاء السليمة من العنصر الإنشائي و اعتبار أن سرعة انتقال الموجه خلال الطبقة التالفة مساويا للصفر .
4 - قياس معاير المرونة
يستعمل جهاز الموجات فوق الصوتية أيضا فى قياس معاير المرونة للخرسانة .