تست PULL OFF بتن

تست pull off بتن یکی دیگر تست های غیر مخرب بتن بوده که  برای تخمین مقاومت بتن در اواسط سال 1970 در دانشگاه بلفاست و کویینز انجام شد و قابلیت اطمینان آن مورد ارزیابی قرار گرفت و منجر به ساخت اولین دستگاه تجاری با عنوان Limpetگردید.

آزمون pull-off یا بیرون کشیدگی، یک تست بتن کارگاهی برای ارزیابی مقدار نیروی کششی مورد نیاز برای کشیدن دیسک چسبیده به سطح بتن با رزین اپوکسی یا پلی استر مناسب که مقاومت آن از مقاومت کششی بتن بیشتر است می باشد . به این دیسک فلزی دالی نیز گفته می شود. بتن دارای  دالی به آرامی تا زمان گسیختگی تحت کشش قرار می گیرد. جهت جلوگیری از اثرات خرابی سطح بتن بر نتایج آزمایش و نیز به منظور ارزیابی چسبندگی نواحی تعمیری می توان از مغزه گیری جزئی در آزمایش استفاده کرد. قبل از این کار باید سطح بتن با کاغذ سمباده کاملاً صاف و تمیز شود سپس چسب در این ناحیه به سطح بتن آغشته می شود و دالی روی آن قرار می گیرد.

بعد از گیرش کامل چسب نیروی کششی توسط دستگاه لیمپت به دیسک اعمال می شود. عمل افزایش نیروی کششی باید به آرامی صورت گیرد. لذا آنقدر نیرو وارد می کنیم تا یک قطعه بتن از سطح آن جدا شود و شکست اتفاق بیافتد.

پرکاربرد ترین تست pull off (پول آف) تست چسب 007 می باشد. در این تست دیسک بوسیله چسب با مقاومت بالابه بتن می چسبد و سپس توسط اهرم کشیده می شود. برای اطلاع از استانداردها و دستورالعمل های مربوط به تست pull off می توانید به منابع زیر مراجعه نمایید:

ASTM D4541-109e1 :استاندارد تست مقاومت pull off پوشش با تستر چسبندگی قابل حمل

BS 1881-207:دستورالعمل تست بتن برای ارزیابی مقاومت بتن با تست های نزدیک به سطح

ملاحظات استانداردها در تست Pull off بتن

استانداردهای مختلفی این آزمایش را تحت پوشش قرار داده اند که از آن جمله می توان ASTM C1583 و BS 1881:Part 207 برای کاربردهای این روش در محل و استانداردهای BS EN 1542 ،ASTM D 4541و JSCE اشاره کرد که البته شامل ضوابط و توصیه های لازم در ارزیابی چسبندگی نواحی تعمیری نیز هستند. آئین نامه ASTM C158و JSCE میانگین حداقل سه آزمایش را مدنظر قرار داده اند. همچنین اکثر استانداردها لازم می دارند که به منظور جلوگیری از تأثیر نتایج آزمایشات برهم، فاصله مرکز به مرکز دو آزمایش مجاور هم حداقل دو برابر قطر دالی آزمایش باشد و در حالت انجام آزمایش با مغزه گیری جزئی حداقل عمق مغزه گیری را برابر10 میلی متر توصیه می کنند. با توجه به قطر دیسک 50 میلی متر، قطر مغزه نیز 50 میلی متر خواهد بود.
به طور کلی در استانداردها رعایت محدودیت حداقل قطر مغزه به ماکزیمم سایز سنگ دانه برابر 3 توصیه شده است.

این روش آزمون پیشنهادی، تنشی کششی را به سیستم ترکیبی اعمال می کند که صحت بتن موجود برای تعمیر و یا مقاومت پیوند بین لایه ای و یا مقاومت کششی مواد تعمیراتی را ارزیابی می کند. تنش کششی در این آزمون، محل گسیختگی و مقدار تنش گسیختگی را نیز مشخص می کند. همچنین، روش آزمون ممکن است برای ارزیابی قدرت چسبندگی مواد چسبنده استفاده شود. انجام آزمون های کششی Pull-off در کارگاه شامل مواد، تجهیزات و عملیات خطرناکی می باشد و بهتر است که کاربر قبل از اقدام ، موارد ایمنی مناسب را رعایت نماید.

استاندارد BS

بخشي از استاندارد BS 1881-207 به ارایه پيشنهادات در ارزیابي بتن توسط آزمایش نيمه مخرب pull-off پرداخته است. این استاندارد توصيه مي نماید؛ ضخامت دیسک فلزي(دالی) در این آزمایش از 40 درصد قطر آن كمتر نباشد و این نسبت به ازاي كاربرد دیسک آلومينيومي، 60 درصد مي باشد. همچنين توصيه نموده است ابزار آزمایش داراي دقت اندازه گيري بار گسيختگي 2 درصد باشد و چنانچه آزمایش Pull Off پس از مغزه گيري انجام مي پذیرد، فاصله فضاي خالي پيرامون مغزه حداقل به اندازه قطر بزرگترین سنگدانه با شبكه ميلگردها فاصله داشته باشد و انجام حداقل شش آزمایش را در محل براي ارزیابي مقاومت بتن الزامي دانسته است. این استاندارد پاك نمودن سطح آزمایش را از گرد و غبار و چربي ها به منظور فراهم نمودن شرایط چسبندگي مناسب و محدوده زماني1.5 تا 24 ساعت را با توجه به نوع چسب براي عمل آوري آن الزامي می داند و توصیه می نماید، بار کششی مستقیم با نرخ رشد پایدار 0.05 ± 0.03 مگاپاسکال بدون ایجاد تکانه هایی که موجب گسيختگي شود بر دالی اعمال گردد و بار گسيختگي و مدهاي شكست تواماً ثبت گردند و چنانچه شكست در چسب رخ دهد مقاومت ثبت شده تنها حد پایيني از مقاومت بتن را به نمایش مي گذارد و در این حالت آزمایش مي بایست مجدداً تكرار شود. این استاندارد تصریح مي كند كه نتایج مي بایست به واحد مگاپاسكال گزارش شده و متوسط نتایج با دقت 0.1 مگاپاسكال رند گردد و استفاده از منحني كاليبره آزمایشگاهي براي مرتبط نمودن مقاومت Pull Off به مقاومت فشاري بتن الزامي و آن را متأثر از نوع سنگ دانه، ضخامت و جنس دیسك مي داند.

استاندارد ASTM

استاندارد ASTM–C1583–04 روش آزمایش Pull Off را در تعيين مقاومت سطحي كششي بتن و مقاومت چسبندگي تعميرات پوشش مي دهد. این استاندارد توصيه نموده است كه ابزار آزمایش داراي دقت اندازه گيري بارگسيختگي 2 درصد باشد و انجام حداقل سه آزمایش با مدهاي شكست مشابه را در محل الزامي مي داند. این استاندارد توصيه مي نماید؛ محل مورد آزمایش به اندازه كافي براي انجام روش هاي آزمایش بزرگ و حداقل داراي ابعاد m 1 x m 1 و معرف شرایط ميداني واقعي باشد. چنانچه پوشش بتن روي ميلگردها كمتر از 20 ميليمتر باشد، دیسك نبایستي مستقيماً روي ميلگردها یا شبكه آرماتور بندي نزدیك به سطح جایگذاري گردد. فاصله مركز به مركز نمونه هاي آزمایشي حداقل مي بایستي به اندازه دو برابر قطر دیسك انتخاب شده و فاصله از مركز دالی تا لبه آزاد نمونه مورد آزمایش مي بایستي حداقل به اندازه قطر دالی باشد. این استاندارد حداقل عمق مغزه گيري را 10 ميليمتر توصيه مي نماید و در صورتي كه آزمایش مقاومت چسبندگي لایه تعميري مد نظر باشد این عمق به اندازه حداقل 10 ميليمتر زیر لایه تعمير توصيه شده است. براي تسریع در فرایند چسبندگي، مي توان دیسک فولادي را حداكثر تا دماي50 درجه سانتي گراد گرم نمود. این استاندارد تصریح مي كند كه نتایج مي بایست به واحد مگاپاسكال یا پوند بر اینچ مربع گزارش شود و متوسط نتایج با دقت 0.01 مگاپاسكال یا 1 پوند بر اینچ مربع رند گردد و شرایط آب و هوا و حرارت سطحي در طي آزمایش ثبت گردد.
برای بتن ساخته شده از سیمان پرآلومین به منظور جلوگیری از خطا در نتیجه آزمایش، برشی معادل با قطر دیسک (دالی)در بتن ایجاد شده سپس آزمایش انجام می شود. ماهیت این آزمایش بر این عمل استوار است که مقدار نیروی کششی که لازم است بر دیسک فولادی اعمال شود تا دیسک (دالی)همراه با لایه سطحی بتن جدا گردد، با مقاومت بتن رابطه دارد.

مرور کلی روش تست Pull off در بتن :

آزمایش Pull Off به دو روش سطحي و مغزه جزئي انجام مي گيرد . در روش سطحي، دیسک فلزي ( فولادي یا آلومينيومی) مستقيماً بر روي سطح بتن چسبانده مي شود. در این حالت فقط سطح بتن تحت تنش قرار دارد و نتایج بدست آمده با مقاومت كل بتن رابطه ضعيفي خواهد داشت. در روش مغزه جزئي، ابتدا مغزه گيري (مغزه اي كه از بتن جدا نشده است) انجام مي شود و سپس دیسک فلزي با چسب مخصوص روي سطح مغزه چسبانده مي شود. مزیت این روش، ایجاد سطح گسيختگي در عمق بتن است.
براي چسباندن دالی به بتن از چسب رزین اپوكسي مناسب استفاده مي شود. دیسك فلزي (دالی) باید سطحي كاملاً صاف داشته باشد. سيستم بارگذاري به دیسك متصل مي شود و نيروي كششي به صورت عمودي بر سطح مشترك بتن و دیسك اعمال مي گردد.
قبل از انجام آزمایش براي ایجاد سطحي صاف و هموار، سطح بتن، ماسه پاشي شده یا با كاغذ سنباده سایيده مي شود و سپس از آلودگي ها، چربي ها و رطوبت پاك مي گردد. اگر سطح مرطوب باشد ممكن است بوجود آوردن پيوستگي دشوار باشد. بعد از گيرش و سخت شدن چسب، دستگاهي تحت نام داینا 1 ، بر روي سطح بتن قرار مي گيرد و نيروي كششي به دیسك وارد مي شود نيروي كششي اعمال شده توسط دستگاه با نرخ 3 مگاپاسكال بر دقيقه، به آرامي افزایش مي یابد تا زماني كه بتن درست در زیر سطح گسيخته شود. سپس مقاومت اسمي Pull Off از تقسيم نيروي گسيختگي بر سطح مقطع دیسك یا مغزه محاسبه مي شود.

برای اجرای آزمون Pull-Off یا بیرون کشیدگی:

1. محل و سطح مورد تست pull off را آماده نمایید
2. از یک مته کر گیری برای سوراخ کردن سطح بتن آماده شده یا مواد تعمیراتی موجود در بتن سیستم ترکیبی استفاده کنید
3. با استفاده از چسب با مقاومت بالا یک دیسک صلب را به روی حفره ایجاد شده متصل کنید
4. توسط دستگاه تست pull off، از طریق دیسک صلب یک بار کششی عمود بر هسته اعمال نمایید
5. استحکام اتصال کششی، به عنوان بار شکست تقسیم بر مساحت سطح مقطع هسته گزارش و نوع حالت شکست نیز شناسایی می شود.

تجهیزات و مواد مورد نیاز:

1. ماشین کر گیری یا دریل: ماشین کرگیری این قابلیت را دارد که بصورت عمود بر سطح مورد تست pull off و بدون فشار آوردن به هسته مورد  حفاری کار کند. مته حفاری باید آلیاژ الماسه باشد.
2. دیسک صلب: قطر دیسک باید حداقل ۵۰ میلیمتر و با ضخامت مناسب جهت توزیع نیروی وارده بدون تاب خوردگی باشد. برای دیسک فولادی با قطر ۵۰ میلیمتر، حداقل ضخامت باید ۲۰ میلیمتر و دیسک با قطر ۷۵ میلیمتر باید دارای ضخامت ۳۰۰ میلیمتری باشد. برای دیسک آلومینیمی با قطر ۵۰ میلیمتر، حداقل ضخامت لازم ۲۵ میلیمتر و صفحه به قطر ۷۵ میلیمتر باید ۳۸ میلیمتر ضخامت داشته باشد. قطر سوراخ حفاری شده باید با قطر دیسک متناسب باشد.
3. چسب: مقاومت کششی اتصال بین دیسک و سطح مورد تست pull off باید بالاتر از مقاومت بتن یا مواد تعمیراتی باشد، لذا برای چسباندن دیسک  سخت به مغزه حفاری شده،  از چسب خمیری یا ژل مخصوص استفاده می گردد.
4. دستگاه تست Pull-Off : حداقل ظرفیت دستگاه باید حداقل دو برابر بارگذاری مجاز باشد. بعنوان مثال برای یک مغزه با قطر ۵۰ میلی متر، دستگاه مورد نیاز باید دارای ظرفیت حداقل ۱۵۰۰ پوند یا۷۵۰۰۰ نیوتن باشد که مطابق سفارش تولید کننده کالیبره شود.
5. تجهیزات دیگر: دماسنج و کولیس

روش آزمون:

1. انتخاب محل آزمون: محل باید سالم و عاری از لایه لایه شدگی (جدایش لایه ای) و فاقد اقلام تعبیه شده ای مثل شیر آلات و لوله و کابل و… باشد
2. آماده سازی سطح: سطح باید تمیز و عاری از آلودگی بوده و فاقد بتن تخریب شده و یا سست باشد. آماده سازی سطح باید مطابق الزامات پروژه و توصیه های کارخانه سازنده دستگاه صورت گیرد. برای تست pull off سطوح نامنظم، باید سطحی که اجازه می دهد تا دستگاه تست pull off استقرار یکنواخت و محکم و با جهت گیری مناسب به نمونه آزمون داشته باشد ایجاد گردد. برخی شرکتهای سازنده ، ساب زنی و تسطیح محل آزمون را توصیه کرده اند.

آماده سازی نمونه آزمون:

مغزه گیری:  برای سطح بتن موجود یک استوانه قائم به عمق حداقل ۲۵ میلیمتر یا نصف قطر مغزه ایجاد کنید (هرکدام بزرگتر است). برای مغزه به قطر ۵۰ میلیمتر، حداقل عمق باید ۲۵ میلیمتر و برای قطر مغزه ۷۵ میلیمتر حداقل عمق حفاری باید ۳۸ میلیمتر باشد. برای بتن ترمیم شده کامپوزیتی نیز به همین شیوه عمل می شود. سپس تمام ضایعات ناشی از حفاری همچون گرد و غبار و آب را تمیز نموده و اجازه می دهیم تا کاملأ خشک شود.

دیسک را روی مغزه حفاری شده توسط چسب مناسب بچسبانید. سطح باید کاملا تمیز و دیسک در وسط قاعده مغزه قرار گیرد. چسب مورد استفاده را مطابق دستورالعمل سازنده عمل آوری کنید. چسب مورد استفاده نباید به داخل شیارهای اطراف مغزه بلغزد. در صورت چنین پیش آمدی نمونه را رها کرده و حفاری دیگری را انجام دهید. در دمای زیر ۲۰ درجه سلسیوس، برای تسریع در گیرش و عمل آوری چسب، میتوانید به آرامی دیسک را تا حداکثر ۵۰ درجه سلسیوس گرم کنید. برای اینکار هرگز از شعله مستقیم استفاده نکنید، سشوار گزینه مناسب تری است.

نحوه چسباندن ديسک(دالی) به بتن

آماده سازي سطح بتن نيازمند مراقبت قابل ملاحظه اي است. این كار شامل عمليات ماسه پاشي به منظور ایجاد سطح صاف و یكنواخت روي دانه هایي است كه با چسب در ارتباط خواهند بود. این كار با پاك كردن لایه چربي و روغن به منظور اطمينان از یك چسبندگي خوب دنبال مي شود. بسته به جنس چسب مورد استفاده و شرایط خاص ممكن است به چندین ساعت مراقبت نياز داشته باشد. همچنين مراقبت ویژه اي براي سطوح مرطوب مورد نياز است. در صورتي كه علائمي دال بر خرابي چسبندگي بين دیسك، چسب و بتن مشاهده شود آزمایش نامعتبر خواهد بود. براي ارائه نتایج یك محل داده شده نياز است بطور متوسط و جداگانه، تعدادي آزمایش بعمل آید. اگر تخمين مقاومت فشاري ضرورت داشته باشد، ایجاد یك نمودار كاليبره براي بتن تحت آزمایش الزامي است.

بارگذاری و تست Pull off در بتن

پس از آماده سازی، دستگاه تست Pull-Off را روی دیسک نصب نمایید. برای ایجاد یک بار کششی عمودی و بدون خروج از محوریت،  قالب عکس العمل یا همان تکیه گاه دستگاه باید بصورت یکنواخت بر روی سطح قرار گیرد. پس از تعبیه، سیستم را با رنج حدود ۰٫۰۴ مگاپاسکال در ثانیه مورد بارگذاری کششی قرار دهید.

پس از بارگذاری، شکل جدایش صورت گرفته و عدد نیرو اطلاعات مورد نظر این تست خواهند بود.

اگر پیوند اتصال مناسب باشد باید گسیختگی در بستر بتنی صورت گیرد که در نتیجه آن حد پایین مقاومت چسبندگی بدست می آید. اگر ظرفیت اتصال ضعیف بوده و منجر به گسیختگی از نوع دیگری شود، این آزمایش میتواند بینشی کلی نسبت به رفتار اتصال و مکانیزم شکست بدست دهد. طبقه بندی نوع شکست به ارزیابی کیفی اتصال و شناسایی ماهیت تخریب کمک می نماید.
در این آزمایش چون این الیاف به دو صورت چسبندگی لمینیت های FRP و الیاف اشباع شده FRP در ترمیم بتن مورد استفاده قرار می گیرد. بهترین راهکار برای مقاوم سازی افزایش مقاومت کششی و چسبندگی الیاف اشباع در بتن ، تزریق رزین هایی با کیفیت بالا به بتن مورد آزمایش می باشد و در حالت لمینیت  مناسب ترین روش استفاده از الیاف کارآمد و مناسب شرایط سازه ای و اجرایی می باشد.

خرابی ناشی از آزمایش چندان شدید نیست با این حال محدودیت عمده آن زمان عمل آوری لازم برای اکثر چسب هاست. زمان آماده سازی سطح و چسباندن دیسک مطابق توصیه استانداردها بیشتر از 15 دقیقه طول نمی کشد. اگرچه با پیشرفت هایی که در توسعه رزین اپوکسی ها و چسب های صنعتی بوجود آمده این مسئله به عنوان مشکل تلقی نمی شود.

رابطه بین مقاومت فشاری و مقاومت Pull off

رابطه زیر ارتباط مقاومت فشاری بتن و مقاومت Pull off را نشان می دهد:

که در آن fc مقاومت فشاری بتن بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع، P مقدار مقاومت Pull Off بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع و a, b ضرایب تجربی هستند که بسته به نوع بتن و شرایط آزمایش متغییرند.