بتن یكی از رایج‌ترین مصالح مورد استفاده در صنعت ساختمان سازی است كه در سازه‌های مختلف به‌ کار می‌رود از این رو بایسته است كه پیش از استفاده، تست شده و مورد ارزیابی قرارگیرد. یكی از این آزمایش‌ها سنجش میزان مقاومت بتن است كه از طریق روش‌های مخرب و غیر مخرب قابل اندازه ‌گیری و پایش است.

از روش‌های مخرب می‌توان بیرون کشیدگی (Pull Out)، پاره شدگی  (Pull off)و مغزه گیری را نام برد. روش‌های غیر‌مخرب نیز شامل آزمایش التراسونیک و چکش اشمیت می‌باشد. در انتخاب روش‌های مختلف تست بتن فاكتورهایی همچون هزینه، زمان و دقت آزمایش را می‌توان مد نظر قرار داد.

ضرورت تست مقاومت بتن در محل

تا همین چند سال اخیر سنجش مقاومت فشاری بتن با استفاده از نمونه های استاندارد مکعبی و استوانه ای شکل متداول‌ترین آزمایش بتنی بود که بر روی بتن اجرا می‌شد. اما ممکن است میزان مقاومت این نمونه‌‌های قالب گیری شده تحت تاثیر عواملی از قبیل تراکم‌های متفاوت بتن، روش گزینش نمونه ها،  اختلاف در كیورینگ و… با بتن‌های به كار رفته در سازه یكسان نباشد.

به علاوه گاهی جهت مقاوم سازی سازه‌ها، بازسازی یا افزودن طبقات جدید به ساختمان بتنی، تغییر در نوع كاربری و حتی پیش‌بینی رفتار سازه در برابر زمین لرزه لازم است بتن استفاده شده، مورد آزمایش قرار‌گرفته و درصورت نیاز ترمیم و بازسازی گردد. به همین دلیل نیاز به انجام آزمایش بتن در محل سرویس دهی بیش از پیش احساس می‌شود.

انواع روش های آزمایش بتن چیست؟

روش های تست و آزمایش بتن بر پایه‌ی پروسه‌ی اجرا، به دو دسته‌ی كلی روش‌های غیر‌‌مخرب(NDT) و روش‌های مخرب (DT) تقسیم‌بندی می‌شوند.

تست‌های غیر‌مخرب

تست‌های غیر‌مخرب به گونه‌ای انجام می‌شود كه می‌توان اطلاعات لازم در ارتباط با میزان مقاومت پایداری عضو سازه ای و همچنین تغییرات در خواص مصالح نسبت به زمان را بدون ایجاد تخریب در عناصر و اعضای بتنی، با انجام مكرر آزمایشات بر روی عضو به دست آورد.

ذکر این نكته لازم است که دستیابی به مقاومت فشاری اعضای بتنی مستلزم ایجاد تنش های تخریبی بر روی اعضای بتنی است و تنها در صورت ایجاد این تنش ها به طور مستقیم بر روی عضو می‌توان مقاومت فشاری بتن را به دست آورد.

روش های غیر مخرب آزمایش بتن

• تست چکش اشمیت (Schmidt hammer)

 
در سال 1975 مهندسی سوییسی به نام ارنست اشمیت آزمایشی ساده را طراحی كرد كه چكش اشمیت یا چكش سوئیسی نام گرفت. این آزمایش بر اساس اندازه‌ گیری نیروی بازگشتی پس از برخورد با سطح جسم مورد نظر است.

درون چکش اشمیت یک میله فولادی و یك وزنه‌ی متصل به فنر تعبیه شده‌است. روش كار با چكش به این صورت است كه ابتدا میله‌ی فلزی را با سطح صاف بتن در تماس قرار می‌دهند سپس فنر را تا نقطه‌ی مشخصی می‌كشند  با این كار مقدار ثابتی انرژی به وزنه داده می‌شود كه با آن به میله ضربه می‌زند. پس از ضربه زدن مقدار بازتاب شده، بر روی شاخص متصل به وزنه نمایان می‌شود. عدد برگشت درواقع همان مسافت طی شده‌ی وزنه حین برگشت است که نتایج بر اساس آن گزارش می‌شود. عدد به دست آمده در منحنی‌های کالیبراسیون قرار داده می‌شود و در نهایت می‌توان میزان مقاومت فشاری بتن به دست اورد.

از آنجایی كه میزان سختی سطح بتن وابسته به راستای قرار گیری چکش است انجمن بین المللی مکانیک سنگ پیشنهاد می‌كند که چکش در یکی از سه وضعیت افقی، قائم به سمت بالا و یا قائم به سمت پایین نگه داشته شود.

روش های غیرمخرب آزمایش بتن تست چكش اشمیت

• تست التراسونیک (Ultrasonic)

 
تست التراسونیک یا سرعت امواج پالسی فراصوت بر پایه‌ی اندازه گیری سرعت عبور امواج پالسی فراصوت عبور داده شده از بتن است. این آزمایش بتن به روش‌های انتقال مستقیم، نیمه مستقیم و سطحی انجام می‌شود و تفاوت آن‌ها در نحوه‌ی تعبیه‌ی مولدها است.

در میان این سه، انتقال مستقیم را می‌توان مناسب‌ترین روش برای انتقال امواج برشمرد چرا كه در این حالت امواج از درون بتن عبور داده می‌شوند و در مقایسه با حالت‌های دیگر از دقت بیشتری برخوردار است.منحنی کالیبراسیون نیز بر اساس نتایج به دست آمده از مقاومت فشاری نمونه‌های استاندارد و سرعت امواج التراسونیک تهیه می‌شود.

در انجام این آزمایش لازم است مواردی كه می‌توانند در نتیجه‌ی تست تغییر ایجاد كنند را مد نظر قرارداد برای نمونه نوع سنگدانه‌ها یكی از عواملی است بر روی منحنی کالیبره بسیار موثر است. رطوبت یكی دیگر از مواردی است كه مقاومت فشاری را در آزمایش التراسونیک تحت تاثیرقرار می‌دهد به گونه‌ای که تست اجرا شده بر روی نمونه های مرطوب، مقاومت کمتری را نسبت به مقاومت واقعی سازه نشان می‌دهد.

از طرفی سرعت نفوذ امواج در مواد گوناگون، متفاوت است. برای مثال سرعت نفوذ پالس در بتن حدود   فولاد است به همین دلیل لازم است سنجش سرعت پالس در محل‌هایی انجام شود كه فاقد آرماتور باشد.

روش های غیرمخرب آزمایش بتن تست التراسونیك

تست های مخرب

در تست های مخرب بتن پارامترهایی اندازه گیری می‌شود كه با استفاده از منحنی های کالیبراسیون، می‌توان از این داده‌ها به منظور محاسبه‌ی مقاومت فشاری استفاده كرد. آزمایش های بتنی مخرب به گونه‌ای است كه بدون ایجاد خلل در كاركرد بتن و با تخریب اندك در المان‌های سازه، مقاومت بتن مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.

از آنجایی كه آسیب‌های جزئی به المان های بتنی جزء جدایی ناپذیر این دست آزمایش‌ها می‌باشد، لازم است كه تمامی مراحل از طراحی تا اجرای تست ها با دقت انجام شود. در این صورت همواره امكان ترمیم قسمت های تخریب شده وجود دارد كه این امر از تحت تاثیر قرار گرفتن سازه جلوگیری می‌كند.  تست‌های مخرب بتن از اعتبار بیشتری نسبت به تست های غیر مخرب برخوردار هستند چرا كه مستقیما داده‌هایی را به ما می‌هند که با مقاومت بتن مرتبط هستند.

روش های مخرب آزمایش بتن

• تست مغزه گیرییا کرگیری (Concrete Core)

مغزه گیری یكی از آزمایشات در محل است كه از تست‌های نیمه مخرب محسوب می‌شود. اگرچه كرگیری در مقایسه با دیگر تست‌ها گران‌تر است و زمان بیشتری می‌برد اما یکی از دقیق‌ترین روش ها محسوب می‌شود. مطالعات بسیاری در این زمینه انجام شده كه قابلیت اطمینان این روش را تایید می‌كند.

روش آزمایش مغزه گیری به این صورت است كه با استفاده از یك مته الماسی نمونه های استوانه‌ای شكلی را از بتن اجرا شده جدا كرده و آن را مورد آزمایش قرار می‌دهند.قطر مغزه‌هایی که در تست مقاومت فشاری مورد استفاده قرار می گیرند، می‌توانند متفاوت باشند. براساس استانداردASTM  توصیه می‌شود از قطرهای ۱۰۰ و ۱۵۰ میلی‌متر استفاده گردد.

البته در برخی کشورها همچون آلمان و سوئیس مغزه‌هایی با قطر ۵۰  و ۷۵ میلی‌متر نیز مجاز شناخته شده‌اند. مطالعات انجام شده حاكی از آن است كه قطر مغزه در مقاومت اندازه گیری شده به قدری ناچیز است كه حتی قابل چشم پوشی است.

در بسیاری مواقع مقاومت اندازه گیری شده مغزه‌ها از مقاومت نمونه های استاندارد كمتر است، این اختلاف می‌تواند به علت متفاوت بودن شرایط کارگاهی با محیط آزمایشگاهی و یا در نتیجه عملیات حفاری ایجاد شده باشد.

• تست بیرون کشیدگی(Pull Out)

این آزمایش به این صورت است كه یک میله فلزی که به یک دیسک فولادی دایره‌ای شكل (با قطر ۲۵ میلی‌متر و ضخامت ۵/۸ میلی متر) متصل شده را در عمق ۵/۲ سانتی‌متری سطح بتن قرار می‌دهند در حین آزمایش بتن، میله‌ی فلزی از دیسک و بتن خارج شده و به جای آن یک پیچ فولادی سخت جایگزین می‌شود

. پس از آن جک هیدرولیکی دستی که دارای یک تکیه گاه حلقوی می‌باشد را بر روی سطح مورد نظر بتن قرار می‌دهند سپس مهره تعبیه شده در زیر جک به پیچ فولادی متصل شده و نیروی کششی معادل ۶۰-۱۰ کیلو نیوتن را به پیچ وارد می‌كنند.

با اندازه‌گیری نیروی مورد نیاز جهت خارج كردن دیسک فولادی، نیروی بیرون کشیدگی به دست می‌آید كه این مقدار در یك رابطه خطی با مقاومت فشاری بتن قرار دارد. مطالعات انجام شده نشان می دهند که نوع سیمان استفاده شده، نسبت تركیب آب و سیمان، شرایط عمل آوری و اندازه سنگ‌دانه‌ها تاثیر چندانی بر نتایج به دست آمده نخواهد گذاشت.

روش های مخرب آزمایش بتن تست بیرون کشیدگی

• آزمایش پاره شدگی (Pull Off)

مقدار نیروی کششی اعمال شده بر دیسك فلزی (از جنس فولاد یا آلومینیوم)، جهت خارج كردن دیسک و لایه‌ای سطحی از بتن همواره با مقدار مقاومت بتن دارای ارتباط است. متغیرهایی چون ضخامت و جنس دیسک و همچنین نوع سنگ‌دانه می‌تواند بر نتایج به دست آمده از آزمایش و رابطه همبستگی مقاومت فشاری موثر باشد.

این آزمایش بتنی به دو روش قابل انجام است، در روش اول دیسک فلزی به طور مستقیم به سطح بتن متصل می‌شود اما در روش دیگر این اتصال به شكل غیرمستقیم انجام می‌شود به  این صورت كه قبلا یک مغزه گیری نسبی انجام می‌شود (بدون جدا كردن مغزه از بتن)  سپس دیسک فلزی را با استفاده از یك چسب اپوکسی مخصوص بر سطح مغزه می‌چسبانند و بعد تست را انجام می‌دهند. برتری این روش در به وجود آوردن گسیختگی در لایه‌های عمیق بتن است. در آزمایش پاره شدگی لازم است كه پیش از اجرا، سطح مورد نظر به منظور ایجاد پیوستگی کامل آماده شود.

دیگر آزمایش‌های بتن

• تست اسلامپ (Concrete Slump)

آزمایش اسلامپ یا مخروط اسلامپ وارونه عبارت است از میزان روانی (سفت بودن یا شل بودن) بتن و یا ملات تازه تهیه شده در به جریان در آمدن. در واقع در این آزمایش کارایی بتن مد نظر نیست و صرفا قابلیت جاری شدن است كه مورد سنجش قرار می‌گیرد.

اسلامپ یكی از ساده‌ترین تست‌هایی است كه روی بتن انجام می‌شود. برای انجام این آزمایش بتنی به یک سینی فلزی (با ابعاد ۴۰*۴۰ و یا ۵۰*۵۰ سانتی‌متری)، یک مخروط ناقص فلزی (با ارتفاع ۳۰ سانتی‌متر و قطر قاعده‌ی ۱۰ سانتی‌متر) با دستگیره‌هایی در هر دو طرف، میله‌ای حدودا ۳۵ سانتی‌متری که دارای یك سر مدرج شده باشد و یک عدد میله‌ی فلزی ساده (با طول تقریبی۴۰ تا ۵۰ سانتی‌متر) به منظور متراکم کردن بتن یا ملات درون مخروط، نیاز است.

برای انجام این آزمایش بتنی ساده كافی است مخروط اسلامپ را از سمت قاعده‌‌ی بزرگتر بر روی سینی فلزی قرار داده و بتن تازه با یك بیلچه‌ی دستی داخل مخروط ریخته شود. سپس به منظور فشرده سازی بتن با میله‌ی فلزی ۲۵ بار به آن ضربه وارد شود.

این روند در سه مرحله باید تكرار گردد و هربار با ۲۵ ضربه بتن داخل مخروط متراكم شود. در نهایت با اضافه كردن مقدار مورد نیاز ملات، سطح بتن با سطح مخروط تراز گردد. حال باید مخروط به آرامی برداشته شود و به صورت وارونه در كنار بتن روی سینی قرار گیرد. ارتفاع بتن پس از مدتی پایین خواهد آمد كه با استفاده از میله مدرج اختلاف ارتفاع مخروط و بتن قابل اندازه گیری می‌باشد. به عدد به دست آمده مقدار اسلامپ بتن می‌گویند كه بر حسب سانتی‌متر بیان می‌گردد.

آزمایش اسلامپ بتن

• تست مقاومت فشاری بتن

آزمایش مقاومت فشاری یكی از مهم‌ترین تست‌ها در كنترل كیفیت بتن به حساب می‌آید.اساس كاربر پایه‌ی میزان مقاومت و تحمل بتن در برابر نیروی وزن می‌باشد. روش این آزمایش بتنی به این صورت است كه نمونه مکعبی بتن درون ماشین پرس هیدرولیکی و دقیقا در مرکز صفحه فلزی دستگاه قرار داده می‌شود (لازم است كه همه‌‌ی سطوح دستگاه و نمونه کاملاً تمیز شده باشند)، سپس ماشین در حالت بارگذاری یكنواخت تنظیم شده و پس از شکستن بخشی از نمونه بلافاصله دستگاه متوقف می‌شود. صفحه‌ی مانیتور دستگاه حداکثر نیروی وارد شده بر سطح تماس نمونه مكعبی را بر حسب تن نمایش می‌دهد. با داشتن مساحت بارگذاری و حداکثر نیروی وارد شده به سادگی مقاومت فشاری بتن به دست می‌آید.

تست مقاومت فشاری بتن

• تست مقاومت کششی بتن به روش غیر مستقیم یا آزمایش برزیلی

تست مقاومت کششی بتن به روش‌های مختلف انجام می‌شود كه پركاربردترین آن‌ها دونیم كردن یا آزمایش برزیلی است. در این روش یک نمونه‌ی استوانه‌ای شكل به طوری كه محور آن افقی باشد در میان صفحات دستگاه بتن شكن قرار گرفته و به منظور ایجاد گسیختگی، تحت نیروی فشار قطری با سرعت معین قرار می‌گیرد.

در نهایت این بارگذاری موجب می‌شود كه در سطحی كه تحت بار و نیروی فشاری بالا بوده است، تنش‌های كششی ایجاد شود. از آن‌جایی كه در تنش‌های فشاری سطوح اعمال بار دارای سه محور هستند در این حالت تنش های فشاری افزون تری را در مقایسه با تست مقاومت فشاری تک محوره تحمل می‌كنند به همین دلیل است كه گسیختگی کششی در مقایسه با گسیختگی فشاری سریع‌تر رخ خواهد داد.در واقع اگر بخواهیم به طور کلی نگاه كنیم می‌توان گفت مقاومت فشاری بتن‌ها نسبت به مقاومت کششی آن‌ها بیشتر است و همین مسئله باعث می‌شود كه در اعضای سازه‌ای، آرماتورها نقش مهمی را در تحمل نیروی‌های کششی ایفا کنند.

• تست خمش به منظور محاسبه مقاومت کششی بتن

با استفاده از این آزمایش می‌توان به طور غیر مستقیم مقاومت کششی بتن را به کمک یک تیر ساده به دست آورد. نحوه‌ی اجرای این آزمایش بتنی به این صورت است که ابتدا نمونه‌ی مورد نظر را در دستگاه قرار داده سپس در حدود ۲ تا ۶ درصد از کل باری که قبلا محاسبه شده به نمونه وارد می‌شود.

در مرحله‌ی بعد میزان بار تعیین شده به مرور و تا حدود گسیختگی افزایش داده می‌شود تا جایی که نمونه از مرز گسیختگی گذشته و در پایان گسیخته شود. به این ترتیب با اندازه گیری تنش کششی ناشی از خمش می‌توان مقدار مقاومت کششی بتن را محاسبه کرد.