مقدمه
آزمایشات کیفی روی بتن به عنوان بخشی از کنترل کیفیت سازه های بتنی انجام می شود. برای اطمینان از کیفیت بتن تهیه شده برای مشخصات خاص ، از تست های مختلف کیفیت بر روی بتن مانند آزمون مقاومت فشاری ، آزمایش اسلامپ ، آزمایش نفوذ پذیری و غیره استفاده می شود. این آزمایشات کیفی روی بتن ایده ای در مورد خصوصیات بتن مانند مقاومت ، دوام ، محتوای هوا ، نفوذ پذیری و غیره ارائه می دهد و ویژگی های کیفی مربوط به آن را تعیین می کند. از این رو انجام آزمایش برای تعیین کیفیت خود بتن امکان پذیر نیست. ما باید مجموعه ای از آزمایشات را انتخاب کنیم که بتواند در مورد کیفیت بتن خوب قضاوت کند. آزمون کیفیت اولیه تنوع مشخصات بتن را از مشخصات مورد نیاز و استاندارد بتن تعیین می کند. آزمایشات کیفی اطمینان حاصل می کند که بتن با بهترین کیفیت در محل قرار گرفته است تا اعضای سازه بتونی با مقاومت مطلوب حاصل شود. سیمان به عنوان ماده چسباننده در بتن نفش موثری در کیفیت مطلوب بتن دارد.
وقتی می خواهیم در مورد آزمایش سیمان بحث کنیم ، باید در مورد منظور از “سیمان” روشن باشیم. به سختی می توان یک تعریف واحد را تعیین کرد و نمی توان سیمان را فقط یک ماده دانست.
در یک تعریف کلی ، سیمان هیدرولیکی پودری است که وقتی با آب مخلوط می شود ، تحت واکنش شیمیایی به نام هیدراتاسیون قرار می گیرد. خمیر سیمان با گذشت زمان سخت می شود و قدرت می گیرد. سیمان پرتلند رایج ترین نوع سیمان هیدرولیکی است و اساس بیشتر مواد سیمانی مورد استفاده برای بتن ، ملات و دوغاب است.
آزمایشات زیر در آزمایشگاه بر روی سیمان انجام می شود به شرح زیر است:
بلین مدت ها توسط آزمایش غربال کنترل می شد ، اما اکنون روش های پیچیده تری به طور گسترده ای استفاده می شود. متداول ترین روش که هم برای کنترل فرآیند آسیاب و هم برای آزمایش سیمان تمام شده استفاده می شود ، با تعیین میزان عبور هوا از بستر سیمان ، سطح سطح واحد سیمان را اندازه گیری می کند. روشهای دیگر به اندازه گیری توزیع اندازه ذرات توسط میزان رسوب سیمان در نفت سفید یا با شستشو (جداسازی) در جریان هوا بستگی دارد.
سیمان پس از گیرش ، نباید تحت انبساط قابل ملاحظه ای قرار گیرد ، که این امر می تواند یک ملات یا بتن را مختل کند . این خاصیت با قرار دادن سیمان گیرش شده در معرض جوشاندن آب یا بخار فشار بالا آزمایش می شود. این موضوع می تواند از وجود بیش از حد منیزیم آزاد در سیمان یا آهک آزاد سفت حاصل شود.
گیرش و سخت شدن سیمان یک فرآیند مداوم است ، اما دو نکته برای اهداف آزمایش از یکدیگر تفکیک می شوند. زمان گیرش اولیه فاصله بین اختلاط سیمان با آب و زمانی است که مخلوط خاصیت خود را از دست داده و تا حدی سفت می شود. این تقریباً پایان دوره ای است که می توان مخلوط مرطوب را به شکل قالب درآورد. زمان نهایی گیرش نقطه ای است که سیمان گیرش شده استحکام کافی برای مقاومت در برابر فشار تعریف شده خاص را بدست آورده است. بیشتر مشخصات به حداقل زمان گیرش اولیه در دمای معمولی حدود 45 دقیقه و زمان گیرش نهایی بیش از 10 تا 12 ساعت نیاز دارند.
آزمونهایی که میزان مقاومت سیمان را اندازه می گیرند معمولاً بر روی ملات انجام می شوند . ملات معمولاً از یک قسمت سیمان تا سه قسمت شن و ماسه تشکیل می شود ، وزنی که با مقدار مشخصی از آب مخلوط می شود . آزمایشات کششی بریکت ، که مانند شکل هشت ضخیم شده در مرکز است ، قبلاً استفاده می شده است اما با آزمایشهای فشاری روی نمونه های مکعبی یا آزمایشات عرضی منشورها جایگزین یا تکمیل شده است. مشخصات انجمن آزمایش و مواد آمریکایی (ASTM) نیاز به آزمایشات کششی روی ملات ماسه سیمان 1: 3 و آزمایشات فشاری روی ملات 1: 2.75 دارد . موسسه استاندارد انگلیس (BSI) به عنوان گزینه های آزمایش فشرده سازی روی هاون 1: 3 یا روی نمونه بتنی آزمایش می کند . یک روش بین المللی که توسط سازمان بین المللی استاندارد (ISO) صادر شده است ، نیاز به آزمایش عرضی روی منشور ملات ماسه سیمان 1: 3 دارد و پس از آن آزمایش فشاری روی دو نیمه منشور که پس از شکستن در خم شدن باقی مانده است ، انجام می شود. بسیاری از کشورهای اروپایی این روش را در پیش گرفته اند. در همه این آزمایشات درجه بندی اندازه شن و ماسه و معمولاً منبع آن مشخص شده است.
در آزمایش اکثر سیمان ها ، حداقل مقاومت در 3 و 7 روز و گاهی 28 روز مشخص شده است ، اما برای سفت شدن سریع سیمان پرتلند نیز آزمایش 1 روز لازم است. برای سیمان با آلومینا بالا ، آزمایشات در 1 و 3 روز مورد نیاز است.
الزامات استحکام تعیین شده در کشورهای مختلف به دلیل تفاوت در روش های آزمون ، مستقیماً قابل مقایسه نیستند. در ساخت واقعی ، برای بررسی مقاومت بتن ، آزمایشات فشاری بر روی بتن سخت شده انجام می گیرد .
معمول ترین آزمایش های کیفی روی بتن تازه عبارتند از:
1.تست های کارایی
کارایی مخلوط بتن با استفاده از آزمون قوام سنج Vee-bee ، تست ضریب تراکم و تست اسلامپ اندازه گیری می شود
2.محتوای هوا
محتوای هوا میزان کل هوای موجود در یک نمونه بتن تازه را اندازه گیری می کند اما مشخص نمی کند که محتوای نهایی هوا در محل چیست ، زیرا مقدار خاصی از هوا در حمل و نقل تلف می شود ،.
3.زمان گیرش
عمل تغییر سیمان مخلوط از حالت سیال به حالت جامد “گیرش سیمان” نامیده می شود. زمان گیرش اولیه به دوره ای گفته می شود که بین زمانی که آب به سیمان اضافه می شود و زمانی که سوزن 1 میلی متر نتواند بلوک آزمایش را تا عمق حدود 5 میلی متر از پایین قالب سوراخ کند ، تعریف می شود . زمان گیرش نهایی به عنوان دوره ای طی می شود که بین زمان افزودن آب به سیمان و زمانی که سوزن مقطع 1 میلی متر مربع با اتصال قطر 5 میلی متر در بلوک آزمایش ایجاد می شود ، تعریف می شود
معمول ترین آزمایش های کیفی روی بتن سخت شده عبارتند از:
1.مقاومت فشاری
مقاومت فشاری آزمایش مکعب بتن ایده ای در مورد تمام خصوصیات بتن ارائه می دهد مقاومت فشاری روی هسته های بتونی ، مقاومت فشاری سیلندرهای بتونی ، مقاومت فشاری مکعب های بتونی
مقاومت فشاری بتن با ریختن مکعب های بتن تازه و اندازه گیری نیروی مورد نیاز برای شکستن مکعب های بتن در فاصله زمانی تعیین شده است. مطابق با الزامات برای بتن مسلح (ACI 318) به شرطی که هیچ آزمایشی بیش از 500 psi کمتر از مقاومت طراحی نداشته باشد و میانگین سه آزمایش متوالی برابر یا بیشتر از مقاومت طراحی باشد ، بتن قابل قبول است. اگر تست های مقاومت این معیارها را برآورده نکنند ، باید گام هایی برای افزایش میانگین برداشته شود.
2.مقاومت کششی
مقاومت کششی بتن یکی از خصوصیات اساسی و مهمی است که به میزان ترک خوردگی در سازه ها بسیار تأثیر می گذارد. علاوه بر این ، بتن به دلیل خاصیت شکننده بودن از نظر کشش بسیار ضعیف است. از این رو انتظار نمی رود در برابر تنش مستقیم مقاومت کند. بنابراین ، نیروهای کششی در بتن ها ترک هایی ایجاد می کنند که از مقاومت کششی آن فراتر رود. بنابراین ، تعیین مقاومت کششی بتن برای تعیین باری که اعضای بتن در آن ترک می خورند ، ضروری است.
تست کشش بر روی بتن آزمون مقاومت کششی روی بتن را اندازه گیری می کند (ASTM C496). سیلندر تحت فشار در امتداد قطر عمودی با سرعت ثابت تا خستگی قرار می گیرد. خرابی در امتداد قطر عمودی به دلیل کشش ایجاد شده در جهت عرضی رخ می دهد.
کشش تقسیم شده توسط T = 2p / BLD محاسبه می شود که در آن :
T مقاومت در برابر کشش ،
MPa (psi) p بار در هنگام خرابی ،
N (psi) L طول نمونه ، میلی متر
D قطر نمونه ، میلی متر
مقاومت کششی از 2.5 MPa تا 31 MPa 360 psi تا 450( psi) متغیر است ، یعنی حدود 10٪ مقاومت فشاری .
3. مدول الاستیسیته
مدول الاستیسیته بتن نسبت تنش به کرنش بتن تحت اعمال بار است.
برای تعیین مدول از ASTM C469 استفاده می شود. در این روش 3-4 مرحله بارگیری لازم است. از همان نمونه استفاده می شود این روش رابطه مفیدی با مقاومت فراهم می کند. دامنه نتیجه آزمایش Gpa14تا41 و 2000 تا 6000 ksi است.
نسبت پواسون با استفاده از ASTM C469 تعیین می شود. دامنه بین 0.11 تا 0.21 بسته به سنگدانه ، رطوبت ، سن و مقاومت فشاری است.
4.تست های نفوذ پذیری روی بتن
هنگامی که بتن نفوذپذیر است ، می تواند باعث خوردگی در آرماتور در حضور اکسیژن ، رطوبت ، CO 2 ، SO 3- و Cl – و غیره شود. این تشکیل زنگ زدگی در اثر خوردگی تقریباً 6 برابر حجم لایه اکسید فولاد می شود ، که به دلیل آن ترک در بتن مسلح توسعه می یابد .
5. آزمون درجا روی بتن
آزمایشهای مختلفی وجود دارد که بر روی بتن سخت شده ، اعم از مخرب و غیر مخرب انجام شده است. بعضی از آنها آزمایش های آزمایش شکستن و آزمایش اشمیت هامر هستند.
در میان تست های ذکر شده در بالا ، دو آزمون اصلی که عمدتاً به عنوان آزمون کیفیت در نظر گرفته می شوند ، آزمون های فشرده سازی و تست های افت است. در صورت لزوم ، انجام آزمایش های تعیین دمای بتن تازه و چگالی بتن سخت شده انجام می شود.
چکش اشمیت یک آزمایش غیر مخرب است که روی بتن سخت شده انجام می شود. یک توده فنر دار به سطح بتن برخورد می کند و مقیاس اندازه گیری مجدد جرم را اندازه می گیرد. هرچه جهش بالاتر باشد ، سطح بتن سخت تر و مقاومت بتن بیشتر می شود. 10 تا 12 قرائت در هر نمونه انجام می شود. این آزمایش برای آزمایش یکنواختی بتن استفاده می شود.
دلایل انتخاب تست مقاومت فشاری و تست اسلامپ در عمل برای آزمایش کنترل کیفیت بتن عبارتند از:
1. بیشتر خصوصیات بتن مربوط به مقاومت فشاری است که با آزمایش مقاومت فشاری بدست می آید.
2. آزمون مقاومت فشاری ساده ترین ، مقرون به صرفه ترین یا با دقت ترین آزمایش قابل تعیین است.
3. تنوع بتن بهتر است با استفاده از آزمون مقاومت فشاری بررسی شود.
4. کیفیت مخلوط با استفاده از تست اسلامپ ارزیابی می شود. این مطالعه تغییرات مصالح ساختمانی را در این ترکیب بررسی می کند. این آزمایشات بر روی نسبت آب و سیمان مخلوط بتن متمرکز است.
5. انجام تست آسان است. کیفیت بتن را قبل از ریختن خیلی سریع تعیین می کند. استانداردهای جاگذاری طبق کدهای عملیاتی مربوطه توصیه می شود.
6. تست اسلامپ در مکانی انجام می شود که نیازی به هیچگونه ترتیب آزمایشگاهی یا دستگاه تست گران قیمت ندارد. از این رو این آزمون اقتصادی است.
7. ما تست را قبل از ریختن در قالب انجام می دهیم. از این رو اگر مشکلی در کیفیت بتن وجود داشته باشد ، می توان بتن آزمایش شده را رد کرد. این امر می تواند به یک عضو سازه معیوب و جلوگیری از برچیدن و تعمیر در آینده کمک کند.