بتن
عضو جدایی ناپذیر صنعت ساختمان می باشد و با توجه به استفاده های فراوان از آن
انجام تست بتن و آزمایش بتن امری ضروری و حیاتی می باشد. نیاز به تست بتن و آزمایش
بتن در محل سرویس دهی بتن چند سالی است که به شدت احساس می شود. تاکنون روش های
متعددی شامل روش های مخرب و غیر مخرب برای
آزمایش بتن و تست بتن به منظور تعیین مقاومت بتن ابداع گردیده است. در انتخاب روش
مناسب برای آزمایش بتن پارامترهای زیادی می تواند تاثیر گذار باشند که از بین آن
ها می توان به دقت، هزینه و مدت زمان انجام تست بتن اشاره کرد. در ادامه به معرفی
انواع روش های مخرب تست بتن مثل بیرون کشیدگی (Pull Out)، پاره شدگی (Pull off) و مغزه گیری و تست غیر
مخرب بتن مثل چکش اشمیت و آزمایش التراسونیک می پردازیم.
ضرورت
انجام آزمایش بتن
تا
چند سال پیش رایج ترین آزمایشی که بر روی بتن انجام میگرفت، آزمایش تعیین مقاومت
فشاری بتن بر روی نمونه های استاندارد استوانه ای و مکعبی شکل بتن بود. اما این
نمونه های قالب گیری شده ممکن است در اثر عواملی مانند اختلاف در عمل آوری، نحوه
انتخاب نمونه ها، تفاوت در نوع تراکم بتن و… معرف ویژگی ها و خصوصیات بتن استفاده
شده در سازه نباشد. هم چنین امروزه به دلیل نیاز به شناخت رفتار ساختمان ها در
برابر زلزله و گاها نیاز به تغییر کاربری یا افزایش طبقات یک ساختمان بتنی و یا
الزام به مقاوم سازی ساختمان ها نیاز به ارزیابی و تعمیر و ترمیم بتن استفاده شده
در ساختمان احساس می شود. به همین دلیل نیاز است تا آزمایش ها و تست بتن در محل
بهره برداری ساختمان بتنی مورد نظر نیز انجام گیرد.
روش
های تست و آزمایش بتن
روش
های مختلفی برای ارزیابی و تست بتن مورد استفاده در سازه ها مورد استفاده قرار می
گیرد که بر اساس مکانیزم حاکم بر این روش ها آن ها را به دو دسته بندی کلی روش های
مخرب تست بتن (DT) و روش های غیر مخرب تست بتن (NDT) تقسیم بندی می کنند.
با
انجام آزمایش های غیر مخرب بتن می توان اطلاعات مربوط به مقاومت عضو سازه ای و تغییرات
در خواص مصالح نسبت به زمان را با انجام آزمایش بر روی عضو و بدون به جا گذاشتن
اثرات خرابی در المان ها و اعضای بتنی به دست آورد. البته لازم به ذکر است که
دسترسی به مقاومت فشاری اعضای بتنی نیاز به ایجاد تنش های تخریبی بر روی عضو بتنی
است و بدون ایجاد این تنش ها به طور مستقیم نمی توان مقاومت فشاری بتن را به دست
آورد. اساس کار تست های غیر مخرب بتن اندازه گیری پارامترهای دیگری می باشد که
ارتباط این پارامترها با مقاومت فشاری توسط منحنی های کالیبراسیون صورت می گیرد.
در
آزمایش های مخرب بتن با تخریب جزئی المان سازه به طوری که در روند سرویس دهی آن
خللی وارد نشود می توان مقاومت بتن را مورد ارزیابی قرار داد. تمامی آزمایشاتی که
در دسته مخرب قرار می گیرند با تخریب جزئی المان های بتنی همراه هستند در نتیجه در
طرح و انجام این دسته از تست های بتن باید دقت کافی صورت گیرد تا بتوان با ترمیم
قسمت های آسیب دیده مانع از تحت تاثیر قرار گرفتن کل سازه شد. انجام تست مخرب بتن
از آن جایی که مستقیما ما را به پارامترهایی می رساند که با مقاومت بتن در ارتباط
هستند دارای درجه اهمیت و اعتبار بیشتری نسبت به تست های غیر مخرب بتن است.
انواع
روش های غیر مخرب تست و آزمایش
آزمایش
چکش اشمیت
این
آزمایش در حدود 70 سال پیش توسط یک مهندس سوییسی به نام آقای اشمیت ابداع شد و
اساس آن هم بر نیروی برگشت جسم که بر سطح مورد نظر برخورد می کند استوار است.
چکش
اشمیت دارای یک میله فولادی است که در تماس با سطح بتن قرار داده می شود. داخل چکش
وزنه ای وجود دارد که با مقدار انرژی معین بر میله فولادی ضزبه میزند و پس از ضربه
زدن، وزنه باز می شود و در همین حال شاخض متصل به وزنه مقدار برگشت را نشان می
دهد. در واقع عدد برگشت همان فاصله برگشت وزنه است که نتایج بر حسب آن گزارش شده و
توسط منحنی کالیبره به مقاومت فشاری بتن مرتبط می شود.
سطحی
از نمونه که زیر میله چکش قرار می گیرد، باید کاملا صاف باشد و هم چنین مقدار سختی
سطح بستگی به راستای قرار گیری چکش دارد. طبق پیشنهاد انجمن بین المللی مکانیک سنگ
بهتر است که چکش در یکی از سه وضعیت قائم به سمت بالا، افقی و یا قائم به سمت پایین
قرار گیرد.
آزمایش
التراسونیک
آزمایش
التراسونیک با نام سرعت امواج پالسی ماورای صوت نیز شناخته می شود و اساس آن بر
مبنای تعیین سرعت عبور امواج پالسی ماورای صوت از میان اجسام قرار دارد. بر اساس
نحوه قرار دادن مولد ها در این آزمایش به سه روش انتقال مستقیم، نیمه مستقیم و سطحی
امکان پذیر است که مناسب ترین وضعیت برای انتقال امواج به صورت انتقال مستقیم می باشد. در این
وضعیت چون امواج از درون بتن عبور می کنند نسبت به حالت های دیگر دارای دقت بالاتری
می باشد . بر اساس نتایج سرعت امواج التراسونیک و مقاومت فشاری نمونه های
استاندارد، منحنی کالیبره تهیه می گردد.
سرعت
نفوذ پالس در مواد مختلف متفاومت است. برای مثال سرعت نفوذ پالس در فولاد حدود دو
برابر بتن است لذا بهتر است اندازه گیری سرعت پالس در محل های فاقد آرماتور صورت
بگیرد.
درصد
رطوبت تاثیر زیادی در تخمین مقاومت فشاری توسط انجام آزمایش التراسونیک دارد. بطوری
که اگر کالیبراسیون بر روی نمونه های مکعبی مرطوب صورت گیرد مقاومت سازه کمتر از
مقدار واقعی تخمین زده خواهد شد. تاثیر نوع سنگدانه نیز بر روی منحنی کالیبره در این
روش نیز به نوبه خود بسیار حائز اهمیت می باشد.
انواع
روش های مخرب تست بتن
آزمایش
مغزه گیری یا کرگیری
در
میان آزمایشات درجا آزمایش نیمه مخرب مغزه گیری به عنوان یکی از دقیق ترین روش ها
مطرح بوده است و مطالعات گسترده ی انجام شده در این زمینه بهترین گواه بر اهمیت این
روش می باشد. هرچند این روش در مقایسه با روشهای دیگر آزمایش در محل، جزء آزمایشات
پرهزینه و کند محسوب می شود، اما قابلیت اطمینان آن، این معایب را توجیه می کند.
مغزه گیری توسط مته الماسی انجام شده و نمونه های بریده شده استوانه ای مورد آزمایش
قرار می گیرند. معمولا مقاومت مغزه ها کمتر از مقاومت نمونه های استاندارد است و این
امر احتمالا در نتیجه عملیات حفاری و اختلاف شرایط کارگاهی با شرایط آزمایشگاهی
بوجود می آید.
مغزه
هایی که برای انجام آزمایش مقاومت فشاری مورد استفاده قرار می گیرند، ممکن است
دارای قطرهای متفاوتی باشند . استاندارد ASTM قطرهای 100 و 150 میلیمتر
را توصیه کرده اند. گرچه در بعضی کشور ها مانند سوئیس و آلمان مغزه های با قطر 75
و 50 میلیمتر هم مجاز دانسته شده اند. اما اکثر تحقیقات انجام شده نشان داده است
که تاثیر قطر در مقاومت اندازه گیری شده بسیار ناچیز بوده و می توان از آن صرف نظر
کرد.
آزمایش
بیرون کشیدگی Pull Out
مفهوم
آزمایش بیرون کشیدگی در واقع بر مبنای اندازه گیری نیروی مورد نیاز برای بیرون کشیدن
یک دیسک فولادی دایره ای به قطر 25 و ضخامت
8.5میلی متر قرار گرفته در بتن می باشد. این آزمایش شامل یک میله فولادی
است که به یک دیسک فلزی متصل می باشد . این دیسک در عمق 5/2 سانتیمتری سطح بتن
قرار داده می شود. در زمان آزمایش، میله از دیسک و بتن خارج می شود و یک پیچ فولادی
سخت به جای آن جایگزین می شود. سپس جک هیدرولیکی دستی که دارای یک تکیه گاه حلقوی
به قطر داخلی 55 میلیمتر می باشد بر روی سطح بتن قرار داده شده و آنگاه مهره زیر
جک به پیچ فولادی متصل می شود و نیروی کششی را به آن اعمال می کند که در حدود60-10
کیلو نیوتن می باشد.
به
طور تجربی ثابت شده است که نیروی بیرون کشیدگی با مقاومت فشاری بتن یک رابطه خطی
دارد. مطالعات به عمل آمده نشان می دهد که این رابطه مستقل از نسبت آب به سیمان،
نوع سیمان و شرایط عمل آوری می باشد و اثر اندازه سنگدانه نیز خیلی کم است.
آزمایش
پاره شدگی Pull Off
آزمایش
پاره شدگی (Pull off) بر این اصل استوار است که مقدار نیروی کششی که لازم است بر دیسک
فلزی (از جنس فولاد یا آلومینیوم) اعمال شود تا دیسک، همراه با لایه سطحی بتن جدا
شود، با مقاومت بتن در ارتباط می باشد. گرچه این آزمایش نیاز به آماده کردن کردن
سطح به منظور فراهم کردن پیوستگی کامل دارد، اما روشی آسان و سریع است. این آزمایش
به دو طریق انجام می شود. در روش اول دیسک فلزی مستقیما به سطح بتن متصل می شود و
در روش دوم ابتدا یک مغزه گیری نسبی (مغزه ای که از بتن جدا نشده است) انجام شده و
سپس یک دیسک فلزی با چسب اپوکسی مخصوص بر سطح مغزه چسبانده می شود. مزیت این روش ایجاد
گسیختگی در لایه های عمقی بتن است رابطه همبستگی مقاومت فشاری و نتایج آزمایش تحت
تاثیر نوع سنگدانه ، ضخامت و جنس دیسک می باشد.
سایر
آزمایش های بتن
آزمایش
مقاومت فشاری بتن
نشان
دهنده ی مقاومت بتن در برابر نیروی وزن است. هم چنین یکی از مهم ترین عوامل کنترل
کیفی بتن نیز می باشد.
هر
نمونه را داخل دستگاه پرس هیدرولیکی قرارداده، به گونه ای که دقیقا در مرکز صفحه
ماشین جای گیرد. نمونه معکبی درون دستگاه قرار می گیرد و باید دقت گیرد که سطح
نمونه و صفحات فلزی دستگاه کاملاً تمیز باشند.
دستگاه
را تحت بارگذاری یکنواخت قرارداده ، بطوریکه آهنگ ازدیاد تنش در ثانیه باشد به محض
شکستن قسمتی از نمونه ، بارگذاری دستگاه متوقف شده وحداکثر نیروی وارده بر سطح
تماس نمونه با صفحات فلزی بر روی نمایشگر دستگاه بر حسب ton نشان داده می شود، با
داشتن حداکثر نیروی وارده و سطح بارگذاری شده و می توان مقاومت فشاری آزمونه ها را
تعیین کرد.
آزمایش
مقاومت فشاری نمونه بتنی
آزمایش
اسلامپ
بر
طبق تعریف ACI روانی بتن یعنی قابلیت بتن یا ملات تازه مخلوط شده برای جریان یافتن
است. یکی ازآزمایش ها برای تعیین حد روانی
بتن اسلامپ است. این نکته باید ذکر شود که آزمایش اسلامپ کارایی را نمی‌سنجد بلکه
روانی بتن را توصیف می‌کند.
وسایل
مورد نیاز جهت انجام آزمایش، یک سینی فلزی به ابعاد ۴۰×۴۰ و یا ۵۰×۵۰ سانتی‌متر، یک مخروط
فلزی به ارتفاع ۳۰ سانتی‌متر که قطر بالای آن ۱۰ سانتی‌متر بوده و دارای
دو دستگیره در دو طرف است، میله‌ای به طول تقریبی ۳۵ سانتی‌متر که در یک سر
آن خط‌کشی به عرض ۵ سانتی‌متر قرار دارد، به طوری که پس از قرار
گرفتن این میله در محل خود بر روی سینی، ارتفاع مابین سینی تا زیر خط‌کش ۳۰ سانتی‌متر یعنی برابر
ارتفاع مخروط باشد، یک عدد میلگرد ساده به طول ۴۰ الی ۵۰ سانتی‌متر که برای
متراکم کردن بتن داخل مخروط به کار می‌رود.
انجام
این آزمایش به این صورت است که ابتدا مخروط اسلامپ بر روی سینی مربوطه و در محل
خود مستقر می‌شود. سپس با یک بیلچه‌ی دستی اقدام به پرکردن مخروط می‌شود. این عمل
در سه مرحله و هر مرحله با ۲۵ بار کوبش بتن (جهت فشرده‌سازی) انجام می‌شود.
پس از اتمام سه مرحله‌ی فوق و پرشدن مخروط، با یک خط‌کش فلزی و یا هر نوع وسیله
ممکن، سطح بتن را صاف کرده تا با لبه‌ی قاعده بالایی در یک تراز قرار گیرد. پس از
برداشت مخروط بتن مقداری افت خواهد کرد، به وسیله خط‌کش این مقدار افت را اندازه می‌گیریم،
عدد به دست آمده همان مقدار اسلامپ بتن است که معمولاً به سانتی‌متر بیان می‌شود.
آزمایش
تعیین مقاومت کششی به روش غیر مستقیم (آزمایش برزیلی)
به
طور کلی بتن ها مقاومت کششی کمتری نسبت به مقاومت فشاری دارند. به خاطر همین مسئله
آرماتورها نقش مهمی در تحمل نیروی کششی در اعضای سازه ای ایفا می کنند. در این روش
یک نیروی فشاری قطری با سرعت مشخص در امتداد طول آزمونه استوانه ای بتن اعمال می
شود تا گسیختگی رخ بدهد. این بارگذاری باعث بوجود آمدن تنش های کششی در سطحی که
تحت بار و تنش های فشاری نسبتا بالا قرار گرفته است، می شود. گسیختگی کششی نسبت به
گسیختگی فشاری زودتر اتفاق می افتد زیرا سطوح اعمال بار در حالت فشاری سه محوری
هستند. در نتیجه آنها تنش های فشاری خیلی بیشتری را نسبت به آزمون مقاومت فشاری تک
محوره تحمل می نمایند.
آزمایش
خمش برای محاسبه مقاومت کششی بتن
این
آزمایش به محاسبه مقاومت خمشی بتن با استفاده از تیر ساده تحت بارگذاری می پردازد.
در واقع ما به کمک این آزمایش به صورت غیر مستقیم مقاومت کششی بتن را بدست می آوریم.
پس از قرار دادن نمونه در دستگاه، معمولاً در ابتدا بین 2 تا 6 درصد بار نهاییِ
محاسبه شده به نمونه وارد می‌شود. سپس بار به مرور افزایش پیدا می‌کند تا نمونه
مرز گسیختگی برسد و در نهایت گسیخته شود. با اندازه گیری تنش کششی حاصل از خمش
مقاومت کششی بتن محاسبه می شود.