تست بتن چیست؟

” بتن ترکیبی است متشکل از سنگدانه، سیمان، آب و اندکی شعور ”
(پدر بتن ایران، دکتر مهدی قالیبافیان )

اگر شما به‌عنوان یک مهندس ساختمان یا یک سازنده درزمینهٔ عمران و خصوصاً ساخت‌وساز شهری که هدف اصلی این مقاله می‌باشد، فعال باشید مطمئناً این گفته را قبول دارید که استفاده از بتن در احداث پروژه‌های عمرانی و ساخت مسکن رو به افزایش گذاشته است. افزایش قیمت آهن‌آلات و نیاز به سرمایه نسبتاً زیاد در ابتدای کار را می‌توان به‌عنوان دلایل اصلی گرایش کارفرمایان به سمت استفاده از بتن و جایگزین شدن آن به‌جای آهن دانست.

منظور از تست بتن چیست؟

تست بتن یا به بیان دقیق‌تر، آزمایش بتن، به مجموعه‌ای از فرآیندهای فنی و استاندارد اطلاق می‌شود که به منظور ارزیابی و کنترل کیفیت بتن تازه و سخت‌شده انجام می‌گیرد. این فرآیندها از لحظه تولید بتن در کارخانه (بچینگ) یا ساخت در محل پروژه آغاز شده و تا ماه‌ها پس از بتن‌ریزی ادامه می‌یابند. در حقیقت، تست بتن یک ابزار کنترلی قدرتمند است که به مهندسان اطمینان می‌دهد بتن استفاده شده در سازه، دقیقاً همان ویژگی‌های مقاومتی و دوامی را دارد که در محاسبات و طراحی سازه فرض شده است.

این آزمایش‌ها صرفاً به شکستن نمونه‌های مکعبی یا استوانه‌ای محدود نمی‌شوند، بلکه طیف وسیعی از آزمون‌ها را شامل می‌شوند؛ از بررسی روانی و کارایی بتن تازه (آزمایش اسلامپ) گرفته تا تعیین مقاومت فشاری، نفوذپذیری و دوام بتن سخت‌شده در برابر عوامل مخرب محیطی. انجام این تست‌ها توسط آزمایشگاه‌های معتبر و دارای صلاحیت، یک بخش جدایی‌ناپذیر و الزامی از فرآیند ساخت و ساز اصولی و مهندسی است.

لزوم انجام آزمایش بتن

یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های مهندسان ناظر، مجریان، سازندگان و بهره‌برداران ساختمان‌های بتنی را می‌توان اطمینان از صحت مقاومت بتن اجراشده در مقاطع و عملیات بتن‌ریزی ساختمان دانست. به همین دلیل لازم است که در مراحل مختلف از بتن نمونه‌گیری به‌عمل‌آمده و مستندات آن جمع‌آوری شود.

همچنین بخوانید: بتن مگر چیست؟

هدف از آزمایش بتن چیست؟

اجرای آزمایش‌های بتن اهداف چندگانه و بسیار مهمی را دنبال می‌کند که همگی در راستای تضمین ایمنی، پایداری و عمر مفید سازه قرار دارند. مهم‌ترین اهداف عبارتند از:

1. کنترل کیفیت و تطابق با مشخصات (کنترل کیفی): اصلی‌ترین هدف، بررسی انطباق ویژگی‌های بتن ساخته شده با مقادیر مشخص شده در نقشه‌های اجرایی و آیین‌نامه‌ها است. به عبارت دیگر، مطمئن می‌شویم بتنی که به کارگاه وارد می‌شود، همان “بتن C25” یا “بتن C30” است که طراح مشخص کرده است.
2. پیش‌بینی مقاومت نهایی: آزمایش مقاومت فشاری نمونه‌ها در سنین اولیه (معمولاً ۷ روزه) به مهندسان امکان می‌دهد تا مقاومت نهایی بتن در سن ۲۸ روزگی را با تقریب خوبی پیش‌بینی کنند. این کار به تصمیم‌گیری سریع‌تر برای ادامه عملیات ساخت (مانند باز کردن قالب‌ها) کمک شایانی می‌کند.
3. ارزیابی کارایی بتن تازه :  بتن باید دارای روانی مناسب باشد تا به راحتی در قالب‌ها جای گرفته و تمام گوشه‌ها و اطراف میلگردها را پر کند، بدون آنکه دچار جداشدگی اجزا شود. آزمایش اسلامپ دقیقاً برای سنجش همین ویژگی انجام می‌شود.
4. تضمین دوام و پایایی سازه: برخی آزمایش‌ها مانند تست نفوذپذیری آب یا مقاومت در برابر یون کلر، برای ارزیابی توانایی بتن در مقابله با شرایط خورنده محیطی (مانند مناطق ساحلی یا صنعتی) طراحی شده‌اند و مستقیماً بر طول عمر سازه تأثیرگذارند.
5. مستندسازی و ارائه مدارک قانونی: نتایج آزمایش‌های بتن که توسط آزمایشگاه‌های ذی‌صلاح صادر می‌شود، به عنوان یک سند رسمی و بخشی از شناسنامه فنی ساختمان، در پرونده پروژه ثبت می‌گردد. این مدارک برای اخذ تأییدیه ناظر و دریافت پایان‌کار ضروری هستند.

در مجموع، هدف نهایی از تمام این آزمایش‌ها، تبدیل عدم قطعیت‌ها به اطمینان است؛ اطمینان از اینکه قلب تپنده سازه، یعنی بتن، از سلامت و استحکام کافی برای ایفای نقش خود در تمام طول عمر ساختمان برخوردار است.

انواع مختلف تست بتن

تستهای بتن قبل از اجرا

• تست بتن هم‌زمان با ساخت و قبل از خروج از کارخانه ساخت بتن: بتن آماده ساخته‌شده در کارخانه بتن (بچینگ) می‌بایست قبل از خروج از کارخانه و رسیدن به محل اجرا موردسنجش قرار بگیرد . البته این آزمایش تنها به‌صورت رندم و جهت اطمینان از عملکرد صحیح اپراتور بچینگ و دستگاه‌های ساخت بتن انجام می‌شود و شامل آزمایش دانه‌بندی و آزمایش اسلامپ (روانی بتن) و کنترل دمای بتن می‌باشد.
• تست بتن هم‌زمان با اجرای آن: وقتی بتن با تراک میکسر به محل اجرا منتقل می‌شود ، قبل از ریختن داخل مقاطع یا در اواسط تخلیه بتن ، می‌بایست نمونه‌گیری انجام‌شده و این نمونه‌ها باید ثبت و نتایج آن به‌صورت مکتوب برای تائید عملیات بتن‌ریزی و اطلاع از مقاومت بتن اجراشده در مقطع، به ناظر، مالک و مجری اطلاع‌رسانی شود. اسلامپ (روانی یا کارایی بتن)، مقاومت فشاری (مکعبی یا استوانه‌ای) و بعضاً آزمایش دانه‌بندی جزو این دسته از آزمایشات بتن قرار می‌گیرند.

نکته: مهندسین ناظر و مجری می‌بایست دقت کنند که بتن انتخاب‌شده برای نمونه‌گیری می‌بایست ازلحاظ خواص فیزیکی و طرح اختلاط نماینده کل بتن باشد . یعنی اگر قرار است که در بتن از روان کننده‌ها برای افزایش کارایی آن استفاده شود ، حتماً می‌بایست بعد از افزودن این مواد اقدام به نمونه‌گیری شود .

البته بر اساس مبحث نهم می‌بایست نمونه‌گیری در نزدیک‌ترین محل تخلیه بتن، در مقطع انجام شود ( از خروجی پمپ بتن ) اما ازآنجاکه عموماً این کار خصوصاً در ساخت‌وساز شهری امکان‌پذیر نیست ، مهندسین ناظر می‌بایست به نکته فوق توجه نمایند.

• آزمایش مقاومت فشاری: همواره مهندسین محاسب در طراحی سازه‌های بتن مسلح ، تحمل نیروهای فشاری را بر عهده بتن مقطع می‌گذارند . به همین دلیل آزمایش مقاومت فشاری بتن را می‌توان اصلی‌ترین آزمایش در محل اجرا دانست که لازم است توسط آزمایشگاه بتن و افراد صاحب صلاحیت انجام شود .
• روش آزمایش مقاومت فشاری بتن:برابر با بند 9-22-11-1 الف) مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 99 و آیین‌نامه آبا، برای سنجش مقاومت فشاری بتن بایستی حداقل 2 آزمونه استوانه‌ای 150*300 میلی‌متری یا حداقل 3 آزمونه استوانه‌ای 200*100 میلی‌متری هم‌زمان با بتن‌ریزی تهیه و در سن 28 روزه توسط جک شکسته شوند . البته مطابق بند 9-22-11-3 ث ) گفته‌شده اگر بجای آزمونه‌های استوانه‌ای از قالب‌های مکعبی 150 یا 100 میلی‌متری استفاده شد ، می‌بایست نتایج حاصله از این آزمونه‌ها مطابق با ضوابط آیین‌نامه آبا تبدیل شود. عموماً هر سری نمونه‌گیری بتن شامل 5 آزمونه می‌باشد . به هر قالب 15*15*15 که نمونه بتن، داخل آن ریخته می‌شود یک آزمونه گفته می‌شود.

1. 1. 3 آزمونه به‌عنوان نمونه اصلی در سن 28 روزه
   2. 1 آزمونه در سن 7 روزه به‌عنوان نمونه آگاهی
   3. 1 آزمونه نیز در صورت نیاز در سن 90 روزه به‌عنوان نمونه شاهد و بر اساس درخواست کتبی ناظر و مالک شکسته خواهد شد.

نمونه آگاهی فقط برای این است که بدانیم وضعیت رشد مقاومت بتن در 7 روز اول چطور بوده و برای ادامه کار و بارگذاری‌های آتی برنامه‌ریزی کنیم.

نمونه اصلی در سن 28 روزه که نشان‌دهنده مقاومت اصلی بتن می‌باشد و بر اساس آن در خصوص مقاومت بتن قضاوت می‌شود.

اما نمونه 90 روزه که اگر نتیجه مقاومت فشاری 28 روزه بتن پایین بود، باید شکسته شود و عموماً اگر اختلاف بین مقاومت مشخصه بتن و مقاومت حاصله زیاد باشد نمی‌توان انتظار داشت رشد چندانی را در 90 روز از بتن مشاهده نماییم.

• آزمایش اسلامپ: آزمایش دیگری که هم‌زمان با بتن‌ریزی لازم است که انجام‌شده و گزارش شود ، تست روانی بتن یا اسلامپ می‌باشد. روانی بتن نشان‌دهنده کارایی بتن است و کارایی بتن باید بر اساس مقطع بتن‌ریزی و حجم آرماتور موجود تغییر کند. مثلاً در سقف‌های یوبوت با توجه به اینکه بتن باید زیر قالب‌های ماندگار یوبوت را پر کند ، باید اسلامپ بتن حدوداً 14 یا 15 سانت باشد. هر چه عدد به‌دست‌آمده از آزمایش اسلامپ بزرگ‌تر باشد یعنی بتن روان‌تر می‌باشد.

تجهیزات آزمایش اسلامپ شامل: سینی زیر مخروط ، مخروط اسلامپ ، قیف مخروط ، سمبه و خط کش می‌باشد.

آزمایش بتن بعد از بتن‌ریزی در مقطع (آزمایش مخرب و غیر مخرب)

در صورتیکه نتایج مقاومت فشاری حاصله از نمونه‌گیری بتن در زمان اجرا ، با مقاومت مشخصه بتن که توسط طراح در نقشه‌ها مشخص گردیده همخوانی نداشته و از حدود آیین‌نامه کمتر شد (لطفا مقاله ارزیابی برگه آزمایش بتن را مطالعه کنید)، برای قضاوت روی بتن اجراشده مجبوریم از بتن‌های سفت شده مقاطع نمونه‌گیری نماییم .               

آزمایشات مخرب بتن

آزمایش‌هایی که برای انجام آن‌ها مجبوریم در مقطع بتنی موردنظر تخریب انجام دهیم را آزمایشات مخرب می‌نامیم . البته منظور از تخریب به معنی تخریب کل مقطع نبوده و به این معنی است که مجبوریم بخشی از دیوار ، سقف یا فونداسیون را برش داده و نتایج آزمایشات را برای کنترل ، به مهندسین طراح اعلام نماییم. با توجه به تخریب انجام‌گرفته در مقاطع و درنتیجه ضعف ایجادشده در آن‌ها، حتی‌الامکان سعی می‌کنیم از این روش در مقاطع بتنی استفاده نکنیم. تعدادی از این آزمایشات شامل: کُر گیری (مغزه گیری)، آزمایش بیرون کشیدگی (pull out)، آزمایش خمش، آزمایش برزیلی.

نکته: الزام نیاز به آزمایشات بعد از بتن‌ریزی توسط مهندس طراح مشخص خواهد شد و توصیه می‌شود مهندسین ناظر در این خصوص اظهارنظر نکنند .

• آزمایش کُر گیری: کُر گیری یا مغزه گیری یکی از متداول‌ترین روش‌های مخرب تست بتن می‌باشد که در موارد زیر انجام می‌شود:

1. 1. تعیین مقاومت فشاری در مقاطع بتنی ضعیف .
   2. حصول اطمینان از مقاومت مقاطعی که در ظاهر آن‌ها نشانه‌های خرابی و ضعف وجود دارد .
   3. کسب اطلاعات در خصوص مقاطع بتنی قدیمی .

در این آزمایش یک مقطع استوانه‌ای توسط دریل و مته مخصوص از داخل بتن مقطع ضعیف خارج‌شده و به‌عنوان نمونه ، مورد آزمایش فشاری قرارگرفته و زیر فشار جک شکسته می‌شود.

توصیه: حتی‌الامکان باید سعی شود تا مغزه گیری به میلگردهای موجود آسیب وارد نکند.

همچنین بخوانید: ستون بتنی و نحوه اجرای آن

انجام آزمایش مغزه گیری در سن پایین‌تر از 14 روزه بتن ، مجاز نبوده و در صورت انجام و به دلیل عدم گیرش مناسب بین سنگدانه ها و چسب سیمان ، امکان بروز خطا وجود دارد .

اندازه مغزه‌ها:

حداقل اندازه مغزه‌ها 10 سانتی‌متر می‌باشد که این اندازه می‌تواند تحت شرایطی مانند محدودیت در ابعاد عضو بتنی ، به ابعاد 5/7 و 5 سانت نیز تقلیل یابد . اما تحت هیچ شرایطی این اندازه نمی‌تواند از 3 برابر اندازه بزرگ‌ترین سنگدانه کمتر باشد . همچنین نسبت طول این مغزه‌ها به قطر آن می‌تواند بین 1 و 2 باشد که نسبت 2 برابر توصیه می‌شود .

رابطه بین مقاومت مغزه‌ها با نمونه‌های استوانه‌ای

هیچ رابطه‌ای را نمی‌توان بین نمونه‌های حاصل از مغزه گیری و نمونه‌های استوانه‌ای در نظر گرفت . اما بر اساس فرضیه‌ای رایج ، مقاومت مغزه‌ها را 85% مقاومت نمونه استوانه‌ای در نظر می‌گیرند که این عدد فقط فرضیه بوده و درنهایت مهندسین محاسب در این خصوص نظر خواهند داد .

آزمایشات غیر مخرب بتن

همان‌طور که گفته شد برای تعیین خواص مکانیکی مصالح مانند مقاومت تسلیم ، مقاومت کششی ، شکل‌پذیری و سختی شکست درروش تست مخرب در مقاطع ایجاد ضعف می‌شود. اما می‌توان همین اطلاعات را درروش غیر مخرب انجام داد و هیچ عوارض جانبی مانند ایجاد نقاط ضعف هم بجا نگذاشت.

استفاده از نشانه‌ها و عدم ایجاد تخریب در مقاطع بتنی یکی از مهم‌ترین وجه تمایز آزمایشات مخرب و غیر مخرب بتن می‌باشد . اما ازآنجاکه بعد از آزمایشات غیر مخرب در بتن نیاز به طرح تقویت مقطع بتنی نمی‌باشد ، این روش را می‌توان اقتصادی‌تر از روش‌های مخرب دانست که مهندسان نیز در سال‌های اخیر از آن‌ها استقبال بیشتری کرده‌اند.

مهم‌ترین فاکتورهای تأثیرگذار در تست غیر مخرب بتن:

1. عمق نفوذ
2. وضوح عمودی و افقی
3. تمایز در خواص فیزیکی
4. نسبت سیگنال به نویز
5. اطلاعات موجود درباره سازه

روش‌های تست غیر مخرب بتن:

1. اسکن میلگرد در بتن
2. آزمون مقاومت چسبندگی بتن (pull off)
3. تست التراسونیک بتن
4. تست مقاومت بتن با چکش اشمیت
5. آزمایش هافسل (پتانسیل خوردگی بتن)

جمع‌بندی

تست بتن یکی از مراحل حیاتی در کنترل کیفیت سازه‌های بتنی است که به ارزیابی مقاومت، دوام و عملکرد بتن کمک می‌کند. روش‌های مختلفی برای تست بتن وجود دارد که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به آزمایش مقاومت فشاری (مکعبی و استوانه‌ای)، آزمایش اسلامپ، تست چکش اشمیت و آزمایش اولتراسونیک اشاره کرد. انجام این تست‌ها قبل و بعد از بتن‌ریزی، اطمینان از کیفیت بتن و جلوگیری از مشکلات سازه‌ای را تضمین می‌کند. عدم انجام صحیح تست‌های بتن می‌تواند منجر به کاهش مقاومت سازه، ترک‌خوردگی زودرس و افت کیفیت کلی ساختمان شود.

در دوره اجرای ساختمان فنون عمران، شما با تمامی روش‌های تست بتن و نحوه اجرای صحیح آن به‌صورت عملی آشنا می‌شوید تا بتوانید در پروژه‌های ساختمانی، کنترل کیفیت دقیق‌تری انجام دهید و از مشکلات سازه‌ای جلوگیری کنید.

نویسنده: مهندس علی بهرامیان بذل

علی بهرامیان هستم.مجری، ناظر و محقق مباحث حقوقی و فنی ساختمان سازی و همیشه از آگاهی دادن و ارائه محتوای کاربردی به دیگران لذت می‌برم.