" 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.
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.
انواع مختلف تست بتن
تستهای بتن قبل از اجرا
الف) 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 .
ب) 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 .
- 3 آزمونه به‌عنوان نمونه اصلی در سن 28 روزه
- 1 آزمونه در سن 7 روزه به‌عنوان نمونه آگاهی
- 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.
2) 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 :
-
تعیین مقاومت فشاری در مقاطع بتنی ضعیف .
-
حصول اطمینان از مقاومت مقاطعی که در ظاهر آن‌ها نشانه‌های خرابی و ضعف وجود دارد .
- 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 .
زمان کُر گیری:
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:
- عمق نفوذ
- وضوح عمودی و افقی
- تمایز در خواص فیزیکی
- نسبت سیگنال به نویز
- اطلاعات موجود درباره سازه
روش‌های تست غیر مخرب بتن:
- اسکن میلگرد در بتن
- آزمون مقاومت چسبندگی بتن ( pull off )
- تست التراسونیک بتن
- تست مقاومت بتن با چکش اشمیت
- آزمایش هافسل ( پتانسیل خوردگی بتن )