9 نمونه متداول آزمایش بتن خود تراکم تازه + روش انجام آن

بتن خودتراکم از پرکاربردترین مصالح در ساخت سازه‌هاست که لازمه استفاده از آن، شناخت مناسب ویژگی‌های خاص بتن و روش‌های تامین آن است. برای اطمینان از صحت ویژگی‌های بتن، لازم است آزمایش‌ بتن خود تراکم تازه انجام شود تا کیفیت آن مورد تایید قرار گیرد. برای آشنایی با 9 آزمایش متداول بتن خودتراکم تازه و بررسی مراحل آن، تا انتها همراه ما باشید.

جریان اسلامپ، زمان 50 (T50)

آزمایش جریان اسلامپ و تعیین زمان رسیدن بتن به قطر 50 سانتی‌متر، از متداول‌ترین آزمایش‌های بررسی کارایی بتن است که با هدف تعیین میزان روانی بتن تازه، تحت‌تاثیر وزن خود (بدون هیچ قیدی، جز اصطکاک صفحه جریان) در کارگاه انجام می‌شود.

در آزمایش جریان اسلامپ، قطر دایره بتن ایجاد شده روی صفحه، بعد از بلند کردن مخروط، معیاری از روانی بتن است و زمان رسیدن بتن به قطر 50 سانتی‌متر (T50)، معیاری از گرانروی بتن است؛ البته باید دقت کرد این امر، تنها در صورتی صحیح است که جریان اسلامپ نمونه‌ها یکسان باشد.

برای انجام آزمایش جریان اسلامپ، باید قیف کوتاه روی مخروط آبرام تمیز و مرطوب قرار داده و روی جاپاهای مخصوص دو طرف مخروط بایستید تا زمان ریختن بتن داخل مخروط، بتن از زیر مخروط به بیرون نشت نکند. سپس مخروط را با کمک قیف از بتن (حدود 6 لیتر) پر کنید.

حال باید مخروط را به‌صورت کاملا عمودی و با سرعت ثابت بالا آورده تا بتن به‌صورت یکنواخت روی صفحه پخش شود. در نهایت، قطر دایره بتنی پخش شده روی صفحه را در دو وجه عمود بر هم (یکی از دو قطر، باید مطابق با حداکثر قطر دایره باشد) اندازه بگیرید. میانگین این دو قطر، معادل قطر نهایی و میزان جریان اسلامپ بتن است.

توجه داشته باشید در صورتی که قطر نهایی کمتر از 55 باشد، بتن کارایی بسیار کمی خواهد داشت و در صورتی که این مقدار بیشتر از 85 باشد، احتمال ناپایداری بتن وجود دارد. بنابراین بهترین مقدار برای جریان اسلامپ، بین 55 تا 85 است.

اگر زمان T50 برایتان حائز اهمیت است، لازم است بلافاصله بعد از بلند کردن مخروط، زمان رسیدن بتن به قطر 50 سانتی‌متر را اندازه‌گیری کنید. گرچه برخی محققین معتقدند از T50 نمی‌توان به‌طور مستقیم برای محاسبه گرانروی استفاده کرد و فقط زمانی‌که جریان اسلامپ نمونه‌ها ثابت باشد، می‌توان از T50 در ارزیابی بتن‌هایی با گرانروی مختلف استفاده نمود.

شاخص پایداری چشمی (VSI)

شاخص پایداری چشمی (Visual Stability Index)، عددی بین 0، 1، 2 یا 3 است که به مشخصات ظاهری حاشیه کناری بتن آزمایش اسلامپ، از نظر میزان جداشدگی و آب‌انداختگی نسبت داده می‌شود. بر اساس استاندارد (INSO 11270) ASTM C1611 موسسه ICAR، انجمن بتن آمریکا و موسسه PCI، بهترین مقدار برای این نمونه از آزمایش بتن خودتراکم تازه، بین صفر و یک است.

حلقه J (Japanese ring)

آزمایش حلقه J با شبیه‌سازی شرایط عبور بتن از میان میلگردها، به بررسی توانایی عبور بتن با حفظ همگنی از میان میلگردها می‌پردازد. بر این اساس، هر‌ قدر میزان بازشدگی (توانایی عبور بتن از بین میلگردها) بیشتر باشد، یعنی بتن خودتراکم تا مسافت بیشتری تحت نیروی وزن خود از میان میلگردها عبور کرده و سریع‌تر قالب را پر می‌کند.

برای انجام این نمونه از آزمایش بتن خودتراکم تازه، باید مخروط ناقص اسلامپ را به‌صورت وارونه وسط حلقه J قرار دهید تا لبه‌های جای پا مخروط به حلقه گیر نکند. سپس مخروط را تقریبا با 6 لیتر بتن پر کرده و سطح روی آن را کامل صاف کنید و در آخر، همانند مخروط اسلامپ با سرعتی یکنواخت مخروط را بلند کرده تا بتن روی صفحه زیرین جریان پیدا کند.

نتایج این آزمایش طبق آیین‌نامه بتن ایران، به دو صورت بررسی می‌شود:

1. بر اساس استاندارد ملی 11271 که در آن قطر پخش‌شدگی مخلوط در آزمایش جریان اسلامپ با قطر پخش‌شدگی مخلوط در آزمایش حلقه J مقایسه می‌شود. در این روش، میزان اختلاف باید کمتر از 50 میلی‌متر باشد؛ البته برای قطعات پر میلگرد یا شرایطی که نیاز به حرکت بتن در قالبی به طول 5 تا 10 متر است، میزان اختلاف به 25 میلی‌متر می‌رسد.
2. روش اروپایی که در آن اختلاف ارتفاع بین دو طرف حلقه اندازه‌گیری می‌شود. در این روش، میزان اختلاف باید کمتر از 10 میلی‌متر باشد.

جعبه L

آزمایش جعبه L، روشی مناسب برای بررسی قابلیت پرکنندگی، قابلیت عبور بتن تازه و بررسی پدیده انسداد ناشی از حضور میلگرد در شرایط آزمایشگاهی یا کارگاهی در کوتاه‌ترین زمان (حداکثر 5 دقیقه) است.

برای انجام این آزمایش بتن خودتراکم تازه، کافی است قسمت عمودی دستگاه را از بتن خودتراکم پُر و پس از یک دقیقه دریچه را باز کنید تا بتن در بخش افقی جعبه L جریان پیدا کند. زمان رسیدن بتن به فاصله 20 و 40 سانتی‌متری بخش افقی جعبه را اندازه‌گیری کرده و با عنوان T20 و T40 یادداشت کنید؛ این دو زمان معیاری برای سنجش گرانروی خمیری بتن تازه شما هستند.

پس از توقف جریان در بخش افقی، ارتفاع بتن در انتهای بخش افقی (میانگین ارتفاع در سه نقطه مرکز و گوشه‌ها) و انتهای بخش عمودی را اندازه‌گیری و به‌ترتیب با عنوان H2 و H1 یادداشت کنید. در نهایت با استفاده از رابطه (H2/H1) نسبت انسداد را مشخص نمایید.

قیف V

آزمایش قیف V با هدف نمایش میزان گرانروی و توانایی عبور بتن از مقاطع باریک انجام می‌شود. طبق آیین‌نامه بتن ایران، این آزمایش بتن خودتراکم تازه، باید در کمتر از 8 ثانیه انجام شود تا قابلیت پرکنندگی مناسب برای بتن مشخص گردد.

برای انجام این آزمایش بتن خودتراکم تازه، کافی است قیف V را کاملا تمیز و مرطوب کنید. با حدود 12 لیتر بتن، قیف را بدون آن‌که در آن تراکمی صورت گیرد یا ضربه‌ای به بدنه آن وارد شود، پُر و سطح آن را صاف کنید. بعد از گذشت 10 ثانیه، دریچه قیف V را باز کرده و اجازه دهید بتن تحت‌تاثیر نیروی وزن خود به‌طور کامل از قیف خارج شود.

زمان تخلیه کامل بتن (زمان جریان)، معادل زمان ظاهر شدن نور در حالتی است که از بالای قیف به خروجی آن نگاه می‌شود. طبق آیین‌نامه بتن ایران، بهترین زمان تخلیه کامل بتن (Flow Time) کمتر از 8 ثانیه است.

در ادامه بلافاصله بعد از اندازه‌گیری و ثبت زمان تخلیه کامل بتن، برای بار دوم بدون تمیز یا مرطوب کردن قیف، با همان شرایط قبل، قیف V را پر و به مدت 5 دقیقه رها کنید تا شرایط ته‌نشینی در قیف فراهم شود. بعد از 5 دقیقه، دریچه را باز کرده و زمان تخلیه کامل را مجدد اندازه‌گیری و ثبت نمایید.

بر اساس توصیه آیین‌نامه ایران، اختلاف زمان جریان بار دوم و بار اول، نباید بیش از 3 ثانیه باشد، زیرا افزایش این اختلاف زمان می‌تواند نشان‌دهنده عدم پایداری بتن خودتراکم و جداشدگی آن شود.

بنابر پیشنهاد موسسه EFNARC، بهترین زمان تخلیه بتن از قیف V شکل بین 6 تا 12 ثانیه است. اگر زمان تخلیه بیش از 12 ثانیه باشد، بیانگر گرانروی زیاد بتن بوده و اگر کمتر از 6 ثانیه باشد، نشان‌دهنده گرانروی کم بتن و احتمال وقوع پدیده جداشدگی در بتن است.

علاوه‌بر قیف V، نوع دیگری از قیف با مقطع O شکل نیز در ژاپن استفاده می‌شود که ابعاد آن در تصویر زیر نمایش داده شده است. از این قیف برای اندازه‌گیری توانایی عبور بتن با حداکثر اندازه 20 میلی‌متر استفاده می‌شود.

ستونک پایداری

دستگاه ستونک پایداری به‌منظور برآورد مقاومت بتن خودتراکم در برابر جداشدگی استاتیکی طراحی شده است. در طراحی این تصویر، از 3 استوانه پلی وینیل کلراید PVC به قطر 20 سانتی‌متر و ارتفاع کل 66 سانتی‌متر استفاده شده است. ارتفاع استوانه‌های بالا و پایین، هر یک جداگانه 16.5 سانتی‌متر و ارتفاع استوانه میانی 33 سانتی‌متر است. البته انجمن بتن آمریکا و ICAR این دستگاه را با 4 استوانه با طول جداگانه 16.5 سانتی‌متر در نظر گرفته که در آن هر استوانه توسط 4 سامانه چفت و بست گیره یا وسیله مناسب دیگر به هم متصل می‌شود.

بیشتر بخوانید: جلوگیری از جدا شدگی بتن

برای انجام این آزمایش، لازم است دستگاه را به مدت 2 دقیقه با بتن پُر کرده و به مدت 15 دقیقه آن را دست‌نخورده رها کنید. حال بخش بالایی ستون را با حرکت چرخشی افقی به کمک صفحه جمع‌آوری‌کننده (Collector Plate) از سایر قسمت‌های ستون پایداری جدا کرده و نمونه‌های قسمت بالا و پایین ستون جدا شده را روی الک شماره 4 (4.75میلی‌متر) شسته و به‌این‌ترتیب، ریزدانه‌ها را از الک عبور ‌دهید تا درشت‌دانه‌ها باقی بمانند.

با کمک پارچه جاذب بزرگ، سطح درشت‌دانه‌ها را خشک کرده و وزن درشت‌دانه‌های قسمت بالا و پایین را با دقت 50 میلی‌گرم اندازه‌گیری کنید تا بتوانید شاخص جداشدگی ایستایی را با دقت 0.1% با کمک رابطه زیر محاسبه کنید.

SI = 2[(CA_B – CA_T) / (CA_B + CA_T)]*100

• CA_B: وزن درشت‌دانه‌های پایین
• CA_T: وزن درشت‌دانه‌های بالا

از آنجاکه محدوده شاخص جداشدگی برای بتن‌های با مقاومت مناسب در برابر جداشدگی ایستایی در استاندارد مشخص نشده است، گزارش کمیته 237 انجمن بتن امریکا، بیان کرده در صورتی که شاخص جداشدگی بتن خودتراکم کمتر از 10% باشد، بتن مقاومت کافی در برابر جداشدگی ایستایی دارد. این مقدار، در مرکز حمل‌ونقل انجمن‌های ملی آمریکا، برابر 5% و در گزارش مرکز تحقیقات بین‌المللی سنگدانه در دانشگاه Austin برابر 15% پیشنهاد شده است.

آزمون نفوذ

آزمون نفود با هدف تخمین مقاومت بتن در برابر جداشدگی، با استفاده از تعیین مقاومت بتن در برابر نفوذ وسیله خارجی طراحی شده است. همان‌طور که می‌دانید در اثر پدیده جداشدگی، درشت‌دانه‌ها در پایین نمونه بتن ته‌نشین می‌شوند و لایه ملات در بالای نمونه بتنی جمع می‌شود. بنابراین تنش تسلیم در بخش فوقانی کمتر از سایر قسمت‌های بتن شده و وسیله خارجی به راحتی می‌تواند در آن نفوذ کند.

برای انجام این آزمایش، بتن را در محفظه‌ای با ابعاد مناسب بریزید. توجه داشته باشید ابعاد محفظه باید طوری باشد که بتوان اثر لبه‌های آن را در نظر نگرفت. بنابراین بهترین وسیله برای این آزمایش، جعبه L یا قیف اسلامپ است. سپس بتن را به مدت 80 ثانیه (دقیقه) دست نخورده باقی بگذارید. در نهایت، وسیله‌ی نفوذ داخل بتن که جسمی به ارتفاع 50 سانتی‌متر، قطر 75 سانتی‌متر و وزن 45 گرم است را رها کرده و عمق نفوذ را پس از 30 ثانیه ثبت ‌کنید.

طبق آیین‌نامه بتن ایران، در چنین شرایطی، اگر عمق نفوذ (P_d) کمتر از 10 میلی‌متر باشد، بتن مقاومت مطلوبی داشته و چنانچه عمق نفوذ کمتر از 25 میلی‌متر باشد، مقاومت بتن قابل قبول بوده و بیشتر از 25 میلی‌متر، بتن در معرض جداشدگی قرار خواهد داشت.

آزمایش جداشدگی دینامیکی

آزمایش جداشدگی دینامیکی، از متداول‌ترین نمونه آزمایش بتن خودتراکم تازه برای ارزیابی مقاومت بتن خودتراکم در برابر جداشدگی دینامیکی است؛ البته به‌دلیل شرایط ویژه، دستگاه آن در کارگاه‌ها مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و عموما برای شرایط آزمایشگاهی مناسب است.

دستگاه این آزمایش، شامل یک مکعب مستطیل به ابعاد 10 در 15 سانتی‌متر و ارتفاع 50 سانتی‌متر (برخی منابع 40 سانتی‌متر) است که دارای یک دریچه در قسمت بالایی آن برای پر کردن ستون از بتن و دو دریچه در قسمت بالا و پایین وجه مقابل با ابعاد 15×15 سانتی‌متر، برای تخلیه در انتهای آزمایش است. این دستگاه روی میز سیلان ملات استاندارد نصب می‌شود.

برای انجام این آزمایش، لازم است بتن را در ستون ریخته و به‌مدت یک دقیقه آن را دست نخورده رها کنید. سپس بتن را با استفاده از میز جریان با سرعت 20 بار در دقیقه ضربه زده و مجدداً آن را 5 دقیقه رها کنید. حالا نمونه‌های قسمت بالا و پایین ستون را با کمک دریچه‌ها تخلیه کرده و هر یک را جداگانه روی الک 4 (4.75 میلی‌متر) شسته و پس از خشک شدن، وزن کنید. کافی است نسبت وزن درشت‌دانه در قسمت بالا به وزن درشت‌دانه‌های قسمت پایین را محاسبه کرده تا نسبت جداشدگی دینامیکی مشخص شود.

درصورتی که نسبت جداشدگی بیشتر از 0.95 باشد، بتن مقاومت خوبی در برابر جداشدگی دینامیکی دارد و اگر این نسبت از 0.9 کمتر باشد، احتمال وقوع جداشدگی در مخلوط بتن وجود خواهد داشت.

پایداری الک GTM (GTM Screen Stability Test Method)

آزمایش GMT برای ارزیابی مقاومت در برابر جداشدگی بتن خودتراکم ابداع و طراحی شده است. از آنجا که این روش آزمایش بتن خودتراکم تازه نیاز به وزن کردن دقیق دارد، به‌عنوان آزمایش کارگاهی مناسب نیست.

طبق استاندارد ملی 3203-11 و EN 12350-11 برای انجام این آزمایش، لازم است حدود 10 لیتر، از نمونه بتن خودتراکم را در ظرفی درب‌دار به حجم 10 لیتر (جهت جلوگیری از تبخیر) ریخته و 15 دقیقه رها کنید تا در صورت وجود استعداد جداشدگی داخلی، خود را نشان دهد. بعد از باز کردن درب ظرف نگهداری بتن، سطح بتن را از نظر آ‌ب‌انداختگی بررسی و گزارش کنید.

سپس حدود 2 لیتر (4.8±0.2 کیلوگرم) از بتن فوقانی داخل ظرف را داخل سرتاس بزرگ ریخته و وزن بتن ریخته و ظرف را اندازه‌گیری کنید. حال این بتن را به آرامی از ارتفاع 5 متری به‌صورت پیوسته روی الکی به قطر 350 میلی‌متر و چشمه 5 میلی‌متر ریخته و جرم بتن (M_a) روی الک را با کسر وزن ظرف خالی الک و زیر الکی محاسبه کنید.

سپس اجازه دهید ملات بتن به‌مدت 2 دقیقه از الک به داخل زیرالکی سرازیر شود. در نهایت، زیر الکی و ملات را جداگانه وزن کرده و با کسر وزن زیرالکی، وزن ملات (M_b) را به دست آوردید. به‌این‌ترتیب با کمک فرمول زیر می‌توانید ضریب یا نسبت جداشدگی را محاسبه و گزارش کنید.

ضریب یا نسبت جداشدگی = (M_b/M_a) * 100%

طبق مشاهدات تجربی، اگر درصد ملات عبوری از الک بین 5 تا 15 درصد وزن نمونه باشد، بتن پایداری مطلوبی در برابر جداشدگی خواهد داشت. نتایج زیر 5% نشانه مقاومت شدید در برابر جداشدگی و داشتن بتی با روانی کم است.

دستگاه رئومتر

دو نمونه از پرکاربردترین رئومتر‌ها برای اندازه‌گیری رفتار بتن خودتراکم تازه، رئومترهای مدل لوله موئین (Capillary tube viscometers) و رئومترهای چرخشی (rotational rheometers) هستند.

رئومترهای لوله مویین برای اندازه‌گیری سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی استفاده می‌شوند. این نمونه از رئومترها به‌ندرت برای تعیین واحدهای پایه‌ای پارامترهای رئولوژی استفاده شده و در عین سادگی و ارزانی نسبت به رئومترهای چرخشی، برای اندازه‌گیری گرانروی بتن بسیار دقیق‌ترند.

این در حالی است که رئومترهای چرخشی، عموماً زمان‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که پارامترهای رئولوژی بتن در واحدهای پایه‌ای تعیین شوند. این روش معمولاً برای سوسپانسیون‌های غلیظ، ژل‌ها، خمیرها، سیالات غیرنیوتنی، توزیع آهنگ برش و تنش برشی مناسب‌تر از دستگاه لوله مویین است. البته مشکل افزایش دما در اثر برش، یکی از دغدغه‌های رئومترهای چرخشی است که روش‌های مناسبی برای محدود کردن تغییر دما در آن‌ها وجود دارد.

رئومترها به منظور ایجاد شکست تیکسوتروپی در مخلوط، تنش اولیه‌ای را به مخلوط بتن اعمال می‌کنند. سپس در‌حالی‌که ارتباط بین گشتاور و سرعت چرخش در حال اندازه‌گیری است، نرخ تنش کاهش داده می‌شود.

در رئومترهای موجود، روش‌های مختلفی برای تبدیل داده‌های گشتاور چرخشی به تنش تسلیم و لزجت خمیری به‌کار گرفته شده که دو گروه کلی آن‌ها، روش‌ها بر پایه‌ی واحدهای نسبی و روش‌های ارائه‌دهنده‌ی واحد‌های پایه‌ای هستند.

برای محاسبه‌‌ی واحدهای نسبی به داده‌های گشتاور (T) بر حسب سرعت چرخش (N)، خط مستقیمی برازش داده می‌شود. در دستگاه دو نقطه‌ای Tattersal نقطه‌ی تلاقی این خط با محور گشتاور «g» و شیب خط «h» نامیده می‌شود.

T = g + hN

• T: واحدهای نسبی به داده‌های گشتاوری؛
• N: سرعت چرخش؛
• g: شاخص مرتبط با تنش تسلیم؛
• h: شاخص مرتبط با لزجت خمیری.

در فرمول بالا متغیر g با مدول برشی که با «G» نشان داده می‌شود، متفاوت است. همچنین برای محاسبه‌ی نتایج بر حسب واحدهای پایه‌ای با کمک مدل بینگام یا مدل Herschel – Bulkley، نیاز به کالیبره کردن یا استفاده از فرضیات مشخصی در مورد توزیع تنش تسلیم و نرخ برش در رئومتر وجود دارد.

سخن پایانی

آزمایش‌های بتن خود تراکم تازه، طی زمان و بر اساس ویژگی‌هایی چون دقت، صحت، تکرارپذیری نتایج و سهولت انجام آزمایش مرسوم شده‌اند. انجام فرایند این آزمایش‌ها، به شما کمک می‌کنند به‌راحتی در شرایط کارگاهی یا آزمایشگاهی، خواص بتن را ارزیابی کرده و ویژگی‌های آن را اندازه‌گیری کنید.