آزمایش مقاومت نفوذ برای تعیین زمان گیرش اولیه و نهایی مخلوط بتن در آزمایشگاه و محل پروژه بر روی نمونه ای از بتن صورت می‌گیرد. متغیرهایی چون میزان آب، نوع و مقدار مواد سیمانی یا مواد افزودنی، زمان گیرش بتن را تحت تاثیر قرار می‌دهند. علاوه بر این،عوامل خاصی مانند دانه بندی سنگدانه‌های سیمان، وجود نمک در ماسه، شرایط جوی نیز ممکن است بر زمان گیرش بتن تأثیر بگذارند. به عنوان مثال، سیمان برای تکمیل هیدراتاسیون خود به دمای 27 درجه سانتی گراد نیاز دارد، اما در زمستان ها که هوا سرد است، فرآیند هیدراتاسیون زمان بیشتری طول می‌کشد. بنابراین زمان گیرش طولانی‌تر خواهد. به طور کلی،زمانی که سیمان شروع به سفت شدن و از دست دادن انعطاف پذیری خود می‌کند را زمان گیرش اولیه سیمان می‌نامند. ولی زمان گیرش نهایی، هنگامی شروع می‌شود که بتن پلاستیسیته خود را به طور کامل از دست داده و سخت می‌شود. طبق استاندارد ASTM C403M-16، زمان گیرش اولیه و نهایی بتن، زمانی قابل تعیین است که میزان مقاومت نفوذ به ترتیب برابر با 3.5 مگاپاسکال و 27.6 مگاپاسکال باشد.
تجهیزات موردنیاز برای آزمایش تعیین زمان گیرش
ظرف : ابعاد جانبی باید حداقل قطر 150 میلی‌متر و ارتفاع حداقل 150 میلی‌متر باشد.
سوزن‌های نفوذی : سوزن‌های نفوذی که معمولاً به دستگاه بارگیری متصل می‌شوند، دارای سطح مقطع‌های 645، 323، 161، 65، 32 و 16 میلی‌متر مربع هستند.
دستگاه اندازه گیری نیرو : برای اندازه‌گیری نیروی لازم جهت نفوذ سوزن‌ها استفاده می‌شود. دستگاه باید قادر به اندازه‌گیری نیروی نفوذ با دقت 10 نیوتن و ظرفیت حداقل 600 نیوتن باشد.
میله کوبنده : میله فولادی گرد و صاف با قطر 16 میلی‌متر و طول تقریبی 600 میلی‌متر است.
پیپت : برای خارج کردن آب ناشی از آب انداختگی از سطح نمونه آزمایش استفاده می‌شود.
دماسنج : دماسنج باید قابلیت اندازه‌گیری دمای ملات تازه تا 60.5 درجه سانتی‌گراد را داشته باشد.
کرنومتر : برای کنترل زمان‌بندی آزمایش، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آماده سازی نمونه
- برای آزمایشات در محل، یک نمونه از بتن تازه بردارید که برای سه آزمایش نمونه برداری استفاده شود.
- برای آزمایشات در شرایط آزمایشگاهی، بتن را بسازید و اسلامپ و مقدار هوای آن را مشخص کنید.
- بتن عبور داده شده از یک الک 4.75 میلی‌متری باید برای نمونه استفاده شود.
- برای اثبات انطباق بتن با الزامات عملکردی، حداقل سه پیمانه به صورت جداگانه برای هر متغیر مورد بررسی از بتن بردارید. تست گیرش را روی هر پیمانه انجام دهید.
- برای آزمایش های دیگر، سه نمونه آزمایش از یک پیمانه بتن برای هر متغیر آزمایشی آماده کنید.
- زمان اختلاط سیمان و آب را ثبت کنید.
- ملات را با روش‌های دستی روی سطح غیرجاذب کاملاً مخلوط کنید. دمای ملات را اندازه گیری و ثبت کنید.
- ملات را در ظرف یا ظروف به صورت یک لایه قرار دهید.
- حفره های هوای نمونه را با تکان دادن ظرف، ضربه زدن به کناره‌های ظرف، کوبیدن ملات با میله کوبنده ویا قرار دادن ظرف روی میز ارتعاشی از بین ببرید.
- در نهایت بالای سطح را با ماله صاف کنید.
روش آزمایش زمان گیرش (تنظیم) بتن
- با استفاده از پیپت، آب خروجی از سطح نمونه را خارج کنید.
- بر اساس درجه گیرش ملات، اندازه سوزن مناسب را در دستگاه قرار دهید.
- سطح سوزن را با سطح ملات مماس کنید.
- یک نیروی عمودی را به تدریج و به طور یکنواخت به سمت پایین روی دستگاه اعمال کنید تا زمانی که سوزن تا عمق 2±25 میلی‌متر به ملات نفوذ کند.
- نیروی لازم برای نفوذ سوزن به عمق 2±25 میلی‌متر را یادداشت کنید.
- زمان اعمال بار را ثبت کنید.
- مقاومت نفوذ را با تقسیم نیروی ثبت شده بر سطح مقطع سوزن محاسبه کنید.
اقدامات احتیاطی برای آزمایشات بعدی
در آزمایش‌های نفوذ بعدی مراقب باشید، مناطقی از ملات که توسط آزمایش‌های قبلی خراب شده است دوباره مورد آزمایش قرار نگیرد. اقدامات احتیاطی زیر باید قبل از انجام آزمایش بعدی روی نمونهای که اولین آزمایش نفوذ روی آن انجام می‌شود در نظر گرفته شود.
- حداقل فاصله بین قالب‌های سوزن 15 میلی‌متر است.
- حداکثر و حداقل فاصله بین سوزن و کناره‌های قالب به ترتیب 50 و 25 میلی‌متر است.
- برای مخلوط های معمولی در دمای آزمایشگاهی (20 تا 25 درجه سانتی گراد)، آزمایش گیرش اولیه را 3 تا 4 ساعت پس از لحظه‌ی اختلاط سیمان و آب انجام دهید. آزمایشات بعدی باید در فواصل نیم تا 1 ساعته انجام شود.
- برای مخلوط‌‌های بتن حاوی افزودنی تندگیر کننده، توصیه می‌شود که آزمایش اولیه پس از گذشت زمان 1 تا 2 ساعت و آزمایش‌های بعدی در فواصل زمانی 1 تا 2 ساعت انجام شود.
- برای مخلوط های بتن حاوی افزودنی کندگیرکننده، آزمایش اولیه ممکن است تا زمان سپری شده 4 تا 6 ساعت به تعویق بیفتد.
- حداقل 6 بار در فواصل زمانی مشخص، میزان نفوذ سوزن به سیمان را اندازه گیری کنید تا نتایج آزمایش را بتوان به صورت منحنی ارائه کرد.
- آزمایش را تا زمانی ادامه دهید که حداقل یک بار مقاومت در برابر نفوذ برابر یا بیشتر از 27.6 مگاپاسکال شود.
نمودار نتایج آزمون
نمودار مقاومت نفوذ در زمان سپری شده، اطلاعاتی را در مورد میزان گیرش بتن در زمان‌های مختلف ارائه می‌دهد. نمودار مقاومت نفوذ،در محور x مدت زمان بر حسب دقیقه و در محور Y میزان مقاومت بر حسب PSI را نمایش می‌دهد.زمانی که مقاومت نفوذ به ترتیب برابر با 3.5 مگاپاسکال و 27.6 مگاپاسکال باشد، زمان گیرش اولیه و نهایی تلقی می‌شود.
منابع خطاها
عوامل خاصی وجود دارد که ممکن است منجر به ارائه نتایجی شود که با توجه به شرایط بتن،صحیح به نظر نرسند. مسئول مربوطه باید تصمیم بگیرد که چه عواملی موجب خطا شده.
برخی از این عوامل عبارتند از:
- وجود ذرات بزرگ در ملات
- وجود حفره‌های بزرگ در منطقه نفوذ سوزن.
- تداخل حفرات ایجاد شده توسط نفوذ سوزن‌های مجاور.
- عدم عمود بودن سوزن بر سطح آزمایش در هنگام نفوذ.
- خطا در ثبت نتایج
