آزمایش های غیرمخرب بتن

آزمایش های غیرمخرب بتن
66005 1400/03/26

  آزمایش های غیرمخرب بتن

(معرفی، کاربرد و مزایا)

امروزه آزمایشهای غیرمخرب بتن تاثیر و عملکرد مناسب و کابردی در تعمیرات سازه های بتنی دارد. آزمایش های غیرمخرب بتن با در اختیار قرارداد داده های مختلف سازه های موجود ، به کارشناسان و متخصصین این انکان را می دهد تا در خصوص عملکرد ، نیاز ها و روش های تعمیرات و بازسازی سازه های بتنی قضاوت و تصمیم گیری نمایند.

از جمله آزمایش های غیرمخرب بتن ،اسکن بآرماتور بتن،التراسونیک بتن، خوردگی یا هافسل ، نفوذ یون کلر، کربناتاسیون، چکش اشمیت، نفوذپذیری بتن و ... ، به طراحان و کارشناسان فرآیند طرح و اجرای ترمیم و بازسازی سازه های بتنی امکان تصمیم گری برای عملیات های انجامی را می دهد.

در متن زیر به شرح انواع آزمایش های غیرمخرب بتن، محدودیت ها ، ضریب اطمینان قرائت ها ، روش کار و .. پرداخته می شود. شما می توانید برای کسب اطلاعات تکمیلی در این خصوص و در صورت نیاز همکاری با این مجموعه در زمینه آزمایش های غیرمخرب بتن در انواع سازه های بتنی با بخش فنی و پشتیبانی کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران تماس حاصل فرمایید.

طبقه بندی ساز و کار دوام و آزمایش های آن

دوام بتن دوام بتن ابعاد مختلفی دارد.

- پایایی در برابر عوامل فیزیکی (آتش، یخبندان و آب شدگی پی در پی، تبلور نمک ها)

- پایایی در برابر تهاجم شیمیایی (سولفات ها، کربناسیون، تاثیر واکنش قلیایی ها با سنگدانه ها بر بتن)

- پایایی در برابر عوامل مکانیکی (سایش، خلازایی، ضربه)

- تخریب در اثر خوردگی میلگرد

پی بردن به دوام بتن در شرایط مختلف نیاز به قرار گرفتن در این شرایط و طی شدن زمان قابل توجه داردو معمولا امکان انجام تحقیق در شرایط واقعی وجود ندارد و یا از حوصله دست اندرکاران خارج است. برای اینکه مشخص شود یک بتن در چنین شرایطی بطور مناسب و مطلوب عمل می کند نیاز به آزمایش هایی کوتاه مدت دارد که در این آزمایش ها عوامل تهاجمی یا اعمالی تشدید می شود (تسریع شده) و یا آزمایش بصورت تسریع نشده و در شرایط معمولی انجام می گردد که در این حالت دوم معیار مقایسه تغییر می کند.

گاه برخی آزمایش های کوتاه مدت مرتبط با دوام و در معرض عاملی غیر از عامل موردنظر مورد استفاده قرار می گیرد و با توجه به تجربیات موجود در پروژه های واقعی و در کارهای تحقیقاتی آزمایشگاهی معیارهایی ارائه می شود.

نمونه ای از آزمایش های کوتاه مدت تسریع شده در برابر عامل تشدید شده موردنظر، سایش یا آزمایش ASTM C1293 می باشد.

نمونه ای از آزمایش تسریع نشده کوتاه مدت در شرایط تشدید نشده را می توان آزمایش یخبندان و آب شدگی دانست.

از میان آزمایش های کوتاه مدت مرتبط با دوام که در معرض عامل اصلی موردنظر قرار نگرفته است می توان آزمایش جذب آب یا جذب آب مویینه را نام برد. شاید بتوان آزمایش های جمع شدگی را نیز مرتبط با دوام دانست. آزمایش های تراوایی (نفوذپذیری) نیز مرتبط با دوام به حساب می آید.

ارزیابی کیفیت بتن از نظر دوام و معیارهای آن

ارزیابی دوام از طریق انجام آزمایش هایی بر روی بتن سخت شده در سنین کم و گاه در سن موجود صورت می گیرد. برای این کار نیاز به معیارها و ملاک هایی می باشد. در زیر به برخی از آزمایش های ارزیابی بتن و معیارهای آن اشاره می شود.

آزمایش های یخبندان و آب شدگی

این آزمایش ها به دو صورت در استانداردها وجود دارد:

- یخبندان و آب شدگی پی در پی در حالت اشباع در آب یا هوا و کنترل کاهش وزن، کاهش مقاومت، افزایش حجم و کاهش مدول ارتجاعی دینامیکی مانند ASTM C666

- یخبندان و آب شدگی پی در پی در مجاورت آب نمک یا نمک های یخ زدا و کنترل پوسته شدن سطح بتن و کاهش وزن آن مانند ASTM C1262، ASTM C672 و EN 1340

به هرحال این آزمایش ها عمدتا در سنین کم 28 تا 90 روزه بر روی بتن ها در آزمایشگاه انجام می شود و مدت زمان زیادی بطول می انجامد.

امروزه در آزمایش های یخبندان در حالت اشباع مانند ASTM C666 از پارامتر کاهش مدول ارتجاعی دینامیکی استفاده می شود. پس از تعداد معینی سیکل یخبندان، درصد مدول ارتجاعی دینامیکی اولیه بدست می آید.  حداقل درصد قابل قبول مدول ارتجاعی دینامیکی اولیه، یک ملاک یا ضابطه تلقی می شود. مثلا بتنی با دوام تلقی می گردد که پس از 300 سیکل یخبندان و آب شدگی مکرر، حداقل 60 و یا 80 درصد مدول ارتجاعی دینامیکی را دارا باشد.

در مواردی تعداد سیکل های یخبندانی را که مدول ارتجاعی دینامیکی را به 60 درصد مقدار اولیه می رساند مشخص می گردد. بدیهی است در این حالت باید حداقل تعداد سیکل های یخبندان مورد نظر به عنوان یک معیار اعلام گردد.

در آزمایش های یخبندان و آب شدگی پی در پی در معرض مواد یخ زدا معمولا درصد وزن بتن پوسته شده پس از تعداد معینی سیکل یخبندان بدست می آید. با محدود کردن میزان مواد پوسته شده، معیاری ارائه می گردد. به عنوان مثال در ASTM C1372 پس از 100سیکل خاص یخبندان در آزمایش ASTM C1262 نباید از 1درصد وزن اولیه بیشتر شود.

هرچند در این آزمایش نیز می توان تعداد سیکل یخبندان برای دستیابی به درصد خاصی از پوسته شدن را به عنوان یک معیار برگزید، اما این امر سابقه چندانی ندارد.

برای مثال در EN1340 برای جداول بتنی پیش ساخته مقدار مواد پوسته شده نباید از kg/m3 1 پس از 28 سیکل خاص یخبندان در حالی که محلول نمک طعام 3درصد بر روی آن ریخته شده است، بیشتر باشد.

در ASTM C672 معمولا پس از 50 سیکل یخبندان خاص در معرض مواد یخ زدا (محلول کلرید کلسیم 4 درصد) که روی قطعه ریخته می شود و درجه تخریب سطح پس از 5، 10، 15، 25 و 50 سیکل گزارش می شود که معیار درجه تخریب ارائه می شود.

به هر حال باید دانست که در همه انواع آزمایش یخبندان و آب شدگی مکرر در برابر آب یا نمک های یخ زدا، شرایط آزمایش با واقعیت موجود تطابق ندارد اما به ناچار از این آزمایش ها و معیارهای ارزیابی آن استفاده می شود.

در ASTM C1262 که برای قطعات پیش ساخته بتنی و برخی قطعات بنایی بکار می رود و آب یا آب نمک 3درصد (بسته به نیاز) در مجاورت قسمت تحتانی قطعه ریخته می شود و معمولا سیکل های خاص یخبندان اعمال می گردد و درصد کاهش وزن بدست می آید. با توجه به معیار خاص کاهش وزن در برابر تعداد خاصی سیکل یخبندان کیفیت دوامی قطعه کنترل می شود.

آزمایش تبلور نمک ها

برای بررسی تاثیر تبلور نمک ها بر دوام بتن، آزمایش خاصی پیش بینی نشده است، هرچند عامل مهمی در مناطق نیمه خشک و خشک در تخریب سطح بتن ها محسوب می شود بویژه اگر املاح در بتن و یا آب و خاک وجود داشته باشد.

آزمایش دوام در برابر سولفات ها

برای بررسی دوام بتن در برابر سولفات ها آزمایش استاندارد خاصی در ASTM و EN مشاهده نمی شود. همچنین به طریق اولی معیار خاصی نیز وجود ندارد. پس از سالهای طولانی که از تشخیص خرابی بتن در اثر حمله سولفات ها گذشته است هنوز آزمایش خاص و معیار دوام بتن در برابر حمله سولفات ها و یا سولفات خاصی ارائه نشده است.

سعی می شود با استفاده از سیمان مناسب، محدودیت نسبت آب به سیمان و یا عیار سیمان و یا استفاده از افزودنی های خاصی مانند پوزولان ها و سرباره ها و یا حباب زا و مواد آب بند کننده، دوام بتن را بالا برده اما نحوه تشخیص این افزایش دوام روشن نیست.

آزمایش کربناسیون

آزمایش ساده و معمول تعیین عمق کربناسیون تا چندی پیش صرفا بر اساس دستورالعمل RILEM CPC18 انجام می گردید که EN نیز به تازگی دستورالعمل استانداردی را مشابه RILEM ارائه کرده است. در این آزمایش عمق بتن کربناته شده با محلول فنل فتالئین به عنوان یک معرف اندازه گیری می شود. معمولا این آزمایش بر روی بتن سخت شده در شرایط محیطی واقعی اندازه گیری می شود که می توان تحت شرایطی نفوذ CO2 را تسریع نمود.

به هرحال هنوز معیار خاصی برای قدرت مقابله با کربناسیون و عمق نفوذ آن ارائه نشده است، هرچند می توان میزان نفوذپذیری گاز CO2 در بتن را اندازه گیری نمود.

آزمایش انبساط ناشی از واکنش قلیایی ها با سنگدانه های بتن

معمولا بیشتر آزمایش ها در این زمینه بر روی ملات می باشد و یا شرایط خاصی همچون تشدید شرایط حاکم و یا افزایش قلیایی ها در ملات و یا محیط نگهداری را دارا می باشد. طبق استاندارد ASTM C1293 و تعدادی از استانداردهای کانادایی، انبساط بتن در شرایطی نزدیک به واقع اما در دمای 38 یا 60 درجه با رطوبت 100درصد را در زمانی طولانی تر از 6ماه و یا یک سال و بیشتر بدست می آورند.

معیارهایی همچون انبساط 04/0 درصد پس از سه ماه در 60 درجه سانتیگراد و یا پس از یک سال در 38 درجه سانتیگراد ارائه شده است. به هرحال در این آزمایش انبساط بالقوه بتن بدست می آید.

برای سنگدانه کربناتی از ASTM C1105 استفاده می شود و معیارهایی برای آن ارائه شده است.

آزمایش های سایش

در استاندارد ASTM برای بتن چهار آزمایش سایش ارائه شده است و برای برخی قطعات بتنی نیز از این آزمایش ها و یا آزمایش های دیگری استفاده می شود.

- ASTM C944 برای سایش بتن یا ملات (روش سمباده چرخان)

- ASTM C418 برای سایش بتن (روش ماسه پاشی)

- ASTM C779 برای سایش سطوح افقی بتنی (سه روش صفحه مدور سمباده ای چرخان، چرخ استوانه ای دندانه دار، بلبرینگ چرخان)

- ASTM C1138 برای سایش بتن (روش زیر آب)

به نظر می رسد در آزمایش های سایش دقت زیادی شده است تا نزدیکی بیشتری با واقعیت موجود باشد که تنوع آزمایش ها را سبب گشته است.

در موارد مختلف برای هر نوع قطعه یا سطح در هر پروژه یا کاربرد خاص معیاری ارائه می شود که نشانه دوام بتن در برابر سایش است. در برخی استانداردهای دیگر آزمایش سایش چرخ عریض و آزمایش سایش Bohme پیش بینی شده است. برای مثال در استاندارد جداول بتنی این دو آزمایش پیش بینی شده است و معیار خاصی در هر مورد ارائه شده است.

آزمایش های نفوذپذیری

آزمایش های نفوذپذیری بتن در برابر آب و گازهای مختلف و حتی برخی سیال های خاص دیگر انجام می شود.

آزمایش های نفوذپذیری بتن در برابر آب از گذشته دور براساس رابطه دارسی انجام می شده است. ارتش آمریکا و USBR آزمایش هایی را برای تعیین ضریب نفوذپذیری بتن در برابر آب ارائه کرده اند که بسیار مشکل است. در روش ارتش آمریکا (CRC-C163) فشار 13 اتمسفر و در روش USBR 4913 فشار 5/28 بار بکار می رود. در این آزمایش ها مقدار k با بعد L/T بدست می آید. در هر پروژه مقدار حداکثر k مشخص می شود و لازم است بتن موردنظر این خواسته را برآورد کند.

بتن هایی که در حال حاضر برای پروژه های آبی ساخته می شود دارای نفوذپذیری پایینی است و عملا انجام این آزمایش و تعیین k بصورت مستقیم غیرممکن گشته است.

آزمایش های نفوذپذیری با گاز به ویژه اکسیژن روش های مختلفی دارد که معروف ترین آن مربوط به روش CemBureau (انجمن سیمان اروپا) می باشد که در RILEM و استاندارد ایتالیا (UNI) نیز آورده شده است.

در این روش، نمونه قرصی شکل بتنی در محفظه­ای با تیوب دورگیر تحت فشار قرار گرفته و در فشارهای مختلف اعمالی، دبی عبوری گاز بدست آمده و با رابطه اصلاح­شده دارسی برای سیال تراکم پذیر، ضریب نفوذپذیری محاسبه می­گردد. نتیجه این روش آزمایش به درصد رطوبت نمونه بتنی بسیار وابسته می باشد. به همین دلیل، در روش پیشنهادی این آزمایش، دو رژیم نمونه کاملا خشک و با درصد رطوبت مشخص، پیشنهاد شده است.

معیار میزان نفوذپذیری در برابر اکسیژن در مشخصات فنی داده می شود اما تلاش شده است بتن ها از این نظر تقسیم بندی شوند که در زیر دیده می شود.

جدول 1- تقسیم بندی کیفیت بتن بر اساس نفوذپذیری بتن در برابر اکسیژن به روش CemBureau

کیفیت

عالی

خیلی خوب

متوسط

ضعیف

خیلی ضعیف

ضریب نفوذپذیری (m2 16-10)

کمتر از 1/0

5/0 – 1/0

5/2 – 5/0

5/12 – 5/2

بیشتر از 5/12

 

آزمایش های نفوذپذیری در برابر یون کلرید (آزمایش های انتشار یون کلرید)

کامل ترین راه برای تعیین ضریب انتشار یون کلرید در بتن طبق روش جدید ASTM C1556 که مشابه روش NTBuild 443 است، می باشد. در این روش بتن سخت شده در محلول نمک طعام با غلظت معین قرار می گیرد و در سن موردنظر پس از خشک کردن آن، با تعیین یون کلرید و در اعماق مختلف، ضریب انتشار یون کلرید بدست می آید که بعد آن L2/T است.

برای بتن هر پروژه می توان ضریب انتشار خاصی را درنظر گرفت. بتن ها از این نظر به ویژه در شرایط رویارویی با یون کلرید تقسیم بندی می شوند که در زیر مشاهده می گردد.

جدول 2- تقسیم بندی نفوذپذیری بتن بر اساس ضریب انتشار یون کلرید

طبقه بندی نفوذپذیری

شدید

متوسط

کم

ناچیز

ضریب انتشار یون کلرید (cm2/s×8-10)

بیشتر از 5

1 تا 5

2/0 تا 1

کمتر از 2/0

یکی از پارامترهای منحصربفردی که می توان به کمک آن و بهره گیری از اطلاعات و فرضیات دیگر در هر سنی غلظت یون کلرید پیش بینی نمود در هر عمقی به چه میزان است، ضریب انتشار یون کلر می باشد و بر این اساس زمان رسیدن غلظت یون کلرید در مجاورت میلگرد به حد آستانه تعیین می گردد که زمان شروع خوردگی را مشخص می کند.

معمولا از آنجا که تعیین این پارامتر دشوار است، سعی می شود بجای آن، پارامترهای دیگری مشخص شود و جایگزین آن گردد در حالی که عملا نمی توانند جای آن را بگیرند.

یکی از آزمایش های رایج AASHTO T259 است که سطح بتن در معرض محلول کلرید قرار می گیرد و مقدار یون کلرید در سنین خاص و در عمق های خاص اندازه گیری می شود و عمق نفوذ یون کلرید بدست می آید که به کمک آن می توان کیفیت بتن ها را در مقایسه با یکدیگر ارزیابی نمود و می توان بتن ها را نیز از این نظر طبقه بندی کرد. به هرحال نتیجه این آزمایش از جنس نفوذپذیری نیست اما نفوذپذیری را نشان می دهد.

روش دیگر برای تعیین نفوذ سریع یون کلرید (مهاجرت) توسط دستور NTBuild 492 ارائه شده است که AASHTO T277 روش مشابه آن را ارائه کرده است.

استاندارد ASTM C1202 روش را برای تعیین سریع نفوذپذیری کلرید در بتن سخت شده ارائه می دهد که در این روش در دو سمت یک قرص بتنی به قطر 100میلیمتر و ضخامت 50 میلیمتر محلول های کلرید سدیم و سود سوزآور با غلظت معین قرار می گیرد و جریان الکتریکی با اختلاف پتانسیل 60ولت برقرار می شود و شدت جریان عبوری از بتن اشباع بدست می آید و طی 6ساعت، مقدار جریان عبوری از بتن برحسب کولمب محاسبه می گردد که نشانه مقاومت بتن در برابر این جریان است و به عبارتی به نوعی به مقاومت الکتریکی مربوط می باشد. هرچه این جریان عبوری بیشتر باشد نشانه نفوذپذیری بیشتر بتن به ویژه در برابر یون کلرید است. طبقه بندی بتن ها را می توان طبق ASTM C1202 بصورت زیر دانست.

جدول 3- نفوذپذیری در برابر یون کلرید براساس میزان جریان عبوری

نفوذپذیری در برابر یون کلر

زیاد

متوسط

کم

خیلی کم

ناچیز

میزان جریان عبوری (کولومب)

بیشتر از 4000

2000 تا 4000

1000 تا 2000

100 تا 1000

کمتر از 100

در آیین نامه پیشنهادی پایایی بتن در محیط خلیج فارس و دریای عمان (نشریه شماره ض428 مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن) معیارهای زیر برای شرایط مختلف طبق روش ASTM C1202 ارائه شده است.

جدول 4- مقادیر مجاز میزان جریان عبوری در شرایط مختلف محیطی در آیین نامه پایایی

شرایط محیطی

A

B و C

D، E و F

میزان جریان عبوری (کولومب)

حداکثر 3000

حداکثر 3000

حداکثر 2000

 

به هرحال این آزمایش و نتایج آن محل تردید است. برخی معتقدند که بهتر است اختلاف پتانسیل را کم کرده و مدت را متناسبا زیاد نمود تا دمای بتن و محلول ها حین آزمایش بطور شدید بالا نرود و شرایط واقعی تری برقرار باشد. به هرحال این آزمایش طی یک روز منجر به اخذ نتیجه می شود و این امر بسیار مهم است. 

آزمایش های عمق نفوذ آب

از آنجا که آزمایش های نفوذپذیری در برابر آب همراه با چالش های فراوانی است، در برخی کشورهای اروپایی مانند آلمان آزمایش دیگری انجام می شد که تحت فشار آب، در زمان معینی، عمق آب نفوذی در بتن بدست می آمد (DIN 1048-5). سپس در EN 12390-8 با تغییرات مختصر، این آزمایش با سهولت بیشتر ارائه شد که در آن نمونه بتنی سه روز از سطح زیرین تحت فشار MPa 5/0 قرار می گیرد و سپس حداکثر عمق نفوذ آب بدست می آید که پارامتری در جهت ارزیابی نفوذ آب در بتن می باشد. در منابع مختلف طبقه بندی بتن ها در آزمایش DIN 1048 آمده است اما هنوز این طبقه بندی برای آزمایش براساس روش EN ارائه نشده است. پراکندگی نتایج آزمونه های مختلف یک نوع بتن در این آزمایش زیاد است و چندان قابل اعتماد نمی باشد.

در آیین نامه پیشنهادی پایایی بتن در حاشیه خلیج فارس، معیارهای زیر برای شرایط مختلف محیطی حاکم ارائه شده است.

جدول 5- مقادیر مجاز عمق نفوذ آب در شرایط مختلف محیطی در آیین نامه پایایی

شرایط محیطی

A

B و C

D، E و F

عمق نفوذ آب در سن 28 روز (mm)

حداکثر 50

حداکثر 30

حداکثر 10

به هرحال الزاما در شرایط واقعی، فشار تا این حد وجود ندارد اما این آزمایش به نوعی تعیین کننده کیفیت بتن می باشد.

آزمایش های جذب آب

آزمایش های جذب آب به شکل های مختلفی وجود دارد که مهم ترین آنها عبارتند از:

- جذب آب کوتاه مدت نیم یا یک ساعته (Early Water Absorption)

- جذب آب نهایی (بلند مدت) 2 روزه یا بیشتر در شرایط عادی یا جوشانده شده (Final Water Absorption)

- جذب آب سطحی اولیه ISAT (Initial Surface Water Absorption Test)

- جذب آب مویینه ( Capillary Water Absorption و Water Sorptivity)

هرکدام از این آزمایش ها یک ویژگی خاص از بتن را به نمایش می گذارد و لازم است از هر آزمایش زمانی استفاده نمود که به واقعیت موجود شباهتی داشته باشد.

آزمایش جذب آب کوتاه مدت

در BS 1881 در سال های گذشته آزمونه مکعبی خشک 100میلی لیتری در آب غرق می شد و پس از یک ساعت درصد وزنی آب جذب شده بدست می آید که گزارش می شد. در BS 1881 part122 این آزمایش عمدتا برای قطعات بتنی پیش ساخته پس از مغزه گیری به قطر 75 میلیمتر انجام می شود که باید دارای طول معینی باشد و نمونه کاملا خشک شده در آون غرقاب می شود و درصد جذب آب نیم ساعته بدست می آید. این آزمایش کیفیت سطحی بتن موردنظر را بدست می دهد.

در انگلیس کیفیت جداول بتنی و برخی قطعات پیش ساخته با این آزمایش کنترل می شود. برای مثال جذب آب نیم ساعته یک جدول نباید از 2درصد بیشتر باشد. در آزمایش های جذب آب کوتاه مدت حساسیتی به شکل و اندازه نمونه وجود دارد و نسبت سطح به حجم اهمیت دارد.

در توصیه های CIRIA برای مناطق عربی در حاشیه خلیج فارس و دریای سرخ و غیره، حداکثر جذب آب کوتاه مدت طبق BS 1881 را 2درصد طرح نموده است.

در آیین نامه پیشنهادی پایایی بتن در حاشیه خلیج فارس، معیارهای زیر برای شرایط مختلف محیطی حاکم به روش BS 1881 part122 ارائه شده است.

جدول 6- مقادیر مجاز درصد جذب آب کوتاه مدت در شرایط مختلف محیطی در آیین نامه پایایی

شرایط محیطی

A

B و C

D، E و F

درصد جذب آب (%)

حداکثر 4

حداکثر 3

حداکثر 2

آزمایش جذب آب نهایی

هرچند در آزمایش جذب آب کوتاه مدت قدیمی و جدید BS 1881 می توان با تداوم آزمایش تا رسیدن به وزن ثابت، جذب آب نهایی را بدست آورد و حتی با جوشاندن آن در آب به جذب آب نهایی بیشتری دست یافت، اما در این دستور چنین پیش بینی صورت نگرفته است.

در ASTM C642 مقدار جذب آب نهایی بدست می آید و می توان چگالی و تخلخل را نیز بدست آورد، حتی جوشاندن آب نیز پیش بینی شده است. در این استاندارد در مورد شکل و اندازه نمونه حساسیتی وجود ندارد اما حداقل جرم و حجم مشخص شده است زیرا به جذب نهایی پرداخته است و این آزمایش عمدتا برای قطعات پیش ساخته بکار می رود.

در استاندارد EN 1340 جذب آب نهایی قطعات پیش ساخته ای مانند جداول بتنی به چشم می خورد که حداقل حجم یا جرم نمونه مطرح شده است. در استانداردهایی همچون ASTM C497 جذب آب لوله های بتنی بدست می آید که دو روش A و B با توجه به نحوه خشک کردن و زمان جوشاندن نمونه در آب دارد.

برای مثال در برخی استانداردهای قطعات پیش ساخته در ASTM C76 مانند لوله های بتن مسلح آب و فاضلاب، حداکثر جذب آب نهایی طبق ASTM C497 به میزان 9درصد برای روش A و 5/8درصد برای روش B مطرح شده است و از این نظر می توان معیار و طبقه بندی برای کیفیت دوامی بتن ارائه نمود، بویژه اگر قطعه بتنی بصورت غرقاب باشد و آب همواره در مجاورت آن حضور داشته باشد. در استاندارد لوله های بتنی آب و فاضلاب ایران به شماره 8906 از چنین مشخصاتی استفاده شده است.

در استاندارد EN 1340 در مواردی که شرایط یخبندان - آب شدگی حادی در برابر نمک های یخ زدا وجود ندارد. حداکثر جذب آب نهایی 6درصد برای جداول بتنی پیش ساخته ارائه شده است.

در برخی مشخصات استاندارد قطعاتی مانند بلوک سیمانی و موزاییک و آجرهای سیمانی به جذب آب نهایی پرداخته شده است.

آزمایش جذب آب سطحی اولیه

این آزمایش عمدتا در BS 1881 part5 پیش بینی شده است. در این آزمایش سعی می شود مقدار جذب آب ریخته شده روی سطح افقی نمونه بتنی یا قسمتی از قطعات پیش ساخته در حالی که ارتفاع آب چندانی برای اعمال فشار وجود ندارد و به میزان 200میلیمتر محدود شده است. در این آزمایش در فواصل زمانی مختلف مقدار آب جذب شده برحسب گرم یا میلی لیتر بر وحد سطح (m2) گزارش می شود.

طبقه بندی کیفی بتن ها در این آزمایش را می توان بصورت زیر مطرح کرد. در انگلیس از نتایج این آزمایش استفاده می شود اما در آیین نامه پایایی بتن ایران در حاشیه خلیبج فارس و یا در استانداردهای قطعات پیش ساخته مانند جداول مورد اقبال قرار نگرفته است. به هرحال این آزمایش برای موادی که باعث آب بندی سطحی می شوند می تواند با موفقیت بکار رود و کیفیت سطحی را به نمایش گذارد.

جدول 7- تقسیم بندی جذب سطحی بتن با معیار جذب سطحی اولیه (mL/m2/s)

میزان جذب

زمان پس از شروع آزمایش

جذب تجمعی در ساعت (mL/m2)

10 دقیقه

30 دقیقه

1ساعت

2ساعت

زیاد

بیشتر از 50/0

بیشتر از 35/0

بیشتر از 20/0

بیشتر از 15/0

بیشتر از 2000

متوسط

50/0 – 25/0

35/0 – 17/0

20/0 – 10/0

15/0 – 07/0

2000 – 1000

کم

کمتر از 25/0

کمتر از 17/0

کمتر از 10/0

کمتر از 07/0

کمتر از 1000

جذب آب مویینه

یک ساز و کار جذب آب، حرکت آب به صورت نم مویینه رو به بالا می باشد که نیاز به انجام آزمایش خاص و هماهنگ با این ساز و کار احساس می شود.

در این آزمایش ها معمولا مقدار آب جذب شده در واحد سطح، ارتفاع نم مویینه و آهنگ جذب آب مویینه تعیین و گزارش می شود که در همه دستورها بصورت یکسان نیست و به برخی از این پارامترها پرداخته می شود.

دستور آزمایش RILEM CPC11.2 از جمله دستور آزمایش های قدیمی در این زمینه است که سالها مورد استفاده قرار گرفته است. اخیرا دستور استاندارد ASTM C1585 ارائه شده است که با دقت بیشتری شرایط آزمایش و شکل آزمونه را مشخص نموده است. در این آزمایش از یک قرص بتنی به قطر 100 میلیمتر و ارتفاع 50 میلیمتر استفاده می شود که بخش تحتانی آن 1 تا 3 میلیمتر در آب قرار گرفته است و رطوبت محیط اطراف نمونه نیز کنترل می گردد و درنهایت، آهنگ جذب آب مویینه در بازه های زمانی مختلف بدست می آید. هنوز طبقه بندی خاصی در مورد کیفیت بتن ها توسط این آزمایش مطرح نشده است و آنچه در زیر مشاهده می شود عمدتا مربوط به آزمایش های انجام شده بر اساس دستور RILEM می باشد.

جدول 8- محدوده پذیرش جذب آب مویینه بتن با دوام

کیفیت بتن

عالی

خیلی خوب

خوب

متوسط

ضعیف

جذب آب (mm/h-0.5)

کمتر از 1/0

1/0 تا 15/0

15/0 تا 2/0

2/0 تا 25/0

بیشتر از 25/0

 

هرچند ساز و کار برخی خرابی ها در ایران و حتی جنوب کشور مربوط به جذب آب مویینه است، اما در دستورهای استاندارد ایران این آزمایش برای بتن جایگاهی ندارد و طبعا مشخصات استاندارد و محدودیت خاصی نیز مطرح نگردیده است.

آزمایش مقاومت ویژه الکتریکی

سهولت یا سختی عبور جریان الکتریکی از بتن اشباع می تواند نشانه ای از نفوذپذیری آن در برابر آب و به ویژه انتشار و مهاجرت یونی (به ویژه یون کلرید) باشد مخصوصا اگر از آب نمک اشباع گردد.

این آزمایش بین پژوهش گران بسیار معروف و رایج است اما دستور استاندارد خاصی برای آن تدوین نشده است.

این آزمایش با استفاده از دو صفحه مسی یا برنجی که بر سطح آزمونه بتنی اشباع از آب به کمک خمیر سیمان تازه می چسبد و مقاومت الکتریکی به کمک اعمال یک جریان متناوب با فرکانس مشخص بدست می آید و می توان با داشتن سطح بتن و فاصله بین دو صفحه فلزی، مقاومت ویژه الکتریکی را بدست آورد. همچنین می توان با چهار الکترود (روش ونر) و تعبیه آن بر سطح بتن یا در سوراخ خاص و برقراری اتصال و تماس الکتریکی، مقاومت الکتریکی و مقاومت ویژه آن را بدست آورد.این روش برای قطعات بتنی موجود نیز قابل استفاده است، در حالی که روش قبلی فقط برای آزمونه های آزمایشگاهی مکعبی، استوانه ای یا منشوری و مکعب مستطیل کاربرد دارد.

در راه انجام این آزمایش مشکلات و مباحث خاصی مطرح می شود که عبارتند از:

- میزان رطوبت و اطمینان از اشباع بودن بدلیل تاثیر شدید بر مقاومت الکتریکی بتن

- نوع جریان و فرکانس مصرفی بدلیل تاثیر آن بر نتایج حاصله

- نقش شکل و اندازه نمونه بر نتایج حاصله

- نقش روش آزمایش (الکترود چهارگانه یا صفحات)

- نقش افزودنی های شیمیایی بر نتایج

- نقش مقاومت الکتریکی سنگدانه های بتن بر نتایج

به هرحال لازم است با محدود کردن تغییرات احتمالی دستور استاندارد واحدی را تدوین کرد و بتن ها را از این نظر مقایسه نمود و طبقه بندی کرد. طبقه بندی زیر که معیاری جهت ارزیابی بتن محسوب می شود، ارائه شده است.

جدول 9- تقسیم بندی احتمال خوردگی میلگرد براساس آزمایش مقاومت الکتریکی

احتمال خوردگی میلگرد

خیلی زیاد

زیاد

کم

ناچیز

مقاومت ویژه الکتریکی بتن (اهم-متر)

کمتر از 50

50 تا 100

100 تا 200

بیش از 200

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.

گاهی (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

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

25

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

C823

C856

C876

C900

C918

C944

C1040

C1074

C1150

D4580

D4748

D4788

روش استاندارد بدست آوردن و آزمون cores دریل شده و تیرهای اره شده بتن

میزان سیمان بتن سخت‌شده سیمانی پورتلند

میزان حفره هوایی در بتن سخت‌شده

روش آزمون استاندارد سرعت پالس در بتن

مقاومت سایشی سطوح افقی بتن

مقاومت بتن سخت‌شده در برابر نفوذ

شماره برجهنگی بتن سخت‌شده

بررسی و نمونه‌برداری از بتن سخت‌شده در ساختمان‌ها

بررسی پتروگرافیکی بتن سخت‌شده

پتانسیل نیم سلول فولاد تقویت بدون روکش در بتن

مقاومت بیرون کشیدگی بتن سخت‌شده

اندازه‌گیری مقاومت تراکم بتن تازه و پیش‌بینی مقاومت سنین بعدی

مقاومت سایشی بتن یا سطوح ساروج به روش کاتر چرخشی

تراکم بتن سخت‌نشده و سخت‌شده در محل با روش‌های هسته‌ای

برآورد مقاومت بتن به روش پختگی

شماره break-off بتن

اندازه‌گیری لایه‌لایه‌شدگی در کف پل بتنی با ایجاد صدا

تعیین ضخامت لایه‌های چسبیده خاکریز با استفاده از رادار پالس کوتاه

شناسایی لایه‌لایه شدگی در کف پل‌ها با استفاده از ترموگرافی مادون قرمز

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.7.1 استفاده از یک روش به عنوان مقدمه روش دیگر

در موقعیت‌هایی که یک روش مقدمه روش دیگر است، ترکیبی از روش‌ها کاربرد وسیعی دارد. مثال‌های رایج شامل یافتن آرماتور قبل از انواع دیگر آزمون و استفاده از روش‌های غیر مخرب ساده برای بررسی‌های مقایسه‌ای جهت کمک به ارزشمندترین مکان‌یابی آزمون‌های پرهزینه‌تر و خسارت‌بار است (شکل 1.1 را مشاهده کنید). تامست ترکیب موفقیت‌آمیز ترموگرافی و اندازه‌گیری سرعت پالس التراسونیک مورد استفاده به این شیوه را شرح داده است (33).

وقتی کنترل افزایش مقاومت اهمیت دارد، اندازه‌گیری پختگی می‌تواند اطلاعات مقدماتی مفیدی فراهم ‌کند تا به تایید روش‌های دیگر ارزیابی مقاومت برسد. مورد دیگر، استفاده از اندازه‌گیری پتانسیل نیم سلول برای تعیین میزان احتمال بروز خوردگی است و اندازه‌گیری‌های بعدی مقاومت ویژه در نواحیی که ثابت شده در معرض خطر هستند احتمال بروز واقعی خوردگی را مشخص خواهد کرد.

4.7.1 کالیبراسیون آزمون

مثال‌هایی از کالیبراسیون شامل ترکیبی از آزمون‌ها، که غالبا دیده می‌شود، استفاده از cores یا آزمون‌های بار مخرب برای ایجاد همبستگی میان روش‌های غیر مخرب یا نیمه مخرب که به طور مستقیم به بتن مورد پژوهش مربوط می‌شود. برای کالیبراسیون یا اعتبارسنجی نتایج بررسی‌های رادار، ممکن است coring یا سوراخ کردن نیز لازم باشد.
5.7.1 تشخیص علل خرابی

به احتمال زیاد بیش از یک نوع آزمون برای شناسایی ماهیت و علت خرابی و برای ارزیابی دوام بتن در آینده، لازم خواهد بود. اگر خوردگی آرماتور مطرح باشد اندازه‌گیری پوشش همراه با دامنه احتمالی آزمون‌های شیمیایی، پتروگرافیکی و سایش انجام خواهد شد. وقتی علت خرابی، شکستگی بتن باشد، احتمالا انواع مختلفی از آزمون‌ها روی نمونه‌هایی که از بتن برداشته شده است لازم خواهد بود که در بخش 3.4.1 به آن اشاره شد.

عوامل و علل تخریب بتن

بتن با وجود مزایای منحصر به فرد که باعث استفاده روزافزون از آن در پروزه های ساخت و ساز و عمرانی گردیده است دارای نقاظ ضعفی است که در صورت نیاندیشیدن تمهدات لازم در مواجه با آنها می تواند به تخریب بتن بیانجامد. از جمله این عوامل می توان به طراحی نادرست ، حمله اسیدی ، خوردگی کلرایدی و کربناتی ، حمله سولفاتی ، سایش ، حریق ، بارگذاری خارج طرح ، واکنش قلیایی ، کاویتاسیون و .. اشاره کرد. در متن زیر به انواع علل و عوامل در زمینه تخریب بتن و دلایل و مکانیزم آن پرداخته می شود.

شما می توانید برای مشاوره ، تست غیرمخرب ، ارزیابی و اعمیرات و تقویت انواع سازه های بتنی با بخش فنی مجموعه کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( شرکت ژرف تابان مهر ) – 44618462 – 09120916272 تماس حاصل فرمائید.

شرح علت و چگونگی آسیب رساندن آن به بتن
بحث و  یا تهیه ی فهرستی از روش های مناسب و مواد لازم  برای تعمیر آن نوع خاص  از آسیب بتنی
 شاکله ی این فصل را شناخت اهمیت تعیین علت آسیب رسیدن به بتن ، قبل از انتخاب روش تعمیر تشکیل می دهد. انتظار می رود که بحث های مشروح انتخاب روش تعمیر، همانطور که در فصل چهارم آمده است ، قبل اجرا مد نظر قرار گیرد.

11. آب اضافه در مخلوط بتن

 استفاده از آب بیش از حد در مخلوط های بتن شایع ترین علت آسیب به بتن است. آب بیش از حد مقاومت بتن را کاهش می دهد ، مدت زمان کیورینگ و انقباض خشک را افزایش داده ، موجب افزایش تخلخل وخزش شده و مقاومت بتن  در برابر سایش را کاهش می دهد. شکل 16 اثرات تجمعی نسبت آب به سیمان بر دوام بتن را نشان می دهد. در این شکل، دوام بالای بتن ، با صعوبت نسبت آب به سیمان و هوای مصرفی پایین متناسب است. خسارت ناشی از آب اضافی می تواند به سختی قابل تشخیص باشد زیرا که معمولا این آسیب بوسیله خرابی های علت های دیگر پوشانده شده است. به عنوان مثال، ترک خوردگی  ناشی از انجماد و ذوب ، رشد فرسودگی در اثر سایش، یا ترکهای جمع شدگی ناشی از خشک شدن، اغلب به عنوان آسیبهای بتن شناخته می شوند ، اما  در واقعیت، آب اضافی باعث پایین آمدن دوام بتن شده که این خود به علل دیگر اجازه ی  حمله به بتن را خواهد داد. در طول آزمایشات پتروگرافی، گاهی اوقات می توان موارد شدید وجود آب اضافی دربتن سخت شده را از طریق حفرات مویینه آب یا حفره های آب در زیر سنگدانه های بزرگ شناسایی کرد. معمولا، بررسی گزارشات بچینگ ، سوابق طرح اختلاط و بازرسی های میدانی استفاده بیش از حد از آب را در بتن آسیب دیده تایید می کنند. البته باید در نظر داشت، به هر حال ، آب اضافه شده به بتن در تراک میکسر در هنگام حمل به محل پروژه و یا به خود بتن  در طول عملیات بتن ریزی، غالبا مکتوب نشده و مستند نمی گردد.

تنها تعمیر دائمی بتن آسیب دیده به علت آب اضافی حذف و جایگزینی بتن است. با این حال، با توجه به میزان و ماهیت خسارت، تعدادی از روش های نگهداری و یا تعمیر می تواند درافزایش عمر سازه بتنی مفید باشد. اگر آسیب با تشخیص زودرس همراه بوده و عمق آسیب کم ( کمتر از 5/1 اینچ )  است، استفاده از ترکیبات آب بندی بتن، مانند مواد جامد  غلظت بالا ( بیشتر از 15 درصد ) الیگومریک سیلوکسان یا سیستم های سیلان (بخش 38 ) و یا سیستم مونومر  با وزن مولکولی بالا (بخش 35 ) نفوذ آب را کاهش داده و  مقاومت  بتن در برابر چرخه ی  انجماد و ذوب را بهبود بخشیده و تخریب بتن را کاهش  می دهد.

سیستم  تعمیراتی اینچنین ، نیازمند به برنامه بازبینی و تعمیر در  فواصل زمانی 5 تا10  ساله است. بتن ریزی با چسب اپوکسی برای پیوند بتن قدیم به جدید (بخش 31 ) برای تعمیر خسارت هایی که گستردگی آنها بین 5/1 تا 6 اینچ به داخل بتن تخمین زده  می شود، و جایگزین  کردن بتن (بخش 29 ) برای تعمیر آسیب هایی با عمق 6 اینچ یا بیشتر ، توصیه می شود.

12 – طراحی نادرست

  عیوب در طراحی می تواند انواع بیشماری از آسیبهای بتن را ایجاد کند که بحث در مورد همه انواع آن فراتر از حوصله این کتاب است .با این حال، یک از اشکالات طراحی که به تازگی تا حد زیادی رایج شده است ، قرار گرفتن  قطعات فلزی جاسازی شده ،  مانند خط لوله برق یا جعبه تقسیم در نزدیکی سطوح بیرونی سازه های بتنی است. ترک در بتن و در اطراف چنین محلهایی تشکیل شده و اجازه می دهد سرعت  تخریب و فرایند  انجماد و ذوب سریعتر صورت گیرد. بیس پلیت های فلزی راه آهن ها و گارد ریل ها که بیش از حد در نزدیکی لبه ی بیرونی دیوارها  قرار داده شده اند ، پیاده رو ها و نرده های جان پناه نیز نتایج مشابهی را رقم می زنند.

این قطعات فلزی و گسترش نفوذپذیری درون بتن با تغییرات دما متناسب است. با انبساط  فلز تنش کششی در بتن ایجاد شده، و در نتیجه باعث ایجاد ترک خوردگی و پس از آن سبب آسیب ذوب و انجماد می گردد.طول گارد ریلها  یا نرده های جانپناه می تواند مشکل دیگری ایجاد کند.لوله های مورد استفاده در آنها نیز دچار انبساط وانقباض طولی در اثر تغییرات دما شده واگر مفاصل لغزش کافی تعبیه نشده باشد، این انبساط و انقباض عامل ترک خوردگی در نقاط اتصال بیس ها به بتن می گردد. این ترک ها نیزسرعت آسیب های ناشی از انجماد و ذوب در بتن را افزایش می دهد.

پوشش و کاور ناکافی بتن بر روی شبکه آرماتور یک علت شایع آسیب به سازه های پل و بزرگراه است. این مشکل در سازه های آبی و آبیاری هم وجود دارد. برای جلوگیری از عدم احتیاج به بازسازی و تعمیر معمولا نیاز به  حداقل 7.5 سانتیمتر پوشش بتن بر روی شبکه آرماتور سازه هست، اما در محیط های خورنده که بتن در معرض اثرات مخرب سولفات ها، اسیدها، یا کلریدها قرار دارد این میزان باید حداقل10 سانتیمتر باشد.

پوشش ناکافی اجازه می دهد تا خوردگی در آرماتورها آغاز گردد، ایجاد اکسید آهن و محصولات جانبی ناشی از این خوردگی نیاز به فضای بیشتر در بتن داشته و در نتیجه ترک خوردگی و متورق  شدن بتن را باعث می گردند.

عدم استفاده از مفاصل انقباضی کافی و یا عدم رعایت فواصل درزهای انبساطی به منظورتوزیع یکنواخت دما در اسلب بتنی به آن آسیب میزند و بتن با مفاصل انقباض ناکافی ترک خواهد خورد و این ترک ها در نقاطی که نیاز به درز انبساط بوده اما تعبیه نشده مشهود است. متاسفانه، دیدن چنین ترکهایی به عنوان درز انقطاع های شکل گرفته یا بریده شده چندان جذاب نیست اما ساختار این ترک ها تنش های کششی را کنترل می کند و با وجود ظاهر ناخوشایند این ترکها ، به ندرت نیاز به تعمیر وجود دارد. اسلب بتنی ساخته شده با درزهای انبساطی ناکافی و یا خیلی تنگ می تواند باعث آسیب های جدی به عرشه پل، جاده سد، و طبقات بلند، سطوح شیب دار، سرریز های سد گردد. هر کدام از این بتن ها چرخه طولانی تغیرات روزانه، فصلی و سالیانه دما در اثر تابش های خورشیدی را تجربه می کنند. در نتیجه انبساط بتن در سطوح فوقانی اسلب ها که دمای بالاتری دارند، بیشتر و در بخش ها و لبه های تحتانی که خنک تر هستند کمتر است.چنین انبساطی می تواند موجب لب به لب و مماس شدن بخش های فوقانی دال ها در محل درز های انقطاع شده که در این شرایط  تنها راه ممکن برای حرکت آسان اسلب ها به سمت بالا می باشد که این امر باعث ایجاد تورق  در فرم بتن گردیده ، که از محل درزها آغاز شده و تا 1 تا 2 اینچ پشت دال ها پیشروی می کنند. این تورق ها به طور معمول در شبکه فوقانی آرموتور بندی واقع شده اند. در اقلیم های معتدل، تورق بتن  در دو سوی درزهای انبساطی باقی مانده و آسیب بیشتر وارد نمی شود. با این حال،  در آب و هوای سرد، آب می تواند چرخه روزانه ای از انجماد و ذوب را وارد درزهای ناشی از تورق کند. این باعث می شود که ورقه ورقه شدن بتن رشد کرده  و از 3 تا 5 فوت دورتر از محل درز گسترش یابد. شکل 17 نمونه ای اغراق شده از این آسیب است.

مرمت و بازسازی آسیب های ناشی از طراحی معیوب تا زمانی که اشکالات طراحی کاهش نیابد، بیهوده است. قطعات  فلزی جاسازی شده می تواند برداشته شود، نرده ها را می توان به مفاصل لغزشی مناسب  مجهز نمود، و بیس پلیت های گارد ریل  را می توان به محل هایی که بتن در آنجا  مقاومت کافی در برابر نیروهای کششی را دارد جابجا کرد. جبران کاور کم بتن روی شبکه آرماتور بندی بسیار دشوار است، اما در صورت لزوم می توان مواد مناسبی برای تعمیر و مقاومت در برابر انواع خاصی از خوردگی را برگزید. عملیات بازسازی و محافظتی می تواند با بهره گیری از مواد آب بند بتن صورت گیرد. استفاده از پوشش های آب بند از نفوذ آب به  بتن جلوگیری نموده و اثرات مخرب عوامل محیطی را کاهش می دهد.

دال های با تعداد کم درزهای انبساطی را نیز می توان با استفاده از کاتر برش داد و به تعداد درز های انبساطی افزود و یا با افزایش عرض درز ، آنها را برای مقابله با اثرات انبساط گرمایی آماده نمود.

آسیب ناشی از اشکالات طراحی به احتمال زیاد می تواند با استفاده از جایگزینی بتن (بخش 29) ، جایگزینی بتن با استفاده از چسب اپوکسی(بخش 31 ) ، و یا ترکیبی از چسب و ملات های تعمیری اپوکسی (بخش 30) مرتفع شود.

13- نقایص ساخت

آسیب های معمول وارد بر بتن در اثر اجرای نادرست مشتمل بر کرمو و متخخل شدن بتن، در رفتن قالب ، اشتباهات محاسباتی و اندازه گیری و نقایص تکمیل کار است.

کرمو شدن و تخلخل بتن در واقع مناطقی هستند که بر اثر ناتوانی ملات سیمان در پر کردن فضاهای موجود اطراف سنگدانه ها و در نتیجه خالی ماندن آنها ایجاد می گردند. در صورت خفیف بودن این نقیصه به شرط اینکه از باز کردن قالبها بیش از 24 ساعت نگذشته باشد می توان از ملات سیمان (بخش 25 ) استفاده نمود.اگر عملیات ترمیم بیش از 24 ساعت بعد از برداشتن قالب و با تاخیرصورت گرفته، یا سطح کرمو شده ی بتن گسترده است، باید ابتدا بتن های معیوب برداشته شده ، سپس با استفاده از ملات ترمیمی آماده (بخش 26 ) ، به همراه چسب پیوند دهنده اپوکسی ، تعمیر صورت گیرد (بخش 31 ) ، روش نهایی نیز جایگزینی کل بتن با بتن جدید است (بخش 29 ) بعضی از نقص های جزئی ناشی از حرکت قالب یا در رفتن قالب  را می توان با استفاده از سنگ ساب ،  صاف و پرداخت نمود (بخش 24 ) .در اکثر موارد این رفع نقص به سادگی توسط مالک پذیرفته شده ، در غیر این صورت مجری موظف است نسبت به تخریب و جایگزینی آن بخش آسیب دیده از بتن اقدام کند.

فرصت های زیادی برای ایجاد خطاهای ابعادی در ساخت و ساز بتن وجود دارد. در صورت امکان ، بهترین روش معمولا پذیرفتن نقص به جای تلاش برای تعمیر آن است. در غیر این صورت اگر طبیعت نقص کیفی بتن به گونه ای باشد که نتوان آن راپذیرفت ، بهترین تصمیم، تخریب و باز سازی مجدد است. در بعضی موارد، خطاهای ابعادی را می توان با تخریب بتن معیوب و جایگزینی آن با بتن جدید با استفاده از چسب اپوکسی اصلاح کرد.

نقایص تکمیلی معمولا شامل پرداخت بیش از حد (سطح نهایی ) و یا اضافه کردن آب و  یا  سیمان به سطح در طی مراحل اتمام کار است. در هر دو مورد، سطح متخلخل و نفوذ پذیر و در نتیجه کم دوام می شود. سطوح ضعیف نهایی در همان اوائل عمر سازه ترک خورده و خرد می شوند. مرمت و بازسازی سطح خرد شده شامل حذف بتن ضعیف و جایگزینی آن با بتن جدید با استفاده از چسب  پیوندی اپوکسی است (بخش 31 ) است.اگر روند تخریب به سرعت تشخیص داده شود، می توان عمر (بتن نهایی ) سطح را با استفاده از ترکیبات آب بند کننده بتن (بخش 35 و 38)  افزایش داد.

14-تخریب سولفاتی

سولفات سدیم، منیزیم و کلسیم، از جمله نمکهایی هستند که معمولا در خاکهای قلیایی  و مناطق ساحلی یافت می گردد . این  گروه از سولفات ها با آهک  هیدراته و هیدرات آلومینات موجود در خمیر سیمان واکنش شیمیایی داده و تشکیل سولفات کلسیم و   سولفات کلسیم آلومینات می دهند .حجم محصولات جانبی این واکنش بیشتر از  حجم خمیر سیمان تولید شده است، بنابراین امکان شکستن بتن در اثر انبساط وجود دارد . سیمان پرتلند نوع 5، که درصد آلومینات کلسیم پایینی دارد، در برابر واکنش شیمیایی و حمله سولفات ها بسیار مقاوم است . بنابراین در جاهایی که سازه بتنی در مجاورت خاک و یا آبهای زیر زمینی دارای سولفات قرار دارد باید از این نوع سیمان استفاده کرد.

گاهی اوقات استفاده از یک پوشش نازک بتن پلیمری می تواند برای بتنی که دستخوش فرسایش و آسیب مدام به علت قرار گرفتن در معرض سولفاتها است ، مفید باشد (بخش 33 ) ،  همچنین  استفاده از مواد و ترکیبات آب بندی بتن (بخش 35 و 38 ) نیز اثر بخش است. تناوب پیاپی  خشک و تر شدن  سازه به تخریب سولفاتی سرعت می بخشد ،لذا کاهش و کم کردن نرخ تخریب را  می توان با قطع این چرخه انجام داد.روش پیشنهادی دیگر از بین بردن سولفات های قابل انتقال از راه آب است در صورتی که دسترسی به منبع سولفاتی امکان پذیر باشد. در غیر این صورت پس از انجام بازبینی مناسب باید بتن موجود تخریب شده و با بتن ساخته شده با سیمان تیپ 5 جایگزین شود.

15 – واکنش قلیایی سنگدانه ها

انواع خاصی از شن و ماسه، مانند سنگ اوپال، چرت (نوعی سنگ آتشزنه با ذرات متراکم و سیاه ) ، سنگ چخماق یا آذرین با محتوای سیلیسی بالا، با کلسیم، سدیم ، پتاسیم و هیدروکسیدهای قلیایی سیمان پرتلند واکنش می دهند .این واکنش، علی رغم بیش از  نیم قرن مطالعه و تحقیق  اداره اصلاح از سال 1942 چندان درک و شناخته نشده است. برخی بتن های دارای سنگدانه های  با قابلیت واکنش پذیری قلیایی، به سرعت شواهدی دال بر گسترش تخریب و فرسایش را در خود نشان می دهند. اما بتنهای دیگرممکن است برای سالهای زیادی دست نخورده باقی بمانند. بررسی پتروگرافی در بتن های واکنش پذیر نشان می دهد که نوعی ژل در اطراف این نوع سنگدانه ها تشکیل شده است.

این ژل در حضور آب یا بخار آب (رطوبت نسبی 80 تا  85  ) ، به شدت گسترش پیدا کرده و ترک های کشیده ای در اطراف سنگدانه ها ایجاد کرده و در بتن گسترش می یابد (شکل  18 ) و در صورتی که مهار نشود، این گسترش در داخل بتن برای اولین بار به صورت ترک خوردگی های منظمی بر روی سطح آشکار می گردد. معمولا، در برخی از موارد تراوش سفید رنگی در داخل و اطراف بتن ترک خورده مشاهده می شود .در موارد شدید، این ترک ها 5/1 تا 2 اینچ (شکل 19 )   باز می گردند.

بسیار معمول است که چنین آسیب های گسترده ای، منجر به چین خوردگی های(جابجایی های -  قابل توجهی در بتن و یا قیود و نقاط اتصال بتنی تونلهای کنترل سدها گردد. در سازه های بتنی بزرگ، واکنش قلیایی سنگدانه ممکن است فقط در مناطق خاصی از سازه رخ می دهد. تا زمانی که استفاده از چندین معدن و دپوی سنگدانه برای استفاده در ساخت سازه های بتنی بزرگ معمول بوده و مورد تایید قرار می گیرد، این روش ممکن است برای تشخیص گیج کننده باشد. زیرا  بتن حاوی شن و ماسه قلیایی یا سنگدانه واکنش پذیر، تنها در بخشهایی از سازه که نمایان ساخته شده است ، قابل تشخیص می باشد .

در سازه های جدید استفاده از سیمانهای پرتلند با خاصیت قلیایی پایین و سرباره پوزولانی میتواند بطور کامل یا تا حد بسیار زیادی خوردگی در اثر واکنش سنگدانه ها را متوقف کند. در سازه های موجود خوردگی ناشی از مصالح سنگی واکنش پذیر تقریبا غیر قابل تعمیر است. هیچ روش اثبات شده ای برای حذف اثر واکنش های قلیایی سنگدانه ها وجود ندارد. اگرچه نرخ گسترش تخریب با اتخاذ تدابیری جهت خشک نگه داشتن سازه در بعضی موارد ممکن است کند شود. اما هر گونه تلاش برای تعمیر سازه هایی که تحت تاثیر واکنش های قلیایی هستند، بی ثمر است. با گسترش مداوم این عارضه در داخل بتن هر گونه مواد تعمیری به سادگی جدا شده و بی اثر می شوند. سازه های تحت تخریب فعال باید به صورت مدام مونیتور شده و مورد بازرسی قرار گیرد، و تنها لازم است تعمیراتی را انجام داد که در جهت حفظ بهره برداری مطمئن سازه باشد. تعدادی از سد ها با استفاده از ایجاد اتصالات بتنی ،  با ایجاد برش های ترمیمی در سطوح بتنی آنها به وسیله سیم های بکسل برنده ، به چرخه بهره یرداری بازگردانده شده اند. سپس این برش ها با استفاده از تکنیک تزریق رزین پلی اورتان    جهت آب بند کردن و متوقف ساختن نشت آب ، پر می شوند (بخش 34 ).

با افزایش انبساط بتن، چنین برشهای آزادی منتاوبا تکرار می شود. در بسیاری از سازه ها، جابجایی ها و انبساط ها کند شده و از بین می روند و میزان این کندی و توقف بسته به واکنش های قلیایی سنگدانه ها و ترکیبات قلیایی موجود در بتن است . فقط هنگامی می توان اصلاح و ترمیم را برای بهربرداری به صورت نهایی انجام داد که انبساط سازه به صورت کامل انجام پذیرفته باشد. در هر صورت، باید این پیش بینی را داشت که در نهایت ممکن است نیاز به جایگزینی بتن تحت تاثیر خوردگی قلیایی، وجود داشته باشد. جایگزین کردن بتن به این صورت،  در سال 1975 در آمریکا ، در جریان بازسازی سد آیداهو فالز اتفاق افتاد. این سد در سال 1927 ساخته شد و پس از مطالعات گسترده توسط آزمایشگاه بتن دنور مشخص گردید که بتن سد در اثر واکنش قلیایی سنگدانه ها به شدت آسیب دیده است.

16 – تخریب ناشی از سیکل انجماد و ذوب

تخریب ناشی از یخ زدکی و ذوب مداوم آب درون بتن یکی از علت های شایع آسیب پذیری سازه های بتنی در اقلیم های سرد سیری است. شرایط زیر در رخ دادن صدمات ناشی از  انجماد و ذوب موثر هستند :

سازه تحت تاثیر مداوم سیکل ذوب و انجماد باشد.
خلل و فرج موجود بتن، در هنگام یخ زدگی از آب اشباع – بیش از 90 درصد- شده باشد.
آب در مدت زمان انجماد حدود 15 درصد انبساط حجمی را تجربه می کند. اگر خلل و فرج  و حفرات مویینه در بتن تقریبا در طول انجماد اشباع شده باشند، این انبساط سبب اعمال نیروهای کششی شده و منجر به شکستگی و ترک خوردگی ماتریس ملات سیمان می گردد. این تخریب تقریبا در تمامی لایه های بتن از سطوح خارجی به داخل رخ می دهد. نرخ پیشرفت آسیب  به تعداد چرخه های انجماد و ذوب ، درجه اشباع سازه در طول انجماد، تخلخل بتن، و شرایط قرار گرفتن در معرض تابش نور بستگی دارد. دیوارهایی که در معرض ذوب برف یا پاشش آب هستند، دالهای افقی که در تماس با آب قراردارند و دیواره های عمودی که در مسیر عبور آب واقع هستند از جمله مکان های معمول برای آسیب در اثرانجماد و ذوب مداوم  می باشند. اگر بتن در معرض تابش نور از سمت جنوب قرار گیرد، روزانه یک نیم سیکل انجماد در شب و یک نیم سیکل ذوب را در روز تجربه می کند. در مقابل، بتن ها با در معرض قرار گرفتن از سمت شمال ممکن است فقط یک چرخه انجماد و ذوب را در هر زمستان، پشت سر گذارده و در نتیجه  وضعیت مخرب به مراتب کمتری را تجربه می کنند.  شکل های 20 و 21 نمونه ای از این نوع تخریب را نشان می دهد.

شق دیگری از تخریب های ناشی از چرخه انجماد و ذوب به عنوان ترک "”D - (ترکهایی به شکل حرف بزرگ دی لاتین ) شناخته می شوند. در این مورد، گسترش تخریب در اثر کیفیت پایین، جذب پذیری بالا، و استفاده از سنگدانه های درشت درملات سیمان رخ می دهد. این نوع ترک خوردگی اغلب در گوشه ها و کنج های  بدون حفاظ دیوارها یا دالها و در محل اتصال ها دیده می شود. در چنین آسیبی مجموعه ای از ترک های تقریبا موازی که کلسیت (آهک) از درونشان بیرون میریزد (شوره می زند ) و  معمولا سراسر گوشه و کنار سازه را قطع می کند. (شکل 22 ) مشاهده می شود..

در سال 1942، دایره بازسازی ((Bureau of Reclamation  صراحتا استفاده از مواد افزودنی هوا زا (AEA )  را در بتن ، به منظور کاهش تخریب سیکل ذوب و انجماد آغاز نمود . سازه های بتنی ساخته شده قبل از این تاریخ فاقد هوازا  بودند. سد Angostura، که در سال 1946عملیات ساخت آن آغاز گردید، اولین سد ساخته شده با استفاده از مواد هوازا بود.

این نوع افزودنی، حباب های کوچکی از هوا درون جسم بتن تولید نموده که فضای کافی جهت انبساط آب در هنگام یخ زدگی را فراهم می سازد. اگر هوازای مناسبی با غلظت صحیح درون بتن تازه ی با کیفیتی، بخوبی میکس و مخلوط شود، حاصل کار  می بایستی بجز در اقلیم های  با آب و هوای بسیار بد، صدمات بسیار کمی در اثر سیکل ذوب و انجماد متحمل گردد.. در نتیجه اگر در یک بتن جدید، چرخه ذوب و انجماد به عنوان عامل آسیب مورد سوظن باشد، ابتدا باید این موضوع مورد بررسی قرار گیرد که چرا افزودنی هوازا اثر بخش نبوده است.

 بجز مواردی که بتن در معرض رطوبت و یا  آب و هوای به شدت سرد قرار داشته باشد هنگامی که در بتن تازه آسیب هایی از نوع چرخه ذوب و انجماد را ظاهر می شود، به احتمال قوی دلایل دیگری وجود دارد (بخش 23 را ببینید ).

همانطور که گفته شد تخریب ناشی از چرخه انجماد و ذوب بتن تنها زمانی رخ می دهد که بتن تقریبا اشباع شده باشد. بنابراین کاهش موفقیت آمیز صدمات ناشی از آن نیز، شامل کاهش یا حذف چرخه انجماد و ذوب و یا کاهش جذب آب توسط جسم بتن خواهد بود.  معمولا هیچ روش شناخته شده ای برای محافظت و عایق بندی بتن جهت کنترل دما در سیکل های انجماد و ذوب وجود ندارد، اما می توان از ترکیبات آب بندی بتن (بخش 35 و 38 ) برای جلوگیری یا کاهش جذب آب برای سطوح نمایان بتنی استفاده نمود. مواد آب بند برای بتن های غوطه ور در آب  چندان اثر بخش نیست، اما می توانند از بتن هایی که در معرض باد و باران و آب شدن برف قرار دارند، محافظت نمایند.

ترمیم بتن آسیب دیده در اثر ذوب و یخ مدام ، اغلب به جایگزینی بتن ختم می شود (بخش 29 ). اگر ترک ها در حدود 6 اینچ و یا عمیقتر باشند باید از چسب اپوکسی به همراه بتن جدید استفاده کرد (بخش 31) و یا از بتن پلیمری استفاده نمود ( بخش 32) . اگر صدمات بین 5/1 تا 6 اینچ عمق داشته باشد، حتما و مطمئنا در بتن جایگزین باید از مواد هوازا استفاده نمود. تلاش ها برای ترمیم خوردگی ها و تخریب های سطحی در اثر یخ زدگی و ذوب شدن متناوب، با عمق کمتر از 5/1 اینچ کاملا مایوس کننده بوده است. تا به امروز هیچ ماده تعمیری عمومی یا اختصاصی مناسبی برای ترمیم های با این ضخامت  شناخته نشده است.

17- تخریب در اثر سایش و فرسایش

در سازه های بتنی که آب را به همراه گل و لای و ذرات معلق منتقل می کنند، شن ، خورده سنگ و یا آب با سرعت جریان بالا موضوعات مورد مطالعه در تخریب بتن در اثر سایش می باشند. حوضچه های آرامش در سد ها در صورتی که ذرات موجود در کف آنها جارو و منتقل نشود در معرض سایش قرار خواهند گرفت. در برخی از حوضچه های آرامش به علت معیوب بودن الگوی جریان ، سنگریزه ها و ذرات از پایین دست به بالا دست حوضچه کشیده می شود. در محلهایی که این ذرات درون حوضچه جمع میشوند، در زمانی که جریانهای شدید وجود دارد، تخریب های قابل توجهی بوجود می آید.(شکل 23). این سایش در اثر کوبش شن و خورده سنگ ها و گل و لای به کف اتفاق می افتد. آسیب ناشی از این تخریب به صورت صیقلی شدن سطح بتن ظاهر می شود (شکل 24). سنگدانه های درشت بتن نمایان شده  تحت اثر گل و لای و شن، جلا می خورند. شکل 25 مراحل اولیه سایش و احتمالا شروع خوردگی در دیوارهای حوضچه آرامش را نشان می دهد. میزان تخریب سایش و خوردگی تابعی از متغیرهای زیاد و همچنین مدت زمان قرار گرفتن (سازه ) در معرض این مولفه هاست. شکل سطوح بتنی، سرعت و الگوی جریان، مسیر جریان، و مجموع بارگذاری امکان دستیابی به نظریه ای عمومی برای پیش بینی رفتار بتن در این شرایط  را بسیار دشوار ساخته است. در نتیجه، معمولا لازم است مدل هیدرولیکی سازه برای تشخیص شرایط و الگوی جریان در حوضچه های آسیب دیده و ارزیابی تغییرات مورد نیاز، مورد مطالعه قرار گیرد. اگر تمامی شرایطی که منجر به سایش و فرسایش سازه میگردد مورد بررسی قرار نگیرد، بهترین مواد تعمیری هم کارایی نداشته و عمر بهره وری سازه پایین خواهد آمد.

به طور کلی این درک وجود دارد که بتن با کیفیت بالا به مراتب مقاوم تر از بتن با کیفیت پایین در مقابله با آسیب ناشی از سایش است. تعدادی از مطالعات انجام شده در سال1991 ، به وضوح نشان می دهد که مقاومت بتن در برابر سایش با افزایش مقاومت فشاری بتن افزایش می یابد.

بهترین ترمیم آسیب های ناشی از سایش استفاده از بتن با دوده سیلیسی (بخش 37) و یا استفاده از بتن پلیمری است (بخش 32). این مواد بالاترین مقاومت در برابر تخریب را در تست های آزمایشگاهی و میدانی نشان داده اند. اگر تخریب تا پشت شبکه آرماتور بندی نفوذ نکرده و حداقل 6 اینچ در جسم بتن نفوذ کرده باشد، باید بتن جدید میکس شده با پودر میکروسیلیس روی یک لایه چسب اپوکسی تازه اجرا شود. شکل 26، نحوه ی اجرای بتن با پودر میکروسیلیس جهت ترمیم خرابی های ناشی از سایش، فرسایش و چرخه ی انجماد و ذوب را بر روی کف سرریز سد Vallecito نشان می دهد.

18- آسیب های ناشی از پدیده کاویتاسیون

تخریب در اثر کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که جریان آب با سرعت بالا به صورت نامنظم و ناپیوسته به سطح جریان برخورد کند  ناپیوستگی در مسیر جریان باعث می شود آب سطح جریان را بالا بکشد، در نتیجه باعث ایجاد مناطق فشار منفی شده و حباب هایی از بخار آب ایجاد می گردد. این حباب ها به پایین دست جریان حرکت کرده و می ترکند. اگر ترکیدگی حباب ها مجاور یک سطح بتنی صورت بگیرد، یک ناحیه ی ضربه ای فشار بالا گرداگرد یک منطقه بی نهایت کوچک در روی سطح ایجاد می شود. چنین ضربات قدرتمندی می تواند ذرات بتن را جابجا و قلوه کن کرده ، باعث تشکیل ناپیوستگی دیگری شود که خود آن می تواند باعث آسیب گسترده تری در اثر پدیده کاویتاسیون گردد. شکل 27، الگوی کلاسیک  "درخت کریسمس" –تخریب ایجادی در اثر کاویتاسیون به شکل کاج کریسمس- در یک تونل انتقال بتنی بزرگ در سد گلن کانیون که از سال 1982  در مدار بوده ، نشان می دهد.  در این نمونه، تخریب کاویتاسیون به طور کامل در طول تونل بتن گسترش یافته و نیز حدود 40 فوت به عمق صخره (شکل 28)  نفوذ کرده است.

تخریب در اثر کاویتاسیون در درون ، اطراف و چهارچوبه دریچه های کنترل آب معمول است. جریان  با سرعت بسیار بالا هنگامی رخ   می دهد که گیت های کنترل آب برای اولین بار باز می شوند ویا به مقدار کوچکی باز می مانند .این جریان باعث تخریب از نوع کاویتاسیون در پایین دست گیت ها یا اطراف آن می گردد.

برای ایجاد مقاومت در برابر پدیده کاویتاسیون بسیاری از مواد مختلف  توسط آزمایشگاه های اصلاح و ترمیم، رسته ی مهندسی ارتش ایالات متحده، و دیگران تست شده است . تا به امروز، هیچ ماده ای، از جمله فولاد ضد زنگ و چدن، قادر به تحمل کامل اثر های تخریبی ایجاده شده توسط کاویتاسیون نیست. برای داشتن تعمیرات موفق باید علل ایجاد کاویتاسیون را در نظر گرفت.

قانون استاندارد انگشت شست بیان می کند که کاویتاسیون در جریان هایی با سرعت  کمتر از حدود 40 فوت در ثانیه ، در فشار محیط، رخ نمی دهد.  درباره ی سرعت جریانهایی تا به این اندازه نزدیک به آستانه (40 فوت بر ثانیه )، لازم است اطمینان حاصل شود که هیچ ناهمواری و یا ناپیوستگی در سطوح مسیر جریان وجود ندارد.

جزئیات و مشخصات ترمیم نهایی بر روی سطح سازه های بتنی که جریان هایی با سرعت بالا را تجربه خواهند کرد، باید بسیار سفت، سخت و بدون اغماض صورت پذیرند.

تعمیرات بتن تازه که توانایی و شرایط پاسخگویی به این نیاز سازه را نداشته باشد گاهی اوقات می تواند به صورت سنگ زنی وساب زنی سطح و برداشتن ناهمواری ها (بخش 24 ) انجام می شود. هرچند، که به احتمال زیاد  بتنی  که مشخصات سطحی مورد نظر را برآورده نسازد، باید برداشته گردیده و با بتن جدید جایگزین   (بخش 29 ) و یا بتن جایگزین  به همراه چسب اپوکسی(بخش 31 )  بازسازی گردد.

خسارت وارد شده در اثر کاویتاسیون به چهارچوب یا خود گیت های کنترل معمولا می تواند با استفاده از ملات اپوکسی و چسب پیوندی اپوکسی (بخش 30 )، ویا بتن پلیمری (بخش 32) ، و یا جایگزینی بتن به همراه چسب اپوکسی(بخش 31 ) تعمیر شود. به طور طبیعی چنین آسیب هایی معمولا بسیار گسترده نیستند. در نتیجه کشف و شناسایی آنها قبل از انجام تعمیرات بزرگ بسیار ضروری است. پس از انجام این تعمیرات، ایده خوبی است که یک لایه پوشش یکپارچه اپوکسی روی بتن ، از ابتدای چهارچوب گیت به سمت پایین دست به طول 5 تا 10 فوت اعمال کرد. سطح صیقل و شیشه ای پوشش اپوکسی ممکن است به جلوگیری از اثرات مخرب کاویتاسیون بر بتن کمک کند اما به هر حال باید توجه داشت، که پوشش های اپوکسی  به طور کامل  در برابر آسیب های ناشی از کاویتاسیون مقاوم نیستند.

برای داشتن یک تعمیر موفقیت آمیز در سرریزها، دریچه های خروجی ، یا حوضه های آرامش بتنی در سد ها تقریبا همیشه نیاز به ایجاد تغییرات عمده در ساختار بخش آسیب دیده به منظورجلوگیری از بازگشت تخریب وجود دارد. نتایج و عملکرد روشها در مطالعات مدل هیدرولیک، برای اطمینان از صحت طراحی چنین تعمیراتی باید در نظر گرفته شوند. یکی از روش های اصلاحی، نصب و راه اندازی شیار های هوا در سر ریز ها و تونل ها می باشد، که در از بین بردن و یا کاهش قابل توجه اثر کاویتاسیون بسیار موفق بوده است. بتن جایگزین معمولا در این نوع عارضه ها  و تعمیرات اینچنینی کاربرد بسیار دارد.

19- خوردگی شبکه آرماتور

خوردگی شبکه آرماتور،  معمولا نشانه ی برای تخریب بتن به علت دیگری است. در این مورد، علل مخرب دیگر بتن را ضعیف کرده و اجازه می دهند تا خوردگی شبکه آرماتور رخ بدهد. به هر صورت ، شبکه های آرماتور دارای خوردگی به صورت متداول در هر بتن آسیب دیده ای یافت می شوند لذا با توجه به اهداف این کتاب بنا داریم در این مبحث، علل خوردگی آرماتور ها را مورد مطالعه قرار دهیم.

ظرفیت قلیایی سیمان پرتلند مورد استفاده در بتن به طور معمول در اطراف آرماتورها ، ایجاد یک محیط بازی (قلیایی - غیر فعال (در حدود PH12) کرده که از آنها در برابر خوردگی محافظت می کند. وقتی که انفعال محیطی از دست رفته و یا از بین برود، و یا زمانی که بتن دچار ترک خوردگی شود و یا تورق به اندازه کافی اجازه دهد تا آب بدون مزاحمت وارد بتن شود، خوردگی رخ می دهد.  اکسیدهای آهن تشکیل شده در طول خوردگی فولاد نیاز به فضای بیشتری نسبت به سایز اصلی شبکه آرماتور در بتن دارند. این مسأله باعث بوجود آمدن تنش کششی در بتن و در نتیجه ایجاد ترک های اضافی و لایه لایه شدن کاور بتن و در نتیجه سرعت بخشیدن به روند خوردگی خواهد شد.

 برخی از علل شایع تر از خوردگی فولاد همراه شدن ترک خوردگی های بتن با سیکل انجماد و ذوب شدن، قرار گرفتن در معرض سولفات، و واکنش قلیایی سنگدانه ها، قرار گرفتن در معرض اسید، از دست دادن خواص قلیایی به علت کربناته، فقدان ضخامت کافی کاور بتن، و قرار گرفتن در معرض کلرید ها است.

قرار گرفتن در معرض کلرید ها تا حد زیادی نرخ خوردگی را سرعت می بخشد. این امر می تواند به فرمهای متعددی رخ می دهد. استفاده از نمک  ضد یخ (کلرید سدیم)  به بتن برای سرعت بخشیدن به روند آب شدن برف و یخ، منبع معمول برای کلریدها است. کلریدها همچنین می توانند در شن و ماسه، سنگدانه ها، و آب مورد استفاده برای آماده سازی مخلوط های بتن وجود داشته باشند. همچنین بعضی از سازه های آبیاری ، آب با محتویات کلرید بالا را منتقل و جابجا می کنند .

سازه های بتنی واقع در محیطهای ساحلی، قرار گرفتن در معرض کلراید را از طریق آب دریا و یا پاشش در اثرجریان باد تجربه  می کنند.

در نهایت یکی دیگر از راههای تاثیر کلرها روش تجربی استفاده از کلراید به عنوان مواد افزودنی بتن برای سرعت بخشیدن به هیدراتاسیون در زمستان (به عنوان ضد یخ) می باشد.

رخ دادن زنگ زدگی در شبکه آرماتور می تواند معمول باشد، اما نه همیشه . این مسئله را می توان با آشکار شدن لکه زنگ بر روی سطوح خارجی بتن و یا تولید صدای توخالی و یا طبل مانند و بمی که ناشی از ضربه زدن نرم روی بتن مشکوک ایجاد می شود، شناسایی کرد. همچنین می توان با اندازه گیری پتانسیل خوردگی هافسل از بتن آسیب دیده، با استفاده از دستگاه های الکترونیکی ویژه، که به این منظور ساخته شده، زنگ زدگی را شناسایی نمود. زمانی که زنگ زدگی شبکه آرماتور تایید شد، بسیارمهم است که آنچه واقعا باعث خوردگی شده شناسایی شود، چون معمولا علل خوردگی تعیین خواهد کرد که چه روش تعمیراتی را باید مد نظر و مورد استفاده قرار داد. بحث بیشتر درمورد روش های ترمیمی مناسب ، در بخش های دیگری از کتاب آورده شده است. هنگامی که علت آسیب شناسایی شد و مسئله ساده تر گردید، در صورت لزوم، حفاظت و آماده سازی شبکه آرماتور زنگ زده درهنگام برداشتن بتن فرسوده اهمیت می یابد. بر این اساس فلزی که توسط فرآیند خوردگی به کمتر از نصف سطح مقطع اصلی آن کاهش یافته باید حذف شده و جایگزین گردد. آرماتورهای باقی مانده نیز باید از تمام زنگ خوردگی ها و محصولات جانبی آن که با اتصال به مواد تعمیری در روند ترمیم کارآمد تاثیر می گذارند ، تمیز گردند. باید توجه داشت که شبکه آرماتور  خورده شده ممکن است از مناطق دارای بتن آسیب دیده به سوی بتن به ظاهر خوب گسترش یافته باشد. بنابرین در هنگام برداشتن بتن باید دقت کرد تمامی شبکه آرماتور دارای خوردگی شناسایی شود.

20- قرار گرفتن در معرض اسید

منابع شایع برای قرار گرفتن سازه های بتنی در معرض اسید در مجاورت معادن زیر زمینی اتفاق می افتد  آب های زهکشی خارج شده  از این معادن می تواند اسیدی و به صورت غیر منتظره ای با PH پایین باشد. مقدار PH  7 به عنوان ماده خنثی تعریف شده است.  مقادیر بالاتر از 7 قلیایی نامیده می گردد، در حالی که مقادیر PH  پایین تر از 7 اسیدی هستند. محلول اسید سولفوریک 15 تا 20 درصد، می تواند مقدار PH در حدود 1 را داشته باشد.

چنین محلولی به سرعت به بتن آسیب می زند. پسآبهای اسیدی با مقدار PH  بین 5 تا 6   تنها پس از قرار گرفتن طولانی سازه در معرض آنها به بتن صدمه میزنند.

تشخیص بتن آسیب دیده توسط اسید بسیار آسان است. اسید با سیمان پرتلندِ ملات بتن واکنش می دهد و سیمان به نمک های کلسیم تبدیل شده که بوسیله آب جاری ریزش کرده و شسته می شوند. سنگدانه ها ی درشت تر معمولا سالم می مانند، اما نمایان می گردند.  ظاهر بتن آسیب دیده توسط اسید تا حدودی مانند تخریب سایشی است، اما سنگدانه هایی که در معرض اسید قرار می گیرند نمایانتر و بدون صیقل هستند.

تخریب اسیدی به وضوح در سطح آغاز می شود، و تحت تاثیر اسید گسترش می یابد، از آن طرف هرچه به هسته اصلی سازه و عمق بتن نزدیک می شود میزان تخریب کاهش می یابد. غلظت اسید در سطح بتن بالاست. اما هرچه به داخل بتن نفوذ می کند به علت واکنش با سیمان پرتلند خنثی می گردد. با این حال، سیمان موجود در جسم بتن به علت این واکنش ها ضعیف شده است.

بنابراین اقدامات اولیه برای ترمیم بتن تحت اثر اسید، که شامل برداشتن بتن آسیب دیده است همواره بیش از آن چیزی است که  پیش بینی می شود. عدم حذف تمامی بتن های آسیب دیده و ضعیف شده ناشی از عملکرد اسید باعث نقص در چسبیدن مواد ترمیمی می شود. بر اساس تجربه شستشو با اسید به عنوان یک روش مجاز برای تمیز کردن بتن جهت آمادگی سطوح برای تعمیرات مجاز می باشد، اما به هر صورت،  نقص در چسبیدن مواد تعمیری رخ می دهد، مگر آنکه تلاش های گسترده ای برای حذف تمام آثار اسید از بتن انجام پذیرد.

در روش های دیگر ترمیم بتن  هیچ مجوزی جهت استفاده از اسید برای آماده سازی سازی بتن قبل از تعمیر و یا برای تمیز کردن ترک ها به منظور تزریق رزین صادر نشده است.

همانند تمامی علل تخریب بتن ، حذف منع تخریب بتن پیش از ترمیم لازم و ضروری است. یکی از روشهای معمول در تخریب های اسیدی، رقیق کردن اسید موجود در محل به وسیله آب است. محلول اسیدی با PH  پایین می تواند تبدیل به محلول اسیدی با PH بالاتر شده که پتانسیل رفتار مخرب کمتری دارد.

به عنوان جایگزین اگر PH محلول اسیدی به طور متوسط بالا بود، می توان از سیستم پوشش نازک بتن پلیمری (بخش 33 - به عنوان متوقف کننده بازتولید اثرات تخریبی اسید پس از انجام ترمیم بر روی سطح استفاده نمود.

تحقیقات آزمایشگاهی نشان می دهد پوشش هایی با قابلیت محافظت سطح بتن در برابر اسید های قوی ، به ندرت اقتصادی  هستند.

در تعمیرات تخریب اسیدی می توان از بتن جایگزین به همراه چسب اپوکسی ( بخش 31 )، بتن جایگزین (بخش 29)  و بتن پلیمری (بخش 32) و در بعضی موارد از چسب اپوکسی به همراه ملات اپوکسی (بخش30 ) استفاده نمود. پیشنهاد می شود از ملات اپوکسی و بتن پلیمری که حاوی سیمان پرتلند نباشند، به دلیل مقاومت زیاد در برابر اسید ، استفاده گردد.

21 – ترک خوردگی

ترک مثل خوردگی آرماتورها دلیل اصلی تخریب بتن نیست. بلکه نشانه ای از تخریب بتن به علت سایر عوامل مخرب است. همه بتن هایی که با سیمان پرتلند ساخته می شوند درجه ای از جمع شدگی را در هنگام هیدراتاسیون متحمل می شوند. این انقباض جمع شدگی های خشکی را تولید کرده و ترک های ناشی از جمع شدگی را پدید می آورد که تا حدی به الگوی دایره ای شبیه هستند  (شکل 32) . این ترک ها به ندرت به عمق بتن گسترش یافته و می توانند به طور کلی نادیده گرفته شوند.

ترکهای جمع شدگی پلاستیک، زمانی رخ می دهند که بتن تازه در وضعیت خمیری ، در معرض تبخیر زیاد، آب خود را از دست می دهد.(شکل 33).

ترک های جمع شدگی پلاستیک معمولا تا حدی عمیق تر از ترکهای خشک و ترکهای ناشی از جمع شدگی در حین کیورینک بتن می باشند.

ترکهای گرمایی در اثر انقباض و انبساط بتن در اثر تغییر دمای محیط بوجود می آیند. ضریب طولی انبساط گرمایی بتن در حدود 5/5 میلیونیم اینچ بر درجه فارنهایت است. این می تواند باعث شود تا بتن به اندازه 5 درصد یک فوت به ازای هر 80 درجه فارنهایت تغییر طولی داشته باشد.

اگر هنگام طراحی به اندازه ی کافی درز برای وفق دادن بتن با این تغیر اندازه در سازه های بتنی تعبیه نشده باشد، بتن به سادگی از محلهایی که لازم بود درز انبساطی لحاظ شود ترک می خورد. این نوع ترک ها عموما بصورت کامل در درون جسم بتن گسترش یافته و محلی برای نشت آب به درون سازه ی بتنی ایجاد می کنند. ترک های حرارتی همچنین می توانند در اثر دمای بالای هیدراتاسیون سیمان پرتلند در هنگام کیورینگ ایجاد شوند. در چنین بتن هایی مادامی که افزایش حرارت وجود دارد ، دمای داخلی و سختی افزایش می یابد. انقباض ثانویه نیز زمانی رخ می دهد که سازه رو به سرد شدن رفته و در اثر تنش کششی داخلی در سراسر نقاط تکیه گاهی ترک ایجاد می گردد.

کمبود نقاط تکیه گاهی یکی دیگر از علل شایع ترک خوردگی در سازه های بتنی است. تنش کششی بتن معمولا بین 200 تا 300 psi  است. پی موجود سازه به راحتی می تواند شرایط جابجایی را هرجا که تنش کششی از این میزان تجاوز کرده به وجود آورد و در نتیجه منجر به ایجاد ترک گردد.

ترک های بتن همانگونه که در بخشهای پیش مورد بحث قرار گرفت ، در اثر واکنش سنگدانه های قلیایی بتن ، حمله سولفاتی و تاثیرات سیکل ذوب و انجماد نیز ایجاد میشوند. این ترک ها در سازه در اثر بارگذاری بیش از حد سازه نیز اتفاق می افتند که در بخش آینده به آن خواهیم پرداخت.

تعمیرات موفق بر روی ترکهای سازه ی بتنی اغلب به سختی حاصل می گردد. گاهی بهتر است به برخی از انواع ترک های بتن نپرداخت تا با روش اشتباه و پر نقص دست به تعمیرشان زد. (شکل 34 و 35) انتخاب روش ترمیمی برای ترک ها به علل پیدایش آنان بستگی دارد. ابتدا باید تعیین کرد که ترکها زنده هستند یا مرده ، به صورت گردشی باز و بسته هستند یا گسترش یابنده با دامنه ی وسیع می باشند. تعمیرات سازه ای در این نوع معمولا بسار پیچیده و اغلب بی اثر هستند. چنین ترک هایی به سهولت و به سرعت بر روی مواد تعمیری یا در مجاورت بتن تعمیری باز تولید می شوند. به همین دلیل و پیش از هر تلاشی برای تعمیر بتن لازم است تا " ترک سنجی" به منظور مونیتور و نظارت بر روی ترک های سازه نصب شود (شکل 36).

این ابزار باید اطلاعاتی در مورد نوع ترک ، باز و بسته شدن دوره ای ، و اینکه سیکل آن روزانه یا فصلی است و اینکه به علت تغییرات دمایی هست یا نیست  و یا اینکه ترک از نوع پیشرونده و وسیع شونده است و به علت شرایط فونداسیون و یا بارگذاری است، به ما بدهد. مجددا اشاره می شود هر تلاشی برای تعمیر تنها هنگامی باید صورت گیرد که علل رفتار ترکها شناسایی شده باشد.

اگر تشخیص داده شد ترک اصطلاحا "مرده" یا به عبارتی ایستا است، تزریق رزین اپوکسی می تواند برای یکپارچه ساختن سازه ای بتن استفاده شود. و اگر هدف از ترمیم ، آب بند ساختن نشتی سازه است پیشنهاد می شود که ترمیم به صورت کامل با تزریق رزین پلی یورتان انجام پذیرد.

تزریق رزین اپوکسی در برخی موارد که حجم نشت آب سازه کم باشد ، برای آب بندی استفاده شده و یا جهت چسباندن مجدد ترک های اعضای سازه ی بتنی بکار می رود.

رزین اپوکسی پس از تزریق به ماده ای سخت اما شکننده و ترد که نسبت به حرکت احتمالی ترک ها مقاومتی ندارد بدل می شود ، در عوض رزین پلی یورتان انعطاف پذیر بوده و مقاومت کششی پایینی داشته و به فومی بدون منفذ بدل شده که برای رفع نشت و آببندی سازه های بتنی اثر بخش است، اما نمی توان به صورت نرمال برای تعمیرات اساسی از آن استفاده نمود.( برخی رزین های دو جزئی پلی یورتان وجود دارند که پس از تزریق صلب و انعطاف پذیر شده و برای این گونه تعمیرات مفید خواهند بود ).

این گونه فوم های انعطاف پذیر می توانند  300 تا 400 درصد ازدیاد طول در اثر حرکات ترک ها را تجربه کنند. این نامتداول نیست که بتن آسیب دیده ای یافت شود که ترک های آن در اثر علل اولیه آسیب بتن ایجاد نشده باشد.

اگر عمق برداشت بتن آسیب دیده و فرسوده به اندازه ی مورد لازم زیر عمق و دامنه ی گسترش ترکهای موجود نباشد، باید انتظار داشت سرانجام ترک جدیدی از میان مواد تعمیری استفاده شده، نمایان شود.. باز تولید این چنین ترک ها را می توان در پوشش های ترمیمی پیوندی در عرشه ی پل ها ، سرریز ها و کانال های آب می توان مشاهده کرد . اگر ترک های مجدد تحمل ناپذیر باشند باید روش تعمیر جداگانه ای برای هر یک از اجزای سازه و نه بر اساس اتصال به بتن قدیمی موجود در نظر گرفت.

22- بارگذاری بیش از حد بر روی سازه

تخریب بتن در اثر بارگذاری بیش از حد معمولا بسیار واضح است و به سادگی قابل شناسایی است. رویداد هایی که در اثر بارگذاری بیش از ظرفیت سازه بوجود می آیند قابل توجه و قابل ذکر اند. تنش تولید شده در اثر بارگذاری زیاد به بروز ترک های متمایزی منجر شده که بارگذاری بیش از حد و نقاط باربر را نمایان می کنند. غالبا بارگذاری بیش از حد یکبار اتفاق می افتد و یک بار هم اثرات آن مشخص می شود و لذا در صورت ترمیم می توان انتظار داشت آثار تخریب بتن مجددا بر روی بتن تعمیری عود نکند.

باید انتظار داشت در چنین آسیب هایی به دانش و کمک یک مهندس سازه ی  باتجربه، برای انجام تجزیه و تحلیل ساختاری برای مشخص ساختن و ارزیابی علل منجر به تخریب سازه در اثر بارگذاری بیش از ظرفیت بطور کامل ، و نیز کمک برای تعیین میزان ترمیم و تعمیر ات لازم ، نیاز خواهد بود. این آنالیز باید تعیین میزان بارپذیری سازه در هنگام طراحی و تعیین اندازه ظرفیت طراحی شده برای بارگذاری بیش از حد را شامل شود. از ابتدا تا انتهای بازبینی بتن آسیب دیده باید تمامی اثرات بارگذاری بر روی سازه مشخص شود. جابجایی ها باید مشخص شوند و در درجه ی دوم خرابی ها ، در هر جایی که باشند. باید توجه داشت که اطمینان حاصل

شود که خرابی هایی شناسایی شوند که ظرفیت بار پذیری سازه را پایین می آورند چون برخی از آسیبها برای اولین بار بتن را تضعیف نمی کند. ترمیم بتن آسیب دیده در اثر بارگذاری زیاد، میتواند به احتمال فراوان، بهترین عملکرد را با بتن جایگزین متداول داشته باشد.(بخش 29 ). در صورت نیاز به تعمیر یا جایگزینی شبکه ی آرماتور بتن آسیب دیده می بایست این عملیات در پروسه تعمیراتی پیش بینی و تعبیه گردد.

23- دلایل مضاعف تخریب

علت آسیب می بایست مشکوک باشد هنگامی که فرسودگی یا خسارتی در «بتن مدرن» رخ می دهد. بتن مدرن ( بتنی که از حوالی سال 1950 میلادی ساخته شده است ) این مزیت را دارد که از افزودنی های گوناگون و تکنولوژی پیشرفته مواد بتنی برخوردار است. چنین بتنی نباید به بسیاری از دلایلی که در این فصل بررسی نموده ایم تخریب گردد. اگر به هر طریق مشخصات آسیب یا فرسودگی در این بتن نمایان گشت به احتمال فراوان مجموعه ای از دلایل موجبات آنرا فراهم نموده اند. ضعف در شناخت یا تقلیل دادن علل گوناگون آسیب به طور حتم سبب تعمیر ضعیف و عدم بهره برداری مناسب می گردد. تصویر 38 آسیب بتن در اثر چند عامل مخرب را نشان می دهد. این بتن از ترکهای ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه ها رنج می برد ، همچنین فرسایش ناشی از تسریع فرآیند چرخه ذوب و انجماد در سطح آن رخ داده است. همینطور صدمات ناشی از طراحی نادرست و یا ضعف در تکنیک های ساخت، در محل تعبیه شده برای داکت تاسیسات برقی که بسیار نزدیک به سطح خارجی بتن می باشد، مشهود است.

استفاده مناسب از افزودنی هوازا در بتن مدرن ، در حد بالایی مقاومت بتن در برابر فرسایش ناشی از سیکل ذوب و انجماد را توسعه داده است. بجز در مواردی که بتن در معرض سرمای بسیار شدید غیر معمول قرار می گیرد، نباید نشانه هایی از آسیب مربوط به سیکل ذوب و انجماد بروز یابد. علی رغم این ، سیکل انجماد و ذوب هم چنان یکی از مقصران آسیب به بتن های مدرن می باشد. قبل از اینکه شرایط ذوب و انجماد را متهم کنیم بهتر است این سئوال را مطرح کنیم که چرا افزودنی هوازا محافظت موثری را از بتن فراهم نکرده است؟ طرح اختلاط و یا نتایج تست کیفیت سنگدانه ها ممکن است ضعف بتن آماده شده را آشکار سازد. یا سنگدانه های در دسترس از کیفیت مرغوبی برخوردار نباشند. گزارشات ناظران ساخت و ساز ممکن است مشخص سازد در وهله ساخت تا اتمام آن ضعف در اجرا وجود داشته است.

تست های پتروگرافی بتن ضعیف ممکن است آشکار سازد ، واکنش قلیایی سنگدانه های بتن ، حمله سولفات ها و تاثیر کلروها بتن را در شرایطی قرار داده تا اجازه دهد آسیب های ناشی از چرخه انجماد – ذوب بروز نماید.

تمام این یافته ها آشکار می سازد که مشکل ایجاد شده بسیار پر دامنه تر و وسیعتر از تصور اولیه است و لذا نیازمند عملیات پیشگیرانه و صحیح گسترده تر از یک جایجایی ساده بتن فرسوده فعلی می باشد.

استفاده بیش از حد از آب در اختلاط بتن ، انتخاب نامناسب نوع سیمان پرتلند، عملکرد ضعیف در اجرا، بتن آماده ی ضعیف ، استفاده از سنگدانه های آلوده و کم کیفیت و کیورینگ ناکافی، تماما به بتن دوام پایینی می بخشند. چنین بتنی در برابر فرسایش نرمال و سایر پیشامد ها مقاومت پایینی خواهد داشت.

انتخاب روش و مواد مناسب برای بتن آسیب دیده ای که تحت تاثیر عوامل مختلف تخریب قرار داشته، بستگی به تمامی عوامل تضعیف کننده و تسریع کننده تخریب دارد. هرگاه عامل تضعیف کننده به صورت کامل درک شد، اولین اقدام پیشگیرانه معمول محافظت از بتن اصلی از تخریبات اضافی است. استفاده از ترکیبات بتن آببند (بخش های 35 و 38) یا پوشش نازک بتن پلیمری (بخش 32) ممکن است در این باره مفید باشد. اگر این راهکارهای پیشگیرانه در مقام داوری مفید نبود می بایست بر اساس شروحی که در بخش های قبلی آمد روش ترمیم را با در نظر داشتن دوره عمر کوتاه ترمیم و بازگشت مجدد آسیب ها بر بتن ضعیف انتخاب و اجرا نمود.