ضرورت انجام آزمایش ها

بتن، برخلاف سایر مصالح ساختمانی که معمولاً به صورت آماده در دسترس است،  بایستی قبل از استفاده ساخته شود. بنابراین مصالح تشکیل دهنده ی بتن باید  قبل از ساخت به میزان لازم آماده شده و پس از حصول اطمینان از کیفیت مطلوب  آنها با هم مخلوط گردند. جهت کسب اطمینان از کیفیت مطلوب مصالح، انجام  آزمایش ضروری است. ضمناً لازم است قبل از شروع عملیات اجرایی، فرمول ترکیب  بتن به طور دقیق در آزمایشگاه تعیین و نمونه ی آن ساخته شود، سپس در هنگام بتن ریزی نیز از طریق نمونه گیری و آزمایش نمونه ها، اطمینان لازم از کیفیت بتن مورد نظر حاصل شود. تداوم نمونه گیری و آزمایش های بتن در طول عملیات  اجرایی لازم است. باتوجه به نکات اشاره شده، آزمایش های بتن و کنترل مواد  تشکیل دهنده ی آن از اقدامات اساسی در ساخت و کاربرد فرآورده های بتنی به  شمار می آید.
برای آنکه بتوان آزمایش ها را در شرایط مشخص و طبق روش های واحدی انجام داد و قاعده ای برای کنترل کیفیت و تفسیر نتایج حاصله در  دسترس باشد، کشورهای مختلف استانداردهای خاصی را تدوین نموده اند که از آن  جمل می توان به استانداردهای ASTM (آمریکا)، BS (انگلستان)، DIN (آلمان) و (موسسه ی استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران) اشاره نمود.

1- تعیین نرمی سیمان

به دلیل اینکه در هنگام مصرف سیمان، هیدراتاسیون از سطح ذرات سیمان آغاز می  گردد، لذا مساحت کل سطح سیمان معرف میزان ماده ی در دسترس برای هیدراتاسیون می باشد و به همین دلیل تعیین نرمی سیمان اهمیت می یابد.
طبق تعریف نرمی یا سطح مخصوص برابر است از: سطح ذرات موجود در واحد جرم سیمان، و برحسب M2/kg و یا cm²/gr بیان می شود. سطح مخصوص یا نرمی سیمان با اندازه ی ذرات سیمان نسبت معکوس دارد. سطح مخصوص انواع سیمانها حدوداً بین 250 و m²/kg350 قرار دارد.
برای اندازه گیری نرمی سیمان، روش های مختلفی وجود دارد. یکی از این روش ها که  در استاندارد نیز بر روی آن تاکید شده است، استفاده از دستگاه نفوذپذیری  هوای بلین (Blaine) است. اساس کار این دستگاه بر مبنای عبور مقدار معینی هوا از سطح پرداخت شده ی سیمان، که میزان تخلخل معینی دارد، استوار است.
تعداد و اندازه ی سوراخ ها در یک سطح پرداخت شده تابعی از اندازه ی ذرات و شدت عبور جریان هوا از آن سطح می باشد.

دستگاه بلین اساساً شامل یک وسیله برای  مکش مقدار معینی هوا از میان یک بستر آماده شده از سیمان که تخلخل آن معین  می باشد، است. تعداد و اندازه روزنه ها در یک بستر آماده با تخلخل معین، تابعی از اندازه ذرات و تعیین نرخ جریان هوا از میان بستر است.

2- تعیین زمان گیرش سیمان

کلمه گیرش، برای سفت شدن خمیر سیمان به کار برده می شود، یعنی تغییر وضعیت از حالت مایع به جامد. گیرش به علت  هیدراسیون و با افزایش دمای خمیر سیمان اتفاق می افتد. گیرش اولیه مربوط به افزایش سریع دما و گیرش نهایی مربوط به دمای نهایی است. مدت زمان گیرش  سیمان با افزایش درجه حرارت، کاهش می یابد ولی آزمایش نشان داده است که در  دمای حدود 30 درجه سانتی گراد اثر معکوس را می توان مشاهده نمود.

در درجات حرارت پایین، گیرش سیمان کند می شود. زمان باز کردن قالب ها در سازه های  بتنی، با زمان گیرش بتن، ارتباط مستقیم دارد. برای اندازه گیری زمان گیرش
سیمان از دستگاه ویکات استفاده می شود.

1. گیرش کاذب: این نوع گیرش عبارتست از کم شدن حالت خمیری مخلوط در مدت زمان کوتاهی پس از اختلاط که  این فرآیند تولید حرارت نمی کند و با تراکم مجدد برطرف خواهد شد.
2. گیرش اولیه: گیرش اولیه هنگامی رخ خوهد داد که نفوذ سوزن ویکات در خمیری با
   غلظت نرمال، در مدت 30 ثانیه پس از رها شدن، برابر با 25 میلیمتر یا کمتر  باشد. در طول گیرش اولیه، حرارت آزاد می شود و این گیرش با ویبره ی مجدد از بین نخواهد رفت.
3. گیرش ثانویه یا نهایی: گیرش ثانویه هنگامی رخ خواهد داد که سوزن ویکات به وضوح در داخل خمیر فرو نرود. بر طبق استاندارد AST گیرش اولیه نباید کمتر از 45 دقیقه و گیرش ثانویه نباید بیش از375  دقیقه باشد. برای تعیین زمان های گیرش اولیه و ثانویه و سلامت لازم است از  خمیر سیمان با روانی متعارف استفاده شود. بنابراین ضرورت دارد که برای هر  سیمان معین میزان آب خمیر، که روانی متعارف را بدست می دهد مشخص گردد. نسبت این آب به سیمان را که به صورت درصد بیان می شود، غلظت نرمال می نامند .
   غلظت نرمال هنگامی نرمال خواهد بود که میزان نفوذ سوزن ویکات در داخل خمیر
   در مدت 30 ثانیه و در شرایط استاندارد برابر با 1 ± 10 میلیمتر باشد.

3- تعیین جرم حجمی سیمان

جرم حجمی (چگالی) سیمان یکی از خواص سیمان است که در محاسبات طرح اختلاط و اندازه گیری نرمی سیمان مورد استفاده قرار می گیرد. سیمان بطور کلی دارای سه نوع جرم حجمی به شرح زیر است:

• جرم حجمی آزاد: که عبارتست از جرم حجمی سیمان به صورت آزاد و بدون تراکم
• جرم حجمی متراکم: که عبارتست از جرم حجمی سیمان به صورت متراکم. این نوع جرم حجمی در انبار کردن سیمان کاربرد دارد.
• جرم حجمی مطلق: عبارتست از بیشترین جرم حجمی سیمان، که به عنوان جرم واحد حجم ذرات جامد سیمان تعریف می شود.

جرم حجمی سیمان پرتلند عموماً در حدود gr/cm3 15/3 می باشد. سیمان های پرتلند
پوزولانی و سیمان های روباره آهن گدازی ممکن است دارای جرم حجمی در حدود
gr/cm3 9/2 باشند. جرم حجمی سیمان نشان دهنده ی کیفیت سیمان نیست، اما می
تواند به عنوان معیاری از سیمان مصرفی در کارهای عمرانی مورد استفاده قرار  گیرد. از آنجا که اندازه گیری حجم اجسامی به شکل پودر، به سادگی ممکن نیست، برای اندازه گیری حجم سیمان در هنگام اندازه گیری جرم حجمی مطلق آن، از  وسیله ای به نام بالن لوشاتلیه استفاده می شود. جرم سیمان نیز با ترازو  تعیین می گردد.

4- تعیین مقاومت فشاری سیمان

آزمایش مقاومت فشاری ملات سیمان متداول ترین روشی است که برای اندازه گیری مقاومت سیمان به کار می رود، زیرا عملکرد فشاری بتن بیش از عملکرد کششی آن مد نظر
است. در آزمایش مقاومت فشاری ملات نسبت سنگدانه ها به سیمان برابر 75/2 و  نسبت آب به سیمان ثابت و برابر با 485/0 می باشد. در ضمن، ماسه ی مورد  استفاده در ساخت ملات مربوطه، ماسه ی استانداردی است که به ماسه ی اوتاوا  معروف است. در این روش نمونه های 51 میلیمتری از ملات ساخته شده و تا زمان  آزمایش در محلول آهک اشباع در حرارت 22 درجه سانتیگراد نگهداری می شوند.  علت اینکه مقاومت فشاری سیمان در استانداردها غالباً در ملات ماسه سیمان، و نه در بتن، مورد بررسی قرار می گیرد آن است که برای سنگدانه های درشت، تهیه ی  استانداردی که در همه جا مورد مصرف قرار گیرد، تقریباً مشکل و حتی غیر ممکن است.

1- تعیین ارزش ماسه ای: این آزمایش برای  تعیین مقدار لای در ماسه ی طبیعی به کار می رود و به راحتی در کارگاه قابل  انجام است. روش آزمایش بدین ترتیب است که محلولی از نمک طبیعی و آب به غلظت1% تهیه می کنند. سپس حدود CC50 از آن را در یک استوانه ی مدرج CC250 می  ریزند و به آرامی ماسه ی مورد نظر را به محلول اضافه می کنند تا وقتی که  سطح ماسه ی درون استوانه به CC100 برسد. با افزایش محلول، حجم را تا CC150  افزایش می دهند، سپس استوانه ی مدرج را به شدت تکان می دهند و آن را بدون  حرکت در محلی قرار می دهند و پس از 3 ساعت ارتفاع قشر لای را در بخش فوقانی ماسه اندازه می گیرند. درصد لای موجود در ماسه و ارزش ماسه ای از روابط  زیر بدست می آید:

درصد لای – 100 = ارزش ماسه ای

طبق آیین نامه ی بتن ایران، ارزش ماسه ای باید حداقل 75 باشد. برای کارهای با حساسیت بیشتر به مقادیر ارزش ماسه ای بالاتری نیاز هست و ممکن است نیاز به آزمایش های دقیق تری نیز باشد.

2- تعیین جذب آب سنگدانه ها:
سنگدانه ها دارای منافذی هستند. این منافذ می توانند با آب پر شوند و لذا  از بتن آب می گیرند. به علت اینکه میزان آب بتن (یا در واقع نسبت آب به  سیمان) بر روی خواص بتن تاثیر مستقیم دارد، تعیین میزان جذب آب سنگدانه از  اهمیت فراوانی برخوردار است. همان طور که در فصل قبل گفته شد، سنگدانه ها  از نظر جذب آب به چهار حالت زیر تقسیم می شوند: شرایط رطوبتی سنگدانه ها به صورت زیر مشخص می گردد:

• حالت خشک شده در کوره (Oven – dried): در این حالت هیچ آبی در داخل سنگ دانه باقی نمی ماند و به طور کامل آب جذب می کند.
• حالت خشک شده در هوا (Air-dried): روی سطح خارجی سنگدانه ها اثری از رطوبت وجود ندارد، اما دارای مقداری رطوبت داخلی است و مقداری آب جذب می کند.
• حالت اشباع با سطح خشک (Saturated – Suface dry): در این حالت مقدار رطوبت سنگدانه به حدی است که نه آبی را به بتن انتقال داده و نه آبی را از بتن جذب می کند. سطح سنگدانه خشک است.
• خیس یا تر (اشباع با سطح مرطوب) (Saturated): در این حالت علاوه بر اینکه تمام منافذ پر از آب است روی سطح سنگدانه هم آب وجود دارد.

شکل 3/ وضعیت رطوبتی سنگدانه ها

به
طور معمول فرض می شود که هنگام گیرش بتن، سنگدانه های آن در حالت اشباع با سطح خشک (SSD) می باشند. در صورتی که سنگدانه ها در حالتی غیر از (SSD)  باشند، برای رسیدن به این حالت یا از بتن آب گرفته یا به آن آب می دهند.
جذب آب سنگدانه ها برای رسیدن به حالت (SSD)، عبارتست از نسبت آب لازم برای
رسیدن سنگدانه ها به حالت (SSD)، به جرم سنگدانه ها در حالت خشک. این کمیت
به صورت درصد بیان می شود. معمولاً جذب آب ماسه، به علت بالاتر بودن سطح مخصوصش، از جذب آب شن جنس آن بیشتر است.
برای اندازه گیری میزان جذب آب  شن، آن را 24 ساعت در آب به حد اشباع می رسانند و سپس با حوله یا پارچه ی  جاذب آب آنقدر خشک می نمایند تا سطح آن درخشان شود. تفاضل وزن سنگدانه در  این حالت و حالت خشک شده در کوره، تقسیم بر وزن سنگدانه ی خشک شده در کوره، میزان جذب آب سنگدانه خواهد بود.
3- دانه بندی مصالح سنگی: یکی از روش های طبقه بندی سنگ دانه ها، برمبنای توزیع ذرات آنهاست که دانه  بندی نامیده می شود. برای این امر، از الک هایی با اندازه های مشخص استفاده می کنند که به الک های استاندارد موسومند. الک ها برحسب اندازه ی چشمه ها  (برحسب اینچ) برای الک های بزرگتر و تعداد چشمه ها در هر اینچ طول برای الک های کوچکتر از یک چهارم اینچ مشخص می نمایند. به عنوان مثال الک 3 اینچ  دارای چشمه هایی به ابعاد 75 × 75 میلیمتر است و الک نمره 100 دارای 100 × 100 سوراخ در هر اینچ مربع است.

جدول (1)

در آزمایش دانه بندی، مصالح خشک شده با لرزاندن از الک های مختلف (به ترتیب  از بالا به پایین) عبور داده می شود و اندازه ی دانه های مانده روی هر الک و مقدار آن تعیین می گردد. اندازه دانه های روی هر الک از اندازه ی خود الک  بزرگتر ولی از اندازه ی الک بالای آن کوچکتر است.
4- تعیین مقاومت سایشی مصالح درشت دانه: مقاومت بتن سایشی از جمله مشخصاتی است که در مواردی از قبیل سازه های هیدرولیکی،  روسازی ها و پیاده روهای بتنی از اهمیت فراوانی برخوردار است. یکی از این  عوامل موثر در این ویژگی بتن، مقاومت سایش سنگدانه های درشت است. مقاومت  سایشی سنگدانه ها با استفاده از دستگاه لوس آنجلس سنجیده می شود.
این  ماشین از یک استوانه توخالی که هر دو سر آن مسدود می باشد تشکیل شده است
قطر داخلی استوانه 12/71 سانتیمتر می باشد. استوانه از دو طرف متصل به  محوری است که بداخل استوانه نفوذ نکرده است و استوانه می تواند پس از سوار   شدن روی پایه ها بطور کاملاً افقی حول این محور دوران کند. برای ریختن مواد بداخل استوانه از دریچه ای که بوسیله پیچ و مهره به بدنه متصل شده استفاده می گردد.

هنگامی که استوانه می چرخد، یک پره ی آن نمونه و گلوله را  با خود به بالا می برد و از آنجا آنها را به طرف مقابل استوانه می ریزد و  بدین ترتیب و در اثر وارد آمدن ضربه، سنگدانه ها دچار لهیدگی می شوند. درصد مصالح از دست رفته بیانگر میزان سایش سنگدانه ها است.

بار سایش از  گوی های فولادی بقطر تقریبی 6/14 الی 7/4 سانتیمتر و وزن بین 390 الی 445  گرم تشکیل شده است. بار سایش دانه بندی نمونه مورد آزمایش باید بصورت زیر
باشد:

جدول (2)

نمونه مورد آزمایش را که از دانه های شسته و تمیز تشکیل شده است باید در کوره ای با حرارت 105 تا 110 درجه سانتیگراد حرارت داد و تقریباً تا وزن ثابت خشک  کرد و پس از دانه بندی با یکی از انواع دانه بندی جدول شماره (3) مطابقت  داد. دانه های نمونه مورد آزمایش باید نماینده موادی باشد که در کار مصرف  می شود.

جدول (3) دانه بندی نمونه مورد آزمون