تست بتن

تعیین مقاومت واقعی بتن در سازه از اهمیت خاصی برخوردار است که تا کنون روش های متعددی اعم از روش های غیرمخرب و  مخرب تحت عنوان تست بتن به طور مستقیم یا غیر مستقیم در ارزیابی مقاومت بتن به کار گرفته شده اند.
مقاومت بتن یکی از فاکتورهای کلیدی در ارزیابی و کنترل کیفیت اعضای سازه هایی می باشد که به وسیله آزمایش مقاومت فشاری نمونه های استاندارد تعیین می گردد؛ هرچند ممکن است این نمونه ها معرف مشخصات و خصوصیات واقعی بتن در محل نباشد. از آنجایی که این نمونه ها معمولاً در سنین ۹ و ۱۲ روز آزمایش می شوند، آگاهی یافتن از مشکلات بتن بکار رفته با تأخیر همراه بوده و امکان تکرار آزمایش نیز وجود ندارد. امروزه تعیین مقاومت بتن در محل بدلیل تخمین واقع گرایانه تر مقاومت بتن مورد توجه قرار گرفته است لذا لزوم انجام تست بتن در این موارد احساس می شود.

لزوم انجام تست بتن در محل سرویس دهی

طی سالیان اخیر، انجام آزمایش های در محل برای ارزیابی سازه ای بتنی از اهمیت قابل توجهی برخوردار شده اند. مقاومت، دوام ، همگنی و بسیاری دیگر از خصوصیات بتن سخت شده توسط این روش ها، قابل بررسی و اندازه گیری است.
آزمایش نمونه استاندارد، مقاومت موجود در عضو سازه ای را بدست نمی دهد زیرا در آن اثر انتقال، تراکم و عمل آوری بتن با وضع موجود در سازه متفاوت است.
در میان مهندسین سازه این آگاهی رو به افزایش است که نمونه ای مکعبی یا استوانه ای نمی توانند به طور واقعی بیانگر مقاومت بتن به کار برده شده در سازه باشد. عوامل متعدد می توانند در این خصوص مؤثر باشند که از جمله آن ها می توان به نحوه انتخاب نمونه ها از کل مجموعه، تفاوت در نوع تراکم، اختلاف در عمل آوری و نحوه اجرا در محل کارگاه را می توان نام برد. به همین دلیل تمایل به انجام تست بتن و آزمایش بتن در محل با استفاده از روش هایی که غیر مخرب و یا باعث خرابی محدودی می شوند روز به روز بیشتر می شود.
در بعضی موارد نیز ممکن است اطلاعات لازم در مورد یک سازه ساخته شده موجود نباشد یا اینکه اطلاعات موجود بنا بر دلایلی مورد تردید واقع شوند و یا برای بررسی علل خرابی یک ساختمان بعد از خرابی آن نیاز به اندازه گیری مقاومت بتن باشد. در همه ی این موارد آزمایش های در محل مورد نیاز می باشد . همچنین آتش سوزی و آسیب دیدگی و در نتیجه کاهش مقاومت بتن، عدم تطابق مقاومت نمونه های استاندارد در مقایسه با مقاومت مورد نظر یا مقاومت طرح و اجرای نامطلوب سازه، از جمله مواردی می باشد که تعیین مقاومت بتن در سازه را اجتنباب ناپذیر می سازد. علاوه بر این مقاومت بتن برای تصمیم گیری در انجام تقویت و مقاوم سازی و تعمیر بسیار ضروری است و تغییر در نوع بهره برداری نیز از جمله مواردی می باشد که نیاز به انجام تست های بتن را لازم می کنند.

انواع روش های تست بتن

تست بتن جهت تعیین و تخمین مقاومت فشاری بتن به دو صورت غیر مخرب (NDT ) و مخرب (DT) انجام می پذیرد.

آزمایش های غیر مخرب بتن

از طریق آزمایش های غیر مخرب بتن (NDT) می توان مقاومت عضو سازه ای و تغییرات در خواص مصالح نسبت به زمان، با تکرار آزمایشات بر روی عضو بدون برجا گذاری اثر تخریب در سازه بدست آورد. امروزه، تست های غیر مخرب بتن برای ارزیابی مقاومت بتن، قبل از تخریب بتن به نام انجام هرگونه فرآیند ترمیمی بر روی سازه ها رواج بسیاری یافته اند.
تست های غیر مخرب بتن، امکان ارزیابی مقاومت درجای سازه های RCC را با اهداف مختلف زیر فراهم می آورند:
– کنترل کیفی سازه هایی که اخیراً ساخته شده اند یا در حال ساخت هستند.
-کنترل عملکرد سازه ی موجود
-بررسی سازه وقتی نیاز به مقاوم سازی به علت قدمت یا تغییر کاربری آن دارد.
– ارزیابی مقاومت پسماند سازه به هنگامی که بخش قابل ملاحظه ای از مقاومت سازه به علت سن زیاد، فرسایش، خوردگی و همچنین بلایای طبیعی یا قصور انسانی اعم از زلزله، آتش سوزی، گردباد از دست رفته است.

البته از آنجایی که تعیین مقاومت مستلزم ایجاد تنش های تخریبی می باشد، لذا واضح است که روش غیر مخرب نمی تواند به طور مستقیم مقاومت بتن را تعیین نماید و این کار باید توسط منحنی های کالیبره برای هر نوع بتن مورد استفاده قرار گیرد. از میان روش های غیر مخرب می توان به روش چکش ارتجاعی ، روش سرعت امواج التراسونیک و تست هافسل اشاره نمود.

 تست چکش اشمیت

تست چکش ارتجاعی یا چکش اشمیت به عنوان یکی از انواع تست های درجا و غیر مخرب بتن جهت تعیین مقاومت بتن و یا کیفیت بتن سطح است که برای اولین بار در سال ۱۹۷۵ توسط ارنست اشمیت ارائه شد و به همین علت به تست چکش اشمیت شناخته شده است.

آزمایش براساس این اصل است که بازتاب یک جرم ارتجاعی به سختی سطح در مقابل جرمی که به آن برخورد می کند وابسته است. در چکش اشمیت جرمی متصل شده به فنر وجود دارد که با کشیدن فنر تا نقطه مشخصی مقدار انرژی ثابتی به آن داده می شود. این کار با فشار دادن چکش به سطح صاف بتن انجام می شود. بعد از آزاد کردن ، جرم تحت اثر بازتاب میله چکش قرار می گیرد و مسافتی که توسط جرم طی می شود بر حسب درصدی از انبساط اولیه فنر بیان می شود و عدد بازتاب نامیده می شود این مقدار توسط یک نشانه که در طول یک مقیاس مدرج است حرکت می کند نشان داده می شود. عدد بازتاب یک اندازه مطلق است چون به انرژی ذخیره شده در فنر و به اندازه جرم وابسته می باشد. مطالعات نشان داده است که سختی نمونه های بتنی با مقاومت تک محوری و مدول کشسانی آنها در ارتباط است. در واقع سختی یکی از مفاهیم رایج است که برای توصیف رفتاری انواع بتن ها به کار می رود . سختی تابعی از عوامل ذاتی چون نوع کانی ها، ابعاد دانه ها، چسبندگی مرزی کانی ها، مقاومت و رفتار الاستیک و پلاستیک بتن می باشد. ترکیب و اندرکنش این عوامل تعیین کننده سختی یک نمونه بتنی است.

 تست التراسونیک بتن

روش سرعت امواج التراسونیک یکی از انواع تست بتن است که شامل عبور دادن قسمتی از موج ماورای صوت توسط مولدهای فرستنده و گیرنده می باشد که با سرعت متوسط ۳ تا ۵ کیلومتر بر ثانیه از میان بتن عبور می کند.
سرعت پالس التراسونیک( UPV) یک روش غیر مخرب مؤثر (NDT )برای کنترل کیفیت مواد بتنی و شناسایی آسیب در اجزای سازهای است. روش های UPV به طور مرسوم برای کنترل کیفیت مصالح و عموماً مصالح همگن مانند فلزات و اتصالات جوشی است. با پیشرفت اخیر در تکنولوژی مبدل ها، این آزمایش به طور گسترده برای مصالح بتنی انجام می شود. آزمایش التراسونیک بتن یک راه مؤثر برای ارزیابی کیفیت و یکنواختی و تخمین عمق ترک است. روش این آزمون با عنوان «روش آزمون استاندارد برای سرعت پالس درون بتن » (  ASTM C۵۹۷،۲۰۱۶ )استاندارد شده است.

در این آزمایش زمان عبور امواج صوتی در یک محیط اندازه گیری و سپس با خواص کششی و تراکم مصالح ارتباط داده می شود. زمان عبور امواج التراسونیک، شرایط داخلی ناحیه مورد آزمایش را نشان می دهد. به طور کلی، برای یک مسیر مشخص، زمان عبور بیشتر نشان دهنده بتنی باکیفیت پایین و نواقص است، در حالی که زمان عبور کمتر نشان دهنده بتن باکیفیت و ناهنجاری کمتر می باشد.

هنگامی که موج التراسونیک درون ناحیه آزمایش گسترش می یابد، موج در مرز ناهنجاری ها منعکس شده و منجر به افزایش زمان عبور می شود. این باعث می گردد که زمان انتقال (موج های پایین تر) در بتن باکیفیت پایین، بیشتر و زمان انتقال (سرعت موج بالاتر) در بتن باکیفیت بالا، کمتر باشد.

 آزمایش هافسل در بتن

وقتی که کلر به سطح آرماتور می رسد یا پوشش بتنی آرماتورکربناته می شود فرآیند خوردگی آغاز می گردد. در چنین مواردی گفته می شود آرماتور در حالت فعال قرار دارد و در صورتی که آرماتور فعالیت خوردگی نداشته باشد، در حالت انفعالی یا خنثی خواهد بود. آزمایش پتانسیل خوردگی فعال یا انفعالی بودن آرماتوردر بتن را تعیین می کند. به عبارت دیگر،آزمایش پتانسیل خوردگی نشان می دهد که آرماتور از نظر خوردگی احتمالا در چه وضعیتی قرار دارد. این آزمایش بر اساس استاندارد
ASTM C876- (1999)91 انجام می شود. لازم به ذکر است که پتانسیل خوردگی، شدت یا سرعت خوردگی را نشان نمی دهد. برای تعیین شدت خوردگی از دستگاهی به نام پتانسیومتر استفاده می شود.

 

پتانسیل خوردگی آرماتور به صورت مطلق قابل اندازه گیری نیست، بلکه برای اندازه گیری آن نیاز به الکترود مرجع است. الکترودهای مرجع انواع مختلف دارند ولی پتانسیل تمام الکترودهای مرجع نسبت به الکترود هیدروژن سنجیده و تعیین می گردد. فرض بر این است که پتانسیل الکترود هیدروژن برابر صفر است.

روش های نیمه مخرب:

در روش های نیمه مخرب، با به جا گذاشتن تخریب جزئی در سازه که البته ساختار سازه ای را مختل نمی کند، می توان به نوعی مقاومت بتن را مورد ارزیابی قرارداد.
تمام آزمایشات متعلق به این گروه باعث به وجود آمدن خسارات کوچکی در سازه می گردند. بنابراین در طرح و اجرای این آزمایشات می بایست دقت کافی را به عمل آورد تا بتوان با ترمیم بخش های آسیب دیده مانع از تحت تأثیر قرار گرفتن دوام بتن گردند. در این روش ها از آنجایی که پارامتر اندازه گیری شده با مقاومت بتن در ارتباط می باشد، نسبت به روش غیر مخرب از درجه اهمیت و اعتبار بیشتری برخوردار است. همچنین باید به این نکته اشاره نمود که منحنی کالیبراسیون برای این دست از آزمایشات نسبت به متغییرهایی که وابسته به وضعیت بتن و نسبت های اختلاط است حساسیت کمتری دارند. معایب اصلی این روش ها شامل مشکلات مربوط به ایمن ماندن سازه (مخصوصاً در مورد سازه های پیش تنیده)، محدودیت تعداد آزمایشات مکرر که بتواند بر روی یک عضو بدون کاهش جدی مقاومت انجام گردند و هزینه بالای انجام آزمایش می باشد.

در روش های مخرب (DT) با به جا گذاشتن تخریب جزئی در سازه که البته ساختار سازه ای را مختل نمی کند، می توان به نوعی مقاومت بتن را مورد ارزیابی قرار داد. تمامی آزمایشات متعلق به این دسته باعث بوجود آوردن خسارات کوچکی در سازه می گردند. در هر موردی که مقاومت مشخصه اندازه گیری می شود رابطه آن با مقاومت فشاری مورد نیاز است که معمولاً توسط سازنده دستگاه ارائه می شود و از آنجایی که پارامتر اندازه گیری شده با مقاومت بتن در ارتباط می باشد، نسبت به روش غیر مخرب از درجه اهمیت و اعتبار بیشتری برخوردار است و از میان روش های نیمه مخرب می توان به کرگیری، مقاومت نفوذ، pull out و pull off اشاره کرد.

در انتخاب روش مناسب در ارزیابی مقاومت فشاری بتن درجا، پارامترهای زیادی می توانند تأثیرگذار باشند که از بین آنها می توان به نوع روش، دقت، هزینه و زمان انجام آزمایش اشاره نمود.
در جدل زیر تعدادی از آزمایش ها از نظر زمان، هزینه و سرعت و دقت ارزیابی مقاومت بتن، دسته بندی شده اند.

آزمایش مغزه گیری یا کرگیری در بتن

گرفتن نمونه مغزه از سازه های بتنی برای ارزیابی جامع از دوام و عملکرد سازه مورد نیاز است. تست فشار روی مغزه نمونه ها به عنوان مطمئن ترین روش برای ارزیابی مقاومت فشاری و یک سیستم کنترل کیفیت شناخته شده است. در این روش تعداد و محل مغزه ها باید طوری انتخاب شود که نشان دهنده توزیع مقاومت در عضو باشد.

مغزه نیز باید نشان دهنده کیفیت واقعی بتن باشد. افزایش تعداد مغزه ها سبب توزیع واقعی تر مقاومت شده، اما در عین حال هم نقاط ضعف موجود در بتن نادیده گرفته می شود. نوع ارزیابی شرایط نیز نقش کلیدی در انتخاب محل مغزه ایفا می کند.
۱- حداکثر مقاومت/ تنش: هنگامی که هدف از ارزیابی، بررسی سازه تحت بارهای سرویس باشد، مغزه باید از مناطقی که در آن حداقل مقاومت، همزمان با حداکثر تنش وجود دارد، گرفته شود.
۲- اعضای بسیار تقویت شده و یا بلند و باریک: هنگامی که عضو به شدت تقویت شده باشد، می تواند روی عملکرد سازه تأثیر گذارد، بنابراین مغزه باید در نزدیکترین بخش غیر حساس در نظر گرفته شود. در نظر گرفتن مغزه نمونه و تست آنها بر اساس استاندارد (۴۲ C ASTM و ۳۱۸ ACI ) انجام می شود.
۳- فرضیات مربوط به زیبایی: بتن می تواند نمای غیر جذابی در سازه ایجاد کند. محل مغزه را می توان برای کاهش تأثیر روی ویژگی های زیبایی شناختی سازه تنظیم کرد.
۴- نگرانی در خصوص دوام و پایداری: برای حفظ دوام بتن (به عنوان مثال نفوذپذیری، حفاظت در برابر اشعه)، لازم است که تعداد مغزه ها بسیار محدود باشد.

تست مقاومت فشاری بتن

یکی از خواص مهم مکانیکی بتن، مقاومت فشاری می باشد که بسیار به طرح اختلاط بتن وابسته است. پارامترهایی نظیر عیار سیمان، نسبت آب به مواد سیمانی، مواد جایگزین سیمان و غیره بر مقاومت فشاری بتن تأثیرگذار می باشند که با توجه به فراوانی پارامترها، پیش بینی مقاومت فشاری بتن دشوار گردیده است. در مواد مرکب مانند بتن، طرح اختلاط و واکنش های بین مواد تشکیل دهنده، رفتار مواد مرکب را تعیین می نماید.
مقاومت فشاری بتن در آزمایشگاه بچینگ پلانت روی بتن به جهت حفظ کیفیت مورد نظر بتن در طول مدت عمل آوری تعیین می شود. مقاومت بتن برای محاسبه مقاومت اعضا مورد نیاز است. نمونه های بتن ساخته شده و تحت نیروی فشاری برای به دست آوردن مقاومت فشاری آن، مورد آزمایش قرار می گیرند به عبارت بسیار ساده، مقاومت فشاری با تقسیم بار شکست به مساحت اعمال بار، معمولاً پس از ۲۸ روز از نگه داری و عمل آوری بتن محاسبه می شود.

به طور کلی عوامل مؤثر بر مقاومت فشاری بتن عبارتند از :
۱- نسبت آب به سیمان: با کاهش این مقدار مقاومت افزایش می یابد.
۲- مقدار سیمان مصرفی که بالا رفتن تعداد سیمان باعث افزایش مقاومت فشاری می شود. حداکثر مقدار سیمان مصرفی ۴۰۰ کیلوگرم در متر مکعب بتن باشد افزایش سیمان بیشتر از این مقدار باعث پایین آمدن مقاومت فشاری شده زیرا باعث فاصله انداختن بین دانه ها می شود.
۳- مقدار دانه های موجود در بتن: هرچه بتن متراکم تر باشد حجم سنگدانه های مصرفی در بتن بیشتر باشد، مقاومت فشاری بیشتر است، بدین منظور باید از دانه بندی مناسب استفاده کرد.
۴- کیفیت دانه ها(دانه بندی، بافت سطحی، مقاومت و سختی): هرچه کیفیت دانه های مصرفی بالاتر باشند مقاومت بتن بیشتر می شود. مصرف دانه های با وزن مخصوص بیشتر تو پرتر و متراکم تر می شود که مقاومت فشاری بتن بیشتر شود. بتن های ساخته شده با سنگدانه های گرد و صیقلی نسبت به سنگدانه های تیز گوشه از مقاومت کمتری برخوردارند.
۵- سن بتن: زمان ریختن بتن، بتن شروع به افزایش مقاومت می کند. هرچه از شروع ساخت بتن مدت زمان بیشتری می گذرد، مقاومتش افزایش می یابد. مقاومت فشاری ۷ روزه بتن حدود ۷۰ درصد مقاومت فشاری ۲۸ روزه آن است. بتن پس از ۲۸ روز به ۹۰ درصد مقاومت نهایی خود می رسد که همین مقاومت ۲۸ روزه مبنای محاسبات بتن می باشد که به آن مقاومت فشاری مشخصه بتن می گویند.

 آزمایش pull out در بتن

آزمایش بیرون کشیدگی بتن، یکی از آزمایش های نیمه مخرب برای تعیین مقاومت استاتیکی بتن در محل است. مونتاژ و عملکرد ابزار مورد استفاده در آزمایش بیرون کشیدگی بتن ساده بوده و نیاز به تخصص خاصی ندارد.

فرایند آزمایش بیرون کشیدگی بتن در ابتدا با ثابت کردن تجهیزات آغاز می شود. تجهیزات آزمایش بیرون کشیدگی بتن، نیروی لازم برای بیرون کشیدن قسمتی از بتن سخت شده به شکل مخروط را تأمین می کنند. مقدار نیروهای بیرون کشیدگی تا حد زیادی به مقاومت فشاری بتن وابسته است. مفهوم این آزمایش مبتنی بر اندازه گیری مقدار نیروی لازم برای بیرون کشیدن یک دیسک یا پروب فولادی قرار گرفته در بتن است. دیسک یا پروب فولادی در بتن تازه یا بعد از ساخت درون بتن قرار داده می شود. روش آزمایش بیرون کشیدگی بتن، هیچ گونه اطلاعات آماری جهت ارزیابی سایر مشخصه های مقاومتی مهیا نمی کند.

کاربرد تست بیرون کشیدگی بتن:

از آزمایش بیرون کشیدگی بتن برای تخمین مقاومت بتن در محل و در نتیجه تعیین نکات زیر استفاده میشود. — برای تعیین مقاومت بتن به منظور اجرای عملیات پس کشیدگی
– به منظور ارزیابی زمان باز کردن قالبها و شمع ها بر مبنای مقاومت واقعی بتن؛ یا
– اتمام عمل آوری بتن بر مبنای رسیدن به مقاومت مطلوب
-پس از نصب، برای تخمین مقاومت بتن در سازه ی موجود استفاده می شود. آزمایش بیرون کشیدگی بتن به روش های LOK و CAPO صورت می پذیرد. مبنای اصلی آزمایش بیرون کشیدگی در دو روش مذکور، آن است که تجهیزات آزمایش، نیروی کششی تولید می کنند و منجر به نتایجی می شوند که از همبستگی بسیار زیاد با مقاومت فشاری بتن برخوردار هستند.

 آزمایش pull off در بتن

آزمایش pull off یا تست کشش سطحی بتنی یکی از روش های نیمه مخرب تعیین مقاومت بتن بوده که در دوحالت با کرگیری و بدون کرگیری صورت می پذیرد.
در روش بدون مغزه گیری، دیسک فلزی (فولادی یا آلومینیومی) مستقیماً بر سطح بتن متصل می شود. در این حالت فقط سطح بتن تحت تنش قرار دارد و نتایج بدست آمده با مقاومت کل بتن رابطه ضعیفی خواهد داشت. اما در روش اول، ابتدا مغزه گیری نسبی (مغزه هایی که از بتن جدا نشده است) انجام وسپس دیسک فلزی با چسب مخصوص بر سطح مغزه چسبانده می شود. مزیت این روش در ایجاد سطح گسیختگی در عمق بتن است.
برای اتصال بتن با دیسک از رزین مناسب استفاده می شود دیسک فلزی باید سطحی کاملاً صاف داشته باشد. سیستم بارگذاری به این دیسک متصل می شود و نیروی کششی عمود بر سطح مشترک بتن و دیسک اعمال می گردد.

سوالات متداول

اصلی ترین هدف از انجام تست بتن چیست؟

بدست اوردن مقاومت فشاری بتن مهمترین و اصلی ترین هدف تست بتن می باشد که بوسیله تست های مخرب و غیر مخرب می توان به آن دست یافت.

لزوم انجام تست بتن در محل چه عواملی می باشد؟

آزمایش نمونه استاندارد، مقاومت موجود در عضو سازه ای را بدست نمی دهد زیرا در آن اثر انتقال، تراکم و عمل آوری بتن با وضع موجود در سازه متفاوت است. بنابراین مهندسین ترجیح می دهند ازمایش بتن در محل صورت گیرد تا نتایج واقعی تری به دست دهد.

از جمله روش های غیر مخرب آزمایش بتن شامل چه مواردی است؟

از میان روش های غیر مخرب می توان به روش چکش ارتجاعی ، روش سرعت امواج التراسونیک و تست هافسل اشاره نمود.

آزمایش مغزه گیری یا کرگیری در بتن چگونه آزمایشی است؟

گرفتن نمونه مغزه از سازه های بتنی برای ارزیابی جامع از دوام و عملکرد سازه مورد نیاز است. تست فشار روی مغزه نمونه ها به عنوان مطمئن ترین روش برای ارزیابی مقاومت فشاری و یک سیستم کنترل کیفیت شناخته شده است. در این روش تعداد و محل مغزه ها باید طوری انتخاب شود که نشان دهنده توزیع مقاومت در عضو باشد.