آزمایش های اولتراسونیک بتن

سرعت پالس التراسونیک (UPV) یک روش غیر مخرب (NDT) برای کنترل کیفیت مواد بتنی و شناسایی آسیب در اجزای سازه ­ای می­باشد. با استفاده از آزمایش اولتراسونیک بتن می­توان پارامترهای مختلف از قبیل؛ سرعت صوت در بتن، همگنی و یکنواختی بتن، عمق ترک، مقاومت فشاری و مدول الاستسیته را اندازه ­گیری نمود. روش این آزمون بر اساس استاندارد BS-1881-Part-203 با عنوان روش اندازه گیری سرعت صوت داخل بتن می باشد.

برای بررسی فضاهای خالی داخل بتن از Array Transducer با 8 کانال استفاده می شود. روش انجام آزمایش بدین صورت است که هر یک از کانال ­ها موجی با فرکانس معین را ارسال نموده و ۷ کانال دیگر موج برگشتی را دریافت می­کنند. بدین روش تعداد 7 نمودار A-Scan تولید می­شود. در نهایت با توجه به این که 8 کانال وجود دارد تعداد 56 نمودار A-Scan تولید می­شود که از روی این نمودارها، نمودار B-Scan حاصل شده و فضای داخل بتن بررسی می­گردد.

برای اندازه­ گیری مقاومت فشاری بتن با استفاده از دستگاه التراسونیک و سرعت امواج در بتن، پراب فرستنده و گیرنده در فاصله مشخصی روی بتن قرار گرفته و زمان عبور امواج از داخل بتن اندازه گیری و سرعت امواج در بتن محاسبه می گردد. براساس ارتباط بین سرعت امواج در بتن و مقاومت فشاری بتن که توسط دانشمندان مختلف بدست آمده می توان مقاومت فشاری بتن را تعیین نمود.

برای اندازه ­گیری عمق ترک در بتن با استفاده از روش التراسونیک، پس از انجام تنظیمات اولیه دستگاه از قبیل فرکانس پالس، ولتاژ پالس، فاصله از محل ترک و غیره، دو پراب فرستنده و گیرنده در دو طرف ترک قرار داده شده و امواج از پراب فرستنده به پراب گیرنده ارسال می­گردد و زمان و سرعت عبور امواج ثبت می­شود. پس از آن فاصله پراب فرستنده و گیرنده افزایش یافته و فرایند ارسال امواج و ثبت زمان و سرعت تکرار می­گردد. پس از ثبت داده های اولیه و با توجه به خواص فیزیکی بتن، سرعت عبور امواج و زمان عبور امواج و با استفاده از روابط هندسی مقدار عمق ترک با دقت ۱ میلیمتر محاسبه می­گردد. پراب های فرستنده و گیرنده می­بایست کاملاً با سطح بتن تماس داشته باشند و در غیر این صورت هوای محبوس بین مبدل و بتن ممکن است باعث ایجاد خطا در اندازه ­گیری ­ها شود. بدین منظور از ژل مخصوص می شود.

شرکت دانش بتن امیرکبیر با استفاده از تجهیزات به روز اروپایی، اقدام به ارائه خدمات التراسونیک بتن در پروژه های متعددی از جمله پروژه راه آهن سریع السیر تهران- قم- اصفهان، پروژه ایران مال، پروژه آب شیرین کن خلیج فارس و… نموده است. 

بتن های توانمد و فوق توانمند

بتن توانمند (High Performance Concrete) با همان مواد و مصالح بتن معمولی ساخته می شود، اما نسبتها به گونه ای طراحی یا مهندسی می شوند که تامین کننده الزامات مقاومت (مقاومت بالاتر از ۵۰ مگاپاسکال) و دوامی مورد نظر باشند. راهکارهای تولید بتن توانمند شامل افزایش مقاومت خمیر سیمان، افزایش مقاومت ناحیه انتقال، افزایش مقاومت سنگدانه می باشد. بتن فوق توانمند (Ultra High Performance Concrete) بتن ساخته شده از مواد سیمانی با حداقل مقاومت فشاری 150 مگاپاسکال می باشد.

بهره­گیری از بتن­هاي با مقاومت و عملکرد بالا در ساخت سازه­هاي بتنی در حقیقت به منزله استفاده بهینه از مصالح ساخت بتن و همچنین بکارگیری پتانسیل­ها و ظرفیت­هاي این ماده می باشد. بتن توانمند (HPC) به بتنی گفته می­شود که مقاومت فشاري بیش از ۵۰ مگاپاسکال و خصوصیات ویژه­ای نظیر کارایی و دوام بالا، داشته باشد.

در مدّت 30 سال گذشته، عموماً از بتن توانمند برای ساخت سازه های بتن آرمه 30 طبقه به بالا استفاده شده است. اگر در ساختمان های بلند از بتن معمولی استفاده شود، ابعاد ستون ها در طبقات پایین بسیار بزرگ شده و از مساحت مفید ساختمان به شدت کاسته می شود. در  ارتفاع بالایی ساختمان، ستون ها با بتن معمولی (MPa 35-30) ساخته می شوند. امّا چنانچه در  پایین ساختمان، ستون ها با بتن معمولی ساخته شوند، ابعاد ستون ها بسیار بزرگ خواهد شد.

آغاز استفاده از بتن های مقاومت بالا، ساخت برج Lake Point در سال 1965 در شیکاگو با استفاده از بتن با مقاومت فشاری MPa50  بوده است. برج 79 طبقه Water Tower Place  در شیکاگو با بتنی با مقاومت فشاری حدود MPa 65 در سال های 1974 تا 1976 ساخته شد. ساختمان Scotia Plaza در تورونتو و ساختمان Tow Union Square در سیاتل به ترتیب با بتن هایی با مقاومت فشاری حدود MPa  85 و MPa 120 ساخته شده اند. برای ساختن چنین بتن هایی (بتن های مقاومت بالا) نسبت آب به مواد سیمانی (w/cm) به 0.4 محدود شده و از فوق روان کننده ها برای افزایش کارایی بتن استفاده می شود. روانی بالای بتن بدون جداشدگی، عاملی دیگر در افزایش استفاده از مواد افزودنی (مواد اصلاح کننده ویسکوزیته) در بتن های ساختمان های بلند است. جداشدگی بتن های با اسلامپ بالا می تواند با استفاده از مواد جایگزین سیمان مانند خاکستر بادی، پودر سنگ آهک، روباره ی کوره ی آهنگدازی و دوده ی سیلیس نیز بهبود یابد. استفاده از این مواد می تواند به ساخت بتنی با قابلیت پمپ و ریختن مناسب کمک کرده و باعث کاهش هزینه های پروژه شود.

برای تولید بتنی با مقاومت بیش از MPa ۵۰، نیاز به کنترل کیفیت دقیق تر و همچنین دقت بیش تر در انتخاب مصالح و نسبت های آن (روان کننده ها،  مواد افزودنی معدنی، نوع و اندازه سنگدانه ها و…) نسبت به بتن معمولی است. از این رو برای تمایز این نوع بتن ها، که دارای مقاومت فشاری بیش از MPa 40 هستند، در مقایسه با بتن های معمولی، آنها را بتن های مقاومت بالا می نامند.

تاکنون بیشترین استفاده از بتن مقاومت بالا در ایالات متحده، محدود به مناطق شیکاگو، نیویورک و هوستون بوده است. از شروع سال 1965، پس از ساخت بتن با مقاومت MPa 52 برای ستون های برج کناره ی دریاچه در منطقه ی شیکاگو، ساختمان های بلند متعددی با بتن مقاومت بالا ساخته شده است. از سال 1972، برای ساخت ساختمان های تجاری بیش از 50 طبقه، استفاده از بتن با مقاومت MPa 60 عمومیت پیدا کرد. می توان ادعا کرد که با استفاده از مقاومت زیاد می توان ابعاد ستون ها را به حداقل رسانیده و در نتیجه زیبایی آنها نیز تأمین کرد.