Ultra High Performance Concrete (UHPC)

UHPC ialah konkrit dengan kekuatan ultra 150-200 N/mm2. Nisbah air/simen serendah 0.17. UHPC merupakan satu teknologi baru dalam pembuatan konkrit. Dura Technology Sdn. Bhd.  merupakan syarikat terulung dalam bidang ini.

Pada 7 Jan 2015 satu seminar dalaman telah diadakan di Nuklear Malaysia yang membincangkan tentang potensi penggunaan konkrit ini dalam industri nuklear.

Oleh kerana UHPC merupakan bahan termaju maka NDT juga adalah baru dalam bidang. Peluang penyelidikan NDT terhadap bahan ini masih luas. Antara ciri menarik UHPC ialah 'like concrete' 'like steel'. Hubungi tegasan-terikan bagi bahan menyerupai keluli iaitu ada sifat elastik dan sifat plastik.

Kajian awal NDT menggunakan ultrasonik menunjukkan halaju ultrasonik dalam UHCP sangat tinggi iaitu sekitar 5000 m/s yang menghampiri halaju dalam besi tuang. UHPC agak homogen dengan saiz ketakhomogen kurang dari 1mm.

Ultrasonic goniometer 2

Ada beberapa kaedah boleh digunakan;
1- kaedah Transmission
2- kaedah pantulan sudut
3- kaedah 'backscatter'

Goniometer pantulan sudut

 Amplitud pantulan lwn sudut bagi sampel konkrit

Keputusan goniometer kaedah pantulan sudut bagi beberapa sampel kayu. Sudut bagi penjanaan gelombang rayleigh tidak dapat dikesan. Bagaimanapun terdapat perbezaan amplitud (attenuation) bagi kayu-kayu ini.

Sampel yang melalui proses 'creep' menunjukkan amplitud yang lebih rendah berbanding sebelum 'creep'. Tiada perubahan nyata bagi halaju gelombang Rayleigh.

Gambar Kenangan MSc (1979-1981)

Goniometer ultrasonik untuk mengkaji tegasan residu dalam duraluminium

Alat Ultrasonik imbas-A

 Lawatan ke Sekolah NDT di British railway

 Lawatan ke NDT British airways

 Bergambar bersama rakan di University of Surrey yang membuat MSc dalam bidang teknologi nuklear

 Membeli belah hujung minggu (Sabtu)

 Brunel University

Mendaftar di Malaysia hall (Okt 1979)

Ultrasonic Guided wave

Bunyi mungkin boleh dikleaskan seperti berikut;
-vibration (1-1000 Hz)
-sound (10-10000 Hz)
-acoustic emission (10,000-1,000,000 Hz)
-ultrasonik (1,000,000 - 100,000,000 Hz)

Gelombang ultrasonik pula boleh dibahagikan kepada 2 jenis iaitu 'bulk wave' dan 'Guided wave'. Bulk wave ada 2 jenis iaitu longitudinal dan transverse. Manakala Guided wave pula antaranya gelombang Rayleigh, surface SH, surface SV, Love, Stonely dll.

Guided wave nampaknya akhir-akhir ini semakin popular. Kalau dulu guided wave hanya dikenali Rayleigh dan Lamb dan hanya terhad penggunaan kepada mengesan kecacatan atau pencirian permukaan dan mengukur ketebalan sampel nipis, tapi sekarang guided wave telah boleh dijana untuk bergerak sehingga 100m dalam paip. Pemeriksaan boleh dibuat secara jarak jauh.

Sejarah penemuan gelombang ini telah bermula sejak 1885 oleh Lamb dan Rayleigh diperbaharui Worlton 1907, Gazis 1950, Silk, Joseph L Rose, Peter Cowley 1980an, Krishnan Balasubramaniam, John S. Popovics, Younho Cho, dll.

Antara pembekal utama alat ini ialah Plant Integrity Ltd dan GUL

Ultrasonic Goniometer

Background

• Popular in 1970’s and 1980’s
• Basic research to understand sound mode conversion in materials
• Modeling of experimentation

Principle

• Based on Snell's law

Methodology

• Technique used to study materials surface properties by propagating ultrasound at various angle of incidence.


• Parameter determined - sound velocity and Amplitude

Applications

• Rayleigh and Lamb wave studies
• Rayleigh used to study surface properties eg. Roughness, hardness, residual stress




• Lamb wave for thickness measurement.

References

1. Mohamad Pauzi Ismail, 1981, Ultrasonic Measurement of Stress Using Back Scattered Ultrasound, M.Sc. Dissertation
2. Ismail, M. P., Bloser, D.S., 1983, Ultrasonic Goniometer Measurement of the Properties of Maraging Steel Using Rayleigh Waves, Jurnal Sains Nuklear, Vol 1, No. 2
3. Bridge, B., Ismail, M. P., 1984, Monitoring of Stress by Ultrasonic Backscatter, NDT Communications, P 15, Vol.1, No.5
4. Mohamad Pauzi Ismail, Kamaruddin Mohd. Yusof & Abdul Nassir Ibrahim. 1996. Propagation of Rayleigh wave in concrete. British Journal of Non Destructive Testing INSIGHT, 38(5):338-340.
5. Mohamad Pauzi Ismail, Mat Rasol Awang, Mohd Noorul Ikhsan Ahmad, Amry Amin Abas and Mohd. Fajri Osman, Ultrasonic goniometry measurement of Aquilaria (gaharu) wood, National Physics Conference 2007, Terengganu, 26-28 December 2007.

Ketepatan Ultrasonik

Sebelum ini masyarakat NDT agak kecuh dengan komen DOSH yang mempersoalkan tentang kebolehpercayaan teknik ultrasonik (UTTM) dalam mengukur ketebalan bahan bagi memeriksa kakisan. Mereka mengatakan ada 'thickness grow'. Kali ini aku ingin bentangkan contoh data pengukuran yang aku perolehi dari tangki pemproses kimia bagi tujuan pembelajaran dan perbincangan. Data UTTM telah diambil sejak 2002. Paksi-y ialah ketebalan yan diukur dalam mm, manakala paksi-x ialah lokasi pengukurun. ABC yang pertama ialah bacaan pada 'head' dan ABC kedua ialah pada 'shell'. 0, 90, 180, 270 ialah kedudukan arah bacaan diambil, 0 ialah utara, 90 timur, 180 selatan dan 270 barat. Terdapat pengurangan ketebalan yang agak ketara pada 'head'. Contohnya bacaan 2004 ialah 22.5mm menurun hingga 20.5mm pada 2008,iaitu pengurangan 2mm dalam tempoh 4 tahun iaitu kadar hakisan 0.5mm setahun. Tangki ini dibuat dari keluli nikarat (stainless steel) yang mengikut rekabentuk tidak akan berlaku kakisan (0 mm corrosin allowance). Memang keluli nikarat tahan karat tetapi ia akan juga kalah dengan halogen (Klorin, florin,dsb). Jika bahan kimia tidak dikawal supaya larutannya bebas dari halogen spt klorin, maka kakisan boleh berlaku. Yang paling ditakuti ialah kakisan jenis setempat (pits) kerana pits ini selain berlubang seni ia juga boleh menjadi tempat permulaan kepada retakan yang sukar dikesan dengan mata kasar.

Berbalik semula kepada ketepatan ultrasonik dalam menentukan ketebalan. Dalam artikel sebelum ini aku menyebutkan ketepatan ialah antara 0.3mm hingga 0.8mm. Jadi jika kadar kakisan hanyalah 0.5mm setahun, perubahan kakisan tidak dapat dikesan dalam tempuh setahun. Dalam data di atas dapat dikesan 'thickness grow' sehingga 1mm, tetapi rata-rata thickness grow hanya 0.25mm, iaitu had ketepatan normal. Jika terdapat segelintir bacaan yang tidak menasabah iaitu ralat 1mm, ini mungkin kesilapan atau poin bacaan yang tidak betul.
Kita kena mentafsir data secara menyeluruh bukan hanya tertumpu pada kes-kes terpencil.
Rujukan

1. J.C. Drury, Corrosion monitoring and thickness measurement – what are we doing wrong?” INSIGHT Vol. 39, No. 1 January 1997
2. Guidance Document for Estimation of Measurement Uncertainty in Non-Destructive Testing, 2004, Guidance Note: NDT001, Singapore Accreditation Council Singapore Laboratory Accreditation Scheme (SAC-SINGLAS).

Imbasan Ultrasonik

Imbasan manual (imbasan-A) bagi mengesan kecacatan dalam kimpalan. Teknik ini masih lagi digunakan di lapangan.
Imbasan-C di makmal dengan kaedah rendaman. Imej dirakam dan diproses oleh komputer (1982)

Pada tahun 1997 Imbasan-C separa automatik mula digunakan di lapangan

Imbasan-C bagi menegsan kakisan pada tangki simpanan kimia

Imbasan-C digunkan bagi mengesan kakisan dalam paip gas

Imbasan-C digunakan bagi mengesan kakisan dalam paip asid

Imbasan-C digunkan bagi mengesan kakisan dalam paip gas

Ultrasonik bagi pencirian kayu

Ultrasonic goniometry measurement of Aquilaria sp (gaharu) wood

Mohamad Pauzi Ismail, PhD, Mat Rasol Awang, PhD, Mohd Noorul Ikhsan Ahmad, Amry Amin Abas, and Mohd. Fajri Osman
Malaysian Nuclear Agency
Bangi, 43000 Kajang, Malaysia
pauzi@nuclearmalaysia.gov.my

Abstract
This paper describes the results of ultrasonic goniometry measurement in Aquilaria (gaharu) wood. Ultrasonic wave was transmitted into the surface of gaharu wood and the reflected amplitudes by corner reflection were measured. The measurements were performed on gaharu sample with dimension of about 3mm x 15mm x 25mm by attaching to corner reflector goniometer made of mild steel. The measurement results are explained and discussed.
Keywords: ultrasonic, goniometry, gaharu.

Pengukur ketebalan ultrasonik diragui

Begitulah apa yang dikomen oleh pembentang kertas kerja dari DOSH di persidangan NDT & Corrosion Management 4-5 Sep 2007. Adalah dikatakan bahawa keputusan pengukur ketebalan UT tidak menentu, tidak dapat menunjukkan kadar kakisan yang betul. Contohnya bacaan tahun semasa lebih tinggi dari bacaan dahulu, seolah-olah tebal paip meningkat. Dalam mesyuarat lembaga pengarah MSNT pun kami ada bincangkannya bagaimana untuk menyelesaikan masaalah ini.

Sebelum memikirkan apa-apa faktor yang menyebabkan ralat ini, perlu diketahui bahawa ralat pengukuran ketebalan UT ialah sekitar 0.5 mm (Drury, 1997). Jika ianya lebih dari nilai ini maka kita perlu memikirkan tentang bagaimana untuk membetulkannya. Secara umum ralat ini boleh disebabkan oleh;
1- prosidur
2- alat ultrasonik
3- operator
4- spesimen dan persekitaran

Ramai yang tidak mengetahui peri pentingnya satu prosidur itu diuji dan disahkan oleh orang yang berkelayakan (biasanya UT peringkat 3). Mereka menganggap pengukuran ketebalan adalah sesuatu yang sangat mudah. Bagaimanapun bila kita menganggap sesuatu itu sangat mudah maka kita banyak ambil mudah dan jalan pintas. Prosidur biasanya akan menyatakan alat yang perlu digunakan, tentukuran (termasuklah blok tentukuran), prob, julat pengukuran, ujian 'mock-up' dan lain-lain. Prosidur yang dibuat nanti perlu disahkan dan dipersetujui oleh semua pihak yang terlibat kontraktor dan pemilik.

Alat hendaklah berkeadaan baik semasa ujian dilakukan, telah ditentukur secara berkala. Biasanya alat digital tak perlu ditentukur kecuali sekali dalam setahun. Selain itu prob yang digunakan perlu dipiawaikan, contohnya frekuensi perlu dipilih mengikut kesesuaian tebal atau bahan yang diuji. Prob 'twin crystal' biasanya sesuai untuk pengukuran tebal kurang dari 30mm. Bila tebal melebihi 30mm, prob 'single crystal' perlu digunakan. Selain itu blok tentukuran perlulah mewakili bahan yang hendak diuji.

Operator perlulah layak dan mempunyai sijil kelayakan UT peringkat 1 yang menurut kehendak persijilan ISo9712.

Keadaan permukaan spesimen perlu mempunyai kelicinan yang baik. Permukaan yang kasar akan mempengaruhi bacaan. Kekasaran melebihi 1 mm tidak memungkinkan ujian UT dilakukan. Suhu spesimen pula mempengaruhi halaju bunyi dan pembetulan dalam bacaan perlu dibuat.

Teori Asas Ultrasonik

Rambatan gelombang dalam pepejal satu dimensi diberikan oleh;

E = pV^2

dimana E ialah modulus elastik, p ketumpatan pepejal dan V halaju gelombang bunyi dalam pepejal tersebut.

Apabila bunyi melalui sesuatu bahan ia akan mengalami pengecilan disebabkan oleh capahan alur, serapan dan serakan. Capahan alur menyebabkan keamatan bunyi menyusut dengan kadar songsang jarak dari pembalik besar dan jarak^2 bagi pembalik kecil. Serapan adalah berkadaran dengan frekuensi (f), manakala serakan dipengaruhi oleh ketakhomogen (D) dan frekuensi (f).

Pekali serakan terbahagi kepada 3 jenis yang bergantung kepada frekuensi bunyi yang digunakan. Untuk jarak gelombang yang lebih kecil dari saiz ketakhomogen, D (julat pembauran), serakan berkadar songsang dengan D.
Bagi jarak gelombang yang hampir sama dengan saiz ketakhomogen, D (julat stokastik), serakan berkadar terus dengan D*f^2.
Manakala bagi julat Rayleigh (jarak gelombang jauh lebih besar dari saiz ketakhomegen), serakan adalah berkadar terus dengan D^3*f^4.

Apabila bunyi melalui sempadan medium yang berbeza, bunyi akan dibalikkan atau ditransmisikan. Bagi transmisi tegak, faktor transmisi diberikan oleh,

T = 4*Z1*Z2/(Z1+Z2)^2


dimana Z1 dan Z2 ialah impedan akustik bagi 2 medium yang berlainan (Z=p*V),

manakala balikan R = 1-T.

Bagi transmisi bersudut, pertukaran mod gelombang boleh berlaku di sempadan. Gelombang longitud boleh bertukar kepada gelombang ricih atau permukaan (samada Rayleigh atau Lamb atau gelombang Rayapan). Pertukaran mod gelombang di sempadan ini mematuhi hukum Snell iaitu,

V1*sinQ2 = V2*sinQ1

dimana Q1 dan Q2 ialah sudut tuju dan biasan/balikan.

Prinsip asas ujian Ultrasonik

Kaedah akustik adalah kaedah UTMr yang tertua yang digunakan untuk menilai kualiti suatu bahan. Mengetuk sesuatu objek dengan tukul dan kemudiannya mendengar bunyi yang terhasil merupakan kaedah umum untuk mengesan kelompangan, retakan atau delaminasi (Kim 1990).

Ujian Ultrasonik telah menjadi kaedah yang diterima pakai untuk pemeriksaan berbagai jenis produk terutamanya bahan yang dibuat dari logam. Saiz dan kedudukan kecacatan boleh ditentukan dengan mengukur masa perjalanan dan amplitud gelombang ultrasonik yang merambat di dalam bahan yang diuji. Manakala jenis kecacatan dapat ditentukan dengan mengkaji bentuk gelombang yang dipantulkan oleh kecacatan tersebut disamping mengetahui saiz dan kedudukannya.

Rambatan gelombang ultrasonik dalam konkrit dipengaruhi oleh sifat fizikal konkrit tersebut. Secara umum, halaju gelombang berubah dengan perubahan ketumpatan dan modulus elastik sementara amplitud gelombang pula berubah terhadap ketakhomogenan konkrit. Selain dari itu gelombang ultrasonik terpantul atau terserak oleh ketidaksinambungan (seperti retakan, keliangan dan lain-lain) dan juga tetulang yang disebabkan oleh perbezaan impedan akustik (Kim 1990).

Teknik ultrasonik adalah langsung tidak merosakkan bahan yang diperiksa. Pengukuran parameter ultrasonik tidak bergantung kepada dimensi bahan dan pengukuran ini boleh dilakukan berulang kali. Disamping peralatannya yang mudah alih dan sesuai bagi ujian lapangan ia juga tidak membahayakan pengguna seperti pengendalian sinar radioaktif.

Walau bagaimanapun perlu difahami bahawa kaedah ultrasonik seperti juga lain-lain kaedah UTMr, bukan merupakan ujian mutlak, tetapi lebih merupakan ujian perbandingan. Negara-negara seperti Amerika dan Britain telah mempunyai piawai berhubung dengan penggunaan ultrasonik dalam konkrit (ASTM C597 dan BS 1881 Bhg. 203). Malaysia masih lagi dalam tahap draf, manakala Jepun belum lagi mempunyai piawai yang berkaitan tetapi sudah terdapat panduan yang dihasilkan oleh Persatuan Seni Bina Jepun (Terada 1991).

Pemeriksaan tiang konkrit dengan kaedah pembalikan gema
Alat ultrasonik menggunakan kaedah resonan bagi menentukan modulus dinamik bagi sampel makmal
Alat ultrasonik yang paling biasa dipakai di lapangan menggunakan kaedah transmisi gelombang