روش های نمونه برداری از بتن و بازرسی چشمی از بتن

روش های نیازمند نمونه برداری از بتن

نمونه ها اغلب در شکل مغزه از بتن گرفته می شوند که ممکن است در آزمایشگاه برای آزمایشات مقاومت و آزمایشات مشخصات فیزیکی دیگر و همچنین تحلیل چشمی، سنگ نگاری و شیمیایی استفاده گردد. بعضی از آزمایش های شیمیایی را می توان در نمونه های کوچک تر انجام داد که مستقیماً از سازه گرفته می شود و بنابراین خسارت کمتری به سازه وارد می سازد، اما خطر ناخالصی نمونه افزایش می یابد و دقت آن هم کم می شود. البته مولفان نتایجی از یک سری سوراخ های اجاد شده در نمونه های مغزه بدست آورده اند که وقتی از لحاظ محتوای سیمان آزمایش شدند دقت بالاتری را نشان می دهد. برای نمونه برداری خوب، آسیب کمی مانند روش های تخریب جزئی حتماً باید به سازه وارد شود.

در این مقاله که توسط کارشناسان ما در کلینیک بتن ایران تهیه شده است با روش های نمونه برداری از بتن و بازرسی چشمی از آن آشنا خواهید شد.

محدوده و ماهیت تجهیزات آزمایش از دستگاه های ساده و ارزان قیمت تا دستگاه های پیچیده، گران و تخصصی متغیر است که دستگاه های پیچیده احتمالاً نیازمند آماده سازی گسترده ی اقدامات پیش زمینه ای خواهد بود، که فقط در جاهایی استفاده می شود که هیچ روش ساده ای را نتوان استفاده کرد. تعدادی از این روش ها اندازه گیری کمی مستقیمی را از خصوصیات مورد نظر ارائه می دهند و اغلب روابطی هم مورد نیاز است. محدودیت های عملی، قابلیت اطمینان و دقت تا حد زیادی نسبت به عوامل مختلف متغیر است

برنامه ریزی آزمایش

این قسمت شامل ملاحظات مناسب ترین روش ها برای رسیدن به اهداف بررسی می باشد و برای تعیین حالت واقعی بتن و موقعیت آن آزمایشات زیادی مورد نیاز است. برای کمک به این فرآیند بررسی هایی در مورد استفاده از سیستم های خروجی انجام شده است، اما در حال حاضر محتمل به نظر می رسد که کاربرد آنها تا حد زیادی نقش آموزشی داشته باشد. راهنمایی کامل مربوط به خصوصیات و قیمت توسط گروه توسعه پل های بتنی در انگلستان ارائه شده است که مربوط به ارزیابی دوام بتن می باشد. بررسی چشمی یک ویژگی ضروری در مورد اهداف برنامه آزمایش است و ارزشمندترین کاربرد این آزمایشات را مشخص می سازد که در بخشی 1-4 بصورت خلاصه بیان شده است. چندین مثال تشریحی از برنامه های آزمایش برای دارا بودن شرایط مورد نیاز در ضمیمه A آمده است. مهندسان باید به یاد داشته باشند که نمونه گیری از قسمت های خوب و نامناسب مفید است و مقایسه آنها با هم اغلب علت برخی مسائل را مشخص می سازد، البته باید توجه داشت که نمونه برداری تنها از قسمت های نامناسب و بد اجرا شده کار قضاوت را مشکل تر می سازد.

راهکار متوالی کلی

انجام یک برنامه ریزی سازمان یافته مناسب با تفسیر فعالیت های مداوم برای هر نوع بررسی مطابق شکل 1-1 ضروری است. این فرآیند عموماً نیازمند صرف هزینه است لذا بررسی ها فقط در صورت وجود ضرورت و تا حصول نتیجه گیری مورد نظر ادامه می یابد.

شکل 1-1 مراحل آزمایش برنامه

بازرسی چشمی

این نوع بازرسی اغلب می تواند اطلاعات ارزشمندی را برای یک فرد آموزش دیده فراهم سازد. ویژگی های چشمی می تواند مربوط به طرز ساخت، قابلیت تعمیر سازه ای و تخریب مواد باشد و خصوصاً زمانی مهم است که مهندس قادر باشد که تفاوت بین انواع مختلف ترک ها را که ممکن است مطابق شکل 1-2 پیش بیاید، تشخیص دهد. جداسازی در نقاط اتصال ممکن است مشکلاتی را در مورد ترکیب بتن بوجود بیورد. درحالی که اشباع شدن می تواند نشانه ضعف در رعایت استانداردهای ساخت و همچنین عدم پایایی سازه ای توسط ترک یا تخریب ایجاد شده و اغلب می تواند یک فاکتور ارزیابی بتن سخت شده در یک سازه باشد. خزش، افت در اثر دما یا تغییر مکان های سازه ای می تواند سبب انحراف چارچوب درها، ترک پنجره یا سازه شود. مقایسه چشمی بخش های مشابه زمانی مهم است که در حال آزمایش محدوده مشکلات در این شرایط باشیم.

شکل 1-2- انواع ترک های معمول: (الف) خوردگی آرماتور (ب) انقباض پلاستیکی (ج) حمله سولفات
(د) واکنش قلیایی/مصالح

عدم کفایت سازه ای ممکن است خود را با انحراف و تغییر مکان بیش از حد و یا خمش ترک خوردگی نشان دهد، این موضوع می تواند یک عامل برای یک موقعیت خاص در ارزیابی سازه باشد. انحراف خزش طولانی مدت، افت حرارتی و یا تغییر شکل های سازه ای ممکن است موجب تحریک قاب درب، ترک خوردگی از پنجره ها، و یا ترک خوردگی یک سازه و یا پس از اتمام آن است. یک انتخاب اولیه برای آزمایش تعیین ارز مقایسه تصویری از اعضای مشابه است این موضوع بیانگر آن است که تا چه حد از مشکل در اینگونه موراد نشان داده شود.

ایرادات و خرابی های مواد از جمله بتن اغلب با ترک خوردگی سطح و پوسته پوسته شدن شروع می شود و بررسی الگوهای ترک علت اولیه این نشانه را ارائه می دهد. زمانی که برای قضاوت در مورد لت آسیب ها تلاش می شود، احتیاط قابل توجهی برای تایید علت آسیب مورد نیاز است. شایع ترین علل عبارت از خوردگی آرماتور به علت پوشش نامناسب و یا غلظت بالای کلرید و تخریب بتن به علت حمله سولفات، یخ زدن و یا واکنش قلیایی سنگدانه ها هستند.

آخرین مطالب تکمیلی کلینیک بتن ایران را در این بخش دنبال نمایید
سه روش تست و بازرسی بتن کدامند؟
شرایط و استاندارد های نمونه گیری از بتن
آزمایش نمونه مکعبی بتن یا آزمایش مقاومت فشاری بتن

همان طور که در شکل 1-2 نشان داده شده است، خوردگی آرماتور معمولاً با تقسیم شدن و ورقه ورقه شدن در امتداد خط میلگردها مشخص می گردد که احتمالاً با رنگ زنگ زدگی هم همراه است، در حالی که حمله سولفات ممکن است یک الگوی تصادفی همراه با ته نشینی سفید شسته شده بر روی سطح را نشان دهد. واکنش قلیایی سنگدانه ها گاهی اوقات (اما نه لزوماً) توسط یک الگوی ترک ستاره شکل توصیف می گردد و حمله یخ زدگی ممکن است سطح را پوسته پوسته کرده و به داخل نمنه نفوذ کند در این باره نمونه های بیشتری همراه با عکس توسط گروه توسعه پل های بتنی ارائه شده است. به خاطر شباهت های صدمات ناشی از خوردگی اغلب انجام بازرسی چشمی برای بررسی به تنهایی غیر ممکن خواهد بود، اما مناسب ترین آزمایش های شناسایی را م یتوان بر این اساس انتخاب کرد.

انتخاب درست اسناد مهم است و پولاک، کی و فوکس نشان می دهند که «نقشه برداری ترک» سیستماتیک تکنیک تشخیصی با ارزشی در هنگام تعیین علل و پیشرفت تخریب است و آنها راهنمایی دقیقی در مورد تشخیص انواع ترک ارائه می دهند. ترک های غیر سازه ای بطور کامل در گزارش فنی انجمن بتن توصیف شده است و علائم مربوط به معمول ترین منابع تخریب در جدول 1-2 بصورت خلاصه آمده است که براساس پیشنهادات هیگینز می باشد. ملاحظات مربوط به بافت سطحی بتن و تنوع رنگ ها می تواند راهنمای مفیدی برای ایجاد یکپارچگی باشد و تغییر رنگ شاخص معمولی برای محدوده خسارت آتش سوزی می باشد.

جدول 1-2 تشخیص معایب و تخریب

بازرسی چشمی محدود به سطح نیست بلکه شامل آزمایش رفتار، پیوندهای توسعه، کانال های زهکشی، داکت های تحت فشار و ویژگی های مشابه یک سازه می باشد. دوربین، تلسکوپ و بورسکوپ ها در جاهایی که دسترسی به محل مشکل است و از سیستم های بازرسی قابل حمل استفاده می شود می تواند در شناسایی واکنش های قلیایی مصالح مفید باشد (به بخش 9-12-1 نگاه کنید)، اخیراً بررسی های گسترده ای از روش های غیر معمول مانند استفاده از طناب و ربات ها برای بررسی های کم هزینه و دسترسی به راه چاره انجام شده است.

برای سازه های موجود، وجود بعضی از ویژگی ها نیازمند تحقیقات بیشتر، عموماً توسط بازبینی چشمی انجام شود و باید مهمترین مولفه های تعمیر و نگهداری عادی مورد توجه قرار گیرد.

پیشنهادات اخیر رایلم سیستم طبقه بندی عددی برای تعیین کمیت ویژگی های چشمی برای ارزیابی برنامه ریزی و اولویت بندی را ارائه می دهد. بازبینی چشمی همچنین یک روش اساسی برای قضاوت های مربوط به شرایط ظاهری، دسترسی و ایمنی را ایجاد می کند وقتی که روش ها و محل های آزمایش انتخاب می گردد. مثال های فوق العاده زیادی مشاهده شده است که ایمنی عمومی بخاطر عدم بازبینی چشمی معمول به خطر افتاده است.

روش های نمونه برداری از بتن

انتخاب آزمایش

انتخاب آزمایش برای یک موفقیت خاص بر اساس ترکیب عواملی مانند دسترسی، آسیب، هزینه، سرعت و قابلیت اطمینان خواهد بود، اما ویژگی های اصلی بازبینی چشمی پس از یک سری آزمایشات مطابق و متناسب با کار عموماً اعمال می گردد.

آزمایش دوام شامل علت ها و محدوده تخریب:

ویژگی های نسبی روش های مختلف آزمایش در جدول 1-3 بصورت خلاصه بیان شده است، در حالی که جداول کامل تری از روش های آزمایش و انتخاب آنها توسط گروه توسعه پل های بتنی ارائه شده است. خطر خوردگی آرماتور کار گذاشته شده در بتن مربوط به عدم فعال بودن محیط قلیایی ایجاد شده که معمولاً نتیجه کربناته شدن کلراید است. بنابراین در آزمایشات اولیه ساده بایستی سنجش های موضعی پوشش آرماتور، عمق کربنات و غلظت های کلراید بررسی گردد که قبل از آزمایش مقاومت ویژه و پتانسیل نیمه سلولی پیچیده تری برای انجام یک بررسی جامع تر در محدوده های بزرگتر باشد، اگر تخریب به علت کربناته شدن بیشتر باشد، انجام تحلیل شیمیایی و سنگ نگاری و آزمایشات جذب هم لازم است تا دلایل آن مشخص شود. اندازه گیری مستقیم میزان خوردگی فولاد و آرماتور به تدریج بعنوان ابزار موثری برای ارزیابی دوام پیوسته استفاده می شود و پتانسیل استفاده برای پیش بینی طول عمر مفید باقیمانده یک سازه دارای خوردگی را دارد.

به دلیل لزوم وجود اکسیژن و آب برای انجام فرآیند خوردگی و میزان کربنات هم تحت حاکمیت شرایط رطوبت و توانایی دی اکسید کربن جوی جاری از منطقه سطحی بتن، آزمایشات نفوذپذیری و جذب سطحی در رابطه با خوردگی مهم هستند. بیشتر انواع دیگر تخریب هم برای انتقال مواد شیمیایی مصالح و واکنش های دیگر مربوط به رطوبت است، بنابراین سنجش های محتوای رطوبت، جذب و نفوذپذیری هم در بررسی دوام بتن بسیار مهم است. آزمایشات مختلف معرفی شده بر روی نمونه های بتن می تواند کارایی و دوام را نشان دهد و آزمایش شیمیایی و سنگ نگاری برای دسترسی به مولفه های ترکیبی و به جهت شناسایی علت های تخریب بتن لازم است.

جدول 1-3 آزمایش دوام – ویژگی های نسبی

آزمایش مقاومت بتن:

ویژگی های نسبی روش های مختلف آزمایش مقاومت بتن در جدول 1-4 بصورت خلاصه بیان شده است. در موقعیت های معمول که ارزیابی مقاومت مواد مورد نیاز می باشد، متاسفانه وابستگی برای روش های آزمایش با حداقل آسیب به بتن پیچیدگی بیشتری دارد. اگر چه آزمایشات استحکام سطحی و سرعت پالس سبب آسیب کم، ارزان و سریع و برای ارزیابی های یکپارچگی و مقابله ای ایده آل هستند، اگر مستقیماً بر روی بتن مورد نظر تعریف نگردد وابستگی های آنها برای پیش بینی کامل مقاومت مشکلات زیادی را پیش می آورد. این در حالی است که آزمایش های مرکزی قابل اطمینان تری ارزیابی مقاومت بتن سخت شده را فراهم می سازد ولی سبب بیشترین خسارت شده و کند و پرهزینه هستند. این آزمایشات اغلب ضروری بوده و ارزش آنها را می توان افزایش داد اگر از آنها به عنوان شالوده ای برای کالیبره ی روش های غیر مخرب و کمی مخرب استفاده گردد، می توان آنها را بصورت گسترده ای اتخاذ کرد.

البته مهندسان باید بدانند که نتایج آزمایش مرکزی ممکن است مستقیماً مربوط به نتایج آزمایشات مکعب در زمان ساخت نباشد (نگاه کنید به جداول 1-6 و 1-7 و بخش 1-6-2). این مسئله در استاندارد اروپایی جدید هم بررسی می گردد. در حالی که بیشتر روش های آزمایش را می توان با موفقیت در بتن های ساخته شده با مصالح سبک اعمال کرد، با این حال روابط مقاومت همیشه با روابط مربوط به بتن با مصالح معمولی متفاوت خواهد بود. روش های نیمه مخرب فقط با بررسی منطقه سطحی نمونه عموماً نیازمند تنظیمات کمتری برای مقاومت هستند اما کمی آسیب سطحی ایجاد کرده و ممکن است تغییرات زیادی داشته باشند.

قابلیت اطمینان روابط موجود مقاومت و دقت مورد نیاز از پیش بینی های مربوط به آن در انتخاب مناسب ترین روش جزو عوامل مهم است که باید با تایید قابلیت تعمیر هر محدوده آسیب دیده از لحاظ ظاهری و یکپارچگی سازه ای هماهنگ باشد. هنگامی که هدف از آزمایش مقایسه بتن دارای کیفیت یکسان، انتخاب آزمایش تحت تاثیر محدودیت های عملی روش های مختلف خواهد بود. ابتدا به دنبال روش های مناسب و کم آسیب برای بتن هستیم و از آزمایشات تکمیلی با استفاده از روش های دیگر در محدوده های بحرانی استفاده می گردد. به عنوان مثال، از روش های استحکام سطحی برای بتن جدید استفاده می شود. در بتن با نمای قابل مشاهده یکی از آزمایشات مهم، مقاومت در برابر نفوذ سریع که برای بخش های بزرگ مانند صفحات بتنی مفید است، می باشد. اما برای بخش های کوچک تر می تون از آزمایشات کششی استفاده کرد. آزمایش کششی خصوصاً برای اندازه گیری های مستقیم بتن سخت شده در افزایش مقاومت اولیه مفید است، البته بایستی اشاره شود که کارهای تکمیلی و عمل آوری بتن براساس سنجش های مطابق با دما هستند. تاکید زیاد بر روی ساخت سریع منجر به مورد توجه قرار گرفتن این تکنیک ها شده است

جدول 1-4 آزمایش استحکام – مزیت های نسبی

آزمایش کیفیت مقایسه ای بتن و یکپارچگی موضعی: آزمایش مقایسه ای که البته بعضی از آنها نیازمند تجهیزات پیچیده تر و گران تری هستند، قابل اطمینان ترین کاربرد تعدادی از روش ها است که تنظیم مقادیر مطلق پارامتر فیزیکی معین انجام می شود. بطور کلی خسارت و تخریب در این روش ها بسیار کم و یا صفر و استفاده از آنها اغلب سریع است و می توان با استفاده از آنها محدوده های بزرگی را بررسی کرد.

بازرسی چشمی از بتن

پر کاربردترین روش های استحکام سطحی، سرعت پالس فراصوت و اتصال سطحی هستند. مورد آخر خصوصاً در تعیین لایه لایه شدن نزدیک سطح مفید و دارای تکنیک های پیچیده تری است. رادار جستوی سطح و دمانگاری مادون قرمز هر دو روش های پیچیده ای برای تعیین خلل و فرج های مخفی، رطوبت و ویژگی های مشابه دیگری هستند که به تازگی مورد توجه قرار گرفته اند. می توان از رادیوگرافی و پرتوسنجی هم استفاده کرد. استفاده از توموگرافی برای شناسایی و تعیین محل ویژگی های زیرسطحی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. این کار نیازمند انجام یک سری اندازه گیری ها بر روی بخش مورد بررسی بین نماهای مختلف است تا مسیرهای الگوی پرتوی متقاطع مشخص گردد که می توان به وسیله آنها بازسازی دوبعدی یا سه بدی را با استفاده از نرم افزار محاسباتی مناسب انجام داد. آزمایشات ساییدگی، سنجش های استحکام سطحی و یا روش های جذب سطحی را می توان برای ارزیابی مقاومت سایشی سطحی مورد استفاده قرار داد و در ضمن گرما نورافشانی یک تکنیک خاص برای ارزیابی خسارت
آتش سوزی است.

آزمایش کارایی سازه ای:

آزمایش واکنش دینامیک با مقیاس بزرگ برای نمایش کارایی سازه ی موجود است، اما آزمایشات بار استاتیک با مقیاس بزرگ علیرغم هزینه و زمان می تواند مناسب تر باشد.

آزمایشات بار استاتیک معمولاً با سنجش معایب و ترک برداشتن یکپارچه هستند، اما مشکلات بخش های فردی مجزا می تواند مهم و اساسی باشد. وقتی که تعداد زیادی از عناصر مشابه (مانند تیرهای پیش ساخته) مورد نیاز هستند و بهتر است که تعداد کمی از عناصر معمول را برای آزمایش بار آزمایشگاهی حذف کنیم و از روش های غیرمخرب برای مقایسه این عناصر با عناصر باقیمانده در سازه استفاده کنیم.