เมื่อเจอรอยร้าวบนเสา คาน หรือกำแพงคอนกรีต คำถามแรกของวิศวกรผู้ตรวจสอบไม่ใช่ "กว้างกี่มิลลิเมตร" แต่คือ "ลึกถึงเหล็กเสริมหรือยัง" เพราะความลึกเป็นตัวชี้ว่ารอยร้าวนั้นเป็นแค่ผิวหรือกินเข้าไปถึงระดับที่กระทบการป้องกันสนิมของเหล็ก บทความนี้เจาะเฉพาะวิธีประเมินความลึกด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ต่อยอดจาก UPV Test คืออะไร และ การอ่านผล UPV ที่ได้ค่าต่ำ
UPV วัดความลึกรอยร้าวได้ยังไง?
หลักการคือคลื่นอัลตราโซนิกเดินทางผ่านช่องอากาศไม่ได้ เมื่อวางหัวส่งและหัวรับบนผิวเดียวกันโดยคร่อมรอยร้าวที่เปิดสู่ผิว คลื่นจึงเลี่ยงไปเดินอ้อมปลายรอยร้าว (Crack Tip) แทนที่จะวิ่งตรงระหว่างหัววัดทั้งสอง ผลคือระยะทางที่คลื่นเดินจริงยาวกว่าระยะบนผิว และเวลาเดินทางที่เครื่องอ่านได้ก็นานขึ้นตามความลึกของรอยร้าว
การวางหัววัดแบบนี้เรียกว่า การส่งผ่านทางอ้อม (Indirect Transmission หรือ Surface Transmission) ซึ่งเป็นหนึ่งในรูปแบบการวางหัววัดที่ระบุไว้ใน BS EN 12504-4:2021 (ส่วน ASTM C597 ครอบคลุมการวัดแบบส่งผ่านตรงผ่านเนื้อคอนกรีตเป็นหลัก) โดยมาตรฐานเหล่านี้กำหนดวิธีวัดความเร็วคลื่น ส่วนสูตรแปลงเวลาเดินทางเป็นความลึกรอยร้าวมีที่มาจาก BS 1881-203:1986 ซึ่งปัจจุบันถูกแทนที่ด้วย BS EN 12504-4 แล้ว แต่สูตรยังถูกอ้างอิงและใช้งานกันแพร่หลายในเอกสารทางวิชาการและคู่มือเครื่องมือ
ในประเทศไทย งานตรวจสอบคอนกรีตด้วยคลื่นอัลตราโซนิกอ้างอิง มยผ. 1504-51 (มาตรฐานการตรวจสอบโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กด้วยวิธีทดสอบแบบไม่ทำลาย: วิธีทดสอบคอนกรีตโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก ออกโดยกรมโยธาธิการและผังเมือง) เป็นหลัก
สูตรคำนวณความลึกรอยร้าวจากเวลาเดินทางของคลื่น
มีสองสูตรที่ใช้กันหน้างาน ต่างกันตรงที่สูตรแรกไม่ต้องรู้ความเร็วคลื่นของคอนกรีตก่อน ส่วนสูตรที่สองต้องวัดความเร็วผิวมาก่อน
สูตรที่ 1 — วิธีวัดสองระยะ (ไม่ต้องรู้ความเร็วคลื่น)
วางหัววัดคร่อมรอยร้าวโดยให้ห่างจากรอยร้าวข้างละ x เท่ากัน อ่านเวลาได้ T1 จากนั้นเลื่อนออกเป็นข้างละ 2x อ่านเวลาได้ T2 แล้วแทนค่าในสูตร
จุดเด่นของสูตรนี้คือความเร็วคลื่นถูกตัดออกจากสมการไปเอง จึงไม่ต้องวัดความเร็วของคอนกรีตบริเวณนั้นก่อน ทำให้ใช้ได้แม้ในโครงสร้างที่ไม่รู้ส่วนผสมคอนกรีต แต่มีเงื่อนไขสำคัญคือทั้งสองครั้งต้องวัดบนแนวเดียวกันและระยะต้องเท่ากันเป๊ะทั้งสองข้าง
วัดรอยร้าวบนเสาคอนกรีต ใช้ x = 150 มม. อ่านเวลาได้ T1 = 90 µs และเมื่อเลื่อนเป็น 2x = 300 มม. อ่านได้ T2 = 158 µs
4T12 = 4 × 8,100 = 32,400 · T22 = 24,964
ตัวเศษ = 32,400 − 24,964 = 7,436 · ตัวส่วน = 24,964 − 8,100 = 16,864
h = 150 × √(7,436 ÷ 16,864) = 150 × 0.664 ≈ 99.6 มม.
รายงานเป็น "ความลึกประมาณ 100 มม." ไม่ใช่ 99.6 มม. เพราะความละเอียดของวิธีไม่ถึงระดับทศนิยม
สูตรที่ 2 — คำนวณจากความเร็วผิวที่วัดมาก่อน
ถ้าวัดความเร็วคลื่นบนผิวคอนกรีตบริเวณที่ไม่มีรอยร้าวไว้แล้ว (Vs) สามารถใช้การวัดคร่อมรอยร้าวเพียงระยะเดียวได้
วัดความเร็วผิวบริเวณที่ไม่มีรอยร้าวได้ Vs = 4.0 กม./วินาที (เท่ากับ 4.0 มม./µs) แล้ววัดคร่อมรอยร้าวที่ x = 150 มม. อ่านเวลาได้ T = 90 µs
ครึ่งหนึ่งของระยะทางที่คลื่นเดินจริง = 4.0 × 90 ÷ 2 = 180 มม.
h = √(1802 − 1502) = √(32,400 − 22,500) = √9,900 ≈ 99.5 มม.
ค่าที่ได้ตรงกับสูตรที่ 1 ในตัวอย่างเดียวกัน การคำนวณด้วยสองวิธีแล้วเทียบกันเป็นวิธีตรวจสอบผลที่ดีเมื่อรอยร้าวนั้นสำคัญต่อการตัดสินใจ
ขั้นตอนวัดความลึกรอยร้าวหน้างาน
ลำดับการทำงานที่ให้ผลเสถียรมี 8 ขั้นตอน ความคลาดเคลื่อนส่วนใหญ่ที่เจอมาจากขั้นตอนที่ 1 ถึง 4 ไม่ใช่จากตัวเครื่อง
- สแกนหาแนวเหล็กเสริมก่อนเสมอ — ใช้ GPR สแกนคอนกรีต หาแนวเหล็กในบริเวณที่จะวัด แล้วเลือกแนววัดที่ไม่มีเหล็กพาดข้ามรอยร้าว
- เปิดผิวให้ถึงเนื้อคอนกรีต — สกัดปูนฉาบหรือสีออกเฉพาะตำแหน่งวางหัววัด แล้วขัดให้เรียบ ผิวฉาบทำให้เวลาเดินทางยาวขึ้นโดยไม่เกี่ยวกับรอยร้าว
- ตรวจว่ารอยร้าวแห้งและไม่มีเศษวัสดุอุด — เป่าไล่ฝุ่นและน้ำออกจากร่องรอยร้าว ถ้ามีน้ำขังต้องรอให้แห้งก่อน
- ทำเครื่องหมายระยะ x และ 2x บนแนวตั้งฉากกับรอยร้าว — ระยะที่ใช้ทั่วไปคือ 150 มม. และ 300 มม. วัดด้วยตลับเมตรจริง ไม่ใช่กะด้วยสายตา
- ทาสารสัมผัส (couplant) แล้วกดหัววัดให้แนบสนิท — สารสัมผัสไม่พอทำให้อ่านเวลาเริ่มต้นของคลื่นผิด ซึ่งกระทบผลโดยตรงเพราะสูตรใช้เวลาเป็นตัวตั้ง
- วัด T₁ แล้ววัด T₂ บนแนวเดียวกัน — ห้ามย้ายแนวระหว่างสองการวัด เพราะสูตรตั้งอยู่บนสมมติฐานว่ารอยร้าวลึกเท่ากันทั้งสองครั้ง
- วัดซ้ำอย่างน้อย 3 ครั้งต่อจุด — ถ้าค่ากระจายเกินประมาณ 5% ให้ทาสารสัมผัสใหม่และวัดใหม่ก่อนนำไปคำนวณ
- วัดหลายตำแหน่งตามความยาวรอยร้าว — รอยร้าวมักลึกไม่เท่ากันตลอดแนว การวัดจุดเดียวแล้วสรุปทั้งรอยร้าวเป็นข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุด
ทุกจุดต้องบันทึกเวลาเดินทางดิบเป็นไมโครวินาที (µs) ไว้ในรายงานด้วย ไม่ใช่บันทึกเฉพาะความลึกที่คำนวณแล้ว เพราะถ้าภายหลังพบว่าระยะ x วัดผิด ยังคำนวณใหม่จากข้อมูลดิบได้
น้ำนำคลื่นอัลตราโซนิกได้ดีกว่าอากาศ ถ้าร่องรอยร้าวมีน้ำขังอยู่ คลื่นจะลัดข้ามรอยร้าวแทนที่จะเดินอ้อมปลาย เวลาเดินทางจึงสั้นลงและความลึกที่คำนวณได้จะต่ำกว่าความจริงอย่างมีนัยสำคัญ กรณีนี้อันตรายเป็นพิเศษเพราะผลที่ได้ดูปลอดภัยกว่าความจริง
ค่าความลึกที่ได้จาก UPV แม่นแค่ไหน?
ในเงื่อนไขที่เหมาะสม คือรอยร้าวแห้ง ตั้งฉากกับผิว ไม่มีเหล็กเสริมพาดข้าม และความลึกอยู่ในช่วงประมาณ 50 ถึง 300 มม. ค่าที่ได้มักคลาดเคลื่อนราว ±15% เมื่อเทียบกับการเจาะตรวจจริง หมายความว่ารอยร้าวที่คำนวณได้ 100 มม. ค่าจริงอาจอยู่ระหว่างประมาณ 85 ถึง 115 มม.
ระดับความแม่นนี้เพียงพอสำหรับการจัดลำดับความรุนแรงของรอยร้าว การตัดสินใจว่าจุดไหนควรซ่อมก่อน และการวางแผนวิธีซ่อม แต่ไม่เพียงพอสำหรับนำตัวเลขไปคำนวณกำลังรับน้ำหนักของหน้าตัดโดยตรง ถ้าความลึกรอยร้าวมีผลต่อการประเมินกำลัง ต้องยืนยันด้วย Concrete Core Test ตาม ASTM C42 หรือวิธีอื่นที่ให้หลักฐานตรง
แนวปฏิบัติในการใช้วิธีตรวจแบบไม่ทำลายหลายวิธีประกอบกันเพื่อยืนยันผลก่อนสรุป ระบุไว้ในเอกสารแนวทาง ACI PRC-228.2 (Report on Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures) ซึ่งย้ำว่า NDT ให้ข้อบ่งชี้ ไม่ใช่คำตัดสิน
กรณีไหนที่ UPV วัดความลึกรอยร้าวไม่ได้?
สูตรทั้งสองตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าคลื่นเดินอ้อมปลายรอยร้าวเป็นเส้นตรงสองท่อนในเนื้อคอนกรีตเนื้อเดียวกัน เมื่อสมมติฐานนี้ไม่จริง ค่าที่ได้จะผิดโดยที่เครื่องไม่แจ้งเตือน ตารางด้านล่างรวมกรณีที่พบบ่อยหน้างาน
| สภาพหน้างาน | ผลที่เกิดกับค่าที่วัดได้ | ทางเลือกที่ควรใช้ |
|---|---|---|
| รอยร้าวมีน้ำขังหรืออิ่มน้ำ | ตื้นกว่าความจริงมาก | รอให้แห้งสนิทหรือเป่าไล่น้ำก่อนวัดใหม่ |
| เศษปูน ฝุ่น หรือตะกอนอุดร่อง | ตื้นกว่าความจริง | ทำความสะอาดร่องรอยร้าวก่อนวัด |
| มีเหล็กเสริมพาดข้ามรอยร้าวในแนววัด | ตื้นกว่าความจริง | สแกน GPR แล้วเลื่อนแนววัดออกจากเหล็ก |
| รอยร้าวเอียง ไม่ตั้งฉากกับผิว | ผิดได้ทั้งสองทาง | วัดจากผิวอีกด้านประกอบ หรือใช้วิธีอื่นยืนยัน |
| รอยร้าวแตกแขนงหรือเป็นร่างแห (Map Cracking) | ตีความไม่ได้ | ประเมินเชิงรูปแบบและหาสาเหตุ ไม่ใช่วัดความลึก |
| รอยร้าวภายในที่ไม่เปิดสู่ผิว | วิธีนี้ใช้ไม่ได้ | Impact Echo ตาม ASTM C1383 หรือวัดแบบส่งผ่านตรง |
| ผิวยังฉาบปูนหรือทาสีทับอยู่ | ลึกกว่าความจริง | สกัดผิวเฉพาะจุดวัดให้ถึงเนื้อคอนกรีต |
| รอยร้าวเคยฉีดอีพ็อกซี่ซ่อมแล้ว | ตื้นกว่าความจริง | ใช้ตรวจคุณภาพการฉีดซ่อมแทน ไม่ใช่วัดความลึกเดิม |
| รอยร้าวลึกเกินระยะที่หัววัดเข้าถึง | สัญญาณอ่อน อ่านเวลาไม่ชัด | เพิ่มระยะ x และใช้หัววัดความถี่ต่ำลง |
กรณีที่พบบ่อยที่สุดสองอันดับแรกคือน้ำในร่องรอยร้าวและเหล็กเสริมพาดข้าม ทั้งสองกรณีทำให้ค่าที่ได้ตื้นกว่าความจริง ซึ่งเป็นทิศทางที่อันตรายเพราะทำให้ประเมินความรุนแรงต่ำเกินไป การสแกนหาเหล็กก่อนและตรวจสภาพความชื้นจึงไม่ใช่ขั้นตอนที่ข้ามได้
วัดความลึกรอยร้าวได้แล้ว ทำอะไรต่อ?
ความลึก ณ วันที่วัดเป็นข้อมูลจุดเดียวในเวลา สิ่งที่วิศวกรต้องรู้ต่อคือรอยร้าวนั้นนิ่งแล้วหรือยังขยายตัวอยู่ ซึ่งต้องใช้การติดตามพฤติกรรมรอยร้าวด้วยการวัดซ้ำตามช่วงเวลา ไม่ใช่การวัดครั้งเดียว
- รอยร้าวนิ่ง ความลึกไม่ถึงเหล็กเสริม — มักจัดการด้วยการปิดผิวกันน้ำและความชื้นเข้า พร้อมกำหนดรอบตรวจติดตาม
- รอยร้าวนิ่ง แต่ลึกถึงระดับเหล็กเสริม — ต้องประเมินความเสี่ยงการเกิดสนิม และพิจารณาการฉีดซ่อมด้วยวัสดุที่เหมาะสม
- รอยร้าวยังขยายตัว — ต้องหาสาเหตุเชิงโครงสร้างก่อนซ่อม เพราะการซ่อมโดยไม่แก้สาเหตุจะทำให้รอยร้าวกลับมาอีก
- ผลกระทบต่อกำลังรับน้ำหนัก — ต้องยืนยันด้วย Core Test หรือวิธีตรงอื่น แล้วให้วิศวกรโยธาผู้ได้รับใบอนุญาต (กว.) สภาวิศวกร เป็นผู้สรุป
การเลือกว่าจะยืนยันด้วย NDT วิธีอื่นหรือเจาะเก็บตัวอย่างจริง เปรียบเทียบข้อดีข้อเสียไว้ที่NDT กับ Core Test ต่างกันยังไง
SPN ให้บริการวัดความลึกรอยร้าวด้วย UPV พร้อมสแกนหาแนวเหล็กด้วย GPR ก่อนวัดทุกครั้ง และออกรายงานพร้อมลายเซ็นและเลขทะเบียนวิศวกร ใช้ประกอบการยื่นต่อหน่วยงานที่เกี่ยวข้องได้ ดูบริการทั้งหมดที่ตรวจสอบโครงสร้างแบบไม่ทำลาย (NDE) ค่าบริการขึ้นกับจำนวนจุดวัดและลักษณะหน้างาน ติดต่อรับใบเสนอราคาฟรีภายใน 24 ชม. โดยราคายังไม่รวมค่าเดินทางและค่าขนย้ายเครื่องมือ ซึ่งคิดเพิ่มตามระยะทางของหน้างาน