کلیات آزمایشهای مخرب و غیر مخرب
بتن و فولاد یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی در جهان هستند که قبل از استفاده از این مصالح باید روی آن‌ها آزمایشات لازم را انجام داد. انجام این آزمایش‌ها نقش مهمی در آگاهی از مقاومت، دوام و شرایط سازه دارد و این امر به‌وسیله انجام آزمایشهای مخرب و غیر مخرب امکان‌پذیر شده است. قبل از هر چیز بهتر است با تعریف این آزمایشهای مخرب و غیر مخرب آشنا شویم و به مقایسه مفصلی بین آزمایشهای مخرب و غیر مخرب بپردازیم. با استفاده از آزمایشهای مخرب و غیر مخرب می‌توان دوام بالقوه بتن را تعیین کرد.
آزمایش غیر مخرب (NDT) non-destructive testing یک روش آزمایش و تجزیه‌وتحلیل روی اجسام است که توسط صنعت برای ارزیابی خصوصیات یک ماده، جزء، سازه و یا سیستم، به‌منظور تشخیص تفاوت‌های آن‌ها و یا تشخیص نقص و ناپیوستگی‌های جوشکاری آن‌ها، بدون آسیب رساندن به قطعه اصلی، از آن استفاده میشود. همچنین از آزمایش NDT تحت عنوان معاینه غیر مخرب (NDE) Non-destructive examination، بازرسی غیر مخرب (NDI) Non-destructive inspection و ارزیابی غیر مخرب (NDE) Non-destructive evaluation نیز یاد میشود.
آزمایش مخرب به‌منظور درک عملکرد یا رفتار یک نمونه با شکست آن انجام میشود. انجام آزمایشات مخرب نسبت به آزمایشات غیر مخرب بسیار ساده‌تر، ارائه اطلاعات آن بیشتر و تفسیر آن بسیار آسان‌تر است. انجام آزمایش مخرب مناسب و اقتصادی برای اجسامی است که به تولید انبوه می‌رسند زیرا هزینه از بین بردن تعداد کمی از نمونه‌ها در این موارد بسیار ناچیز است.
چه تفاوتی بین آزمایشهای مخرب و غیر مخرب وجود دارد؟
تفاوت‌های بارزی بین آزمایشهای مخرب و غیر مخرب وجود دارد. آزمایش مخرب به‌نوعی قطعه را تخریب یا تغییر میدهد، به‌طوری‌که حتی اگر در این آزمون موفق شوید دیگر آن قطعه برای استفاده مناسب نیست. ازجمله آزمایشهای مخرب می‌توان به آزمایش کشش و آزمون خمش سه‌نقطه‌ای اشاره نمود.
در این آزمایش مقاومت قطعه در برابر خمش ارزیابی میشود. این کار به‌وسیله‌ی دستگاه تست کشش یونیورسال به دو حالت سه‌نقطه‌ای و یا چهار نقطه‌ای انجام میشود اما در آزمایش NDT حتی پس از آزمون، قطعه از بین نمی‌رود یا تغییر نمی‌کند به همین علت هنوز برای استفاده مناسب است.
مزایای مشخصی برای آزمایش NDT وجود دارد که بارزترین آن‌ها این است که قطعاتی که در حال آزمایش هستند در این فرآیند آسیب نمی‌بینند. همچنین آزمایش NDT یک روش آزمایش بسیار ایمن برای اپراتورها است و اکثر تکنیک‌های آن برای انسان بی‌ضرر است. اگرچه برخی از انواع آزمایشات مانند آزمایش رادیوگرافی هنوز هم باید تحت شرایط خاصی انجام شود. این روش آزمایش می‌تواند با اطمینان از ایمن‌سازی سازهها، اجزا و ماشین‌آلات، از آسیب‌پذیری و یا حتی مرگ‌ومیر اپراتور جلوگیری کند.
روش‌های آزمایشهای مخرب و غیر مخرب معمولاً برای تعیین مشخصات مصالح، اعتبار سنجی و بررسی خرابی و آسیب آن‌ها استفاده میشود و می‌تواند بخشی اساسی از ارزیابی‌های مهم مهندسی را تشکیل دهد.
در ادامه ی این مقاله به بررسی انواع آزمایشهای مخرب و غیر مخرب پرداخته خواهد شد.
انواع آزمایشهای مخرب و غیر مخرب
آزمایشهای مخرب:
- آزمایش محیط تهاجمی: این آزمایش شامل آزمایش شکستگی و خستگی در شرایط اسیدی (H2S)، بازی (CO2) و سایر محیط‌های خورنده است. در نتیجه ایمنی مصالح در محدوده دما و فشار این آزمون و عملکرد آن‌ها ارزیابی میشود.
- آزمون خوردگی بتن: این آزمایش برای اندازهگیری مقاومت بتن در برابر خوردگی آبی انجام میشود که در مقیاس کوچک و در محیط‌های مختلف، ازجمله آب شیرین و شور دریا صورت میپذیرد. در این آزمایش جریان الکتریکی را از بتن اشباع عبور می‌دهند. نتیجه حاصل از این آزمایش هم نفوذپذیری بتن در برابر آب و هم مهاجرت یونی به‌ویژه یون کلرید را نشان میدهد.
- آزمون خستگی: یکی از آزمایشات مخرب است که در هوا یا آب دریا انجام میشود. از این آزمایش برای آزمون مصالح اصلی و مقاومت درزهای جوش داده‌شده، تحت بارگذاری دامنه ثابت یا متغیر سیکلی استفاده میشود. علاوه بر این، این روش آزمون مخرب همچنین می‌تواند برای آزمایش رشد ترک خستگی جوش‌ها، فلزات اساسی و نواحی تحت تأثیر گرما نیز استفاده شود.
- اندازهگیری تنش پسماند: تنش‌های پسماند به تنش‌هایی گفته میشود که پس از رفع علل اصلی هرگونه تنش و باربرداری، در جسم باقی می‌ماند. گاهی اوقات وجود این تنش‌ها می‌تواند عمدی باشد مانند کابلهای پیش‌تنیده یا غیرعمدی باشد که می‌تواند منجر به خرابی زودرس یک سازه شود.
آزمایش غیر مخرب:
- هافسل (آزمایش پتانسیل خوردگی بتن): یک آزمایش غیر مخرب برای بررسی خوردگی فولاد در بتن است. در این بین بهتر است آزمایش کربناسیون بتن و آزمایش سرعت نفوذ یون کلر RCPT (Rapid Chloride Permeability Testing) نیز برای دستیابی به نتایج دقیق‌تر انجام شود. آزمایش کربناسیون بتن در ارتباط با خوردگی آرماتورها در بتن است. این مشکل زمانی اتفاق می‌افتد که بتن دارای حداقل پوشش ممکن باشد اما در آزمایش سرعت نفوذ یون کلر RCPT می‌توان سرعت نفوذپذیری بتن در مقابل یون کلر را ارزیابی نمود. مهم‌ترین مزیت این آزمایش زمان کوتاه آن است.
- اسکن میلگرد: جزء آزمایشهای غیر مخرب است که به کمک این آزمایش وضعیت آرماتورها درون بتن بررسی میشود.
- مقاومت چسبندگی بتن pull off: این آزمایش به‌منظور سنجش مقاومت کششی بتن استفاده میشود.
- از آزمایش غیر مخرب پتروگرافی بتن به‌منظور سنجش عملکرد، کیفیت، نواقص موجود در بتن و دوام آن استفاده میشود. در این آزمایش بتن سخت شده به‌طور میکروسکوپی موردبررسی قرار می‌گیرد. به کمک این آزمایش می‌توان به انواع مواد موجود در بتن از قبیل مواد حاصل از هیدراتاسیون سیمان و یا سایر واکنش‌های زیان‌آور پی برد.
انواعی دیگر از آزمایش های غیر مخرب
- چکش اشمیت: از این آزمایش در کنار آزمایش مغزه گیری (کرگیری) بتن برای ارزیابی وضعیت سازه و علت بروز نقص و ترک در بتن استفاده میشود.
- آزمایش اولتراسونیک: این آزمایش اطلاعات کاربردی و دقیقی از ابعاد اعضا، کیفیت بتن و ابعاد و عمق ترک‌ها در اختیار شما قرار میدهد.
- آزمایش انتشار صوتی (ACOUSTIC EMISSIO, AE): آزمایش انتشار صوتی یکی از انواع آزمایشهای غیر مخرب است که در آن یک نیروی خارجی به قطعه تحت آزمایش وارد میشود. این نیروی خارجی باعث ایجاد تنش و تغییر شکل جزئی در قسمت‌های آسیب‌دیده و ترک‌خورده میشود. این تنش‌ها و تغییر شکل‌های ایجادشده در محل آسیب باعث بازنشر امواج صوتی با محتوا و فرکانس متفاوت می‌شوند. این امواج توسط سنسورهای صوتی نصب‌شده روی قطعه دریافت و با توجه به محتوا و فرکانس آن‌ها شناسایی می‌شوند؛ هرچه تعداد سنسورهای استفاده‌شده بیشتر باشد، تعیین محل آسیب و ترک نیز دقیق‌تر میشود.
- آزمایش گیرداری قطعات فلزی pull out یک آزمایش نیمه مخرب است. در این آزمایش نیروی بیرون کشیدگی متناسب با مقاومت فشاری بتن است. برای انجام این آزمایش ابتدا باید تجهیزات موردنیاز را ثابت نگه داشت. سپس نیروی لازم برای بیرون کشیدن بخشی از بتن به شکل مخروط محاسبه میشود.
- آزمایش نمونه‌گیری از میلگرد: در این آزمایش به بررسی مشخصات آرماتورهای مصرفی می‌پردازیم.
ارزیابی آسیب‌پذیری لرزه‌ای سازهها با آزمایشهای مخرب و غیر مخرب
بیشتر مناطق موجود در کشور در نزدیکی گسل قرار دارند و همین امر احتمال وقوع زلزله در این مناطق را افزایش میدهد؛ بنابراین باید قبل از وقوع زلزله نسبت به بهسازی و مقاوم‌سازی سازهها اقدام نمود. اگر به دنبال راهی برای کاهش خسارت ناشی از زلزله بر روی سازهها هستید، ارزیابی آسیب‌پذیری لرزه‌ای در این خصوص می‌تواند به شما کمک کند. اگر به دنبال کاهش خسارت‌های ناشی از زلزله بر روی سازه هستید باید اثرات آن بر روی سازه را پیش‌بینی کنید. تحقیقات نشان داده است که بسیاری از ساختمان‌های بتنی مدرن در برابر زلزله آسیب‌پذیر هستند.
این آسیب‌پذیری معمولاً در محدوده غیرخطی سازه است. به همین دلیل برای تشخیص مصالح ساختمانی استاندارد از غیراستاندارد باید آزمایشهای مخرب و غیر مخرب انجام داد. به این ترتیب می‌توانیم مقاومت مصالح ساختمانی را تعیین کنیم. در این بین بهسازی و مقاوم‌سازی ساختمان‌های آسیب‌دیده لرزه‌ای می‌تواند به ایمنی سازه در هنگام وقوع زلزله کمک شایانی بکند.
