Kiểm tra vận tốc xung siêu âm (UPV) trên bê tông là một phương pháp đáng tin cậy, không phá hủy để đánh giá chất lượng và độ bền của bê tông. Trong phương pháp này, một xung siêu âm được truyền qua bê tông. Vận tốc được đo để phát hiện sự thay đổi về mật độ và cường độ. Kiểm tra UPV rất hữu ích để xác định các vết nứt, lỗ rỗng và các khuyết tật khác trong cấu trúc bê tông. Nó giúp đánh giá tính toàn vẹn cấu trúc mà không làm hư hại vật liệu. Người ta thường gọi kỹ thuật này là kiểm tra UPV, hoặc kiểm tra UPV trên bê tông. Máy kiểm tra UPV chuyên dụng cho kết quả chính xác và nhanh chóng. Các ngành công nghiệp ưa chuộng kiểm tra UPV vì hiệu quả, tiết kiệm chi phí và độ chính xác trong việc đánh giá tình trạng bê tông.

Ý nghĩa của phương pháp đo vận tốc xung siêu âm (thử nghiệm UPV)

Thử nghiệm vận tốc xung siêu âm, hay thử nghiệm UPV, là một ví dụ về thử nghiệm bê tông không phá hủy. Nói chung, bê tông đã đông cứng được tiến hành  thử nghiệm không phá hủy (NDT)  và  thử nghiệm phá hủy (DT) .  Bê tông  là vật liệu xây dựng lâu đời nhất và quan trọng nhất trên thế giới. Do đó,  thử nghiệm bê tông  rất quan trọng để đánh giá độ ổn định, độ bền, độ chắc chắn và tình trạng của các công trình.

Kiểm tra không phá hủy bê tông  là một phương pháp phân tích cấu trúc bê tông mà không gây hư hại. Điều này giúp đảm bảo chất lượng và tình trạng kết cấu. Cường độ của bê tông cũng bị ảnh hưởng bởi nhiều đặc tính khác nhau, bao gồm độ cứng, mật độ, điều kiện bảo dưỡng, chất lượng thành phần,  khả năng thi công  và  tỷ lệ nước/xi măng,  v.v.

Kiểm tra vận tốc xung siêu âm (UPV Test) là gì?

Phương pháp kiểm tra bê tông hiệu quả và nhanh nhất là sử dụng phương pháp kiểm tra vận tốc xung siêu âm, hay còn gọi là kiểm tra UPV. Kiểm tra UPV đánh giá chất lượng bê tông bằng cách đo thời gian truyền của sóng xung siêu âm. Tần số của sóng 

xung siêu âm phải nằm trong khoảng 50–55 kHz. Máy tạo xung của thiết bị kiểm tra UPV tạo ra các xung, truyền qua bê tông. Bằng cách theo dõi khoảng cách và thời gian truyền, hệ thống xác định vận tốc xung. Vận tốc càng cao cho thấy mật độ và mô đun đàn hồi của bê tông càng lớn.

Các vết nứt  và khuyết tật trong kết cấu được phát hiện bằng phương pháp kiểm tra UPV. Sự thay đổi đáng kể về giá trị vận tốc xung cho thấy bê tông bị vỡ và xuống cấp. Mật độ bê tông và vận tốc sóng có mối liên hệ với nhau. Do đó, thử nghiệm này có tiềm năng rất lớn trong việc đánh giá chất lượng bê tông.

Máy kiểm tra vận tốc xung siêu âm

Máy  đo vận tốc xung siêu âm (UPV)  là tên gọi của loại thiết bị dùng để đo vận tốc xung siêu âm. Máy đo vận tốc xung siêu âm bao gồm các phụ kiện sau:

  • Máy phát xung điện
  • Cặp đầu dò  (đầu cảm biến)
  • Bộ khuếch đại
  • Thiết bị định thời điện tử

Nguyên lý của phương pháp kiểm tra vận tốc xung siêu âm

Máy phát xung điện sẽ gửi các xung điện qua bộ chuyển đổi của máy kiểm tra UPV. Xung điện tạo ra nhiều phản xạ khi đi qua bề mặt bê tông. Bạn có thể tính toán vận tốc xung bằng công thức được hiển thị bên dưới.

Tốc độ xung, V = L/T

trong đó L là khoảng cách di chuyển, T là thời gian để bộ thu nhận được xung.

Hình dạng hình học của vật liệu không liên quan đến thử nghiệm UPV. Cường độ bê tông tốt hơn thường đi kèm với vận tốc cao hơn, và ngược lại. Một trong những thử nghiệm động đối với bê tông là thử nghiệm vận tốc xung siêu âm.

Mục tiêu của các xét nghiệm UPV

Các mục tiêu chính của phép thử vận ​​tốc xung siêu âm hoặc phép thử UPV là:

  • Để tìm hiểu về tính đồng nhất của bê tông.
  • Xác định sự hiện diện của các vết nứt, lỗ hổng và khuyết điểm. 
  • Để tính toán mô đun đàn hồi của bê tông. 
  • Đánh giá chất lượng bê tông so với các yêu cầu tiêu chuẩn. 
  • Để xác định tuổi của bê tông. 

Các yếu tố ảnh hưởng đến kiểm tra vận tốc xung siêu âm

Thử nghiệm UPV phát hiện các vết nứt và hỗ trợ trong việc phát triển kết cấu. Tuy nhiên, một số yếu tố ảnh hưởng đến cách hệ thống đo vận tốc xung. Do đó, các kỹ sư thường không thể ước tính cường độ nén từ vận tốc xung. Sau đây là các yếu tố ảnh hưởng đến thử nghiệm UPV.

  • Sự hiện diện của sự gia cố
  • Hàm lượng nước
  • Tỷ lệ pha trộn
  • Nhiệt độ của bê tông
  • Thời đại bê tông
  • Mức độ ứng suất của bê tông

Quy trình kiểm tra vận tốc xung siêu âm

Các loại đầu dò áp điện và từ biến thích hợp để sử dụng với thử nghiệm UPV. Ngoài ra, dải tần số của nó nên nằm trong khoảng từ 20 đến 150 kHz. Thiết bị định thời điện tử giám sát thời gian với độ chính xác 0,1 micro giây.

Bộ chuyển đổi phát ra các sóng truyền qua bề mặt bê tông. Các sóng xung tạo ra tín hiệu điện khi chúng đến bộ chuyển đổi thu, và bộ chuyển đổi thu sẽ phát hiện các tín hiệu này. Hệ thống sau đó hiển thị chiều dài truyền sóng là (L). Thiết bị định thời điện tử tính toán thời gian tín hiệu truyền đến. Hệ thống hiển thị thời gian là (T).

Thiết bị định thời điện tử đo thời gian nhận tín hiệu. Thời gian này được ký hiệu là (T).

Tốc độ xung (v) = L/T

Có ba phương pháp phổ biến để thực hiện xét nghiệm UPV. Đó là phương pháp trực tiếp và phương pháp gián tiếp.

  • Phương pháp trực tiếp kiểm tra UPV
  • Phương pháp gián tiếp kiểm tra UPV

Phương pháp trực tiếp

Máy phát gửi năng lượng tối đa theo góc vuông với mặt của nó. Do đó, các kỹ thuật viên đặt đầu dò thu trực tiếp đối diện với máy phát để đạt được kết quả tốt nhất. Họ gọi cách thiết lập này là phương pháp tiếp cận trực tiếp hoặc phương pháp dò chéo.

Trong một số trường hợp, mặt đối diện của cấu trúc có thể không thể tiếp cận được. Trong trường hợp này, các kỹ thuật viên sẽ lắp đặt các đầu dò thu và phát trên cùng một mặt của cấu kiện bê tông. Họ gọi đây là phương pháp gián tiếp hoặc thăm dò bề mặt. Cách tiếp cận này kém hiệu quả hơn so với phương pháp trực tiếp. Bê tông bề mặt, có các đặc tính khác với bê tông lõi của các cấu kiện kết cấu, chủ yếu ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

Phương pháp gián tiếp

Trong một số trường hợp, mặt đối diện của cấu trúc có thể không thể tiếp cận được. Trong trường hợp này, các kỹ thuật viên sẽ lắp đặt các đầu dò thu và phát trên cùng một mặt của cấu kiện bê tông. Họ gọi đây là phương pháp gián tiếp hoặc thăm dò bề mặt. Cách tiếp cận này kém hiệu quả hơn so với phương pháp trực tiếp. Bê tông bề mặt, có các đặc tính khác với bê tông lõi của các cấu kiện kết cấu, chủ yếu ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

Giải thích kết quả thử nghiệm UPV

Mật độ và mô đun đàn hồi của bê tông có mối tương quan với vận tốc xung siêu âm. Điều này lại phụ thuộc vào các thành phần, quy trình trộn, kỹ thuật đổ, độ đầm nén và bảo dưỡng bê tông, nhiệt độ đổ khuôn, v.v.

Nguyên nhân chính gây ra các vết nứt và lỗ rỗng bên trong bê tông là do thiếu sự đầm nén và sự phân tách bê tông. Giá trị vận tốc xung thấp hơn là kết quả của những khuyết tật bê tông này. Tuy nhiên, các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm có thể đã xác nhận một loại bê tông được thiết kế tốt.

Phạm vi vận tốc xung trong phương pháp trực tiếp được thể hiện như hình dưới đây.

  1. Trên 4.5 Xuất sắc
  2. 3,5 đến 4,5 Tốt
  3. 3.0 đến 3.5 Trung bình
  4. Dưới 3.0 Đáng nghi ngờ

Phần kết luận

Các kỹ sư không chỉ dựa vào kết quả đánh giá cuối cùng về cường độ nén từ phương pháp UPV để xác định cường độ bê tông. Họ xác nhận lại cường độ bằng cách so sánh với ước tính cường độ nén thu được từ cùng hỗn hợp nguyên liệu và điều kiện thí nghiệm. Họ cũng có thể đối chiếu kết quả thí nghiệm UPV với các thí nghiệm tại công trường được thực hiện bằng các nguyên liệu tương tự. Khi so sánh với cường độ UPV thực tế, các con số có thể chênh lệch khoảng 20%.