1.1. Giới thiệu chung về phương pháp thí nghiệm không phá hoại NDT.

1.1.1 Khái niệm về phương pháp thí nghiệm không phá hoại.

Thí nghiệm không phá hoại NDT là viết tắt từ chữ  tiếng Anh "Non - destructive Testing" - NDT. Một phương pháp kiểm tra không phá hủy là việc sử dụng các phương pháp vật lý để kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm tra mà không làm tổn hại đến khả năng sử dụng của chúng.

Phương pháp kiểm tra thí nghiệm không phá hoại được ứng dụng trong rất nhiều ngành kỹ thuật như:

  • Công nghiệp có sử dụng nồi hơi, hệ thống đường ống và bình áp lực.

  • Cơ khí, đúc, luyện kim, rèn, dập.

  • Giao thông, xây dựng, vật liệu.

  • Thực phẩm đóng gói, đồ hộp, dược phẩm.

-         Hải quan, an ninh, quốc phòng.

-         Ngành hàng không, đường sắt, nhà máy điện, dầu khí, hóa chất.

-         Đóng tàu, hàng hải, ô tô, tàu hỏa.

Do kiểm tra bằng hệ thống vật lý không gây hư hại đến đối tượng khi kiểm tra bằng phương pháp NDT, nên các kỹ thuật này rất có ý nghĩa về mặt thời gian cũng như chi phí kiểm tra, thí nghiệm. Việc phân tích kiểm tra cũng đặt nên vấn đề về phần mềm xử lý kết quả thí nghiệm phải đáng được tin cậy và phải được thí nghiệm kiểm chứng thực tiễn trước khi đưa vào áp dụng rộng rãi.

Các phương pháp kiểm tra thí nghiệm không phá hoại thường được dùng phổ biến tại Việt Nam là các phương pháp sau:

-         Phương pháp kiểm tra siêu âm trong vật liệu.

-         Phương pháp thẩm thấu.

-    Phương pháp chụp ảnh bức xạ.

1.1.2 Ưu điểm của phương pháp không phá hoại.

- Phát hiện được hầu hết các khuyết tật bên trong vật liệu.

- Đo bề dày của vật liệu một cách chính xác.

- Xác định được tính chất cơ học và cấu trúc hạt của vật liệu.

- Đánh giá được quá trình biến đổi tính chất của vật liệu.

- Thực hiện nhanh, chi phí rẻ, một số phương pháp thí nghiệm gọn nhẹ, độ chính xác và tin cậy được đánh giá cao.

1.2.  Ứng dụng của phương pháp thí nghiệm không phá hoại được sử dụng trong xây dựng công trình.

Trong lĩnh vực xây dựng công trình nói chung phương pháp NDT được ứng dụng sử dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam cũng đã nghiên cứu và nhiều trung tâm, Công ty đã lập lên dịch vụ thí nghiệm không phá hoại trong kiểm tra đánh giá chất lượng về vật liệu trước khi thi công công trình, trước khi đưa vào khai thác sử dụng và đánh giá tính trạng của công trình trong quá trình sử dụng để có biện pháp xử lý, tăng cường chất lượng khai thác công trình xây dựng mới.

Xử lý các sự cố trong quá trình thi công công trình;

Đánh  giá tình trạng phục vụ công tác bảo dưỡng, sửa chữa công trình đang khai thác;

Đảm bảo chất lượng trong quá trình sửa chữa công trình.

Ở các nước trên thế giới có rất nhiều phương pháp NDT  được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực và cả trong lĩnh vực xây dựng. Các kết quả nghiên cứu đã cho ra đời nhiều phương pháp NDT hiện đại áp dụng không chỉ kiểm tra chất lượng các vật liệu lộ ra bên ngoài mà còn có thể kiểm tra các bộ phận kết cấu ẩn dấu. Để có thể áp dụng rộng rãi các phương pháp này vào trong thực tế, người ta cũng đã quan tâm đến việc xây dựng các tiêu chuẩn thống nhất để tiện cho việc ứng dụng công nghệ.

Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và giao thông, đối tượng áp dụng kiểm tra không phá hủy - NDT rất rộng lớn. NDT có thể chỉ ra những vấn đề chất lượng bên trong cũng như tình trạng thi công tại hiện trường. Như tên gọi NDT còn cho phép sử dụng được ở cả giai đoạn công trình đã hoàn công để kiểm tra chất lượng. Chúng đã được sử dụng để phát hiện và đánh giá các vùng bị nghi ngờ chất lượng từ các khuyết tật nứt, rỗ rỗng đến phân lớp, bị rỉ mòn. NDT cũng đã được sử dụng để xác định hiện trạng của các công trình cũ, đặc biệt trong công tác điều tra khảo sát phục vụ cải tạo, mở rộng, nâng cấp đáp ứng các yêu cầu sử dụng mới. Các thông tin, số liệu và kiến thức mà kiểm tra NDT thực hiện trên các công trình đem lại có thể sẽ giúp giảm thiểu đáng kể lao động phải thực hiện trên các mẫu lấy thí nghiệm, đặc biệt trong những trường hợp kết quả bị nghi ngờ, kiểm tra NDT có thể lặp lại ở cùng vị trí.

Trong xây dựng dân dụng, bê tông cốt thép là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất. Là vật liệu composie rất bền vững và đòi hỏi tối thiểu việc duy tu bảo dưỡng trong quá trình sử dụng nếu chúng được thiết kế, thi công xây dựng và sử dụng đúng. Tuy nhiên trong thực tế thật khó có thể đảm bảo thực hiện được các điều kiện này vì vậy các kỹ sư thiết kế và các nhà xây dựng trong công tác của mình phải dự tính được đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng không chỉ tất cả các ứng suất có thể xuất hiện trên  công trình và ảnh hưởng tới cường độ vật liệu sử dụng mà còn cả các yếu tố nội tại và môi trường có thể hủy hoại vật liệu theo thời gian sử dụng.

Nói chung, sự hủy hoại xuống cấp của các công trình bê tông có thể là do sự đóng góp của một hay nhiều các yếu tố môi trường và các sai sót về kết cấu

Khi bê tông bị xuống cấp hoặc bị hủy hoại, các phương pháp NDT luôn có nhiều ưu thế cho việc điều tra khảo sát đánh giá các yếu tố trên và thường đem lại những sáng tỏ ngoài mong đợi. Việc chuẩn đoán chính xác là cần thiết để đảm bảo hiệu quả lâu dài cho việc sửa chữa hoặc tiến hành gia cố. Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào kết quả của công việc điều tra khảo sát.

Tiêu chuẩn BS 1881: part 201 : 1986 đã thống kê NDT đã được sử dụng hữu hiệu cho các mục đích sau :

-  Kiểm tra chất lượng các cấu kiện, kết cấu tại hiện trường.

-  Xác nhận chất lượng vật liệu từ nhà cung cấp đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

-  Sáng tỏ nghi ngờ trong thi công liên quan đến quá trình trộn, các mẻ trộn, đầm nén, bảo dưỡng.

-  Theo dõi phát triển cường độ phục vụ công tác tháo coffa, chế độ bảo dưỡng, căng cáp ứng suất trước, nạp tải, hay các mục đích tương tự. Theo dõi sự thay đổi các tính chất khác.

-  Phát hiện và đánh giá phạm vi nứt, các khuyết tật bê tông công trình.

-  Xác định vị trí, số lượng và phân bố cốt thép bê tông.

-  Xác định độ đồng nhất, vị trí khoan lấy mẫu đại diện, lựa chọn và ảnh hưởng tới cường độ vật liệu sử dụng mà còn cả các yếu tố nội tại và môi trường có thể hủy hoại vật liệu theo thời gian sử dụng.

Nói chung, sự hủy hoại xuống cấp của các công trình bê tông có thể là do sự đóng góp của một hay nhiều các yếu tố môi trường và các sai sót về kết cấu.

Khi bê tông bị xuống cấp hoặc bị hủy hoại, các phương pháp NDT luôn có nhiều ưu thế cho việc điều tra khảo sát đánh giá các yếu tố trên và thường đem lại những sáng tỏ ngoài mong đợi. Việc chuẩn đoán chính xác là cần thiết để đảm bảo hiệu quả lâu dài cho việc sửa chữa hoặc tiến hành gia cố. Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào kết quả của công việc điều tra khảo sát.

Tiêu chuẩn BS 1881: part 201 : 1986 đã thống kê NDT đã được sử dụng hữu hiệu cho các mục đích sau :

-  Kiểm tra chất lượng các cấu kiện, kết cấu tại hiện trường.

-  Xác nhận chất lượng vật liệu từ nhà cung cấp đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

-  Sáng tỏ nghi ngờ trong thi công liên quan đến quá trình trộn, các mẻ trộn, đầm nén, bảo dưỡng.

-  Theo dõi phát triển cường độ phục vụ công tác tháo coffa, chế độ bảo dưỡng, căng cáp ứng suất trước, nạp tải, hay các mục đích tương tự. Theo dõi sự thay đổi các tính chất khác.

-  Phát hiện và đánh giá phạm vi nứt, các khuyết tật bê tông công trình.

-  Xác định vị trí, số lượng và phân bố cốt thép bê tông.

-  Xác định độ đồng nhất, vị trí khoan lấy mẫu đại diện, lựa chọn để thử tải.

- Tăng thêm độ tin cậy khi chỉ có thể thực hiện hạn chế kiểm tra phá hủy.

-  Xác định phạm vi biến động giúp đỡ lựa chọn vị trí lấy mẫu.

- Xác nhận và chỉ định phạm vi hủy hoại bê tông do: bị quá tải, bị mỏi, ảnh hưởng tác động hoá học có nguồn gốc bên trong và bên ngoài, bị hoả hoạn, cháy nổ và các ảnh hưởng của môi trường.

- Theo sự biến đổi các tính chất vật liệu trong thời gian dài.

-  Đánh giá độ bền hiện tại (potential durable) của bê tông.

- Cung cấp thông tin bảo hiểm, kéo dài tuổi thọ, thay đổi công năng (nâng cấp, mở rộng)…

Đối với các công trình bằng kết cấu bê tông, bê tông cốt thép cho đến nay đã có rất nhiều các phương pháp không phá hủy được áp dụng để kiểm tra chất lượng. Phương pháp kiểm tra bằng mắt thường là phương pháp đơn giản nhất, dễ sử dụng nhất, tuy nhiên lại không thể nhận biết được các hư hỏng khuyết tật bên trong cũng như các đặc trưng của chúng. Phương pháp được sử dụng tiếp theo là phương pháp va đập - tiếng dội. Khi gõ búa vào một bộ phận kết cấu thì âm phát ra có thể cho biết được tính trạng, chất lượng của vật liệu. Các phương pháp hiện đại sau này được phát minh dựa trên các nguyên lý sóng âm thanh, siêu âm, điện từ,…

Đối với các kết cấu móng của các công trình cũng cần sử dụng các phương pháp NDT để kiểm tra chất lượng trong quá trình thi công cũng như trong giai đoạn khai thác.

1.3 Các phương pháp không phá hoại ở Việt Nam trong việc kiểm tra vật liệu và chất lượng đường ô tô và đường sân bay.

Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, đi đôi với việc phát triển đầu tư hạ tầng kiến trúc thượng tầng được Nhà nước ta quan tâm đặc biệt đến việc quản lý chất lượng công trình thi công từ khâu lập dự án đầu tư, khảo sát thiết kế, thi công nghiệm thu công trình để đưa vào sử dụng. Để có được công trình dù là cao ốc, đường xá, công trình ngầm hoặc các công trình xây dựng dân dụng nói chung thỏa mãn nhu cầu, đảm bảo sử dụng liên tục, lâu dài trong điều kiện an toàn chấp nhận, chúng phải được thiết kế, thi công xây dựng đạt chất lượng tốt cũng như phải được sử dụng đúng và bảo dưỡng duy trì như yêu cầu thiết kế ban đầu. Đòi hỏi các kỹ sư thiết kế và các nhà xây dựng phải hiểu biết chi tiết, dự tính được tất cả các yếu tố ảnh hưởng này từ các ứng suất có thể xuất hiện tác động tới công trình cũng như ảnh hưởng tới cường độ vật liệu sử dụng cùng các yếu tố nội tại và môi trường có thể hủy hoại vật liệu theo thời gian sử dụng. Ở Trung Tâm NDE CN TP. Hồ Chí Minh, việc nghiên cứu triển khai ứng dụng các kỹ thuật hạt nhân nói riêng và kỹ thuật kiểm tra NDT trong công nghiệp nói chung có thể nói bắt đầu từ những năm 1982-1983.

Trong hơn 30 năm qua, đ­ược sự trợ giúp của Ủy Ban Năng Lư­ợng Nguyên Tử Quốc Tế IAEA, Phòng thí nghiệm cầu đư­ờng Pháp LCPC ... Trung Tâm NDE CN TP. Hồ Chí Minh đã tiến hành nhiều hoạt động nghiên cứu, xây dựng các quy trình công nghệ triển khai áp dụng các kỹ thuật NDT phục vụ cho công tác điều tra khảo sát và kiểm tra chất lượng công trình xây dựng.

Là đơn vị đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật NDT, đội ngũ cán bộ nghiên cứu, các chuyên gia, các giáo sư cùng với  kinh nghiệm và kiến thức nghiên cứu trong nhiều năm qua đã hỗ trợ, giúp đỡ và chuyển giao nhiều kỹ thuật NDT đến nhiều đơn vị Công nghiệp trong lựa chọn các giải pháp hợp lý, các tiêu chuẩn kỹ thuật đúng cũng như các công nghệ kiểm tra hiện đại đem lại các lợi ích cho khách hàng thông qua chi phí thấp, tiết kiệm thời gian và đặc biệt là có được chất lượng dịch vụ cao.

Đối với bê tông cốt thép, có thể phân ra 3 loại kiểm tra hiện trường thường được sử dụng phổ biến :

-  Kiểm tra kiểm soát (Control Tesing): thường do nhà thầu hay nhà sản xuất thực hiện nhằm xác định các chỉ tiêu cần thiết về loại vật liệu cung cấp.

-  Kiểm tra thỏa mãn thiết kế (Compliance Testing): thực hiện theo yêu cầu của cán bộ kỹ thuật công trường theo thỏa thuận để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật theo thiết kế.

-  Kiểm tra xác minh (Secondary Testing) : thực hiện trên kết cấu hoặc từ mẫu lấy ra từ kết cấu. Loại kiểm tra này được yêu cầu khi có sự nghi ngờ về tính thực tiễn của các kết quả trong hai phép kiểm tra trên hoặc khi cần kiểm tra bê tông cũ hoặc các kết cấu bị hư hỏng, sự cố.

Loại kiểm tra thứ 1 và thứ 2 theo truyền thống phổ biến được thực hiện trên các mẫu chuẩn đúc từ cùng mẻ trộn với bê tông kết cấu. Tuy nhiên các mẫu chuẩn mặc dù được coi như đúc từ cùng một loại vật liệu, vẫn có thể không đại diện cho chất lượng thực tế của bê tông trong kết cấu. Đó là kết quả của nhiều nguyên nhân khác nhau như vật được cung cấp không hoàn toàn đồng nhất, chế độ đầm nén, bảo dưỡng cũng như tay nghề khác nhau, tất cả có thể để lại những ảnh hưởng lâu dài. Các phương pháp NDT có thể giúp đỡ khắc phục các nhược điểm này qua các kiểm tra đối chứng về tính tương đồng giữa các mẫu chuẩn kiểm tra và bê tông trong toàn kết cấu.

Các phương pháp NDT còn là công cụ hữu hiệu để kiểm soát tuân thủ theo thiết kế. Các thông số như lớp bê tông bảo vệ quá mỏng, đầm chưa đủ, số lượng vị trí cốt thép đặt không đúng, chưa đủ, bảo dưỡng bê tông kém hay thực hiện những quy trình xử lý đặc biệt như bơm vữa vào ống cáp căng dự ứng lực .... đã được các kiểm tra NDT cung cấp nhanh chóng và chính xác.

Hiện nay NDT ở Việt Nam có thể đóng góp hiệu quả, tin cậy và nhanh chóng trong hoạt động quản lý chất lượng công trình xây dựng đường ô tô và sân bay theo các nội dung như :

-  Cung cấp kỹ thuật hoặc tái kiểm định trong công tác điều tra khảo sát như địa chất thủy văn, địa chất công trình, cấu trúc địa tầng ...

-  Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường khí hậu đến tuổi thọ công trình: xói mòn, bồi lấp, xâm thực của các yếu tố môi trường, tuổi thọ công trình dưới tác động của khí hậu, nhiệt độ, nước mặn ....

-   Kiểm định hoặc hỗ trợ giám định kỹ thuật chất lượng thi công, nghiệm thu hoàn công: đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật tuân thủ thiết kế của vật liệu, kết cấu trên công trình, phát hiện dự báo sớm cùng nguyên nhân hư hỏng. Vùng chất lượng thấp, biến động, chất lượng cáp dự ứng lực.....

-  Kiểm định hiện trạng chất lượng công trình phục vụ cho công tác bảo trì, sữa chữa, nâng cấp, thay đổi mục đích sử dụng : các yếu tố hủy hoại bê tông, cơ cấu, nguyên nhân hủy hoại cốt thép, đánh giá hiện trạng rỉ mòn, tốc độ rỉ mòn...

-   Đánh giá tuổi thọ công trình: hiện diện nứt, tốc độ phát triển, độ sâu nứt. Những yếu tố, tốc độ hủy hoại, nguy cơ ăn mòn cốt thép trong quá trình khai thác đánh giá kiểm định chất lượng công trình cầu đường.

Đặc biệt đối với mặt  đường sân bay dùng phương pháp đánh giá chỉ số phân cấp mặt đường (PCN) sân bay sử dụng công nghệ thí nghiệm không phá huỷ (NDT), không gây tổn hại cho kết cấu mặt đường, thí nghiệm nhanh mà không ảnh hưởng đến việc vận hành sân bay, kinh tế hơn nhiều so với các phương pháp khác. Nội dung chi tiết phương pháp này sẽ được đề cập chi tiết ở chương 3 của luận văn.

Các phương pháp thí nghiệm không phá hoại được sử dụng tại Việt Nam trong cả các lĩnh vực khác bao gồm một số các phương pháp sau :

- Kiểm tra bằng cách chụp ảnh phóng xạ X, tia Gamma (RT).

- Kiểm tra bằng phương pháp siêu âm (UT)

- Kiểm tra bằng phương pháp thẩm thấu (PT).

- Kiểm tra bằng phương pháp hạt từ (MT)

- Kiểm tra bằng phương pháp điện từ (ET)