آزمایش التراسونیک بتن، یکی از تست‌های غیر مخرب ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی بتن می‌باشد که نتایج ارزشمندی را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. از جمله با استفاده از این آزمایش،می‌توان مدول الاستیسیته و موقعیت حفره‌های موجود در سطح بتن را تعیین کرد. دستگاه‌های متنوعی برای آزمایش التراسونیک بتن وجود دارد. برخی از این دستگاه‌ها، شکل موج را نمایش می‌دهند که می‌توان براساس آن به ساختار بتن پی برد.

امروزه دستگاه های التراسونیک در کلیه بخش های زندگی مدرن به جهت باز بینی، بازرسی و کنترل اجسام لوازم، تولیدات صنعتی و حتی در علوم پزشکی کاربرد پیدا کرده است. این دستگاه ها همانطور که از اسمشان پیداست با استفاده از امواج مافوق صوت کار کرده و اصول فنی کلیه این دستگاه ها در تشخیص مورد نظر اندازه گیری سرعت موج ارسال در طولی مشخص می باشد. در ادامه در باره نحوه تست التراسونیک و کاربر آن توضیح داده شده است.

همانطور که می دانیم سرعت صوت نسبت مستقیم با دانسیته و چگای اجسام دارد بطور مثال سرعت صوت در هوا ۳۳۱ متر بر ثانیه می باشد. اما همین صوت سرتش در آب تقریباً ۳/۴ برابر سرعت آن در هوا و در حدود ۱۴۸۴ متر بر ثانیه می باشد و همین صوت در فلزی مانند آهن سرعتی در حدود پانزده برابر سرعت آن در هوا و تقریباً ۵۲۱۰ متر بر ثانیه خواهد بود بنابراین با بهره گیری از سرعت موج ارسالی از سوی دستگاه می توان پی به میزان دانسیته و چگالی جسم مورد نظر برد از این رو می توان با ارسال موج صوتی در داخل بتن میزان چگال و یا دانسیته بتن اجراء شده را حدس زد.

متخصصین علم مواد با بررسی روابط مابین مدول الاستیسیته و مقاومت بتن به وجود روابط مابین مقاومت و میزان دانسیته و چگالی بتن برده اند. در سراسر دنیا دانشمندان با انجام آزمایشات متعدد و تحقیقات در این زمینه توانسته اند به مدل و رابطه ای مابین سرعت موج عبوری در بتن و مقاومت فشاری آن بدست آوردند و بصورت نموداری آن را نشان دهند.

در این رابطه چندین موسسه و محقق از اقصی نقاط جهان بر روی نمونه های متعددی از بتن با مقاومت های مختلف و طول عمر مختلف و حتی نمونه های مرطوب و خشک در آب و هوای متفاوت آزمایشاتی بعمل آورده اند که ماحصل آن نمودار زیر می باشد.

کاربردهای آزمایش التراسونیک بتن :
هدف از انجام آزمایش التراسونیک بتن، اساساً اندازه گیری سرعت پالس های ارتعاش طولی است که از بتن عبور می کنند. بنابراین این آزمایش بتن با اهداف زیر انجام می‌شود:

• همگن بودن بتن
• شناسایی درزه، حفره
• تغییراتی که در طول زمان در ساختار بتن شکل گرفته است.
• تعیین کیفیت بتن بر اساس استانداردهای مورد نیاز
• مقایسه کیفیت یک المان بتن در مقایسه با المان‌های دیگر
• تعیین مدول الاستیک بتن

بنابراین آزمایش التراسونیک بتن ( تست التراسونیک ) جزء آزمایشات کارگاهی غیر مخرب ( ان دی تی ) محسوب می گردد. دستگاهی که بدین منظور توسط این شرکت مورد استفاده قرار می گیرد دستگاه التراسونیک متست می باشد. این دستگاه ساخت ایتالیا بوده و شرکت متست یکی از معتبرترین شرکت های تولید کننده دستگاه های آزمایش غیر مخرب در دنیا می باشد و دستگاه فوق آخرین محصول کمپانی در این خصوص می باشد

این دستگاه از دو قسمت پراب پیزو الکتریکی ۵۵ کیلو هرتز با دو خروجی برای اتصال به اسیلوسکوپ می باشد. همانطور که اشاره شد کارکرد این دستگاه بر اساس ارسال موج صوتی در داخل بتن می باشد و با استفاده از اندازه گیری مدت زمان ارسال موج در داخل بتن و مسافت طی شده سرعت ارسال موج اندازه گیری می شود

محدوده اندازه گیری مدت زمال ارسال پالس صوتی از صفر تا ۳۰۰۰ میکرو ثانیه و با دقت ۰٫۱ میکرو ثانیه می باشد دامنه ضربان آن ۲۵۰-۱۰۰۰ و توانایی ثبت ۳۰۰۰ داده را دارد. از محدودیت های این دستگاه اندازه گیری المان های بتنی با قطر کمتر از ۱۸۰ سانتیمتر می باشد. از مزایای این دستگاه تشخیص ترک در داخل بتن یا وجود فضای خالی و حفره در آن می باشد همچنین این دستگاه دارای استانداردهای زیر است :

EN12504/BS1881/ASTM C597/Part4/UNE/NF/UNI

انواع مختلفی از آزمون های غیرمخرب وجود دارند که یکی از مهمترین آن ها بالاخص در قسمت های جوشکاری شده سازه ها، تست التراسونیک (UT) است. تست التراسونیک یا آزمون فراصوت جزو آزمون های غیر مخربی است که در بازرسی انواع قطعات به خصوص برای تست جوش قطعات جوش کاری شده بسیار پرکاربرد است. این آزمون می تواند عیوب را تا عمق ۵ متر در فولاد ها نشان دهد و درصد نفوذ و حساسیت آن در آشکارسازی عیوب صفحه ای و بحرانی نسبت به آزمون رادیوگرافی بسیار بالاتر است

روش های مختلفی برای انجام آزمایش التراسونیک وجود دارد که عبارت اند از:

• روش مستقیم
• روش نیمه مستقیم
• روش غیر مسقیم

به طور کلی روش مستقیم از دقت بیشتری نسبت به سایر روش ها برخوردار است و جواب های آن قابل اطمینان تر می باشد.

روش مستقیم

روش نیمه مستقیم

Indirect surface روش غیر مستقیم
استاندارد E3044M / E3044 به بررسی و تست التراسونیک اتصالات فیوژن لب به لب لوله های پلی اتیلن می پردازد. در نهایت بایستی اعلام کرد این گزارش در یک قالب ساده و قابل فهم برای همگان حتی غیرمتخصصین به همراه جداول، نمودارها، اعداد و گرافها ارائه شده است. تست التراسونیک بتن در واقع یک آزمایش غیر مخرب برای ارزیابی کیفیت و یکپارچگی بتن است

با استفاده از تست اولتراسونیک بتن، موارد زیر را می توان ارزیابی کرد:

. ارزیابی کیفیت بتن
. تشخیص یکنواختی یا غیر یکنواختی بتن
. تشخیص ترک های داخل بتن
. اندازه گیری مقاومت فشاری بتن

تست التراسونیک شامل اندازه گیری زمان سفر پالس های التراسونیک در بتن است

سرعت پالس ، با طول مسیر ( فاصله ی دو پروپ) و زمان ارسال پالس محاسبه می شود.

(V = L / T )

سرعت پالس التراسونیک در بتن ممکن است تحت تاثیر موارد زیر قرار گیرد :

• فاصله ی بین دو پروپ ( عرض مقطع بتنی )
• وجود فولاد تقویتی در مقطع بتن
• وجود رطوبت در بتن مورد آزمایش

به طور کلی برای تست التراسونیک یک مقطع، زمان بیشتر سفر پالس ها نشان از کیفیت پایین بتن است در حالی که اگر پالس ها از این مقطع بتنی در زمان کمتری سفر کنند ، کیفیت بتن بالا تر است.

سطح تماس بتن با پروپ های دستگاه التراسونیک
در هنگام انجام تست التراسونیک بتن ، میبایست پروپ های دستگاه به طور کامل با سطح بتن در تماس باشند و حتی کوچکترین خلاء بین سطح بتن و پروپ های دستگاه التراسونیک موجب ایجاد خطا در نتیجه ی آزمایش می شوند.

به همین منظور برای ایجاد تماس کامل بین پروپ های دستگاه التراسونیک و سطح بتن مورد نظر، می بایست قبل از انجام آزمایش از مواد مخصوص استفاده کرد .

برای انجام یک آزمایش التراسونیک ایده آل باید سطح بتن قیل از انجام آزمایش به خوبی تمیز شود بهترین روش تست التراسونیک ،روش مستقیم است با این حال با توجه به شرایط آزمایش در مواردی مجبور به انجام تست التراسونیک به صورت نیمه مستقیم و غیر مستقیم میشویم.

یکی از نکات بسیار مهم که باید در آزمایش التراسونیک بتن به آن دقت کرد کالیبره بودن دستگاه می باشد.

دستگاه های التراسونیک باید در دو مرحله کالیبره شوند

در مرحله اول دو پراپ دستگاه رو با یکدیگر تماس داده و در این حالت دستگاه باید زمان ارسال موج را 0 نشان دهد.

در مرحله دوم دستگاه رابط کاربری خود را با عنوان نمونه ای از آن که قبل از موعد ارسال کنید، نمایش داده می شود.

عوامل موثر بر آزمایش التراسونیک بتن
به طور کلی چهار عامل مهم وجود دارد که می‌توانند باعث تغییر در نتایج آزمایش التراسونیک بتن شوند. بنابراین  باید در هر آزمایش بتن، این چهار پارامتر را مدنظر داشت:

• رطوبت: رطوبت بر سرعت پالس تاثیر گذاشته و باعث خطا در تخمین مقاومت بتن می‌شود. شرایط هیدراتاسیون و وجود آب در حفره‌های موجود در سطح بتن، باعث می‌شود که بین یک المان با المان دیگری از همان بتن که هیدراته است، سرعت پالس اختلاف قابل توجه‌ای داشته باشد. لذا می بایست حتما در انجام آزمایش التراسونیک بتن، شرایط حفره ها و رطوبت را بررسی کرد.
• دما: شرایط دمایی بتن اشباع و خشک می‌تواند تا چندین درصد نتایج آزمایش بتن را با خطا همراه سازد. به طور مثال در دمای 60 درجه سلسیوس، سرعت پالس اندازه گیری شده در بتن اشباع نزدیک به  درصد بیشتر از مقدار واقعی تخمین زده خواهد شد.
• طول و شکل سازه بتنی: با توجه به اینکه بتن ذاتا ناهمگن است، لذا طول مسیر می‌بایست به اندازه کافی بزرگ باشد تا از بروز از هر گونه خطایی به دلیل ناهمگونی جلوگیری شود. در آزمایش‌های میدانی این امر مشکلی به وجود نمی‌آورد زیرا معمولا اندازه گیری پالس سرعت بر روی المان‌های بتی ضخیم انجام می‌شود. اما در تست‌های آزمایشگاهی که از نمونه‌های کوچکتر استفاده می‌شود باید تاثیر این عامل مورد توجه قرار گیرد. همچنین باید توجه داشت که شکل و اندازه المان بتنی بر روی نتیجه تاثیر نمی گذارد مگر اینکه ابعاد جانبی آن از مقدار خاصی کمتر باشد.
• المان های تقویتی: سرعت اندازه گیری شده به وسیله آزمایش التراسونیک بتن در نزدیکی المان های تقویتی موجود در ساختار بتن مسلح معمولا بیشتر از بتن ساده با همان ترکیبات می‌باشد. دلیل این امر این نکته است که سرعت پالس در فولاد 2/1 تا 9/1 برابر بیشتر از سرعت در بتن ساده است. بنابراین تعداد، قطر و جهت گیری میله های فولادی موجود در بتن مسلح می‌تواند بر سرعت پالس تاثیر بگذارد.

دستگاه آزمایش التراسونیک بتن
دستگاه‌های متنوعی برای انجام آزمایش التراسونیک بتن وجود دارد. اکثر دستگاه‌های موجود، دارای یک گوشی هستند که از آن برای دریافت و ارسال امواج استفاده می‌شود. البته نمونه‌های دیگری از دستگاه‌های آزمایش التراسونیک بتن وجود دارد که دارای دو گوشی مجزا برای ارسال و دریافت امواج می‌باشند.

بعضی از نمونه های پیشرفته این دستگاه ضد آب بوده و برای ارزیابی سازهای موجود در زیر سطح آب می‌توان از آنها استفاده کرد. علاوه بر این بعضی از دستگاه‌های آزمایش التراسونیک بتن، از قابلیت نمایش شکل موج را برخوردار می‌باشند. اهمیت این نکته در این است که با استفاده از شکل موج و تحلیل‌های مربوطه می‌توان به خصوصیات مواد پی برد. با استفاده از نمونه های پیشرفته این دستگاه می‌توان محل حفره‌ها و درزه‌های موجود در ساختار بتن را مشخص کرد و یک تخمین کلی از ساختار بتن بدست آورد.