‌آزمایش‌های تعیین دانسیته به روش غیرهسته‌ای

در گذشته تنها دو روش برای تعیین دانسیته آسفالت تازه اجرا شده وجود داشته است. روش اول براساس مغزه گیری بوده كه روشی است مخرب و روش دوم با استفاده از یك دستگاه انداز‌ه‌گیر غیرمخرب هسته‌ای قابل حمل و نقل، صورت می‌گرفته است. اگر چه رو‌ش اول (مغزه‌گیری) دقیق‌ترین روش انداز‌ه‌گیری است اما مغز‌ه‌گیری از مسیر بسیار وقت گیر و هزینه‌بر است. اندازه‌گیر هسته‌ای ارزان‌تر و سریعتر از روش مغزه‌گیری است، اما با این حال، معایب زیادی نیز دارد.

دستگاه تعیین دانسیته روسازی راه

اولین و بارزترین عیب آن استفاده از یك منبع رادیواكتیو است كه مسلماً نیاز به تنظیمات زیاد و تعلیم تخصصی نیروی كارآزموده دارد. عیب دیگر آن شامل كسب مجوز و نوسازی تجهیزات، آموزش تكنیسین‌ها، نحوه كار نه چندان ساده و جاسازی تجهیزات آن است.

مزیت بزرگ دیگر این دستگاه‌ها در این است كه پیمانكار قادر به تعلیم هر فرد عادی در محیط كار برای كاركردن با آنهاست، در حالی كه در گذشته بدلیل نیازمندی‌های آموزشی، از كار با دستگا‌ه‌های هسته‌ای صرف نظر می‌شده است.

این سیستم، یك مدار الكتریكی فراهم می‌كند كه این مدار یك ولتاژ فركانسی رادیویی را به یك الكترود حسی اعمال می‌كند و الكترود حسی یك میدان الكتریكی در مصالح روسازی ایجاد می‌كند. الكترود حسی دوم پاسخ‌های د‌ی‌الكتریك از مصالح روسازی را اندازه گیری می‌كند. یك تحلیل‌گر داده، دانسیته مصالح روسازی را بر اساس مقاومت جریان آن تعیین می‌نماید. تحلیل‌گر داده‌ها، دانسیته نسبی مصالح روسازی را به درستی و در شرایطی كه تأثیر رطوبت موجود در روسازی اصلاح شده است، محاسبه می‌كند.

اصلاحات برای عوامل تأثیرگذار خارجی بر روی مقدار دانسیته به سیستم اعمال می‌شوند. این اصلاحات شامل موارد رطوبت سطحی، تغییرات دما و تغییرات مقاومتی حسگر می‌شوند. این عملیات اصلاحی به صورت خودكار، مقادیر واقعی دانسیته را در شرایط متغییر بدون اینكه مجبور به اعمال تعدیلات دستی به سیستم باشد، فراهم می‌كند. سیستم به گونه‌ای طراحی شده است كه سازگار با شرایط كارگاهی باشد. خصوصیات دیگر، توانایی تغییر در وضعیت حسگرها به منظور انتخاب عمق انجام آزمایش است. همچنین مزیت‌های دیگر این دستگاه، قابلیت تنظیم وضعیت حسگر، تنظیم عمق نفوذ، حوزه تأثیر میدان الكتریكی و وسعت میدان مورد آزمایش است.

برای نمونه، عملكرد یك سنسور با ابعاد كوچكتر اجازه می‌دهد كه عمق نفوذ كاهش پیدا كند. امكان كنترل عمق نفوذ به صورت صحیح، این مزیت را داراست كه سیگنال فرستاده شده صرفاً به لایه مدنظر برسد و به لایه‌های دیگر با جنس‌ها و دانسیته‌های مختلف نفوذ نكند. دستگاه نشانگر كیفیت روسازی یك مدار با منبع ولتاژثابت را كه قادر است دانسیته مصالح را با دقت بالا و قابلیت اطمینان بیشتر نسبت به دیگر طرح‌ها تعیین كند، فراهم می‌سازد.

مزایای استفاده از این دستگاه

تجربیات حاصله راجع به این سیستم حاكی از مطالب زیر است.

• كاركردن و استفاده از دستگاه ساده است‌
• محدودیت حمل و نقل برای دستگاه وجود ندارد‌
• كار با دستگاه نیاز به آموزش محدود و ساد‌ه‌ای دارد‌
• سبك است‌
• در مدت زمان كوتاهی چندین آزمایش صورت می‌گیرد‌
• به سرعت، اطلاعات حاوی میزان و كیفیت تراكم حاصل می‌شود‌

در مورد اینكه آیا سطح به صورت یكنواخت متراكم شده است، تشخیص حاصل می‌شود و امكان اصلاحات سریع ‌فراهم می‌شود.

دانسیته مخلوط آسفالتی به طور مستقیم متناسب با ثابت د‌ی‌ الكتریك اندازه گیری شده است.

دستگاه با فشار دكمه on روشن می‌شود. دامنه اندازه گیری و دانسیته واقعی مبنا وارد می‌شوند. دستگاه روی آسفالت قرار می‌گیرد و مقدار دانسیته سریعاً برروی نمایشگر دستگاه مشخص می‌شود. در این فرآیند، تأخیری مانند آنچه در مورد دستگاه هسته‌ای كه به منظور كالیبره كردن شرایط محیطی است، وجود ندارد. این بدان معناست كه تعداد برداشت‌های صورت گرفته با این دستگاه، صرفاً به سرعت عمل اپراتور بستگی دارد. همچنین امكان برداشت از مركز، راست و چپ مسیر، قبل از برگشت غلتك برای مسیر بعدی وجود دارد. همچنین زمان برای یادداشت دانسیته و درجه تراكم وجود دارد. دستگاه قابلیت اتصال به كامپیوتر برای دریافت خروجی را دارد. دستگاه در حین برداشت اندازه‌ها نباید جابجا شود چون بر روی مقدار خوانده شده، تأثیر گذار است. مقادیر اندازه گیری شده برحسب kg/m۳ است.

آزمایش‌های تعیین دانسیته به روش هسته‌ای

از دهه ۱۹۷۰ میلادی، برای بهینه نمودن كنترل كیفیت در كلیه زمینه‌های علمی از جمله آسفالت، كشورهای صنعتی بر آن شدند كه در مورد آزمایش غیرمخرب تحقیقاتی را صورت دهند و تحقیقات زیادی از آن زمان تا كنون در این مورد انجام گرفته است. در زمینه راهسازی و آسفالت نیز به دلیل مزیت‌های زیادی كه آزمایش‌های غیرمخرب دارند از جمله عدم خرابی، هزینه كمتر، تكرار پذیری، توانایی ثبت تغییرات متغییرهای مورد نظر در یك نقطه خاص و صرف زمان كمتر،استفاده از این نوع آزمایش‌ها مورد توجه بسیاری از كشورهای صنعتی قرار گرفته است. این روش‌ها در آسفالت شامل وسایل دقیق تغییر مكان سنج روسازی، آزمایش‌های اولتراسونیك، آزمایش‌های هسته‌ای و … هستند.

یكی از انواع آزمایش‌هایی كه در روسازی كاربرد فراوان دارند، آزمایش‌های هسته‌ای است كه از آنها می‌توان در اندازه گیری دانسیته و درصد قیر مخلوط‌های آسفالتی استفاده كرد. برای هر كدام از مواد مورد استفاده در روسازی یعنی اندازه گیری دانسیته و درصد قیر به رو ش هسته‌ای، روش‌های خاصی وجود دارد كه در چند دهه اخیر مورد تحقیق بوده‌اند و دستگاه‌هایی كه ثمره این تحقیقات هستند از فناوری ویژ‌ه‌ای سود می‌برند. نكته مهم در این دستگاه‌ها آن است كه دقت مورد نیاز آزمایش‌های روسازی، بستگی به نوع چشم رادیواكتیو داشته و در ضمن متغییرهای هندسی دستگاه باید تطبیق كافی با آزمایش‌های روسازی و شرایط انجام آنها داشته باشند

دانسیته سنج‌های هسته‌ای‌ در حال حاضر به صورت گسترده به عنوان روشی برای تعیین وزن مخصوص (دانسیته) ومحتوای رطوبتی روسازی در محل مورد استفاده قرار می‌گیرند. سادگی در استفاده، سرعت انداز‌ه گیری و دقت قابل ملاحظه آن‌ها از برتر‌ی‌های دانسیته سنج‌های هسته‌ای محسوب می‌شود. نگرانی در بحث امواج رادیواكتیو در این دستگاه‌ها و نیز قوانین و مقررات دست و پا گیر، باعث شده تا روز به روز روش‌های جایگزین برای این دستگاه‌ها بر اساس كاربرد امواج الكترومغناطیس گسترش یابد.

دانسیته سنج‌های هسته‌ای شامل یك منبع رادیواكتیو، معمولاً از عناصر سزیم یا رادیوم، و یك آشكارساز برای انداز‌ه‌گیری اشعه گاما در داخل خاك است. گیج‌های هسته‌ای دارای دو رو‌ش آزمایش، یكی روش سطحی‌، و دیگری روش انتشار مستقیم‌، هستند. در روش سطحی منبع و آشكارساز هر دو روی سطح زمین قرار می‌گیرند، در حالی كه در روش انتشار مستقیم، منبع رادیواكتیو در عمق زمین وارد شده و آشكارساز همچنان روی سطح باقی گذارده می‌شود.

برای اندازه گیری دانسیته خاك، منبع رادیواكتیو دستگاه، فوتو‌ن‌های اشعه گاما را در داخل خاك گسیل می‌دارد. هنگامی كه اشعه گاما در داخل قشر خاك روسازی حركت می‌كند، با از دست دادن بخشی از انرژی خود كه ناشی از برخورد با الكترون‌های خاك است، بازتاب می‌كنند. بدین ترتیب آشكارساز دستگاه، فوتو‌ن‌های ساطع شده از منبع را دریافت و ثبت می‌كند. زمانی كه دانسیته خاك افزایش یابد، تعداد فوتون‌هایی كه به آشكارساز می رسند به علت افزایش برخوردهای رخ داده حین حركت اشعه گاما در داخل قشر خاك كاهش می یابد. در هر دو روش سطحی و انتشار مستقیم، آشكارساز تعداد فوتون‌های بازتاب شده را شمارش می‌كند. تعداد فوتون‌ها با نسبت معكوس با دانسیته خاك رابطه دارد.

برای اندازه گیری محتوای رطوبتی خاك، گیج هسته‌ای از پرتوهای نوترون استفاده می‌كند. هنگامی كه نوترون‌های ساطع شده از منبع دستگاه در داخل قشر خاك حركت می‌كنند، در اثر برخورد با اتم‌های هیدروژن ذرات آب موجود، تضعیف شده و گرمایش نوترونی‌ رخ می دهد. گرمایش نوترون زمانی رخ می‌دهد كه سرعت نوترون‌ها به حد ثابتی كاهش یافته و برخوردهای مجدد باعث كاهش سرعت نمی‌شود. تعداد نوترون‌های گرمایش شده‌ای كه توسط آشكارساز شناسایی می‌شوند دارای رابطه‌ای با تعداد اتم‌های هیدروژن موجود در خاك هستند.

تئوری آزمایش

‌در دانسیته سنج‌های هسته‌ای از اشعه گاما استفاده می‌شود. اشعه گاما از نوع پرتو‌های الكترومغناطیس و هم خانواده نور مرئی است. در این خانواده از امواج كه انرژی بوسیله فوتون منتقل می‌شود هر چه طول موج پرتوها كوچكتر باشد انرژی بیشتری دارند. امواج الكترومغناطیس به ترتیب طول موج از كوتاه به بزرگ عبارتند از اشعه گاما، اشعه ایكس، نور مرئی و امواج رادیویی. همان طور كه مشخص است اشعه گاما دارای كوتا‌ه‌ترین طول موج و بالطبع بیشترین میزان انرژی است. این مقدار بالای انرژی باعث شده است كه اشعه گاما دارای نفوذپذیری زیادی در مواد باشد و از طرف دیگر انرژی زیاد آن می‌تواند سبب تخریب بافت بدن موجودات زنده شود. اشعه گاما از طریق كاملاً مصنوعی مانند اشعه ایكس یا نور تولید نمی‌شود و راه اصلی تولید آن از طریق هسته اتم‌های رادیواكتیو است كه تمایل به آزاد كردن میزان بالایی انرژی دارند.

موارد استفاده

آزمایش تعیین دانسیته به روش هسته‌ای‌، به عنوان یك شیوه غیر مخرب و سریع جهت تعیین دانسیته در جای مخلوط آسفالتی متراكم شده و همچنین لایه‌های سنگدانه‌ای متراكم شده، مفید است. در این آزمایش، با كالیبراسیون درست و آزمون تایید كننده نتایج‌، این روش جهت كنترل كیفیت و قبول تراكم آسفالت و لایه‌های دیگر روسازی، مفید و كارآمد است. علاوه بر این، از این روش آزمایش برای تعیین تعداد دفعات عبور غلتك و الگو دادن جهت رسیدن به دانسیته مورد نظر می‌توان بهره جست. طبیعت غیر مخرب این آزمایش، اجازه دفعات متعدد اندازه گیری دریك مكان بین عبورهای متوالی غلتك به منظور مشاهده تغییرات در مقدار دانسیته را فراهم می‌آورد.

روش انجام آزمایش

برای انداز‌ه‌گیری دانسیته خاك، منبع رادیواكتیو دستگاه فوتو‌ن‌های اشعه گاما را در داخل خاك گسیل می‌دارد. هنگامی كه اشعه گاما در داخل قشر خاك روسازی حركت می‌كند، با از دست دادن بخشی از انرژی خود كه ناشی از برخورد باالكترون‌های خاك است، بازتاب می‌كنند. بدین ترتیب آشكارساز دستگاه، فوتو‌ن‌های ساطع شده از منبع را دریافت و ثبت می‌كند. زمانی كه دانسیته خاك افزایش یابد، تعداد فوتو‌ن‌هایی كه به آشكارساز می‌رسند به علت افزایش برخوردهای رخ داده حین حركت اشعه گاما در داخل قشر خاك كاهش می‌یابد. در هر دو روش سطحی و انتشار مستقیم، آشكارساز تعداد فوتون های بازتاب شده را شمارش می‌كند. تعداد فوتو‌ن‌ها با نسبت معكوس با دانسیته خاك رابطه دارد.