روشی غیرتماسی و بدون آسیب برای تشخیص زنگ‌زدگی میلگردها و خلل و فرج داخل بتن
مقدمه
سازه‌های بتنی مسلح ستون فقرات بسیاری از زیرساخت‌های شهری و صنعتی هستند. اما عمر طولانی این سازه‌ها به‌شدت تحت تأثیر عوامل محیطی و شیمیایی قرار می‌گیرد. نفوذ رطوبت و یون‌های کلرید، فرآیند خوردگی میلگردها را آغاز می‌کند که باعث انبساط فولاد، ایجاد ترک و در نهایت کاهش مقاومت سازه می‌شود. از سوی دیگر، حفره‌ها، خلل و فرج، و لایه‌لایه شدن (Delamination) در بتن می‌توانند عملکرد سازه را مختل کنند.
روش‌های سنتی بازرسی مانند نمونه‌برداری (Core Sampling) و آزمایش‌های مخرب، هزینه‌بر، وقت‌گیر و محدود به نواحی کوچک هستند. در مقابل، فناوری بازرسی با تابش میکروویو یک راهکار غیرتماسی، سریع و بدون آسیب ارائه می‌دهد که می‌تواند در مدت کوتاه، اطلاعات دقیقی از وضعیت داخلی بتن و آرماتورها فراهم کند.
اصول علمی روش میکروویو
میکروویو یک موج الکترومغناطیسی با طول موج بین 1 میلی‌متر تا 1 متر (فرکانس 300 مگاهرتز تا 300 گیگاهرتز) است. در این روش:
یک فرستنده میکروویو، موج را به سطح بتن می‌تاباند.
موج به داخل بتن نفوذ کرده و بخشی از آن از مرزهای مواد مختلف (بتن، فولاد، هوا یا آب) بازتاب می‌شود.
یک گیرنده، سیگنال بازتاب‌شده را جمع‌آوری می‌کند.
با تحلیل دامنه، فاز و زمان تأخیر سیگنال، ویژگی‌های داخلی سازه مانند مکان، اندازه و نوع عیب مشخص می‌شود.
چرا میکروویو برای بتن مناسب است؟
حساسیت به تغییرات رطوبت و چگالی: آب و فولاد خواص دی‌الکتریک متفاوتی نسبت به بتن خشک دارند، بنابراین میکروویو به تغییرات ناشی از خوردگی یا حفره‌ها واکنش نشان می‌دهد.
نفوذ مناسب: در فرکانس‌های پایین‌تر (چند گیگاهرتز)، میکروویو می‌تواند تا چند ده سانتی‌متر در بتن نفوذ کند.
غیرتماسی بودن: نیازی به تماس مستقیم با سطح یا تخریب پوشش نیست.
سرعت بالا: امکان بازرسی سریع سطوح وسیع.
اجزای اصلی سیستم بازرسی میکروویو
مولد فرکانس: تولید موج در بازه چند گیگاهرتز برای تعادل بین عمق نفوذ و دقت.
آنتن فرستنده: متمرکز کردن انرژی روی ناحیه مشخص.
آنتن گیرنده: جمع‌آوری بازتاب‌ها با حداقل نویز.
واحد پردازش سیگنال: تحلیل داده‌ها با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته.
نرم‌افزار تصویرسازی: تولید نقشه دوبعدی یا سه‌بعدی از عیوب داخلی.
فرآیند تشخیص خوردگی و نقص‌های داخلی
1. اسکن سطح سازه
اپراتور آنتن را روی سطح بتن حرکت می‌دهد یا از یک ربات/دستگاه اسکنر استفاده می‌کند.
2. جمع‌آوری داده‌ها
سیگنال‌های بازتاب‌شده در نقاط مختلف ثبت می‌شوند. تغییر در دامنه یا زمان رسیدن موج، نشانه‌ای از تغییر در خواص داخلی است.
3. تحلیل داده‌ها
خوردگی میلگرد: زنگ‌زدگی باعث افزایش حجم فولاد و تغییر خواص الکتریکی می‌شود که در سیگنال بازتابی مشخص است.
خلل و فرج: حفره‌های پر از هوا یا آب الگوی بازتاب متفاوتی نسبت به بتن سالم دارند.
4. تصویرسازی و مدل‌سازی
با پردازش داده‌ها، نقشه حرارتی (Heat Map) یا مدل سه‌بعدی از موقعیت و شدت آسیب ایجاد می‌شود.
مزایای روش میکروویو
غیرمخرب و غیرتماسی: بدون ایجاد آسیب به سازه.
سرعت بالا: اسکن سریع مناطق بزرگ.
توانایی تشخیص زودهنگام: شناسایی مشکلات قبل از نمایان شدن علائم ظاهری.
قابلیت کار در شرایط محیطی متنوع: عملکرد مناسب حتی در سطوح دارای پوشش نازک.
محدودیت‌ها
کاهش عمق نفوذ در بتن‌های بسیار مرطوب یا متراکم.
نیاز به کالیبراسیون بر اساس نوع بتن و تراکم آرماتور.
حساسیت به نویز الکترومغناطیسی محیط.
کاربردهای عملی
پل‌ها: پایش دوره‌ای برای شناسایی خوردگی میلگرد قبل از ایجاد ترک.
تونل‌ها و مترو: بررسی خلل و فرج و لایه‌لایه شدن.
ساختمان‌های صنعتی: کنترل کیفیت سازه‌های جدید و ارزیابی سازه‌های موجود.
سازه‌های دریایی: تشخیص آسیب ناشی از نمک و آب دریا.
آینده روش میکروویو
پیشرفت در پردازش سیگنال، الگوریتم‌های یادگیری ماشین و آنتن‌های پیشرفته می‌تواند دقت و عمق نفوذ را بهبود دهد. ترکیب این روش با تکنیک‌های دیگر مانند رادار نفوذی زمین (GPR) یا التراسونیک می‌تواند تصویری جامع‌تر از سلامت سازه ارائه دهد.
جمع‌بندی
بازرسی با تابش میکروویو روشی نوین، سریع و ایمن برای شناسایی خوردگی میلگردها و عیوب نهفته در بتن است. این فناوری با کاهش نیاز به تخریب و نمونه‌برداری، هزینه‌ها و زمان بازرسی را کم کرده و امکان پایش مداوم و پیشگیرانه سازه‌های حیاتی را فراهم می‌کند. با توسعه تجهیزات و نرم‌افزارهای هوشمند، می‌توان انتظار داشت که در آینده نزدیک، این روش به یکی از استانداردهای رایج پایش سلامت سازه تبدیل شود.
نظرات