4 روش آزمایش بتن و اهمیت انجام آن ها

آزمایش بتن برای اطمینان از استحکام و مقاومت سازه های ساخته شده بسیار حیاتی است، زیرا بتن، پایه و اساس یک ساختمان است که باید از مقاومت و استحکام کافی برخوردار باشد.

بدین منظور، آزمایش بتن به سازندگان ساختمان ها و مناطقی که از بتن برای ساخت یک سازه استفاده می کنند، کمک می‌کند تا بتوانند استحکام یک سازه را برآورد و تخمین بزنند تا میزان قدرت آن سازه را در مواقع ضروری تشخیص دهند.

ابتدا کیفیت ترکیبات تشکیل‌دهنده بتن باید طبق اصول و استانداردهای بتن سازی مورد آزمایش و تست قرار بگیرند. سپس بعد از حصول اطمینان از کیفیت آن‌‌ها، این مواد با هم ترکیب شوند تا بتن تشکیل شود.

در هنگام بتن ریزی نیز، انجام یک سری عملبات نمونه گیری و انواع تست ها بر روی بتن به منظور تشخیص میزان کیفیت آن باید توسط متخصصین انجام شود. انجام این آزمایش‌ ها باید طبق روش‌های واحدی که در کشورهای مختلف نیز اجرا می شود، انجام شود.

به منظور کنترل کیفیت و تفسیر نتایجی که طی این آزمایش‌ها به دست می‌آید، استانداردهایی تعریف می شود که باید نتایج نهایی را با چنین استانداردهایی مطابقت داشته باشد. برای آشنایی بیشتر با برخی از روش‌ های آزمایش بتن در ساختمانچی همراه ما باشید.

انواع روش‌ های آزمایش قدرت بتن

هنگام انتخاب روشی برای نظارت بر مقاومت فشاری بتن، برای مدیران پروژه مهم است که تأثیر هر تکنیک بر برنامه خود را در نظر بگیرند. در حالی که برخی از فرایندهای آزمایش را می توان مستقیماً در محل انجام داد، برخی دیگر نیاز به زمان اضافی برای تأسیسات شخص ثالث برای ارائه داده‌های قدرتمند دارند.

متداول ترین روش برای نظارت بر مقاومت بتن درجا، استفاده از سیلندرهای مقاوم در برابر میدان است. این عمل از اوایل قرن 19 به طور کلی بدون تغییر باقی‌مانده است.

این نمونه ها براساس ASTM C31 ریخته‌گری و پخت می شوند و برای آزمایش مقاومت فشاری توسط آزمایشگاه شخص ثالث در مراحل مختلف مورد آزمایش قرار می گیرند.

معمولاً، اگر به 75 درصد از قدرت طراحی خود برسد، مهندسان به تیم خود اجازه می دهند تا مراحل بعدی ساخت را ادامه دهند. در اینجا چند روش مختلف وجود دارد که هنگام انتخاب روش آزمایش قدرت باید در نظر بگیرید.

چکش ریباند یا چکش اشمیت Rebound Hammer or Schmidt Hammer

چکش های آزمایشی بتنی با نام های چکش سوئیسی، چکش اشمیت، یا چکش ریباند نیز شناخته می شوند. آن ها ابزارهای متنوعی برای ارزیابی کیفیت بتن سخت هستند.

آزمایش بتن سخت در محل، اغلب برای تعیین مناسب بودن سازه برای استفاده موردنظر ضروری است. سازه های موجود باید پس از سال‌ ها مواجهه با شرایط محیطی سخت و سایر تنش ها از نظر یکپارچگی سازه ارزیابی شوند.

ارزیابی های غیرمخرب ساختمان ها و روسازی ها که هنوز در دست ساخت هستند، باعث نقص در مصالح می شوند، در حالی که هنوز زمان برای رفع نواقص آن ها وجود دارد.

جمع آوری سریع و کارآمد داده های یکنواخت و با کیفیت بتن در ساخت و سازهای جدید و موجود طی یک برنامه آزمایشی ساده، تصویری کلی از کیفیت بتن ایجاد می کند.

اندازه گیری مقاومت فشاری با استفاده از داده های به دست‌آمده از آزمایشات آزمایشگاهی، امکان پذیر است. توجه به این نکته ضروری است که ASTM C805 بیان می کند که از مقادیر برگشتی نمی توان به عنوان مبنایی برای پذیرش یا رد بتن استفاده کرد.

در چکش اشمیت یک جرم متصل به فنر وجود دارد که با کشش فنر تا نقطه ای مشخص، مقدار انرژی ثابتی به آن داده می شود. این کار با فشار چکش اشمیت به سطح صاف بتن انجام می شود.

بعد از آزاد شدن فنر، جرم مربوطه تحت اثر بازتاب میله چکش که هنوز در تماس با سطح بتن است، قرار می گیرد. مسافتی که توسط جرم طی شده، برحسب درصدی از انبساط اولیه فنر بیان می شود که عدد بازتاب نام دارد.

عواملی که به طور مستقیم بر روی تعداد ریباند تأثیر می گذارند عبارتند از: بافت سطح، رطوبت، سن، عمق کربناته شدن، آرماتور فولادی و حفره های هوا.

تست مقاومت در برابر نفوذ

امروزه کارشناسان آزمایش بتن، از آزمون NDT مانند آزمون مقاومت در برابر نفوذ برای تعیین مقاومت نسبی بتن در سازه استفاده می کنند. این مقاومت بتن را از عمق نفوذ میله فولادی تخمین می زند.

در این روش میله فولادی یا پروب فولادی بر اثر شلیک ناگهانی روی سطح بتن شلیک می شود. نفوذ به طور معکوس با مقاومت فشاری بتن در شرایط آزمایش استاندارد متناسب است. این رابطه بستگی به قدرت سنگدانه ها دارد.

آزمایش مقاومت در برابر نفوذ، به سرعت و با دقت مقاومت فشاری بتن را تعیین می کند. استحکام با شلیک (شلیک) پروب (تست پروب ویندزور) یا از طریق پین‌کردن روی سطح بتن (تستر PNR) با مقدار نیروی استاندارد، مشخص می شود.

پروب ویندزور

آزمایش مقاومت در برابر نفوذ بر روی سازه های بتنی با استفاده از دستگاه تست پروب ویندزور (windsor probe) و تست PNR انجام می شود.

در روش تست تست ویندزور پروب، یک پروب فولادی بر روی سطح بتن بر اثر انفجار ناگهانی شلیک می شود. نفوذ با مقاومت بتن معکوس است. نتیجه آزمایش، تحت تأثیر مقاومت و ماهیت سطوح تشکیل‌شده بتن است.

هدف از آزمایش مقاومت در برابر نفوذ برای تعیین یکنواختی بتن، مشخص کردن مناطق ضعیف بتن و ارزیابی مقاومت در محل بتن استفاده می شود. با توجه به ماهیت تجهیزات، نمی توان و نباید انتظار داشت که مقادیر مطلق قدرت را تولید کند.

آزمایش مقاومت در برابر نفوذ بر روی بتن سخت می تواند بر اساس روش ها و مشخصات روش استاندارد آزمایش مقاومت بتن مقاوم در برابر نفوذ (ASTM C 803/ 803M- 97) یا استاندارد بریتانیا (BS 1881 قسمت 207) انجام شود.

تجهیزات پروب ویندزور، به تجهیزات اندازه گیری مقاومت در برابر نفوذ بتن معروف هستند. این تکنیک شامل لوازم جانبی آلیاژی سخت است. برای شلیک پروب آلیاژی سخت روی بتن، از یک محرک فعال به وسیله باروت استفاده می شود. عمق نفوذ بستگی به مقاومت بتن دارد.

در طول آزمایش، طول در معرض پروب را با یک عمق سنج کالیبره اندازه گیری می کنند. ترجیحاً ضریب تغییرات براساس عمق نفوذ بیان می شود، زیرا مقاومت بتن به عمق نفوذ بستگی دارد.

پروب فولادی دارای قطر 6.3 میلی متر و طول 73 میلی متر است و دارای یک نقطه مخروطی در نوک است. قسمت پشتی پروب دارای نخ و پیچ است که قطر آن 12.6 میلی متر است که به همراه یک واشر لاستیکی در سوراخ موجود در محرک قرار می گیرد.

تستر  PNR

دستگاه تست نفوذ پین یا تستر PNR به انرژی کمتری نسبت به سیستم پروب ویندزور نیاز دارد. به عنوان یک دستگاه دارای مصرف انرژی کم، حساسیت در قدرت های بالاتر کاهش می یابد. بنابراین برای آزمایش بتن با مقاومت بالای 28 نیوتن متر مربع توصیه نمی شود.

در این روش، از یک دستگاه فنری با انرژی حدود 1.3 درصد از کاوشگر ویندزور استفاده می شود. از آن برای هدایت پین فولادی سخت با قطر 3.56 میلی متر بر روی سطح بتن استفاده می شود. نفوذ پین فولادی باعث ایجاد مخروطی و سوراخ کوچکی (تورفتگی) در سطح بتن می شود.

پین از سوراخ برداشته می شود و سوراخ با جت هوا تمیز می شود. عمق سوراخ با یک عمق‌سنج مناسب اندازه گیری می شود. هر بار تست نفوذ پین نیاز به یک پین جدید دارد، زیرا پین پس از استفاده بدون نوک می شود.

خواص مقاومت ملات و سنگدانه بر عمق نفوذ کاوشگر در بتن تأثیر می گذارد. این خواص استحکام متفاوت از مقاومت در خرد کردن مکعب است، در حالی که مقاومت ملات به طور مداوم بر قدرت حاکم است. بنابراین، نوع سنگدانه تأثیر قوی بر رابطه مقاومت بتن با عمق نفوذ دارد.

آزمون نفوذ پین برای مقاومت فشاری بر اساس منحنی های کالیبراسیون است. از آزمایشات آزمایشگاهی روی بتن خاص با نوع خاصی از سنگدانه ها (سنگدانه های سخت یا نرم) بدست می آید. سختی کل از نمونه استاندارد ارائه شده همراه با ابزار تعیین می شود.

سرعت پالس اولتراسونیک Ultrasonic Pulse Velocity

تست سرعت پالس اولتراسونیک شامل اندازه گیری زمان حرکت (T) پالس اولتراسونیک 50 تا 54 کیلوهرتز است که توسط یک مبدل الکتروآکوستیک تولید می شود، در تماس با یک سطح از اعضای بتنی مورد آزمایش نگه‌داشته می شود و توسط یک مبدل مشابه در تماس با سطح در انتهای دیگر، دریافت می شود.

با طول مسیر L (یعنی فاصله بین دو پروب) و زمان حرکت T، سرعت پالس (V = L/T) محاسبه می شود. هرچه مدول الاستیک، چگالی و یکپارچگی بتن بیشتر باشد، سرعت پالس بیشتر است.

سرعت پالس اولتراسونیک بستگی به چگالی و خواص الاستیک مواد مورد آزمایش دارد.

سرعت پالس در بتن ممکن است تحت تأثیر موارد زیر باشد:

• طول مسیر
• ابعاد جانبی نمونه مورد آزمایش
• وجود فولاد تقویت کننده
• میزان رطوبت بتن

تأثیر طول مسیر ناچیز خواهد بود به شرطی که هنگام استفاده از سنگدانه 20 میلی متری کمتر از 100 میلی متر یا برای سنگدانه 40 میلی متری کمتر از 150 میلی متر نباشد.

سرعت پالس تحت تأثیر شکل نمونه قرار نمی گیرد، به شرطی که حداقل ابعاد جانبی آن (یعنی اندازه آن در زاویه راست مسیر پالس اندازه گیری شود) کمتر از طول موج ارتعاشات پالس نباشد.

برای پالس فرکانس 50 هرتز، این به حداقل بعد جانبی حدود 80 میلی متر مربوط می شود. سرعت پالس ها در میله فولادی به طور کلی بیشتر از بتن است. به همین دلیل اندازه گیری سرعت پالس در مجاورت فولاد تقویت‌کننده ممکن است زیاد بوده و نمایانگر بتن نباشد.

اگر میله ها در جهت زاویه راست مسیر پالس در جهت راستا حرکت کنند و مقدار فولاد نسبت به طول مسیر اندک باشد، تأثیر آرماتور به طور کلی اندک است.

میزان رطوبت بتن می تواند تأثیر کمی اما قابل توجهی بر سرعت پالس داشته باشد. به طور کلی، با افزایش رطوبت، سرعت افزایش می یابد، این تأثیر برای بتن با کیفیت پایین بیشتر مشخص می شود.

به طور کلی، روش سرعت پالس اولتراسونیک، یک آزمایش غیر مخرب است که می تواند برای تشخیص عیوب درون بتن مانند ترک و متخلخل شدن آن، استفاده شود.

اما باید به این نکته توجه داشت که این تکنیک به شدت تحت تأثیر وجود تقویت کننده‌ها، سنگدانه ها و رطوبت در عنصر بتن است. همچنین برای آزمایش دقیق نیاز به کالیبراسیون با چندین نمونه دارد.

تست بیرون کشیدگی Pullout Test

اصل اساسی در آزمایش بیرون کشیدگی این است که تجهیزات آزمایش طراحی شده برای یک هندسه خاص، نتایجی را نشان می دهد که با مقاومت فشاری بتن ارتباط تنگاتنگی دارد.

این همبستگی با اندازه گیری نیروی لازم برای کشش دیسک یا حلقه فولادی، جاسازی شده در بتن تازه، در برابر فشار متقابل دایره‌ای که روی سطح بتن متحدالمرکز با دیسک/حلقه قرار می گیرد، حاصل می شود. از این روش می توان روی هر دو سازه جدید و قدیمی اجرا کرد.

انواع آزمون های بیرون کشیدگی

با توجه به محل قرار گیری دیسک/حلقه در بتن تازه، آزمایش کشش را می توان به 2 نوع تقسیم کرد:

• آزمون LOK
• تست CAPO (آزمون برش و بیرون کشیدگی)

آزمون LOK

سیستم LOK-TEST برای دستیابی یک برآورد قابل اطمینان از مقاومت بتن در محل سازه‌های ریخته گری تازه مطابق با روش آزمایش کشش توصیف شده در ASTM C900 ،BS 1881: 207 یا EN 12504-3 استفاده می شود.

یک دیسک فولادی با قطر 25 میلی متر در عمق 25 میلی متر را، به صورت مرکزی بر روی حلقه فشار متقابل 55 میلی متر بر روی سطح می کشانند. نیروی F موردنیاز برای بیرون کشیدگی اندازه گیری می شود.

بتن موجود در ردیف بین دیسک و حلقه ضد فشار تحت بار فشاری قرار می گیرد، بنابراین نیروی خروجی F مستقیماً به مقاومت فشاری مربوط می شود.

تست CAPO (آزمون برش و بیرون کشیدن)

CAPO-TEST اجازه انجام آزمایش ها را بر روی سازه های موجود بدون نیاز به درج های از پیش نصب می دهد. CAPO-TEST یک سیستم آزمایش خروجی شبیه به سیستم LOK-TEST برای برآورد دقیق مقاومت فشاری در محل ارائه می دهد.

روش های انجام آزمایش های خروجی پس از نصب، مانند CAPO-TEST، در ASTM C900 و EN 12504-3 گنجانده می شوند.

هنگام انتخاب مکان برای CAPO-TEST، اطمینان حاصل کنید که میله های تقویت کننده در منطقه شکست قرار ندارند. سطح در محل آزمایش با استفاده از یک ابزار پلان کاری و یک سوراخ 18.4 میلی متری عمود بر سطح با استفاده از یک بیت هسته الماس دار تولید می شود.

یک حفره (شکاف) در سوراخ به قطر 25 میلی متر و در عمق 25 میلی متر هدایت می شود. حلقه شکافی در حفره منبسط می شود و با استفاده از دستگاه کششی که در برابر حلقه فشار متقابل 55 میلی متر واکنش نشان می دهد، بیرون کشیده می شود.

بتن در نرده بین حلقه منبسط می شود و حلقه ضد فشار در حال فشرده سازی است‌‌، بنابراین، نیروی خروجی نهایی F مستقیماً به مقاومت فشاری مربوط می شود.

انتخاب یک روش مقاومت فشاری

آزمایش هایی مانند چکش ریباند و تکنیک مقاومت در برابر نفوذ، در حالی که انجام آن ها آسان است، نسبت به سایر روش های آزمایش از دقت کمتری برخوردار است. این به این دلیل است که آن ها مرکز عنصر بتنی را بررسی نمی کنند، بلکه شرایط پخت را مستقیماً در زیر سطح بتن قالبی بررسی می کنند.

انجام تکنیک هایی مانند روش سرعت پالس اولتراسونیک و آزمایش کشش، دشوارتر است، زیرا فرایند کالیبراسیون آن ها طولانی است و برای دستیابی به اطلاعات دقیق به تعداد زیادی نمونه نیاز دارد.

تصمیم شما در انتخاب روش آزمایش به سادگی به آنچه می دانید و به آن عادت دارید برمی گردد. با این حال، صحت این آزمایشات و زمان لازم برای جمع‌آوری اطلاعات مقاومت، عوامل مهمی هستند که همیشه آن طور که باید مورد توجه قرار نمی گیرند.

به این فکر کنید که کل زمان و پول شما در حین ساخت یک پروژه به کجا می رود. چقدر از آن صرف تعمیرات، هزینه آزمایشگاه ها و کار اضافی می شود تا مطمئن شوید پروژه شما به موقع به پایان می رسد؟

توجه به دقت تکنیکی که انتخاب می کنید، می تواند منجر به دوام و یا ایجاد مشکلات عملکرد سازه بتنی شما در آینده شود. علاوه بر این، انتخاب تکنیکی که زمان بیشتری برای دریافت اطلاعات مقاومت نیاز دارد، می تواند برای مهلت اتمام پروژه شما مضر باشد و بر بهره وری شما در محل کار شما تأثیر منفی بگذارد.

برعکس، انتخاب ابزار مناسب می تواند بر زمان بندی پروژه تأثیر مثبت بگذارد و به شما امکان می دهد پروژه را به موقع پایان برسانید.

معرفی برخی از تجهیزات آزمایش بتن

جک بتن شکن 200 تن آنالوگ

• نام آزمایش: اندازه گیری مقاومت فشاری نمونه های مکعبی و استوانه ای
• کارایی: جک بتن شکن آنالوگ برای تعیین مقاومت فشاری انواع نمونه های بتنی استوانه ای و مکعبی طراحی می شود.
• استانداردها: BS 1610، AASHTO T22، ASTM C39
• مشخصات فنی: دارای گیج نمایش نیرو WIKA آلمان. سیستم هیدرولیک طرح ELE انگلیس کم صدا. سیلندر پیستون از جنس VCN سخت کاری تا HRC 60 به دلیل دوام و عدم روغن ریزی. دارای میکروسوئیچ جحت تنظیم کورس دستگاه. حاوی صفحه قرقری ماشین کاری توسط دستگاه CNC. دارای فالوکنترل سرعت بارگذاری ولومی مارک سوئیس. دارای رنگ الکتروستاتیک. وزن 450kg

وسیله تعیین درصد تراکم بتن

• استاندارد: BS 1881:103 – BS 5075
• کارایی: ضریب تراکم بتن توسط نسبت چگالی واقعی به چگالی بتن که کاملا متراکم می شود. کاربرد این آزمایش برای بتن های با حداکثر اندازه سنگدانه ای تا 40mm و عموما در ساخت جاده و تولید بتن پیش‌ساخته می باشد. این دستگاه از دو ظرف تخلیه که به شکل مخروط ناقص می باشد و یک ظرف استوانه ای تشکیل می شود. قیف ها مجهز به دریچه ای با عملکرد سریع جهت ریزش بتن به قیف پایینی می باشند. بدنه دستگاه با پوشش رنگی مقاوم به منظور جلوگیری از خوردگی سیمان است.

دستگاه فشاری بتن پلاستیک

• کارایی: از این دستگاه جهت تعیین مقاومت فشاری بتن پلاستیک همراه با تعیین میزان تغییر شکل نمونه استفاده می شود.
• مشخصات فنی: دارای گیربکس انتقال نیرو با پیچ و مهره و گلوئی از جنس SPK مقاوم در برابر سایش و نیرو واردشده. دارای موتور سرو با توان 2/25KW جهت اعمال نیروی افقی از 1 الی 10000 کیلوگرم بدون لرزش و بارگذاری یکنواخت. دارای نمایشگر USER FRIENDLY. قابلیت تنظیم سرعت از 0.1 الی 9.9 میلی متر بر دقیقه. توانایی اتصال به درگاه از طریق usb و ثبت اطلاعات به صورت فایل Excel. قابلیت تشخیص اتوماتیک کالیبره نبودن دستگاه و امکان بازگشت به تنظیمات کارخانه. کورس دستگاه به میزان 20% طول نمونه معادل 60mm. قابلیت اندازه گیری تغییر مکان با دقت 1% mm. توانایی اندازه گیری نیرو با دقت 0.1 کیلوگرم. قابلیت تنظیم پارامتر توقف آزمایش در صورت کاهش نیرو بر حسب درصد اکثر نیروی واردشده. دارای میکروسوئیچ برای حدود بالا و پایین کورس دستگاه. مجهز به هم مرکزساز (قرقری) با قابلیت حرکت چرخشی 5 تا 10 درجه. رسم منحنی تنش و کرنش و نیرو. مجهز به LDVT جهت اندازه گیری تغییر شکل. رنگ الکتروستاتیک مقاوم
• وزن: 150kg  

دستگاه تعیین درصد هوای بتن

• استاندارد: ASTM C321 TYPE A – EN 12350/7 – BS 1881:106
• کارایی: این دستگاه جهت تعیین مقدار حباب هوای بتن تازه بر اساس مشاهده تغییر حجم در اثر فشار مورد استفاده قرار می گیرد. در روش A مقدار درصد هوا از روی ستون مدرج 0%- 10% به طور مستقیم و بر حسب inch نمایان می شود. – قسمت بالایی دستگاه موردنظر توسط دستگاه CNC از آلومینیم – مخزن دستگاه از فولاد مقاوم و رنگ الکترواستاتیک – گیج نمایش فشار 5.2 بار – ظرفیت مخزن 6 لیتر – میله استاندارد تراکم – دارای یک عدد پمپ باد دستی

کلام پایانی

از آنجایی که مقاومت و استحکام یک سازه برای حفظ امنیت ساکنان آن از اهمیت بالایی برخوردار است، برای ساخت بتن باید تمامی اصول مرتبط با انجام تمامی آزمایشات بتن انجام شود.

در صورت اطمینان از استحکام و مقاومت بالای بتن، سازه مورد نظر در برابر هر گونه بلایای طبیعی و یا دیگر خطرهایی که یک سازه را تهدید می کند، در امان می ماند. 

سوالات متداول