Bai giang NDT Kiểm tra chất lượng bê tông bằng phương pháp không phá hủy

Kiểm tra chất lượng bê tông bằng phương pháp không phá hủy. Bài giảng thí nghiệm không phá hủy (NDT) do Thạc sỹ Trương Thị Hồng Thúy Viện khoa học công nghệ xây dựng biên soạn và giảng dạy. Mục đích kiểm tra chất lượng và phát hiện các khuyết tật của sản phẩm bê tông trong quá trình sản xuất,...

ThS TRƯƠNG THỊ HỒNG THÚY

HÀ NỘI - 2017

Thử nghiệm không phá hủy (Non-Destructive Testing)

>< Thử nghiệm phá hủy (Destructive Testing)

- Biết thông tin về đặc tính của đối tượng (kiểm tra) mà không làm hỏng cấu trúc;

- Có thể làm lại các phép thử nhiều lần

Kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Testing-NDT),

Đánh giá không phá hủy (Non-Destructive

o Kiểm tra chất lượng và phát hiện các khuyết tật của các sản phẩm bê tông trong quá trình sản xuất;

o Xác định các đặc trưng về độ bền ,độ đồng nhất,mật độ,độ

ẩm của bê tông trong cấu kiện kết cấu công trình;

Đánh giá số lượng và sự phân bố cốt thép trong kết cấu ;

o Đánh giá số lượng và sự phân bố cốt thép trong kết cấu ;

o Nghiên cứu thực nghiệm,ví dụ như theo dõi sự thay đổi đặc tính của bê tông theo tuổi hoặc chịu ảnh hưởng của các yếu

tố tác động từ bên ngoài

ƯU ĐIỂM

ƯU ĐIỂM

o Không phá huỷ vật liệu, cho kết quả nhanh, sử dụng

thiết bị và dụng cụ đo đơn giản, có thể lặp lại các phép thử trên toàn bộ kết cấu, để có sự đánh giá toàn diện

o Phát hiện được các khuyết tật nằm trong cấu kiện và kết cấu của công trình

o Đánh giá được chất lượng kết cấu, cấu kiện trực tiếp

trên công trình.

NHƯỢC ĐIỂM

o Kết quả cho độ chính xác không cao (sai số lớn hơn)

1 Phân loại phương pháp trên cơ sở vật lý:

Phương pháp âm và siêu âm:

oPhương pháp âm và siêu âm

Vận tốc siêu âm và bật nẩy (hoặc in vết lõm)

Vận tốc siêu âm và hệ số suy giảm sóng siêu âm Vận tốc siêu âm và hấp thụ bức xạ γ

2 Phân loại phương pháp trên cơ sở tính chất của BT:

Độ ẩm bê tông

o P.pháp hấp thụ sóng điện từ Tính chất đàn hồi (Ed, νd)

o Phương pháp xung siêu âm

Khuyết tật

o Phương pháp xung siêu âm

Mức độ ảnh hưởng của tác động hoá lý đến BT

Phương pháp phóng xạ Phương pháp cộng hưởng Phương pháp xung siêu âm

Cường độ bêtông

Phương pháp độ cứng bề mặt (súng bật nẩy) Phương pháp xung siêu âm

P.pháp siêu âm và bật nẩy

Cốt thép

Phương pháp cảm ứng điện từ Phương pháp phóng xạ

Súng bật nẩy

Thiết bị kéo đứt (Pull off)

Thiết bị kéo nhổ (Pull out)

Thiết bị thử xung va đập

1 1 Rebound Hummer.mp4

Tên thiết bị Năng lượng va đập E

(N.m)

Phạm vi sử dụng

Dựa trên nguyên tắc bật nảy của khối đàn hồi phụ thuộc vào

độ cứng của bề mặt bê tông bị tác động Khi trục của súng bật nẩy được ấn vào bề mặt bê tông, khối lò xo trong súng nẩy lại Mức độ bật nẩy của khối phụ thuộc vào độ cứng của bề mặt bê tông Như vậy độ cứng của bê tông và số đọc của súng bật nẩy có thể liên kết với cường độ nén của bê tông.

Giá trị bật nẩy được đọc theo thang chia độ và được định rõ là

số bật nẩy hay trị số bật nẩy

Cường độ nén có thể đọc được trực tiếp từ đồ thị cung cấp

kèm theo trên thân súng hoặc từ biểu đồ quan hệ R-n

1.2 Gilson Schmidt Concrete Test Hammer (HM-75).mp4

ASTM C805 / C805M - 13a

Standard Test Method for

Rebound Number of Hardened

Concrete

BS EN 12504-2:2012

Testing concrete in structures destructive testing Determination of rebound number

Non-1.1 Tiêu chuẩn này dùng để xác định độ đồng nhất và cường độ nén của

bê tông nặng trong kết cấu bằng súng bật nẩy

1.2 KHÔNG ÁP DỤNG đối với:

− BT có cường độ nén dưới 10 MPa và trên 50 MPa;

− BT dùng các loại cốt liệu lớn có kích thước trên 40 mm (Dmax > 40mm);

− BT bị nứt, rỗ hoặc có các khuyết tật;

− BT bị phân tầng hoặc là hỗn hợp của nhiều loại bê tông khác nhau;

− BT bị hoá chất ăn mòn và bê tông bị hoả hoạn;

Không dùng tiêu chuẩn này thay thế yêu cầu đúc mẫu và thử mẫu nén

Cường độ nén của bê tông được xác định trên cơ sở xây dựng trước mối quan hệ thực nghiệm giữa cường độ nén của các mẫu bê tông trên máy

nén (R) và trị số bật nẩy trung bình (n) trên súng bật nẩy nhận được từ kết

quả thí nghiệm trên cùng một mẫu thử

CÁC YÊU CẦU CHUNG

Để xây dựng quan hệ R - n, sử dụng các mẫu lập phương 150 mm x150

mm x150 mm theo yêu cầu kỹ thuật của TCVN 3105:1993

− Khi thí nghiệm xác định trị số bật nẩy theo phương ngang, mẫu bê tông được cặp trên máy nén với áp lực 0,5 MPa

− Khi thí nghiệm xác định trị số bật nẩy theo chiều từ trên xuống, mẫu bê tông được đặt trên nền phẳng của vật cứng có khối lượng không nhỏ hơn

500 kg

Khi kiểm tra cường độ bê tông cho một loại mác, quan hệ R – n được

xây dựng theo kết quả thí nghiệm của ít nhất 20 tổ mẫu (mỗi tổ gồm 3 viên mẫu) Các mẫu phải có cùng thành phần cấp phối, cùng tuổi và điều kiện đóng rắn như bê tông dùng để chế tạo sản phẩm, kết cấu

CÁC YÊU CẦU CHUNG

cần kiểm tra Các tổ mẫu được lấy từ các mẻ trộn bê tông khác nhau trong thời gian 14 ngày

− Để quan hệ R - n có khoảng dao động cường độ rộng hơn, có thể

chế tạo 40 % mẫu thử có tỷ lệ nước xi măng (N/X) chênh lệch trong giới hạn ± 0,4 so với tỷ lệ nước xi măng (N/X) của sản phẩm kết cấu cần kiểm tra

Biểu đồ quan hệ R - n, có thể xây dựng từ các số liệu thí nghiệm của ít

nhất 20 mẫu khoan cắt ra từ các phần của kết cấu Mẫu khoan có đường kính không nhỏ hơn 10 cm

Cần thí nghiệm bằng súng bật nẩy trước khi khoan mẫu Vùng thí nghiệm

CÁC YÊU CẦU CHUNG

bằng súng bật nẩy cách chỗ khoan mẫu không quá 100 mm

Việc khoan mẫu được thực hiện ở những vùng không làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu

Phương trình quan hệ R - n

CÁC YÊU CẦU CHUNG

Phương trình có dạng hàm tuyến tính hoặc hàm mũ:

a) Nếu Rmax – Rmin ≤ 20 MPa phương trình có dạng tuyến tính:

b) Nếu Rmax – Rmin ≥ 20 MPa phương trình có dạng hàm mũ:

Đánh giá sai số của quan hệ R – n

S

N

i

tb ci

n ci T

N

i

n ci n

2 2

T

S F

Điều kiện đối với người được giao nhiệm vụ kiểm tra bằng súng bật nẩy:

• Được đào tạo có chứng chỉ cả lý thuyết và thực hành về kiểm tra bằng súng bật nẩy

• Được cơ quan có thẩm quyền cấp bằng hoặc chứng chỉ trình độ chuyên môn trong lĩnh vực thí nghiệm không

phá huỷ

o Súng bật nẩy phải được kiểm tra định kỳ 6 tháng/lần

o Xem xét bề mặt của sản phẩm hoặc kết cấu, phát hiện khuyết tật, nhận xét sơ bộ chất lượng bê tông

o Thu thập thông số kỹ thuật của s.phẩm hoặc k.cấu

o Lập phương án thí nghiệm

o Xác định các vùng thí nghiệm tại hiện trường

o Mài phẳng, làm sạch bề mặt vùng thí nghiệm

o Thực hiện thí nghiệm, ghi chép kết quả thí nghiệm

o Lập báo cáo, xác định cường độ và độ đồng nhất bằng các số liệu của thí nghiệm

o IBST - NDT & Thep cot BT.DAT

o Độ đồng nhất của bê tông được đặc trưng bằng độ lệch bình phương trung bình S và hệ số biến động cường độ bê tông V

o Nếu hệ số biến động của cường độ bê tông V vượt quá 20% thì không đạt yêu cầu Việc sử dụng những cấu kiện, kết cấu này phải được phép của cơ quan thiết kế.

So sánh cường độ trung bình của cấu kiện, kết cấu (Rk) hoặc của lô cấu kiện, kết cấu (Rl), nhận được khi thí

nghiệm so với cường độ trung bình yêu cầu của bê tông

(Ryc) Cường độ trung bình yêu cầu của bê tông được

xác định theo hệ số biến động của cường độ bê tông V

và số vùng kiểm tra P trên cấu kiện, kết cấu riêng lẻ, hay

số vùng kiểm tra N với lô cấu kiện, kết cấu.

Giá trị của cường độ trung bình yêu cầu được lấy như sau:

− Khi kiểm tra cấu kiện, kết cấu riêng lẻ lấy theo Bảng 2 Nếu kiểm tra lô cấu kiện, kết cấu (toàn bộ

hay chọn lọc) lấy theo Bảng 3

− Cường độ bê tông của cấu kiện, kết cấu hoặc lô cấu kiện, kết cấu

là đạt yêu cầu, nếu thoả mãn

điều kiện sau:

+ Khi kiểm tra cấu kiện, kết cấu riêng lẻ: RK ≥ R yc

+ Khi kiểm tra toàn bộ cấu kiện, kết cấu trong lô: Rl ≥ Ryc

+ Khi kiểm tra chọn lọc các cấu kiện, kết cấu trong lô: RK ≥ R yc

Báo cáo kết quả thí nghiệm xác định cường độ bê tông của cấu kiện, kết cấu gồm các nội dung sau:

- Đối tượng thí nghiệm;

o Không áp dụng để giám định pháp lý kiểm tra chất

Dải tần số:

Siêu âm là những dao động cơ học đàn hồi truyền đi trong môi trường vật chất với tần số dao động > 20kHz

Đặc điểm:

+ Sự phát và truyền sóng qua các môi trường vật chất tuân theo các quy luật quang hình học: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xại để tập trung năng luọng của sóng siêu âm vào một phạm vi nhỏ hẹp → khi bước sóng càng ngắn, năng lượng

sẽ tập trung rất tốt.

+ Do tập trung được năng lượng tối đa, nên có thể tạo ra

một hiệu ứng mới là dao động của các hạt trong môi trường

có sóng siêu âm truyền qua sẽ có biên độ dao động lớn.

• Sóng siêu âm truyền qua môi trường phức tạp như vật liệu bê tông =quá trình thực hiện các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ,khuếch tán siêu âm trong các môi trường vật liệu thành phần.

• Mức độ khuếch tán năng lượng và thời gian lan truyền sóng siêu âm

ở đây căn bản tùy thuộc vào chất lượng của môi trường → đánh giáchất lượng môi trường bê tông mà sóng siêu âm truyền qua

• Ứng dụng các đặc trưng vật lý của sóng siêu âm truyền trong các môitrường vật chất khác nhau,có vận tốc khác nhau: Vận tốc siêu âmtruyền trong không khí là 340m/s; truyền trong nước là 1497m/s;

truyền trong bê tông 2000m/s ÷÷÷÷ 5000m/s; truyền trong thép là

5850m/s

+ Xác định cường độ và độ đồng nhất của bêtông;

+ Xác định các hằng số đàn hồi động của bêtông;

+ Phát hiện các khuyết tật hình thành trong quá trình chế tạo và làm việc của vật liệu và kết cấu;

+ Xác định chiều dày của lớp bê tông bị phá hoại dưới ảnh hưởng của các tác nhân hóa – lý;

+ Khảo sát quá trình ninh kết của xi măng và các vật liệu dính kết khác

Xác định vận tốc xung siêu âm để đánh giá các tính chất của bê tông, bê tông cốt thép và bê tông cốt thép ứng suất trước.

Áp dụng trong các trường hợp sau:

- Xác định độ đồng nhất của BT trong 1 cấu kiện hoặc giữa nhiều cấu kiện;

- Xác định sự hiện diện và dự đoán sự phát triển của vết nứt, xác định các

lỗ rỗng và các khuyết tật khác ;

- Xác định sự thay đổi đặc tính của BT theo thời gian;

- Kiểm tra chất lượng BT;

- Xác định môđun đàn hồi và hệ số Poisson của BT

Tiêu chuẩn này áp dụng cho BT có R ≤ 60 MPa

R > 60 MPa cần cân nhắc các yếu tố ảnh hưởng khi xử lý kết quả

Xung của dao động dọc được tạo ra nhờ một bộ phận biến đổi điện âm - sau đây gọi tắt là đầu dò - được giữ tiếp xúc với một mặt của phần bê tông cần kiểm tra Sau khi đi qua chiều dài L đã biết của bê tông, xung dao động được chuyển thành tín hiệu điện nhờ đầu dò thứ hai Thời gian truyền T của xung đo được nhờ các mạch điện đếm thời gian

Vận tốc xung V = L/T (Km/s hoặc m/s)

trong đó :

L là chiều dài đường truyền (Km hay m), được gọi là đáy đo

T là thời gian cần thiết (s) để xung dao động truyền qua hết

chiều dài L.

Khi xung được truyền vào bê tông, nó bị phản xạ nhiều lần tại các mặt tiếp giáp giữa các loại vật liệu khác nhau nằm trong

bê tông và tạo ra một hệ thống tổng hợp các sóng ứng suất, trong đó bao gồm cả sóng dọc và sóng ngang lan truyền trong

bê tông

2.1 Ultrasonic Testing.mp4

o Xem xét bề mặt của sản phẩm hoặc kết cấu, phát hiện khuyết tật, nhận xét sơ bộ chất lượng bê tông

o Thu thập thông số kỹ thuật của s.phẩm hoặc k.cấu

o Lập phương án thí nghiệm

o Xác định các vùng thí nghiệm tại hiện trường

o Mài phẳng, làm sạch bề mặt vùng thí nghiệm

o Thực hiện thí nghiệm, ghi chép kết quả thí nghiệm

o Lập báo cáo, xác định độ đồng nhất, khuyết tật, độ đặc chắc bằng các số liệu của thí nghiệm

o IBST - NDT & Thep cot BT.DAT

Truyền trực tiếp Truyền bán trực tiếp

Truyền gián tiếp hay truyền bề mặt

o Độ ẩm;

o Nhiệt độ;

o Chiều dài đường truyền;

o Chiều dài đường truyền;

o Hình dạng và kích thước mẫu;

o Ảnh hưởng của cốt thép.

o Đo vận tốc xung siêu âm trên bê tông theo mạng lưới đo

o Biểu diễn các kết quả đo thành biểu đồ Sự phân tán của biểu đồ càng hẹp thì độ đồng nhất của bê tông càng cao

và ngược lại

o Tính độ đồng nhất của bê tông bằng hệ số biến động của kết quả đo vận tốc xung

XÁC ĐỊNH ĐỘ ĐỒNG NHẤT CỦA BÊ TÔNG

Bê tông đồng nhất Bê tông tổ ong

Bê tông có chất lượng khác nhau

o Dự đoán chiều dầy lớp bê tông kém chất lượng

o Dò tìm các lỗ rỗng hoặc các hốc khí lớn

o Dự đoán chiều sâu vết nứt

2.2 Determine Concrete Crack Depth using the Proceq

PL-200PE.mp4

o ASTM D6760 – 14 Standard Test Method for Integrity Testing of Concrete Deep Foundations by Ultrasonic Crosshole Testing

o Đo vận tốc xung nhiều lần tại những thời điểm khác nhau với cùng một loại đầu dò và trên cùng một vị trí

o Sự thay đổi vận tốc xung biểu thị sự thay đổi R (có thể

đo được trong su)ốt thời gian nghiên cứu trên cùng một

đo được trong su)ốt thời gian nghiên cứu trên cùng một mẫu thí nghiệm

Xác định tương quan giữa cường độ nén của bê tông (R) với hai số đo đặc

trưng:

− Vận tốc xuyên (v) của xung siêu âm;

− Độ cứng bề mặt của bê tông qua trị số (n) đo được trên súng thử bê tông loại bật nẩy (quan hệ R-v, n).

Xác định Rn của BT bằng phương pháp sử dụng kết hợp máy đo siêu âm

và súng thử bê tông loại bật nẩy dùng trong CT XD dân dụng &CNghiệp

1 Áp dụng cho các loại cấu kiện, kết cấu BT trong trường hợp:

- Không xây dựng được biểu đồ chuẩn dùng để xác định Rn của BT bằng phương pháp không phá hủy

- Không có mẫu khoan lấy từ các loại cấu kiện, kết cấu xây dựng để xác định cường độ bê tông

2 KHÔNG sử dụng để xác định R của BT trong trường hợp :

- Cường độ nén nhỏ hơn 10 MPa hoặc lớn hơn 35 MPa;

- Sử dụng các loại cốt liệu có đường kính lớn hơn 70 mm;

- BT bị nứt, rỗ hoặc có các khuyết tật;

- BT bị phân tầng hoặc là hỗn hợp của nhiều loại bê tông khác nhau;

- BT có chiều dày theo phương thí nghiệm nhỏ hơn 100 mm

Những quy định về thiết bị sử dụng để xác định vận tốc siêu âm được nêu trong TCVN 9357:2012

Những quy định về thiết bị sử dụng để xác định độ cứng

bề mặt của bê tông được nêu trong TCVN 9334:2012

Công tác chuẩn bị và tiến hành đo siêu âm và độ cứng

bề mặt phải tuân theo tiêu chuẩn TCVN 9357:2012 và TCVN 9334:2012

o Xem xét bề mặt của sản phẩm hoặc kết cấu, phát hiện khuyết tật, nhận xét sơ bộ

o Thu thập thông số kỹ thuật của sản phẩm hoặc kết cấu

o Lập phương án thí nghiệm

o Xác định các vùng thí nghiệm tại hiện trường

o Mài phẳng, làm sạch bề mặt vùng thí nghiệm, đo đạc và đánh số các vị trí đặt đầu đo

o Thực hiện thí nghiệm bằng máy siêu âm và súng bật nẩy, ghi

chép kết quả thí nghiệm

o Lập báo cáo, xác định cường độ, độ đồng nhất, khuyết tật, độ đặc chắc bằng các số liệu của thí nghiệm

o Các yếu tố : Vị trí bắn, Góc bắn, Độ ẩm và Tuổi của

BT sẽ ảnh hưởng đến số đọc trên súng bật nẩy

o Các yếu tố: Độ ẩm, Nhiệt độ, Chiều dài đường truyền,

Hình dạng và kích thước mẫu, Cốt thép ảnh hường đến vận tốc xung siêu âm

Cần chú ý đến các công thức hiệu chỉnh có kể đến các yếu tố này

TCVN 9335:2012

TCVN 9335:2012 BÊ TÔNG NẶNG - PHƯƠNG PHÁP THỬ KHÔNG PHÁ HỦY

- XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ NÉN SỬ DỤNG KẾT HỢP MÁY ĐO SIÊU ÂM VÀ SÚNG BẬT NẨY

Là nội dung chính của TC

TCVN 9343: 2012 KẾT CẤU BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP - HƯỚNG DẪN CÔNG TÁC BẢO TRÌ

Là nội dung Điều 6.1.2.4 Xác định R BT trên kết cấu thực

TCVN 10303:2012 BÊ TÔNG - KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN

Điều 6.5: Xác định R cấu kiện đúc sẵn, Xác định hệ số biến động V

.

Tác giả: DR MARY J SANSALONE

Education

1981: BS Summa Cum Laude, Civil Engineering, University of

Cincinnati

1984: MS Structural Engineering, Cornell University

1986: PhD Structural Engineering, Cornell University

1999: Masters in Public Administration, Kennedy School, Harvard University

- Nhận tín hiệu đã gửi dựa trên việc sử dụng va đập cơ học trong thời gian ngắn để tạo sóng ứng suất nhanh và sự sử dụng bộ chuyển đổi thu tín hiệu băng rộng đặt cạnh điểm va đập.

- Các dạng sóng được chuyển đổi thành tần số và phổ biên độ hình thành được phân tích để có các tần số trội trong sự phản hồi của kết cấu đối với va đập Các tần số này được sử dụng để xác định chiều dày của kết cấu hay sự hiện diện của các khuyết tật