بررسی کرنش بتن، تکنیک ها و روش های اندازه گیری آن  

تکنیک های فیبر نوری که به تازگی توسعه یافته اند در بالا توضیح داده شد، درحالی که تکنیک های موجود برای اندازه گیری کرنش به چهار طبقه اصلی تقسیم می گردد:

• مکانیکی
  
• مقاومت الکتریکی
  
• صوتی (سیم ارتعاشی)
  
• مبدل های جایگزینی القایی

حیطه اندازه گیری کرنش خیلی تخصصی است و اغلب نیازمند تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی پیچیده می باشد. فقط ویژگی های اصولی روش های مختلف همراه با محدودیت ها و مناسب ترین کاربردهای آنها در زیر توضیح داده شده است. روش های دیگر که دارای مقدار محدودتری هستند و همچنین پیشرفت های آزمایشگاهی هم بطور خلاصه توصیف شده اند. انتخاب مناسب ترین روش براساس ترکیبی از عوامل عملی و اقتصادی خواهد بود و درحالی که آیین نامه بتن انگلیس قسمت 206 راهنمایی محدودی را پیشنهاد می کند، انتخاب تا حد زیادی براساس تجربه خواهد بود.
ممکن است انشعاب چند جهتی اندازه گیرها در موقعیت های پیچیده مورد نیاز باشد درحالی که تکنیک های کاهش کرنش برای اجازه برآورد کشش بتن سخت شده موجود می باشد. یک مثال جدید مستلزم برش دادن یک دال در سطح بتن و جاسازی و ایجاد فشار توسط یک جک تخت می باشد تا میدان کرنشی موجود را بازیابی کند. تغییر کرنش در منطقه کاهش داده شده اندازه گیری می شود و تنش را می توان از داده های هندسه مربوط به شکاف، کرنش و فشار محاسبه کرد. دقت کار توسط اجرای چندین دوره اعمال فشار به برداشتن فشار در منحنی کرنش به فشار افزایش داده می شود. هم مطالعات تئوری و هم مطالعات میدانی توضیح داده شده اند.

روش های موجود

ویژگی های اصلی روش های موجود برای اندازه گیری کشش در جدول 6-1 خلاصه شده است و با هم مقایسه شده است تجهیزات و عملیات در زیر توصیف شده است.

 جدول 6-1 خلاصه اندازه گیری کرنش 

روش های مکانیکی

پرکاربردترین تجهیزات از یک سیستم اهرم فنری متصل شده به یک قطر حساس تشکیل شده است تا حرکات سحی بتن را اصلاح کند. همچنین یک سیستم از آینه ها و پرتو نور منعکس شده روی یک مقیاس ثابت، یا یک مبدل الکتریکی هم ممکن است استفاده گردد. یک نوع مشهور که قابل انتقال است و با نام اندازه گیر دمک شناخته می شود در شکل 6-18 نشان داده شده است.

شکل 6-8 تصویر اندازه گیر دمک

گل میخ های فلزی از قبل ایجاد شده توسط اپوکسی یا چسب پلاستیکی در فاصله بندی از پیش تعیین شده در امتداد خط اندازه گیری فشار با هدف میلگرد کالیبراسیون استاندارد به سطح بتن ثابت می گردد. بیرون ماندن پین ها از نگهدارنده اندازه گیر دستی فاصله بین اینها را برای دقت حدود 0025/0 میلی متری ممکن می سازد. مهم است که اندازه گیر دمک برای سطح بتن طبیعی می باشد. تنظیم اندازه گیر برای بدست آوردن حداقل قرائت پیشنهاد می گردد. روابط دما را باید با هدف میلگرد کالیبراسیون فولادی انجام داد و قرائت ها را می توان بدون آسیب رساندن به گل میخ ها تکرار کرد. تمیز بودن اندازه گیر و گل میخ ها هم اهمیت زیادی دارد و آماده سازی دقیق سطح قبل از ثابت سازی گل میخ های مرجع ضروری می باشد که باید برای آزمایش بلند مدت فولاد ضد زنگ باشد. گل میخ های مناسب معمولاً توسط سازنده یا فروشنده ارائه می شود. این نوع طول سنج را می توان همچنین برای نمایش توسعه مغزه ها با سری نقاط طول سنج دمک در زوایای 120 درجه در اطراف مغزه استفاده کرد. این مسئله در تعیین توسعه به علت واکنش قلیایی سیلیس، تشکیل شدن اترینگات تاخیری و موارد مشابه سودمند است.
تجهیزات در دامنه طول های مختلف موجود می باشد، اگر چه طول های 100، 200 و 250 میلی متری بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی، باید از بیشترین طول ممکن استفاده کرد مگر اینکه، مانند مورد مربوط به آزمایشات مدل آزمایشگاهی، بعضی از ویژگی های موضعی تحت بررسی باشد. این روش کم هزینه و آسان است و تجهیزات آن در مقایسه با تکنیک های دیگر نسبتا قوی است و طول بلند طول سنج خصوصا برای آزمایش پس از ترک خوردن بتن و استفاده از بتن سخت شده مناسب است. نقص صولی آن عدم مکان قرائت از راه دور است و این مسئله می تواند منجر به عملیات خسته کننده ای گردد زمانی که تعداد زیادی اندازه گیری مورد نیاز باشد. نقص دیگر آن این است که قرائت های مختلف ممکن است توسط اپراتورهای مختلف بدست آید. توسعه این روش برای داشتن امکان قرائت از راه دور در شکل 6-19 نشان داده شده است.

شکل 6-19 کرنش سنج

رطوبت هم بر روی اندازه گیرها تاثیر خواهد گذاشت که باید در برابر آب مقاوم گردد اگر مشروط به تغییرات رطوبت یا کاربرد بلند مدت باشند. نویز الکتریکی زمینه ای و روابط متقابل هم معمولا وجود خواهد داشت و کالیبراسیون ثابت برای جلوگیری از حرکات مورد نیاز خواهد بود. اگر اندازه گیر مشروط به اثرات پسماند مغناطیسی باشد باید توسط دوره سازی ولتاژ قبل از استفاده آنها را به حداقل رساند.
این دستگاه دارای طول 100 یا 200 میلی متری است و از گل میخ های دمک با سیستم فنر فشاری استاندارد سازی شده استفاده می کند تا دستگاه را در موقعیت خود بر روی سطح بتن ثابت نگه دارد. نوار آلیاژ آلومینیوم قابل انعطاف توسط حرکت نسبی پین ها خم می شود و این خم سازی توسط طول سنج های فشار مقاومت الکتریکی اندازه گیری می شود.
این تجهیزات خصوصا برای کاربرد آزمایشگاهی مناسب است که طول بلندی از طول سنج مورد نیاز است. راهکار مشابهی هم توسط دین و لاوگرو توصیف شده است که در آن، خم کردن میلگرد فلزی ایجاد شده متصل به سطح بتن توسط طول سنج های مقاومت الکتریکی نشان داده می شود. این نسخه برای اندازه گیری های بلند مدت بکار می رود که فشارهای دوره ای مورد نیاز هستند.

روش های الکتریکی

معمول ترین طول سنج مقاومت الکتریکی از نوع آلیاژ یا فلز و به شکل یک صفحه تخت سیمی یا تراشه مس و نیکل قرار داده شده بین صفحات پلاستیکی است (شکل 6-30). این مسئله با سطح آزمایش مرتبط است و کرنش توسط ابزار تغییر در مقاومت الکتریکی نشی از کشش یا فشرده سازی اندازه گیری می شود. تغییرات مقاومت را می توان توسط یک پل و آزمایش ساده اندازه گیری کرد که ممکن است به دستگاهای قرائت چند مجرایی و ثبت متصل شده باشد. روابط بین کرنش و مقاومت تقریبا بصورت خطی است و توسط ضریب طول سنج تعریف می گردد. خصوصیات آن مطابق با ساختمان طول سنج تغییر پیدا خواهد کرد اما طول سنج های تراشه ای معمولا حساس تر هستند و دارای اتلاف گرمایی بالاتری هستند که اثرات خودگرمایی را کاهش می دهد.
راه اندازی و محافظت از اندازه گیرها اهمیت بسیاری دارد و سطح هم باید کاملا عاری ا�� آلودگی، گریس و رطوبت باشد. ماده چسبنده باید با دقت استفاده شود و حباب های هوا خالی گردد و توجه خاصی به عمل آوری بتن در هوای سرد شود. این مشکلات استفاده از این اندازه گیرها را در شرایط محیط برای موقعیت های داخلی محدود می سازد که پشم شیشه قرار داده شده بر روی اندازه گیر می تواند پوشش محافظتی سودمندی را ایجاد کند.
اندازه گیرها ممکن است در داخل بتن جاسازی شوند اگر نیاز به این باشد که ثابت گردند. آنها را همچنین می توان با سطح فولاد میلگرد قبل یا بعد از ریختن بتن پیش ساخته ثابت کرد اما می تواند سبب تخریب موضعی کشیدگی ها گردد. اسکات به طور موفقیت آمیزی تکنیکی ارائه داده است که در آن، اندازه گیرها در یک داکت نصب می گردند و در امتداد طول میلگرد تقویتی عمل می کنند و تخریبی روی سطح ایجاد نمی کنند و این هم در آزمایشگاه و هم در سایت استفاده شده است.
روابط بین کرنش و مقاومت همراه با دما تغییر خواهد کرد و اندازه گیرها ممکن است خود جبرانی باشند یا با یک ترموکوپل ترکیب شوند. می توان از یک اندازه گیر اضافی برای جبران تغییرات در دمای محیط استفاده کرد. اندازه گیرها باید دور از کشش های جریان هوا قرار داده شوند اگر چه دما در مقیاس زمانی کوچک چند دقیقه ای بر روی قرائت ها تاثیر نخواهد گذاشت.
مشخص است که استفاده از این اندازه گیرها نیازمند توجه، مهارت و تجربه زیادی می باشد تا نتایج قابل اطمینان بدست آید. مدت زمان خستگی آنها کم است و این همراه با ناپایداری بلند مدت اندازه گیر و چسب، مناسب بودن آنها را برای آزمایشات بلند مدت محدود می سازد. ظرفیت کرنش هم معمولا کوچک خواهد بود مگر اینکه اندازه گیرهای خاصی که دارای محدودیت کرنش هستند استفاده شوند. در این رویداد که یک اندازه گیر کرنش واقع بر روی سطح در محل ترک فشاری بعدی قرار بگیرد، این احتمال وجود ندارد که یک سنجش کرنش معنادار را بدست آوریم و اندازه گیر حتی ممکن است که به نصف تقسیم شود. برعکس، یک اندازه گیر واقع در مجاورت تنش ترک بعدی نتایج معرف مربوط به تغییر شکل کرنش کلی سطح بتن را به ما نمی دهد. بنابراین در استفاده از اندازه گیرهای کرنشی بر روی سطوح بتنی که احتمال می رود که ترک داشته باشند باید دقت کرد و از اندازه گیر دمک یا اندازه گیرهای دیگر با طول زیاد استفاده کرد.
اندازه گیرهای الکتریکی عناصر نیمه رسانا خیلی حساس هستند و متشکل از یک گرید ثابت شده بین دو صفحه پلاستیک می باشند و به همان شیوه اندازه گیرهای آلیاژ یا فلزی استفاده می گردند. همان اقدامات احتیاطی برای نصب، کنترل دما و کالیبراسیون اعمال می گردد، اگر چه آنها تحت تاثیر اثرات پسماند مغناطیسی نخواهند بود. البته اندازه گیرها خیلی شکننده هستند و نیازمند توجه زیادی در هنگام حمل بوده و برای بتن های پیش ساخته مناسب هستند. تغییر در مقاومت بطور مستقیم با کرنش متناسب نیست و کالیبراسیون دقیقی مورد نیاز خواهد بود، اما دقت اندازه گیری آن بالا می باشد.

روش های صوتی (سیم ارتعاشی)

این روشها براساس اصولی هستند که بسامد همنوایی یک سیم محکم همراه با تغییرات تنش تغییر می کند. یک سیم تحت نیروی کششی در لوله محافظ داخل می شود و به بتن بسته می شود. یک الکترومغناطیس نزدیک به مرکز برای لخت کردن سیم بکار می رود و سپس از آن برای شناسایی بسامد ارتعاش استفاده می شود. این معمولا بوسیله یک دستگاه ثبت کننده مانند نوسان نمای اشعه کاتدی یا نوسان گر تطبیقی با بسامد اندازه گیر مصنوعی مقایسه می گردد تا اثرات دما را نشان دهد. این نوع اندازه گیر ممکن است در بتن پیش ساخته قرار داده شود و اگر به طور مناسب محافظت گردد برای آزمایشات بلند مدت مناسب می باشد اگر چه برای آزمایشات دینامیک با میزان کرنش بزرگتر از 1 میکرو کشش به ثانیه بخاطر زمان واکنش کند آن مناسب نیست. برای اجتناب از اثرات مغناطیسی باید توجه کافی را مبذول داشت و منبع الکتریکی تثبیت شده برای دستگاه های ثبت کننده پیشنهاد می گردد.

مبدل های جایگزینی القایی

دو سیم پیچ سری متصل بازوهای یک شبکه پل الکتریکی با منبع متناوب با فرکانس بالا را تشکیل می دهند. یک آرماتور بین این سیم پیچ ها حرکت می کند و خود القایی هر شبکه را تغییر می دهد و شبکه پل را نامتعادل می سازد. فاز حجم سیگنال ناشی از این عدم تعادل با جایگزینی آرماتور از موقعیت مرکزی آن متناسب خواهد بود. در این روش کشش های جانبی یا قطری و همچنین کشش های طولی را می توان طول سنجی کرد، یک مکانیزم تنظیم کننده اجازه صفر کردن تجهیزات را به ما می دهد. این اندازه گیرها خصوصا در طول های کوچک حساس هستند، اما تجهیزات خیلی گران تر و پیچیده تری برای به را ه انداختن آنها و تفسیر نتایج آنها مورد نیاز است. این مسئله، همراه با اقدامات احتیاطی گسترده، بدین معنا خواهد بود که تجربه قابل توجهی مورد نیاز می باشد.

روش های فتوالاستیک

این روش ها مستلزم یک صفحه بازتاب کننده از رزین فتوالاستیک بسته شده به نمای بتن می باشند. جهت نور قطبیده رو به این سطح تنظیم می گردد و الگوهای حاشیه ای هم پیکربندی کششی را در سطح بتن تحت بارگذاری بعدی نشان می دهد. دامنه کرنش تا حداکثر 5/1 درصد بزرگتر از دامنه اندازه گیرها است اما این کار مشکل است که مقدار دقیقی از این روش بدست آوریم. این روش می تواند در آزمایش توزیعات کرنشی یا غلظت ها در نقاط بحرانی موضعی یک بخش سودمند باشد.

اندازه گیرهای پیزو الکتریکی

انرژی الکتریکی تولید شده توسط حرکات کوچک بلور مبدل بسته شده به سطح بتن اندازه گیری می شود و به کرنش نسبت داده می شود. این روش خصوصا رمانی موثر می باشد که تغییرات کوچک و سریع کرنشی را باید ثبت کنیم، چون تغییرات ایجاد شده کوتاه مدت هستند و این اندازه گیرها احتمال بیشتری دارد که کاربردهایی را در محیط آزمایشگاهی به جای محیط پیدا کنند.

• تکنیک های فتوگرامتریک دیجیتالی: بررسی کرنش و ترک در بالا ذکر شده است و در حال حاضر در محیط آزمایشگاهی استفاده می شوند.
  
• تداخل سنج لیزری: برای همان هدف گزارش شده است. این روش مستلزم تداخل سنجی الگوی نقطه ای برای آزمایش روابط متقابل پرتوهای بازتابیده نور لیزری همسان می باشد که منطقه بازرسی توسط دو پرتوی لیزری از محل های مختلف برای اندازه گیری جایگزینی های سطحی کوچک روشن می گردد. با کم کردن الگوها در سطوح بار مختلف، گسترش ترک و کرنش را می توان ارزیابی کرد.

شرکت کلینیک بتن ایران با ارائه بهترین خدمات و تولید مواد شیمیایی ساختمانی در خدمت شما همراهان گرامی می باشد.

بررسی روش های اندازه گیری کرنش بتن 

شما می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر از دیگر مقالات ما بازدید نمایید:

• حرکت سازه ای و ترک خوردگی در بتن
• آزمون های بتن و نظارت بر ساخت آن ها
• آزمایش بارگذاری بتن و نظارت بر آن