- Mô tả mô hình thử
Hình 3.1. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của thiết bị
Mô tả: Xung lực tác động đột ngột ở một điểm trên bề mặt vật thể, như va chạm, nguồn kích thích sẽ lan truyền trong vật thể 3 loại sóng ứng suất khác nhau: sóng dọc (sóng P), sóng ngang (sóng S) và sóng R. (Rayleight).
Phản xạ ở mặt tiếp xúc: Khi sóng biến dạng trong vật liệu tới mặt phân cách với vật liệu 2, một phần sóng tới phản xạ lại. Biên độ phản xạ là của góc tới và cực trị khi góc là 900 (phương pháp tuyến). Hệ số phản xạ cho phương pháp tuyến, Rpx, được cho như sau [51]. 2 1 2 1 px Z Z R Z Z (3.1)
Z1: trở kháng âm của vật liệu 1 Z2: trở kháng âm của vật liệu 2
Trở kháng âm có quan hệ với tốc độ sóng và mật độ khối lượng của vật liệu. Các giá trị gần đúng của trở kháng âm Z cho một số vật liệu [51].
Bảng 3.1. Bảng giá trị trở kháng âm với các loại vật liệu theo [52] Vật liệu Trở kháng âm kg/(m4 s) Không khí 0.4 Nước 0.5 x106 Đất 0.3 đến 4 x 106 Bê tông 7 đến 10 x 106 Thép 47x 106
Vì vậy, khi sóng ứng suất truyền qua bê tông có mặt đối diện tiếp xúc với không khí, đa phần sẽ phản xạ lại ở mặt phân cách. Đây là cơ sở rất quan trọng dẫn đến thành công của phương pháp định vị khuyết tật trong vật thể.
- Nguyên lý đo và xử lý số liệu
Để xử lý số liệu, sử dụng việc phân tích tần số trên cơ sở phân tích khoảng thời gian trên biểu đồ ghi dạng sóng
Hình 3.2. Nguyên lý phân tích tần số
Nguyên lý của việc phân tích tần số được minh hoạ trên hình 3.2. Sóng P được sinh ra từ va chạm và phản xạ nhiều lần giữa bề mặt thử và mặt phân cách. Do vậy khi biết chiều dày tấm, đo phân tích tần số sẽ xác định được vận tốc truyền. Ngược lại khi biết vận tốc truyền sóng, đo phân tích tần số sẽ xác định được chiều dày tấm.
- Phương pháp xác định khuyết tật lớn trong tấm bê tông.
(b)
Hình 3.3. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định khuyết tật lớn trong tấm bê tông
Hình 3.3a viên bi va chạm với bề mặt của tấm bê tông sinh ra sóng ứng suất truyền trong tấm bê tông đồng nhất không có khuyết tật. Khi sóng ứng suất đi tới đáy của tấm, dưới đáy của tấm là vật liệu có trở kháng âm khác với bê tông, sóng ứng suất bị dội ngược lại và lại truyền tới mặt phía trên. Khi tới mặt phía trên, cảm biến sẽ nhận được có biên độ xung khá lớn. Vì phía trên là không khí có trở kháng âm nhỏ hơn bê tông nên sóng ứng suất lại bị dội lại phía đáy và chu trình cứ lặp lại tới khi năng lượng của sóng ứng suất bị suy giảm hết. Sử dụng phần mềm vẽ biểu đồ, ta quan sát được dạng sóng. Với chất lượng bê tông tốt, đồng nhất sẽ nhận được dạng sóng thưa và đều (do sóng phải đi hết quãng đường là chiều dày tấm bê tông).
Hình 3.3 b mô tả hình ảnh tấm bê tông bị phân tầng, khuyết tật là vùng bê tông bị xốp hoặc rỗng. Tương tự như ở dạng a nhưng ở trường hợp này sóng ứng suất không truyền xuống đáy tấm mà chỉ truyền tới vùng bị khuyết tật và phản hồi ngay về bề mặt phía trên của bê tông. Vì quãng đường đi của sóng ứng suất ngắn hơn dẫn tới hình dạng của biểu đồ thu được mau hơn (tần số cao hơn).
Dựa vào tần số dao động của sóng ứng suất có thể đánh giá được vị trí khuyết tật (khuyết tật cách bề mặt tấm bê tông bao nhiêu).
Đối với một tấm bê tông có diện tích lớn tại hiện trường ta cần phải khoanh vùng kiểm tra, ưu tiên kiểm tra những vùng bất lợi nhất về chịu lực. Khi thấy biểu đồ
sóng bất thường cần xem xét kỹ và có thể kết hợp với phương pháp kiểm tra khác.Có thể tiến hành khoan mẫu tại vị trí phát hiện khuyết tật để đánh giá thêm.Việc này rất có ý nghĩa vì nếu chỉ dùng phương pháp khoan lấy mẫu người kiểm tra sẽ khó đánh giá đúng được chất lượng tại hiện trường.
- Phương pháp xác định khuyết tật nhỏ trong tấm bê tông
(a) (b)
Hình 3.4. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định khuyết tật nhỏ trong tấm bê tông
Viên bi va chạm với bề mặt của tấm bê tông sinh ra sóng ứng suất truyền trong tấm bê tông đồng nhất không có khuyết tật. Có được dạng biểu đồ sóng ứng suất và biểu đồ mật độ phổ như hình 3.4 a.
Hình 3.4 b mô tả hình ảnh tấm bê tông bị phân tầng, khuyết tật là vùng bê tông bị xốp hoặc rỗng nhưng kích thước nhỏ. Ở trường hợp này sóng ứng suất truyền gặp khuyết tật cản trở sẽ phản xạ lại bề mặt phía trên, một phần vẫn truyền xuống đáy nhưng quãng đường đi dài hơn ở trường hợp a. Vì vậy trên biểu đồ thu được vừa có dạng sóng của phản xạ đáy vừa có dạng sóng của phản xạ khuyết tật. Chính vì vậy
biểu đồ không còn đều như trường hợp a. Khi xử lý phân tích phổ FFT ở trường hợp a có 1 phổ tần số tập trung fT còn trường hợp b xuất hiện 2 phổ tần tập trung fT‟ có tần số thấp hơn fT (do quãng đường của trường hợp a dài hơn), phổ tần tập trung fd có tần số cao hơn fT
Dựa vào biểu đồ tần số dao động và biểu đồ dạng sóng sẽ phán đoán và đánh giá mức độ của khuyết tật.
- Phương pháp xác định vùng rỗng phía dưới tấm bê tông
Hình 3.5 a
Hình 3.5 b
Hình 3.5. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định vùng rỗng trong tấm bê tông
khả năng phản xạ của sóng ứng suất là khác nhau. Sóng ứng suất truyền qua bê tông đến mặt đáy, nếu mặt đáy là đất hoặc tấm ngăn cách, dạng sóng phản xạ như hình 3.5 a. Nếu mặt đáy của bê tông là không khí dạng sóng phản xạ và tần số như hình 3.5 b. Công tác đánh giá này đòi hỏi kinh nghiệm đọc biểu đồ và kỹ năng rất khó.
Các lỗ hổng ở phía dưới tấm có thể do rất nhiều nguyên nhân. Nếu tấm bị hổng ở dưới, trường hợp này sẽ thay đổi sơ đồ làm việc của tấm và đây là một trong những điều bất lợi nhất khi khai thác có tải trọng lớn chạy qua. Chính vì thế việc phát hiện sớm được các khuyết tật này sẽ có được phương án xử lý kịp thời như: Nâng tấm xử lý, khoan bơm bổ xung lấp đầy lỗ hỏng... Đặc biệt trong đường cất hạ cánh của các sân bay việc phát hiện này có ý nghĩa rất lớn mà các phương pháp nghiệm thu đánh giá thông thường không phát hiện được.