الاختبارات غير المتلفة للخرسان ( 1 )

الاختبارات غير المتلفة للخرسانة Non-Destructive Jesting of Concrete الهدف والمجال : تهدف الاختبارات غير المتلفة للخرسانة إلى اختبار العضو الخرسانى دون حدوث أى تلف أو انهيار به. تطبيقات الاختبارات غير المتلفة : *أختبار مقاومة الضغط للخرسانة المتصلدة. *اختبار صلادة السطح. *تحديد أماكن حديد التسليح. *كشف الشروخ الداخلية و تحديد أماكنها و أتساعها. *تعيين محتوى الرطوبة. *تعيين الكثافة. *قياس معاير المرونة للخرسانة. وتعتبر الاختبارات غير المتلفة من أهم الاختبارات التى تساعد المهندس الإنشائي فى كتابة تقرير هندسى عن حالة مبنى قائم. أسباب اللجوء لهذه الاختبارات: *في حالة عدم إجراء اختبارات مقاومة الضغط للخرسانة. *عند وجود مشكلة بالمنشأ مثل ظهور شروخ وتصدعات. *عدم التزام المقاول ببعض التعليمات مثل فك الشدات المبكر و الصب دون إشراف هندسى. *عدم قيام المقاول بإتمام أعمال المعالجة للخرسانة. *عند الشك فى نوع الأسمنت المستخدم. *ورود نتائج اختبارات مقاومة الضغط غير مطابقة للمقاومة المطلوبة وقد يكون ذلك نتيجة ضعف الخرسانة أو نتيجة لعدم الاهتمام بعمل المكعبات الخرسانية او نتيجة أسباب أخرى. أهم الأجهزة الشائعة الاستعمال فى مجال اختبارات الخرسانة: 1- مطرقة شميدت Schmidt Hammer ) ) 2- قياس سرعة النبضات ( Ultrasonic plus velocity) 3- القلب الخرسانى (نصف متلفCore Test ) 4- اختبار التحميل للعناصر الإنشائية ( Load Test ) اولا - مطرقة شميدت SchmidHammer )) تستخدم مطرقة شميدت لتعيين رقم الارتداد Rebound Number حيث يعتمد عمل الجهاز على النظرية التى تنص على أن قوة ارتداد كتلة مرنة يعتمد على قوة السطح الذى تصطدم به. ويستخدم رقم الارتداد هذا فى الاسترشاد عن القيمة التقريبية لمقاومة الضغط للخرسانية. مميزات مطرقة شميدت: -جهاز صغير الحجم يمكن استعماله فى المواقع و حمله فى اليد. -يعطى نتائج سريعة لمقاومة الضغط و سهل الاستعمال. -لا يسبب تلف للخرسانة. - جهاز لا يتطلب احتياطات معقدة. -أرخص الأجهزة المستخدمة لهذا الغرض. - يتحمل العمل الشاق في جو التنفيذ مقارنة بالأجهزة الأخرى -سهولة معايرته من وقت لآخر. طريقة عمل الجهاز: بالضغط الخفيف على زرار بالجهاز تخرج الرأس المتحرك plunger. يوضع الجهاز عموديا على المكان المراد اختباره ثم يضغط الجهاز فتنزلق الرأس إلى داخل لجهاز وقبل اختفائها ينفك الشاكوش ويحدث طرقة على الرأس (صدمة( عند حدوث الصدمة يجب أن يكون الجهاز عموديا تماما على السطح المختبر و لا يلمس الزرار Button الموجود على الجهاز. عند الاصتدام يرتد الشاكوش الطارق بمقدار يتناسب مع صلادة السطح المختبر محركا مؤشر يتحرك على مقياس لتعيين قيمة الارتداد. ينقل الجهاز إلى نقطة أخرى و تكرر العملية . بعد انتهاء العمل يعاد الجهاز إلى وضعه الأصلى بجعل الرأس داخل الجهاز. أنواع الأجهزة: تختلف الأجهزة من حيث قراءة رقم الارتداد إلى نوعين أ-أجهزة تقرأ النتيجة على تدرج بجسم الجهاز. ب-أجهزة مزودة بأداء تسجيل للقراءة على شريط ورقى. يفضل النوع الثانى للأسباب الآتية: -يمكن لشخص واحد استخدامه حيث أن تسجيل القراءة يتم أوتوماتيك. -يعتبر أسهل فى الاستخدام و يمكن الرجوع إلى التسجيل البيانى للقراءة فى أى وقت. -منع التلاعب أثناء استخدام الطريقة الأولى عند تدوين القراءة بواسطة شخص آخر غير الذى يقوم بأخذ القراءات. -نسبة الخطأ أقل من الحالة الأولى. طريقة الاختبار وإعداد النتائج: تحدد مساحة على العضو الإنشائي فى حدود 30x30 سم. يؤخذ عدد من القراءات حوالى 15 قراءة موزعة داخل المساحة. لا تقل المسافة بين كل قراءتين عن 2,5 سم. يعمل كروكى للجزء المراد اختباره وتحدد عليه مواقع النقط. لكل نقطة على حدة يحسب متوسط رقم الارتداد وتحذف القراءات الشاذة بحيث لا يزيد الفرق بين أى رقم ارتداد و المتوسط عن 5 وحدات ويعتبر رقم الارتداد مقبول إذا كان ثلثى القراءات لا تنحرف عن المتوسط بمقدار =2,5 وحدة. يتم تحويل رقم الارتداد المتوسط الخاص بكل نقطة إلى مقاومة ضغط نيوتين/مم2 أو كج/سم2 لا يزيد معامل الاختلاف لمفردات مقاومة الضغط عن 15%. زاوية ميل الجهاز: تمت معايرة هذه الأجهزة على الوضع الأفقى أى لاختبار أسطح رأسية مثل الحوائط و الأعمدة وبذلك أعتبرت زاوية ميل الجهاز بالنسبة للمستوى الأفقى 0=a يمكن أستخدام الجهاز للأسطح المائله بزاوية 45 a=+-45 أوفى الوضع رأسيا لاختبار الأسقف a=+90 أو الأرضيات وفى هذه الحالة a=-90 يتم تصحيح القراءات طبقا للمنحنيات المناسبة فى حالة الزوايا الموجبة يتم التصحيح بطرح بعض القيم من قراءة المؤشر نتيجة تأثير الجاذبية الأرضية أما فى حالة الزوايا السالبة فيتم التصحيح بإضافة بعض القيم إلى قراءة المؤشر. احتياطات عامة عند إجراء الاختبار: أن يكون الجهاز المستخدم معاير قبل الاستخدام. يكون السطح المختبر نظيف خالى من التعشيش أو المسامية. يكون السطح خالى من النتؤات وبعيد عن أماكن أعمال الخرسانة. تنظف الأسطح المختبرة باحجار الكاربورندوم المزودة مع الجهاز. لا توضع مقدمة الجهاز على زلط أو حديد تسليح فى الخرسانة المتصلدة. تزال أى مونة أو طبقات بياض قبل إجراء الاختبار و ينظف مكان أخذ القراءات. فى حالة الأسطح الأفقية تزال طبقة الخرسانة الضعيفة (الجزء الزائد بالماء نتيجة النضح. فى حالة الخرسانة القديمة يتم إزالة السطح المتصلد لمسافة واحد سنتيمتر بواسطة صاروخ يدوى ذو قرص حوالى 12,5 سم حيث أن هذه الطبقة لا تمثل الخرسانة . -حيث أن الخرسانة تكون أكثر دمكا فى الأجزاء السفلية من العضو الإنشائي فيتم أختبار النقط فى المناطق العلوية. - يفضل استخدام الأسطح الرأسية لإجراء الاختبارات –أعمدة-حوائط خرسانية-جوانب كمرات-جوانب قواعد. -فى حالة الأعضاء النحيفة (أسقف 10سم-أعمدة 15سم) تؤخذ احتياطات خاصة حيث أن مرونة هذه الأعضاء قد تؤثر على رقم الارتداد. -الأسطح المبللة: قد نضطر إلى استخدام الجهاز فى حالة الأسطح المبللة وذلك فى الأماكن القريبة من مصادر المياه مثل دورات المياه) وفى المنشآت المائية وكذلك فى أحواض السباحة . وفى هذه الحالة فان المطرقة تعطى نتائج مضللة تقل بحوالى 30% عن القيمة الحقيقية . ولذلك تستخدم جداول خاصة بالتصحيح (أو إجراء اختبارى مطرقة شميدت وسرعة النبضات معا ) معايرة الجهاز: يتم معايرة الجهاز فى الحالات الأتية : -عند تغيير نوع الركام المستخدم (دولوميت-بازلت-جرانيت-حجر جيرى(. -يتم معايرة الجهاز كل 2000 صدمة على الأكثر. -كل فترة زمنية وعند ترك الجهاز مدة دون استعمال. -بعد عمل أى صيانة للجهاز. مصادر الأخطاء: -استخدام ركام مختلف. -الأجزاء النحيفة. -وجود فراغات وتعشيش. -الخرسانة الرطبة حديثة الصب سطحها أقل صلادة من داخلها ( رقم ارتداد أقل من الحقيقة(. -الخرسانة الجافة القديمة سطحها أكثر صلادة من داخلها ويكون رقم الارتداد أكبر من حقيقته. الموجات فوق الصوتية Ultrasonic pulse velocity )) 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 Ultrasonic Method 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. *طريقة إجراء الاختبار Method of Testing 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 : فى اتجاهين متضادين (قياس مباشر ) Direct Transmission فى الجوانب المجاورة (قياس نصف مباشر ) Semi-direct Transmission 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 . 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 تأثير كبير. 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 النبضات0 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. استعمالات أخرى : فيما يلى نذكر بإيجاز بعض الاستعمالات الأخرى لجهاز الموجات فوق الصوتية فى مجال الخرسانة - 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 . - 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 . - 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. - قياس معاير المرونة يستعمل جهاز الموجات فوق الصوتية أيضا فى قياس معاير المرونة للخرسانة.