برنامه ریزی و تحلیل نتایج آزمایشات بتن سخت شده

در تحقیقات، ابتدا بایستی اهداف کار مشخص شود، در غیر این صورت ممکن است زمان، زحمات و هزینه های زیادی در آزمایشات مختلف بتن هدر برود. این اهداف بر روی انتخاب روش آزمایش، محدوده و محل آزمایشات و همچنین شیوه بررسی نتایج تاثیر خواهد گذاشت به طوری که اغلب به علت عدم وجود دانش یا درک کاملی از روش های انجام آزمایشات، نتایج نادرست یا نامناسبی بدست می آید. برای اجتناب از اختلافات احتمالی در مورد نتایج در آینده، باید وابستگی و ارتباط کاملی در مرحله اول طرح ریزی یک برنامه آزمایش بین همه پارامترهای موجود در داخل پروژه برقرار باشد. نظر کارشناسی و قضاوت مهندسی در زمان تحلیل نتایج، حتماً مورد نیاز است اما با برنامه ریزی دقیق برنامه آزمایش می توان ابهامات را به حداقل رساند.

برای جلوگیری از عدم موفقیت و ابهام در پروژه باید از محدوده و دامنه آزمایش های موجود و به ویژه محدودیت ها و میزان دقت آنها آگاهی کامل داشته باشیم. در خصوص محدودیت ها و درستی دامنه آزمایش های در دسترس باید اطلاعات کامل و جامعی حاصل گردد که این مساله می تواند موجب ایجاد امید و دوری از دلسردی در نتایج آزمایشگاهی شود. برخی از روش های آزمایش خیلی ساده به نظر می رسند ولی همه آنها دارای شرایط پیچیده ای بوده و برای انجام آنها به کارشناسان ماهری نیاز است حضور یک مهندس با تجربه و با قضاوت درست نیز در تیم تحقیقاتی بسیار مهم و حائز اهمیت است.

انجام آزمایشات بتن سخت شده از سازه های موجود اغلب خیلی پرهزینه است، چون اغلب نیازمند به اقدامات و وسایل پیچیده ای برای دسترسی به محل مورد نظر می باشیم و در ضمن انجام این کار خیلی زمان بر است. در حقیقت، ما باید برنامه این آزمایش را با توجه به نتایج بدست آمده طرح ریزی کنیم تا بتوانیم حداکثر اطلاعات مفید را با کمترین هزینه و بدون وقفه زمانی بدست آوریم. این روش که نیازمند تحلیل مداوم و پیوسته می باشد به تغییر اهداف تعریف ش ه کمک می کند، چون گاهی ممکن است در حین انجام تحقیقات مجبور به تغییر اهداف خود شویم.

برنامه ریزی و تحلیل نتایج آزمایشات بتن سخت شده

آخرین مطالب تکمیلی کلینیک بتن ایران را در این بخش دنبال نمایید
آزمایشات مصالح تشکیل دهنده بتن
تست ها و آزمایش های غیر مخرب بتن
آزمایش هافسل بتن یا پتانسیل خوردگی در بتن

هدف از آزمایش سازه ای

سه نوع آزمایش بتن سخت شده وجود دارد:

• آزمایش کنترل که معمولاً توسط پیمانکار یا تولید کننده بتن انجام می شود تا تعدیل های لازم برای اطمینان از قابل قبول بودن مخلوط آماده را مشخص کند.
• آزمایش تطابق با استاندارهای موجود که مطابق یک طرح توافقی توسط مهندس ناظر انجام می شود تا از تطابق بتن با مشخصات درج شده در استانداردها مطمئن شود.
• آزمایش ثانویه که بر روی بتن سفت شده از یک سازه موجود انجام می شود. این کار ممکن است در محل هایی مورد نیاز باشد که در مورد اطمینان از کنترل و تطابق نتایج با استانداردها تردید وجود دارد و یا اینکه مثلاً در یک سخاتمان قدیمی یا آسیب دیده اصلاً داده آزمایشگاهی حین ساختی وجود نداشته و یا نامناسب هستند. همه آزمایشاتی که قبل از ساخت برنامه ریزی نشده اند در این طبقه هستند و لبته نیازمند نظارت بلند مدت می باشند.

آزمایشات کنترل و تطابق معمولاً بر روی نمونه های سخت شده به صورت استاندارد و از بتن مورد استفاده برای ساخت سازه انجام می شوند و به ندرت دیده شده که بتن تازه و سفت نشده مورد آزمایش قرار بگیرد و همچنین مواردی وجود دارد که آزمایش در محل، بر روی بتن سخت شده هم انجام شده است. این معمول ترین روش در صنعت مواد پیش ساخته برای بررسی کیفیت واحدهای استاندارد شده است و نتایج آن را می توان برای نمایش یکنواختی واحدهای تولید شده و همچنین روابط آنها با حداقل مقدار قابل قبول از پیش تعیین شده استفاده کرد. در کل در بین مهندسان فرضیه رو به رشدی وجود دارد که نمونه های استاندارد با اینکه از لحاظ تئوی دارای مواد یکسانی هستند ممکن است کیفیت واقعی بتن در یک سازه را نشان ندهند. این مسئله به دلایل مختلفی پیش می آید که از جمله آنها می توان به آماده سازی غیریکنواخت مواد و تفاوت های موجود در تراکم، عمل آوردن بتن و نحوه کلی روند ساخت که می تواند تاثیر مهمی بر دوام و ویژگی های آتی بتن داشته باشد اشاره کرد.

در نتیجه تمایل بسوی آزمایش قابل قبول بتن سخت شدن با استفاده از روش های در حال توسعه غیر مخرب و یا با آسیب کم به سازه رو به افزایش است و این خصوصاً در کشورهای آمریکای شمالی و اسکاندیناوی به چشم می خورد. این آزمایشات اغلب بعنوان مکملی برای آزمایشات از پیش تعیین شده و موجود در قرارداد مورد استفاده قرار می گیرند. اگر چه نمونه های قابل توجهی مانند پروژه استوربلت وجود دارند که نقش اصلی را در این زمینه ایفا می کنند. مزیت این آزمایشات هشدار اولیه نسبت به تردید در مورد مقاومت و همچنین شناسایی معایبی مانند پوشش غیرکافی، نفوذپذیری سطحی بالا، خلل و فرج ها، اشباع بیش از حد یا استفاده از مواد نامناسب که با روش دیگری قابل شناسایی نیست و منجر به مشکلات مربوط به دوام بلند مدت می گردد را دارا هستند.

کاربرد اصلی آزمایشات بتن سخت شده بعنوان آزمایشات ثانویه است که به دلایل زیادی می تواند ضروری باشد و به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.

انطباق با استانداردها

تغییرات اخیر در سیستم استاندارد در انگلستان شاهد پیدایش استاندارد اروپایی جدیدی در مورد تولید بتن و تطابق آن با مشخصات درج شده در استاندرد و همچنین استانداردهای مکمل بریتانیا در مورد مواد بتن بوده است. آنها برای اولین بار ضرورت اثبات تطابق بتن با استانداردهای شرکت تولید کننده را بوجود آورده اند. برنامه طرح کیفیت انگلستان برای بتن های ترکیبی آماده، استانداردهای دقیقی را برای تولیدکنندگان تعیین کرده است تا بتنی که تولید می کنند با این استانداردها تطابق داشته باشد. البته مشتریان اختیار انجام این آزمایشات شناسایی را برای پی بردن به اینکه بتن تولید شده بتن مناسبی است یا نه را دارند و در ضمن مشتریان زیادی از آزمایش شناسایی برای تعیین کیفیت بتن استفاده می کنند.

وقتی که درباره استاندارد و مورد تایید بودن مشخصات بتن در سازه تردید وجود داشته باشد، ممکن ست از آزمایش ثانویه استفاده شود، آزمایش بازنگری ممکن است پس از تخریب یا آسیب سازه مورد نیاز باشد. معمول ترین مثال در مورد اختلافات قراردادی مربوط به نمونه های اساندارد است که لزوم اثبات بیشتری برای آن مورد نیاز است و یا جایی که در مورد آزمایشات شناسایی تردید وجود داشته باشد همچنین تخریب مورد دیگری است که نیازمند بررسی و بازنگری باشد. مقاومت فشاری و شرایط لازم برای تشخیص آن، بخش مهمی از بیشتر خصوصیات بتن را تشکیل می دهد و مهندس باید مناسب ترین روش های ارزیابی مقاومت بتن سخت شده را براساس عوامل مختلف و استفاده از دانش کامل در مورد تغییرات احتمالی در قسمت های سازه ی مختلف انتخاب کند که در بخش 1-6 در مورد آن بحث شده است). برای تعیین دوام و مقاومت بتن سخت شده نتایج را باید تحلیل کنیم. اما مشکل اصلی تطابق مقاومت بتن سخت شده با مقاومت نمونه استاندارد است و مسلماً اثبت موارد مرزی هم کار مشکلی است که این مساله بطور کامل در بخش 1-6-2 بررسی می گردد.

انجام آزمایشات بتن مطابق با استانداردها

معمولاً حداقل مقدار محتوای سیمان تعیین می گردد تا دارای شرایط دوام مورد نیاز باشد و ممکن است برای تطابق با استانداردها آزمایشات شیمیایی یا شناسایی فیزیکی سنگدانه ای مورد نیاز باشد. آزمایشات مشابهی هم ممکن است برای بررسی وجود مواد ترکیبی غیرمجاز، ناخالصی مواد تشکیل دهنده بتن برای مثال، کلرایدها در مخلوط های مورد استفاده مصالح دریایی لایروبی شده) یا وجود هوای بسته در داخل بتن و بررسی محتوای سیمان برای جلوگیری از آسیب بتن مورد نیاز باشد. علت اصلی مشکلات مربوط به دوام غالباً ساخت ضعیف و نامناسب بتن است و ممکن است آزمایشاتی هم برای پوشش نامناسب یا تراکم غیرکافی، مقدار آرماتور غیر کافی یا محل قرار گیری آن یا کیفیت پایین عمل آوری بتن و یا فرآیندهای تخصصی مانند تزریق دوغاب سیمان تحت فشار در ساختمان تعیین و معرفی شود.

ارزیابی کیفیت بتن سخت شده و یکپارچگی آن

این مسئله عمدتاً مربوط به مناسب بودن ساختمان موجود و کارایی و دوام آن در طی زمان می باشد. برای سازه های بتنی عملیات تعمیر و نگهداری روزمره بخوبی اجرا می شوند و از آزمایشات بتن سخت شده هم همواره برای کمک به پیش بینی طول مر بتن استفاده می گردد. درک تمایز بین نیاز به ارزیابی خصوصیات مواد و کارایی یک عضو سازه ای از یک واحد کلی مهم است. ممکن است بخاطر علت های مختلفی نیاز به آزمایش ایجاد و احساس گردد که شامل موارد زیر می باشد:

• تغییر پیشنهادی کاربری و یا توسعه یک سازه
• تایید یک سازه برای خرید یا بیمه
• ارزیابی یکپارچگی سازه ای یا میزان قابلیت اطمینان ایمنی مواد فرسوده یا ایجاد آسیب سازه ای که برای مثال توسعه آتش سوزی، انفجار، خستگی بتن و یا اضافه بار ایجاد شود.
• تعیین قابلیت تعمیرپذیری بخش های مختلف و مشخص سازه یا تردید در مورد وجود موادی که با استاندارد مطابقت ندارد و یا احتمال اشتباه در طراحی
• ارزیابی علت و محدوده تخریب بعنوان پیش نیازی برای طراحی طرح ها تعمیر یا بازسازی
• اریابی کیفیت یا یکپارچگی تعمیرات اعمال شده
• نمایش مقاومت در رابطه با عوامل گیاهی و نفوذ آن در بتن، عمل آوری بتن، پیش تنیدگی و یا اعمال بار در شرایط مختلف
• نمایش تغییرات بلند مدت در خصوصیات مواد و کارایی سازه ای

اگر چه در ساختارهای تخصصی ویژگی هایی از قبیل چگالی و نفوذپذیری بر روی بتن موثر هستند، اما معمولاً مقاومت بتن سخت شده، کارایی و دوام بعنوان مهمترین عامل در نظر گرفته می شود لیکن زمانی که با استفاده از موادی غیر از بتن اصلی تعمیراتی اعمال می گردد، برای بررسی ایجاد شکست پیش از موعد در نمونه تعمیر شده به علت ناسازگاری و تفاوت در جنس نمونه تحت بارگذاری، اندازه گیری مدول الاستیسیته ضروری است، این اطلاعات در مورد مدول الاستیسیته زمانی که نتایج آزمایشات بار تحلیل گردد مفید است. برای تعیین مقاومت نمونه بتنی در حین ساخت، معمولاً ضروری است که نتایج آزمایش را با محدودیت های ایجاد شده توسط آزمایشات و خواسته های ابتدای قرارداد مقایسه کنیم، اما در موقعیت های دیگر پیش بینی مقاومت واقعی بتن بری استفاده در محاسبات مقاومت بخش ها مورد نیاز است. وقتی که محاسبات براساس مقاومت بتن سخت شده اندازه گیری شده باید به تعداد و موقعیت های آزمایشات و اعتبار عوامل جانبی اتخاذ شده توجه کافی شود که این مسئله را در بخش 1-7 بطور کامل شرح می دهیم.

ارزیابی دوام بتن با شناسایی وجود خلل و فرج های داخلی یا ترک های موجود و هجوم موادی که سبب تخریب بتن می شود (برای مثال، سولفات ها یا مصالح قلیایی و واکنشی) و همچنین محدوده یا خطر خوردگی آرماتور وابسته است. عمق نفوذ ترکیب با کربن، غلظت های کلراید، ضخامت روکش و مقاومت ویژه منطقه سطحی و نفوذپذیری عوامل مهم مربوط به خوردگی می باشد. همچنین می توانیم فعالیت های الکتروشیمیایی همراه با خوردگی را اندازه گیری کنیم تا بتوانیم سطح خطر را با استفاده از روش های آزمایش غیرفعال ارزیابی کنیم. یکی از مسائل اصلی تعیین برآورد مقدار دقیق خصوصیات بتن سخت شده است که می تواند قابل ملاحظه باشد، هدف اصلی آزمایش باید مقایسه بتن مورد نظر با بتن مشابه در
بخش های دیگر سازه و تعیین میزان دقت و تایید کیفیت آن باشد.

یکی از اهداف دیگر آزمایش بتن بررسی عملکرد کلی سازه ای عضو بتنی است که در بسیاری از موارد این امر می تواند بوسیله آزمایش بار بطور مستقیم بررسی شود. ضریب اطمینان حاصل یافته های بررسی از آزمایشات بار بر روی سازه های موجود در بیشتر مواقع بطور قابل توجهی بیشتر از پیش بینی های مقاومت به طور غیرمستقیم است و از برآورد آن براساس آزمایش بتن سخت شده تعیین می شود، البته آزمایش بار هم ممکن است پر هزینه باشد یا در عمل امکان پذیر نباشد.

محققین زیادی نتایج روش های آزمایشی اولتراسونیک و چکش اشمیت را در نمونه های استاندارد مغزه گیری شده در قسمت هایی از سازه که احتمال نقص و ایراد در آن وجود دارد را تایید کرده اند.

راهنمای موجود از استانداردها و دیگر مدارک

در تعدادی از کشورها به ویژه انگلستان ، ایالات متحده آمریکا و کشورهای اسکاندیناوی استانداردهای ملی با راهکارها و روش های آزمایش مطمئن موجود هستند. مانند استانداردهای ASTM، بریتانیایی و اروپایی که در پایان این فضل آمده است و به عنوان مناب خاصی هم در متن اشاره شده است. جزئیات انجام این روش ها به عنوان منابع مناسب در متن برخی مقالات تحقیقاتی تخصصی، مجلات، گزارش کنفرانس ها و گزارشات فنی وجود دارد ارائه شده است.

پیشنهادات عمومی درباره فلسفه بازرسی، تعمیر و نگهداری سازه های موجود توسط (FIP) و همچنین توسط موسسه مهندسین سازه ارائه شده است که فرآیندهای ارزیابی و روش ها شرایط مورد نیاز را بیان می کند. اطلاعات و راهنمایی هایی توسط رایلیم در منابع اطلاعات، گزارش و شناسایی معایب با علل احتمالی آنها در مورد طبقه بندی آسیب ها ارائه شده در حالی که آیین نامه بتن آمریکا کمیته 364 راهنمایی برای ارزیابی سازه های بنی قبل از نوسازی ارائه داده است. استانداردهایی مربوط به راهکارهای ارزیابی در استفاده از سیمان های خص مانند بتن سیمانی دارای آلومین زیاد، آتش سوزی و سازه آسیب دیده از بمب ها نیز موجود است. در آیین نامه بتن انگلیس قسمت 201، راهنمای استفاده از روش های غیرمخرب آزمایش برای بتن سخت شده توصیف طرح کلی از 23 روش گسترده همراه با راهنمایی در مورد انتخاب آزمون و برنامه ریزی موجود بوده، در حالی که آیی نامه بتن انگلیس مربوط به ارزیابی مقاومت بتن سخت شده است این درحالی است که هر دو استاندارد آخر در حال حاضر هیج معادل اروپایی ندارند و در حال حاضر یکی از آنها در حال توسعه مقاومت فشاری بتن سخت شده است.

روش ها و دستگاه های تجاری موجود همواره در حال تغییر و در حال توسعه هستند، اما مشخصات فنی 143 CIRIA Technical Note موارد موجود در استاندارد بریتانیا در سال 1992 را بازبینی می کند درحالی که شیکرت موقعیت آن را در آلمان در سال 1994 نشان داده است. خلاصه ای از روش های آزمون در اینترنت در آلمان موجود است. کارینو هم توسعه تاریخی آزمایش های غیرمخرب بتن در سراسر جهان را از منظر آمریکای شمالی و اهداف آینده شناسایی کرده است درحالی که سایر نقاط جهان توسط نویسندگان مختلف بررسی می شود. بدلیل توسعه روش های جدیدتر احتمال دارد که استانداردها و گزارشات بیشتری پدید بیاید.

آیین نامه بتن آمریکا دو گزارش اصلی در مورد آزمایش های غیرمخرب سازه های بتنی و آزمایش مقاومت بتن سخت شده بیان کرده است که پیوسته بروز رسانی می گردند. کمیته های RILEM به تازگی آزمایش مقاومت بتن سخت شده و نزدیک به سطح آزمایش دوام (NEC) را بررسی کرده است درحالی که کمیته های کنونی به دنبال ارزیابی نتایج آزمایش های غیرمخرب و آکوستیک امیشن در انگلستان هستند. در انگلستان، انجمن بتن گزارشات فنی جدیدی را در مورد ارزیابی خوردگی آرماتور و روش های رادار زیر دریایی آماده کرده است و نمایندگی بزرگراه، هم پیشنهاداتی را در مورد سازه های بزرگراه منتشر کرده است که شامل تحقیقات اخیر با تکنیک های در حال توسعه است.

روش های آزمایش موجود

اطلاعات روش های فردی در فصل های بعدی ارائه شده است و می توان آن را به شیوه های مختلفی طبق�� بندی کرد. جدول 1-1 آزمایشا اصلی بر حسب خصوصیات مورد بررسی را دسته بندی کرده است. با توجه به وسیع بودن دامنه آزمایشات موجود، موارد دیگری هم خارج از جدول مذکور موجود است که در داخل همین کتاب توضیح داده شده اند. بازرسی چشمی یک تکنیک ارزیابی ارزشمند است که باید در همه بررسی ها انجام گردد. البته بین کاربرد بعضی از آزمایشات، هم پوشانی در کاربردهای بیان شده وجود خواهد داشت (به بخش 1-5-3 نگاه کنید) و وقتی که گزینه های زیادی در مورد دسترسی، آسیب، هزینه، زمان و قابلیت اطمینان وجود دارد حائز اهمیت هستند. روش های آزمون نیز به شرح زیر طبقه بندی
می شود:

روش های غیر مخرب: آزمایش غیر مخرب عموماً بعنوان آزمایشی تعریف می شود که کارایی مورد نظر عنصر یا اجزای مورد آزمایش را تخریب نکرده و هنگامی که بر روی بتن اعمال می شود، سبب آسیب های منطقه ای جزئی و سطحی می گردد. این نوع آزمایش ها معمولاً تا حدودی مخرب نیز هستند و بسیاری از آنها را مطابق جدول 1-1 می توان بصورت مستقیم و بدون برداشتن نمونه بر روی بتن اعمال کرد، اگر چه برداشتن قسمتی از سازه گاهی ضروری است.

جدول 1-1 روش های آزمایش اصلی