آزمایش بتن

آزمایش‌ بتن وسیله­ ای برای اطمینان پیدا کردن از انطباق بتن تولید و اجراشده با بتن طراحی‌شده می­ باشد و می‌توان آن‌ها را به 5 بخش کلی به شرح زیر تقسیم بندی کرد:

1. آزمایش­ های قبل از اختلاط بتن که کیفیت مصالح مصرفی (سیمان، سنگ‌دانه‌ها و آب و…) را بررسی می­نماید.
2. آزمایش­ های مربوط به بتن تازه و بتن سخت شده که کیفیت بتن تولیدشده را بررسی می­ نماید؛ مانند آزمایش اندازه­ گیری مقاومت فشاری، آزمایش روانی
3. آزمایش­ های مربوط به بررسی دوام و کارایی بتن
4. آزمایش­ های خاصی که به دلیل شرایط خاص اجرا لزوم پیدا می­کند (مانند بتن ساخته‌شده برای پمپ کردن و یا بتن‌ریزی در زیرآب)
5. آزمایش­ های مرتبط با اجرا و عمل‌آوری

بتن، پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. این ماده در ساخت بسیاری از سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. ویژگی‌های بتن به کار رفته در هر سازه باید مطابق با استانداردهای ساخت آن سازه باشد. بررسی و کنترل کیفیت سازه‌های بتنی، توسط آزمایش بتن انجام می‌شود.

برای بسیاری از افراد متخصص عمران و معماری بسیار مهم است که استحکام یک سازه و ساختمان را تخمین بزنند و متوجه قدرت آن در مواقع ضروری بشوند.بهترین کار برای بررسی میزان مقاومت و استحکام یک بتن این است که آن را آزمایش کنند تا متوجه مقدار قدرت آن در برابر فشار و شرایط سخت به چه صورت است؟میزان مقاومت یک بتن بسیار مهم است چرا که قرار است از آن برای ساخت و ساز ساختمان ها استفاده شود.

برای بررسی میزان قدرت یک بتن از روش های گوناگونی استفاده میشود اما بدین صورت نیست که بنیه ی اصلی بتن را از بین ببرد.این آزمایش ها و تست ها به مقدار اندازه کافی و کنترل شده هستند.میزان قدرت و استحکام یک بتن را افراد مهندس و معمار با استفاده از ابزار های متفاوت میتوانند بررسی کنند که این امر در روند و فرآیند ساخت و ساز ساختمان با استفاده از بتن ها بسیار مهم و حیاتی است.

• بتن چیست؟

یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که از ترکیب آب، سیمان، سنگدانه (شن، ماسه) و مواد افزودنی ساخته می‌شود. تشکیل بتن، طی واکنشی به نام «هیدراتاسیون» (Hydration) یا آبپوشی صورت می‌گیرد. در واقع، سیمان موجود در ترکیب به دلیل واکنش با آب، شروع به سفت شدن می‌کند. به ترتیب، دو حالت فیزیکی برای ترکیب بتن به وجود می‌آید:

1.  «بتن تاز» (Fresh Concrete):

زمانی که بتن در حالت پلاستیکی خود قرار دارد و می‌توان آن را درون قالب دلخواه ریخت.

2.  «بتن سخت شده» (Hardended Concret):

زمانی که بتن حالت پلاستیکی خود را از دست می‌دهد و گیرش اولیه آن انجام می‌شود.

در هر یک از حالت‌های بالا، بتن دارای ویژگی‌هایی است که به مشخصات مواد تشکیل‌دهنده، نوع افزودنی‌ها، شرایط محیطی و غیره بستگی دارند. بتن به عنوان ماده اصلی در ساخت ساختمان‌های مسکونی، ساختمان‌های تجاری، پل، سد، راه، فونداسیون و بسیاری از سازه‌های مهندسی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. به همین دلیل، عملکرد مناسب این ماده در سازه‌های مختلف از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

کنترل کیفیت و ارزیابی عملکرد بتن، با بررسی ویژگی‌های آن در حالت تازه و سخت شده صورت می‌گیرد. به منظور تایید کیفیت بتن مورد استفاده در سازه باید هر یک از ویژگی‌های آن را مورد ارزیابی قرار داد. این کار در آزمایشگاه بتن یا محل پروژه و مطابق با استانداردهای موجود (ملی یا بین‌المللی) انجام می‌شود.

• آزمایش بتن چیست و آزمایشگاه بتن کجاست؟

به مجموعه فعالیت‌هایی که برای کنترل، ارزیابی و تایید کیفیت بتن صورت می‌گیرد، آزمایش بتن گفته می‌شود. آزمایشگاه بتن محلی است که به منظور اجرای آزمایش‌های بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محل دارای تجهیزات مختلفی است که امکان ارزیابی هر یک از ویژگی‌های بتن تازه یا سخت شده را فراهم می‌کند. ارزیابی این ویژگی‌های مطابق دستورالعمل‌های مختلف انجام می‌شود.

 

• آزمایش بتن را می‌توان به دو دسته آزمایشگاهی و برجا تقسیم‌بندی کرد:

1. آزمایشگاهی: آزمایش بتن در محیط آزمایشگاه انجام می‌شود.
2. برجا: اجرای آزمایش بتن در محل پروژه صورت می‌گیرد.

تجهیزات مورد نیاز برای اجرای برخی از آزمایش‌های بتن، به گونه‌ای هستند که امکان جابجایی راحت آن‌ها به محل نمونه‌گیری وجود ندارد. در این حالت، بتن با توجه به طرح اختلاط در محیط آزمایشگاه ساخته شده و نمونه مورد نیاز از آن برداشته می‌شود یا نمونه‌برداری در محل پروژه صورت می‌گیرد و نمونه به آزمایشگاه منتقل می‌شود. تجهیزات مورد نیاز برای دیگر آزمایش‌های بتن، قابل جابجایی هستند. در این حالت، نمونه‌برداری و اجرای آزمایش در محل پروژه و اصطلاحا به صورت برجا انجام می‌شود.

 

* نکته: در برخی از پروژه‌های بزرگ، به منظور اجرای سریع‌تر، دقیق‌تر و نظارت بیشتر بر روی آزمایش‌ها، یک آزمایشگاه بتن مستقر در محل پروژه ساخته و تجهیز می‌شود. با توجه به این نکته، منظور از اجرای آزمایش بتن در محل پروژه، محل ساخت یا استفاده از بتن (اصطلاحا کارگاه) است.

• آزمایش بتن از نظر تاثیر آزمایش بر نمونه به دو نوع آزمایش‌های مخرب و غیر مخرب تقسیم می‌شود:

1. «آزمایش مخرب» (Destructive Testing)

آزمایشی که اجرای آن، باعث شکست نمونه یا آسیب به بخشی از سازه و عضو مورد آزمایش می‌شود.

2. «آزمایش غیر مخرب» (Nondestructive Testing)

آزمایشی که اجرای آن، هیچ آسیبی به سازه، عضو یا نمونه مورد آزمایش وارد نمی‌کند.

• هدف از آزمایش بتن( تست بتن ) چیست؟

برای تست کردن یک بتن میتوان دلایل زیادی آورد و با بررسی، تست و آزمایش یک بتن میتوانیم ویژگی های بسیاری از آن را متوجه بشویم و از صحت آن اطمینان خاطر حاصل کنیم.

1. تخمین مقاومت فشاری بتن
2. ارزیابی کیفیت بتن
3. تشخیص ترک داخلی بتن
4. تشخیص همگن یا ناهمگن بودن بتن
5. تشخیص محل ، کاور و قطر آرماتور

• آزمایش بتن تازه چه اهمیتی دارد؟

بتن تازه، حالتی از بتن است که از شکل‌پذیری، کارایی، چسبندگی و مقدار سیمان کافی بهره می‌برد اما میزان رطوبت آن زیاد نیست. ویژگی‌های بتن تازه بر روی خصوصیات محصول نهایی (بتن سخت شده) تاثیر مستقیم دارد. به همین دلیل، ارزیابی این ویژگی‌ها به منظور اطمینان از کیفیت مناسب بتن و سازه‌های بتنی از اهمیت بالایی برخوردار است. از ویژگی‌های بتن تازه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. کارایی و روانی
2. درصد هوا
3. زمان گیرش
4. رطوبت
5. وزن مخصوص
6. جداشدگی
7. آب انداختن
8. جمع‌شدگی پلاستیک
9. جمع‌شدگی حرارتی
10. انبساط حرارتی
11. دمای هیدراتاسیون
12. دما

از بین موارد بالا، ویژگی‌هایی نظیر کارایی، مقدار هوا و زمان گیرش بتن تازه، بیشتر از موارد دیگر مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. توجه داشته باشید که این موضوع، چیزی از ارزش‌های ویژگی‌های دیگر کم نمی‌کند. ویژگی‌های دیگر، بر حسب اهمیت و نیاز پروژه مورد آزمایش قرار می‌گیرند.

• آزمایش بتن تازه از نظر کارایی چگونه انجام می‌شود؟

کارایی، یک اصطلاح کلی است که به منظور توصیف سهولت اختلاط، جانمایی، تحکیم و پرداخت بتن تازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ویژگی، به طور مستقیم بر روی مقاومت، کیفیت، ظاهر و حتی هزینه نیروی انسانی مورد نیاز برای بتن‌ریزی و پرداخت تاثیر می‌گذارد. به همین دلیل، آزمایش‌های مربوط به کارایی معمولا بر روی تمام بتن‌ها اجرا می‌شوند.

• از آزمایش‌های موجود برای ارزیابی کارایی بتن تازه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. «آزمایش اسلامپ» (Slump Test)
2. «آزمایش کی اسلامپ» (K-Slump Test)
3. «آزمایش ضریب تراکم» (Compaction Factor Test)
4. «آزمایش وی-بی» (Ve-Be Test)
5. «آزمایش جریان» (Flow Test)
6. «آزمایش میز جریان» (Flow Table Test)
7. «آزمایش کلی بال» (Kelly Ball)

• آزمایش اسلامپ بتن چگونه انجام می‌شود؟

زمایش اسلامپ، یکی از پرکاربردترین و شناخته‌شده‌ترین آزمایش‌های بتن تازه است. اسلامپ، معیاری است که به منظور ارزیابی یکنواختی کیفیت بتن تازه از نظر جریان‌پذیری یا روانی (یکی از ویژگی‌های مرتبط با کارایی) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آزمایش بتن در محیط آزمایشگاه یا کارگاه و مطابق با استاندارد 2-3203 ایران یا استاندارد DIN EN 12305 اجرا می‌شود.

به منظور اجرای آزمایش اسلامپ بتن، تجهیزاتی نظیر مخروط اسلامپ، میله کوبشی (کوبه)، صفحه پایه، خط‌کش فلزی، سرتاس، برس، پارچه مرطوب، قیف، بیلچه، ظرف اختلاط و زمان‌سنج مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اجرای این آزمایش بتن طی 9 مرحله و با تمیزکاری قالب، آماده‌سازی (جانمایی) قالب بر روی صفحه، ریختن نمونه بتن تازه در سه لایه، تراکم هر لایه توسط میله کوبشی، تمیزکاری روی قالب (صاف کردن سطح بتن بیرون زده از بالای مخروط)، بیرون کشیدن قالب، بررسی کیفیت اولیه نمونه، اندازه‌گیری اسلامپ توسط خط‌کش و ثبت عدد اسلامپ صورت می‌گیرد.

 

• پس از اجرای آزمایش اسلامپ بتن، احتمال رخ دادن چهار حالت برای نمونه وجود دارد:

1. اسلامپ ریزشی:

نتیجه آزمایش غیر قابل قبول است. یا باید نسبت آب به سیمان را تغییر داد یا از روش‌های دیگر برای اندازه‌گیری روانی استفاده کرد.

2. اسلامپ برشی:

نتیجه آزمایش غیر قابل قبول است و آزمایش باید تکرار شود. مشابه بودن نتیجه آزمایش‌های بعدی، کافی نبودن چسبندگی مخلوط را نمایش می‌دهد.

3. اسلامپ صفر:

نتیجه آزمایش غیر قابل قبول بوده و نسبت آب به سیمان بسیار پایین است.

4. اسلامپ واقعی:

نتیجه آزمایش قابل قبول است.

• آزمایش کی اسلامپ چیست و چگونه اجرا می‌شود؟

کی اسلامپ، یک روش‌ سریع برای اندازه‌گیری روانی و تراکم بتن تازه است. این روش به طور مستقیم، توسط یک وسیله مخصوص و مطابق با استاندارد ASTM C1890 اجرا می‌شود. کی اسلامپ از سرعت اجرای بالایی برخوردار است و می‌تواند در مدت کمتر از یک دقیقه، عدد اسلامپ بتن تازه را مشخص کند. این آزمایش بتن به منظور تعیین کارایی نسبی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

وسیله مورد استفاده در آزمایش کی اسلامپ، از فولاد با روکش کروم، آلومینیوم و پلاستیک ساخته می‌شود. بخش‌های مختلف این وسیله در تصویر زیر نمایش داده شده‌اند.

 

• روند اجرای آزمایش کی اسلامپ به صورت زیر است:

1. مرطوب کردن وسیله آزمایش و تمیز کردن آن با پارچه
2. بالا آوردن لوله پلاستیکی به منظور ثابت شدن لوله بر روی تکیه‌گاه
3. ریختن بتن تازه درون یک ظرف و تراز کردن سطح بالایی آن
4. فرو کردن عمودی وسیله آزمایش درون بتن تا برخورد حلقه شناور به سطح تراز شده
5. نگه داشتن وسیله به مدت ۶۰ ثانیه در همان وضعیت
6. پایین آوردن لوله پلاستیکی به آرامی تا قرارگیری آن بر روی سطح بتن وارد شده در وسیله
7. یادداشت عدد اسلامپ از روی بدنه لوله اندازه‌گیری (نتیجه آزمایش روانی)
8. بیرون آوردن وسیله آزمایش به صورت عمودی (بدون چرخش یا لرزش)
9. نگه داشتن وسیله به مدت چند ثانیه
10. پایین آوردن لوله پلاستیکی تا قرارگیری آن بر روی سطح بتن باقی مانده در وسیله
11. یادداشت عدد روی بدنه لوله اندازه‌گیری (نتیجه آزمایش کارایی)

با توجه به عدد اسلامپ به دست آمده از این آزمایش و جدول زیر، می‌توان کارایی بتن تازه برای کاربرد مورد نظر را بررسی کرد.

• آزمایش ضریب تراکم چگونه انجام می‌شود؟

در آزمایش ضریب تراکم، با رها کردن بتن از یک ارتفاع استاندارد، میزان تراکم حاصل از انجام مقدار مشخصی کار بر روی بتن تعیین می‌شود. آزمایش ضریب تراکم برای اجرا در محیط آزمایشگاه طراحی شده است. با این وجود، در صورت فراهم بودن شرایط می‌توان آن را در محل پروژه نیز اجرا کرد. دقت و حساسیت این آزمایش بتن از آزمایش اسلامپ بیشتر است. به همین دلیل، اجرای آن بر روی بتن‌هایی با کارایی پایین یا بتن‌های خشک (تراکم با ویبراسیون) مناسب است.

 

 

• اجزای تشکیل‌دهنده دستگاه آزمایش ضریب تراکم عبارت هستند از:

1. دو قالب مخروطی شکل (بالایی و میانی)
2. قالب استوانه‌ای (پایینی)
3. میله کوبشی
4. ماله تخت
5. ترازو

• از استانداردهای موجود برای اجرای آزمایش ضریب تراکم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. IS 1199 – 1959
2. ACI 211.3–75
3. BS 1881: 103:1993

• فرآیند اجرای آزمایش ضریب تراکم به صورت زیر است:

1. بتن درون به آرامی و با دقت درون قالب بالایی (تا لبه) ریخته شده و سطح آن صاف می‌شود.
2. درب زیر قالب باز می‌شود تا بتن به درون قالب میانی ریخته شود.
3. در صورت چسبیدن بتن به بدنه قالب بالایی، مواد باقیمانده را توسط میله به آرامی از بدنه جدا کنید.
4. با ثابت شدن بتن درون قالب میانی، درب زیر آن باز می‌شود تا بتن به درون قالب پایینی (استوانه‌ای) ریخته شود.
5. در صورت بالا بودن بتن از سطح بالایی قالب استوانه‌ای، مقدار اضافی بتن را جدا، سطح بتن را صاف و بدنه بیرونی قالب را تمیز کنید.
6. وزن قالب استوانه‌ای به همراه بتن اندازه‌گیری می‌شود (وزن بتن نسبتا متراکم).
7. قالب استوانه‌ای خالی و دوباره توسط همان بتن به صورت لایه‌های 5 سانتی‌متری پر می‌شود. پس از ریختن هر لایه باید آن را به خوبی توسط میله تراکم متراکم کرد.
8. سطح بیرونی قالب استوانه‌ای تمیز و وزن آن اندازه‌گیری می‌شود (وزن بتن کاملا متراکم).

پس از انجام مراحل بالا، ضریب تراکم از تقسیم وزن بتن نسبتا متراکم بر بتن کاملا مترکم به دست می‌آید. توجه داشته باشید که به منظور محاسبه این ضریب باید وزن قالب استوانه‌ای را از صورت و مخرج کم کنید. در این آزمایش، کیفیت بتن از نظر کارایی مطابق با جدول زیر بررسی می‌شود.

در مجموع، آزمایش ضریب تراکم، گزینه مناسب‌تری برای تعیین کارایی بتن است؛ چراکه این آزمایش بتن می‌تواند کارایی را در بازه بیشتری اندازه‌گیری کند.

 

• آزمایش جریان چیست و چگونه انجام می‌شود؟

آزمایش جریان، معیاری برای اندازه‌گیری کیفیت بتن از نظر روانی و چسبندگی است. این آزمایش بتن در محیط آزمایشگاه و مطابق با استاندارد ASTM C124 اجرا می‌شود. آزمایش جریان، معمولا برای بتن‌هایی با کارایی بالا تا بسیار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• اجزای تشکیل دهنده دستگاه مورد استفاده در آزمایش جریان عبارت هستند از:

1. میز جریان (ابعاد 25 سانتی‌متر)
2. قالب مخروطی
3. ماله تخت
4. سرتاس
5. میله کوبشی
6. خط‌کش

• اجرای آزمایش جریان طی مراحل زیر صورت می‌گیرد:

1. تمیز کردن سطح میز و داخل قالب برای اطمینان از عدم وجود گرد و خاک
2. قرار دادن مخروط در مرکز میز
3. ریخت بتن تازه درون مخروط در دو لایه
4. کوبیدن هر لایه توسط میله کوبشی
5. برداشتن بتن اضافی از روی بالاترین بخش قالب و صاف کردن سطح بتن توسط ماله
6. بالا کشیدن قالب و جدا کردن آن از بتن
7. بالا و پایین کردن میز توسط دستگیره کناری به اندازه 12.5 سانتی‌متر (15 مرتبه در 15 ثانیه)
8. اندازه‌گیری قطر بتن پخش شده در 6 جهت مختلف و میان‌گیری از مقادیر به دست آمده

پس از انجام مراحل بالا، عدد جریان بتن از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

• F: عدد جریان بر حسب درصد
• D_S: قطر پخش‌شدگی بتن بر حسب سانتی‌متر

در صورتی که عدد جریان بین 0 تا 150 درصد باشد، نتیجه آزمایش قابل قبول خواهد بود.

• آزمایش میز جریان چیست و چگونه اجرا می‌شود؟

«آزمایش میز جریان» (Flow Table Test)، آزمایشی مشابه با آزمایش جریان و در واقع، معادل برجای آن است. آزمایش میز جریان، به منظور ارزیابی میزان رطوبت مورد نیاز برای انتقال بتن از محل ساخت به محل پروژه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آزمایش بتن بر روی نمونه‌های غیر قابل آزمایش با روش مخروط اسلامپ و مطابق استاندارد ASTM C230 اجرا می‌شود.

• هنگام انتقال بتن تازه به محل پروژه، باید پیش از بتن‌ریزی به درون قالب، روانی آن را کنترل کرد. به منظور اجرای آزمایش میز جریان، از تجهیزات زیر استفاده می‌شود:

1. میز جریان (ابعاد 70 سانتی‌متر)
2. مخروط اسلامپ
3. ظرف آب و جارو برای مرطوب کردن میز
4. میله کوبشی

 

• مراحل اجرای آزمایش میز جریان عبارت هستند از:

1. مرطوب کردن میز
2. قرار دادن مخروز در مرکز میز
3. پر کردن مخروط با بتن تازه در دو لایه
4. متراکم کردن هر لایه توسط کوبیدن (10 مرتبه)
5. بلند کردن مخروط
6. بلند کردن میز به اندازه 40 سانتی متر (15 مرتبه) برای پخش شدن بهتر بتن
7. اندازه‌گیری قطر پخش‌شدگی بتن

* محاسبه عدد جریان و محدوده قابل قبول در این آزمایش مشابه آزمایش جریان است.

• آزمایش وی بی چیست و چگونه انجام می‌شود؟

آزمایش وی بی، روشی برای ارزیابی کارایی بتن تازه از نظر قابلیت جابجایی و تراکم‌پذیری است. اجرای این آزمایش بر اساس استاندارد ASTM C1170 و با اندازه‌گیری نسبی کار مورد نیاز برای تغییر شکل حجم مشخصی از بتن، از یک شکل خاص (مخروطی) به شکل دیگر (استوانه‌ای)، صورت می‌گیرد. به مدت زمان کار انجام شده برای ایجاد این تغییر شکل توسط فرآیند ویبراسیون، «شکل گیری» (Remolding) می‌گویند. زمان مورد نیاز برای شکل‌گیری کامل، معیاری از کارایی است که با عنوان زمان وی بی شناخته می‌شود.

 

• دستگاه مورد استفاده برای اجرای آزمایش وی بی شامل موارد زیر می‌شود:

1. قوام سنج وی بی یا «کانسیستومتر وی بی» (VeBe Consistometer)
2. میز لرزان
3. مخروط اسلامپ
4. وزنه
5. میله تراکم
6. ماله تخت
7. زمان سنج
8. صفحه شفاف
9. محفظه
10.                                                                    اجزای مختلف قوام سنج وی بی

 

• مراحل اجرای آزمایش وی بی عبارت هستند از:

1. قرار دادن مخروط فلزی (مخروط اسلامپ) در محفظه استوانه‌ای کانسیستومتر
2. ریختن بتن درون مخروط در چهار لایه (ارتفاع هر لایه برابر با یک‌چهارم ارتفاع مخروط)
3. وارد کردن 25 ضربه توسط میله کوبشی به هر لایه
4. جدا کردن بتن اضافی از بالای مخروط و تراز کردن سطح بتن
5. جانمایی صفحه شیشه‌ای هم‌تراز با سطح بالایی مخروط و یادداشت عدد روی شاخص به عنوان قرائت اولیه
6. بالا آوردن عمودی مخروط و صبر کردن برای ثابت شدن بتن
7. پایین آوردن صفحه شیشه‌ای تا سطح بالایی بتن و یادداشت عدد روی شاخص به عنوان قرائت نهایی
8. روشن کردن ویبراتور و فشردن دکمه شروع زمان‌سنج
9. توقف زمان سنج در لحظه پخش شدن یکنواخت و کامل بتن

عدد اسلامپ از تفاضل قرائت اولیه و نهایی به دست می‌آید. به علاوه، مدت زمان مورد نیاز برای تغییر شکل بتن از شکل مخروطی به استوانه‌ای با عنوان درجه وی بی شناخته می‌شود. جدول زیر، میزان روانی بتن بر حسب درجه وی بی را نمایش می‌دهد.

• آزمایش کلی بال چیست و چگونه اجرا می‌شود؟

آزمایش کلی بال، یک روش ساده و ارزان برای ارزیابی کارایی بتن تازه در محل پروژه است. این آزمایش به سنجش اسلامپ شباهت دارد اما دقت و سرعت اجرای آن بیشتر است. دستگاه مورد استفاده برای اجرای آزمایش کلی بال از اجزای زیر تشکیل می‌شود:

1. نیمکره فلزی (گوی)
2. میله مدرج
3. دسته
4. چارچوب

 

دستورالعمل نحوه اجرای آزمایش کلی بال در استاندارد ASTM C360 با عنوان «آزمایش نفوذ گوی» (Ball Penetration Test) آورده شده است.

• به طور کلی مراحل اجرای این آزمایش به صورت زیر است:

1. نمونه‌ای از بتن مورد آزمایش درون یک محفظه ریخته می‌شود. ارتفاع نمونه باید تا حدود ۲۰ سانتی‌متر و سطح بالایی بتن باید صاف (تراز) باشد.
2. دستگاه کلی بال بر روی سطح نمونه قرار داده می‌شود. دستگیره گوی باید به گونه‌ای قرار گیرد که چارچوب دستگاه، سطح بتن را لمس کند.
3. دستگیره گوی به آرامی رها می‌شود تا گوی توسط نیروی وزن خود درون بتن فرو برود.
4. عمق نفوذ گوی بر روی میله مدرج مشخص می‌شود.
5. مقدار عمق نفوذ یادداشت و آزمایش برای حداقل دو بار دیگر تکرار می‌شود.
6. میانگین عمق نفوذ به دست آمده از آزمایش‌ها، به عنوان معیار کارایی یا عدد اسلامپ بتن تازه در نظر گرفته می‌شود.

• مقایسه روش های اندازه‌گیری کارایی بتن تازه

در بخش‌های قبلی، انواع آزمایش بتن تازه برای ارزیابی کارایی را معرفی کردیم. با توجه به نوع بتن و کاربرد مورد نظر، باید روش مناسب اندازه‌گیری کارایی را انتخاب کرد.

* نکته: آزمایش میز جریان، معادل آزمایش جریان و آزمایش کلی بال، معادل آزمایش اسلامپ است.

• آزمایش بتن تازه از نظر میزان هوا چگونه انجام می‌شود؟

میزان هوا، یکی از ویژگی‌های مهم بتن است که بر روی مقاومت نهایی، وزن سازه و مقاومت در برابر سرما تاثیر می‌گذارد. روش‌های مختلفی به منظور اندازه‌گیری میزان هوای بتن ارائه شده‌اند. از استاندارهای موجود برای اجرای آزمایش درصد هوای بتن تازه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• استاندارد 15904 ایران یا ASTM C231/C231M با عنوان «تعیین مقدار هوای بتن تازه مخلوط‌شده به روش فشاری»

مناسب برای بتن‌هایی با سنگدانه نسبتا متراکم

• استاندارد ASTM C173/C173M-16 با عنوان «اجرای آزمایش درصد هوای بتن تازه به روش حجمی»:

مناسب برای بتن‌های سبک و متخلخل

• استاندارد 3521 ایران یا ASTM C138/C138M-17a با عنوان «اجرای آزمایش چگالی، تسلیم و درصد هوای بتن به روش گرانی‌سنجی»

توجه داشته باشید که آزمایش‌های بالا، میزان هوای بتن تازه را اندازه‌گیری می‌کنند. مقداری از این هوا در حین حمل، بتن‌ریزی و پرداخت از بین می‌رود. به همین دلیل، مقدار اندازه‌گیری‌شده با مقدار نهایی متفاوت خواهد بود.

• آزمایش مقدار هوای بتن تازه به روش فشاری چگونه انجام می‌شود؟

تعیین مقدار هوای بتن تازه به روش فشاری، متداول‌ترین روش آزمایش هواداری بتن مطابق با استاندارد ASTM C231 است. این آزمایش برای بتن‌هایی با سنگدانه‌های نسبتا متراکم مناسب است و اجرای آن بر روی بتن‌های سبک و متخلخل توصیه نمی‌شود.

• از تجهیزات مورد نیاز برای اجرای این آزمایش، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. هواسنج (نوع A یا B)
2. ظرف اندازه‌گیری
3. مجموعه درپوش
4. ظرف واسنجی
5. فنر مارپیچ
6. لوله پخش‌کننده (پاشش)
7. کمچه
8. میله کوبشی (کوبه)
9. چکش لاستیکی
10. تیغه صاف‌کننده یا خط‌کش سر زن
11. صفحه صاف‌کننده
12. قیف
13. پیمانه آب
14. لرزاننده
15. الک
16. سرتاس

 

• مراحل اجرای آزمایش تعیین مقدار هوای بتن تازه به روش فشاری با استفاده از فشارسنج نوع A، به صورت زیر است:

1. مرطوب کردن سطوح داخلی ظرف اندازه‌گیری
2. قرار دادن آن بر روی یک سطح صاف
3. ریختن بتن تازه به درون ظرف اندازه‌گیری در سه لایه (حداکثر 15 دقیقه پس از ساخت بتن)
4. تراکم هر لایه توسط میله کوبشی (25 ضربه) و ضربه زدن به بدنه بیرونی ظرف اندازه‌گیری (12 تا 15 ضربه)
5. صاف و تراز کردن کردن سطح بالایی ظرف توسط ماله
6. تمیز کردن دستگاه، محفظه اندازه‌گری، لبه‌ها و پیچ‌ها
7. قرار دادن درپوش بر روی محفظه و هوابندی درزها
8. سوار کردن بخش بالایی دستگاه و ریختن آب
9. کج کردن دستگاه و ضربه زدن برای خروج هوا
10. برگرداندن دستگاه به حالت عمودی و آب ریختن درون لوله مدرج
11. اعمال فشار با استفاده از پمپ دستی (فشاری بیشتر از 1.4 کیلوپاسکال)
12. ضربه زدن به محفظه اندازه‌گیری و خواندن سطح آب بر روی لوله مدرج هنگام رسیدن فشار به 1.4 کیلوپاسکال
13. کاهش فشار دستگاه به آرامی (در مدت یک دقیقه) و ضربه زدن به ظرف اندازه‌گیری
14. یادداشت سطح آب بر روی لوله مدرج

با انجام مراحل بالا، مقدار هوای ظاهری بتن از رابطه زیر محاسبه خواهد شد:

$$A=h_1–h_2$$

• h₁: سطح آب در فشار 1.4 کیلوپاسکال
• h₂: سطح آب در فشار صفر پس از آزاد نمودن فشار 1.4 کیلوپاسکال

• اجرای تعیین مقدار هوای بتن تازه به روش فشاری با استفاده از فشارسنج نوع B، طی مراحل زیر انجام می‌شود:

1. مراحل 1 تا 5 روش در دستگاه نوع A
2. گذاشتن درپوش، هوابندی درزها، بستن شیر اصلی هوا و باز کردن شیرهای تخلیه روی درپوش ظرف اندازه‌گیری
3. وارد کردن آب از یکی از شیرهای روی درپوش تا زمان خارج شدن آب از شیر دیگر
4. تکام دادن هواسنج برای خروج هوای اضافی از شیر دیگر
5. بستن شیر خروج هوای محفظه هوا
6. پمپاژ هوا به درون محفظه تا قرارگیری عقربه بر روی خط فشار ابتدایی
7. ضربه زدن به فشار سنج و بستن شیرهای روی درپوش
8. باز کردن شیر تخلیه محفظه هوا و ضربه زدن توسط سرتاس به بدنه ظرف اندازه‌گیری
9. ضربه زدن به گیج توسط انگشت و یادداشت عدد ثابت شده

• آزمایش مقدار هوای بتن تازه به روش حجمی چگونه انجام می‌شود؟

آزمایش اندازه‌گیری مقدار هوای موجود در بتن تازه به روش حجمی، بر روی انواع مختلف بتن قابل اجرا است. با این وجود، به دلیل عدم تاثیرگذاری هوای موجود در سنگدانه‌های متخلخل بر روی نتیجه این آزمایش، روش حجمی معمولا برای بتن سبک و بتن‌هایی با سنگدانه‌های بسیار متخلخل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

• تجهیزات مورد نیاز برای اجری آزمایش تعیین مقدار هوای بتن تازه به روش حجمی عبارت هستند از:

1. هواسنج
2. ظرف هواسنج
3. سر هواسنج
4. قیف
5. میله کوبشی
6. چکش
7. سرتاس
8. الکل
9. سرنگ

• اجرای این آزمایش بتن طی مراحل زیر صورت می‌گیرد:

1. ریختن بتن به درون ظرف در دو لایه و تراکم هر لایه توسط وارد کردن 25 ضربه
2. وارد کردن 10 تا 15 ضربه به بدنه ظرف توسط چکش بعد از ریختن و تراکم هر لایه
3. صاف کردن سطح بتن
4. بستن سطح بالایی محفظه
5. اضافه کردن آب و تکان دادن دستگاه
6. اضافه کردن الکل
7. یادداشت سطح مقعر آب در لوله مدرج

* عدد یادداشت شده در این آزمایش به علاوه تعداد قطره‌های الکل، میزان هوای بتن را نمایش می‌دهد.

•  بررسی آزمایش ­های مرتبط با مصالح تشکیل‌دهنده بتن

سیمان پرتلند

سیمان فرآورده‌ای شیمیایی بوده که از ترکیب مصالح آهکی، رس و اکسیدهای معدنی ساخته شده، و دارای خاصیت چسبندگی است؛ و در اثر تماس با آب سفت می‌شود. سیمان در بتن نیز نقش چسباننده دانه‌های سنگی را داشته و در برابر آب و رطوبت دوام بالایی دارد. سیمان پرتلند نیز نوع پرمصرف سیمان بوده، که از خاک رس و آهک هیدرولیک به دست می­ آید.

•  آزمایش تعیین چگالی سیمان هیدرولیکی

هدف از انجام این آزمایش، تعیین چگالی سیمان هیدرولیکی مورد استفاده در بتن است. وسایل مورد نیاز این آزمایش به شرح زیر است:

روش آزمایش

1. ابتدا بالن لوشاتلیه را با نفت سفید خالص (بدون آب) تا درجه‌ای بین 0 و 1 میلی‌لیتر در ساقه بالن پر نمایید. پس از آن که نفت افزوده شد، سپس باید قسمت بالایی بالن رادر بالای سطح مایع خشک کرده و بالن را در حمام آب با دمای23±2 سانتی گراد غوطه‌ور کرده و اولین قرائت را ثبت کنید.
2. سپس مقداری سیمان حدود 64 گرم را وزن نموده و با دمایی برابر دمای مایع داخل بالن و با استفاده از قیف به داخل بالن بریزید، دقت کنید که سیمان به اطراف پاشیده نشود چون کوچک‌ترین ذره‌ی سیمان درنتیجه‌ی آزمون تأثیر می‌گذارد. برای جلوگیری از چسبیدن سیمان به بدنه بالن از دستگاه لرزاننده استفاده کنید. درپوش بالن را گذاشته و آن را به‌صورت مایل تکان دهید تا حباب هوای آن خارج شود. بالن را در حمام آب غوطه‌ور کنید و حجم ثانویه را یادداشت کنید.

* نکته: تغییرات دمای بالن طی انجام آزمایش باید بین اولین و آخرین قرائت بیش از 0.2 درجه سانتی گراد نشود؛ درنتیجه باید بالن را در ظرفی با دمای ثابت قرار داد.

 

 

• آزمایش تعیین غلظت نرمال خمیر سیمان

خمیر نرمال سیمان به خمیری از سیمان گفته می‌شود که سوزن ویکات طی 30 ثانیه بتواند به‌اندازه 10mm در آن نفوذ کند. هدف این آزمایش تعیین نسبت آب به سیمان لازم جهت دستیابی به غلظت استاندارد و نهایتاً استفاده از خمیر حاصل‌شده جهت تعیین زمان‌گیرش اولیه و نهایی سیمان می‌باشد.

 

روش انجام آزمایش

1. ابتدا میزان 650 گرم سیمان وزن می­شود
2. سپس به مقدار مشخصی آب معمولاً 25 درصد وزن سیمان  به داخل کاسه میکسر افزوده می­شود.
3. سپس سیمان به آب افزوده‌شده و طبق روش ASTM C305 با یکدیگر مخلوط می‌گردند.
4. سپس دستکش‌ها را مرطوب نموده و مقداری به‌اندازه یک‌کف‌دست از خمیر جدا می‌کنیم؛ خمیر شش مرتبه از فاصله 15 سانتی متری بین دودست پرتاب‌شده تا یک خمیر توپی شکل بدون تخلخل ایجاد شود.
5. سپس خمیر را از سمت قاعده بزرگ‌تر مخروط ناقص دستگاه ویکات وارد کرده و مخروط روی صفحه شیشه‌ای تمیز قرار داده می­شود.
6. سطح مخروط با استفاده از کاردک صاف‌شده و وسط قاعده بالایی زیر سوزن دستگاه ویکات قرار داده می­شود.
7. سوزن روی سطح خمیر مماس شده و رها می­گردد. بلافاصله کرنومتر روشن‌شده و میزان نفوذ در مدت 30 ثانیه ثبت می‌شود.
8. اگر میزان نفوذ سوزن در سیمان خارج از محدوده مذکور باشد، باید آزمایش با نسبت دیگری از آب و سیمان انجام شود.
9. این آزمایش به‌صورت سعی و خطا تا رسیدن به خمیر نرمال تکرار می‌شود.

✔️ فرمول محاسبه غلظت خمیر نرمال به صورت زیراست:

                                                                                                      g_c=w_w/w_c

• غلظت خمیر نرمال(g_c)
• وزن آب در مخلوط (w_w)
• وزن سیمان در مخلوط(w_c)

•  آزمایش تعیین زمان‌ گیرش سیمان با استفاده از سوزن ویکات

هدف از انجام این آزمایش تعیین زمان‌گیرش اولیه و نهایی سیمان می باشد. اهمیت این آزمایش از جهت کنترل عدم وجود گیرش-های غیر نرمال و خارج از محدوده‌های مجاز در مورد سیمان می باشد.

الزامات آیین‌نامه (ASTM C150 و استاندارد ملی ایران 389)

در مورد تمام تیپ‌های سیمان زمان‌گیرش اولیه باید حداقل برابر 45 دقیقه بوده و زمان‌گیرش نهایی باید حداکثر برابر 6 ساعت باشد.

تعریف زمان‌گیرش اولیه:

به لحظه‌ای گفته می شود که سوزن 1 میلی‌متری ویکات طی 30 ثانیه بتواند نهایتاً 25mm±1mm در خمیر نرمال سیمان نفوذ کند.

تعریف زمان‌گیرش نهایی:

به لحظه‌ای گفته می شود که سوزن 1 میلی‌متری ویکات طی 30 ثانیه نتواند نفوذ محسوسی در خمیر سیمان کند.

 

                                                                                    شکل 3 دستگاه ویکات

 

 شرح آزمایش

1. ابتدا مقداری خمیر نرمال از سیمان موردنظر تهیه و قالب‌گیری می کنیم.
2. از لحظه اختلاط آب با سیمان کرنومتر را روشن می‌کنیم.
3. نمونه خمیر را وارد مخروط نموده و به مدت 30 دقیقه داخل محفظه مرطوب باقی می‌گذاریم.
4. سپس سوزن ویکات را در این لحظه و در هر 15 دقیقه روی خمیر مماس نموده و رها می‌کنیم.
5. در هر بار آزمایش میزان نفوذ را ثبت می‌کنیم.
6. این آزمایش را تا نفوذ 25 میلی‌متر ادامه داده و طبق تعریف زمانی که میران نفوذ به 25mm±1mm رسید، لحظه گیرش اولیه می باشد.
7. پس از ثبت این لحظه، میزان نفوذ را هر 30 دقیقه یکبار ثبت می‌کنیم تا زمانی که سوزن در خمیر نفوذ نکند؛ که این لحظه نیز گیرش نهایی می باشد.

نکات:

• محل نفوذ سوزن در هر بار قرائت باید حداقل 10 میلی‌متر از جدار مخروط و 5 میلی‌متر از محل نفوذ قبلی فاصله داشته باشد.
• در فواصل زمانی بین هر قرائت خمیر سیمان باید در محیط مرطوب نگهداری شود.

 

 

• آزمایش سلامت سیمان

سیمان ناسالم به سیمانی گفته می‌شود که دارای خاصیت انبساط ناشی از فعل‌و انفعالات آهکی (آهک آزاد در کلینکر) و منیزیم آزاد و سولفات کلسیم است و همچنین لازم است در خمیر سیمان بعد از گیرش تغییرات حجمی چندانی به وجود نیاید. بدین منظور استاندارد ملی ایران شماره 391 آزمایش تعیین انبساط به روش اتوکلاو را شرح داده است.

وسایل انجام آزمایش

وسایل موردنیاز برای این آزمایش مطابق استاندارد 391، به شرح زیر است:

 

 

روش انجام آزمایش

مطابق استاندارد391 به صورت زیر است:

 

 

محاسبه

روش محاسبه مطابق استاندارد391 به صورت زیر است:

 

 

•  آزمایش نرمی سیمان:

نرمی سیمان یکی از عوامل موثر در میزان هیدراتاسیون می باشد؛ در واقع هرچه قدر ذرات سیمان ریزتر باشد، میزان هیدراتاسیون افزایش یافته و روند گیرش سریع تر صورت می گیرد. این آزمایش به دو روش زیر انجام می شود:

الف- تعیین درجه نرمی سیمان از طریق بتن باقی مانده سیمان بر روی الک
ب- تعیین درجه نرمی سیمان از طریق دستگاه هوا تراوی (نفوذپذیری)

 تعیین درجه نرمی سیمان از طریق بتن باقی مانده سیمان بر روی الک

هدف از انجام این آزمایش تعیین میزان نرمی سیمان با استفاده از بتن باقی مانده بر روی الک می باشد که در ادامه این روش را شرح می دهیم.

 

 

 روش انجام آزمایش

1. ابتدا 100 گرم سیمان را که در دستگاه گرم کن و در دمای 5±105 درجه سانتی گراد قرار داده و سپس آن را وزن می کنیم.
2. سپس سیمان را در محیط خشک و به دور از رطوبت تا درجه حرارت اتاق خنک کرده و سپس تمام آن را در داخل الک 90 میکرونی ریخته و در نهایت آن را به مدت 25 دقیقه به صورت توضیح زیر الک می‌کنیم.
3. الک کردن به این صورت انجام می‌گردد که با یک دست الک را محکم و به صورت کمی مایل نگه می‌دارند و سپس به وسیله دست دیگر ضربه‌هایی به الک وارد نموده و این ضربات را به میزان 125 بار در دقیقه تکرارمی کنیم و بعد از هر 25 بار یکدفعه آن را به صورت افقی نگه دارید و با گرداندن 90 درجه چند ضربه ملایم به قید الک بزنید بعد از هر 10 تا 20 دقیقه یک بار سطح زیرین الک را با برس نرم برای باز کردن چشمه‌های الک پاک کنید. بعد از 25 دقیقه الک کردن باقیمانده روی الک را با کج کردن و ضربه زدن روی ظرفی جمع آوری و توزین کنید.
4. پس از اتمام کار الک کردن، باقی مانده را دوباره الک کرده تا اینکه مطمئن شوید در عرض 2 دقیقه الک کردن کمتر از 0.1 گرم از آن الک می‌گذرد.
5. وزن باقی مانده روی الک برحسب درصد وزنی زبری وتا حدود 0.5 تقریب گزارش شود.
6. برای کنترل صحت آزمایش یک بار دیگر آزمایش را با 100 گرم سیمان تجدید کنید. نتیجه آزمایش دوم نباید بیش از 1 درصد با نتیجه آزمایش اول فرق داشته باشد. در صورت اختلاف بیشتر بود برای سومین بار آزمایش را تکرار کنید و متوسط نتیجه سه آزمایش را گزارش کنید.

تعیین درجه نرمی سیمان از طریق دستگاه هوا تراوی (نفوذپذیری)

استاندارد ملی ایران شماره 390 به طور کامل این روش را شرح داده است. هدف از تدوین این استاندارد تعیین نرمی سیمان هیدرولیکی با استفاده از دستگته بلین می باشد.

وسایل انجام آزمایش

طبق استاندارد 390 وسایل آزمایش به شرح زیر می باشد: