الاختبارات غير المتلفة للخرسانة  (Non-Destructive Testing of Concrete)

تهدف الاختبارات غير المتلفة للخرسانة إلى اختبار العضو الخرسانى دون حدوث أى تلف أو انهيار بة.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

تعتبر 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- جهاز کشف حدید التسلیح

2- مطرقة شميدت Schmidt Hammer
3- قياس سرعة النبضات Ultrasonic plus velocity

جهاز كشف الحديد في الخرسانة المسلحة

هو أداة  لتحديد موضع القضبان الفولاذية في الأماكن غير المخربة , و أيضا” لقياس تغطية البيتون و قطر القضبان.

إن طريقة القياس مبنية على مبدأ التيار الدائري مع الاستقراء الإضافي .

يستطيع الجهاز انجاز الأعمال التالية:

1- تحديد موضع قضبان فولاذ التسليح

2- تحديد تغطية البيتون

3- تخزين شخصي لقيم التغطية و إجراء التقييم الإحصائي

4- تحديد قطر قضيب فولاذ التسليح

و الجهاز مصمم لمهمات متعلقة بالاتجاه , أي يتأثر بشكل حساس بالقضبان المتوازية وفق محوره الطولي , وأقل حساسية بالنسبة للقضبان المتعامدة معه .

كيفية العمل على الجهاز  :

1- تشغيل الجهاز : عند تشغيل الجهاز تظهر شاشة المعطيات المؤقتة و المختصرة .

2-  الإدخالات  :

• إدخال رقم العملية .
• إدخال الواحدة .
• إدخال المسافة بين القضبان إذا كان التصحيح مطلوبا.

3- القياس مع الإحصاء  :

يتم تحريك الجهاز من نقطة البداية باتجاه واحد و عندما يصبح الجهاز فوق محور القضيب , حيث يقوم بإصدار صوت , و يقوم برسم فولاذ التسليح و تحديد القطر و قيمة التغطية

4-  تخزين قيم القياس :

يتم تخزين قيم القياس و ذلك لحفظ القيم التي تم قياسها و التي نراها في حقل الذاكرة.

مطرقة شميدت Schmidt Hammer

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 بو. ويستخدم رقم الارتداد هذا فى الاسترشاد عن القيمة التقريبية لمقاومة الضغط للخرسانية.

مميزات مطرقة شميدت

1-جهاز صغير الحجم يمكن استعمالو فى المواقع و حملو فى اليد.
2-يعطى نتائج سريعة لمقاومة الضغط و سهل الاستعمال.
3-لا يسبب تلف للخرسانة.
4-جهاز لا يتطلب احتياطات معقدة.
5-أرخص الأجهزة المستخدمة لهذا الغرض.
6-يتحمل العمل الشاق في جو التنفيذ مقارنة بالأجهزة الأخرى
7-سهولة معايرتو 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 لزرارالموجود 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 وضعو 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:
1-يمكن لشخص واحد استخدامو حيث أن تسجيل القراءة يتم أوتوماتيك.
2-يعتبر أسهل فى الاستخدام و يمكن الرجوع إلى التسجيل البيانى للقراءة فى أى وقت.
3-منع التلاعب أثناء استخدام الطريقة الأولى عند تدوين القراءة بواسطة شخص آخر غير الذى يقوم بأخذ القراءات.
4-نسبة الخطأ أقل من الحالة الأولى.

طريقة الاختبار وإعداد النتائج

تحدد مساحة على العضو الإنشائي فى حدود x30 03سم.
يؤخذ عدد من القراءات حوالى 15 قرائة موزعة داخل المساحة.
لا تقل المسافة بين كل قراءتين عن  2.5 سم.
يعمل كروكى للجزء المراد اختباره وتحدد عليو مواقع النقط.
لكل نقطة على حدة يحسب متوسط رقم الارتداد وتحذف القراءات الشاذة بحيث لا يزيد الفرق بين أى رقم ارتداد و المتوسط عن 1وحدات ويعتبر رقم الارتداد مقبول إذا كان ثلثى القراءات لا تنحرف عن المتوسط بمقدار = 2.5 وحدة.
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.

الموجات فوق الصوتية Ultrasonic pulse velocity

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. -6قياس عمق طبقة الخرسانة
6-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 بدقة.
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 الموجةT=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 %53من 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 مباشرIndirect 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 تتجو 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

– نسبة الرطوبة Moisture Conditions
العينات المشبعة تعطى نتائج أعلى من العينات الجافة ( عكس اختبار مطرقة شميدت و لهذا أمكن دمج الطريقتين معا).
– درجة الحرارة Temperature
درجات الحرارة العادية لا تؤثر على سرعة النبضات.
– نوع الركام Aggregate Type
يتأثر زمن انتقال النبضات بنوع الركام المستخدم و شكلة و حجمة و نسبة الخلط لذلك يعمل منحنيات خاصة لكل نوع ركام على حده.
– تأثير درجة التصلد
الخرسانة التى وصلت لدرجة تصلد يعادل % 13من قوتها لا تؤثر على سرعة سريان الموجات.
– 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.
– تأثير عمر الخرسانة Concrete Age

تتأثر سرعة الموجات بزيادة العمر حتى عمر 7 أيام.
– تأثير حديد التسليح Reinforcement
يفضل تفادى حديد التسليح إذا أمكن ذلك حيث أن لو تأثير فى زيادة سرعة النبضات (سرعة النبضات فى الحديد 1,9كم/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 موجة و تتجة لتسير خلال السيخ فى المنطقة الموجود فيها. فى ىذه 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 وعليو 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 الموجو خلال الطبقة التالفة مساويا للصفر.
– قياس معاير المرونة
يستعمل جهاز الموجات فوق الصوتية أيضا فى قياس معاير المرونة للخرسانة.