آزمون های مخرب و غيـرمخرب بتـن

آزمايش هاي بتن تازه

1. مقاومت فشاري بتن كه مهمترين آزمايش بتن تلقي مي شود. (نمونه استوانه اي و مكعبي)
2. مقاومت كششي و خمشي (تست برزيلي)
3. درصد هواي موجود در بتن (كپسول)
4. اسلامپ (رواني)

آزمايش هاي بتن سخت شده​

1.  چكش اشميت
2.  كرگيري (مغزه گيري)
3.  اشعه نگاري
4. اولتراسونيك بتن يا امواج ماوراي صوت (تشخيص خلل و فرج در بتن و ميزان يكنواختي بتن، وجود ترك ها و گاه مقاومت فشاري بتن)

انواع آزمايش هاي بتن سخت شده، جهت تعيين مقاومت فشاري بتن

آزمايش هاي غيرمخرب

در آزمايش هاي مخرب، نمونه آزمايش پس از اجراي آزمايش تخريب مي شود و ديگر نمي توان آن را مورد استفاده قرار داد. آزمايش مقاومت فشاري و كششي از اين دسته اند. در آزمايش هاي غيرمخرب مي توان بتن را در محل آزمايش كرد. آزمايش اولتراسونيك و چكش اشميت از اين دسته اند. بايد توجه داشت كه طبق استانداردهاي ارائه شده بعضي از آزمايش هاي غيرمخرب هيچ گاه نمي توانند مبناي رد يا قبولي بتن باشند ولي از نظر ارزيابي، مقايسه بتن هاي اجرا شده و همچنين كنترل و آگاهي از روند رشد مقاومت فشاري مفيد مي باشد.

آزمايش سرعت امواج ماوراء صوت (اولتراسونيك بتن) براساس استاندارد ASTM C 297

آزمايش هاي استاندارد مقاومت بتن داراي محدوديت هايي از قبيل نحوه تهيه، ساخت و عمل آوري و زمان آزمايش و همچنين در حد تراكم بتن در سازه و غيره مي باشد و نمونه هاي تهيه شده در اين روش معرف واقعي بتن در سازه نبوده و امكان بررسي دقيق خواص واقعي بتن در سازه از اين طريق امكان پذير نيست. با توجه به اينكه روش هاي تهيه خساراتي به سازه وارد ساخته و هزينه زيادي را متحمل مي شود تلاش هاي زيادي صورت گرفته كه بتوان به صورتي بدون تخريب، خواص فيزيكي بتن كه به مقاومت ارتباط دارد اندازه گيري نمود. مطالعاتي كه تاكنون به عمل آمده هيچگونه رابطه واحدي بين سرعت و مقاومت بتن بدست نداده، ضمن اينكه تحت شرايط مشخصي اين دو كميت توسط عامل مشترك وزن مخصوص بتن به هم مربوط مي شوند. نتايج نشان مي دهد كه هرگونه تغيير در وزن مخصوص منجر به تغيير در سرعت پالس در بتن مي شود. كاهش در اثر وزن مخصوص و افزايش نسبت آب به سيمان كه مقاومت فشاري بتن و هم سرعت پالس را كاهش مي دهد. سرعت هاي بسيار بالا بيانگر يك بتن بسيار خوب و سرعت هاي بسيار كم بيانگر يك بتن ضعيف مي باشد. اين دستگاه به صورت شماتيك در شكل زیر آمده است.

اين دستگاه توليد پالس هايي با فركانس كوتاه مي كند و زمان برگشت موج در بتن را روي صفحه ديجيتال نمايش مي دهد. دستگاه اولتراسونيك وسيله اي است كاملا سبك و قابل حمل و نقل، براي ارزيابي كيفيت بتن در اين دستگاه پالس هاي ماورا صوت به وسيله يك تغيير سريع در پتانسيل از يك فرستنده محرك به يك كريستال مدل پيزوالکتريك كه ارتعاشاتي با فركانس طبيعي خود ايجاد مي كنند حاصل مي شود. مبدل را در تماس مستقيم با بتن قرار مي دهيم به صورتي كه ارتعاشات آن از بتن عبور كرده و توسط مبدل گيرنده كه در تماس با سطح مقابل نمونه مورد آزمايش است گرفته مي شود. بيشترين امتياز اين روش نسبت به ساير آزمايشات غيرمخرب اين است كه پالس ها از ميان ضخامت كامل بتن عبور كرده و چون از تمام ذرات عبور مي كند عيوب عمده كار مشخص مي شود.

چكش اشميت بر اساس استاندارد ASTM C 805

اين آزمايش به نام هاي چكش بازتاب، چكش ضربه اي يا آزمايش سنجش سختي شناخته مي شود و يك روش غير مخرب براي آزمايش بتن مي باشد. آزمايش براساس اين اصل است كه بازتاب يك جرم ارتجائي به سختي سطح در مقابل جرمي كه به آن برخورد مي كند وابسته است. در چكش اشميت جرم متصل شده به فنر وجود دارد كه با كشيدن فنر تا نقطه مشخصي، مقدار انرژي ثابتي به آن داده مي شود. اين كار با فشار دادن چكش به سطح صاف بتن انجام مي شود. بعد از آزاد كردن، جرم تحت اثر بازتاب ميله چكش (كه هنوز در تماس با سطح بتن است) قرار مي گيرد و مسافتي كه توسط جرم طي مي شود و برحسب درصدي از انبساط اوليه فنر بيان مي شود، عدد بازتاب ناميده مي شود. اين مقدار توسط يك نشانه كه در طول يك مقياس مدرج است حركت مي كند، نشان داده مي شود. عدد بازتاب يك اندازه مطلق است، چون به انرژي ذخيره شده در فنر و به اندازه جرم وابسته مي باشد. مطالعات نشان داده است كه سختي سنگ ها با مقاومت فشاري تك محوري و مدول كشساني سنگ ها در ارتباط است در واقع سختي يكي از مفاهيم رايج است كه براي توصيف رفتاري سنگ ها به كار مي رود. سختي تابعي از عوامل ذاتي چون نوع كاني ها، ابعاد دانه ها، چسبندگي مرزي كاني ها، مقاومت و رفتار الاستيك و پلاستيك سنگ مي باشد. تركيب و اندركنش اين عوامل تعيين كننده سختي يك سنگ است. روش هاي متعددي براي تعيين سختي سنگ پيشنهاد شده است كه يكي از اين روش ها بكارگيري وسيله اي به نامه چكش اشميت است كه معروف به آزمايش هاي واجهشي يا ديناميكي است. در اين دسته از آزمايش ها از يك چكش يا وزنه براي ضربه زدن به سطح سنگ استفاده مي شود و ارتفاع واجهش وزنه مقياسي براي سنجش سختي است. هر گونه رفتار پلاستيك يا تغيير شكل بر اثر ضربه، انرژي الاستيك واجهش چكش را كاهش مي دهد.

اين آزمايش براي تعيين سختي سنگ و بتن با استفاده از چكش اشميت در صحرا و يا آزمايشگاه بكار مي رود. با استفاده از اين سختي مي توان خصوصيات ديگر سنگ و بتن را مانند مقاومت فشاري آن تخمين زد. اين روش كه توسط انجمن بين المللي مكانيك سنگ ISRM به صورت استاندارد درآمده است در مورد سنگ هاي خيلي نرم يا خيلي سخت داراي محدوديت هايي بوده است و نتايج قابل اطميناني ارائه نمي دهد. چكش هاي اشميتي كه جهت تخمين مقاومت فشاري بتن بكار مي رود انرژي ضربه فنر در حدود 2.207 ژول دارند كه براي سازه هاي بتني كه مقاومتي بين 10 تا 70 مگاپاسكال دارند مناسب است.

آزمايش  مخرب مغزه گيري از بتن سخت شده براساس استاندارد ASTM C42

 دستگاه مغزه گيري (core) براي نمونه هاي استوانه اي

 براي تهيه نمونه هايي كه عمود بر سطوح افقي و با مته كردن رو به پائين تهيه مي شود از مته هاي ضربه اي (shot drill) مي توان استفاده كرد. براي نمونه هايي كه در جهات ديگري غير از جهت قائم تهيه مي شود و با نمونه هايی كه قطر آنها به علت لزوم محاسبات دقيق تر مقاومت فشاري بايد به دقت بيشتري تعيين گردد از مته هاي الماسي بايد استفاده كرد.

معيارهاي نمونه گيري

الف) از بتن هنگامي مي توان نمونه گرفت که بتن به اندازه كافي سخت شده باشد كه تهيه نمونه زياني به چسبيدگي دانه ها و خمير سيمان وارد نكند به طور كلي بتن بايد حداقل 14 روز عمر داشته باشد. از نمونه هايي كه داراي نواقص غير عادي بوده و يا نمونه هایی که در حین نمونه برداري صدمه ديده باشند نبايد استفاده كرد.

ب) نمونه هايي كه براي تعيين مقاومت فشاري بكار رفته و ميله آهن (ميلگرد) در داخل داشته باشند ممكن است كه مقاومت بيشتر يا كمتري از نمونه هاي بدون آهن بدهند. در صورت امكان بايد از استفاده از اين نمونه ها حذر كرده و يا اينكه نمونه را تراشيد تا آهن حذف گردد. بشرط آنكه نسبت طول به قطر نمونه حاصله از يك كمتر نشود.

نمونه مغزه گيري (core)

الف) نمونه هاي استوانه اي كه عمود بر سطوح افقي گرفته مي شوند بايد طوري باشند كه در صورت امكان محور استوانه عمود بر سطوح اوليه ريختگي بتن و نزديك اتصالات و لبه هاي واحدهاي بتن ريزي نباشد. نمونه هايي كه عمود بر سطوح قائم گرفته مي شوند حتي الامكان بايد از لبه ها وكناره هاي واحدهاي بتن ريزی دور باشند.

ب) اخذ حداقل يك نمونه از هر قسمت سازه با قطر 15 سانتي متر و ارتفاع 30 سانتي متر و براي ساير مغزه هاي كوچكتر از 15 سانتيمتر اخذ حداقل 3 نمونه.

تعيين مقاومت فشاري

الف) نمونه آزمايش: قطر نمونه براي تعيين مقاومت فشاري بايد حداقل سه برابر حداكثر قطر دانه هاي درشت مصرف شده در بتن و يا حداقل دو برابر حداكثر دانه هاي درشت مجاز باشد. بهتر است كه حتي الامكان طول نمونه بعد از اندود capped سطوح انتهايي (سر و ته) تا حد امكان دو برابر قطر بوده باشد. نمونه اي كه طول آن قبل از پوشش سطوح انتهايي از 95 درصد قطر و بعد از پوشش سطوح انتهايي از قطر كمتر باشد قابل قبول نيست.

ب) پوشش سطوح انتهايي (سروته): اين سطوح بايد مسطح و عمود به محور طولي استوانه بوده و داراي قطر مساوي قطر بدنه باشند، در صورت لزوم بايد سطوح انتهايي را اره كرده و يا تراشكاري كرد تا مشخصات مورد لزوم زير بدست آيد.

پ) برآمدگي سطوح: برآمدگي روي سطوح انتهايي نبايد بيش از 5 ميليمتر از سطوح انتهايي باشد.

ث) زاويه سطوح انتهايي با صفحه عمود بر محور طولي نبايد بيش از 5 درجه باشد.

ج) اقطار سطوح انتهايي نبايد بيش از 0.1 اينچ و يا 2.5 ميليمتر با قطر متوسط نمونه اختلاف داشته باشند.

اندود (capping)

• قبل از آزمايش مقاومت فشاري، سطوح سر و ته بايد بر اساس روش ASTM C617 اندود گردد. براي انجام اين كار از مخلوط گوگرد و ماسه كه در دماي مناسب ذوب شده استفاده مي شود.
• سطوح اندود شده بايد مسطح بوده و مشخصات ASTM C192 را تامين كند.

عمل آوري نمونه ها

الف) نمونه ها را قبل از آزمايش بايد در آب اشباع با آهك (3 گرم آهك شكفته در هر ليتر آب) در حرارت 3+73.4 فارنهايت (1.7+23 سانتيگراد) براي 40 ساعت غوطه ور كرد.

ب) نمونه بايد سريعاً بعد از بيرون آوردن از آب مورد آزمايش قرار گيرد. در فاصله بيرون آوردن نمونه از آب و آزمايش، نمونه بايد با پارچه خيس از جنس كرباس و يا هر پارچه مناسب ديگري پوشيده شود.

پ) در صورتيكه متقاضي آزمايش، شرايط آزمايش را به نحو ديگري غير از غوطه ور كردن در آب به مدت 40 ساعت توصيه كند، نمونه ها را مي توان بر آن اساس آزمايش كرد.

ت) تصحيح لازم براي نسبت طول به قطر براي نمونه هاي خشك به مقدار قابل توجهي، با مقادير نظير نمونه هاي غوطه ور شده در آب متفاوت به نظر مي رسد.

ث) اين تصحيحات براي نمونه هاي خشك كاملا روشن نشده و از اين رو توصيه مي گردد كه در مورد نمونه هاي خشك طول نمونه دو برابر قطر آن باشد كه در اين صورت به ضريب تصحيح نيازي نخواهد بود.

اندازه گيري

الف) قبل از آزمايش، طول نمونه اندود شده بايد با دقت 0.1 اينچ و يا (2.5 ميليمتر) اندازه گيري شود. متوسط قطر نمونه با مغزه گيري قطر حدود وسط نمونه و دو اندازه گيري كه يكي با ديگري 90 درجه زاويه داشته باشد، بايد تعيين گردد اين اندازه بايد در صورت امكان با دقت 0.1 اينچ (2.5 ميليمتر) باشد ولي به هر صورت بايد دقت كمتر از 0.1 اينچ نباشد.

ب) بيشتر نمونه هايي كه با مته هاي ضربه اي تهيه شده اند سطوح كاملا صيقلي نداشته و دقت بيش از 0.1 اينچ در تعيين قطر نمونه ندارد.

آزمايش مقاومت فشاري

آزمايش بايد بر اساس متد ASTM C39 براي آزمايش مقاومت فشاري نمونه هاي سيلندري انجام گيرد.

محاسبات

الف) مقاومت فشاري هر نمونه براساس سطح متوسط اندازه گيري شده (كه در بالا توضيح داده شده) محاسبه مي گردد. اگر نسبت طول به ارتفاع نمونه ها بيشتر از 2.1 باشد بايد در طول آن كاهش داد بطوريكه طول به قطر L/D در داخل محدوده 1.94 تا 2.1 قرار گيرد كه در اينصورت نيازي به تصحيح مقاومت فشاري نيست، هرگاه نسبت طول به قطر نمونه از 1.94 كمتر باشد مقاومت فشاري محاسبه شده در ضريب تصحيح جدول (1) ضرب مي گردد.

جدول- تعيين ضريب تصحيح مقاومت فشاری نمونه های کر گرفته شده بتن که نسبت ارتفاع به قطر 1 به 2 می باشد

ب) اين ضرايب را مي توان در بتن هاي سبك وزن بين 1600 تا 1920كيلوگرم در مترمكعب و بتن هاي معمولي به كار برد.

ضريب اصلاح ميلگرد

وجود ميلگرد عرضي در بتن باعث كاهش مقاومت بتن مي گردد و بايستي مطابق فرمول زير اصلاح گردد.

مقاومت اصلاحي = مقاومت × (1+1.5 (∑ D_i h_i /D_c h_c)) كه در آن D_i h_i به ترتيب فاصله محور آرماتور تا نزديك ترين انتهاي مغزه و قطر آرماتور و D_c h_c  به ترتيب ارتفاع و قطر مغزه میباشد.

معيار پذيرش مقاومت فشاري مغزه بتن بر طبق آيين نامه آبا

الف) مقاومت فشاري هيچ كدام از مغزه ها به تنهايي نبايستي از 75 درصد مقاومت مشخصه كمتر باشد.

ب) ميانگين مقاومت فشاري 3 مغزه نبايستي از 85 درصد مقاومت مشخصه كمتر باشد.

نتیجه گیری:

1. گرفتن مغزه (کرگیری) از بتن سخت شده توسط دستگاه مغزه گیری و تعیین مقاومت فشاری آن با دستگاه جک بتن شکن یکی از مطمئن ترین روشهای تعیین مقاومت فشاری بتن می باشد که در آیین نامه آبا هم به آن اشاره شده است.
2. آزمایش اولتراسونیک بتن و چکش اشمیت از جمله آزمایش های غیر مخرب بتن هستند که با سرعت بالا و دقت مناسب جهت ارزیابی و مقایسه بتن های اجرا شده و همچنین کنترل و آگاهی از روند رشد مقاومت فشاری بتن مفید می باشند. باید توجه داشت که طبق استانداردهای ارائه شده آزمایش چکش اشمیت به تنهایی نمی تواند مبنای رد یا قبولی بتن باشد.
3. در آزمایش اولتراسونیک بتن با توجه به اینکه امواج ماورای صوت از تمام ضخامت بتن عبور می نماید نتایج بهتری نسبت به چکش اشمیت که محدود به بتن سطحی می باشد ارائه می دهد.
4. هزینه آزمایش های غیر مخرب بتن به مراتب پایین تر از هزینه آزمایشات مخرب بتن (مغزه گیری) می باشد.
5. دستگاه آزمایش های غیر مخرب بتن غالبا کم و به راحتی قابل جابجایی هستند

مراجع:

1. تکنولوژی بتن انتشارات علم و صنعت
2. استانداردها و دستورالعمل های آزمایشات مکانیک خاک وزارت راه و ترابری مطابق با استاندارد های ASTM, BS, AASHTO
3. مجموعه استانداردای ترجمه شده شرکت مادر تخصصی آزمایشگاه مکانیک خاک
4. آیین نامه بتن ایران (آبا)
5. استاندارده آزمایش چکش اشمیت ASTM C 805