بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تخمين مقاومت فشاري و مدول الاستيسيته ديناميکي بتن سبکدانه با استفاده از تکنيک سرعت پالس فراصوتي ( Ultrasonic Pulse Velocity Method)
چکيده :
در اين تحقيق ، نحوه عملکرد تکنيک سرعت پالس فراصوت به عنوان يک آزمون غيرمخرب براي بتن ، به منظور تخمين خواص مکانيکي بتن سبکدانه مورد بررسي قرار مي گيرد. براي اين منظور در حدود ١٢٥ طرح اختلاط بتن سبکدانه که با مصالح شن و ماسه سبک ساخته شده بودند ، مورد استفاده قرار گرفت . پس از انجام آزمون تعيين سرعت پالس بر روي نمونه هاي مکعبي ، روابطي مابين سرعت انتقال پالس و مقاومت فشاري نمونه ها در سنين مختلف ، با تقريب قابل قبولي به دست آمدند. هم چنين صحت رابطه پيشنهادي استاندارد ايران و ASTM در خصوص محاسبه مدول الاستيسيته ديناميکي بتن ، در مورد بتن سبکدانة موضوع اين تحقيق ، بررسي شده است ، که اعداد به دست آمده از طريق فرمول پيشنهادي آيين نامه ها، براي مدول الاستيسيته ديناميکي ، بسيار بزرگتر از مدول الاستيسيته ديناميکي به دست آمده از روش محاسبه شيب خط مماس بر منحني رفتار تنش –تغيير طول نسبي نمونه بتني مي باشد.
در اين مقاله نحوه انجام آزمايشات و نتايج حاصله آورده شده است .
کليد واژه : سرعت پالس فراصوت ، آزمون غير مخرب ، بتن سبکدانه ، مقاومت فشاري ، مدول الاستيسيته ديناميکي
١-مقدمه
تکنيک سرعت پالس فراصوت ، که بر اساس محاسبه سرعت انتقال پالس فراصوت در بتن ارائه شده است ، يکي از روشهاي آزمون هاي غيرمخرب است که به کمک آن مي توان برخي از خصوصيات اعضاي بتني را تخمين زد. حباب هاي هوا و خلل و فرج موجود در داخل جسم جامد، نحوه انتقال پالس هاي فراصوتي را تحت تاثير قرار مي دهند. با علم به اينکه ، حباب هاي هواي موجود در داخل بتن سبکدانه ، به علت شرايط خاص سنگدانه هاي آن بيشتر از بتن معمولي است ، لذا در اين تحقيق سعي شده است که نحوه عملکرد اين نوع روش آزمون غير مخرب ، در مورد بتن سبکدانه مورد بررسي قرارگرفته و رابطه اي بين مقاومت فشاري و سرعت انتقال پالس فراصوت از ميان نمونه هاي بتني به دست آيد و همچنين صحت فرمول ارائه شده دراستاندارد ايران ( مرجع [٤] ) و استاندارد امريکا ( مرجع [١] )، مبني بر محاسبه مدول الاستيسيته ديناميکي با استفاده از سرعت انتقال پالس فراصوتي ، در مورد بتن سبکدانه مورد بررسي قرارگرفته است . تعداد ١٢٥ طرح اختلاط بتن سبکدانه با مقادير متفاوت آب ، سيمان ، ميکروسيليس (SF)، فوق روان کننده (SP)، ريزدانه و درشت دانه سبک در آزمايشگاه دانشگاه صنعتي سهند تبريز تهيه شده و بر روي نمونه هاي بتني در سنين ٧، ٢٨ و٩۰ روزه ، آزمون تعيين سرعت پالس به روش انتقال مستقيم انجام گرفته است .
٢-روش کار
٢-١-مصالح مصرفي
سيمان وميکروسيليس مورد استفاده عبارتند از: سيمان نوع ٢ (صوفيان )، ميکروسيليس ازنا. درشت دانه استفاده شده در طرح ها، شن سبک پوميس عنصرود با حداکثر اندازه ١٢.٥ ميلي متر و ريزدانه مصرفي ، ماسه سبک پوميس عنصرود با مدول نرمي ٢.٨٨ مي باشد. منحني هاي دانه بندي شن و ماسه سبک بر اساس استاندارد ٣٣٠ ASTM C اصلاح شدند. وزن مخصوص ميل نخورده شن در حدود ٧٣۰ کيلوگرم بر متر مکعب تعيين شد. از آب شرب شهر سهند در ساخت تمامي مخلوط ها استفاده شد.
٢-٢-مشخصات طرح هاي اختلاط ، جزئيات نمونه ها، نحوه نگهداري و آزمايش هاي انجام شده در اين پروژه ، در حدود ١٢٥ طرح اختلاط بتن سبکدانه در نظر گرفته شد، که از اين تعداد حدود ١٧ طرح اختلاط به صورت آزمايشي ريخته شد و آزمايشات برروي نمونه هاي ساخته شده از ١۰٨ طرح باقيمانده انجام گرفته است . طرح هاي اختلاط بر اساس استاندارد ٩٨-٢١١.٢ ACI، و با نسبت ماسه به شن ١.۰ و ١.۰٥ و ١.١ و ١.١٥ و ١.٢ و ١.٢٥، نسبت آب به مواد سيماني ۰.٣٣ و۰.٣٥ و ۰.٣٧، عيار سيمان ٣٥۰ و ٤۰۰ و ٤٥۰ کيلوگرم برمترمکعب و ميکروسيليس به ميزان ١۰ درصد وزني مواد سيماني در نظر گرفته شدند. در اين طرح ها از فوق روان کننده به مقدار ۰.٥ و ۰.٧ درصد مواد سيماني استفاده شد.
وزن مخصوص بتن تازه در اين طرح ها، در حدود ١٦٥۰ الي ١٨۰۰ کيلوگرم برمترمکعب بود.
کليه نمونه ها پس از ٢٤ ساعت از زمان ساخت ، از قالب ها خارج و تا سنين ٧، ٢٨ و ٩۰ روزه در محيط آزمايشگاه و در داخل آب معمولي با دماي تقريبي ٢۰ درجه سانتيگراد عمل آوري شدند. براي هر طرح اختلاط تعداد ١١ نمونه مکعبي به ابعاد ١۰×١۰×١۰ سانتيمترساخته شدند که سه نمونه در سن ٧ روزه ، سه نمونه در سن ٢٨ روزه وسه نمونه در سن ٩۰ روزه مورد آزمايش قرار گرفته و دو نمونه باقيمانده به عنوان نمونه هاي شاهد نگهداري شدند. همچنين تعداد ١٢ نمونه استوانه اي استاندارد به قطر ١٥ سانتيمتر و ارتفاع ٣۰ سانتيمتر، براي بعضي از طرح ها که آزمون تعيين مدول الاستيسيته ديناميکي بر روي نمونه هاي آنها صورت مي گرفت ، به منظور تعيين ضريب پواسون بتن سبکدانة موضوع اين تحقيق ، ساخته شدند.
بر روي نمونه هاي مکعبي در سنين ياد شده ، ابتدا آزمون غير مخرب تعيين زمان انتقال پالس فراصوت به روش انتقال مستقيم ، توسط دستگاه آزمايشگر تعيين سرعت پالس ( U.P.V Tester E٠٠٤٨-٥٨) انجام شد که نحوة انجام اين آزمون برروي يکي از نمونه ها در شکل (١) نشان داده شده است .
شکل ١ : آزمون تعيين زمان پالس عبوري از ميان نمونه بتني به روش انتقال مستقيم
فرکانس پالس هاي ارسالي از طرف دستگاه KHz٥٤بوده و مدت زمان انتقال پالس بر حسب ميکروثانيه وبا دقت ۰.١ ميکروثانيه ، بر روي صفحه ديجيتالي دستگاه نمايش داده مي شد. در تمامي آزمايشات از گريس نسوز براي اتصال دادن مولدها (Transducers ) بر روي سطح بتن استفاده شد، که قبل از انجام آزمايش ، سطوح تحت آزمايش ، صاف و مسطح مي شدند.
بر روي هر نمونه به تعداد ٥ قرائت از زمان عبور پالس در نقاط مختلف سطح بتن انجام مي شد تا اينکه تقريباٌ تمامي سطح نمونه و در نتيجه تمام حجم نمونه مورد آزمايش قرار گيرد. پس از اتمام آزمون با ميانگين گيري ازنتايج ، يک عددبه عنوان مدت زمان انتقال پالس براي نمونه مورد نظر ثبت مي شد. پس از
محاسبه زمان انتقال پالس و با توجه به اينکه طول مسير انتقال ١۰۰ ميلي متر بود، با استفاده از فرمول (١) براساس استاندارد ايران ، سرعت انتقال پالس فراصوت در نمونه بتني برحسب ( km/s ) محاسبه مي شد.
(1)
که در آن :
L : طول مسير انتقال (km)
T : مدت زمان انتقال پالس از ميان بتن ( s )
V : سرعت انتقال پالس در بتن ( km/s )، مي باشد[٤].
پس از انجام آزمون غير مخرب برروي نمونه هاي بتني ، نمونه ها بلافاصله تحت آزمون فشاري قرار گرفته ومقاومت فشاري آنها بر حسب ( MPa) اندازه گيري مي شد.
نتايج به دست آمده از آزمون تعيين سرعت پالس و مقاومت فشاري نمونه هاي مکعبي در سنين ٧ ، ٢٨ و ٩۰ روزه براي يک شاخه از شش شاخه طرح هاي اختلاط در جدول (١)آورده شده است .
لازم به توضيح است که نتايج کامل آزمايشات در مرجع [٥] قابل دسترسي است .
تعداد ١٥۰ نمونه مکعبي بتن سبکدانه نيز به منظور محاسبه مدول الاستيسيته ديناميکي ، انتخاب شدند و توسط دستگاه ( UTM ) تحت بار فشاري قرارگرفته و منحني تنش - تغيير طول نسبي براي هر کدام از آنها رسم گرديد. آزمون به روش کنترل تغيير مکان (Displacement Control ) وبا سرعت ۰.۰١ ميليمتربرثانيه در مورد تمامي نمونه ها انجام شد.
