تجهیزات بازرسی و تست بتن

بتن چیست؟

بتن ماده‌ای مرکب متشکل از سنگدانه ریز و درشت است که این مصالح با سیمان سیال (خمیر سیمان) به یکدیگر پیوند داده شده و با گذشت زمان سفت می‌شود (عمل می‌آید). در گذشته اغلب بایندرهای سیمانی مبتنی بر آهک، مانند خمیرآهک، جهت ایجاد چسبندگی استفاده می‎شد؛ اما در برخی موارد از سیمان‌های آبی دیگر مانند سیمان آلومینات کلسیم یا سیمان پرتلند برای ساخت بتن سیمان پرتلند (به سبب شباهت ظاهری آن به سنگ پرتلند) استفاده می‌شد. از انواع دیگر بتن‌های غیرسیمانی که در آن روشهای دیگر اتصال سنگدانه بکار رفته است می‌توان بتن آسفالت با بایندر قیری و بتن‌های پلیمری را نام برد. از بتن آسفالتی اغلب برای روسازی جاده بکار می‌رود. در بتن پلیمری نیز از پلیمرها به عنوان ماده چسبنده استفاده می‌شود. بتن با ملات فرق دارد. ملات یک عامل چسبندگی است که آجرها، کاشی‌ها و سایر مصالح سنگی را در کنار هم نگه‌می‌دارد؛ در حالی که بتن خود یک مصالح ساختمانی است.

هنگامی که سنگدانه با سیمان پرتلند خشک با آب مخلوط می‌شود، مخلوط دوغاب سیالی تولید شده که به راحتی در قالب ریخته شده و به شکل آن در می‌آید. سیمان با آب و سایر مواد واکنش داده و یک خمیر سخت ایجاد می‌کند. این خمیر، مصالح را به هم چسبانده و ماده‌ای با دوام را ایجاد می‌کند که این ماده سخت، کاربردهای زیادی دارد. اغلب مواد افزودنی (مانند پوزولان‌ها یا فوق روان کننده‌ها) به مخلوط اضافه شده تا خصوصیات فیزیکی مخلوط یا مصالح نهایی را بهبود بخشد. در بسیاری از بتن‌ها، مصالح تقویت‌کننده (مانند میلگرد) جهت افزایش تنش کششی تعبیه می‌شود. به این بتن‌ها، بتن مسلح می‌گویند.

بتن یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. میزان مصرف جهانی بتن، دو برابر فولاد، چوب، پلاستیک و آلومینیوم است. پیش‌بینی می‌شود صنعت بتن مخلوط آماده ، که بزرگ‌ترین سهم بازار بتن را به خود اختصاص داده است، تا سال 2025 بیش از 600 میلیارد دلار در سطح جهانی درآمد داشته باشد. این استفاده گسترده منجر به وقوع اثرات زیست محیطی متعددی خواهد شد. اما از همه مهم‌تر، فرآیند تولید سیمان، منجر به انتشار حجم زیادی از گازهای گلخانه‌ای خواهد شد. این فرآیند بطور خالص، 8% از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای را به خود اختصاص می‌دهد. تحقیقات و توسعه قابل توجهی جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای یا تبدیل بتن به منبعی برای ترسیب کربن در حال انجام است.

سایر نگرانی‌های زیست محیطی، شامل استخراج گسترده و غیرقانونی شن و ماسه، تأثیرات بر محیط اطراف مانند افزایش رواناب سطحی یا اثر جزیره گرمایی شهری و اثرات بالقوه بهداشت عمومی ناشی از این مواد سمی است. همچنین از بتن می‌توان برای کاهش آلودگی سایر صنایع، گرفتن ضایعاتی مانند خاکستر بادی یا بوکسیت و بقایای بوکسیت استفاده نمود.

بازرسی و تست بتن
تست های غیرمخرب بتن روشی برای بدست اوردن استحکام فشاری و دیگر خواص بتن از سازه های موجود می باشد. این تست ها نتایج فوری و استحکام واقعی سازه بتنی را ارائه می دهند.

روش استاندارد ارزیابی کیفیت بتن در ساختمان ها یا سازه ها، تست نمونه های ریخته گری شده به طور همزمان جهت استحکام های فشاری، خمشی و کششی می باشد.
عمده ترین مشکل این است که نتایج به صورت آنی بدست نمی آیند، اینکه به عنوان مثال یک بتن با توجه به شرایط پخت و فشردگی میتواند با مقدار واقعی متفاوت باشد و خواص استحکامی نمونه بتنی به اندازه و شکل آن هم بستگی دارد.
به این علت که هیچ اندازه گیری مستقیمی از خواص استحکامی بتن ،به این دلیل ساده که تعیین استحکام شامل تنش های مخرب می باشد، وجود ندارد؛ چندین روش ارزیابی غیر مخرب توسعه داده شده است.

این ها به این واقعیت وابسته است که خواص فیزیکی بتن می تواند مربوط به استحکام باشد و اینکه می تواند با روشهای غیرمخرب اندازه گیری شود. چنین خواصی شامل سختی، مقاومت دربرابر نفوذ توسط پرتابه ها، ظرفیت برگشتی و و توانایی انتقال پالس های اولتراسونیک و اشعه های ایکس و گاما می باشد.

این روشهای غیرمخرب می توانند به عنوان تست نفوذ، تست چکش برگشتی، تکنیک های pull-out ، تست های دینامیکی، تست های رادیوگرافی طبقه بندی شوند. هدف در اینجا این است که این روش ها را به طور خلاصه با مشخص کردن مزایا و معایب آن ها، توضیح دهیم.

روش های مختلف NDT بتن در زیر آورده شده است:

روش نفوذ
روش چکش برگشتی
روش تست Pull out
روش تست اولتراسونیک
روش های رادیوگرافی
چکش اشمیت یا ضربه ای

چکش اشمیت که با نام چکش سوئیسی یا چکش برجهندگی یا تست چکش بتن نیز شناخته می شود وسیله ای برای اندازه گیری خواص الاستیک یا استحکام بتن یا سنگ خصوصا سختی سطح و مقاومت در برابر نفوذ است. این چکش توسط ارنست اشمیت که یک مهندس سوئیسی بود اختراع شد.

این چکش برجهندگی یک جسم با فنر بارگذاری شده که به سطح یک نمونه برخورد می کند را اندازه گیری می کند. چکش تست با یک انرژی تعریف شده به بتن برخورد می کند. بازجهندگی چکش به سختی بتن بستگی دارد و توسط تجهیزات تست اندازه گیری می شود. با رجوع به یک چارت تبدیل، مقدار بازجهندگی را می توان برای تعیین میزان استحکام فشاری بتن را اندازه گیری کرد. زمان انجام تست، چکش باید در زاویه مناسب نسبت به سطح نگه داشته شود که سطح نیز در مقابل باید صاف و یکنواخت باشد. جهت گیری چکش روی مقدار بازجهندگی خوانده شده اثر می گذارد: زمانی که چکش به سمت بالا جهت گیری شود (برای مثال روی سطح زیرین یک دال معلق)، گرانش باعث افزایش فاصله بازجهندگی از جسم می شود و برای یک تست انجام شده روی یک دال سقف نیز بالعکس است. اندازه گیری های این چکش در یک مقیاس دلخواه و بین 10 تا 100 هستند.

این نوع چکش ها توسط سازندگان مختلف و در دامنه های انرژی متفاوت موجود هستند که عبارتند از (i) نوع L-0.735 Nm انرژی ضربه، (ii) نوع N-2.207 Nm انرژی ضربه و (iii) نوع M-29.43 Nm انرژی ضربه.

این تست به عوامل دیگری نیز حساس است که عبارتند از:
تغییرات موضعی در نمونه. برای حداقل کردن این عامل پیشنهاد شده است که اندازه گیری را چندین بار انجام دهیم و از مقادیر بدست آمده میانگین بگیریم.
مقدار آب نمونه؛ یک ماده اشباع باعث می شود نتایج متفاوتی نسبت به ماده خشک داشته باشیم.

قبل از انجام تست بایستی این چکش را با استفاده از یک سندان تست کالیبراسیون که توسط شرکت سازنده عرضه می شود کالیبره کرد. دوازده اندازه گیری باید خوانده شود، بالاترین و کمترین مقادیر بدست آمده را حذف کنیم و سپس از ده مورد باقی مانده میانگین بگیریم. این روش انجام تست بصورت غیرمستقیم طبقه بندی می شود چون استحکام مواد را مستقیما اندازه گیری نمی کند. این حالت فقط شاخصی بر اساس خواص سطح به ما می دهد و به همین دلیل فقط برای مقایسه کردن نمونه ها مناسب است.

این روش انجام تست بتن مبتنی بر روش استاندارد ASTM C805 است. روش ASTM D5873 نیز نحوه انجام تست سنگ را توصیف می کند.
چکش برگشتی یک تست سختی سطح می باشد که در آن ارتباط تجربی بین استحکام و تعداد برگشت، ایجاد شده است.

تنها ابزار شناخته شده برای استفاده از اصل برگشتی در تست بتن، چکش اشمیت می باشد که دارای وزن 4 پوند (1.8 کیلوگرم) است و هم برای کاربری آزمایشگاهی و هم برای کاربری میدانی مناسب است. این ابزار از جرم چکش فنر محور که در یک پلانجر داخل محفظه ای لوله ای سر میخورد، تشکیل شده است.

چکش با فنر به سطح بتنی نیرو وارد کرده و فاصله برگشت در مقیاسی اندازه گیری می شود. سطح تست میتواند افقی، عمودی یا در هر زاویه ای باشد؛ اما دستگاه باید در آن موقعیت کالیبره شود.

کالیبره کردن میتواند با سیلندرها (6 در 12 اینچ، 15 در 30 سانتیمتر) با سیمان ملات مشابه مورد استفاده در کار، صورت گیرد. سیلندرها به صورت ثابت در ماشین فشرده سازی بسته شده و نگه داشته میشوند.

تست چندین بار انجام میشود تا عدد میانگین برای هر سیلندر به دست آید. این روش با چندین سیلندر تکرار می شود که پس از آن استحکام فشاری بدست می آید.
محدودیت ها و مزایا
چکش اشمیت روشی ارزان، ساده و سریع برای ارزیابی استحکام بتن ارائه میکند، اما دقت 15± تا 20 ± درصد تنها در نمونه های ریخته گری شده و تحت شرایطی که منحنی های کالیبراسیون برای آنها تست شده، ممکن می باشد.
نتایج تحت تأثیر عامل هایی مانند صافی سطح، اندازه و شکل نمونه، شرایط رطوبت بتن، نوع سیمان و سنگدانه درشت و مقدار کربناسیون سطح می باشد.