عضو بتنی مطلوب و با کیفیت دارای سطحی یکپارچه و یکنواخت است. این یکپارچگی در سطح، باعث می‌شود تا ظرفیت مقاومتی عضو در تمامی نواحی یکسان باشد. اما گاهی اوقات شرایط محیطی روی بتن تاثیر منفی می‌گزارد و یکپارچگی بتن را از بین می‌برد. معمولا برای مقاوم سازی این نوع از سازه‌ها نیاز به ارزیابی سازه است. برای ارزیابی سازه معمولا از ازمایش‌هایی که در کل به دو دسته مخرب و غیر مخرب تقسیم می‌شوند استفاده می‌شود. آزمایش چکش اشمیت نوعی ازمایش درجا و غیر مخرب است. از این آزمایش جهت برآورد ضریب برجهندگی (فرورفتگی) و همچنین در پی آن برآورد مقاومت فشاری عضو استفاده می‌شود. آزمایش چکش اشمیت به دلیل سهولت در آزمایش و همچنین اقتصادی بودن بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این آزمایش توسط ارسنت اشمیت یک مهندس سوئیسی در سال 1954 میلادی ساخته شده است.بدین منظور نام دیگر آزمایش چکش اشمیت، چکش سوئیسی است. در ادامه مقاله آزمایش روش کار چکش اشمیت را بطور جامع بررسی می‌کنیم.
تجهیزات مورد نیاز آزمایش چکش اشمیت
این آزمایش توسط چکشی متشکل از پوششی فولادی، فنر، پیستون فلزی، نمایشگر برای نمایش اعداد برجهندگی، سنگ ساینده، سندان یا صفحه فولادی جهت کالیبراسیون، جدول منحنی مقاومت، دفترچه راهنما و کیف است.
نکته: نمایشگرهای چکش اشمیت از نوع مکانیکی هستند. این نوع از نمایشگرها می‌توانند بصورت کشوی و یا الکترونیکی باشند. ابزارهایی هم وجود دارند که می‌توانند نتایج اعداد را برای آنالیز به کامپیوتر ارسال کنند.
سندان یا صفحه فولادی باید از استانداردهای خاصی برخوردار باشد. در واقع یک سندان مناسب باید دارای قطری معادل 15 سانتیمتر باشد. سندان باید طوری ساخته شده باشد تا تعداد اعداد برجهندگی حداقل برابر 75 شود.
مکانیزم چکش اشمیت
قبل از آشنایی با روش کار با چکش اشمیت ابتد باید با مکانیزم آن آشنا بشوید. ابتدا پیستون از بدنه دستگاه به بیرون کشیده می‌شود تا سطح آن با سطح بتن مماس شود. هنگامی که پیستون کشیده می‌شود یک مکانیسم چکش را به انتهای بالایی پیستون قفل می‌کند. سپس باید دستگاه به سمت سطح رانده شود و در نتیجه فنری که به چکش متصل است همراه با بدنه دستگاه امتداد یافته و هنگامی که فشار وارده به دستگاه از حد بگذرد قفل چکش باز شده و چکش به سمت سطح بتنی ضربه وارد می‌کند. در نهایت فنر جمع شده باری دیگر چکش را به عقب باز می گرداند. در پی این فرایند نشانگر نمایشر نیز همراه با چکش حرکت کرده و عدد برجهندگی را ثبت می‌کند.
محدودیت‌های آزمایش
- سطح مورد نظر برای آزمایش باید حداقل 15 سانتی متر قطر و 10 سانتی متر ضخامت داشته باشد.
- سطوحی که مورد آزمایش قرار می‌گیرد باید هم از نظر شرایط محیطی و هم از نظر مواد و مصالح استفاده شده در عضو مشابه هم باشند.
- سطوحی که دچار آسیب‌هایی چون پوسته پوسته شدگی، تخلخل زیاد و… هستند نباید برای آزمایش انتخاب شوند.
- برای آزمایش روی سطوح آسیب دیده، ابتدا باید مواد سست برداشته شود و سطوح بصورت کامل صاف شوند.
- در صورت وجود آب‌های سطحی، قبل از آزمایش باید حتما برطرف شوند.
- روی بتن یخ زده نباید آزمایش انجام شود.
- آزمایش نباید رو میلگردهای تقویت کننده ای که دارای پوششی کمتر از 20 سانتی متر است انجام شود.
- آزمایش چکش اشمیت در تمامی مراحل آزمایش، باید فقط با یک دستگاه انجام شود. زیرا درصد خطای هر دستگاه با دستگاه دیگر متفاوت بوده و در نتایج نهایی آزمایش تاثیر گزار است.
- تعداد منطقه مورد نیاز آزمایش در هر عضو :
| تعداد منطقه آزمایش‌های مورد نیاز در هرعضو | ||
| ردیف | حداقل | حداکثر |
| برای ستون‌ها با تیرهای شاخه در هر 40 متر | 5 | 6 الی 9 |
| برای دیوارهای با ضخامت کمتر از 30 سانتی متر در هر 150 متر | 10 | 20 الی 25 |
| برای دیوارها با ضخامت 30 سانتی متر و بزرگتر از آن در هر 150 متر | 8 | 15 اتا 20 |
| برای دال‌ها و دیوارهای برشی در 75 متر اول | 10 | 20 |
| برای دال‌ها و دیوارهای برشی در هر 15 متر اضافی | 1 | 2 |
روش کار چکش اشمیت
در این بخش روش کار با چکش اشمیت توضیح داده می‌شود.
مرحله (1): ابتدا باید منطقه مورد نظر آزمایش را طبق محدودیت‌های گفته شده تعیین کنید. توجه کنید که در هر منطقه باید 10 بار عملیات ضربه انجام شود تا از نتایج حاصل شده، اطمینان حاصل گردد. فاصله بین نقاط ضربه از هم حداقل باید 2.5 سانتیمتر باشد. همچنین فاصله بین نقاط ضربه تا لبه عضو، حداقل باید 5 سانتی متر باشد. شکل زیر نمونه شماتیک، از نحوه تقسیم بندی نقاط ضربه در قطعات 20سانتی متری است. به شکل زیر توجه کنید:
مرحله (2): دستگاه را محکم در دست بگیرید و سطح پیستون فولادی دستگاه را بر نقطه مورد نظر روی سطح بتنی مماس کنید. سپس دستگاه را به تدریج به سمت سطح بتنی فشار دهید تا چکش به سطح بتن ضربه وارد کند. برای قرائت آسان عدد درج شده در دستگاه می‌توانید پیستون فلزی را توسط دکمه قفلی که در کنار دستگاه تعبیه شده است ثابت نگه دارید. در این صورت عدد درج شده در نمایشگر دستگاه ثابت شده و به راحتی می‌توان آن را برداشت کرد. این عملیات را برای تمامی نقاط تعیین شده در منطقه مورد آزمایش انجام دهید.
نکته: ممکن است دستگاه نسبت به تراز افقی زاویه داشته باشد. بدین منظور اگر دستگاه نسبت به تراز افقی رو به پایین باشد مقدار زاویه منفی و اگر رو به بالا باشد مقدار زاویه مثبت است. تجهیزاتی وجود دارد که با نصب آن بر روی دستگاه اشمیت مقدار زاویه را گزارش می‌کند. معمولا این ابزار برای زاویه افق صفر درجه، برای زوایای عمودی 90 درجه و برای زوایای مایل 45 درجه را گزارش می‌کنند. برای مثال اگر زاویه دستگاه نسبت به افق 55 درجه باشد، مقدار زاویه توسط دستگاه به نزدیک ترین عدد گرد می‌شود. یعنی 55 درجه به 45 درجه گرد می‌شود.
نکته: ممکن است در حین اجرای آزمایش، نقطه مورد آزمایش به علت ضربه وارده از چکش خرد شود. در این صورت نیازی به قرائت این نقطه نیست.در نتیجه نقطه دیگری را امتحان کنید.
نکته: میزان عدد برجهندگی به عواملی چون رطوبت، نوع سطح، طرح اختلاط بتن، نحوه عممل آوری بتن، میزان سختی و مقاومت عضو عمق کربناسیون بستگی دارد.
نکته : جهت قرار گیری دستگاه در نحوه قرائت عدد برجهندگی تاثیری ندارد.
مرحله (3): در این قسمت باید عدد نهایی را محاسبه کنیم. برای محاسبه عدد نهایی برجهندگی باید قوانین زیر رعایت شود:
الف) اگر یکی از اعداد قرائت شده از دستگاه به مقدار 6 واحد کمتر از عدد بدست آمده از عملیات میانگیری باشد، می‌توانید آن عدد را کنار گزاشته و از باقی مانده اعداد قرائت شده باری دیگر میانگین گیری کنید.
ب) اگر بیش از دو عدد قرائت شده از دستگاه به مقدار 6 واحد کمتر از عدد بدست آمده از عملیات میانگیری باشد، باید کلیه اعداد کنار گزاشته شود.
بعد از بدست آوردن عدد میانگین برجهندگی، می‌توان با استفاده از نمودار منحنی‌های ارائه شده توسط تولید کننده ابزار چکش اشمیت، مقاومت فشاری عضو را بدست آورد. نمونه‌ای از این نمودار را در زیر مشاهده می‌کنید:
معایب آزمایش چکش اشمیت
– نتایج این آزمایش تنها برای لایه های نزدیک به سطح بتن معتبر است. در واقع این آزمایش نمی‌تواند بتن را در عمق ارزیابی کند.
– در این آزمایش احتمال خطا وجود دارد. این خطا می‌تواند ناشی از قرائت اشتباه و یا ناشی از کالیبره نبودن دستگاه باشد.
– ممکن است نمودارهای ارائه شده از طرف سازنده محصول، اشتباه باشد.
مزایای تست اشمیت
<pبا اینکه ممکن است در این نوع از آزمایش میزانی خطا وجود داشته باشد، با این حال از این آزمایش به دلیل اقتصادی بودن، سهولت در اجرا و همچنین محاسبات کم به طور گسترده ای استفاده می‌شود.
نتیجه گیری:
با اینکه این آزمایش خطا دارد، اما می توان با کنترل خطای انسانی، همچنین کالیبره کردن دستگاه، میزان انحراف را کاهش داد. به علاوه می‌توان از آزمایش‌های مغزه گیری و تست التراسونیک همراه با آزمایش چکش اشمیت جهت اطمینان از نتایج بدست آمده، استفاده نمود.
منابع: ASTM 805 – ACI 228.1R-03
