تست چکش اشمیت

چکش اشمیت متداول ترین روش تعیین سختی سطح  از روش های تست بتن  بوده که به صورت غیر مخرب انجام می شود و به منظور اندازه گیری مقاومت فشاری بتن (fc) می باشد. برای تعیین سختی سطح بتن، بتن مورد آزمایش با انرژی ضربه­ ای مشخص با روش استاندارد ضربه زده شده و بزرگی بازگشت این عمل اندازه گیری می شود. چکش اشمیت روش ساده و سریعی است که توسط آن با هزینه کمی می توان یکنواختی سطح بتن سخت شده را نیزکنترل نمود. آزمایش چکش ارتجاعی برای تعیین یکنواختی بتن درجا می تواند بسیار مناسب باشد زیرا نتایج آزمایش لازم نیست که به دیگر ویژگی های بتن مرتبط شود. قبل از انجام آزمایش باید از کارکرد صحیح دستگاه اطمینان حاصل کرد و به همین منظور باید آن را توسط صفحه یا قطعه مرجع، مورد آزمایش قرار داد.آزمایش حداقل باید با فاصله 20 میلیمتر از لبه عضو انجام شود.

در روش چکش اشمیت توسط فنری مشخص باری را روی پیستون در سر آن وارد می سازد. در آغاز آزمایش چکش اشمیت میله یا پیستون آزاد سر چکش اشمیت بر روی سطح بتن قرار می گیرد سپس بدنه خارجی چکش اشمیت به سطح بتن فشار داده می شود تا فنر داخل دستگاه کشیده شود. چفت دستگاه هنگامی که فنر کاملا کشیده شده و چکش اشمیت به سمت سطح بتن حرکت می کند، آزاد می گردد. چکش اشمیت به سر پیستون ضربه وارد می سازد وجرم همراه فنر بازگشت یافته و عقربه ای را با خود بر روی نواری مدرج حرکت می دهد تا از روی آن بتوان عدد بازگشت چکش اشمیت را قرائت نمود. عدد بازگشتی به سختی و جرم فنر بستگی داشته و از روی آن با تبدیلی خاص می توان سختی سطح را بدست آورد. در واقع عدد بازگشت همان فاصله برگشت وزنه است که نتایج بر حسب آن گزارش شده و توسط منحنی کالیبره به مقاومت فشاری بتن ارتباط داده می شود. منحنی کالیبره برای مقاومت فشاری در این روش دارای حساسیت بسیار بالایی بوده و تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله نوع و مقدار سیمان ، نوع سنگدانه ، میزان رطوبت ، سن بتن ، درجه کربناسیون و حتی امتداد آزمایش قرار می گیرد.در این آزمون “عددپس جهندگی ” که به مقاومت ملات (بتن بدون سنگدانه های درشت) نزدیک سطح بستگی دارد، اندازه گیری می شود. چون مقاومت ملات تعیین کننده مقاومت بتن است، “عدد پس جهندگی” می تواند نشان دهنده مقاومت بتن باشد. این آزمون درجا طبعاً مزایایی نسبت به روش های آزمایشگاهی دارد. با این چکش می توان نقاط زیادی از سازه را آزموده و از تغییر کیفیت بتن در نقاط مختلف یک سازه بزرگ مطلع شد. رابطه مقاومت نمونه مکعبی با عدد پس جهندگی برای تعداد زیادی نمونه توسط تولید کنندگان این دستگاه ارائه شده است. ادعا می شود که خطای این روش در مورد بتن های با کیفیت خوب و متوسط ناچیز است و در مورد روسازی های بتنی، بهتر است به جای مقاومت، سختی سطح سنجیده شود. همچنین باید توجه داشت، در صورتی که ضربه چکش افقی نباشد، باید تصحیحاتی نیز طبق جداول سازنده انجام پذیرد.

این روش در سال 1948 توسط مهندس سوییسی ارنست اشمیت ابداع شد. اساس مسئله ضربه و برگشت مربوط به تئوری گسترش موج می باشد. یک موج فشاری وقتی پلانژر با سطح برخورد می کند تولید می شود و نیروی واکنش موج فشاری دیگری تولید می کند. نسبت این دو دامنه موج با عدد بازگشت و در نتیجه با مقاومت فشاری و خمشی همبستگی خوبی دارد.

در انجام تست و آزمایش غیر مخرب چکش اشمیت از استاندارد های ASTM C805 ( روش تست استاندارد عدد بازگشت برای بتن سخت شده) و BS EN 12504-2:2012 (تست بتن در سازه ها) استفاده می شود.

عوامل موثر بر تست چکش اشمیت

چکش اشمیت روشی ساده و سریع است که با هزینه کم می توان توسط آن یکنواختی سطح بتن سخت شده را کنترل نمود. نتایج این روش به عوامل زیر بستگی دارد:

• نسبت های اختلاط
• سن و نوع عمل آوری
• صافی سطح
• رطوبت
• کربوناتاسیون سطح
• سختی عضو
• محل پیستون یا میله

نسبت های اختلاط

اگر چه نوع سیمان تاثیر کمی در عدد بازگشت دارد، لیکن نوع و مقدار سنگدانه نقش عمده ای در نتایج خواهد داشت. اگر هدف ارزیابی یکنواختی بتن باشد، محدودیت این روش چندان زیاد نیست ولی برای بدست آوردن ارتباط عدد بازگشت چکش اشمیت و مقاومت مسئله اهمیت داشته و محدود می گردد. برای تعیین این ارتباط لازم است سنگدانه ها کاملا بررسی و مشخص شده و منحنی های واسنجی لازم تهیه گردد.

سن و نوع عمل آوری

ارتباط مابین عدد بازگشت چکش اشمیت و مقاومت در مدت زمان طولانی میزان ثابتی نیست. همچنین درحالتی که عمل آوری در درجه حرارت بالا صورت گیرد، لازم است واسنجی خاصی صورت پذیرد.

صافی سطح

در این آزمایش سطح باید کاملا صاف و متراکم باشد. متاسفانه تغییرات در سطح و در شرایط فوق قابل اندازه گیری و تشخیص نیستند. همانطور که انتظار می رود این روش برای سطوح با بافت متخلخل یا سطح با سنگدانه نمایان مناسب نیست.

رطوبت

یک سطح مرطوب عدد بازگشت کمتری نسبت به یک سطح خشک خواهد داشت و در نتیجه می تواند بر ارتباط رابطه عدد چکش اشمیت و مقاومت تاثیر گذارد. بانجی معتقد است مقاومت ها در یک سطح خیس می تواند تا 20 درصد کمتر نشان داده شده باشد.

کربناتاسیون سطح

کربنات کلسیم که حاصل کربناتاسیون بتن بوده و در سطح آن  ایجاد می شود بعلت سختی خود باعث افزایش عدد چکش اشمیت می شود. در هنگام آزمایش ساختمان های قدیمی که در آن ها کربناتاسیون اتفاق افتاده است توصیه می شود لایه کربناته شده سطحی برداشته شده و نتایج این بخش با سایر نتایج قسمت های دیگر سازه مقایسه گردد.

سختی عضو

سختی نمونه بتنی در آزمایشگاه یا عضو بتنی در محل سازه می بایستی به اندازه کافی زیاد باشد تا از ایجاد هرگونه لرزش هنگام ضربه چکش اشمیت جلوگیری نماید. هرنوع لرزشی سبب کاهش عدد چکش اشمیت شده و پیش بینی مقاومت را غیرقابل اعتماد می سازد.

محل پیستون یا میله

درصورتیکه میله روی سنگدانه سخت قرار گیرد اعداد بالایی از بازگشت توسط چکش اشمیت نشان داده می شود. در حالت عکس اگر میله روی سنگدانه نرم و یا حفره ای قرار گیرد، اعداد چکش اشمیت پایین تر خواهد بود. برای برطرف کردن این مورد در ASTM C805 توصیه شده است که برای آزمایش 10 نقطه مورد عمل قرار گیرد. در صورتیکه هر قرائت بیش از 7 واحد با متوسط قرائت ها اختلاف داشته باشد، کل قرائت ها درنظر گرفته نخواهد شد.

برای یافتن رابطه مناسب و قابل قبول بین عدد بازگشت چکش اشمیت و مقاومت فشاری نمونه، کلیه این عوامل در شرایط ایده آل در محل سازه باید ملحوظ گردد. دقت اندازه گیری مقاومت نمونه های بتنی در آزمایشگاه با یک چکش اشمیت کنترل شده و دقیق حدود 20 تا 15 درصد و در روی سازه بتنی در محل 25 درصد است.

مطالعات نشان داده است که سختی سنگ ها با مقاومت فشاری تک محوری و مدول کشسانی سنگ ها در ارتباط است در واقع سختی یکی از مفاهیم رایج است که برای توصیف رفتاری سنگ‌ها بکار می رود. سختی تابعی از عوامل ذاتی چون نوع کانی ها، ابعاد دانه ها، چسبندگی مرزی کانی ها، مقاومت و رفتار الاستیک و پلاستیک سنگ می باشد. ترکیب و اندرکنش این عوامل، تعیین کننده سختی یک سنگ است. روش های متعددی برای تعیین سختی سنگ پیشنهاد شده است که یکی از این روش ها بکارگیری وسیله ای به نام چکش اشمیت است. که معروف به آزمایشهای واجهشی یا دینامیکی است. با استفاده از این سختی می توان خصوصیات دیگر سنگ و بتن را مانند مقاومت فشاری آن، تخمین کرد. این روش که توسط انجمن بین المللی مکانیک سنگ ISRM به صورت استاندارد در آمده است. در مورد سنگ های خیلی نرم یا خیلی سخت دارای محدودیت هایی بوده است و نتایج قابل اطمینانی ارائه نمی دهد. چکش های اشمیتی که جهت تخمین مقاومت فشاری بتن بکار می رودانرژی ضربه فنر در حدود 207.2 ژول دارند که برای سازه های بتنی که مقاومتی بین 10 تا 70 مگا پاسکال دارند مناسب است.

نکاتی که در انجام این آزمایش می بایست مد نظر قرار داد عبارتند از:

• این تخمین عدد بازگشتی آزمایش بتن سخت شده توسط چکش فولادی با نیروی محرکه فنر می‌باشد.
• از این تست می توان در تعیین یکنواختی بتن درجا استفاده کرد برای تشخیص مناطقی از سازه که بتن ضعیف یا خراب دارد. همچنین برای روند افزایش مقاومت بتن کاربرد دارد.
• برای تخمین مقاومت بتن لازم است بین مقاومت بتن و عدد بازتاب رابطه ای بدست آورد. این رابطه برای هر طرح اختلاط بتن متفاوت خواهد بود. برای تخمین مقاومت در حین ساخت باید مقاومت نمونه های مکعبی در آزمایشگاه تعیین گردد و با استفاده از آن رابطه مذکور بدست آید. برای تخمین در بتن های ساخته شده باید رابطه فوق براساس تعیین مقاومت نمونه های کر بدست آمده از سازه تعیین شود.(ACI-228 R)
• برای یک طرح اختلاط مشخص عدد بازتاب تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله رطوبت سطحی بتن، روش بدست آوردن سطح نمونه و عمق کربناتاسیون بتن تاثیر می گذارد. این عوامل بایستی در رابطه ای که برای تخمین مقاومت بدست می آید و تفسیر نتایج تاثیر خودش را نشان دهد.
• با توجه به تخمینی بودن این آزمایش نمی تواند تعیین کننده در رد یا قبول بتن باشد.
• براساس موارد مندرج در استاندارد ASTM-C805 نتایج حاصل از این روش تنها محدود به کیفیت لایه سطحی بتن (عمق حدود 30 میلیمتر) بوده و تعیین مقاومت فشاری واقعی بتن با آزمایش شکستن (جک مقاومت فشاری) بتن امکان پذیر می باشد. علاوه بر آن از این وسیله بیشتر به منظور مقایسه نسبت اختلاط و میزان رطوبت بتن های یکسان استفاده می شود.

وسایل آزمایش چکش اشمیت

• چکش بازتاب اشمیت
• سنگ سنباده جهت سائیدن سطح بتن هوازده و همچنین مسطح کردن سطح بتن
• سندان یا صفحه فولادی از جنس فولاد بسیار سخت با قطر 15 سانتیمتر جهت کالیبراسیون

انتخاب سطح آزمایش

• حداقل ضخامت عضو مورد آزمایش 100 میلیمتر می باشد.
• مناطق متخلخل و دارای ترک و پوسته شده و هوازده نباشد.
• در مناطق ماله کشیده شده و زبر اعداد بزرگتری نسبت به مناطق قالب بندی شده می دهد.

آماده کردن سطح

• سطح انتخابی حداقل 150 میلیمتر
• ساییدن محل مذکور درصورتی که زبر یا ناصاف یا پوسته شده است و مسطح کردن آن
• سطح خیس عدد کمتری می دهد. و سطح زبر عدد بیشتر. سطوح کربناته باید قبل از آزمایش به مدت 24 ساعت خیسانده شود یا سطح کربناته برداشته شود.
• بتن های روی سطح زمین با سایر بتن های قسمت های سازه ای نبایستی با هم مقایسه شوند.

مواردی که در جوابها تاثیر می گذارد:

• بتن یخ زده عدد بسیار بیشتر می دهد.
• دمای چکش اشمیت تاثیر دارد (دمای کمتر از 18- سانتی گراد)
• جهت ضربه (عمودی، افقی)
• چکش های اشمیت مختلف حتی از یک کارخانه از یک تا سه واحد اختلاف دارند.
• عدم کالیبراسیون و سرویس کردن دستگاه
• جواب های یکسان در روی صفحه کالیبره تائید کننده جوابهای صحیح برای نمونه های دیگر نمی باشد.

مراحل انجام آزمایش چکش اشمیت

• چکش اشمیت قبل از هر آزمایش توسط یک آنویل (سندان) استاندارد، کالیبره می شود. میانگین ده قرائت روی آنویل استاندارد محاسبه شده و از آن برای تعیین ضریب تصحیح استفاده می شود.
• سطحی از نمونه که زیر پلانژر قرار می گیرد باید کاملا صاف و پرداخته شده باشد (چه در صحرا و چه در آزمایشگاه). این سطح و همچنین ماده سنگی زیر آن از هر گونه ناپیوستگی موضعی مربوط به توده سنگ باشد.
• قطعات مجزا و سنگ را باید محکم به یک پایه صلب بست تا نمونه در طی آزمایش از هرگونه تکان یا لرزش محفوظ باشد.
• مقدار سختی بدست آمده بستگی به راستای قرار گیری چکش اشمیت دارد. طبق پیشنهاد ISRM بهتر است که چکش اشمیت در یکی از سه وضعیت قائم به سمت بالا، افقی و یا قائم به سمت پایین قرار بگیرد.
• در هر سطح آزمایش 10 بار انجام شود و فاصله هرکدام از هم 2. 5 سانتیمتر کمتر نباشد و چنانچه سطح بتن خرد و شکسته شود آن نتیجه قابل قبول نیست.
• اعدادی که بیش از 6 واحد با میانگین فاصله دارند حذف گردد.
• اگر بیش از 2 نمونه حذف شود کل آزمایش باطل است
• در هر حالت مقدار انحراف چکش اشمیت نباید بیشتر از مثبت و منفی 5 درجه باشد. در صورتی که امکان انجام آزمایش در هیچ یک از جهات ذکر شده نباشد می توان آزمایش را با زاویه ای دلخواه انجام داد و سپس نتایج را برای حالات قائم و یا افقی تصحیح نمود. منحنی تصحیح معمولا توسط کارخانه سازنده چکش اشمیت ارائه می شود. زاویه قرارگیری چکش اشمیت و هرگونه تصحیح انجام شده روی نتایج باید یادداشت و گزارش گردد.
• دست کم 20 آزمایش مجزا باید روی هر نمونه سنگ انجام گیرد. نقاط مورد آزمایش باید حداقل به اندازه قطر پلانژر از هم فاصله داشته باشند. درصورت ایجاد هرگونه درزه و ترک بر اثر ضربه وارده، نتایج آزمایش باطل و نمونه مربوطه برای آزمایش های بعدی غیر قابل استفاده خواهد بود. وجود هرگونه خطا در آماده سازی نمونه و روش آزمایش باعث ایجاد مقادیر پایین تر سختی می شود.

کاربردها و قابلیت اطمینان نتایج آزمایش چکش ارتجاعی

کاربرد آزمایش چکش ارتجاعی به علت پارامترهای بسیاری که روی نتیجه آزمایش تأثیر می گذارند، محدود می باشد.
چکش ارتجاعی، کمترین قابلیت اطمینان را در میان روش های آزمایش در محل برای ارزیابی مقاومت بتن دارد. برای چکش کالیبره شده دقیق و وضعیت آزمایشگاهی، دقت، بهتر از15± تا 20± درصد نمی باشد. مال هوترا در سال 1976نشان داده است که پراکندگی مورد انتظار برای فراهم کردن حدود اطمینان 95%، بزرگ تر از 25± درصد است. بر اساس نظریه وی، دقت اندازه گیری مقاومت نمونه های بتنی در آزمایشگاه با یک چکش کالیبره شده و دقیق حدود 15± تا 20± درصد و روی سازه بتنی در محل 25± درصد می باشد.
تخمین مقاومت بتن تنها با استفاده از یک منحنی کالیبره، به صورت عمومی کاملاً اشتباه می باشد. زیرا عوامل متعددی وجود دارند که اندازه گیری عدد بازگشت را تحت تأثیر قرار می دهند و بنابراین برای هر نوع بتن نیاز به منحنی کالیبراسیون خاص می باشد. بطورکلی روش سختی سطح، جایگزین روش های معتبر دیگر، برای تعیین مقاومت بتن در سازه محسوب نمی شود و فقط به عنوان روش مقدماتی و تکمیلی مفید است و اطلاعات حاصل از این روش تنها محدود به کیفیت لایه سطحی بتن می باشد.

دقت و خطا در آزمایش چکش اشمیت

فاصله بزرگترین و کوچکترین اعداد قرائت شده نباید بیش از 12 واحد اختلاف داشته باشند. تخمین میزان خطا ممکن نیست.

گزارش نتایج

• تاریخ و زمان آزمایش
• توضیح دقیق مکانهای انجام آزمایش و ابعاد عضو مورد بررسی
• توصیف اختلاط بتن و ابعاد درشت دانه
• مقاومت مشخصه بتن
• مشخصات سطح :سطح پودر شده یا ترک دار، پشت بند بودن سطح آزمایش، نحوه قالب گیری، نحوه آماده کردن سطح، نحوه تماس با هوا و محیط اطراف
• مشخصات چکش اشمیت : شماره سریال و …
• دمای هوا
• زاویه چکش اشمیت حین آزمایش
• میانگین اعداد قرائت شده
• نکات مهم از جمله اعداد حذف شده و شرایط غیر عادی

مشکلات چکش اشمیت:

مقاومت تخمین زده شده توسط چکش اشمیت در سنین اولیه دارای نوسان بیشتری نسبت به مقاومت نهایی میباشد. میزان خطای چکش اشمیت برای ارزیابی کمی مقاومت نهایی بتن حدود 14 %می باشد . در صورت نا مناسب بودن ترکیب یا تناسب سنگدانه ها در بتن، با برخورد با ریزدانه ها مقاومت کمتر از میزان واقعی مقاومت نشان می دهد و در صورت برخورد با درشتدانه میزان مقاومت بیشتری در آزمایشات از خود نشان می دهد . این عمل زمانی که به میلگرد برخورد کند متفاوت می باشد که به دلیل کم بودن پوشش بتنی اتفاق می افتد. این موارد نشان دهنده سطحی بودن نتایج حاصله از تست چکش
اشمیت می باشد. می توان با استفاده از به کارگیری ضریب اصلاح، نسبت به واقعی سازی نتایج آزمایش چکش اشمیت اقدام نمود.

راهکارها:

اعضای بتنی که به علت کمبود مقاومت، قادر به تحمل نیرو های وارده نمی باشند، می توان با استفاده از روش های مقاوم سازی نظیر استفاده از، ژاکت بتنی، ژاکت فلزی، افزایش محصور شدگی با استفاده از الیاف کامپوزیتی(FRP)، کاهش جرم و استفاده از میراگر ها و جداساز های لرزه ای جهت کاهش نیرو وارده اقدام به مقاوم سازی و  رفع نقص سازه و عضو آسیب پذیر نمود.

تست چکش اشمیت در شرکت افزیر

چکش اشمیت سیلور Silver Schmidt

چکش اشمیت سیلور اولین چکش اشمیت دیجیتال کاملاً یکپارچه است که توسط شرکت Proceq تولید شده است. این چکش از نوع چکش‌های دیجیتال است که بر اساس نوع N و همچنین دارا بودن نرم افزار  اتصال به کامپیوتر به منظور تحلیل داده­ای آزمون اعتبار سنجی مستقل BAM (موسسه فدرال تحقیقات و آزمایش مواد، آلمان) نشان داده است که SilverSchmidt ST / PC پراکندگی داده‌ای کمتری نسبت به چکش‌های تست بتن کلاسیک دارد و در نتیجه داده‌های مطمئن‌تری را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

شرکت مقاوم سازی افزیر  با استفاده از محصولات این برند با کیفیت بین ­الملی و پرسنل مجرب با دانش فنی بالا و متعهد،  ارائه ­ی خدمات در هر سطحی فراهم کرده است.

عاملی که این چکش را نسبت به دیگر مدل‌ها برجسته نموده و موجب کارایی بهتر آن گردیده است محاسبه بر اساس آیتم جدید Q (محاسبه سرعت اثر قبل و بعد از ضربه) و جایگزینی آن به جای R.

برخی ویژگی‌های این دستگاه به شرح زیر است:

• طراحی منحصر به فرد و کیفیت بالای ساخت چکش تست بتن SilverSchmidt ST/PC موجب سرعت و دقت بالاتر آن نسبت به دیگر مدل‌ها گردیده است.
• مقدار محاسبه شده R به جهت ضربه بستگی ندارد.
• با کمک این چکش کاربر به منحنی‌های بیشتری برای اندازه‌گیری مقاومت فشاری در محدوده وسیعتری (مقاومت‌های کمتر از 10N/mm2 و مقاومت‌های بالا تا 100N/mm2) دسترسی خواهد داشت.
• داده‌ها به صورت اتوماتیک توسط چکش ذخیره شده و به صورت آماری مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.
• اندازه‌گیری اتوماتیک مقاومت فشاری توسط چکش و ارائه آن با واحد اندازه گیری مورد نیاز کاربر (MPa, N/mm2, kg/cm2, psi).

سوالات متداول

چکش اشمیت چه کاربردی دارد ؟

از روش های تست بتن بوده که به صورت غیر مخرب انجام می شود و به منظور اندازه گیری مقاومت فشاری بتن میباشد.

استفاده از چکش اشمیت آیین نامه خاصی دارد؟

در انجام تست و آزمایش غیر مخرب چکش اشمیت از استاندارد های ASTM C805 (روش تست استاندارد عدد بازگشت برای بتن سخت شده) و BS EN 12504-2:2012 (تست بتن در سازه ها) استفاده می شود.

پارامترهای موثر در تست چکش اشمیت چیست؟

نسبت های اختلاط ، سن و نوع عمل آوری ، صافی سطح ، رطوبت ، کربوناتاسیون سطح ، سختی عضو ، محل پیستون یا میله

در چند نقطه باید پیستون چکش اشمیت قرار بگیرد؟

در ASTM C805 توصیه شده است که برای آزمایش 10 نقطه مورد عمل قرار گیرد. در صورتیکه هر قرائت بیش از 7 واحد با متوسط قرائت ها اختلاف داشته باشد، کل قرائت ها درنظر گرفته نخواهد شد.