تعیین مقاومت فشاری بتن با استفاده از آزمایشات غیرمخرب بتن (NDT)

تعیین کیفیت و خصوصیات بتن سخت شده در محور اصلی ارزیابی یک سازه بتنی است، چه یک سازه بتنی قدیمی باشد یا هنوز در دست ساخت باشد.

تصویر ۱: انجام آزمایشات غیرمخرب بتن جهت تشخیص وضعیت موجود سازه بتنی

در حالی که مقاومت فشاری بتن اصلی ترین عامل در ارزیابی بتن سخت شده است، موقعیت و میزان خوردگی آرماتورها و فولاد تقویتی، میزان نفوذپذیری و شرایط فیزیکی بتن نیز باید بررسی شود. در این مقاله، ابتدا در مورد روش‌ها و تجهیزات آزمایشات غیرمخرب بتن برای اندازه‌ گیری مقاومت بتن بحث خواهیم کرد و سپس در بخش دوم بر روی وضعیت و خوردگی آرماتورها و فولاد تقویت‌کننده و ارزیابی شرایط و عملکرد بتن تمرکز بحث و بررسی می شود.

برای پروژه‌های در حال ساخت، آزمایش بتن سخت شده از طریق آزمایش‌های غیرمخرب یا روش های دیگر اغلب برای بررسی مسائل کیفیتی که در طول ساخت و ساز بوجود می آید استفاده می‌شود. اگر نتایج آزمایش‌های مقاومت فشاری بتن پایین باشند، حداقل دو سوال حیاتی و مهم وجود دارد که آزمایش‌های غیرمخرب به سرعت به آنها پاسخ می‌دهند:

آیا آزمایش‌های آزمایشگاهی با مقاومت پایین بدست آمده، مقاومت واقعی بتن در محل پروژه را منعکس می‌کنند؟ حتی اگر بتن پروژه به طور کامل مقاومت طراحی را برآورده نکند، آیا مقاومت کافی برای برآورد نمودن امنیت مورد نیاز سازه را دارد؟ علاوه بر روش‌های آزمایشات استانداردASTM که در این مقاله ذکر شده است، آیین نامهACI 437R-19 (ارزیابی مقاومت ساختمان‌های بتنی موجود) از انجمن بتن آمریکا به عنوان یک مرجع جامع توصیه می‌شود.

استانداردASTM C823  استاندارد عملی برای بررسی و نمونه‌برداری از بتن سخت شده در ساختمان‌ها نیز به عنوان راهنمایی برای انجام این ارزیابی‌ها توصیه می‌شود.

روش‌های انجام آزمایش مقاومت فشاری بتن:

چه مقاومت بتن قدیمی‌تر را ارزیابی کنید و چه مناطقی که جواب نمونه‌های مقاومت فشاری بتن در آزمایش‌های آزمایشگاهی شکست خورده‌اند، مقاومت فشاری بتن در محل پروژه سوال همیشگی و معمول‌ترین سوال است. بهترین روش برای ارزیابی مقاومت بتن به دقت و صحت تحقیق و ارزیابی ها بستگی دارد. وقتی صحت ساختاری مورد سوال است، انتخاب روش‌های آزمایش دقیق و قابل اعتماد تضمین می‌کند که الزامات طراحی برآورده شوند. در مقابل، هدف ممکن است ارزیابی ساده‌ای از یکنواختی بتن در سراسر یک ساختار باشد.

 تخمین‌های میزان مقاومت بلوغ بتن با استفاده از پارامترهای دمایی یک مخلوط بتنی در حالی که در روند کسب مقاومت و عمل آوری حرارت تولید می‌کند بدست می آید.

تعیین بلوغ بتن (Concrete Maturity):

آزمایش بلوغ بتن یک روش مؤثر و پرکاربرد برای تخمین مقاومت بتن در محل است که بر اساس سن و تاریخچه دمایی بتن بدست می آید. پیش‌بینی دقیق مقاومت، باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود، زیرا امکان برنامه‌ریزی مؤثر برای بازکردن قالب‌ها و عملیات پیش‌تنیدگی یا پس‌کشیدگی را فراهم می‌سازد. در این روش، معادلات ریاضی شاخص بلوغ را با نتایج آزمون‌های فیزیکی قبلی از همان طرح اختلاط بتن مقایسه می‌کنند.

دستگاه‌های ثبت داده که کاربری آسانی دارند، زمان و دما را از حسگرهای از پیش‌کار گذاشته‌شده در بتن ثبت می‌کنند و می‌توان مقادیر بلوغ بتن را برای بازه‌هایی از چند ساعت تا چند ماه محاسبه کرد. حسگرهای بلوغ بتن نیز در دسترس هستند که دمای بتن و مقاومت آن را به‌صورت لحظه‌ای از طریق ثبت بی‌سیم داده‌ها پایش می‌کنند.

آزمایش چکش اشمیت بتن (شماره بازگشت چکش):

 چکش‌های اشمیت بتن که گاهی اوقات به آنها چکش‌های سوئیسی نیز گفته می شود از یک جرم فنری برای ضربه زدن به سطح بتن استفاده می‌کنند و انرژی بازگشت، یا ارزش R، از برخورد با بتن را ثبت می‌کنند. مقادیر R می‌توانند با مقاومت فشاری مرتبط شوند. این ابزارهای اقتصادی در ارزیابی سریع سطوح بزرگ بتن نسبت به روش های دیگر برتری دارند. یک تکنسین (فن ورز) به تنهایی می‌تواند از این آزمایش برای بررسی سریع یکنواختی مقاومت یک سطح وسیعی از بتن استفاده نماید و مناطقی را که نیاز به آزمایش های تکمیلی را دارند مشخص نماید.

چگونگی کار چکش اشمیت: چکش اشمیت بتن زمانی که مستقیماً با نتایج نمونه های آزمایشگاهی استوانه ای بتن از همان مخلوط بتن کالیبره شوند، دقیق‌ترین تخمین‌های مقاومت فشاری بتن را ارائه می‌دهند. با دنبال کردن روش توصیه شده دراستاندارد  ASTM C805، یک تخمین قابل اعتماد از مقاومت فشاری بتن در محل پروژه حاصل می شود.

 آزمایش نفوذ پروب بتن(Windsor Probe):

تصویر ۳: دستگاه آزمایش نفوذ پروب ویندزور

روش پروب ویندزور از شارژ فعال شده با پودر (کارتریج مشقی) برای راندن یک پروب فولادی سخت شده به سطح بتن استفاده می‌کند. نسخه‌های پیشرفته از این دستگاه دارای اندازه‌گیری الکترونیکی پروب، ثبت و محاسبه مقاومت فشاری هستند.

برای انجام یک آزمایش، سه پروب به یک منطقه آزمایش رانده می‌شوند. طول‌های بیرونی پروب‌ها اندازه‌گیری و برای ارائه مقاومت نفوذ میانگین استفاده می‌شوند. از آنجایی که سختی سنگدانه‌ها به طور مستقیم بر میزان نفوذ تأثیر می‌گذارد، تولیدکننده این دستگاه یک کیت آزمایش سختی موهس (Moh's hardness test kit) برای سنگدانه و نموداری برای ارائه مقادیر ضرایب مقاومت های اصلاح‌شده فراهم می‌کند.

آزمایش اولتراسونیک بتن یا تعیین سرعت پالس:

دستگاه‌های تعیین سرعت پالس فراصوتی (UPV) معروف به اولتراسونیک بتن از ترانسدیوسرهای ارسال (فرستنده) و دریافت کننده (گیرنده) برای ارسال و دریافت پالس‌های زمان‌بندی شده انرژی فراصوتی از طریق حرکت در ساختار بتن استفاده می‌کنند. زمان عبور سیگنال و فرکانس، چگالی بتن را نشان می‌دهد و این سرعت حرکت موج در بتن توسط حفره‌ها و ترک ها در بتن کاهش داده می‌شوند. این روش برای جمع‌آوری اطلاعات مرتبط در مورد یکنواختی و تشخیص نقص‌های داخلی مانند کرموشدگی ها، لانه زنبوری ها و ترک‌خوردگی کاربرد دارد. استاندارد ASTM C597 روش استفاده از دستگاه های تعیین سرعت موج در بتن را توضیح می‌دهد.

نمودار زیر رابطه کلی بین کیفیت بتن و سرعت موج (سرعت پالس) را نشان می‌دهد:

جدول ۱: رابطه کلی بین کیفیت بتن و سرعت موج (سرعت پالس)

مزایای آزمایش اولتراسونیک بتن به ارزیابی یکنواختی بتن یا تشخیص حفره‌ها و فضاهای خالی در بتن محدود نمی‌شود. مانند آزمایش چکش اشمیت بتن، دستگاه‌های اولتراسونیک می‌توانند برای ارزیابی کیفیت بتن در سطوح وسیع استفاده شوند تا مناطقی که نیاز به آزمایش‌های بیشتر و تکمیلی دارند مشخص شوند.

تحقیقات نشان داده است که ترکیب نتایج بدست آمده از آزمایش اولتراسونیک بتن با مقادیر R حاصل از آزمایش چکش اشمیت بتن تخمین‌های بسیار دقیقی از مقاومت فشاری بتن را در اختیار ما قرار می دهد، به خصوص زمانی که با نمونه‌های مغزه های بتنی حاصل از کورگیری بتن استفاده شوند. دستگاه اولتراسونیک موجود در آزمایشگاه بتن مجموعه مرکز تحقیقات بتن (متب) قابلیت ترکیب دو آزمایش چکش اشمیت و اولتراسونیک بتن را برای بدست آوردن نتایج مقاومت فشاری های دقیق بتن را دارا می باشد.

امید است این مقاله به شما ایده‌ای در مورد آنچه برای ارزیابی کیفیت و مقاومت بتن سخت شده در محل پروژه نیاز می باشد را داده باشد. برای مطالعه کامل مقاله و کسب اطلاعات بیشتر در مورد آزمایشات غیرمخرب بتن و یا درخواست انجام آزمایش با واحد آزمایشگاه بتن مرکز تحقیقات بتن با شماره ۸۸۶۶۴۱۵۱ - ۸۸۶۶۴۱۵۲ تماس بگیرید و یا به وبسایت مراجعه نمایید.