مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی و قطعات جانبی بتن _ ارائه دهنده خدمات فنی و مهندسی بتن

Produce & Repconsultant, producer of concrete products providing engineering and technical services
انجام تست و آزمایش های غیرمخرب بتن ( اسکن بتن،التراسونیک بتن،هافسل ،نفوذپذیری بتن، تعیین عمق نفوذیون کلر، کربناتاسیون ، چکش اشمیت ، تست های دوره ای و ارائه دفترچه شناسنامه سازه ای )

  

تست و آزمایش های غیرمخرب بتن

ارائه خدمات اسكن  آرماتور و میلگرد بتن ، ويزيت دوره اي  و شناسنامه سازه اي- مشاوره و ارائه تستهای pull off ، التراسونیک ، هافسل -پتانسیل خوردگی ( نیم پل ) ، کربناسیون ، نفوذ یون کلر ، نفوذ پذیری ،چکش اشمیت و ...

 

کیفیت و نتایج آزمایش های غیرمخرب و  بررسی انواع آزمایش های غیرمخرب بتن

 

1 برنامه‌ریزی و تفسیر آزمون در محل

آزمون در محل ممکن است زمان، تلاش و هزینه زیادی تلف کند مگر اینکه اهداف پژوهش در آغاز به روشنی تعیین شده باشد. این اهداف بر انتخاب روش تست، وسعت و محل آزمون‌ها و نحوه رسیدگی به نتایج تاثیر خواهد گذاشت. نتایج نامناسب یا گمراه‌ کننده آزمون اغلب حاصل فقدان دانش واقعی یا عدم آگاهی از روش‌های مربوطه است. اگر بخواهیم از اختلافات آینده بر سر این نتایج جلوگیری کنیم، تمام طرفین درگیر در مرحله اول تدوین برنامه آزمون باید باهم همبستگی داشته باشند. لزوم قضاوت مهندسی در زمان تفسیر نتایج اجتناب‌ناپذیر است اما عدم قطعیت را اغلب می‌توان با برنامه‌ریزی دقیق آزمون به حداقل رساند.

اگر بخواهیم از ناامیدی و دلسردی جلوگیری کنیم بسیار مهم است از دامنه آزمون‌های موجود و به خصوص محدودیت‌ آن‌ها و دقتی که می‌توان به آن دست یافت آگاهی کامل داشته باشیم. برخی روش‌ها بسیار ساده به نظر می‌رسد اما همه آن‌ها در معرض تاثیرات پیچیده‌ قرار دارند و استفاده از اپراتورهای ماهر و یک مهندس با تجربه متناسب، امری حیاتی است.

آزمون سازه‌های موجود در محل چندان ارزان نیست زیرا انجام مقدمات پیچیده دسترسی، اغلب ضروری بوده و روند آن‌ها ممکن است زمان‌بر باشد. در حالت ایده‌آل، نظر به نتایج کسب شده یک برنامه باید به طور متوالی شکل گیرد تا با حداقل هزینه و وقفه حداکثر اطلاعات ارزنده را فراهم کند. با این رویکرد که به تفسیر مداوم نیاز دارد اهدافی که ممکن است طی جریان پژوهش مطرح شود به سهولت تغییر خواهد کرد.

1.1 اهداف آزمون در محل

سه گروه پایه برای آزمون بتن می‌توان مشخص کرد.

(الف) آزمون کنترل معمولا به وسیله پیمانکار یا تولیدکننده بتن برای نشان دادن سازگاری‌های لازم انجام می‌شود تا تضمین کند مصالح عرضه شده قابل قبول است.

(ب) آزمون انطباق که طبق برنامه مورد توافق به وسیله مهندس ناظر یا از طرف او انجام می‌شود تا درباره مطابقت با ویژگی‌ها قضاوت کنند.

(ج) آزمون ثانویه روی بتن سخت شده در سازه یا استخراج شده از آن انجام می‌شود. این آزمون در موقعیت‌هایی لازم است که درباره قابلیت اطمینان نتیجه آزمون کنترل و انطباق تردید وجود داشته باشد یا این نتایج موجود نباشد یا به طور مثال در سازه قدیمی، آسیب‌دیده یا در حال خرابی، نامناسب باشد. تمام آزمون‌هایی که قبل از ساخت برنامه‌ریزی نشده باشد در این دسته قرار می‌گیرد با اینکه کنترل بلندمدت را نیز شامل می‌شوند.

بنا به سنت، آزمون‌های کنترل و انطباق روی نمونه‌های سخت‌شده «استاندارد» انجام می‌شود که از نمونه‌های‌ بتن بکار رفته در یک سازه گرفته شده است؛ آزمون بتن تازه چندان رایج نیست. مثال‌هایی نیز وجود دارد که در آن برای این هدف از آزمون در محل روی بتن سخت‌شده استفاده می‌شود. این آزمون در صنعت پیش‌ساخت برای بررسی کیفیت واحدهای استاندارد رایج‌تر است و برای کنترل یکنواختی واحدهای تولیدی و نیز رابطه آن‌ها با یک حداقل مقدار قابل قبول از پیش تعیین شده می‌توان از این نتایج استفاده کرد. به طور کلی مهندسان بیش از پیش می‌دانند که هر چند نمونه‌های «استاندارد» از نظر مفهوم از یک ماده هستند اما ممکن است کیفیت واقعی بتن در یک سازه را اشتباه نشان دهند که دلایل مختلفی از جمله تامین غیریکنواخت مواد و تفاوت در  تراکم، عمل‌آوری و کیفیت کلی کار دارد که ممکن است تاثیر چشمگیری بر دوام آن در آینده داشته باشد. در نتیجه، گرایش به سوی آزمون انطباق در محل با استفاده از روش‌هایی که غیرمخرب هستند یا صرفا خسارت بسیار محدودی را موجب می‌شوند به خصوص در آمریکای شمالی و اسکاندیناوی در حال بروز است. کاربرد این آزمون‌ها بیشتر پشتیبانی از آزمون متعارف است، با این حال نمونه‌های قابل توجهی نظیر پروژه استوربالت وجود دارد که این آزمون‌ها در آن نقش مهمی ایفا کرده است (1). مزیت این آزمون‌ها، هشدار زودهنگام درباره مقاومت مشکوک و نیز شناسایی عیوبی نظیر پوشش ناکافی، نفوذپذیری بالای سطح، فضاهای خالی، سوراخ سوراخ بودن یا استفاده از مصالح نادرستی است که ممکن است بدون انجام این آزمون‌ها مشخص نشوند اما به مشکلات دوام بلندمدت منجر می‌شود. آزمون یکپارچگی تعمیرات زمینه کاربردی مهم و رو به رشد دیگری است.

با این وجود، استفاده اصلی آزمون‌ در محل مانند آزمون ثانویه است که به دلایل زیادی ضروری است. این دلایل در دو دسته قرار می‌گیرد.

1.1.1 انطباق با مشخصات

رایج‌ترین مثال زمانی است که در مناقشات قراردادی به دنبال عدم مطابقت با نمونه‌های استاندارد، مدارک دیگری مورد نیاز باشد. مثال‌های دیگر شامل بررسی گذشته‌نگر پس از خرابی سازه است و به طور کلی به تسهیم تقصیر در اقدامات قانونی ارتباط پیدا خواهد کرد. شرایط مقاومت بخش مهمی از اکثر ویژگی‌ها را تشکیل داده و مهندس باید مناسب‌ترین روش ارزیابی مقاومت در محل را به عنوان کیروش معرف با علم کامل به تغییرات احتمالی که درون اعضای مختلف سازه در اعضای مختلف سازه انتظار می‌رود، انتخاب کند (همان طور که در بخش 1.5 بیان شده است). برای تعیین تغییرپذیری در محل و نیز مقاومت باید نتایج را تفسیر کرد اما ارتباط دادن مقاومت اندازه‌گیری شده در محل با مقاومت نمونه «استاندارد» مشابه آن با یک سن ویژه اما متفاوت، مشکل اصلی است. بنابراین ممکن است اثبات قطعی موارد مرزی دشوار باشد. این مساله به طور مفصل در بخش 1.5.2 مورد بحث قرار گرفته است.

برای برآوردن شرایط دوام، حداقل میزان سیمان معمولا را باید تعیین کرد و برای تایید انطباق ممکن است آزمون‌های شیمی و پتروگرافیک لازم باشد. برای بررسی وجود ترکیبات ممنوعه، آلودگی مواد تشکیل‌دهنده بتن (برای مثال کلرید در سنگدانه‌های اعماق دریا) یا حباب هوای ایجاد شده و تایید میزان سیمان پس از خرابی، آزمون‌های مشابهی نیز ممکن است لازم باشد. کیفیت ساخت ضعیف اغلب دلیل اصلی مسائل دوام است و آزمون‌هایی نیز با هدف اثبات پوشش یا تراکم ناکافی، مقادیر یا محل آرماتور نادرست یا کیفیت نامناسب فرایندهای عمل‌آوری یا تخصصی نظیر درزگیری سازه پس کشیده انجام شود.

2.1.1 ارزیابی کیفیت و یکپارچگی در محل

این ارزیابی در اصل به کفایت فعلی سازه موجود و عملکرد آن در آینده مربوط می‌شود. اکنون نیاز عادی سازه‌های بتنی به نگهداری کاملا اثبات شده و برای کمک به «پیش‌بینی‌های دائمی» بیش از پیش در آزمون‌های در محل مورد استفاده قرار می‌گیرد (3، 2). لازم است بین نیاز به ارزیابی خواص مواد و عملکرد عضو سازه‌ای به طور کل تمایز قائل شویم. نیاز به آزمون ممکن است ناشی از علل مختلفی باشد که عبارتند از:

(الف) تغییر پیشنهادی کاربری یا گسترش یک سازه

(ب) فراهم بودن امکان خرید یا بیمه سازه

(پ) ارزیابی یکپارچگی یا ایمنی سازه پس از خرابی مصالح یا آسیب سازه‌ای نظیر خسارات ناشی از آتش‌سوزی، انفجار، فرسودگی یا بار بیش از حد

(ت) قابلیت استفاده یا کفایت اعضا معلوم است یا احتمال دارد حاوی ماده‌ای باشد که طبق ویژگی‌ها نبوده یا با خطاهایی در طراحی همراه باشد

(ث) ارزیابی علت و اندازه خرابی به عنوان پیش‌شرط طراحی تمهیدات تعمیر و مرمت

(ج) ارزیابی کیفیت یا یکپارچگی تعمیرات اعمال شده

(چ) کنترل توسعه مقاومت در رابطه با از قالب درآوردن، عمل آوردن، پیش‌تنیدگی یا اعمال بار

(ح) کنترل تغییرات بلندمدت خواص مواد و عملکرد سازه‌ای.

با اینکه در سازه‌های ویژه، مشخصاتی نظیر چگالی یا نفوذپذیری ممکن است مطرح باشد، به طور کلی عملکرد مقاومت یا دوام در محل مهم‌ترین معیار به شمار می‌رود. وقتی قرار است تعمیراتی با استفاده از یک ماده متفاوت از بتن «مادر» انجام شود، مولکول‌های الاستیک را باید اندازه‌گیری کرد تا مشخص شود آیا ممکن است ناسازگاری‌های کرنشی زیر بارهای آینده به خرابی نابهنگام تعمیرات منجر شود. شناخت مولکول‌های الاستیک می‌تواند در تفسیر نتایج آزمون‌های بار نیز مفید باشد. برای کنترل مقاومت طی ساخت معمولا تنها لازم است نتیجه آزمون‌ها را با حدودی که آزمایش‌هایی که در آغاز قرارداد تعیین شده است مقایسه کنیم اما در سایر موارد پیش‌بینی مقاومت واقعی بتن برای تلفیق نتایج مقاومت اعضا ضرورت دارد. وقتی قرار است محاسبات بر مبنای مقاومت اندازه‌گیری شده در محل صورت گیرد، ارقام و محل آزمون‌ها و اعتبار عوامل ایمنی اتخاذشده توجه دقیقی را می‌طلبد که این مساله در بخش 6.1 بیان شده است.

در ارزیابی‌های دوام تمرکز بر شناسایی وجود حفره‌های داخلی یا خمیدگی، موادی که احتمال دارد موجب شکاف در بتن شود (برای مثال، سولفات یا سنگدانه‌های دارای واکنش قلیایی) و اندازه یا خطر خوردگی آرماتور، معطوف خواهد بود. عمق کربوناته کردن، غلظت کلرید، ضخامت پوشش و مقاومت و نفوذپذیری ناحیه سطح عوامل کلیدی مربوط به فرسایش به شمار می‌رود. با استفاده از روش‌های آزمون منفعل و در هم ریخته برای ارزیابی میزان ریسک، فعالیت الکتروشیمیایی مرتبط با فرسایش را می‌توان اندازه‌گیری کرد.

مشکلات دستیابی به یک برآورد کمّی دقیق از ویژگی‌های بتن در محل ممکن است قابل توجه باشد: در صورت امکان هدف آزمون باید مقایسه بتن مشکوک با بتن مشابه در سایر قسمت‌های سازه باشد که معلوم شده رضایت‌بخش است یا کیفیت آن تایید شده است.

بررسی عملکرد یک عضو در کل سازه غالبا هدف اصلی آزمون در محل است و باید اذعان کرد در بسیاری از موقعیت‌ها این عملکرد به وسیله آزمون بار به طور مستقیم به قاطعانه‌ترین شکل اثبات خواهد شد. بنابراین این اطمینان از یافته‌های پژوهش ممکن است بسیار بیشتر از زمانی باشد که مقاومت اعضا به طور غیر مستقیم طبق برآورد مقاومت بر اساس آزمون مواد پیش‌بینی شده باشد. با این حال، آزمون بار می‌تواند به طور سرسام‌آوری گران بوده یا اصلا عملی نباشد.

2.1 راهنمای حاصل از «استانداردها» و سایر اسناد

تعدادی از کشورها، به ویژه انگلیس، ‌آمریکا و اسکاندیناوی دارای استانداردهای ملی هستند که روند روش‌های آزمون قاطعانه تثبیت شده را به تفصیل بیان می‌کند. استانداردهای اصلی انگلیس و انجمن آزمون و مواد آمریکا (ASTM) در انتهای این فصل فهرست شده و مرجع خاص هر کدام نیز در متن آمده است. استانداردهای ایزو در برخی موارد نیز در دست توسعه است. جزئیات تمام روش‌ها به طور گسترده‌ در متن مقالات تحقیقاتی و تخصصی منتشر شده، مجلات، صورت جلسه کنفرانس‌ها و گزارش‌های تخصصی آمده است. منبع منتخب مهمی از آن‌ها در جای مقتضی ذکر شده است.

راهنمای عمومی مربوط به فلسفه بازرسی نگهداری سازه‌های موجود به وسیله FIP (4) و همچنین موسسه مهندسان سازه (5) ارائه شده است که فرایند و روش‌های ارزیابی و نیز شرایط آزمون را مورد بررسی قرار می‌دهند. منابع اطلاعات، گزارش و شناسایی نقائص همراه با علل احتمالی آن‌ها نیز ارائه می‌شود. راهنمای ویژه طبقه‌بندی خسارت به وسیله اتحادیه بین‌المللی آزمایشگاه‌ها و متخصصان مصالح ساختمانی (RILEM) (6) ارائه شده است در حالی که کمیته ACI 364 راهنمای ارزیابی سازه‌های بتنی قبل از نوسازی را تهیه کرده است(7). راهنمای مربوط به رویکردهای ارزیابی موقعیت‌های ویژه نظیر بتن دارای سیمان آلومینایی بالا (8)، سازه‌های خسارت‌دیده در اثر آتش‌سوزی (9) و بمب (10) نیز موجود است. BS 1881: بخش 201، «راهنمای استفاده از روش‌های غیرمخرب آزمون بتن سخت‌شده» (11) شرح کلی 23 روش‌ همراه با راهنمای انتخاب و برنامه‌ریزی آزمون ارائه می‌کند در حالی که BS 6089 (12) به طور ویژه به ارزیابی مقاومت در محل مربوط می‌شود. روش‌ها و لوازمی که به صورت تجاری در دسترس هستند دائما در حال تغییر و توسعه است اما یادداشت تخصصی 143 انجمن اطلاعات و تحقیقات صنعت ساختمان (CIRIA) (13) روش‌های موجود در انگلیس را در سال 1992 بررسی کرد در حالی که شیکرت موقعیت آلمان را در سال 1994 (14) بیان کرده است. کارینو اخیرا توسعه تاریخی جهانی آزمون غیرمخرب بتن را از منظر آمریکای شمالی بررسی کرده و دورنمای آینده را مشخص کرده است (15). با روش‌های جدیدتر، احتمالا استانداردها و گزارش‌های دیگری منتشر خواهد شد. کمیته 228 موسسه بتن امریکا (ACI) در حال حاضر در حال تهیه یک گزارش واقعی است که روش‌های غیرمخرب را بررسی می‌کند در حالی که کمیته 126 RILEM آزمون مقاومت در محل را مورد بررسی قرار می‌دهد. انجمن بتن انگلیس نیز در حال تهیه گزارش‌های تخصصی درباره ارزیابی خوردگی آرماتور و روش‌های رادار زیرسطحی است.

3.1 روش‌های فعلی آزمون

جزئیات تک تک روش‌ها در فصول بعدی آمده است و می‌توان آن‌ها را به شیوه‌های مختلفی طبقه‌بندی کرد. جدول 1.1 آزمون‌های اصلی را از لحاظ ویژگی مورد پژوهش فهرست کرده است. گستره آزمون‌های موجود وسیع است و آزمون‌های دیگری وجود  دارد که در این جدول نیامده است اما در این کتاب بیان شده است. بازرسی بصری در صورت لزوم با استفاده از ابزارهای نوری یک روش ارزیابی ارزشمند است که باید در هر پژوهشی منظور شود. البته استفاده از برخی آزمون‌ها بین کاربردهای فهرست شده (به بخش 3.4.1 رجوع کنید) هم‌پوشانی خواهد کرد و اگر چند گزینه‌ وجود داشته باشد توجه به دسترسی، خسارت، هزینه، زمان و قابلیت اطمینان مهم خواهد بود.

روش‌های آزمون را می‌توان به صورت زیر طبقه‌بندی کرد:

روش‌های غیرمخرب: بنا به تعریف، آزمون غیرمخرب به طور کلی به عملکرد موردنظر عنصر یا عضو مورد آزمون آسیب نمی‌زند و وقتی بر بتن اعمال شود تصور بر این است که شامل روش‌هایی است که موجب خسارت ناحیه سطح محلی می‌شود. این آزمون‌ها معمولا تا حدی مخرب توصیف شده و بسیاری از آزمون‌هایی که در جدول 1.1 فهرست شده است از این نوع هستند. تمام روش‌های غیرمخرب را می‌توان به طور مستقیم بدون نمونه‌برداری، روی بتن در محل انجام داد هر چند احتمال دارد برداشتن لایه‌های سطحی ضروری باشد.

روش‌هایی که مستلزم استخراج نمونه است: نمونه‌برداری بیشتر به شکل core کنده شده از بتن انجام می‌شود که می‌توان در آزمایشگاه برای آزمون مقاومت و سایر آزمون‌های فیزیکی و نیز در تحلیل بصری، پتروگرافیکی و شیمیایی از آن استفاده کرد. برخی آزمون‌های شیمیایی را می‌توان روی نمونه‌های سوراخ شده و پودرشده کوچک‌تر انجام داد که مستقیما از سازه گرفته می‌شود لذا آسیب بسیار کمی را موجب می‌شود اما خطر آلودگی نمونه افزایش یافته و ممکن است دقت کاهش یابد. همان طور که در مورد روش‌های نیمه مخرب صدق می‌کند، تعمیر خسارت نمونه‌برداری ضروری خواهد بود.

جدول 1.1 روش‌های اصلی آزمون

ویژگی مورد پژوهش

آزمون

نوع تجهیزات

فرسایش فولاد تعبیه شده

پتانسیل نیم سلول

مقاومت ویژه

مقاومت قطبش خطی

امپدانس A/C

عمق پوشش

عمق کربوناته شدن

غلظت کلرید

الکتروشیمیایی

الکتریکی

الکتروشمیایی

الکتروشیمیایی

الکترومعناطیسی

شیمیایی/میکروسکوپی

شیمیایی/الکتریکی

کیفیت ، دوام و خرابی بتن

سختی سطح

سرعت پالس التراسونیک

رادیوگرافی

رادیومتری

جذب نوترون

رطوبت نسبی

نفوذپذیری

جذب

پتروگرافیکی

میزان سولفات

انبساط

میزان هوا

نوع و میزان سیمان

مقاومت جذبی

مکانیکی

الکترومکانیکی

رادیواکتیو

رادیواکتیو

رادیواکتیو

شیمیایی/الکترونیک

هیدرولیک

هیدرولیک

میکروسکوپی

شیمیایی

مکانیکی

میکروسکوشی

شیمیایی/میکروسکوپی

مکانیکی

مقاومت بتن

cores

بیرون کشیدگی

پاره شدگی

Break-off

شکستگی داخلی

مقاومت در مقابل نفوذ

پختگی

عمل‌آوری با تطبیق دمایی

مکانیکی

مکانیکی

مکانیکی

مکانیکی

مکانیکی

مکانیکی

شیمیایی/الکتریکی

الکتریکی/الکترونیکی

یکپارچگی و عملکرد

Tapping

پالس – اکو

پاسخ دینامیک

آکوستیک امیشن

نورتابی گرمایی

ترموگرافی

رادار

محل آرماتور

اندازه‌گیری کرنش یا ترک

آزمون بار

مکانیکی

مکانیکی/الکترونیک

مکانیکی/الکترونیکی

الکترونیکی

شیمیایی

مادون قرمز

الکترومغناطیسی

الکترومغناطیسی

نوری/مکانیکی/الکتریکی

مکانیکی/الکترونیکی/الکتریکی

        

ماهیت تجهیزات آزمون از ابزار دستی ارزان ساده گرفته تا اقلام گران بسیار تخصصی پیچیده است که احتمالا نیازمند آماده‌سازی گسترده یا احتیاط ایمنی است که تنها زمانی به کار خواهد رفت که ابدا هیچ جایگزینی وجود نداشته باشد. معدودی از روش‌ها ویژگی موردنظر را به طور کمّی و مستقیم اندازه گیری می‌کنند و همبستگی‌ها اغلب لازم خواهد بود. تنوع محدودیت‌های عملی، قابلیت اطمینان و دقت بسیار وسیع است و در بخش‌های این کتاب که مربوط به روش‌های مختلف مجزا است مورد بحث قرار می‌گیرد. انتخاب مناسب‌ترین روش در گروه‌های جدول 1.1 در بخش 3.4.1 این فصل بیان شده است.

4.1 برنامه‌ریزی برنامه آزمون

در این برنامه‌ریزی، مناسب‌ترین آزمون‌ها برای برآوردن اهداف تعیین شده پژوهش، اندازه یا تعداد آزمون‌های موردنیاز برای نشان دادن حالت واقعی بتن و محل این آزمون‌ها در نظر گرفته می‌شود. پژوهش‌ها برای استفاده سیستم‌های خبره جهت کمک به این فرایند انجام می‌شود اما در حال حاضر، به نظر می‌رسد این کاربرد شاید عمدتا به نقش آموزشی محدود خواهد شد (16). اهداف برنامه آزمون هر چه باشد، بازرسی بصری ویژگی لازم برای آن است و ارزشمندترین کاربرد آزمون‌ها را میسر خواهد کرد که در بخش 3.1 خلاصه شده است. برخی مثال‌های عادی گویا از برنامه‌های آزمون برای رفع نیازهای ویژه در پیوست الف آمده است.

1.4.1 رویکرد زنجیره‌ای کلی

علت یا ماهیت یک پژوهش هر چه باشد، یک برنامه کاملا ساختاریافته با تفسیر آن به عنوان یک فعالیت جاری، ضرورت دارد. شکل 1.1 مراحلی را نشان می‌دهد که معمولا این برنامه در بر دارد و به طور کلی تعهد افزایش هزینه را ایجاب خواهد کرد و این پژوهش تنها تا جایی پیش خواهد رفت که برای رسیدن به نتایج قطعی لازم است.

2.4.1 بازرسی بصری

این بازرسی اغلب می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در اختیار چشمان کاملا آموزش‌دیده قرار می‌دهد. ویژگی‌های بصری ممکن است به کیفیت ساخت، قابلیت استفاده سازه و خرابی مواد مربوط باشد و اهمیت ویژه‌ای دارد که مهندس بتواند بین انواع مختلف ترک‌خوردگی که ممکن است با آن مواجه شود تمایز قائل شود. شکل 2.1 چند نوع از این ترک‌ها را به شکل عادی آن‌ها نشان می‌دهد.

همان طور که در مورد ترک‌خوردگی انقباضی بتن پلاستیکی صدق می‌کند، جداشدگی یا هواگیری بیش از حد در مفاصل شاتر می‌تواند نشان‌دهنده وجود مشکل در ترکیب بتن باشد در صورتی که حفره حفره بودن ممکن است نشانه استانداردهای پایین کیفیت کار ساخت باشد. عدم کفایت سازه ممکن است خود را با خمش بیش از حد یا ترک‌خوردگی موجی نشان دهد و این غالبا می‌تواند دلیل ارزیابی سازه در محل باشد. انحراف خزشی بلندمدت، جنبش‌های حرارتی یا جنبش‌های سازه‌ای ممکن است موجب کج شدن قاب درب‌ها، ‌ترک خوردن پنجره‌ها یا ترک خوردن سازه یا نابودی آن شود. مقایسه بصری اجزای مشابه به عنوان مقدمه آزمون تعیین وسعت مساله در چنین  مواردی اهمیت ویژه‌ای دارد.

ترک‌خوردگی سطح و پوسته پوسته شدن بتن اغلب نشانگر خرابی مواد است و بررسی الگوهای ترک می‌تواند نشانه اولیه علت باشد. رایج‌ترین علل خوردگی آرماتور ناشی از پوشش ناکافی یا غلظت زیاد کلرید و شکستن بتن ناشی از حمله سولفات، کنش سرما یا واکنش‌های سنگدانه قلیایی است. همان طور که در شکل 2.1 مشاهده می‌شود خوردگی آرماتور معمولا با شکاف و پوسته پوسته شدن در امتداد خط میله‌ها احتمالا همراه با لکه‌های زنگار است در صورتی که حمله سولفات ممکن است الگوی تصادفی همراه با رسوب سفید شسته شده روی سطح ایجاد کند.

 

گااهی (اما نه لزوما) واکنش سنگدانه قلیایی با الگوی ترک ستاره‌ای شکل مشخص می‌شود و حمله سرما ممکن است موجب پوسته پوسته شدن، تکه تکه و خراشیده شدن سطح شود. به دلیل شباهت‌ها، تعیین علت آن‌ها به تنهایی با بازرسی بصری اغلب امکانپذیر نیست اما مناسبت‌ترین آزمون شناسایی را می‌توان بر این اساس انتخاب کرد. مستندسازی دقیق میدانی حائز اهمیت است (18) و پولاک، کای و فوکز (19) اظهار می‌دارند هنگام تعیین علل و پیشروی خرابی، نقشه‌برداری سیستمیک از ترک اقدام تشخیصی ارزشمندی به شمار می‌رود. آن‌ها درباره شناخت انواع ترک راهنمای مفصلی ارائه کرده‌اند. ترک‌خوردگی غیرسازه‌ای در گزارش فنی 22 انجمن بتن به تفصیل بیان شده است (20) و علایم مربوط به عادی‌ترین منشا خرابی در جدول 2.1 خلاصه شده است که بر اساس اظهارات هیگینز است (21).

جدول 2.1 تشخیص نقائص و خرابی

علت

علایم

سن ظهور

عیب ساختاری

خوردگی آرماتور

حمله شیمیایی

آسیب ناشی از سرما

خسارت ناشی از آتش‌سوزی

واکنش‌های درونی

آثار حرارتی

جمع‌شدگی

خزش

خشک شدن سریع

نشست پلاستیک

آسیب فیزیکی

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

×

 

×

 

 

×

×

 

 

 

 

 

 

 

×

×

 

 

×

×

 

×

×

 

×

×

×

×

×

×

 

 

×

×

×

×

 

 

×

           

 

مشاهده تغییرات بافت سطح و رنگ بتن می‌تواند راهنمای مفیدی برای یکنواختی باشد و تغییر رنگ عمدتا نشانگر میزان خسارت است.

بازرسی بصری به سطح محدود نمی‌شود بلکه ممکن است بررسی تکیه‌گاه‌ها، کانال‌های فاضلاب، لوله‌های پس تنیدگی و ویژگی‌های مشابه یک سازه را نیز در بر گیرد. وقتی دسترسی مشکل باشد، دوربین‌ دو چشمی، تلسکوپ و بوروسکوپ می‌تواند مفید باشد و سیستم‌های بازرسی ماورای بنفش قابل حمل می‌تواند در شناسایی واکنش‌های سنگدانه قلیایی مفید باشد (به بخش 1.11.9 رجوع کنید). اخیرا روش‌های «غیرمتعارف» نظیر فرود با طناب و رباتیک برای بازرسی مقرون به صرفه و دسترسی جهت بازسازی بیش از پیش مورد پذیرش قرار می‌گیرد (22). در سازه‌های موجود، به طور کلی وجود یک ویژگی که نیاز به بررسی بیشتر دارد ابتدا از طریق بازرسی بصری مشخص می‌شود و باید آن را مهم‌ترین مولفه واحد نگهداری عادی به حساب آورد. طرح‌های جدید RILEM (6) به ارائه سیستم طبقه‌بندی عددی مبادرت کرده است که کمّی‌سازی ویژگی‌های بصری را برای کمک به برنامه‌ریزی و اولویت‌بندی میسر می‌کند. در زمان انتخاب روش‌ها و محل آزمون، بازرسی بصری مبنایی برای قضاوت در خصوص شرایط دسترسی و ایمنی فراهم خواهد کرد (22).

3.4.1 انتخاتب آزمون

انتخاب آزمون در یک محل خاص بر اساس ترکیبی از عوامل نظیر دسترسی، آسیب، هزینه، سرعت و قابلیت اطمینان خواهد بود اما به طور کلی جنبه‌های اساسی بازرسی بصری که یک رشته آزمون‌ از لحاظ راحتی و تناسب را در پی دارد، اعمال خواهد شد. استفاده از ترکیبی از روش‌های آزمون در بخش 7.1 مورد بحث قرار می‌گیرد.

آزمون دوام شامل علل و اندازه خرابی است. ویژگی‌های مربوط به روش‌های مختلف آزمون در جدول 3.1 خلاصه شده است. خطر خوردگی آرماتور تعبیه شده با اتلاف کنش‌پذیری ارتباط دارد که محیط قلیایی بتن موجب آن می‌شود. این امر معمولا در نتیجه کربوناسیون یا کلریدها است. در آزمون‌های ساده اولیه اندازه‌گیری محلی پوشش آرماتور، عمق کربوناسیون و غلظت کلرید را صورت خواهد گرفت. پس از این آزمون‌ها، آزمون پیچیده‌تر پتانسیل نیم سلول و مقاومت ممکن است انجام شود تا بررسی جامع‌تری از نواحی بزرگ ارائه شود. اگر مشخص شد کربوناسیون بیش از حد علت خرابی است، آنگاه اگر لازم باشد دلایل آن مشخص شود، می‌توان تجزیه شیمیایی یا پتروگرافیکی و آزمون‌های جذب را انجام داد. پذیرش اندازه‌گیری مستقیم میزان خوردگی فولاد آرماتور به عنوان ابزار کارآمد برای ارزیابی شدت خسارت جاری بر دوام بتن به کندی صورت می‌گیرد و احتمال دارد از آن برای پیش‌بینی عمر باقیمانده سازه دچار خوردگی استفاده شود.

آزمون جذب و نفوذپذیری سطح در رابطه با خوردگی حائز اهمیت است زیرا هم اکسیژن و هم آب باید محرک این فرایند باشد و شرایط رطوبت و توانایی دی اکسید کربن در عبور از ناحیه سطح بتن، میزان کربوناسیون را کنترل می‌کند. اکثر اشکال دیگر خرابی نیز با رطوبت ارتباط دارد که باید مواد شیمیایی تهاجمی را حمل کرده و واکنش‌ها را تحریک کند و لذا اندازه‌گیری میزان رطوبت، جذب و نفوذپذیری بازهم ممکن است بجا و مناسب باشد. آزمون‌های انبساط روی نمونه‌های بتن می‌تواند عملکرد آن‌ها در آینده را نشان دهد و آزمون شیمیایی و پتروگرافیکی برای ارزیابی اجزای ترکیب برای شناسایی علل شکستن بتن لازم است (23).

جدول 3.1 آزمون‌های دوام – ویژگی‌های مربوطه

روش

هزینه

سرعت آزمون

آسیب

کاربردها

اندازه‌گیری پوشش

کم

سریع

هیچکدام

خطر و علت خوردگی

عمق کربوناسیون

کم

سریع

اندک

میزان کلرید

کم

سریع

اندک

پتانسیل نیم سلول

متوسط/بالا

سریع

اندک

خطر خوردگی

مقاومت ویژه

متوسط/بالا

سریع

اندک/هیچکدام

مقاومت قطبش خطی

متوسط/بالا

متوسط

اندک

ارزیابی میزان خوردگی

امپدانس A.C

متوسط/بالا

کند

اندک

پالس گالوانوستاتیک

متوسط/بالا

سریع

اندک

جذب

متوسط

کند

متوسط/اندک

علت و خطر خوردگی و خرابی بتن

نفوذپذیری

متوسط

کند

متوسط/اندک

میزان رطوبت

کم

کند

اندک

مواد شیمیایی

بالا

کند

متوسط

پتروگرافیک

بالا

کند

متوسط

انبساط

بالا

کند

متوسط

رادیوگرافی

بالا

کند

هیچکدام

   

آزمون مقاومت بتن: ویژگی‌های مربوط به روش‌های مختلف آزمون مقاومت بتن در جدول 4.1 خلاصه شده است.

در موقعیت عادی که ارزیابی مقاومت مصالح ضرورت دارد، متاسفانه در آن دسته از روش‌های آزمون که حداقل خسارت را موجب می‌شود، پیچیدگی همبستگی در بیشترین حالت خود است. با اینکه آزمون‌های سختی سطح و سرعت پالس که آسیب اندکی وارد می‌کند، ارزان و سریع بوده و برای ارزیابی مقایسه‌ای و یکنواختی ایده‌آل است، همبستگی آن‌ها برای پیش‌بینی مقاومت مطلق مشکلات زیادی را پیش می‌آورد. آزمون cores موثق‌ترین ارزیابی از مقاومت در محل را ارائه می‌کند اما بیشترین خسارت را وارد می‌کند و گران و سرعت آن کند است. این آزمون اغلب ضروری قلمداد می‌شود و اگر برای ایجاد مبنای کالیبراسیون در روش‌های غیرمخرب و نیمه مخرب به کار رود که می‌توان بعدا به طور گسترده از آن استفاده کرد، ارزش آن‌ها افزایش خواهد یافت. در حالی که اکثر روش‌های آزمون را می‌توان با موفقیت بر روی بتن‌هایی که از سنگدانه‌های سبک وزن ساخته شده است انجام داد، همبستگی مقاومت آن‌هاهمواره با بتن‌هایی که از سنگدانه‌های عادی ساخته شده است متفاوت خواهد بود (24). به طور کلی، روش‌های نیمه مخرب کمتر به کالیبراسیون مقاومت نیاز دارند اما موجب یک آسیب سطحی می‌شوند، تنها ناحیه سطح را آزمون می‌کنند و ممکن است دستخوش تغییرات زیادی قرار گیرند. دسترس‌پذیری و قابلیت اطمینان همبستگی‌های مقاومت و دقت لازم برای پیش‌بینی مقاومت ممکن است عوامل مهمی در انتخاب مناسب‌ترین روش کاربردی به شمار رود که باید با قابلیت پذیرش تعمیر نواحی آسیب‌دیده به لحاظ ظاهری و یکپارچگی ساختاری همراه باشد.

  

جدول 4.1 آزمون‌های مقاومت – محسنات مربوطه

روش آزمون

هزینه

سرعت آزمون

آسیب

معرف بودن

قابلیت اطمینان همبستگی‌های مقاومت مطلق

کاربردهای عمومی

Cores

 

بالا

کند

متوسط

متوسط

خوب

بیرون کشیدگی

متوسط

سریع

اندک

فقط نزدیک سطح

متوسط

مقاومت در برابر نفوذ

پاره شدگی

متوسط

متوسط

اندک

فقط نزدیک سطح

متوسط

Break-off

شکستگی درونی

کم

سریع

اندک

فقط نزدیک سطح

متوسط

 

ارزیابی مقایسه‌ای

سرعت پالس اولتراسونیک

کم

سریع

هیچکدام

خوب

ضعیف

سختی سطح

بسیار کم

سریع

غیرمحتمل

فقط سطح

ضعیف

کنترل توسعه مقاومت

پختگی

متوسط

                بسیار اندک

 

خوب

متوسط

عمل‌آوری با تطبیق دمایی

بالا

              بسیار اندک

خوب

خوب

 

وقتی تنها چیزی که لازم است مقایسه با بتن با کیفیت مشابه است، محدودیت‌های عملی روش‌های مختلف بر انتخاب آزمون حاکم خواهد بود. در ابتدا روش مناسب با کمترین تخریب احتمالا همراه با آزمون‌های پشتیبانی با استفاده از روش دیگر در مناطق حساس انجام خواهد شد. برای مثال، روش‌های سختی سطح را می‌توان برای بتن‌های تازه یا اولتراسونیک به کار برد که در آن دو سطح مقابل قابل دسترسی است. وقتی تنها یک سطح در معرض دید باشد، آزمون مقاومت در برابر نفوذ برای اجزای بزرگی نظیر دال‌ها سریع و مناسب است اما آزمون‌های پاره شدگی و بیرون کشیدگی می‌تواند برای اجزای کوچکتر مناسب‌تر باشد. آزمون بیرون کشیدگی به خصوص برای اندازه‌گیری توسعه مقاومت سن کم در محل مفید است در حالی که روش پختگی و عمل‌آوری با تطبیق دمایی بر مبنای اندازه‌گیری در دماهای کم است.

آزمون مقایسه کیفیت بتن و یکپارچگی محلی: آزمون مقایسه‌ای مطمئن‌ترین کاربرد در تعدادی از روش‌ها است که در آن کالیبراسیون برای ارائه مقدار مطلق پارامترهای فیزیکی کاملا تعریف‌شده کار آسانی است. به طور کلی، این روش‌ها آسیب اندکی را موجب شده یا هیچ آسیب سطحی به بار نمی‌آورد و استفاده از اکثر آن‌ها سریع بوده، بررسی سیستماتیک نواحی بزرگ را میسر می‌کند. با این حال، برخی از آن‌ها مستلزم تجهیزات نسبتا پیچیده و گران است.

روش‌هایی که کاربرد وسیعی دارد عبارتند از: سختی سطح، سرعت پالس اولتراسونیک و chain dragging یا surface tapping. روش آخر به خصوص در یافتن لایه لایه شدگی نزدیک سطح مفید است و همراه با شیوه‌های پیچیده‌تر ضربه – اکو توسعه یافته است. رادار اسکن سطح و ترموگرافی مادون قرمز دو روش پیشرفته برای یافتن حفره‌های پنهان، رطوبت و ویژگی‌های مشابه است که اخیرا توجه زیادی را به خود جلب کرده است؛ رادیوگرافی و رادیومتری را نیز می‌توان به کار برد. آزمون‌های فرسودگی، اندازه‌گیری سختی سطح یا روش‌های جذب سطح را می‌توان برای ارزیابی مقاومت سایش سطح به کار برد و نورتابی گرمایی روش مخصوص ارزیابی آسیب ناشی از آتش‌سوزی است.

آزمون عملکرد سازه: آزمون پاسخ دینامیک مقیاس بزرگ برای کنترل عملکرد سازه در دسترس است اما آزمون‌های بار استاتیک مقیاس بزرگ احتمالا به همراه کنترل ترک خوردگی از طریق انتشار اکوستیک می‌تواند علی رغم هزینه و ایجاد شکاف روش مناسب‌تری باشد.

آزمون‌های بار استاتیک معمولا هم خمش‌ و هم ترک خوردگی را اندازه‌گیری می‌کند اما مساله جدا کردن تک تک اجزا می‌تواند قابل توجه باشد. وقتی تعداد زیادی از عناصر مشابه (نظیر تیرهای پیش ساخته) مطرح باشد، ممکن است برداشتن تعداد کمی از عناصر نمونه برای آزمون بار در آزمایشگاه و استفاده از روش‌های غیرمخرب برای مقایسه این عناصر با عناصر باقیمانده سازه بهتر باشد.

لازم است در برنامه آزمون هزینه‌ روش‌های مختلف آزمون به ارزش پروژه مورد نظر، هزینه‌ تاخیر‌ در ساخت و هزینه کارهای تعمیراتی احتمالی ارتباط داده شود. قابیلت دسترسی به بتن مشکوک و کار کردن با تجهیزات آزمون را باید توام با ایمنی کارکنان سایت و عموم مردم طی عملیات آزمون مد نظر قرار داد. مثال‌های معمولی از برنامه‌های آزمون که برای موقعیت‌های خاص پیشنهاد شده است در پیوست الف آمده است.

4.4.1 تعداد و محل آزمون‌ها

تعیین مناسب‌ترین تعداد آزمون‌ سازش بین دقت، تلاش، هزینه و خسارت است. نتایج آزمون تنها به محل‌های خاصی مربوط خواهد بود که خوانش‌ها یا نمونه‌ها در آن بدست آمده است. لذا برای تعیین تعداد و محل آزمون‌ها و ارتباط نتایج با عنصر یا عضو به طور کل، قضاوت مهندسی لازم است. اهمیت یکپارچگی برنامه‌ریزی با تفسیر بسیار مهم است. شناخت کامل تغییرپذیری بتن (همان طور که در بخش 5.1 مطرح شد)  و نیز علم به قابلیت اطمینان روش آزمون مورد استفاده، ضرورت دارد. این مساله در اینجا با اشاره ویژه به مقاومت بتن مورد بحث قرار می‌گیرد زیرا بسیاری از خواص دیگر به مقاومت مربوط می‌شود. این بحث مبنای عمومی مفیدی برای قضاوت فراهم کرده و راهنمای بیشتری در این باره در فصل‌های مربوط به روش‌های مختلف آزمون ارائه شده است. اگر جنبه‌های دوام مطرح باشد، باید تغییرات در معرض محیط و شرایط آزمون مورد توجه قرار گیرد. فعالیت خوردگی ممکن است با تغییرات محیطی به لحاظ دما و بارش‌ها به شدت تغییر کند. هنگام برآورد کردن متوسط رفتار سالانه بر مبنای اندازه‌گیری‌هایی که در یک موقعیت واحد صورت گرفته است باید دقت کرد. موقعیت آزمون‌ها باید آثار احتمالی آرماتور بر نتایج و نیز هر گونه محدودیت‌ فیزیکی مربوط به روش مورد استفاده را به حساب آورد.

جدول 5.1 تعدادی از آزمون‌ها را فهرست کرده است که ممکن است معادل یک نتیجه واحد به شمار رود. دقت پیش‌بینی مقاومت در اکثر موارد بر قابلیت اطمینان همبستگی بکار رفته بستگی خواهد داشت اما در مورد cores «استاندارد» حدود اطمینان 95٪ را می‌توان 12٪± گرفت که در آن n تعداد core از یک محل خاص برداشته شده است. روش‌های آماری با توجه به تعداد آزمون‌ها، تغییرپذیری آزمون و تغییرپذیری مواد توسعه یافته است و در بخش 3.6.1 به طور کامل بررسی شده است. وقتی cores برای ارائه یک نشانه مستقیم مقاومت یا به عنوان مبنای کالیبراسیون در روش‌های دیگر مورد استفاده قرار ‌گیرد، برداشتن core کافی برای رسیدن به یک دقت کلی مناسب حائز اهمیت است. همچنین باید به خاطر داشت نتایج تنها به محل خاص مورد آزمون مربوط خواهد بود و لذا تعداد محل‌های مورد ارزیابی عامل دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد.

 

جدول 5.1 تعداد خوانش‌های پیشنهادی مربوط به روش‌های مختلف آزمون

روش آزمون

تعداد خوانش‌های اختصاصی پیشنهادی در یک محل

Cores استاندارد

3

Cores کوچک

9

چکش اشمیت

12

سرعت پالس التراسونیک

1

شکستگی داخلی

6

پروب ویندزور

3

بیرون کشیدگی

4

پاره شدگی

6

Break-off

5

 

در راستای اهداف مقایسه، ‌روش‌های واقعا غیرمخرب کارآمدترین روش هستند زیرا سرعت آن‌ها موجب می‌شود آزمون تعداد زیادی از محل‌ها به راحتی صورت گیرد. برای بررسی بتن در یک عضو خاص حداقل 40 محل پیشنهاد شده که در یک شبکه منظمی در عضو گسترده شده است در صورتی که برای مقایسه اعضای مشابه، تعداد کمتری از نقاط روی هر عضو اما در موقعیت‌های قابل مقایسه باید مورد بررسی قرار گیرد. وقتی توسل به روش‌های دیگری نظیر شکستگی داخلی یا آزمون پروب ویندزور ضرورت داشته باشد، واقعیت به احتمال زیاد تعداد محل‌های مورد بررسی را محدود می‌کند و این بررسی ممکن است چندان جامع نباشد.

در پرتو پیش‌بینی توزیع مقاومت درون اعضا، برآورد مقاومت در محل که دقت سازه را تعیین می‌کند باید در حالت ایده‌آل در محل‌های تحت فشار شدید بدست آید (در بخش 1.5.1 شرح داده شده است). بنابراین اغلب باید توجه را بر نواحی بالایی اعضا معطوف کرد مگر اینکه مناطق خاصی مشکوک باشد.

آزمون انطباق مشخصات مواد باید روی بتن معمولی صورت گیرد و از اینرو باید از نواحی بالایی ضعیف‌تر اعضا اجتناب کرد. آزمون در اطراف ارتفاع متوسط برای تیرها، ستون‌ها و دیوارها پیشنهاد می‌شود و آزمون ناحیه سطح روی دال‌ها باید به زیر طاق محدود شود مگر اینکه ابتدا لایه بالایی برداشته شود. به همین ترتیب در زمان آزمون cores 20٪ (یا حداقل 50 میلیمتر) مواد از دال‌های بالایی را باید کنار گذاشت.

وقتی انطباق مشخصات مورد بررسی قرار می‌گیرد، پیشنهاد می‌شود بیش از چهار core از مجموعه بتن مشکوک گرفته شود. وقتی cores کوچک مورد استفاده قرار گیرد، برای مقایسه دقت، تعداد core بیشتری مورد نیاز خواهد بود زیرا تغییرپذیری آزمون بیشتر است و شاید حداقل 12 نتیجه لازم باشد. با توجه به روش‌های آزمون دیگر، حداقل تعداد خوانش‌ها چندان به روشنی تعریف نشده است اما باید مقادیر ارائه شده در جدول 5.1 همراه با قابلیت اطمینان کالیبراسیون را نشان دهد. حداکثر دقت‌ها در بخش 6.1 خلاصه شده است. اجتناب ناپذیر است که هنگام مقایسه برآوردهای مقاومت حاصل از آزمون در محل با  توجه به مقاومت‌های خاص نمونه مکعبی و استوانه‌ای،  یک ناحیه قابل توجه «خاکستری» یا «تائید نشده» وجود خواهد داشت و بهترین دقت احتمالی 15٪± برای گروهی از چهار core مطرح شده است (25). وقتی با بتن کهنه سر و کار داشته باشیم، به دلیل عدم قطعیت درباره آثار سن بر افزایش مقاومت، این مقدار ممکن است افزایش یابد. با این حال، گاهی ممکن است آزمون‌ در نواحیی ضروری باشد که علامت تراکم یا کیفیت کار ضعیف را در مقایسه با سایر جنبه‌های مشخصات از خود نشان می‌دهند.

تعداد آزمون‌های بار که می‌توان روی سازه انجام داد محدود خواهد بود و این آزمون‌ها باید بر نواحی حساس و مشکوک  متمرکز شود. بازرسی بصری و آزمون‌های غیر مخرب ممکن است در یافتن این مناطق ارزشمند باشد. وقتی اعضای خاصی قرار است به صورت مخرب مورد آزمون قرار گیرد تا کالیبراسیون روش‌های غیرمخرب ارائه شود، ترجیحا باید طوری انتخاب شوند که تا حد امکان طیف وسیعی از کیفیت بتن را در برگیرد.

5.1 تغییرپذیری بتن در محل

کاملا محرز شده است که به دلیل تفاوت‌های تراکم و عمل‌آوری و نیز تامین غیر یکنواخت مواد، خواص بتن در محل در یک عضو متفاوت خواهد بود. فرض بر این خواهد بود که تغییرات تامین مواد تصادفی است اما تغییر تراکم و عمل‌آوری، الگوهای کاملا تعریف شده‌ای را طبق نوع عضو دنبال می‌کند. شناخت کامل این تغییرات برای برنامه‌ریزی یک برنامه آزمون در محل و نیز تفسیر معقول نتایج ضروری است.

متوسط مقاومت در محل یک عضو که به صورت مقاومت نمونه مکعبی معادل بیان می‌شود تقریبا همیشه کمتر از مقاومت نمونه مکعبی استاندارد همان بتن خواهد بود که کاملا متراکم بوده و به مدت 28 روز با رطوبت عمل‌آوری شده است. اندازه این تفاوت به مشخصات مواد، شیوه‌های ساخت، کیفیت کار و موقعیت بستگی خواهد داشت اما الگوهای کلی را می‌توان طبق نوع عضو تعریف کرد. این جنبه که اهمیت ویژه‌ای در تفسیر نتایج آزمون دارد به تفصیل در بخش 2.5.1 مطرح شده است.

1.5.1 تغییرپذیری درون عضو

دلیل تغییرات در تامین بتن، تفاوت در مواد، تولید گروهی، حمل و نقل و شیوه‌های کار با آن خواهد بود. این تغییرات بیانگر درجه کنترل بر تولید است و نمونه‌های آزمون انطباق و کنترل به طور طبیعی نشان می‌دهد در این نمونه‌ها همه عوامل دیگر استاندارد شده است. اندازه‌گیری این تغییرات در محل به دلیل مشکل جداسازی آن‌ها از آثار تراکم و عمل‌آوری دشوار است. با این حال با توجه به ضریب تغییر آزمون‌هایی که در تعدادی از محل‌های قابل مقایسه درون یک عضو یا سازه صورت می‌گیرد می‌توان آن‌ها را به طور تقریبی ارزیابی کرد. آثار تراکم و عمل‌آوری تا حدودی به شیوه‌ ساخت بستگی خواهد داشت اما با انواع عضو و محل عضو نیز ارتباط نزدیکی دارد.

آرماتور ممکن است مانع تراکم شود اما تمایل به افزایش رطوبت و فرونشست سنگدانه طی ساخت وجود خواهد داشت. به دلیل آثار هیدرواستاتیک مربوط به عمق عضو، میزان کمی از اعضا متراکم‌تر می‌شود و در نتیجه به طور کلی مقاومت در نزدیکی مرکز ریزش‌ها در بالاترین حد و در مناطق بالایی در پایین‌ترین حد خود خواهد بود. هدف اصلی عمل‌آوری، اطمینان از این است که برای هیدراتاسیون آب کافی وجود دارد. در صورت کم بودن آب: ترکیبات نسبت سیمان، باید با اجازه ورود آب از خود - خشک شدن جلوگیری کرد و برای ترکیبات دیگر، باید از خشک کردن اجتناب کرد. هیدراتاسیون ناقص ناشی از عمل‌آوری نامناسب ممکن است موجب تغییرات مقاومت بین نواحی داخلی و سطح اعضا شود. برای این اثر در بتن‌های شنی تنها رقم 10-5٪ مطرح شده است (26)؛ مقادیر بالاتر را می‌توان در بتن‌های سبک وزن اعمال کرد (27). افزایش دما ناشی از هیدراتاسیون سیمان ممکن است به خصوص در اوایل عمر موجب اختلاف مقاومت بیشتر بین مناطق درونی و بیرونی شود. عمل‌آوری متفاوت در میان اعضا ممکن است افزایش بیشتر تغییرات ناشی از عوامل تراکم را موجب شود.

تغییرات عادی مقاومت نسبی در بتن‌های معمولی طبق نوع عضو در شکل 3.1 نشان داده شده است. این نتایج از تعداد زیادی گزارش‌ آزمون غیرمخرب شامل گزارش مینراد و دیویس (28) استخراج شده است و می‌توان آن را صرفا نشان‌دهنده گرایش عمومی قلمداد کرد که می‌توان انتظار داشت زیرا شرایط ویژه ساخت ممکن است به طور گسترده متفاوت باشد. در مورد تیرها و دیوارها، شیب مقاومت به طور منطقی یکنواخت خواهد بود هر چند تغییرات تراکم و تامین ممکن است موجب نوعی تغییرپذیری شود که کانتور مقاومت نسبی در شکل 4.1 و 5.1 آن را نشان می‌دهد. داده‌های اندکی درباره دال‌ها در دسترس است اما اظهار شده است کاهش تفاوت در حدود 25٪ در عمق‌های مختلف ممکن است در 50 میلیمتر بالایی در این دال‌ها متمرکز شده باشد (26). دال‌های ضخیم‌تر بیشتر به تیرها شبیه خواهد بود. با این حال، می‌توان انتظار داشت به دلیل ناهماهنگی تراکم و تامین،‌ تغییرات پلان تصادفی باشد. می‌توان پیش‌بینی کرد ستون‌ها به استثنای ناحیه ضعیف‌تر در 300 میلیمتر بالایی و 20٪ عمق آن‌ها، به طور منطقی یکنواخت باشند (29).

باید بدانیم می‌توان انتظار داشت رفتار بتن‌های غیراستاندارد با بتن‌هایی که در بالا توصیف شد متفاوت باشد. به خصوص میائو و دیگران (30) نشان داده‌اند کاهش مقاومت بتن‌های با مقاومت بالا (تا N/mm2120 مقاومت استوانه‌ای) در ارتفاع ستون‌های 1 مترمربعی به طور چشمگیری کمتر از بتن N/mm2 35 است که با توجه به شکل 3.1 به طور منطقی سازگار است. تغییرپذیری کلی در محل در یک ارتفاع خاص نیز ممکن است در مقاومت‌های بالا کمتر باشد. همچنین طبق نوع سنگدانه و ماهیت ماده ریز مورد استفاده، در مورد بتن‌های سنگدانه‌ای سبک وزن نیز تغییر درون عمقی در تیرها کمتر از بتن‌های شنی است (27). این مساله در شکل 6.1 نشان داده شده است که تفاوت‌های مقاومت در محل را متناسب با مقاومت نمونه مکعبی «استاندارد» در هم می‌آمیزد که در بخش 2.5.1 بیان می‌شود. مهم‌ترین کاهش تغییر را می‌توان زمانی مشاهده کرد که مواد ریز سبک وزن بکار رفته باشد و به طور کلی تغییرپذیری درون عضو نیز در این صورت کاهش می‌یابد.

 

2.5.1 مقاومت در محل نسبت به نمونه‌های استاندارد

تغییرات احتمالی مقاومت درون اعضا در بخش 1.5.1 شرح داده شد. اگر مقادیر اندازه‌گیری شده در محل به صورت مقاومت نمونه مکعبی معادل بیان شود، متوجه می‌شویم معمولا کمتر از مقاومت مکعب‌های بتنی حاصل از همان ترکیب است که به طور «استاندارد» متراکم و عمل‌آوری شده است. تراکم و عمل‌آوری در محل به طور گسترده متفاوت خواهد بود و پیش‌بینی عوامل دیگر نظیر ترکیب کردن، هوادهی و آسیب‌پذیری در مقابل ناخالصی‌ها کار مشکلی است. با این وجود، یک گرایش عمومی را طبق نوع عضو می‌توان مشخص کرد و مقادیر ارائه شده در جدول 6.1 را می‌توان به عنوان نمونه در نظر گرفت. با اینکه به طور کلی پذیرفته شده‌اند (12)، مواردی گزارش شده است که در آن مقاومت در محل به مقاومت نمونه‌های استاندارد نزدیکتر بوده (31) و این موضوع در بتن‌های سنگدانه‌ای سبک وزن نیز محتمل است (شکل 6.1 را ملاحظه کنید). روابط احتمالی بین مقاومت نمونه استاندارد و مقاومت در محل در مورد ترکیب بتن سازه‌ای عادی با استفاده از سنگدانه‌های طبیعی نیز در شکل 7.1 آمده است.

یک مکعب «استاندارد» در حالی مورد آزمون قرار می‌گیرد که اشباع شده باشد و برای سهولت مقایسه مقادیر جدول 6.1 نیز بر این مبنا بیان شده است. مکعب‌های خشک به طور کلی مقاومتی به بار می‌آورد که تقریبا 15-10٪ بیشتر است و باید هنگام تفسیر نتایج آزمون مقاومت در محل، مورد توجه قرار گیرد. Cores در حالی مورد آزمون قرار خواهد گرفت که تحت شرایط عادی اشباع شده باشد و روابط فوق مصداق دارد اما اگر بتن در محل خشک باشد ارقام مقاومت احتمالی در محل باید بر همین اساس افزایش یابد. وقتی روش‌های غیرمخرب و نیمه مخرب توام با کالیبراسیون مقاومت مورد استفاده قرار گیرد، لازم است بدانیم آیا این کالیبراسیون مبتنی بر نمونه‌های مرطوب یا خشک است. ویژگی دیگر این کالیبراسیون‌ها اندازه نمونه مکعبی است که بر مبنای آن صورت گرفته است. طراحی و مشخصات معمولا مبتنی بر مکعب 150 میلیمتری است اما گاهی کالیبراسیون آزمایشگاهی ممکن است به مکعب 100 میلیمتری مربوط باشد که ممکن است مقاومت آن تا 4٪ بیشتر باشد.

 

سنی که بتن مورد آزمون قرار می‌گیرد دلیل دیگر تفاوت‌های بین مقدار در محل و مقدار «استاندارد» است. با اینکه عوامل «اصلاح سن» در آیین‌نامه آمده است، هنگام تطبیق اندازه‌گیری‌ها در محل با مقدار معادل 28 روزه، باید بسیار دقت کرد. پیشرفت‌های تولید سیمان در راستای رسیدن به مقاومت بالا در سن کم با کاهش افزایش‌های بلندمدت متمایل بوده است و افزایش مقاومت نیز به شدت به عمل‌آوری وابسته است. اگر بتن به طور طبیعی مرطوب باشد مقاومت افزایش می‌یابد اما بتن اغلب عملا خشک است و بعید است پس از 28 روز بهبود چشمگیری حاصل شود.

تلفیق جایگزین‌های سیمان نظیر خاکستر سوخت ساییده شده یا روباره تفاله کوره بلند دانه‌ای به صورت ترکیب بر مشخصات توسعه مقاومت بلندمدت نیز تاثیر خواهد گذاشت و سازگاری‌های سنی را باید با احتیاط مطرح کرد.

6.1 تفسیر

تفسیر نتایج آزمون در محل را می‌توان در سه مرحله مجزا بررسی کرد که نتیجه‌گیری‌های زیر را در پی دارد:

(1) محاسبه

(2) بررسی تغییرپذیری

(3) کالیبراسیون و یا کاربرد.

بنا به شرایط، تاکید بر نتیجه متفاوت خواهد بود (اطلاعات تفسیری مفصل در فصول دیگر آمده است) اما هر روندی که به کار رود، اصول مشابه خواهد بود و این مسائل در زیر به طور خلاصه بیان شده است. مثال‌های پیوست الف کاربرد این روندها را در تعدادی از موقعیت‌هایی که معمولا پیش می‌آید بیشتر روشن می‌کند.

مهم نیست پژوهش در ابتدا تا چه حد کوچک یا ساده به نظر برسد، لزوم ثبت و گزارش جامع و مفصل نتایج اهمیت زیادی دارد. در صورت هر گونه اختلاف نظر یا اقامه دعوی، کوچکترین جزئیات می‌تواند مهم باشد و مستندسازی همواره باید با مد نظر قرار دادن این موضوع صورت گیرد. عکس‌های جامع اغلب برای رجوع در آینده ارزش خاصی دارد. نتایج آزمون در محل نیز بیش از پیش در پایگاه‌های داده رایانه‌ای وارد شده است که به اولویت‌بندی و مدیریت راهبردهای نگهداری و تعمیرات مربوط می‌شود (16).

1.6.1 محاسبه نتایج آزمون

مقدار محاسبه موردنیاز برای ارائه پارامتر مناسب در محل یک آزمون بنا به روش آزمون متفاوت خواهد بود اما روال کاملا تعریف شده‌ای را دنبال خواهد کرد. برای مثال، cores باید از لحاظ طول، جهت‌یابی و تقویت اصلاح شود تا مقاومت نمونه مکعبی معادل حاصل شود.

سرعت‌ پالس‌ها باید در حالی محاسبه شود که تقویت و بیرون کشیدگی مجاز باشد و آزمون‌های مقاومت در برابر نفوذ و سختی سطح باید میانگین‌گیری شود تا یک مقدار متوسط حاصل شود. در این مرحله نباید همبستگی‌ با یک خاصیت را غیر از آنچه به طور مستقیم اندازه‌گیری شده است القا کرد. آزمون‌های شیمیایی یا مشابه مورد ارزیابی قرار می‌گیرد تا پارامتر مناسب نظیر میزان سیمان یا نسبت‌های ترکیب حاصل شود. آزمون‌های بار معمولا به شکل منحنی‌های بار- خمش با گشتاورهای ارزیابی شده در شرایط حساس به طور خلاصه مطرح خواهد شد و به خزش و بازیابی نیز اشاره می‌شود که در فصل 6 شرح داده شده است.

2.6.1 بررسی تغییرپذیری

وقتی بیش از یک آزمون انجام گیرد، با مقایسه تغییرپذیری نتایج می‌توان اطلاعات ارزشمندی کسب کرد. حتی وقتی نتایج اندکی در دسترس باشد (برای مثال، در آزمون‌های ابر)، این نتایج نشان‌دهنده یکنواختی ساخت و لذا اهمیت نتایج است. در مواردی که نتایج بیشتری موجود است نظیر بررسی‌های غیرمخرب، مطالعه تغییرپذیری را می‌توان برای تعریف نواحی دارای کیفیت متفاوت به کار برد. این مطالعه می‌تواند با علم به تغییرپذیری آزمون مرتبط با روش آن همراه شود تا استاندارهای ساخت و کنترل مورد استفاده اندازه‌گیری شود.

تامست (32) توسعه روند تحلیل برای استفاده در پروژه‌های بزرگ ارزیابی یکپارچگی را گزارش کرده است و این روند شامل ضریب نسبت تغییر که تغییرپذیری محلی را به مقادیر مورد انتظار ارتباط می‌دهد، عامل ناحیه که حوزه مساله مورد ارزیابی را به کل ناحیه ارتباط می‌دهد و عامل مقایسه‌ای خسارت است. تفسیر با استفاده از نمودارهای تعاملی تسهیل می‌شود که این سه پارامتر را در می‌آمیزد. برخی روش‌های آزمون نظیر رادار و ضربه – اکو به شناسایی الگوهای شاخص نتایج آزمون متکی هستند و امکان کاربرد شبکه‌های خنثی در چنین مواردی در حال حاضر در دست مطالعه است.

1.2.6.1 روش‌های گرافیکی: نمودارهای کانتوری که برای مثال مناطق دارای مقاومت یکسان را نشان می‌دهد (شکل 4.1 و 5.1) در یافتن قسمت‌هایی از بتن که مقاومت آن‌ها نسبت به باقیمانده عضو به طور غیر طبیعی بالا یا پایین است ارزشمند است. این کانتورها را باید به طور مستقیم بر مبنای پارامترهای اندازه‌گیری شده (برای مثال سرعت پالس) روی نمودار نشان داد نه بعد از اینکه به مقاومت تبدیل شدند. تحت شرایط عادی، کانتورها الگوی مشخصی را دنبال می‌کنند و هر گونه عدول از این الگو موجب نگرانی می‌شود. نمودارهای «کانتور» در نشان دادن دامنه مقاومت‌های نسبی درون یک عضو نیز ارزشمند است و می‌تواند در یافتن محل دیگری برای آزمون که ممکن است ماهیت پرهزینه‌تر یا خسارت‌بارتری داشته باشد کمک کند. استفاده از کانتورها به ارزیابی مقاومت محدود نبوده و معمولا برای بررسی خوردگی و یکپارچگی آرماتور نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تغییرپذیری بتن را می‌توان در نمودار ستونی نیز به صورت مفید بیان کرد به خصوص وقتی تعداد زیادی نتیجه در دسترس باشد مانند وقتی که اعضای بزرگ تحت آزمون هستند یا وقتی که اعضای مشابه زیادی باهم مقایسه می‌شوند. شکل (a) 8.1 نمودار معمولی اعضایی را نشان می‌دهد که با استفاده از تامین یکنواخت بتن ساخته شده است. پارامترهای اندازه‌گیری شده را باید به طور مستقیم روی نمودار نشان داد و هر چند این گستردگی، نشان‌دهنده نوع عضو و توزیع محل‌های آزمون و نیز ویژگی‌های ساخت خواهد بود، یک راس واحد باید با توزیع تقریبا عادی پدیدار شود. یک دنباله طولانی مانند شکل  (b) 8.1 نشان‌دهنده روش‌ نامناسب ساخت است و راس‌های دوقلو در شکل  (c) 8.1 دو کیفیت مجزای تامین بتن را نشان می‌دهد.

 

2.2.6.1 روش‌های عددی: محاسبه ضریب تغییر نتایج آزمون (برابر با انحراف استاندارد × 100/ میانگین) می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره استانداردهای ساخت مورد استفاده ارائه کند. جدول 7.1 مقدار عادی ضریب تغییر مربوط به روش‌های مهم آزمون را نشان می‌دهد که می‌توان برای یک واحد site-made که از تعدادی پچ ساخته شده است، انتظار داشت. این اطلاعات بر اساس کار تامست (33)، مولفان (26)، گزارش 11 انجمن بتن (25) و سایر منابع است. پیش‌بینی می‌شود نتایج بتن حاصل از یک بچ به همان نسبت کمتر باشد در صورتی که اگر تعدادی از انواع مختلف اعضا مطرح باشد، می‌توان پیش‌بینی کرد مقادیر بالا باشد. مقادیر جدول 7.1 تنها یک راهنمای بسیار تقریبی ارائه می‌کند اما برای شناسایی وجود شرایط غیر عادی مناسب هستند.

جدول 7.1 ضرایب معمولی تغییر (COV) نتایج آزمون و حداکثر دقت پیش‌بینی مقاومت در محل در روش‌های اصلی

روش آزمون

COV معمولی برای عضو خاص با کیفیت ساخت مناسب

بهترین حدود اطمینان 95٪ بر برآوردهای مقاومت

Cores- «استاندارد»

             «کوچک»

10٪

15٪

10٪± (3 نمونه)

15٪± (3 نمونه)

بیرون کشیدگی

20٪± (4 آزمون)

شکستگی داخلی

16٪

28٪± (6 آزمون)

پاره شدگی

15٪± (6 آزمون)

Break-off

20٪± (5 آزمون)

پروب ویندزور

20٪± (3 آزمون)

سرعت پالس التراسونیک

2.5٪

20٪± (1 آزمون)

چکش برجهندگی

25٪± (12 آزمون)

    

ضریب تغییر مقاومت بتن با مقاومت متغیر با یک میزان کنترل معین، ثابت نیست زیرا با استفاده از مقاومت متوسط محاسبه می‌شود. لیشچنسکی و دیگران (34) نیز تایید کرده‌اند توزیع ضریب تغییر درون آزمون نامتقارن است. از اینرو، به طور کلی روابط بین ضریب تغییر مقاومت اندازه‌گیری شده بتن و میزان کیفیت ساخت نباید مورد استفاده قرار گیرد. شکل 9.1 روابط عادی بین نمونه‌های مکعبی کنترل «استاندارد» و مقاومت‌ها در محل را مبتنی بر انواع منابع اروپایی و آمریکای شمالی نشان می‌دهد. طبق این مقادیر، انحراف استاندارد پیش‌بینی شده را می‌توان استنباط کرد (برای مثال در متوسط مقاومت در محل N/mm2 30، انحراف استاندارد N/mm2 6=30×0.2 برای ساخت با کیفیت عادی محتمل است) و لذا حدود اطمینان را می‌توان بر نتایج حاصل اعمال کرد. مقادیری نظیر مقادیری که بعدا در جدول 8.1 می‌آید را می‌توان به این نحو استخراج کرد و پیش‌بینی دقت مقاومت در محل باید آن را و دقت روش آزمون را میسر کند.

3.6.1 کالیبراسیون و کاربرد نتایج آزمون

دقت‌های احتمالی کالیبرسیون بین نتایج اندازه‌گیری شده آزمون و خواص مورد نظر بتن به تفصیل در بخش‌های این کتاب که به هر کدام از آزمون‌ها مربوط می‌شود مطرح شده است. لازم است در اعمال نتایج آزمون در محل، این عوامل برای تعیین اهمیت آن‌ها مد نظر قرار گیرد.

 

تفاوت‌های بین شرایط آزمایشگاهی (که منحنی‌های کالیبراسیون به طور طبیعی در آن تولید شده است) و شرایط سایت توجه ویژه‌‌ای را می‌طلبد. تفاوت‌های پختگی و شرایط رطوبت در این رابطه به طور خاص مطرح است. کیفیت بتن در تمام اعضا تفاوت خواهد کرد و لزوما ممکن است ترکیب یا شرایط آن مشابه نمونه‌های آزمایشگاهی نباشد. به علاوه، به دلیل شرایط آب و هوایی متنوع، مشکلات دسترسی یا عدم تجربه کارگران، انجام یا کنترل آزمون‌ها ممکن است چندان آسان نباشد. کالیبراسیون آزمون‌های مقاومت غیرمخرب و نیمه مخرب به وسیله cores از بتن در محل اغلب امکانپذیر است و برخی از این تفاوت‌ها را کاهش خواهد داد.

تفسیر نتایج مقاومت استفاده از روش‌های آماری را ایجاب می‌کند زیرا صرفا میانگین‌گیری نتایج آزمون در محل و لذا محاسبه مقاومت تراکم معادل به وسیله رابطه از قبل تعیین شده، کافی نیست. برای ایجاد حدود اطمینان کمتر در روابط همبستگی (1،35) بر مبنای عوامل تلرانس آماری اقداماتی صورت گرفته است. با این حال، همان طور که استون و دیگران (36) نشان داده‌اند این روش‌ها خطاهای اندازه‌گیری در نتیجه آزمون در محل را به حساب نمی‌آورد. روش خیلی دقیق که در گزارشی از سوی ACI 228 در سال 1989 وارد شده است به دلیل پیچیدگی، کاربرد وسیعی ندارد اما نسخه ساده‌شده (38) احتمالا وارد نسخه تجدیدنظر شده آتی خواهد شد.

نبود فعلی روش آماری مبتنی بر اتفاق نظر مانع استفاده گسترده از آزمون در محل برای اهداف انطباق است. لیشنسکی (39) مفاد فعلی استانداردهای ملی موجود را بازبینی کرده است و این موضوع به وسیله کمیته 126 RILEM در حال حاضر در دست بررسی است.

جدول 7.1 حداکثر دقت‌های پیش‌بینی مقاومت در محل را خلاصه می‌کند که می‌توان تحت شرایط ایده‌آل با کالیبراسیون‌های خاص ترکیب بتن ویژه در هر مورد، با واقع‌گرایی انتظار آن را داشت. اگر هر عامل با این ایده‌آل تفاوت داشته باشد، دقت‌های پیش‌بینی کاهش خواهد یافت هر چند در حال حاضر اطلاعات چندانی برای امکانپذیر کردن مقدارسنجی آن در دست نیست. در صورت امکان، برای آزمون روش‌هایی باید به کار برد که به طور مستقیم خواص مورد نیاز را اندازه‌گیری کرده و بدین وسیله عدم قطعیت‌های دخیل در کالیبراسیون را کاهش ‌دهد. با این حال، حتی در این موقعیت‌ها باید به ارزیابی واقعی دقت مقادیری که در زمان تدوین نتیجه‌گیری‌ها بروز می‌کند، توجه کرد.

1.3.6.1 اعمال بر مشخصات: لازم است بتن مورد آزمون معرف مواد مورد بررسی باشد و این امر بر تعداد و محل آزمون‌ها تاثیر می‌گذارد (بخش 4.4.1). وقتی یک خاصیت کاملا مشخص نظیر پوشش یا میزان سیمان اندازه‌گیری می‌شود، به طور کلی مقایسه نتایج اندازه‌گیری شده با حداقل مقدار مشخص با مد نظر قرار دادن دقت احتمالی آزمون، کافی خواهد بود. نسبت کمی از نتایج به طور نامحسوس کمتر از مقدار مشخص ممکن است قابل قبول باشد اما میانگین در تعدادی از موقعیت‌ها باید از حد بیشینه فراتر رود. اگر مرتبه دقت آزمون کم باشد (برای مثال، بعید است تعیین میزان سیمان بهتر از kg/m3 40±)، زمینه تردید مربوط به نتایج ناچیز ممکن است قابل توجه باشد. این یک واقعیت ناخوشایند است هر چند اندازه‌گیری‌های تاییدکننده یک خاصیت متفاوت به کمک قضاوت‌های مهندسی آمده است.

مقاومت رایج‌ترین معیار قضاوت انطباق با مشخصات است و به دلیل تفاوت‌های بین بتن در محل و نمونه‌های آزمون «استاندارد» که اکثر مشخصات مبتنی بر آن است، متاسفانه رفع آن از آزمون در محل بسیار دشوار است (بخش 2.5.1). تعداد نتایج آزمون در محل برای ارزیابی کامل آماری حدود اطمینان مناسب (معمولا 95٪) به ندرت کافی است و لذا بهتر است برآوردهای مقاومت متوسط در محل با نتیجه متوسط مورد انتظار نمونه آزمون «استاندارد» مورد مقایسه قرار گیرد. برای این کار انحراف استاندارد احتمالی نمونه‌های استاندارد باید برآورد شود مگر اینکه مقدار مقاومت متوسط هدف برای ترکیب، مشخص باشد.

مقاومت نمونه مکعبی «استاندارد» متوسط با استفاده از روش‌های طراحی «حالت محدود» به صورت زیر بدست می‌آید

(1.1)                    

که در آن cuƒ مقاومت شاخص نمونه‌های مکعبی کنترل است

s انحراف استاندارد نمونه‌های مکعبی کنترل است.

دقت این محاسبه با تعداد نتایج موجود افزایش خواهد یافت؛ 50 خوانش را می‌توان حداقل مورد نیاز برای رسیدن به یک برآورد به حد کافی دقیق از انحراف استاندارد واقعی قلمداد کرد. اگر اطلاعات کافی موجود نباشد، مقادیر جدول 8.1 را می‌توان به عنوان راهنما استفاده کرد.

بنا به نظریه، برآورد مقاومت شاخص در محل 'cuƒ از روی مقدار متوسط 'meanƒ و انحراف استاندارد s' اندازه‌گیری شده در محل امکانپذیر است. مقادیر s' مندرج در جدول 8.1 را می‌توان در غیاب داده‌های مشخص‌تر استفاده کرد اما نمی‌توان با توجه به تغییرات درون عضو و بسیاری از عوامل متغیر ساختمانی چندان قابل اطمینان دانست.

در اکثر موارد تعداد خوانش‌های موجود از نتایج در محل بسیار کمتر از 50 خواهد بود که در این صورت ضریب 1.64 مورد استفاده در معادله (1.1) افزایش خواهد یافت. بنابراین معادله (2.1) برای حد اطمینان 95٪ با توجه به k مندرج در جدول 9.1 بنا به تعداد نتایج n مصداق خواهد داشت.

(2.1)                 'cu =ƒ'mean-ks'ƒ

جدول 8.1 مقادیر نوعی انحراف استاندارد معکب‌های کنترل و بتن در محل.

کنترل و ساخت مواد

انحراف استاندارد مفروض معکب(های) کنترل (N/mm2)

انحراف استاندارد برآوردشده بتن در محل (s') (N/mm2)

خیلی خوب

3.0

3.5

عادی

5.0

6.0

کم

7.0

7.0

 

جدول 9.1 ضریب حد اطمینان 95٪ مربوط به تعداد آزمون‌های (13)

تعداد آزمون‌ها

n

ضریب اطمینان

k

3

10.31

4

4.00

5

3.00

6

2.57

8

2.23

10

2.07

12

1.98

15

1.90

20

1.82

Description: \infty

1.64

 

این معادله توزیع «عادی» نتایج مقاومت بتن (مانند معادله (1.1)) را فرض می‌گیرد اما وقتی تغییرپذیری بتن مانند کنترل کیفیت نامناسب بالا باشد، توزیع «غیر عادی» واقعی‌تر قلمداد می‌شود (37). در این صورت

(3.1)                انحراف استاندارد [log ƒ'] × مقدار متوسط [log ƒ'] k = ƒ'cu

که در آن 'ƒ یک نتیجه اختصاصی مقاومت در محل است.

این روابط را می‌توان به راحتی به شکل نموداری مانند شکل 10.1 نشان داد که می‌توان برای ارزیابی مقدار شاخص به صورت نسبتی از متوسط ضریب ویژه تغییر نتایج به کار برد. در این شکل، توزیع‌های «عادی» و «لگ نرمال» به طور مستقیم به ازای ضریب تغییر 15٪ مورد مقایسه قرار می‌گیرد و ماهیت کمتر دشوار توزیع «لگ نرمال» مشخص شده است. این اثر با افزایش ضریب تغییر افزایش می‌یابد. آثار ترکیبی تغییرپذیری نتایج و تعداد آزمون‌ها را نیز می‌توان به روشنی مشاهده کرد و اهمیت حداقل چهار نتیجه آشکار است. بارتلت و مک گریگور این رویکرد را در ارزیابی مقاومت شاخص مناسب معادل طبق داده آزمون core اعمال کرده‌اند (40).

وقتی برخی نشانه‌های میانگین و تغییرپذیری مورد انتظار مواد وجود دارد، محاسبه مقدماتی را می‌توان برای بدست آوردن مقاومت شاخص موردنظر به صورت نسبتی از میانگین انجام داد و از اینرو حداقل تعداد آزمون‌ موردنیاز برای تایید قابل قبول بودن مورد نظر را می‌توان ارزیابی کرد (13). نمودارهای مشابهی را می‌توان برای حدود اطمینان و توزیع‌های مختلف تولید کرد (37) و باید توجه داشت حدود اطمینان 90٪ در برخی کشورها اتخاذ می‌شود که چندان دشوار نیست. لذا انتخاب نوع توزیع و حدود اطمینان برای استفاده در شرایط خاص موضوع قضاوت است.

 

اگر مقاومت شاخص در محل برآورد شود می‌توان آن را با مقدار مشخص شده مقایسه کرد اما این رویکرد پیشنهاد نمی‌شود مگر اینکه نتایج زیادی در محل موجود باشد.

هر رویکردی اتخاذ شود، در مقایسه بین مقاومت در محل و مقاومت نمونه استاندارد باید نوع تفاوت‌هایی که در جدول 6.1 و شکل 7.1 آمده است به حساب آورد. این موضوع در مثال‌های پیوست الف شرح داده شده است.

2.3.6.1 اعمال در محاسبات طراحی: مقادیر اندازه‌گیری شده در محل را می‌توان برای ارزیابی کفایت سازه در محاسبات وارد کرد. با اینکه این کار هر از گاه به کمیات و محل آرماتور یا خواص بتن نظیر نفوذپذیری، ارتباط دارد در اکثر موارد مقاومت بتن مطرح است. لازم است مقادیر اندازه‌گیری شده به مناطق حساس عضو مورد بررسی ارتباط داده شود و آزمون‌ها را باید با مد نظر قرار دادن این نکته برنامه‌ریزی کرد (بخش 4.4.1).

به طور کلی، محاسبات مبتنی بر حداقل مقادیر احتمالی یا شاخص «نمونه استاندارد» است که با ضریب مناسب ایمنی اصلاح شده است تا حداقل مقدار طراحی در محل بدست آید. اندازه‌گیری در محل به طور مستقیم مقاومت در محل بتن مورد آزمون را به بار خواهد آورد و با این کار نوع و اندازه نمونه مشابه را باید به «استاندارد» مورد استفاده در محاسبات ارتباط داد. اگر این بتن از یک محل حساس باشد، می‌توان استدلال کرد حداقل مقدار اندازه‌گیری شده را می‌توان به عنوان مقاومت بتن طراحی بدون اعمال هیچ ضریب ایمنی دیگر به طور مستقیم به کار برد. با این حال، استفاده از مقدار میانگین حاصل از تعدادی از خوانش‌های آزمون در محل‌های حساس و اعمال ضریب ایمنی در آن برای توضیح تغییرپذیری آزمون،‌ نبود احتمالی همگونی و خرابی آینده مناسب‌تر است. دقت پیش‌بینی مقاومت بنا به روش مورد استفاده متفاوت خواهد بود اما ضریب ایمنی 2.1 برای استفاده عمومی به وسیله BS 6089 پیشنهاد شده است (12). با ارائه پیشنهادات بخش 4.4.1 هنگام تعیین تعداد خوانش‌ها دنبال شده است، ‌این مقدار باید کافی باشد. اعمال این رویکرد به تفصیل از طریق مثال‌های پیوست الف توضیح داده شده است. اگر تردید خاصی درباره قابلیت اطمینان نتایج آزمون در دست باشد یا اگر بتن مورد آزمون از محل حساس مورد بررسی گرفته نشده باشد، آنگاه شاید لازم باشد مهندس مقدار بیشتری برای ضریب ایمنی انتخاب کند که اطلاعات مشتمل در بخش 1.5.1 و 2.5.1 و 1.3.6.1 آمده است راهنمای او در این مسیر است. یا اینکه ویژگی‌های دیگر مورد بحث در بخش 2.5.1 از جمله شرایط رطوبت و سن را شاید بتوان برای اثبات مقدار کم ضریب ایمنی به کار برد. حالت تنش در محل و میزان بار نیز ممکن است در شرایط حساس به حساب آید.

7.1 ترکیبات آزمون

تمام روش‌های آزمون که برای ارزیابی بتن در محل در دسترس است محدودیت‌هایی دارند و قابلیت اطمینان آن‌ها اغلب جای سوال دارد. ترکیب کردن روش‌ها می‌تواند در رفع برخی از این مسائل کمک کند. مثال‌هایی از ترکیبات عادی در زیر به طور خلاصه بیان می‌شود.

1.7.1 افزایش میزان اطمینان نتایج

اگر نتایج تائیدکننده‌ای بتوان از روش‌های جداگانه بدست آورد، می‌توان اهمیت بسیار زیادی به نتایج داد. هزینه معمولا تکرار زیاد را محدود خواهد کرد اما اگر خواص مختلفی اندازه‌گیری شود، با ظهور الگوهای مشابه از نتایج، میزان اطمینان افزایش خواهد یافت. تکرار به طور کلی به آزمون‌هایی محدود می‌شود که سریع، ارزان و غیر مخرب هستند نظیر ترکیبی از اندازه‌گیری سختی سطح و سرعت پالس التراسونیک در بتن‌هایی که به تازگی ساخته شده است. در شرایط دیگر، روش‌های رادیومتری، پالس – اکو، رادار، ترموگرافی یا روش کندتر مقاومت نزدیک به سطح ممکن است ارزشی نداشته باشد.

اگر حجم‌های کم مطرح باشد و یک ویژگی خاص (برای مثال، مقاومت) مورد نیاز باشد، گاهی شاید مقایسه برآوردهای مطلق حاصل از روش‌های مختلف ارزش داشته باشد.

2.7.1 بهبود دقت کالیبراسیون

در برخی موارد شاید دقت ایجاد همبستگی ترکیب مقادیر اندازه‌گیری شده با خواص مورد نظر بیش از آن چیزی است که در هر روش دیگر امکانپذیر است. این کار در ارتباط با ارزیابی مقاومت با استفاده از سرعت پالس‌های التراسونیک همراه با چگالی (41) یا خوانش‌های چکش برجهندگی (که به چگالی سطح مربوط می‌شود) در گسترده‌ترین حالت توسعه یافته است.

در مورد آخر، معادلات رگرسیون چندگانه را باید با مقاومت مقایسه‌ای به عنوان متغیر وابسته توسعه داد و به این طریق همبستگی‌های مناسب مقاومت را در هر دو روش ایجاد کرد (42). این رویکرد احتمالا بیشترین ارزش را در موقعیت‌های کنترل کیفیت دارد اما کاربرد وسیعی ندارد. روش SONREB نسخه پیچیده‌تر این تکنیک را به عنوان پیشنهاد پیش‌نویس RILEM در بر دارد (43) که عمدتا مبتنی بر کارهای انجام گرفته در اروپای شرقی است و متضمن این اصل است که نمودارهای همبستگی را می‌توان با وارد کردن ضرایب مربوط به خواص مختلف اجزای تشکیل‌دهنده ترکیب ترسیم کرد. افزایش دقت به تاثیر برخی از متغیرهای هر کدام از روش‌ها نسبت داده می‌شود و پیش‌بینی‌های مقاومت با دقت 10٪± تحت شرایط ایده‌آل انجام می‌شود.

سایر ترکیباتی که مطرح شده است شامل استفاده از اندازه‌گیری سرعت پالس و تخفیف پالس در سایت است (44). این روش‌ها پیچیده بوده و به تجهیزات تخصصی نیاز دارد و برای اهداف عملی، این رویکرد را هنوز باید یک ابزار تحقیقاتی به شمار آورد. رایج‌ترین آزمون‌ها در محل را مسلما می‌توان به روش‌های مختلفی باهم ترکیب کرد اما با اینکه ممکن است نشانه تاییدکننده ارزشمندی بدست آید، بعید است دقت پیش‌بینی‌های مقاومت مطلق چندان بهبود یابد.

جدول 10.1 استانداردهای مربوطه

استانداردهای انگلیس

BS 1881: آزمون بتن

بخش 5

بخش 120

بخش 124

بخش 201

بخش 202

بخش 203

بخش 204

بخش 205

بخش 206

بخش 207

*بخش 208

*در دست تهیه

 

BS 812

بخش 1

 

BS 6089:

BS 8110:

BS DD92:

روش‌های آزمون بتن برای خواص دیگری غیر از مقاومت

تعیین مقاومت تراکم cores بتن

تجزیه شیمیایی بتن سخت‌شده

راهنمای استفاده از NDT در بتن سخت‌شده

آزمون سختی سطح به سویله چکش برجهندگی

اندازه‌گیری سرعت پالس‌های التراسونیک در بتن

استفاده از پوشش سنج الکترومغناطیسی

رادیوگرافی بتن

تعیین کرنش در بتن

روش‌های آزمون مقاومت نزدیک به سطح

آزمون جذب سطح اولیه

 

 

 

نمونه‌برداری و آزمون سنگدانه‌های معدنی، شن‌ و فیلترها

 

ارزیابی مقاومت بتن در سازه‌های موجود

استفاده سازه‌ای از بتن

عمل‌آوری نمونه‌های بتن با تطبیق دمایی

استانداردهای آمریکا

ASTM

C42

C85

C457

C597

C779

C803

C805