َآشنایی با آزمون های متداول نیمه مخرب بتن
آزمایش اسکات
پیشنهاد این آزمایش در سال 1987 بود و به عنوان روش سوراخ کاری با دریل طراحی شده بود، براصل غلاف انبساطی عمل می کند که موجب شکستگی داخلی بتن در عمق فقط زیر 20 میلی متری طیر سطح با قطر منطقه شکست مخروطی بین 100 و 200 میلی متر می شود. این آزمایش از آزمایش کاپو بسیار ساده تر است و اگر چه بار توسط یک گشتاورسنج اعمال می شود، مانند آزمایش شکست داخلی با بار اعمال شده داخلی در حالتی کمتر منمرکز هیچ حلقه بلبرینگ نیازی نیست.
ماهیت روابط آزمایشگاهی مقاومت فشاری به نظر همسان است اما برای آزمایش شکست داخلی بهتر به نظر می رسد و در دقت، قابل مقایسه با روش اصلاح شده ASTM نیروی کششی مشروحه در می باشد. علیرغم مزایای بالقوه آزمایش شکست داخلی، این روش پس از آن توسعه پیدا نکرد.
در این مقاله که توسط ما در کلینیک بتن ایران آماده شده است با آزمون های متداول نیمه مخرب بتن آشنا خواهید شد.
آزمون کاپو
این آزمایش که در دانمارک معرفی شد به عنوان معادلی است برای آزمایش لاک در موقعیت هایی که استفاده قابل پیش طراحی نیست. هندسه پایه آزمایش لاک مشروح حفظ شده است اگر چه اینزرت حاوی یک حلقه انبساطی است که در شیار زیرین وارد شده است. این نام براساس اصطلاح است و مراحل آن متشکل از سوراخ کاری عمق 45 میلی متری، سوراخ با قطر 18 میلی متر که پس از آن یک شیار 25 میلی متری در عمق 25 میلی متری ایجاد شده با استفاده از یک ماشین فرز قابل حمل می باشد که در تصویر 4-22 به نمایش درآمده است.
سپس اینزرت حلقه انبساطی در شیار قرار گرفت و منبسط شد همانطور که در تصاویر 4-23 می توان دید و تجهیزات کشش آزمایش لاک قدیمی را می توان همانطور که قبلاً شرح داده شد استفاده کرد. آزمایش باید تا بیرون کشیدن بتن ادامه یابد و امکان دارد بازیابی سه یا چهار بار فشرده سازی مجدد حلقه و دوباره استفاده شود. برنامه های وسیح آزمایشگاهی نشان می دهد که رفتار آن مشابه آزمایش لاک است و کالیبراسیون مقاومت و قابلیت اطمینان می تواند به همان عنوان در نظر گرفته شوند. ادعا می شود که تمامی عملیات آزمایش از جمله سوراخ کاری در حدود ده دقیقه انجام می شود و تجهیزات به شکل یک کیت کامل موجودند.
شکل 4-22 تجهیزات آزمون کاپو
شکل 4-23 پیکربندی آزمون کاپو
این روش در دانمارک به عنوان معادلی برای آزمایش لاک مورد قبول واقع شده است و در تعدادی از پروژه ها برای تعیین مقاومت سازه ای در نواحی بحرانی به کار می رود. همچنین این روش توسط آیین نامه بتن انگلیس قسمت 207 و آیین نامه بتن انگلیس جدید پوشش یافته است. مناطق احتمالی کاربرد وسیعی دارد و گرچه اثرات ناحیه سطحی باید مورد توجه قرار گیرد، به نظر می رسد این رویه قابل اطمینان ترین راهکار موجود برای مقاومت سازه ای در محل دور از مغزه ها است.
علیرغم اینکه هزینه تجهیزات بالا ست، آسیب، زمان و هزینه آزمایش به طور قابل توجهی کمتر از مغزه ها است. ممکن است از وجود تقویت در ناحیه آزمایش مشکلاتی برآید و باید از وجود میلگردها اجتناب شود اما ارزش این آزمایش در موقعیت هایی که در آن جزئیات مخلوط شناخته شده نیستند، قابل ملاحظه است.
آخرین مطالب تکمیلی کلینیک بتن را در این بخش دنبال نمایید
آزمون های بتن سخت شده
روش های آزمون سختی سطوح بتنی
ویژگی های بتن خود تراکم و روش های آزمون
روش پیچ چوب
یک روش ساده کششی با استفاده از پیچ های چوب را، جگرمن توصیف کرده است. برای استفاده جهت پایش توسعه مقاومت در دامنه N/mm2 15-5 برای اهداف برداشتن قالب در ساختمان های صنعتی در نظر گرفته شده است. یک میخ به داخل بتن تازه فرو می شود تا ذرات مصالح را به یک گوشه هدایت کند و پیچ با یک حلقه پلاستیکی تثبیت کننده متصل در ارتفاع مناسب، قرار داده شده است تا زمانی که حلقه با سطح بتن برخورد کند. قسمت بالایی پیچ تثبیت نشده رنگ آمیزی شده تا از اتصال جلوگیری شود و آزمایش ها می توانند در عمق های مختلف با استفاده از پیچ های با طول مختلف انجام شوند لازم به ذکر است که بار به پیچ با استفاده از حلقه یا دستگاه جک هیدرولیک وارد می شود. فرض اصلی این است که نیروی مورد نیاز برای کشیدن پیچ احاطه شده در بتن تامین شده و درون پیچ تحت آزمون قرار گرفته است و آزمایش ها رابطه مقاومت مناسب و با تعداد تکرار معقول را نشان می دهد اما برای تسهیل استفاده درست، بررسی بیشتری مورد نیاز است.
روش های بیرون کشیدن
این روش به منظور اندازه گیری مقاومت سازه ای کششی بتن با اعمال مستقیم نیروی کششی به کار می رود. این روش برای اندازه گیری اتصال تعمیرات سطحی نیز مورد استفاده است و مجموعه متنوعی از تجهیزات با قطر دیسک به طور معمول 50 یا 75 میلی متر به صورت تجاری در دسترس می باشد. مراحل مختلف توسط آیین نامه بتن انگلیس قسمت 207 پوشش داده می شود و باید یادآور شد که سطح شکستگی زیر سطح بتن خواهد بود و در نتیجه مقداری آسیب سطحی برجای خواهد گذاشت که باید درست شود. استاندارد آمریکا نیز این روش آیین نامه بتن انگلیس آزماش را برای کاربردهای سازه ای تحت پوشش قرار می دهد در حالی که از این روش روی نمونه های آزمایشگاهی به منظور ارزیابی مشخصات اتصال مواد تعمیر بهره می برد.
آزمایش های مقاومت کششی که در ابتدا در اوایل دهه 70 برای تیرهای بتنی با آلومینای بالا به کار رفت توضیح داده شده است. یک دیسک با رزین اپوکسی به سطح بتن چسبانده می شود و جهت اندازه گیری نیروی لازم برای بیرون کشیدن یک قطعه بتن با جک از سطح انجام شد. عدم تنش مستقیم در شکل 4-24 به نمایش درآمده است و در صورت وجود کربناته شدن سطح یا اثر سطحی با استفاده از مغزه جزئی به عمق مناسب قابل اجتناب هستند.
شکل 4-24 روش مقاومت کششی با مغزه سطحی و جزئی
وسیله بارگذاری لیمپت با ظرفیت 10 کیلو نیوتنی به صورت تجاری موجود است تا بار کششی را از طریق میلگردهایی که به طور محوری در دیسک با قطر 50 میلی متر پیچ شده، وارد ورد. این وسیله (شکل 4-25) به سطح بتن مجاور ناحیه آزمایش مربوط است و با چرخاندن پیوسته دستگیره به صورت دستی عمل می کند و بار را به صورت دیجیتالی نمایش می دهد.
نوع معمول دیگری از سیستم بارگذاری به وسیله یک دستگاه سه پایه است که بار به صورت مکانیکی (همانطور که در شکل 4-26 مشاهده می شود) یا هیدرولیکی اعمال می شود. علیرغم تغییرات گسترده در سرعت بارگذاری و تنظیمات واکنش میان سیستم های مختلف، نویسندگان نتیجه گرفته اند که بعید است نتایج تحت تاثیر قرار گرفته باشد در صورتی که شفایت کافی میان دیسک و نقاط واکنش وجود دارد. نیاز به توجه قابل ملاحظه ای در مهیاسازی سطح بتن از طریق سنباده و گریس وجود دارد تا از اتصال مناسب چسبنده، اطمینان حاصل شود که ممکن است احتیاج به عمل آوری به مدت 5/1 تا 24 ساعت با توجه به ماده و شرایط دارد. در سطوح مرطوب، ممکن است دشواری هایی وجود داشته باشد.
شکل 4-25 تجهیزات لیمپت
شکل 4-26 دستگاه سه پایه هیدراجاز
آیین نامه بتن انگلیس قسمت 207 الزام می کند که متوسط 6 آزمایش معتبر استفاده شود و اینها باید محور حداقل دو قطر دیسک جدا از هم باشند. به نظر می رسد سختی دیسک پارامتری مهم است و محدود کردن نسبت ضخامت به قطر بستگی به ماده مورد استفاده خواهد داشت. این امر در شکل 4-27 نمایش داده شده است که از آن می توان مشاهده کرد که برای اطمینان از توزیع یکنواخت تنش و پس از آن حداکثر بار شکست، ضخامت دیسک فولادی باید 40 درصد قطر باشد در حالی که برای آلومینیوم این ضخامت 60 درصد است. این یافته های تجربی توسط تحلیل اجزا محدود پشتیبانی شده است.
مقاومت کشی اسمی بتن برپایه دیسک محاسبه می شود که می تواند با استفاده از یک نمودار کالیبراسیون مناسب برای بتن به مقاومت فشاری تبدیل شود. این کالیبراسیون با توجه به استفاده یا عدم استفاده از مغزه متفاوت است و آزمایش های مغزه ای عموماً نیازمند نیروی مقاومت کششی کمتری هستند. مغزه جزئی سطح شکست را به پایین تر در جان بتن انتقال می دهد اما عمق مغزه نیز می تواند مطابق شکل 4-28 ضروری بوده و همواره باید از 20 میلی متر تجاوز کند. واضح است که باید در هنگام استفاده از مغزه جزئی از فولاد تقویتی اجتناب شود. ضریب تغییرات 9/7 درصد برای آزمایش با دامنه مقاومت پیش بینی شده به واقعی بین 85/0 و 25/1 مربوط به نمونه های مکعبی سیمان پرتلند 150 میلی متر توسط لانگ و مورای گزارش شده که از میانگین سه نتیجه آزمایش استفاده می کند.
شکل 4-27 اثرات نوع دیسک و ضخامت آن
شکل 4-28 اثرات مغزه گیری جزئی
یک نمودار کالیبراسیون نمونه در شکل 4-29 آورده شده است و ادعا می شود که فاکتورهایی چون عمر، نوع و اندازه مصالح، هوادهی، تنش فشاری و عمل آوری تنها اثرات حاشیه ای بر آن دارند. آزمایش های میدانی گسترده تر در حین ساخت یک پارکینگ چند طبقه نیز با موفقیت انجام شده است. آیین نامه بتن انگلیس قسمت 207 پیشنهاد می کند که باید رابطه مقاومت برای بتن تحت مطالعه ایجاد شود و اینکه سایت از یک موقعیت احتمالاً ضریب تغییرات حدود 10 درصد دارد. دقت پیش بینی های مقاومت تحت شرایط آزمایشگاهی حدود %15± (حدود اطمینان 95 درصد) احتمالی است.
نویسندگان نشان دادند که برای انواع مختلف مصالح سبک روابط جداگانه مورد نیاز است (شکل 4-30) و این به دلیل نسبت های مختلف مقاومت کششی به فشاری با آنهایی که برای مصالح طبیعی هستند متفاوت است.
شکل 4-29 رابطه آزمون چسبندگی/مقاومت برای مصالح طبیعی
شکل 4-30 روابط مقاومت معمول برای مصالح سبک
می توان اشاره کرد که در یک سطح مقاومت داده شده مقادیر نیروی کششی برای مصالح سبک بیشتر از مصالح طبیعی است. در درجه اول هدف از این آزمایش تعیین مقاومت در محل به صورت برنامه ریزی نشده می باشد. این روش به طور خاص مناسب دارای مقطع کوچک می باشد و همچنین می تواند جهت فرآیندهای کنترلی مانند تایید آزمایش بارگذاری بر روی مجموعه ای از میله های بازرسی دائمی مورد استفاده قرار گیرد. این آزمایش همچنین می تواند برای مغزه گیری از مصالح با هدف ارزیابی مقاومت پیوستگی ذکر شده در بالا، کاربرد ویژه ای داشته باشد.
این ناحیه جایی است که منافع صنعتی قابل توجه را دریافت می کند و بسیاری از مشخصات تعمیر در حال حاضر نیاز به آزمایش به عنوان قسمتی از مراحل کنترل کیفیت دارند. در چنین مواردی معمول است که حداقل تنش مقاومت کششی اختصاص داده می شود و بنابراین ضروری است که مراحل آزمایش با دقت مشخص و استاندارد شوند. به تازگی یک دستگاه انتقال اصطکاک جدید معرفی شده که در آن یک مغزه جزئی به صورت فیزیکی گرفته شده تا از مشکلات چسبندگی دیسک اجتناب شود. سپس یک بار پیچشی با گشتاورسنج اعمال می شودتا موجب یک شکست برشی در مغزه یا در رابط میان لایه و ماده تعمیری شود.
روش های گسیختگی
روش نروژ
جاناسون استفاده از نوعی روش گسیختگی که در نروژ رواج یافته را گزارش داده است. این روش در درجه اول به عنوان یک آزمایش کنترل کیفیت در نظر گرفته شد و مقاومت خمشی در یک صفحه به صورت موازی و در فاصله ای مشخص از سطح بتن، به طور مستقیم تعیین می کند. یک قالب لوله ای یکبار مصرف به درون بتن تازه وارد می شود یا روش دیگر یک سوراخ شکل دار را می توان ایجاد کرد تا ترکی از نوع تصویر 4-31 شکل گیرد. حفره ای که پس از برداشتن اینزرت برجای مانده توسط نیروی عرضی برسطح بالایی جدا می شود. این نیرو به صورت هیدرولیکی با استفاده از دستگاه قابل حمل ویژه به نام تی ان اس ایجاد می شود.
شکل 4-31 روش گسیختگی
مقاومت جداسازی محاسبه شده از نتایج تا رابطه خطی با مدول گسیختگی اندازه گیری شده در نمونه ها با مقادیر 30 درصد بیشتر از میانگین نشان داده شده است. کریستیانسون و همکارانش رابطه های میان مقادیر و مقاومت های کششی خمشی و نسبت آب به سیمان، سن، خزش و نوع سیمان را نیز بررسی کرده اند. مقادیر حاصله برای قرارداد سنگ فرش کردن فرودگاه، ضریب تغییرات 4/6 درصد را برای نمونه های آزمایشگاهی و 6/12 درصد را برای سازه ای نشان داده است. مقادیر نظیر در سایت های ساخت و ساز دیگر به دست آمده است. پیشنهاد می شود که میانگین نتیجه 5 آزمایش از نظر تنوع بالا در آزمایش استفاده شود. آیین نامه بتن انگلیس قسمت 207 به عنصر بتنی با ضخامت حداقل 100 میلی متر با حداقل فاصله یا فاصله لبه از وجه بیرونی شیار معادل چهار برابر حداکثر اندازه مصالح کوچکتر از mm 50 دارد. واضح است که میلگردهای تقویتی نباید استفاده شود و برای اینکه از فشردهسازی و عمل آوری در موقعیت های آماده شده آزمایش معرف بدنه اطراف بتن اطمینان حاصل شود، دقت خاصی مورد نیاز است.
اثبات شده است که این روش سریع و ساده است و هر آزمایش کمتر از دو دقیقه طول می کشد و نتایج زیاد متاثر از وضعیت سطح یا انقباض های موضعی و اثر حرارتی نیست. رابطه با مقاومت فشاری که دامنه وسیعی از بتن را پوشش می دهد ایجاد شده است اما احتمالاً نسبت به رابطه مقاومت کششی از نظر فاکتورهای موثر بر نسبت مقاومت کششی به فشاری کمتر مورد اطمینان است. تخمین مقاومت فشاری ظرف %20± باید با کمک کالیبراسین های مناسب امکان پذیر باشد. این روش خصوصاً برای بتن خیلی تازه در نظر گرفته می شود و گرچه ناحیه آسیب دیده برجای می گذارد، به عنوان آزمایش کنترل کیفیت سازه ای که در آن مقاومت کششی اهمیت دارد، مقبولیت می یابد.
آزمایشگاه بتن کلینیک بتن ایران
هر چند از آزمایش فشرده سازی مغزه ها سریع تر است، استفاده از نتایج برای تخمین مقاومت بتن با سن زیاد نامطمئن است مگر اینکه نسبت به کالیبراسیون خاصی وجود داشته باشد. تجربه میدانی در موقعیت های مختلف را کارسون و همکارانش گزارش داده اند. نیک نیز تجربه میدانی را بررسی کرده است و نشان داده است که مصالح خرد شده مقاومتی حدود 10 درصد بیشتر از مصالح گرد می دهند و اینکه آزمایش های سوراخ کاری نتایجی 9 درصد بیشتر از زمانی که یک غلاف به درون بتن تازه وارد می شود ارائه می دهد. با این وجود استفاده های اخیر در جهان بسیار محدود شده و استاندارد ASTM مربوطه در سال 2002 برداشته شد.
آزمون گشتاور استال
این روش که در سال 1985 مطرح شد به منظور بهبود بخشیدن به تغییرات مواجه شده با دیگر روش ها و مجاز دانستن آزمایش د�� عمق های بیشتر زیر سطح نسبت به روش های مقاومت کششی یا مقاومت نفوذپذیری در نظر گرفته شد. یک محور گیره ای استوانه ای با 18 میلی متر ضخامت و قطر 35 میلی متر به صورت قابل برداشت به یک بولت پیچشی 19 میلی متری با حداقل طول 51 میلی متر متصل می شود و در عمق مورد نیاز به درون بتن ریخته می شود. یک نوار تراکم پذیر به پیرامون آن چسبانده می شود به جز دو سطح بست که به صورت متقارن شعاعی در جهت مخالف گسترش یافته اند و به طور مستقیم در برابر ملات بتن تاب می آورند. یک شبکه آهنی کوچک از نفوذ ذرات بزرگ مصالح به نوک ملات جلوگیری می کند که با اعمال گشتاور به بولت به وسیله آچار پیچشی معمولی می شکند.
حدامثر بار با مقاومت فشاری ارتباط داشته و ملات در معرض تنش فشاری نیمه محدود است که منجر به شکست فشاری یا برشی می شود. در آن زمان اطلاعات محدودی وجود داشت که رابطه خطی مورد اطمینان با مقاومت استوانه در دامنه N/mm2 34-7/6 را نشان می داد که البته تحت تاثیر نوع مصالح، جایگزین های سیمان و مواد افزودنی قرار می گرفت. تغییر پذیری و دقت به طور مطلوب با دیگر روش های بحث شده در این بخش مقایسه می شود که نتایج آن براساس میانگین حداقل سه آزمایش می باشد. ارزش اصلی این روش در کنترل از پیش طراحی شده پیشرفت مقاومت سازه ای در محل می باشد. پیش از کاربرد تجاری این روش، مطالعه بیشتر در مورد عوامل موثر بر روابط مقاومت مورد نیاز است.
آزمون های نیمه مخرب بتن در ایران
روش پشت بند برشی
این روش آزمایشی قدیمی برای کنترل کیفیت بتن پیش ساخته در شوروی سابق است که توسط لچینسکی و همکارانش توضیح داده شد، این روش در حال حاضر در هیچ جای جهان مرسوم نیست. یک جک هیدرولیک دستی که برای برش گوشه ای از عنصر به کار می رود به عنصر خطی با حداقل ضخامتی برابر 170 میلی متر متصل می شود. بار موضعی بر طولی برابر با 30 میلی متر در زاویه ای معادل 18 درجه با سطح و در فاصله 20 میلی متری از لبه وارد می شود. بنابراین مجموعه ای از فولاد تقویتی (آرماتور) اثری در نتایج پوشش های طبیعی نداشته و رابطه بسیار پایداری با مقاومت ایجاد می نماید.
لیمپت آزمون