آزمایش های مخرب و غیر مخرب بتن

جهت ساختن یک مدل تحلیلی که بتواند برآورد مناسبی از رفتار ساختمان را به دست دهد، علاوه بر وضعیت اعضا و هندسه و پیکربندی آن، باید مشخصات مصالح به کارگرفته شده، در آن نیز مشخص شود. این بخش به ضوابط تعیین مشخصات مصالح و نحوه ی بررسی وضعیت موجود ساختمان اختصاص دارد . مطمئن ترین راه برای اطلاع از مشخصات مصالح، انجام آزمایش می باشد. نوع و تعداد آزمایش های لازم به دقت اطلاعات موجود سازه ای، کیفیت و شرایط فیزیکی مصالح و اجزای ساختمان بستگی دارد .

وجود هرگونه اطلاعات مستند و قابل اطمینا ن از نوع و مشخصات مصالح استفاده شده در اجزا و اتصالات ساختمان حای ز اهمیت بوده و می تواند از تعداد آزمایش های لازم بکاهد.

کلیات تعیین مشخصات مصالح و اجزای بتنی موجود ساختمان مطابق بند زیر انجام می شود:

• پیکربندی ساختمان
• اعضای سازه ای اصلی و غیراصلی
• مشخصات مصالح
• مشخصات ساختگاه
• ساختمان های مجاور
• برخورد ساختمان های مجاور
• اجزای مشترک بین ساختما نها
• آسیب ناشی از ساختمان مجاور 

سطوح اطلاعات(حداقل-متعارف-جامع)

سطح اطاعات ما در یک پرژه بهسازی و یا مقاوم سازی در ضریب آگاهی (k) موثر می باشد.

درجه ی اعتبار نتایج حاصل از اطلاعات جمع آوری شده از ساختمان موجود، توسط ضریب آگاهی در روابط محاسبه ی ظرفیت هر یک از اجزای سازه اعمال می شود. ضریب آگاهی با استفاده از جدول زیر متناسب با هدف انتخاب شده برای بهسازی و سطح اطلاعات و نوع تحلیل تعیین می شود.

مشخصات مصالح:

برای تعیین مشخصات مکانیکی مصالح اعضا و اتصالات بتنی موجود، لازم است مقاومت فشاری مشخصه ی بتن و تنش تسلیم و مقاومت نهایی آرماتورهای معمولی یا پیشتنیده و قطعات فلزی به کاررفته در اتصالات تعیین شود.

در صورتی که انجام آزمایش برای یافتن این کمیت ها ضروری شود می توان اطلاعات مفید دیگری نظیر ضریب ارتجاعی و شکل پذیری بتن و یا فولاد مصرفی را از روی منحنی های تنش-کرنش مصالح به دست آورد.

جمع آوری مشخصات مصالح در سطح اطلاعات حداقل

در صورتی که مشخصات مصالح در دفترچه ی محاسبات یا نقشه های اجرایی موجود باشند، برای آرماتو ر این مقادیر را می توان   به عنوان مشخصات کرانه پایین مصالح در سطح اطلاعات حداقل درنظرگرفت.  در مورد بتن در صورتی می توان از مقادیر دفترچه محاسبات یا نقشه های اجرایی برای سطح اطلاعات حداقل استفاده نمود که با استفاده از آزمایشهای غیر مخرب نظیر چکش اشمیت نسبت به یکنواختی مصالح اطمینان حاصل شود و یا مدارک فنی معتبر دال بر انجام آزمایش در زمان ساخت موجود باشد . در غیر این صورت جمع آوری مشخصات مصالح باید طبق سطح اطلاعات متعارف یا جامع صورت گیرد. اگر مشخصات مورد انتظار مصالح لازم باشد می توان مشخصات مقادیر کرانه پایین مصالح را با ضرایبی به مشخصات مورد انتظار مصالح

تبدیل نمود. این ضرایب را می توان با آزمایش به دست آورد. به عنوان یک راهنما مقادیر جدول زیر قابل استفاده اند.

جمع آوری مشخصات مصالح در سطح اطلاعات متعارف یا جامع

به منظور یافتن خصوصیات مکانیکی مصالح موجود در قطعات ساختمان لازم است تا از آزمایش های مخرب و غیر مخرب معمول استفاده شود. اندازه گیری دقیق خصوصیات بتن موجود معمولا با برداشت نمونه از بتن و انجام آزمایش های مخرب در محیط آزمایشگاهی همراه است .در این صورت نمونه برداری باید از محل های دارای کم ترین تنش در اعضای اصلی سیستم های باربر ثقلی و جانبی انجام شود.  مشخصات مورد انتظار مصالح براساس متوسطگیری از نتایج آزمایش ها به دست می آیند.

کرانه ی پایین مشخصات برمبنای مقدار << متوسط منهای یک انحراف معیار>> به دست می آیند.

به طور مثال: سه نمونه بتن با مقاوت فشاری 25،23،22 مگاپاسگال داریم.

میانگین مقاومت فشاری این نمونه ها23= 3/(22+21+26) می باشد.

انحراف معیار در این مثال برابر است با 2.16

مشخصه کرانه پایین در این مثال برابر است با: 20.84=2.16-23

در مورد بتن آزمایش های لازم می تواند شامل مجموعه ای از آزمایش های مخرب و آزمایش های غیر مخرب باشد. آزمایش های غیرمخرب نباید به طور کامل جایگزین آزمایش های مخرب شوند ولی میتواند از تعداد آزمایش های مخرب لازم بکاهند.

. آزمایش مخرب متداول شامل نمونه گیری از طریق مغزه گیری از بتن موجود می باشد، مغزه گیری نباید تا حدامکان به آرماتورهای موجود صدمه بزند . استفاده از ردیاب آرماتور در این رابطه توصیه می شود. بعد از مغزه گیری حفره ی ایجاد شده باید توسط بتن یا ملاتی با مشخصات مشابه بتن موجود ترمیم شود.

مقاومت های حاصل از مغزه ها باید  توسط روش های قابل قبول به مقاومت فشاری بتن در محل تبدیل شود.

که حداقل تعداد آزمایش لازم برای تعیین مشخصات مکانیکی مصالح با توجه به سطح اطلاعات جامع و متعارف مشخص می شود:

آزمایشهای متعارف:

برای تعیین مقاومت طراحی بتن، حداقل دو مغزه باید از هر نوع عضو گرفته شود . حداقل تعداد مغزه در کل ساختمان دراین حالت 6 نمونه م یباشد.

در صورتی که مقاومت مشخصه ی میلگردهای فولادی طبق مدارک معتبر حاوی گزارش آزمایش مصالح معلوم باشد می توان از مشخصات اسمی یا طراحی مصالح بدون نیاز به انجام آزمایش استفاده کرد .اما در صورتی که مقاومت مشخصه ی میلگردهای فولادی معلوم نباشد حداقل دو نمونه گیری باید از آرماتورهای به کار رفته در ساختمان جهت آزمایش انجام شوند.

در صورت صلاح دید مهندس بهساز ، تعداد آزمایش های مخرب می تواند با جایگزینی آن ها با آزمایش های غیرمخرب مناسب، کاهش داده شود.

آزمایشهای جامع:

به جز در مواردی که در این بند تعیین شده است، برای یک برنامه ی جام، حداقل سه آزمایش برای تعیین هر مشخصه لازم می باشد. در صورتی که ضریب تغییرات نتایج از 14 % بیشتر باشد، لازم است آن قدر آزمایش های اضافی انجام شود تا این ضریب به کمتر یا مساوی 14 % برسد.

در مثال بالا ضریب تغییرات (c.v) برابر است با:

ضریب تغییرات=انحراف معیار/ میانگین=2.16/23=9%

مصالح بتنی:

از هر نوع عضو بتنی (ستون، تیر، دیوار برشی، دیافراگم و غیره)  باید حداقل سه مغزه گرفته و مورد آزمایش فشاری واقع شوند. حداقل تعداد آزمایش مورد نیاز برای تعیین مقاومت بتن در یک ساختمان، با در نظرگرفتن شرایط ذکرشده دراین بخش 6 نمونه می باشد.اگر از تیپ و رده های متفاوت بتن در ساختمان استفاده شده باشد، از هر رده باید حداقل سه نمونه گرفته و آزمایش  شوند. ضریب ارتجاعی بتن را می توان از منحنی آزمایش بتن به دست آورد و یا این که از طریق معادله ای که مقدار ضریب ارتجاعی را به مقاومت فشاری بتن ربط می دهد، محاسبه نمود . نمونه گیری ها باید به صورت تصادفی و از اجزای بحرانی مؤثر در رفتار سا زه و نیز

از اعضای صدمه دیده و یا تضعیف شده انجام شوند . همچنین باید از اجزای صدمه دیده یا تضعیف شده نیز نمونه گیری به عمل آورد. در مورد دیوارهای برشی مغزه گیری از نواحی نزدیک به الما نهای مرزی آن انجام شود.

تعیین حداقل تعداد آزمایش لازم برای تعیین مقاومت های فشاری و کششی باید با درنظرگرفتن ضوابط زیر انجام شود:

1. برای اعضای بتنی که مقاومت طراحی آنها مشخص است و نتایج آزمایش ها نیز موجود هستند، حداقل سه آزمایش برای هر طبقه، هر 200 مترمکعب از بتن یا هر 700 مترمربع از سطح سازه (هرکدام که آزمایش بیشتری ایجاب کند )انجام شود . در صورتی که سه آزمایش اول با نتایج آزمایش های قبلی مطابقت نشان دادند، تعداد آزمایش لازم را می توان به 3/1 (یک سوم) کاهش داد. ولی در هر حال حداقل 6 آزمایش برای یک ساختمان باید انجام گیرد.

2. برای اعضای بتنی که مقاومت طراحی آن ها مشخص هستند ولی نتایج آزمایش ها موجود نمی باشند حداقل سه آزمایش برای هر طبقه، هر 200 مترمکعب از بتن یا هر 700 مترمربع از سطح سازه (هرکدام که آزمایش بیشتری ایجاب کند) انجام شود.

1. برای اعضای بتنی که مقاومت طراحی آنها ناشناخته است و نتایج آزمایش ها نیز موجود نمی باشند حداقل شش آزمایش برای هرطبقه، هر 200 متر مکعب از بتن یا هر 700 متر مربع از سطح سازه (هرکدام که آزمایش بیشتری ایجاب کند ) انجام شود. اگر آزمایش نشان دهد که از بتن های با رده های مختلف استفاده شده است، تعداد آزمایش باید جهت تعیین قطعی مشخصات رده های مورد استفاده، افزایش یابد.

2. در مورد تیرها و دال ها تعداد نمونه های لازم را می توان به نصف کاهش داد ، به شرطی که از روش های غیرمخرب در کنا ر مغزه گیری استفاده شود . در مقابل هر کاهش در تعداد مغزه گیری، لازم است حداقل پنج آزمایش غیرمخرب انجام گیرد .در صورت زیاد بودن پراکندگی نتایج، با نظر مهندس مسوول طرح بهسازی، یا باید تعداد آزمایش های غیرمخرب و یا تعداد مغزه گیری ها را افزایش داد.

میلگردهای فولادی و اتصال دهنده ها:

گاهی برای محکم نمودن و اتصال قطعات پیش ساخته یا سایر قطعات بتنی به ساختمان از قطعات فولادی سازه ای یا قطعات فلزی غیر سازه ای دیگر استفاده می شود. این گونه قطعات فولادی یا فلزی دراین دستورالعمل به نام اتصال دهنده خوانده می شوند.

اطلاعات مورد نیاز در مورد میلگردهای فولادی و اتصال دهنده ها، مقدار تنش تسلیم و مقاومت نهایی آن ها حاصل از آزمایش کشش می باشد. تعداد نمونه ی لازم برای آزمایش میلگردها براساس ضوابط زیر تعیین می شود:

1. اگر مشخصات مورد نیاز آرماتورها در مدارک فنی ساختمان حاوی گزارش آزمایش مصالح داده شده باشد حداقل سه نمونه به طور تصادفی از هر نوع عضو سازه ای (مثلا ستونها، دالها، دیوارها و تیرها) برداشته شود و مورد آزمایش قرار گیرد.
2. ا گر مدارک فنی ساختمان موجود نباشد اما معین شود که جنس و مشخصات آرماتورهای به کار رفته در ساختمان یکسان است، در این صورت از هر نوع عضو سازه ای (مثل تیرها یا دیوارها ) دست کم 3 نمونه به طور تصادفی به ازای هر سه طبقه از ساختمان گرفته شود . در صورتی که یکسان بودن جنس و مشخصات آرماتورهای به کاررفته در ساختمان مورد تردید باشد، تعداد نمونه گیری به 6 عدد برای هر نوع عضو سازه ای به ازای هر سه طبقه از ساختمان افزایش می یابد.

نمونه های برداشته شده باید با قطعات جدید با طول وصله ی کافی و اتصال مناسب جایگزین شوند، مگر اینکه نمونه گیری ها از محل هایی انجام شود که تحلیل نشان دهد به جایگزینی نیازی نمی باشد.

در نشریه 360 که دستورالعمل بهسازی باشد با توجه به شرایط و کیفت ساخت، ساختمان ها تبصره های در تعداد آزمایش ها قائل شده است.

آزمایش های مخرب و یر مخرب معمول در بتن:

آزمایشات مخرب:

مغزه گیری یا کر گیری:

در این روش با دستگاه مخصوصی از بتن نمونه گرفته می شود، این نمونه باید در مانی که کمترین تنش را دارا می باشد انجام شود. بهتر است نمونه ها فاقد آرماتور باشند زیرا در صورت وجود آرماتور در داخل نمونه ها باعث ایجاد ناپیوستگی می شود واثر سو در مقاومت نمونه ها دارد.

آزمایشات غیر مخرب:

چکش اشمیت:

این آزمایش بیشتر برای تعیین و نشن دادن یکپارچگی بتن می باشد. در انجام این آزمایش بسیار باید دقت کرد زیرا در صورت کم بودن پوشش بتن و قرار گرفتن چکش بروی آرماتورهای مدفون در بتن، مقاومت نشان داده شده توسط چکش،مقاومت آرماتور ها می باشد. نکته دیگری که باید در هنگام استفاده از چکش اشمیت به آن توجه کرد، سطح جسم می باشد که باید فاقد گرد و غبار زیاد باشد و دارای ذرات سست نباشد (بهتر است با وسایل مخصوص، روی سطح را صاف کرد). ضمن اینکه زاویه قرار گیری چکش به روی سطح نیز در نتایج حاصله موثر می باشد.

تست التراسونیک:

این تست بر اساس سرعت امواج در درون اجسام می باشد، که عواملی از جمله، اندازه، دانه بندی، نوع و مقدار سنگدانه،  نوع سیمان، نسبت آب به سیمان و مواد افزودنی، سن بتن ، دما، رطوبت و شرایط عمل آوری، طول مسیر، اندازه و شکل نمونه ها،  اثر آرماتور،تراکم بتن و جود ترک درنتایج تست موثر است.

سوالات متداول