بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تعیین مقاومت بتن سخت شده با استفاده از امواج فراصوتی و چکش اشمیت
خلاصه
به طور کلی استفاده از بتن در صنعت ساختمان سازی علیرغم اینکه محاسن زیادی را به همراه داشته است، ولیکن لازم است با توجه به کارگاهی و درجا ساخته شدن این ماده پرکاربرد ساختمانی ، پارامترهای سازه ای از قبیل مقاومت ، تـراکم ، تـرک های عمقی ، میزان تماس آرماتورها با بتن به صورت دقیق مشخص گردهی تا در محاسبات سازه ای و خصوصاً لـرزه ای از آن استفاده گردد.با این توصیف تا کنون روش های مختلفی اعم از مخرب ، نیمه مخرب و غیر مخرب جهت ارزیابی مقاومت بتن ارائه شده است،ولی هریک از این روش ها با توجه به شرایط آن از محدودیت هایی برخوردار بـوده کـه ایـن مشـکلات موجب گردیده دانشمندان متعددی جهت ایجاد رابطه میان سرعت امواج مافوق صوت در اجسام و مقاومت بتن روابطی را بر قرار نمایند . در این مقاله سعی شده است با استفاده از روش دقیق تعیین مقاومت بتن های تازه های با استفاده از نمونه هـای مکعبی و چکش اشمیت ، ارتباط مشخصی میان روش های مذکور با سرعت موج در بتن با تکیه بر روش های درون یـابی و رگرسیون های غیر خطی بدست آورده شود.در همین راستا از پارامترهای دیگر بتن از قبیل وزن مخصوص نیز اسـتفاده شـده است.
کلمات کلیدی : امواج فراصوتی ، چکش اشمیت ، روش های غیر مخرب بتن ، مقاومت فشاری بتن تازه
1. مقدمه :
با پیشرفت علم در عرصه مهندسی عمران روش های مختلفی جهت تعیین مقاومت فشاری بـتن و خـواص دیگـر ایـن مـاده ساختمانی پر کاربرد به وجود آمد ولیکن هر یک از روش های اندازه گیری از شرایطی برخوردارند که در صورت عدم تحقق این شرایط و ضوابط ، نتایج بدست آمده از آزمون قابل اعتماد نبوده و بعضاً باعث ایجاد گمراهی در قضاوت هـای مهندسـی می گردد . شرایط مذکور موجب ایجاد محدودیت هایی در هنگام انجام آزمایش می گردد . آزمایش های تعیین مقاومت بـتن سخت شده از تنوع بسیاری برخوردارند که می توان روش های مخرب ، نیمه مخرب و غیر مخرب را نام بـرد . روش هـای مخرب مانند روش مغزه گیری از بتن که با توجه به وسعت خرابی ایجاد شده در المان سازه ای موجب می گـردد در برخـی از اعضای سازه ای مانند ستون ها و یا دیوار برشی ها استفاده از آن ها را غیر قابل انجام نماید ولی با توجه به دقـت آزمـون انجام یافته ، یکی از بهترین روش های تعیین خواص بتن سخت شده می باشد . در روش های نیمه مخرب دقت آزمـون بـا توجه به نوع آزمون متغیر بوده و می تواند از بازه مقاومتی زیادی برخوردار باشد. به صورت کلی در صورتی که سن نمونه ، ابعاد نمونه و شرایط محیطی نمونه آن تغییر نمایـد ، میـزان سـرعت امـواج تغییـر نموده و نمی توان به یک فرمول و رابطه معنا دار دست یافت . بر همین مبنا در این تحقیق سعی شـده اسـت بـا ثابـت نگـه داشتن شرایط نمونه ها ، سن نمونه ها و ابعاد نمونه ها مقایسه انجام گردد که به نتایج درست و قابل استنادی دسـت یافـت .
همانطور که در مقدمه اشاره گردید جهت تعیین مقاومت به روش های مختلف در این تحقیق از نمونه هایی مکعبی بـا ابعـاد
15*15*15 با سن 7 روزه و دارای شرایط نمونه ها جهت انجام آزمایش اشباع با سطح خشـک اسـتفاده گردیـد ، در طـرح
اختلاط بتن از سیمان تیپ یک کارخانه سیمان هگمتانه ، سنگدانه های شکسته دارای دانه بندی مشخص، مورد اسـتفاده مـی باشد . انجام آزمایش در 500 نمونه مکعبی با ابعاد مذکور تکرار گردید .مطالعات آماری و رگرسیون های غیر خطی با استفاده از نرم افزار Matlab2009 انجام گردید.
کاربرد روش فوق الذکر در ارزیابی و بررسی مقاومت بتن توسط محققان متعددی مورد بررسی قرار گرفته است که می تـوان به موارد ذیل به صورت خلاصه اشاره نمود. Reinhardt و همکاران ، گیرش ملات بتن را مورد بررسی و تحقیـق قـرار داد Robeys .{10}و همکارانش در مورد بتن و خواص آن به کمک امواج طولی مطالعه نمودند Trtnik .{11} و همکاران با استفاده از امواج مافوق صوت ، زمان گیرش اولیه ژل سیمان را تعیین نمودند Gaydecki .{12} امواج در بتن را تحت اثـر فرکانس های متعدد بررسی نمودMalhotra .{13} سرعت امواج مافوق صوت را در نمونه هـای بتنـی بـا در نظـر گـرفتن نسبتهای آب به سیمان مختلف و همچنین انواع سنگدانه های مختلف مورد بررسی قـرار دادKhader .{14} بـا اسـتفاده از قواعد ریاضی رابطه ای بین سرعت امواج التراسونیک و مقاومت فشاری بتن بیان نمود.{15}
-2 بررسی مقاومت بتن توسط جک هیدرولیکی و چکش اشمیت :
در شکل شماره 1 نتایج نمونه های آزمایشگاهی و نحوه توزیع آن بـا اسـتفاده از تعیـین مقاومـت فشـاری مکعبـی بـه روش آزمایش استاندارد{4}و{5} قابل ملاحظه می باشد ، همان طور که مشخص است در این تحقیق سعی شده اسـت از تمـامی رده های مقاومتی بتن استفاده گردد تا بتوان در نهایت نتایج را به صورت کلی تعمیم داد . جهت تعیین مقاومت فشاری بتن از استاندارد {4} استفاده شده و سرعت جک بر مبنای استاندارد مذکور تعیین شده است . جهت انجـام آزمـایش از جـک بـتن شکن طرح ELE انگلستان(ساخت شرکت صنایع مکانیک خاک ایران) اسـتفاده شـد و سـرعت بارگـذاری برابـر 0/25 مگـا پاسکال در نظر گرفته شد.
-2 بررسی مقاومت بتن توسط جک هیدرولیکی و چکش اشمیت :
جهت تعیین اعداد چکش اشمیت از دستگاه سـاخت شـرکت Controls اسـتفاده شـد و نحـوه انجـام آزمـایش بـر اسـاس استاندارد مرجع{3}انجام گردید . دستگاه قبل از استفاده با استفاده از بلوک های کالیبراسیون مخصوص ، کالیبره شـدند.برای هر نمونه تعداد 10 عدد آزمایش چکش اشمیت انجام شد که در نهایت میانگین آن به صورت عدد اصلی در محاسبات مـورد استفاده قرار گرفت. در شکل شماره 2 نمودار کالیبراسیون چکش اشمیت قابل مشاهده است (البته لازم به ذکـر اسـت اعـداد مذکور در نمودار بر اساس زاویهکاملاً افقی چکش اشمیت بدست آمده است) که با توجه به این نمـودار بدسـت آمـده مـی توان به مقاومت فشاری مکعبی 15*15*15 نمونه های بتن دست یافت.
که در شکل شماره 3 بر اساس رگرسیون غیرخطی داریم:
- 3 تعیین سرعت امواج عبوری در بتن مورد آزمایش:
جهت تعیین سرعت موج فراصوتی در بتن از دستگاه Pundit lab3 ساخت کشور سوئیس استفاده شد که در هر مرحله قبل از انجام آزمایش تعیین مقاومت فشاری در بتن ، عملیات تعیین سرعت صوت در بتن انجام گرفت . بر اساس تحقیقات انجام گرفته و بررسی ادبیات فنی که در قسمت بعد به صورت مختصراً به آن اشاره شده است و همینطور مراجع اسـتاندارد {6} و {8}، جهت بررسی و ارزیابی خواص بتن از فرکانس در حدود 40 الی 80 کیلو هرتز استفاده می شـود و بـا توجـه بـه ایـن موضوع در این تحقیق از سرعت 54 کیلو هرتز استفاده شد.در شکل شماره 4 نمایی از انجام آزمایش فراصوتی قابل مشـاهده می باشد.
- 4 بررسی ارتباط عدد بازگشت و سرعت امواج فراصوتی:
در شکل شماره 3 به بررسی سرعت امواج فراصوتی در بتن و ارتباط آن با عدد چکش اشمیت اشـاره شـده اسـت . در ایـن شکل که ارتباط تقریباً منظمی و غیرخطی بین سرعت و عدد بازگشت چکش اشمیت برقرار است که با استفاده از تابع نمایی می توان با ضریب دقت 75 درصد و فرمولاسیون زیر دست یافت:
