نظریه، کالیبراسیون و تفسیر آزمون های نیمه مخرب و غیر مخرب بتن
توضیح نظری قانع کننده ای از نفوذ یک میله بازرسی در توده بتن وجود ندارد، به دلیل لزوم وجود ترکیبی پیچیده از نیروهای فشاری، کششی، برشی و اصطکاک، اندکی تردید وجود دارد. سازندگان تجهیزات میله بازرسی وینزر پیشنهاد کرده اند که نفوذ توسط یک حباب تراکم فشاری زیر سطحی مطابق تصویر 4-4 مقاومت می کند. بتن سطح زیر نوک میله بازرسی فشرده خواهد شد و امواج ضربه ای همراه با تاثیر موجب خطوط شکست و پس از این لایه لایه شدن سطح مجاور با میله بازرسی هنگام نفوذ در جان بتن خواهد شد.
انرژی لازم برای ایجاد این لایه لایه شدن یا برای شکستن تکه ها به مصالح، درصد کمی از کل انرژی یک میله بازرسی است بنابراین تاثیر اندکی برعمق نفوذ خواهد داشت. نفوذ با ترک هایی که الزاماً به سطح نمی رسند ادامه خواهد یافت و در نهایت با افت فشار تشکیل آن متوقف می شود. انرژی با خرد شدن پیوسته در یک نقطه و با اصطکاک سطحی و فشار حباب بتن موجود جذب می شود. این تاثیر آخری است که مانع از بازگشت میله بازرسی می شود و ادعا شده است که حباب و عمق نفوذ با مقاومت فشاری نسبت عکس دارند.
اگر چه مفهوم ویژگی اندازه گیری شده مربوط به زیر بتن تا روی سطح آن منطقی به نظر می رسد داده های قطعی این پیشنهادات در حال حاضر موجود نبوده و باید در جهت ساده سازی کار در نظر گرفته شوند. اگر چه امکان پذیری انجام محاسبات براساس جذب انرژی جنبشی میله بازرسی به صورت نظری، دشوار است ایجاد نسبت های تجربی میان نفوذ و مقاومت آسان تر می نماید. با شرط حداقل فاصله لبه که مانع از لایه لایه شدن می شود روند انجام کالیبراسیون با مشکل مواجه می شود. اگر چه می توان از مکعب ها یا استوانه های 150 میلی متری برای آزمایش در مقاومت پایین استفاده نمود، نمونه باید در طول آزمایش ایمن نگه داشته شود.
در این مقاله سعی کرده ایم تا نظریه، کالیبراسیون و تفسیر آزمون های نیمه مخرب و غیر مخرب بتن را با شما به اشتراک بگذاریم.
شکل 4-4 حباب فشرده سازی
اگر چه هیچ داده ای درباره تاثیر مقاومت فشاری اعمال شده موجود نیست ولی یک جیگ نگه داشته شده برای استوانه ها از طرف سازندگان میله بازرسی وینزر موجود است و مکعب ها به راحتی با گیره در یک ماشین آزمایش فشار نگه داشته شده اند. مالهوترا پیشنهاد می کند که برای گروه های حداقل 6 نمونه ای از یک دسته استفاده شود که سه تا در فشار و سه نمونه دیگر با یک آزمایش میله بازرسی آزمایششوند و با استفاده از میانگین نتایج یک نقطه روی نمودار کالیبراسیون ایجاد شود. مالهوترا همچنین نشان داد که کاهش مقاومت فشاری استوانه ها که قبلاً بدست آمده اند حداکثر 5/17 درصد بوده و در نتیجه چنین نمونه هایی برای اهداف کالیبراسیون قابل آزمایش تحت فشار نیستند.
هرجا مقاومت نمونه مکعبی بتن بیش از N/mm226 باشد ضروری است از ترکیبی از مکعب ها و استوانه ها جهت آزمایش فشار و نمونه های صلب و تیر بزرگ تر از دسته مشابه جهت انجام بررسی ها استفاده شود. ابعاد چنین نمونه هایی به شرطی که به قدر کافی بزرگ باشند که حداقل میله بازرسی را جا دهند و حداقل فاصله لبه و الزامات فاصله گذاری را تامین کند بی اهمیت است. اما این نمونه های مورد آزمایش باید به طور مشابه متراکم شوند و همه باید با هم مل آوری شوند. در چنین موقعیت هایی به کارگیری سنجش های سرعت مافوق صوت جهت مقایسه کیفیت بتن در نمونه ها با ارزش خواهد بود.
آخرین مطالب تکمیلی کلینیک بتن ایران را در این بخش دنبال نمایید
آزمایش های مقاومت نیمه مخرب بتن
تست ها و آزمایش های غیر مخرب بتن
ارزیابی آزمون غیر مخرب بتن التراسونیک
این رویه توسط نویسندگان مختلف در پژوهشی که در آن تیرهای با اباد mm250×150×1000 برای کاوش استفاده شدند و نمونه های مکعبی mm100 برای آزمایش فشار به کار گرفته شد و مشخص شد که مقاومت بتن در تیر بین 10 تا 20 درصد کمتر از مقاومت بتن در نمونه های مکعبی است. از آنجایی که به طور طبیعی کالیبراسیون با مقاومت واقعی بتن ارتباط دارد تشابه شرایط رطوبت نمونه ها اهمیت دارد. شکل 4-5 یک نمودار نمونه کالیبراسیون را نشان می دهد که از این راه و با طیف مقاومتی حاصل از نسبت آب به سیمان و تغییرات طول عمر بدست آمده است. نسبت های میان نفوذ و مقاومت برای دو سطح مقاومت متفاوت به سادگی مرتبط نمی شوند بنابراین لازم است نمودارهای کالیبراسیون برای هر کدام به طور تجربی تهیه گردد.
شکل 4-5 کالیبراسیون معمول از مقاومت با مقاومت کم
سازندگان تجهیزات آزمایش جداول کالیبراسیون را تهیه می کنند که در آنها سختی مصالح به عنوان تنها متغیر تاثیرگذار بر رابطه نفوذ به مقاومت در نظر گرفته می شود. از کار نویسندگان و تجربه گزارش شده در آمریکا واضح است که نوع مصالح نیز می تواند تاثیر زیادی داشته باشد. بدیهی است که جداول سازندگان براساس سنگ خرد شده است اما ممکن است برای شن های غیر شکسته مقاومت خرد شدن کمتر از مقدار پیشنهادی از نتایج میله بازرسی باشد. انتظار می رود که تفاوت چسبندگی در روابط بین مصالح به خمیر به خاطر مشخصات سطح مصالح بر مقاومت نفوذپذیری و مقاومت در برابر خرد شدن اثر بگذارد. با این وجود مطابق تصویر 4-6 میزان اختلاف کالیبراسیون درباره آن، نگران کننده است.
شکل 4-6 مقایسه کالیبراسیون ها
به نظر می رسد در شکل 4-7 که کالیبراسیون از چند منبع مختلف مقایسه شده است، وضعیت رطوبت، اندازه مصالح (حداکثر 50 میلی متر) و نسبت های آنها همگی موثر هستند که البته در رابطه با سختی و نوع مصالح این تاثیر کم است. همچنین سوامی و الاحمد نشان دادند که شرایط عمل آوری و طول عمر با نسبت های مختلف نفوذپذیری به مقاومت در بتن جدید و قدیمی اهمیت دارند. بنابراین ضروری است که نمودارهای مناسب کالیبراسیون برای هر نوع خاص مصالح و در هر کاربرد عملی از این روش تهیه شود و این الزامات برای بتن های سبک نیز تایید شده است.
شکل 4-7 مقایسه کالیبراسیون ها
المناسیر و آکینو نشان دادند برای مقاومت های استوانه بتن بیش از N/mm226 میله های بازرسی استاندارد مسئول شکست هستند. آزمایش های ارائه شده توسط آنها با میله های بازرسی اصلاح شده برای تهیه نتایج قابل اطمینان بتن مصالح گرانیتی با مقاومت نمونه استوانه ای حداکثر 120 و برای طیف وسیعی از مخلوط که برخی دارای خاکستر سیلیس و خاکستر بادی هستند، نشان داده شده اند.
قابلیت اطمینان، محدودیت ها و کاربردها
اگرچه عمود بودن بولت نسبت به سطح مهم ست و یک دستگاه ایمنی در درایور در صورت ضعیف بودن تراز از شلیک ممانعت می کند این آزمایش به طور زیاد تحت تاثیر تکنیک اپراتور نیست. ادعا می شود که ضریب تغییرات 5 درصد میانگین برای مجموعه ای از گروه های سه تایی قرائت روی بتن مشابه مورد انتظار است و اینکه ضریب همبستگی بیش از 98/0 یک رابطه خطی کالیبراسیون برای هر مخلوط قابل دستیابی است. آزمایش های میدانی روی دال های عرشه بزرگراه نیز ضریب تغییراتی مشابه با نتایج میله بازرسی در مناطق دارای چندین بار کامیون بتن دارند.
همچنین از تصویر 4-5 معلوم است که 95 درصد محدودیت از حدود %20± مقاومت های پیش بینی شده برای یک مجموعه از سه میله بازرسی مشخص کننده نمودارهای کالیبراسیون کافی امکان پذیر است. ممکن است در پیش بینی مقاومت ها در طیف N/mm2 50-25 در طول عمر بیش از یک سال با مشکل مواجد شود اما در تجربه نویسندگان این روش را برای مقاومت های زیر N/mm210 نمی توان با اطمینان استفاده کرد. برای بتن سبک نتایج نشان می دهد که سطوح دقت ممکن است در صورت وجود خاکه سنگ (نرمه) سبک کاهش یابد. انتظار می رود که اندازه مصالح بر پراکندگی قرائت های هر میله بازرسی تاثیرگذار باشد و اگرچه اندازه حداکثری 50 میلی متر توصیه می گردد اما در حال حاضر داده کافی برای ارزیابی تاثیر آن بر دقت پیش بینی مقاومت وجود ندارد. به همبن ترتیب، تاثیر تقویت در مجاورت میله بازرسی نامشخص است و روزنه حداقل 50 میلی متری میان میله بازرسی و میلگردهای تقویتی باید مجاز باشد.
نیاز به وجود فاصله لبه های کافی و فاصله گذاری های میله بازرسی به همراه حداقل ضخامت عضو دو برابر نفوذپذیری پیش بینی شده اصلی ترین محدودیت فیزیکی این روش است. پس از سنجش، می توان میله بازرسی را که یک ناحیه تخریب مخروطی به جای می گذارد بیرون کشید (تصویر 4-8) و محل را تعمیر نمود. همچنین در صورت عدم تطابق با ابعاد پیشنهادی حداقلی خطر لایه لایه شدن عضو وجود دارد. با وجود تجهیزات نسبتاً گران قیمت و هزینه های مکرر و جنبه های ایمنی که پیش از این شمرده شد نباید نادیده گرفته شوند.
آزمون های نیمه مخرب و غیر مخرب بتن
محدودیت های ذکر شده به این معنی است که اگرچه سنجش میله بازرسی در عمقی از بتن اتفاق می افتد که بیشتر از عمق سنجش های چکش ضربه ای است ولی بعید است آزمایش های نفوذ جایگزین آزمایش های ارتجاعی شوند مگر در جایی که چکش ضربه ای به وضوح غیر قابل انجام باشد. میله های بازرسی مانند آلتراسونیک قادر به معاینه درون یک عضو نبوده و همچنین این روش موجب آسیب عضو می شود که باید تعمیر گردد. اما میله های بازرسی مزیت های نیاز به تنها یک سطح و متغیرهای کالیبراسیون کمتر را دارد. اما درباره مغزه ها میله های بازرسی روش های آزمایش آسان تر، نتایج سریع تر و دقت تخمین مقاومت را در مقایسه با نمونه های با قطر کوچک در اختیار می گذارند. با وجود آنکه دقت مغزه های با قطر بزرگ همسان نیستند، در برخی موارد این احتمال وجود دارد که بررسی با میله بازرسی به عنوان جایگزینی برای آزمایش مغزه گیری استفاده شود.
در بسیاری از نقاط جهان گرایش به انجام آزمایش های قابل قبول سازه ای مخصوصاً درباره پس تنیدگی وجود دارد. از آنجایی که مقایسه بتن های مشابه با نمودارهای کالیبراسیون خاص موجود مطمئن ترین کاربرد روش نفوذ میله است، تعدادی از کاربردهای این روش در تحقیقاتی گزارش شده است. به نظر می رسد که سرعت و سهولت به همراه توانایی قرار دادن میله های بازرسی در چوب یا حتی قاب های فلزی نازک بدون تاثیر در ضخامت از مزایای این روش بوده و از هزینه مهم تر است. متاسفانه جزئیات ضخامت های مورد قبول موجود نیست اما در چنین مواردی به طور طبیعی تصمیم گیری ها برپایه محدودیت های اعمال شده پیشین "مجاز/غیرمجاز" برای نفوذ معین شده استوار است.
شکل 4-8 تخریب سطحی ناشی از برداشتن میله بازرسی
از کاربردهای دیگر این روش تشخیص اعضا غیراستاندارد یا نواحی با بتن عمل آوری شده می باشد و این روش خصوصاً برای دیوارها یا دال های بزرگ یک طرفه مناسب است. نویسندگان با موفقیت این نوع از بررسی ها را در دال های عرشه بزرگراه انجام داده اند. این بررسی ها با میله بازرسی در حالی که معمولاً در روی جاده ها انجام می شد، روی سقف عرشه یک سکوی هیدرولیک سیار انجام گرفت و در آن 18 مجمعه از میله های بازرسی توسط یک اپراتور در طی 6 ساعت استفاده شد. سرعت اجرا همراه با دستیابی سرع به نتیجه بدین معنی است مه می توان آزمایش های بیشتری نسبت به شرایط استفاده از مغزه ها انجام گیرد و موقعیت های مکانی آزمایش در نتایج حاصله قابل تعیین هستند.
این امر خصوصاً زمانی ارزشمند ست که برای تعیین مکان و میزان بتن غیراستاندارد تلاش می شود. ارزش این آزمایش در ارزیابی مقاومت بتن ناشناخته نامعلوم است اما اینکه نتایج تنها براساس کفایت سختی مصالح هستند، واضح است. با حصول نتایج بیشتر امکان افزایش اطمینان از قابلیت گسترش قراتر از موقعیت های تطبیقی وجود خواهد داشت.
کالیبراسیون و تفسیر آزمون های نیمه مخرب و غیر مخرب بتن