معرفی انواع آزمایشات بتن

مقدمه

کیفیت و مقاومت بتن نقش مهمی در استحکام و حیات یک سازه ایفا می‌کند به همین دلیل هم تعیین کیفیت و استحکام بتن از موضوعات حیاتی در مهندسی است. مهندسان به‌وسیله انواع تست‌های بتن، میزان مقاومت و پایایی آن را اندازه‌گیری می‌کنند. این موضوع موجب جلوگیری از خسارت‌های آتی در سازه‌های بتنی می‌شود؛ زیرا در صورت نداشتن استحکام کافی، اصلاً از آن مخلوط استفاده نمی‌شود.

از سوی دیگر حدود 83 درصد از دستور العمل‌های موجود در آیین نامه‌های حوزه ساخت و ساز، نتیجه همین آزمایش ‌های بتن است. با توجه به اهمیت انواع آزمایش بتن، در این مقاله قصد داریم تست های مقاومت بتن را به شما معرفی دهیم.

1. انواع آزمایش بتن چیست؟

ابتدا اجازه دهید ببینیم آزمایش بتن چیست و تست‌های تکنولوژی بتن چه کاربردی دارند. ‌همان‌طور که ‌می‌دانید این مخلوط از ترکیب موادی مانند سیمان، شن، ماسه، سنگ‌دانه و آب تشکیل شده است. میزان این مواد نیز بسته به این که پس از خرید بتن آماده از آن کجا استفاده می‌کنیم، متفاوت خواهد بود.

طبیعتاً در برخی مواقع به یک بتن معمولی و در برخی مواقع به بتنی باکیفیت و مقاومت بالا نیاز داریم. انواع تست‌های بتن برای اندازه‌گیری و سنجش میزان استحکام ترکیبات مخلوط در برابر نیرو‌ها و فشار‌های محیطی کاربرد دارند.

سازه‌های بتنی همواره تحت‌تأثیر فشار‌ها و نیرو‌های مختلف از جمله نیروی باد، بار زنده، وزن خود سازه، زلزله و دیگر عوامل محیطی هستند. به همین علت، از قبل باید از طریق انواع آزمایش بتن رفتار سازه را در برابر این فشار‌ها بررسی کنیم؛ آزمون‌هایی که به کمک دستگاه‌های تست بتن انجام می‌گیرند.

انجام این تست‌ها به ما کمک می‌کند که رفتار سازه را در برابر مواردی مثل زلزله پیش‌بینی کنیم و در صورت لزوم مقاومت ساختمان را افزایش دهیم. مهندسان به کمک انواع تست‌های بتن به مواردی شامل نحوه ساخت بتن مناسب، میزان مقاومت موردنیاز، شرایط و عوامل خورنده و غیره دست پیدا می‌کنند.

2. اهمیت انجام انواع آزمایش بتن

انجام انواع تست‌های بتن تاکنون توانسته جان میلیون‌ها انسان را نجات دهند، و از بروز خسارت‌های مالی سنگین نیز جلوگیری کند. خوشبختانه دستورالعمل‌ها و استاندارد‌های تست‌های بتن و تفسیر نتایج آزمایش بتن، در قالب آیین‌نامه‌های مختلف به‌صورت رایگان در دسترس مهندسان و سازندگان سراسر دنیا قرار گرفته است.

انجام انواع آزمایش بتن به چند دلیل ضرورت دارد:

• تعیین کیفیت بتن مورداستفاده در سازه‌های خاص
• تشخیص اینکه آیا بتن به مقاومت مدنظر رسیده است یا خیر
• تعیین میزان و مدت‌زمان گیرش بتن

به کمک این آزمایش‌ها میزان مقاومت اولیه و نهایی بتن را پیش‌بینی می‌شود؛ موضوعی در همه سازه‌ها اهمیت دارد، اما اهمیت آن در سازه‌های بزرگ به‌مراتب بیشتر است؛ بنابراین باید برای تأیید کیفیت و استحکام بتن انواع آزمایش بتن به‌درستی و با نمونه صحیح انجام شود.

عمده هدف ما مهندسین عمران از آزمایش بتن معمولاً موارد زیر می‌باشد:

• برای مشخص‌کردن کیفیت بتن مورداستفاده برای کاربرد در سازه‌های خاص: به‌عنوان‌مثال اگر سازه مورد طراحی ما یک سایت انرژی اتمی باشد پس برای ما حائز اهمیت می‌باشد که از بتن خاصی استفاده کنیم و این بتن خاص باتوجه‌به آزمایش‌های انجام شده ساخته می‌شود!
• برای مشخص‌شدن این که آیا بتن به مقاومت موردنیاز رسیده است: بسیاری از مواقع در سازه‌های خود با این مشکل روبرو می‌شویم که سازه ما با اینکه هنوز به‌صورت کامل ساخته نشده است، بر اثر وجود بارهای  مرده و زنده موجود در ساختمان فرومی‌ریزد. این فروریختن دلایل متفاوتی دارد و یکی از آن‌ها گسیختگی مصالح به‌کاررفته در مقطع تیر  و یا ستون و … می‌باشد. ما مهندسان عمران آزمایش بتن را انجام می‌دهیم تا این مورد را بررسی کنیم.
• گیرش بتن برای اهداف مختلف به میزان کافی است: علاقه المان‌های سازه‌ای برای گسیختگی و فروپاشی به چه میزان می‌باشد!
• برای مشخص‌شدن این موضوع که آیا مقاومت بتن به میزان موردنظر اولیه رسیده است یا خیر: تمامی ما می‌دانیم که بتن در ۳ روز اول خود به یک مقاومت مشخص می‌رسد و سپس در ۷ روز اول خود مجدداً به یک مقاومت دیگر می‌رسد و هر چه زمان بیشتر می‌گذرد، مقاومت بتن نیز بیشتر می‌شود. حال فرض کنید که در ساخت یک پل  و یا یک سد مقدار آب موجود در طرح اختلاط یک مقدار بیشتر از حد معین می‌باشد و قاعدتاً این مقاومت فشاری نهایی کاهش پیدا می‌کند. ما می‌توانیم در همان ساعات اولیه قبل از اجرا به کمک آزمایش بتن این مقاومت را مشخص کنیم و از هدررفتن سرمایه زیاد جلوگیری کنیم

1.2. پارامترهای مهم در آزمایش‌ها بتن تازه

بتن تازه اصلاحی است که به بتنی اطلاق می‌شود که
به‌تازگی مواد تشکیل‌دهنده آن با هم ترکیب شده‌اند و رطوبت پایینی دارد.

خصوصیات بتن تازه بر ویژگی‌های بتن سخت شده نهایی تأثیر می‌گذارد.

به همین خاطر است که برای اطمینان از کیفیت بتن، بتن تازه را مورد آزمایش قرار می‌دهند.

پارامترهای مهمی که باید در آزمایش‌ها بتن تازه موردنظر قرار بگیرند عبارت‌اند از:

• درصد هوا
• کارایی و روانی
• وزن مخصوص
• رطوبت
• زمان گیرش
• جمع شدگی پلاستیک
• جداشدگی
• آب انداختن
• جمع شدگی حرارتی
• دمای هیدراتاسیون
• دما
• انبساط حرارتی

3. انواع تست‌های بتن

برخلاف بسیاری از مصالح ساختمانی، بتن ماده‌ای است که تقریباً هم‌زمان با ساخت‌وساز به‌صورت دستی یا آماده تهیه می‌شود. به همین دلیل هم باتوجه‌به محل استفاده از بتن، باید میزان ترکیبات آن در آزمایشگاه بررسی شود تا به میزان مقاومت دلخواه برسد.

حین بتن‌ریزی نیز باید از بتن نمونه گیری شود و روی آن تست‌های بتن انجام گیرد. تست‌های مقاومت بتن و به‌طورکلی روش‌های تست بتن تنوع زیادی دارند و هرکدام باهدف خاصی انجام می‌شوند. بر اساس روند انجام، انواع آزمایش بتن به دودسته تست‌های مخرب بتن و تست‌های غیرمخرب بتن تقسیم شده‌اند.

1.3. تست‌های مخرب بتن (DT)

تست‌های مخرب، آزمایش‌هایی هستند که در روند انجام آن‌ها آسیب‌های جزئی به المان‌های سازه بتنی وارد می‌شود تا به این ترتیب بعد از تفسیر نتایج آزمایش بتن، رفتار آن سازه ارزیابی شود. البته این آسیب‌ها به حدی نیست که در عملکرد، مقاومت یا سرویس دهی سازه اختلالی رخ دهد. با این حال انجام این نوع تست، باید با دقت فراوان انجام گیرد و آسیب ایجاد شده به خوبی ترمیم شود تا در نهایت مشکلی پیش نیاید.

ازآنجاکه تست‌های مخرب بتن مثل آزمایش‌های بتن سخت شده، به‌صورت مستقیم و واضح پارامتر‌های مقاومت و استحکام بتن را مشخص می‌کنند از درجه اهمیت و اعتبار بیشتری نسبت به تست‌های غیرمخرب برخوردارند.

2.3. تست‌های غیرمخرب بتن (NDT)

یکی از انواع تست‌های مقاومت، تست‌های غیرمخرب بتن هستند. در این آزمایش‌ها اطلاعات و بررسی‌های مدنظر بدون ایجاد آسیب در المان‌های بتنی به دست می‌آید. البته ناگفته نماند که از طریق تست‌های غیرمخرب بتن، نمی‌توان به‌صورت مستقیم مقاومت فشاری سازه بتنی را اندازه‌گیری کرد؛ زیرا برای سنجش میزان مقاومت فشاری حتماً به تنش‌های تخریبی نیاز داریم.

در آزمایش‌های غیر تخریبی، پارامتر‌های دیگر سازه بتنی اندازه‌گیری شده و بعدا از طریق منحنی‌های کالیبراسیون و روابط ریاضی، میزان مقاومت فشاری نیز به دست می‌آید. در یک دسته‌بندی دیگر، روش ‌های تست بتن را براساس نتیجه نهایی آن‌ها مشخص می‌کنند. در ادامه هریک از این تست‌های دوام بتن و روش های تست بتن را توضیح می‌دهیم.

3.3. تست التراسونیک

یکی از تست‌های دوام بتن، تست التراسونیک نام دارد که به کمک دستگاه‌های تست بتن انجام می‌گیرد. در این آزمایش با استفاده از امواج التراسونیک، بتن ارزیابی می‌شود. برای انجام این تست امواج به سه صورت مستقیم، سطحی و نیمه مستقیم منتقل می‌شوند.

در اغلب اوقات انتقال مستقیم گزینه مناسب‌تری برای انجام این آزمایش است. امواج از درون بتن عبور می‌کنند و بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده منحنی‌های کالبیراسیون رسم می‌شود.

4.3. تست اسلامپ

یکی از تست‌های بتن مهم و پرکاربرد آزمایش اسلامپ است. این آزمایش اطلاعاتی مهمی همچون روانی و سفتی بتن، نسبت سیمان به آب، کارایی و غیره را در اختیار ما می‌گذارد.

برای انجام این آزمایش پس از اختلاط چندمرحله‌ای، مقداری از بتن درون یک مخروط ناقص ریخته شده و با یک میله حدود 30 ضربه برای تراکم لایه‌ها وارد می‌کنیم. در مرحله بعد میزان افت بتن اندازه‌گیری می‌شود هرچه میزان افت بتن بیشتر باشد میزان کارایی آن نیز بیشتر است.

5.3. تست مقاومت فشاری بتن

این تست به ما کمک می‌کند تا بفهمیم آیا بتن به مقاومت موردنظر ما رسیده یا خیر؟ برای رسیدن به یک دید کلی و جامع از ویژگی‌های سازه بتنی، از این تست استفاده می‌شود.

یکی از موضوعات مهم در زمینه انواع تست‌های بتن از جمله تست مقاومت، نوع و تعداد نمونه آزمایش بتن است. در این آزمایش بتن نمونه مکعبی یا استوانه‌ای کاربرد دارد.

6.3. تست مقاومت کششی بتن

در حالت کلی بتن به‌گونه‌ای تهیه می‌شود که کشش کمی را تحمل کند و مقاومت بالایی در برابر فشار داشته باشد. با این حال میزان مقاومت کششی بتن در برابر بار‌ها و فشار‌های مختلف، قابل چشم پوشی نیست و باید اندازه‌گیری شود.

در این تست نیز نوع و تعداد نمونه آزمایش بتن اهمیت دارد و بیشتر مواقع از نمونه‌های استوانه‌ای استفاده می‌شود، اما نتایج به دست آمده قابل تعمیم به نمونه‌های مکعبی هم است.

برای انجام این آزمایش، دو روش برزیلی یا خمش خالص کاربرد دارد. در روش برزیلی، نمونه در شرایط خاصی تحت فشار قرار می‌گیرد و در روش خمش خالص، قطعه بتنی تحت خمش آزمایش می‌شود.

7.3. تست چکش اشمیت

در ۷۰ سال پیش توسط شخصی به نام آقای اشمیت آزمایشی مطرح شد که این روزها بسیار کاربردی می‌باشد و اساس آن هم بر نیروی برگشت جسم که بر سطح موردنظر برخورد می‌کند استوار است.

روش کار این آزمایش بتن به‌گونه‌ای است که چکش اشمیت دارای یک میله فولادی است که در تماس با سطح و روی بتن قرار داده می‌شود. داخل چکش وزنه‌ای وجود دارد که با مقدار انرژی معین بر میله فولادی ضربه می‌زند و پس از ضربه‌زدن، وزنه باز می‌شود و در همین حال شاخص متصل به وزنه مقدار برگشت را نشان می‌دهد. در واقع عدد برگشت همان فاصله برگشت وزنه است که نتایج بر حسب آن گزارش شده و توسط منحنی کالیبره به مقاومت فشاری بتن مرتبط می‌شود.
سطحی از نمونه که زیر میله چکش قرار می‌گیرد، باید کاملاً صاف باشد و هم چنین مقدار سختی سطح بستگی به راستای قرارگیری چکش دارد. طبق پیشنهاد انجمن بین المللی مکانیک سنگ بهتر است که چکش در یکی از سه وضعیت قائم به سمت بالا، افقی و یا قائم به سمت پایین قرار گیرد.

چکش اشمیت، یکی از انواع آزمایش بتن ‌است که توسط فردی با همین نام اختراع شده. در این روش از یک میله فولادی (چکش) که درون آن یک وزنه وجود دارد استفاده می‌شود. این وزنه با مقدار انرژی معینی بر میله فولادی ضربه می‌زند.

پس از ضربه زدن، وزنه باز شده و شاخص متصل به وزنه، مقدار برگشت را نشان می‌دهد. عددی که شاخص نشان می‌دهد بر اساس منحنی کالیبره، مقاومت فشاری بتن را محاسبه می‌کند.

8.3. دیگر آزمایش‌های بتن

1. آزمایش های بتن استاندارد برای تعیین جرم حجمی سیمان
2. آزمایش های بتن استاندارد برای غلظت نرمال سیمان هیدرولیکی
3. آزمایش های بتن استاندارد جهت تعیین مقاومت کششی ملات سیمان
4. آزمایش های بتن استاندارد جهت تعیین مقاومت خمشی ملات سیمان هیدرولیکی
5. آزمایش های بتن استاندارد برای تعیین نرمی سیمان پرتلند با استفاده از دستگاه نفوذپذیری هوا
6. آزمایش های بتن استاندارد برای دانه بندی مصالح سنگی ریزدانه و درشت دانه به وسیله الک
7. آزمایش بتن اسلامپ
8. آزمایش های بتن عمل آوری بتن
9. آزمایش تعیین اندازه بتن تازه به روش وی بی
10. آزمایش های بتن آب انداختن بتن
11. آزمایش های بتن تعیین هوای موجود در بتن
12. نمونه گیری از بتن و آزمایشات بتن
13. آزمایش های بتن مقاومت فشاری بتن
14. آزمایش های بتن سفت شده
15. آزمایش های بتن عملکرد کف سازی
16. آزمایش های بتن و مواد محافظ کیورینگ بتن
17. آزمایش های بتن و مقاومت کششی بتن
18. آزمایش های بتن در برابر یخ زدگی
19. آزمایش های بتن الاستیسیته استاتیکی بتن
20. آزمایش های بتن تعیین درصد جذب آب
21. طرح اختلاط بتن

4. نمونه گیری از بتن تازه