آزمایش چکش اشمیت
368 1400/2/13

آزمایش چکش اشمیت

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

از جمله آزمایش های غیرمخرب بتن، چکش اشمیت یا چکش برجهنده می باشد. این آزمایش با ارائه مقاومت تقریبی و کیفیت بتن، به طراحان و کارشناسان امکان تصمیم گیری در زمینه طرح های مقاوم سازی و تقویت و یا صحت سنجی عملیات های انجامی را می دهد.

در متن زیر به شرح آزمایش چکش اشمیت، 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 تست چکش اشمیت در انواع سازه های بتنی با بخش فنی و پشتیبانی کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران تماس حاصل فرمایید.

پاسخ به برخی سئوالات مخاطبین :

هزینه آزمایش چکش اشمیت ؟

آزمایش چکش اشمیت بتن یکی از آزمایش های ارزان قیمت بتن به حساب می آید ولی باید توجه داشت که هزینه ارتباط مستقیمی با حجم کار، محل پروژه و دسترسی دارد.

تحلیل نتایج آزمایش چکش اشمیت :

اصولا نتایج آزمایش چکش اشمیت بتن برای تعیین کیفیت بتن می باشد و نمی توان به عنوان نتایج دقیق مورد استناد قرار گیرد. ولی در تلفیق با آزمایش هایی چون التراسونیک و کرگیری می توان به نتایج دقیق تری دست یافت. از نتایج تست چکش اشمیت می توان برای کنترل کیفی بتن استفاده کرد.

درصد خطای چکش اشمیت :

درصد خطای چکش اشمیت بتن در صورتی که به صورت صحیح صورت پذیرد در حدود 25 درصد می باشد.

تفسیر نتایج آزمایش چکش اشمیت : 

نتایج آزمایش چکش اشمیت پس از استفاده از نمودار قابل بهره برداری می باشد. این نتایج قابل تعمیم به مناطق تست شده می باشد.

نمودار آزمایش چکش اشمیت بتن :

هر دستگاه چکش اشمیت دارای نموداری همراه است که برای تبدیل نتایج به آن استناد می شود . جدول جامع برای این امر مورد استفاده نمی باشد.

نحوه محاسبه مقاومت بتن با چکش اشمیت بتن :

 پس از قرائت عدد برجهندگی چکش در نقاط و براساس اصول استاندارد و آماده سازی سطح ، عدد مذکور با نمودار مربوط به چکش اصلاح و تبدیل به نتایج مقاومت می گردد.

تجهیزات و عملیات آزمون برجهندگی ( چکش اشمیت )

مهندس سوئیسی، ارنست اشمیت، برای اولین بار چکش آزمون برجهندگی عملی را در اواخر دهه 1940 مطرح کرد و نسخه‌های پیشرفته بر مبنای آن است. مثلا ویژگی‌های اساسی نوع معمولی چکش N کمتر از 2 کیلوگرم وزن و تقریبا Nm 2.2 انرژی ضربه ای است.

حجم چکش با کنترل فنری روی پیستون داخل یک محفظه لوله ای می‌لغزد. وقتی این پیستون در مقابل سطح بتن تحت فشار قرار گیرد، در مقابل فنر جمع می‌شود و وقتی این فنر کاملا تنیده شود، به طور خودکار رها شده و موجب می شود حجم چکش بتن را از طریق پیستون تحت فشار قرار دهد. وقتی حجم‌ دارای کنترل فنری برجهیده ‌شود، با خود یک rider می برد که در طول یک غلاف لغزیده و از طریق دریچه کوچکی در سمت casing قابل رؤیت است. rider را می توان با پایین فشردن دکمه قفل، در موقعیتی روی غلاف نگه داشت. استفاده از این ابزار بسیار ساده است و می تواند به صورت افقی یا عمودی، به طرف بالا یا به طرف پایین عمل کند.

پیستون در مقابل بتن در زوایای قائم به سطح آن، به شدت و دائما تحت فشار قرار می گیرد تا زمانی که حجم بار فنر ازموقعیت قفل شده خود به کار بیفتد. پس از این ضربه، شاخص غلاف خوانده می شود در حالی که چکش اشمیت هنوز در موقعیت آزمون قرار دارد. یا می توان دکمه قفل را فشار داد تا خوانش حفظ شود یا نتایج را می توان به وسیله یک ثبت‌کننده کاغذی متصل به طور خودکار ثبت کرد. خوانش مقیاس به شماره برجهندگی معروف است و یک معیار اختیاری است زیرا به انرژی ذخیره شده در فنر مورد نظر و به حجم مورد استفاده بستگی دارد. این نسخه از ابزار بیشترین کاربرد را دارد و برای بتن‌هایی با مقاومت N/mm2 60-20 مناسب تر است. ابزارخوانش الکترونیک دیجیتالی با امکان ذخیره و پردازش داده نیز موجود است. نسخه‌های تخصصی دیگر برای نواحی حساس به ضربه و برای بتن حجیم در دسترس است. در مورد بتن با مقاومت کم در محدوده مقاومت N/mm2 25-5، پیشنهاد می‌شود. چکش برجهندگی از نوع پاندول به کار رود وسر چکش بزرگ است.

2.2 روند کار

خوانش به تغییرات محلی در بتن به خصوص ذرات سنگدانه نزدیک به سطح بسیارحساس است. بنابراین خوانش‌های متعددی باید در هرمحل آزمون تهیه کرده و میانگین آن‌ها را پیدا کنیم. استانداردها از لحاظ شرایط دقیق خود متفاوت هستند اماBS 1881:Part 202 پیشنهاد می کند در یک ناحیه که کوچکتراز 300 میلی متر مربع است و نقاط اصابت از همدیگر یا از لبه کمتر از 20 میلی متر نباشد، 12 خوانش انجام شود. استفاده از یک توری برای یافتن این نقاط ، سوگیری اپراتور را کاهش می دهد. سطح  باید صاف، ‌تمیز وخشک باشد و ترجیحا شکل گرفته باشد اما اگر سطوح ماله‌کشی شده اجتناب ناپذیر است باید با سنگ کربوراندوم که معمولا همراه با این ابزار ارائه می‌شود آن را صاف کرد. مواد سست ممکن است آسیاب شده باشد اما از نواحی که به دلیل تراکم نامناسب، از دست دادن دوغاب، پوسته پوسته شدن یا ابزارکاری، ناصاف هستند باید اجتناب کرد زیرا نتایج قابل اطمینان نخواهد بود.

3.2  نظریه، کالیبراسیون و تفسیر

این آزمون بر این اصل استوار است که برجهندگی حجم الاستیکی به سختی سطحی که با آن تماس دارد وابسته است و در این صورت، اطلاعاتی درباره لایه سطحی بتن ارائه خواهد کرد که عمق آن کمتر از 30 میلی متر مشخص شده است. نتایج اندازه سختی نسبی این ناحیه نشان داده و این ویژگی را نمی‌توان به طور مستقیم به هر خاصیت دیگر بتن ارتباط داد. به دلیل خرد شدن بتن و شکستگی داخلی در بدنه بتن، انرژی بر ضربه‌ بی اثر بوده و همین شکستگی داخلی تابع خواص الاستیک اجزای تشکیل دهنده بتن است که ارزیابی نظری نتایج آزمون را بسیار دشوار می‌کند. عوامل زیادی بر نتایج تاثیر می‌گذارد اما اگر قرار باشد رقم برجهندگی به طور تجربی به مقاومت ارتباط داده شود، همه این عوامل را باید مورد توجه قرار داد.

1.3.2 عوامل تاثیرگذار بر نتایج آزمون

نتایج به شدت تحت تاثیر تمام عوامل زیر قرار می‌گیرد:

1. مشخصات ترکیب

(الف) نوع سیمان

(ب) میزان سیمان

(پ) نوع سنگدانه درشت

2. مشخصات عضو

(الف) حجم

(ب) تراکم

(پ) نوع سطح

(ت) سن، میزان سخت‌ شدن و نوع عمل آوری

(ث) کربوناسیون سطح

(ج) شرایط رطوبت

(چ) وضعیت تنش و دما.

از آنجا که هر کدام از این عوامل می تواند خوانش های بدست آمده را تحت تاثیر قرار دهد، هر گونه تلاش برای مقایسه یا برآورد مقاومت بتن در صورتی معتبر خواهد بود که همه آن ها در مورد بتن مورد آزمون و برای نمونه های کالیبراسیون استاندارد شده باشند. بزرگی این تاثیرات متفاوت است. جهت گیری چکش نیز بر مقادیر اندازه گیری شده تاثیر خواهد گذاشت (بخش 2.3.2)، هر چند عوامل تصحیح را می‌توان برای منظور کردن این اثر به کار برد.

1.1.3.2 مشخصات ترکیب: اکنون سه مشخصه ترکیبی را که در بالا فهرست شد به تفصیل مورد بررسی قرار می دهیم.

(الف) نوع سیمان: بعید است تغییرات در نرمی سیمان پورتلند معنی‌دار باشد تاثیر آن بر همبستگی مقاومت کمتر از 10٪ است. با این حال، می‌توان پیشبینی کرد سیمان سوپر سولفات مقاومت هایی به بار آورد که 50٪ کمتر از مقاومت اظهارشده با کالیبراسیون سیمان پورتلند است در صورتی که بتن سیمانی دارای آلومینای زیاد می‌تواند 100٪ مقاومت بیشتری داشته باشد.

(ب) میزان سیمان: تغییرات در میزان سیمان به تغییر مشابه در سختی سطح منجر نمی شود. با افزایش میزان سیمان تاثیر توام مقاومت، عملی بودن و نسبت سنگدانه به سیمان، کاهش سختی نسبت به مقاومت را در پی دارد. با این حال، بعید است اشتباه در برآورد مقاومت بسیاری از ترکیبات ناشی از این علت، بیشتر از 10٪ باشد.

(پ) سنگدانه درشت: تاثیر نوع سنگدانه و نسبت ها ممکن است قابل توجه باشد زیرا مقاومت تحت تاثیر هم مشخصات خمیر و هم سنگدانه را قرار دارد. رقم برجهندگی تحت تاثیر خمیر سخت شده قرار می‌گیرد. برای مثال، سنگ آهک خرد شده ممکن است یک رقم برجهندگی را به بار آورد که به طور معنی داری کمتر از بتن ماسه ای با مقاومت مشابه است که معمولا معادل اختلاف مقاومت N/mm2 7-6 است. نوع خاص سنگدانه نیز می تواند همبستگی رقم برجهندگی یا مقاومت را به بار آورد که به منبع و ماهیت آن وابسته است. شکل 5.2 منحنی های معمولی سنگریزه های با کیفیت پایین و بالا را مورد مقایسه قرار می‌دهد. این‌ منحنی‌ها سختی را که به ترتیب بر حسب عدد موس 7 و 3 بیان می‌شود اندازه گیری کرده است (به بخش 2.1.1.4 رجوع کنید).

می‌توان پیش بینی کرد نتایج سنگدانه های سبک وزن با نتایج بتن ساخته شده از سنگدانه های متراکم اختلاف معنی داری دارد و تغییرات قابل توجهی نیز بین انواع سنگدانه های سبک وزن مشاهده شده است. با این حال، کالیبراسیون سنگدانه های سبک وزن خاص را می توان بدست آورد هر چند مقدار ماسه طبیعی بکار رفته بر نتایج تاثیرخواهد گذاشت.

این شکل همبستگی های مقاومت حاصل از سن متفاوت نمونه های آزمایشگاهی «مشابه» با عمل آوری خشک حاوی سنگدانه‌ های درشت سبک وزن متفاوت را مورد مقایسه قرار می دهد. ترکیب 5 شامل مواد ریز سبک وزن است.

2.1.3.2 مشخصات عضو: مشخصات عضوی که در بالا فهرست شد نیز به تفصیل مورد بحث قرار می‌گیرد.

(الف) حجم: حجم موثر نمونه بتن یا عضو مورد آزمون باید به حد کافی بزرگ باشد تا از ارتعاش یا حرکت ناشی از ضربه چکش جلوگیری کند. هر گونه حرکت به کاهش رقم برجهندگی منجر خواهد شد. در برخی اعضای سازه، سستی یا حجم ممکن است طوری باشد که این معیار کاملا برآورده نشود و در چنین مواردی پیش‌بینی مقاومت مطلق ممکن است کار دشوارتری باشد. در مقایسه مقاومت بین تک تک اعضا و درون آن‌ها، این عامل را باید به حساب آورد. با محکم کردن نمونه‌های کالیبراسیون در یک دستگاه آزمون سنگین، می‌توان حجم آن‌ها را به طور موثری افزایش داد. این موضوع در بخش 2.3.2 به طور کامل مورد بحث قرار می گیرد.

 (ب) تراکم: از آنجا که یک سطح صاف و کاملا متراکم برای آزمون مورد نیاز است، تغییرات مقاومت ناشی از تفاوت تراکم داخلی را نمی توان با هیچ قابلیت اطمینانی شناسایی کرد. در تمام کالیبراسیون‌ها باید تراکم کامل را پذیرفت.

(پ) نوع سطح: روش های سخت برای سطوح سنگدانه‌ ای قابل رویت یا با بافت باز مناسب نیست. سطوح ماله کشی شده ممکن است از سطوح قالب گیری شده سخت‌تر باشد و مسلما ناهموارتر خواهد بود. با اینکه می‌توان با سابیدن سطح آن را صاف کرد اما کار پرزحمتی است و بهترین کار این است که با در نظر گرفتن برآورد بیش از حد مقاومت حاصل از خوانش های سختی، از سطوح ماله کشی شده اجتناب کرد. جذب و صافی سطح قالب نیز تاثیر قابل توجهی دارد. نمونه‌های کالیبراسیون در حالت عادی در قالب‌های فولادی قالب گیری خواهد شد که صاف و غیر جاذب هستند اما قالب مکنده سطح سخت تری را ایجاد کرده و از این رو مقاومت داخلی ممکن است بیش از حد برآورد شود. با اینکه سطوح قالب‌گیری شده برای آزمون در محل در اولویت قرار دارد، باید دقت کرد تا اطمینان حاصل شود کالیبراسیون‌های مقاومت مبتنی بر سطوح مشابه است زیرا خطاهای قابل توجهی می‌تواند ناشی از این علت پیش آید.

(ت) سن، میزان سخت کردن و نوع عمل آوری: ثابت شده است رابطه بین سختی و مقاومت به عنوان تابعی از زمان متفاوت است و تغییرات میزان اولیه سخت کردن، عمل آوری بعدی و شرایط محیطی نیز بر این رابطه تاثیر خواهد گذاشت. وقتی عملیات گرمایی یا نوع دیگری عمل آوری سریع مورد استفاده قرار گرفته باشد، کالیبراسوین ویژه‌ای مورد نیاز خواهد بود. وضعیت رطوبت نیز ممکن است تحت تاثیر روش عمل آوری قرار گیرد. برای اهداف عملی، تاثیر زمان را می‌توان تا سن سه ماه بی اهمیت قلمداد کرد اما در بتن‌های مسن تر می‌توان عوامل کاهش را مطرح کرد که تاریخچه بتن را مد نظر قرار می دهند.

(ث) کربوناتاسیون سطح: بتن در معرض اتمسفر در حالت عادی پوسته کربناته سختی را ایجاد می‌کند که ضخامت آن به شرایط محیطی و سن وابسته است. این ضخامت ممکن است در بتن مسن بیشتر از 20 میلی متر باشد هر چند در سنین کمتر از سه ماه، بعید است معنی دار باشد. همان طور که در فصل 9 بیان شده است، عمق کربوناسیون را می توان به راحتی تعیین کرد. بررسی نمونه های بتن شنی که به مدت شش ماه در معرض اتمسفر بیرونی «مرکز شهر» قرار داشته است؛ عمق کربناته صرفا 4 میلیمتری مشخص شد. این عمق برای تاثیرگذاری بر رابطه رقم برجهندگی و مقاومت در مقایسه با نمونه های مشابه ذخیره شده در اتمسفر آزمایشگاه کافی نبود هر چند در این نمونه‌ها، هیچ پوسته قابل اندازه‌ گیری شناسایی نشد. با این حال، در موارد شدید، مشخص است برآورد بیش از حد مقاومت ناشی از این علت ممکن است تا 50٪ باشد و لذا از اهمیت زیادی برخوردار است. وقتی معلوم شود کربوناسیون قابل توجهی وجود دارد، لایه سطحی درون یک عنصر، دیگر معرف بتن نیست.

(ج) شرایط رطوبت: سختی سطح بتن در زمان مرطوب بودن کمتر از زمان خشکی است و رابطه برجهندگی و مقاومت بر همین اساس تحت تاثیر خواهد بود. می‌توان مشاهده کرد آزمون یک سطح مرطوب ممکن است تا 20٪ به برآورد کم مقاومت منجر شود. آزمون‌های میدانی و کالیبراسیون‌های مقاومت باید در حالت عادی مبتنی بر شرایط سطح خشک باشد اما تاثیر رطوبت داخلی بر مقاومت نمونه های کنترل را نباید نادیده گرفت. این موضوع در بخش 2.3.2 با جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار می‌گیرد.

(چ) وضعیت تنش و دما: هر دو این عوامل می تواند بر خوانش های سختی تاثیر بگذارد هر چند در موقعیت های عادی عملی احتمال دارد در مقایسه با بسیاری از متغیرهای دیگر کم باشند. با این حال، اگر عملیات چکش آزمون تحت حداکثر اختلاف درجه حرارت بکار رود باید مورد توجه ویژه‌ای قرار گیرد.

2.3.2 کالیبراسیون

بدیهی است تاثیر متغیرهایی که در بالا ذکر شد انقدر زیاد است که بسیار بعید است منحنی کالیبراسیون عمومی که رقم برجهندگی را به مقاومت ارتباط می دهد و به وسیله تولیدکنندگان تجهیزات ارائه شده است، ارزش عملی داشته باشد. همین امر در مورد استفاده از داده پردازی رایانه ای برای پیشبینی مقاومت مبتنی بر نتایج حاصل از چکش برجهندگی الکترونیک صدق میکند مگر اینکه تبدیل بر اساس داده های خاص هر مورد صورت گیرد. کالیبراسیون مقاومت باید بر ترکیب خاص مورد پژوهش مبتنی باشد و سطح قالب، عمل آوری و سن نمونه های آزمایشگاهی باید تا حد امکان با بتن در محل مطابقت داشته باشد. عملیات بتن چکش برجهندگی باید مرتبا با استفاده از سندان فولادی استاندارد با حجم مشخص بررسی شود زیرا فرسودگی ممکن است مشخصات فنر و شکستگی داخلی تجهیزات را تغییر دهد. کالیبراسیونی که برای یک چکش تهیه شده است نیز لزوما در چکش دیگر مصداق نخواهد داشت. احتمال دارد معدودی از چکش های برجهندگی مورد استفاده برای آزمون در محل واقعا به طور منظم در مقایسه با سندان استاندارد بررسی شود و در نتیجه قابلیت اطمینان نتایج ممکن است تحت تاثیر قرار گیرد.

اهمیت حجم نمونه در بالا بیان شد؛ نمونه های آزمون باید محکم به دستگاه آزمون سنگین بسته شود یا روی یک کف محکم و صاف محکم شود. مکعب‌ها یا استوانه‌های حداقل 150 میلی متری باید بکار رود. حداقل بار مهار 15 درصد مقاومت نمونه برای استوانه ها پیشنهاد شده است و BS 1881 (45) برای مکعب هایی که با چکش نوع N آزمون می شوند کمتر از N/mm2 7 را پیشنهاد نمی‌کند.

به خوبی ثابت شده است مقاومت نهایی مکعب مرطوب مورد آزمون احتمالا حدود 10٪ کمتر از مقاومت مکعب مشابه خشک مورد آزمون است. از آنجا که اندازه گیری برجهندگی باید روی یک سطح خشک انجام شود، پیشنهاد می شود مکعب های عمل آوری شده در حالت مرطوب در اتمسفر آزمایشگاه به مدت 24 ساعت قبل از آزمون خشک شود و بنابراین پیشبینی می شود نسبت به زمانی که در حالت مرطوب به شیوه استاندارد مورد آزمون قرار گیرد، مقاومت بیشتری حاصل کند.

منوط به هدف برنامه آزمون، ممکن است لازم باشد این رابطه را تائید کنیم و در زمان تفسیر نتایج میدانی، شرایط رطوبت نسبی نمونه های کالیبراسیون و بتن در محل نیز باید مورد بررسی قرار گیرد. استفاده از برش cores پس از آزمون های سختی در محل می تواند به رفع این مشکلات در انجام کالیبراسیون کمک کند.

همان طور که در بخش 2.2 بیان شد، اگر مکعب‌ها مورد استفاده قرار گیرد، خوانش ها باید حداقل در دو وجه عمودی نمونه به صورت قالب انجام شود و جهت‌ گیری چکش باید با چکش مورد استفاده در آزمون‌ های در محل یکسان باشد. تاثیر جاذبه زمین بر حجم به این موضوع بستگی خواهد داشت که این حجم به صورت عمودی به سمت بالا یا پایین، به صورت افقی یا روی یک سطح شیب دار حرکت می‌کند. اثر بر رقم برجهندگی قابل توجه خواهد بود هر چند مقادیر نسبی پیشنهادی تولیدکننده احتمالا در این مثال قابل اطمینان است زیرا این صرفا تابعی از ابزار است.

3.3.2 تفسیر

تفسیر خوانش های سختی سطح به شناخت میزان استاندارد بودن عوامل موصوف در بخش 1.3.2 بین خوانش های مورد مقایسه وابسته است. نتایج خواه برای ارزیابی کیفیت نسبی خواه برای برآورد مقاومت بکار رود، این موضوع مصداق دارد.عملا بسیار بعید است بتوان با دقتی بهتر از 25٪± مقاومت را پیشبینی کرد. پراکندگی کالیبراسیون نیز حاکی از آن است که حتی اگر پیشبینی مقاومت ضرورت نداشته باشد، تغییر قابل توجه رقم برجهندگی را میتوان برای بتن «مشابه» انتظار داشت و حدود قابل قبول را باید در رابطه با نوع دیگری از آزمون تعیین کرد. اظهار شده است وقتی مجموع تعداد خوانش ها (n) که در محل گرفته می شود کمتر از 10 نباشد، دقت میانگین رقم برجهندگی احتمالا با 95٪ اطمینان خواهد بود. نتایج را می توان به صورت گرافیکی بیان کرد به طوری که در بخش 1.2.6.1 مطرح شد و وقتی نتایج کافی در دسترس باشد، محاسبه ضریب تغییر می تواند نشانه ای از عدم یکنواختی بتن باشد به طوری که در بخش 2.2.6.1 بیان شد.

هنگام تفسیر نتایج، محل آزمون درون عضو حائز اهمیت است اما باید توجه داشت آزمون صرفا اطلاعاتی درباره لایه سطحی نازک ارائه می کند. نتایج به خواص داخلی مربوط نبوده و به علاوه در مورد بتن بیش از سه ماهه قابل اطمینان به شمار نمیرود مگر اینکه گام های خاصی برداشته شود تا همان طور که در بالا ذکر شد، اثرات سن و کربوناسیون سطح نیز به حساب آید.

با اینکه به طور کلی رابطه بین رقم برجهندگی و مقاومت متراکم مورد توجه است، روابط مشابهی را می توان با مقاومت خمشی هر چند با یک پراکندگی بیشتر برقرار کرد. به نظر می رسد هیچ رابطه عام بین رقم برجهندگی و ضریب کشسانی وجود ندارد هر چند تولید یک کالیبراسیون برای یک ترکیب خاص امکانپذیر است.

4.3.2 کاربردها و محدودیت‌ها

کاربردهای مفید اندازه گیری سختی سطح را می توان به چهار دسته تقسیم کرد:

(الف) بررسی یکنواختی کیفیت بتن

(ب) مقایسه یک بتن معین با شرایط خاص

(پ) برآورد تقریبی مقاومت

(ت) طبقه بندی مقاومت سایشی.

در هر کاربردی، لازم است عوامل تاثیرگذار بر نتایج آزمون استانداردسازی یا منظور شود و باید به خاطر داشت نتایج صرفا به ناحیه سطحی بتن مورد آزمون مربوط می شود. یک محدودیت مهم دیگر به آزمودن در سنین اول یا مقاومت های پایین مربوط می شود زیرا ارقام برجهندگی ممکن است در خوانش دقیق بسیار کم باشد و ضربه نیز ممکن است به سطح بتن آسیب بزند. بنابراین توصیه نمی شود این روش برای بتنی بکار رود که دارای مقاومت مکعبی کمتر از N/mm2 10 است یا سن آن کمتر از 7 روز است مگر اینکه مقاومت بالایی داشته باشد.

(الف) بررسی یکنواختی بتن: مهم ترین و قابل اطمینان ترین کاربردهای آزمون سختی سطح زمانی است که نیازی نیست نتایج را به یک خاصیت دیگر بتن تبدیل کنیم. ادعا شده است نتایجی که اندازه گیری سختی سطح بیان می کند نسبت به هر روش دیگر آزمون بتن با هماهنگی بیشتری تجدیدپذیر است. با اینکه نتایج، تراکم داخلی ناچیز را مشخص نمی کند اما به تغییرات کیفیت بین بچ‌ها یا ناشی از ترکیب و تفکیک ناکافی، حساس است. قابلیت کنترل بتن در اعضا با هزینه کم و کامل تر از تعداد کمی از نمونه های کنترل، ارزش آزمون به عنوان آزمون کنترل بیشتر می شود. برای اینکه مقایسه ها برای یک ترکیب معین معتبر باشد صرفا لازم است سن، پختگی، شرایط رطوبت سطح (که ترجیحا خشک باشد) و محل آن روی سازه یا واحد استانداردسازی شود.

این رویکرد برای کنترل یکنواختی واحدهای بتن پیش ساخته کاربرد وسیعی دارد و می‌تواند در مقایسه عناصر مشکوک در محل با عناصر مشابهی که مشخص شده است مستحکم هستند، ارزشمند باشد. استفاده ارزشمند دیگر برای آزمون های مقایسه ای می تواند بازنمایی انواع دیگر آزمون احتمالا مخرب است که می‌تواند نشانه های اختصاصی تر اما محلی از کیفیت بدست دهد.

 (ب) مقایسه با یک شرط اختصاصی: این کاربرد در صنعت پیش ساخت نیز متداول است که در آن خوانش حداقل سختی را می توان در مقابل یک شرط اختصاصی بتن درجه بندی کرد. برای مثال، سهولت حمل واحدهای پیش ساخته را می توان با توجه به کالیبراسیون مبتنی بر آزمون های بار مورد بررسی قرار داد. این رویکرد را می توان به عنوان معیار پذیرش در رابطه با برداشتن تکیه‌گاه های موقت از اعضای سازه یا آغاز انتقال تنش در ساختمان بتنی پیش تنیده، مورد استفاده قرار داد.

(پ) برآورد تقریبی مقاومت: این برآورد نشان می دهد کاربردی که کمترین قابلیت اطمینان را دارد (و متاسفانه از آنجا که برآورد مقاومت غالبا مورد نیاز مهندسین است) زمانی است که استعمال نادرست رایج تر است. دقت کاملا به حذف تاثیراتی وابسته است که در کالیبراسیون به حساب نمی آید. در نمونه های آزمایشگاهی که تحت شرایط مشابه نمونه هایی که برای کالیبراسیون بکار می رود، قالب گیری، عمل آوری و مورد آزمون قرار می‌گیرند بعید است بتوان برای بتن حداکثر سه ماهه، به برآورد مقاومت بهتر از 15٪±  دست یافت. با اینکه در مورد یک یا چند متغیری که ممکن است در سایت مشابه نباشد این برآورد امکانپذیر است، در نتیجه دقت پیشبینی مقاومت مطلق کاهش خواهد یافت و بعید است بهتر از 25٪± باشد. هرگز نباید برای برآورد مقاومت بتن در محل از چکش برجهندگی استفاده کرد مگر اینکه نمودارهای کالیبراسیون ویژه در دسترس باشد و حتی در این صورت استفاده از این روش به تنهایی پیشنهاد نمی شود هر چند مقدار نتایج ممکن است بهبود یابد اگر همراه با سایر انواع آزمون که درابتدا مطرح شد مورد استفاده قرار گیرد.

(ت) طبقه بندی مقاومت سایشی: مقاومت سایشی به طور کلی تحت تاثیر همان تاثیراتی قرار دارد که سختی سخت قرار داد و چاپلین اظهار کرده است چکش برجهندگی را می توان برای طبقه بندی این خاصیت بکار برد.

آزمون هاي غیر مخرب بر روي بتن سخت شده روش آزمون

1 هدف و دامنه کاربرد

هدف از تدوین این استاندارد تعیین روش هاي آزمون غیرمخرب براي بتن سخت شده می باشد. ایـن روش هـا عبارتند از:

الف. تعیین نمره برجهندگی،

ب. تعیین سرعت پالس فرا صوت

ج. تعیین نیروي بیرون کشیدن.

یادآوري- این نوع روش های آزمون به منظور جایگزینی روشهای آزمون تعیین مقاومت فشاری بتن نیسـتند، بلکـه بـا اعمـال

ضریب تصحیح مناسب، می توان از آن ها، براي تخمین مقاومت مورد نیاز استفاده کرد.

2 اصطلاحات و تعاریف

در این استاندارد، اصطلاحات و تعاریف زیر به کار میرود:

1 -2 نمره برجهندگی

(آزمون نمره برجهش) از روي چکش جهش خوانده می شود، این عدد عبارت است از میزان انرژي بازگشتی بـه چکش بعد از ضربه زدن به سطح بتن

2 -2منطقه آزمون

(آزمون نمره برجهش) آن قسمت از بتن که ارزیابی می شود و قسمتی که براي اهداف عملی با یک کیفیت یکنواخت در نظر گرفته می شود.

3 -2 حدفاصل

(آزمون نمره برجهش) ارزش میانه تعدادي از اعداد که بر اساس ترتیب عددي مرتب شده اند.

4 -2 زمان گذر

(آزمون سرعت پالس فرا صوت) زمان لازم براي عبور یک پالس فرا صوت از میان بتن، از مبدل فرسـتنده بـه مبدل گیرنده

5 -2 آغازه پالس

(آزمون سرعت پالس فرا صوت) زودترین قسمت پالس که توسط مبدل گیرنده دریافت میشود.

6 -2 زمان خیزش

(آزمون سرعت پالس فرا صوت) زمان مورد نیاز براي اینکه رشد دامنه زودترین پالس، از 10 درصـد بـه 90 درصد برسد.

3 تعیین نمره برجهش

اصول 1 -3 جرمی که توسط ضربه فنر به جلو رانده می شود به شناور متصل به سطح برخورد می کند. نتیجه آزمون بـر حسب، فاصله جهش از جرم بیان می شود.

یادآوري- پیوست الف روش کسب رابطه موجود بین مقاومت و نمره برجهش را شرح می دهد.

وسایل 2 -3

3 -2 -1 چکش بر جهندگی، این چکش عبارت است از یک چکش استیل فنری که بعد از رها شدن با یک شناور استیل متصل به سطح بتن برخورد میکند.

چکش فنری باید با یک سرعت ثابت و قابل تکرار، حرکت کند. فاصله جهش چکش استیل از شـناور اسـتیل باید بر اساس یک مقیاس خطی متصل به قاب دستگاه، اندازه گیري شود. چکش برجهش باید حداقل سالی دوبار، واسنجی شود. همچنین هـر گـاه کـه صـحت کـارکرد آن مشـکوک ارزیابی شد باید دوباره آن را واسنجی کرد.

یادآوري- چکش های برجهندگی در انواع و اندازه هاي مختلف براي آزمون مقاومت ها و انواع مختلف بتن ها در بازار وجود دارند. هر نوع و سایز از این چکش باید فقط و فقط در مورد بتنی که این چکش برایش طراحی شده است مورد اسـتفاده قـرار گیـرد . براي آزمون بتن هاي داراي مقاومت کم، مانند بتن سبک، یک چکش جهش پاندولی شکل، با انرژي کم مناسب است.

3 -2 -2 سندان فولادی مرجع ، براي تایید چکـش، کـه حـداقل سـختی آن، 52 راکـول و وزن آن (1±16( کیلوگرم می باشد. قطري معادل 150 میلی متر دارد، مگر آنکه دراستاندارد جرم متفاوتی برای آن تعریف شده باشد.

یادآوري- تایید شدن در یک سندان مرجع، به منزله تضمین این نیست که چکش هـاي مختلـف همـان نتـایج در دیگـر نقـاط مقیاس برجهش ارائه خواهند داد.

3 -2 -3 سنگ سایش، سنگ کربید سیلیکونی با بافت متوسط یا یک جنس مشابه

3 -3 منطقه آزمون

 -3 -3 انتخاب

اگر بتن هایی که آزمون می شوند، کمتر از 100 میلی متر ضخامت داشته باشند و یا در یک سـاختار تثبیـت شده قرار نگرفته باشند، باید در طول آزمون محکم نگه داشته شوند. از انجام آزمـون درمحـدوده هـاي کـه داراي بافتهاي کرمو، پوست پوست شده، یا بسیار متخلخل، باید اجتناب کرد. در انتخاب یک منطقه براي آزمون، عوامل شرح داده شده در پیوست ب را باید در نظر گرفت. یک منطقه آزمون باید حداقل ابعادی حدود 300 میلیمتر در 300 میلیمترداشته باشد.

یادآوري - بهتر است خواندن ها، محدود به یک منطقه آزمون باشند و از خواندن های تصادفی در کـل سـاختار، حتـی الامکـان پرهیز نمود.

2 -3 -3  آماده سازی سطوح با بافت زبر(درشت) و سطوح دارای ملات سست، باید با استفاده از سنگ سایش، ساییده شوند. سطوح هموار یا ماله کشیده شده، ممکن است بدون ساییدن، آزمون شوند. هر گونه آب روي سطح بتن، تمیز شود.

3 -4 روش انجام

1 -4 -3 مقدمات

از چکش بر جهنده طبق دستورالعمل سازندهاش، استفاده کنید. آنرا حداقل سه بار قبل از هر گونه خواندنی امتحان کنید تا مطمئن شوید که به درستی کار میکند. قبل از انجام یک سري آزمون روي سطوح بتن، با استفاده از سندان استیلی مرجع، فرآیند خوانـدن را انجـام داده و ثبت کنید تا مطمئن شوید که دامنه پیشنهاد شده توسط سازنده، بدست می آیـد . اگـر چنـ ین نشـد، چکش را تمیز و یا تنظیم نمایید.

از چکش باید معمولاً در دماي بین 10 درجه سلیسیوس تا 35 درجه سلیسیوس استفاده نمود.

2 -4 -3 تعیین

چکش را محکم در موقعیتی نگه دارید که شناور بتواند بصورت عمود بر سطحی که قرار اسـت آزمـون شـود فرود آید. به تدریج فشار روي شناور را افزایش دهید تا چکش با آن تماس حاصل نماید. بعد از تماس چکش با سطح، نمره برجهش را ثبت کنید.

یادآوري- در بازار چکشهایی با تجهیزات نوشتاري خودکار وجود دارند، در این موارد، نمره برجهش بصورت خودکار ثبت مـی گردد.

یادآوري- ترسیم یک شبکه منظم از خطوط با فاصله 25 تا 50 میلی متر از یکدیگر و تصور محل برخورد این خطوط به عنوان نقاط آزمون ترجیح داده می شود.

3 -4 -3 مرجع بررسی

بعد از آزمون بتن، با استفاده از سندان استیل اقدام به خواندن نمایید (بند 3 -2 -2 .(سپس ارقام بدست آماده را ثبت نموده و بعد آنها را با مواردي که پیش ازآزمون بدست آمده اند مقایسه نمایید( بند3 -4 -1 .(اگر نتایج با همدیگر فرق داشته باشند، چکش را تمیز و یا تنظیم کرده و آزمون را تکرار نمایید.

3 -5 نتایج آزمون

نتیجه منطقه آزمون، باید به عنوان میانگین و حد واسط تمام خواندن ها در نظر گرفته شود، در صورت لـزوم جهت چکش را طبق دستورالعمل سازنده تنظیم نمایید و بصورت یک رقم کلی بیان کنید. اگر از بیش از یک چکش استفاده می گردد، تعداد مناسبی از آزمون ها باید روي سطوح مشـابه بـتن صـورت گیرند تا بزرگی تفاوت های مورد نیاز تعیین گردد. اگر بیش از 20 درصد از تمام خواندن ها با مقدار میـانگین ، بـیش از 10 واحـد اخـتلاف داشـته باشـند، کـل مجموعه خواندن ها باید باطل شوند.

علاوه بر جزئیات مورد نیاز بند 6 ،این گزارش باید مشتمل بر موارد ذیل نیز باشد:

3 -6 -1معرفی چکش ؛

3 -6 -2خواندن های سندان مرجع قبل و بعد از انجام آزمون ها؛

3 -6 -3 نتیجه آزمون (مقدار میانگین) و جهت چکش براي هر منطقه آزمون؛

3 -6 -4 هر یک از ارقام حاصل از چکش ( در صورت نیاز)؛

3 -6 -5 نتایج تنظیم شده آزمون براي تعیین جهت چکش (اگر مناسب باشد).

چکش اشمیت چیست :

چکش اشمیت وسیله ای است برای اندازه گیری خواص الاستیک مصالح یا  بدست آوردن مقاومت فشاری بتن یا سنگ و عمدتا برای سختی سطح بتن یا سنگ استفاده میگردد. این وسیله توسط Ernst Schmidt (ارنس اشمیت) که یک مهندس سوئیسی بود ساخته شده است و در کلیه کشورها توزیع گردید.

وسایل مورد نیاز برای آزمایش مقاومت فشاری با چکش اشمیت :

- چکش بازتاب (اشمیت)

- سنگ سنباده جهت سائیدن سطح بتن هوازده و همچنین مسطح کردن سطح بتن

- سندان یا صفحه فولادی از جنس فولاد بسیار سخت با قطر 15 سانتیمتر جهت کالیبراسیون

انتخاب سطح آزمایش چکش اشمیت:

- حداقل ضخامت عضو مورد آزمایش 100 میلیمتر می باشد.

- مناطق متخلخل و دارای ترک و پوسته شده و هوازده نباشد.

- در مناطق ماله کشیده شده و زبر اعداد بزرگتری نسبت به مناطق قالب بندی شده می دهد.

آماده کردن سطح آزمایش چکش اشمیت :

- سطح انتخابی حداقل 150 میلیمتر

- ساییدن محل مذکور درصورتی که زبر یا ناصاف یا پوسته شده است و مسطح کردن آن

- سطح خیس عدد کمتری می دهد و سطح زبر عدد بیشتر. سطوح کربناته باید قبل از آزمایش به مدت 24 ساعت خیسانده شود یا سطح کربناته برداشته شود.

- بتن های روی سطح زمین با سایر بتن های قسمت های سازه ای نبایستی با هم مقایسه شوند.

مواردی که در جوابهای آزمایش چکش اشمیت تاثیر می گذارد.

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

روش استفاده از چکش اشمیت  :

1) چکش اشمیت : پلانژر (میله چکش) روی نمونه قرار گرفته و با فشار دادن چکش به سنگ، به داخل بدنه فرو می رود. این عمل باعث فشرده شدن فنر داخل چکش می گردد. ضامن فنر در سطح انرژی تراکمی مشخص آزاد شده و به وزنه ای که بالای پلانژر قرار دارد ضربه وارد می کند. ارتفاع واجهش وزنه از روی خط کش قرائت می شود و به عنوان مقیاسی برای تعیین سختی استفاده می شود. این وسیله قابل حمل بوده و در همه جا قابل استفاده است. مدلهای گوناگونی از چکش اشمیت با سطوح انرژی متفاوتی ساخته شده است. برای مثال چکش نوع L انرژی ضربه ای معادل 74/0 نیوتن متر تولید می کند.

2) قاعده فولادی : قاعده فولادی به وزن حدودی 20 کیلوگرم که نمونه را محکم در داخل خود نگه می دارد. نمونه های استوانه ای شکل داخل یک غلاف V شکل یا استوانه ای شکل با شعاعی برابر شعاع مغزه قرار می گیرند.

3) آنویل (سندان) فولادی استاندارد برای کالیبره کردن چکش: نمونه مورد آزمایش باید معرف سنگ مورد مطالعه باشد. در صورت امکان بهتر است که از قطعات بزرگتر برای آزمایش استفاده شود. چکش اشمیت نیز باید روی مغزه های (54 میلی متر) یا بزرگتر و یا نمونه های بلوکی شکل که هر ضلع آنها حداقل 6 سانتی متر باشد مورد استفاده قرار گیرد.

مراحل انجام آزمایش اشمیت:

الف) چکش اشمیت قبل از هر آزمایش توسط یک آنویل (سندان) استاندارد، کالیبره می شود. میانگین ده قرائت روی آنویل استاندارد محاسبه شده و از آن برای تعیین ضریب تصحیح استفاده می شود.

ب) سطحی از نمونه که زیر پلانژر قرار می گیرد باید کاملا صاف و پرداخته شده باشد (چه در صحرا و چه در آزمایشگاه). این سطح و همچنین ماده سنگی زیر آن از هر گونه ناپیوستگی موضعی مربوط به توده سنگ باشد.

پ) قطعات مجزا و سنگ را باید محکم به یک پایه صلب بست تا نمونه در طی آزمایش از هرگونه تکان یا لرزش محفوظ باشد.

ت) مقدار سختی بدست آمده بستگی به راستای قرار گیری چکش دارد. طبق پیشنهاد ISRM بهتر است که چکش در یکی از سه وضعیت قائم به سمت بالا، افقی و یا قائم به سمت پایین قرار بگیرد.

- در هر سطح آزمایش 10 بار انجام شود و فاصله هرکدام از هم 2. 5 سانتیمتر کمتر نباشد و چنانچه سطح بتن خرد و شکسته شود آن نتیجه قابل قبول نیست.

- اعدادی که بیش از 6 واحد با میانگین فاصله دارند حذف گردد.

- اگر بیش از 2 نمونه حذف شود کل آزمایش باطل است.

در هر حالت مقدار انحراف چکش نباید بیشتر از مثبت و منفی 5 درجه باشد. در صورتی که امکان انجام آزمایش در هیچ یک از جهات ذکر شده نباشد می توان آزمایش را با زاویه ای دلخواه انجام داد و سپس نتایج را برای حالات قائم و یا افقی تصحیح نمود. منحنی تصحیح معمولا توسط کارخانه سازنده چکش ارائه می شود. زاویه قرارگیری چکش و هرگونه تصحیح انجام شده روی نتایج باید یادداشت و گزارش گردد.

ث) دست کم 20 آزمایش مجزا باید روی هر نمونه سنگ انجام گیرد. نقاط مورد آزمایش باید حداقل به اندازه قطر پلانژر از هم فاصله داشته باشند. درصورت ایجاد هرگونه درزه و ترک بر اثر ضربه وارده، نتایج آزمایش باطل و نمونه مربوطه برای آزمایش های بعدی غیر قابل استفاده خواهد بود. وجود هرگونه خطا در آماده سازی نمونه و روش آزمایش باعث ایجاد مقادیر پایین تر سختی می شود.