مقدمه

با توجه به اینکه در فرایند تولید بتن خودتراکم غالبا توجه اصلی معطوف به حالت تازه می باشد، کنترل ویژگیها در این حالت از اهمیت زیادی برخوردار است. باید توجه داشت که تأثیر ویژگی های بتن تازه فقط در حین انجام عملیات اجرایی و بتن ریزی نمایان نمی شود، بلکه خواص بتن سخت شده را نیز می تواند تحت تأثیر قرار دهد.

مشخصه های جریان، زمان گیرش، آب انداختگی و جمع شدگی خمیری مواردی هستند که در بتن خودتراکم تازه مورد توجه قرار گرفته و برحسب شرایط ممکن است هریک از درجه اهمیت خاصی برخوردار باشد. در بین این موارد می توان گفت مشخصه های جریان که به طور خاص در بتن خودتراکم مطرح می شود، از اهمیت ممتازی برخوردار بوده و نیاز به دقت و تأمل بیشتری دارد. شناخت متغیرهای مختلف تأثیرگذار بر جریان بتن خودتراکم تازه و تأثیر مواد و افزودنی های مختلف بر هریک از این متغیرها می تواند منجر به تصمیم گیری صحیح در خصوص تعیین مواد و مصالح یا تصحیح نسبت ها در مخلوط آزمون شود.

در این مطلب ابتدا به معرفی کارایی و رئولوژی بتن تازه پرداخته شده و در ادامه برخی از تیس های موجود در ارتباط با اندازه گیری مشخصه های جریان بتن خودتراکم، در دو گروه های کاربردی کارایی و آزمایشهای بنیادی رئولوژی، مطرح شده اند.

مشخصه های جریان بتن خود تراکم

تعیین مشخصه های جریان بتن خودتراکم تازه برای توصیف کارایی آن امری ضروری است. مشخصه های مورد نیاز کارایی، حتی در محدوده ی بتن خودتراکم، می تواند با توجه به کاربرد و ماهیت پروژه بسیار متغیر باشد. به این دلیل آزمایش های بسیار زیادی برای توصیف کنی و کیفی کارایی بتن خودتراکم پیشنهاد شده است. کارایی را می توان از دو دیدگاه نیازهای کارگاهی یا مشخصه های رئولوژی مورد مطالعه و بررسی قرار داد. دیدگاه اول عملکرد بتن خودتراکم در پروژه ها و ارزیابی کیفی آن در کارگاه را هدف اصلی خود قرار می دهد، حال آنکه مطالعهی مشخصه های رئولوژی بتن خودتراکم تازه، شناخت و مقایسه ی دقیق رفتار مخلوطها و بررسی تأثیر مواد و افزودنی های مختلف بر رفتار خمیر، ملات و یا مخلوط بتن تازه را در آزمایشگاه میسر می سازد. قابل ذکر آنکه هر یک از این دو دیدگاه جایگاه و کاربرد مشخص خود را دارد، حال آنکه در برخی کاربردهای خاص و پیچیده تر بتن خودتراکم، ممکن است نیاز به انجام مطالعات و آزمایش های مرتبط با هر دو جنبه ی کارایی باشد.

نیازهای کارگاهی

همان گونه که در فصول گذشته عنوان شد، کارایی بتن خودتراکم توسط سه ویژگی قابلیت پرکنندگی، قابلیت عبور و مقاومت در برابر جداشدگی تعریف می شود. قابلیت پرکنندگی، توانایی بتن خودتراکم برای جریان یافتن تحت وزن خود و پر کردن تمام زوایای قالب می باشد. قابلیت عبور نیز توانایی بتن خودتراکم برای جریان یافتن و عبور از میان مقاطع با حجم زیاد آرماتور و یا مقاطع باریک را نشان میدهد. در نهایت مقاومت در برابر جداشدگی و یا پایداری بتن خودتراکم تازه نیز به یکنواختی اجزای بتن تازه در قسمتهای مختلف و عدم جداشدگی مخلوط حین بتن ریزی و پیش از وقوع گیرش اولیه اطلاق می شود.

تاکنون آزمایش های فراوانی برای اندازه گیری این سه ویژگی بتن خودتراکم توسط افراد و سازمانهای مختلف پیشنهاد شده است. به دلیل وجود ارتباط بین ویژگی های بتن خودتراکم، اغلب آزمایش های موجود بیش از یک ویژگی را مورد بررسی و اندازه گیری قرار میدهند. با این وجود تاکنون آزمایش معتبری که هر سه ویژگی را همزمان و به طور دقیق اندازه گیری کند، ارائه نشده است. به همین دلیل در اکثر موارد ترکیبی از آزمایشها برای ارزیابی مخلوط بتن خودتراکم تازه توصیه و بکار گرفته می شود.

برخی محققین پایداری بتن خودتراکم تازه را از دو منظر استاتیکی و دینامیکی مورد مطالعه قرار میدهند. پایداری دینامیکی با توجه به عملکرد بتن تازه حین عملیات بتن ریزی ارزیابی میشود. این ویژگی را می توان با انرژی اعمال شده (ناشی از پمپ کردن، لرزش و یا سقوط آزاد) و قابلیت عبور (متأثر از ابعاد مقطع و فضای آزاد بین آرماتورها) مرتبط دانست. از سوی دیگر ای استاتیکی عملکرد بتن را بلافاصله بعد از وارد شدن انرژی ناشی از بتن ریزی تا زمان نوع گیرش اولیه مخلوط تازه توصیف می کند. در صورتی که مخلوط بتنی از پایداری استاتیکی کافی برخوردار نباشد، در این بازه ی زمانی جداشدگی ذرات سنگدانه رخ میدهد. رئولوژی خمیر سیمان، شکل، دانه بندی و وزن مخصوص سنگدانه ها در مقایسه با خمیر سیمان) عواملی هستند که بر پایداری استاتیک بتن خودتراکم تازه تأثیر می گذارند.

جنبه های دیگر کارایی، همانند قابلیت پمپ کردن و پرداخت سطحی، در اکثر موارد در بتن خودتراکم نسبت به بتن معمولی بهبود می یابند. سطح نهایی بتن نیز در صورت رعایت همه ی موارد از وضعیت بهتری برخوردار خواهد بود. البته در این میان قابلیت حفظ کارایی باید مورد توجه قرار گیرد. در برخی موارد الگوی تغییرات در قابلیت حفظ کارایی لزوما متناسب با تغییرات زمان گیرش مخلوط نمی باشد.

مشخصه های رئولوژی

به زبان ساده رئولوژی را می توان علم جریان و تغییر شکل مواد تعریف کرد. با به کارگیری این دانش می توان به توصیف علمی مشخصه های جریان بتن تازه پرداخت. باید توجه داشت که مشخصه های اساسی رئولوژی هر ماده ی خاص، ذاتی و مستقل از روش آزمایش می باشد. از مشخصه های رئولوژی می توان برای اهدافی چون مقایسه ی کارایی مخلوطهای مختلف، تعیین نسبتهای اختلاط و شبیه سازی جریان بتن در مدل های کامپیوتری استفاده نمود. با این وجود، این مشخصه ها همه ی ابعاد کارایی را در برنمی گیرند. به عنوان مثال قابلیت عبور اساسأ به ویژگی هایی چون شکل و بافت سنگدانه ها و حجم خمیر سیمان وابسته بوده و به کمک مشخصه های رئولوژی به طور کامل قابل پیش بینی نمی باشد.

مطالعه ی رئولوژی بتن تازه بر این فرض استوار است که رفتار بتن تازه را می توان مانند یک مایع دانست. بر خلاف یک ماده ی جامد الاستیک که تغییر شکل محدود و برگشت پذیری را تحت اثر بار متحمل می شود، یک مایع تحت برش ثابت به طور مداوم تغییر شکل می دهد و این تغییر شکل تا هنگامی که بار اعمال می شود، وجود خواهد داشت. بر این اساس، برای تعیین پارامترهای اساسی جریان یک مایع، ارتباط بین تنش برشی (ع) و نرخ برش (۳) مدنظر قرار می گیرد. الگوی این ارتباط توسط یک منحنی جریان نشان داده می شود. معادلات مربوط به چندین مدل ارائه شده در شکل زیر نشان داده شده است.

از بین مدل های پیشنهادی، مدل بینگهام به دلیل سادگی و انطباق مناسب با رفتار بتن تازه بیشترین کاربرد را دارد. همان گونه که در رابطه ی زیر مشاهده می شود، استفاده از این مدل نیازمند تعیین دو پارامتر تنش تسلیم (to) و لزجت خمیری (u) است:

مدل های ارائه شده برای بتن تازه
مدل های ارائه شده برای بتن تازه

به زبان ساده می توان گفت تنش تسلیم نشان دهنده ی مقدار تنش لازم برای شروع یا تداوم جریان می باشد؛ در حالی که لزجت خمیری نشان دهنده ی میزان مقاومت در برابر جریان (مقادیر تنش بیشتر از تنش تسلیم) است. در نرخ برش معین، لزجت ظاهری از تقسیم تنش برشی بر نرخ برش به دست می آید.

بنابراین در یک مایع بینگهام، با افزایش نرخ برش لزجت ظاهری کاهش می یابد. اما باید توجه داشت که برخی مایعات تابع چنین رفتاری نیستند و از قانون توانی نرخ برشی تبعیت می کنند. این مسئله برای برخی مخلوطهای بتنی نیز برقرار است و فرض رابطه ی خطی بین تنش برشی و نرخ برش منجر به نتایج نامطلوبی برای آنها میشود. به همین دلیل برای بررسی رفتار چنین موادی از مدل Herschel – Bulkley استفاده میشود. در این مدل مقادیر ثابت تجربی a را برای نشان دادن رابطه ی غیر خطی بین (C) و (۳) بکار می روند

قابل ذکر است که ثابت a ضریب جریان و ثابت b ضریب قانون توانی نامیده می شوند. اگر ثابت b برابر یک باشد، نشانگر رفتار بینگهام خواهد بود، در صورتی که مقادیر بزرگتر از یک رفتار غلیظ شونده تحت برش و مقادیر کوچک تر از یک رفتار رقیق شونده تحت برش را توصیف می کنند. به دلیل اینکه بعضی مخلوطهای بتن خودتراکم رفتار رقیق شونده تحت برش از خود بروز می دهند، تغییرات لزجت در ازای مقادیر متفاوت نرخ برش می بایست تعیین شود. با در نظر گرفتن مدل بینگهام می توان گفت بتن خودتراکم برای اینکه بتواند تحت وزن خود تمام زوایای قالب را پر کرده و از پایداری کافی نیز برخوردار باشد، باید دارای ترکیب مناسبی از مقادیر تنش تسلیم و لزجت خمیری باشد. تنش تسلیم باید به قدری کم باشد که مخلوط تازه به راحتی تحت وزن خود جریان یابد، البته به میزانی که باعث وقوع جداشدگی نشود. از طرف دیگر لزجت خمیری باید به اندازه ی کا اغلب برای اندازه گیری مشخه میری باید به اندازه ی کافی زیاد باشد تا از جداشدگی جلوگیری کند و البته بن جریان یافتن مخلوط را بیش از اندازه محدود نکند.

اندازه گیری مشخصه های رئولوژی از دستگاه “رئومتر استفاده میشود. این دستگاه اعمال نرخهای متفاوت برش به بتن، تنش برشی به وجود آمده را اندازه گیری می کند. صات ظاهری چندین نمونه از رئومترهای متداول در شکل زیر مشاهده میشود.

در رئو متر دارای استوانه های هم محور، چرخش یک استوانه نسبت به استوانه دیگر باعث ایجاد در مایع بین دیواره های استوانه داخلی و خارجی می شود، در حالی که در رئومتر با صفحه ی پانی، تغییرات افقی و قائم توزیع سرعت در مایع باعث ایجاد برش می شود. در نوع دارای همزن نیز نرخ برش متوسطی در مایع ایجاد می شود که با به کارگیری روش های متعارف کالیبره کردن، می توان به مشخصه های رئولوژی دست یافت.

یکی دیگر از مشخصه های مهم رئولوژی، تیکسوتروپی میباشد که طبق تعریف Hackey و Ferraris (۲۰۰۱)، کاهش برگشت پذیر و تابع زمان لزجت می باشد که در اثر اعمال برش ثابت به یک ماده رخ می دهد. اگرچه وجود این خاصیت در بتن خودتراکم می تواند مزایایی داشته باشد، لیکن باعث پیچیدگی اندازه گیری مشخصه های رئولوژی میشود. فشار جانبی وارد بر قالبها، پایداری و قابلیت پمپ کردن مواردی هستند که می توانند تحت تأثیر پدیده ی تیکسوتروپی قرار گیرند.

مشخصات ظاهری چند نمونه از رئومترهای بتن (برگرفته از گزارش ICAR (۲۰۰۷))
مشخصات ظاهری چند نمونه از رئومترهای بتن (برگرفته از گزارش ICAR (۲۰۰۷))

همگامی که یک ماده تیکسوتروپ  در حالت سکون قرار میگیرد با گذشت زمان به دلیل وجود عواملی از قبیل پیوستگی و نیروهای کلوئیدی، شبکه ای سه بعدی از ذرات پدید می آید اعمال تنش باعث شکست این شبکه و تغییر شکل و جهت دهی ذرات و یا توده ها می شود. نتیجه ی این اتفاق کاهش لزجت در در یک نرخ برش یا تنش برشی ثابت می باشد. با گذشت زمان کافی از آغاز اعمال برش ماده به شرایط تعادل می رسد  به گونه ای که لزجت به کمترین مقدار خود به ازای نرخ برش اعمال شده می رسد. هنگامی که اعمال برش متوقف می شود، ساخی شبکه ی سه بعدی دوباره شکل گرفته و لزجت اولیه مجددا پدید می آید. این بازگشت لزجت به دلیل حرکت براونی ذرات رخ می دهد؛ پدیده ای که علاوه بر حرکت اتفاقی ذرات، باعث نزدیک آنها و تجمع بر اثر نیروهای کلوئیدی میشود. باید توجه داشت که حرکت براونی غالب برای ذرات با اندازه ی کمتر از ۱ میکرون رخ میدهد؛ در حالی که نیروهای کلوئیدی بر ذرات بزرگتر از ۱ میکرون تأثیر گذاشته و باعث تجمع ذرات می شود.

Barnes (۱۹۹۷) معتقد است تبدیل مایع ساکن (با لزجت ظاهری زیاد) به مایع جاری (با الزجت ظاهری کم) را می توان به وجود تنش تسلیم یا رفتار رقیق شوندگی تحت برش نسبت داد؛ در حالی که کاهش لزجت با گذشت زمان به دلیل اعمال برش ثابت را باید با خاصیت تیکسوتروپی مربوط دانست. شکل زیر این تبدیل را در یک آزمایش گام به گام نشان میدهد.

نمایش تأثیر خاصیت تیکسوتروپی در آزمایش گام به گام (برگرفته از گزارش ICAR (۲۰۰۷))
نمایش تأثیر خاصیت تیکسوتروپی در آزمایش گام به گام (برگرفته از گزارش ICAR (۲۰۰۷))

همان گونه که در شکل مشاهده می شود، با افزایش ناگهانی نرخ برش (از حالت سکون) و رسیدن آن به مقداری ثابت، تنش برشی پدید آمده به حداکثر مقدار خود برای نرخ برش اعمال شده می رسد. با گذشت زمان، تنش برشی کاهش می یابد (شکست تیکسوتروپی و نهایتا به حالت تعادل و یک مقدار ثابت می رسد. سپس با کاهش نرخ برش، تنش برشی ابتدا کاهش یافته ولی به تدریج زیاد شده و با شکل گیری مجدد شبکه سه بعدی، به حالت تعادل جدید نزدیک می شود. در واقع می توان گفت متناظر با هر نرخ برش، یک تنش برشی تعادلی وجود دارد.

بیشتر بخوانید  بتن خودتراکم | قسمت 1: معرفی بتن خودتراکم

شکل زیر نیز خاصیت تیکسوتروپی را در منحنی جریان نشان میدهد. هنگامی که نرخ برش از صفر به حداکثر میزان خود می رسد، وجود این خاصیت سبب می شود مقادیر تنش برشی بیشتر از مقادیر تعادلی متناظر اندازه گیری شود.

بروز پدیده ی تیکسوتروپی در اندازه گیری های منحنی جریان (برگرفته از گزارش ICAR (۲۰۰۷))
بروز پدیده ی تیکسوتروپی در اندازه گیری های منحنی جریان (برگرفته از گزارش ICAR (۲۰۰۷))

در مرحله ی بعد نیز هنگامی که نرخ برش کاهش داده می شود، شکست ساختار شبکه که بر اثر انجام مرحله ی قبل رخ داده است، باعث میشود مقادیر اندازه گیری شده کمتر از مقادیر مرحله ی اول بوده و منحنی برگشت پایین تر از منحنی رفت قرار گیرد. معمولا زمان مورد نیاز برای بازسازی شبکه نسبت به زمان شکست طولانی تر می باشد، با این وجود ۳۰ تا ۵۰ درصد لزجت ممکن است در عرض چندین ثانیه دوباره پدید آید.

باید توجه داشت که ویژگی های دیگر مایع نیز ممکن است باعث پیدایش رفتاری مشابه پدیده – ی تیکسوتروپی شوند، با این وجود باید آنها را با این ویژگی متمایز دانست. او باید توجه داشت که به طور کلی یک ماده ممکن است دارای ویژگیهای ویسکوالاستیک و تیکسوتروپ به صورت توأم باشد (شکل زیر). خاصیت ویسکوالاستیک ماده باعث ایجاد یک وقفه بین اعمال تنش و تغییر شکل نهایی می شود که این مسئله ارتباطی با تغییر ساختار ماده ندارد؛ در صورتی که خاصیت تیکسوتروپی سبب رخ دادن این تغییر می شود.

نمایش تفاوت ویژگیهای ویسکوالاستیسیته و تیکسوتروپی (برگرفته از گزارش ICAR (۲۰۰۷))
نمایش تفاوت ویژگیهای ویسکوالاستیسیته و تیکسوتروپی (برگرفته از گزارش ICAR (۲۰۰۷))

علاوه بر این در برخی مواد به دلایل متفاوتی همچون ته نشینی مواد معلق، کاهش برگشت ناپذیر لزجت رخ می دهد. مورد دیگری که باید از خاصیت تیکسوتروپی تمیز داده شود، پدیده ی رقیق شوندگی تحت برش می باشد؛ پدیده ای که در آن کاهش لزجت به عنوان تابعی از افزایش نرخ برش رخ میدهد. غالبا خاصیت تیکسوتروپی در مایعات رقیق شونده تحت برش : مشاهده می شود، در حالی که در مایعات غلیظ شونده تحت برش، افزایش برگشت پذیر و تابع زمان لزجت (آنتی تیکسوتروپی) رخ میدهد.

 اندازه گیری مشخصه های جریان بتن خود تراکم (آزمایش های بتن خود متراکم)

برای انتخاب روش آزمایش و یا مجموعه آزمایش ها برای اندازه گیری مشخصه های جریان بتن خودتراکم، درک این موضوع که چه ویژگی یا ویژگیهایی توسط هر آزمایش مورد ارزیابی قرار می گیرد و اینکه چه ارتباطی میان نتیجه ی این ارزیابی با عملکرد بتن خودتراکم در کارگاه وجود دارد، از اهمیت زیادی برخوردار است. همان گونه که عنوان شد، آزمایش های مورداستفاده برای تعیین مشخصه های جریان را می توان به دو دسته ی آزمایش های کاربردی کارایی و آزمایشهای بنیادی رئولوژی تقسیم بندی نمود.

آزمایش های کاربردی عموما شامل شبیه سازی شرایط خاصی از بتن ریزی در کارگاه و اندازه گیری یک کمیت (مانند زمان با فاصله) به عنوان شاخص کارایی می شود. از سوی دیگر در آزمایشهای بنیادی رئولوژی مشخصه های اساسی که از نظر تئوری از دستگاه مورد استفاده در آزمایش مستقل هستند، اندازه گیری می شود. با این وجود، در عمل برای این مقادیر مطلق به دلیل تفاوت در ویژگیهایی چون هندسه و اصطکاک سطحی اجزای رئومترهای مورد استفاده برای خمیر، ملات و یا بتن مقادیر متفاوتی به دست می آید.

آزمایش های کاربردی کارایی

تاکنون آزمایشهای زیادی برای ارزیابی کارایی بتن خودتراکم تازه توسط مراجع مختلف پیشنهاد شده است. بر همین اساس، هریک از این مراجع تفسیر متفاوتی نیز از نتایج آزمایش ها داشته و مقادیری را به عنوان ضوابط پذیرش بتن خود تراکم تازه ارائه داده است.

به عنوان مثال، راهنمای اروپایی EFNARC (۲۰۰۲) آزمایشها و الزاماتی را در خصوص کارایی بتن خودتراکم در هنگام بتن ریزی در کارگاه پیشنهاد کرده است. این ضوابط پذیرش برای مخلوطهای با حداکثر اندازه سنگدانه تا ۲۰ میلی متر پیشنهاد شده است. آزمایشهای مورد نظر این راهنمای اروپایی و بازه های مورد پذیرش برای نتایج این آزمایشها در جدول زیر آورده شده است.

ضوابط پذیرش پیشنهادی بتن خودتراکم توسط راهنمای EFNARC (۲۰۰۲)
ضوابط پذیرش پیشنهادی بتن خودتراکم توسط راهنمای EFNARC (۲۰۰۲)

از میان آزمایش های پیشنهاد شده تاکنون فقط ۴ مورد توسط استاندارد ASTM و ۵ مورد توسط استاندارد انگلیسی- اروپایی BS EN ارائه شده است که در ادامه به توضیح آنها و برخی آزمایش های پیشنهادی دیگر پرداخته شده است. سازمان استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران نیز استانداردهای مربوط به روش آزمون جریان اسلامپ (شماره ۱۱۲۷۰)، حلقهى ل شماره ۱۱۲۷۱) و جداشدگی در ستون (شماره ۱۲۲۵۵) را ارائه نموده است که روش آزمون های فوق مشابه استاندارد ASTM می باشد.

در ارتباط با نتایج این آزمایش ها توجه به این نکته الزامی است که تفسیر نتایج امری حساس بوده و تابع عواملی چون میزان اهمیت پروژه و شرایط کاربرد بتن خودتراکم (حجم آرماتور عضو بتنی، افقی و یا قائم بودن عضو بتنی و غیره) می باشد. همچنین باید توجه داشت که در برخی موارد ارتباط دقیقی بین نتیجه ی آزمایش و عملکرد بتن خودتراکم در شرایط کارگاهی وجود ندارد و با انجام مجموعه ای از آزمایشها صرفا می توان در مورد عملکرد این بتن در شرایط کارگاهی اظهار نظر کلی نمود.

آزمایش جریان اسلامپ

استاندارد ASTM این آزمایش را برای ارزیابی قابلیت جریان مخلوط بتن خود تراکم تازه با حداکثر اندازه سنگدانه تا ۲۵ میلی متر ارائه کرده است. این استاندارد همچنین دو آزمایش اختیاری را نیز به همراه آزمایش جریان اسلامپ، برای ارزیابی جداشدگی و نیز تعیین لزجت نسبی مخلوط، ارائه کرده است.

برای انجام این آزمایش نحوه ی قرار گیری مخروط Abram به هر دو صورت معمول و وارونه قابل قبول است. پس از آماده سازی و قرار دادن مخروط به صورت ثابت روی صفحه ی مخصوص، باید نمونه ی بتنی را به صورت پیوسته درون مخروط ریخت. پس از صاف نمودن سطح مخروط، با یک حرکت قائم یکنواخت، مخروط در عرض ۲ تا ۴ ثانیه برداشته می شود و بتن جریان می یابد. بعد از اینکه جریان دایرهی بتنی پخش شده متوقف گردید، ابتدا حداکثر قطر پخش شدگی و سپس قطر پخش شدگی در جهت عمود بر آن اندازه گیری می شود. قطر پخش شدگی در آزمایش جریان اسلامپ برابر با میانگین این دو مقدار (برحسب میلی متر) خواهد بود.

باید توجه داشت که در صورت وجود حلقه ای از ملات (پدیده ی جداشدگی) در اطراف مخلوط بتنی پخش شده، این قسمت نیز باید جزو قطر پخش شدگی منظور گردد. علاوه بر این، اگر تفاوت در دو قطر اندازه گیری شده در جهات عمود برهم بیش از ۵۰ میلی متر باشد، آزمایش مذکور نامعتبر بوده و باید تکرار شود.

دو آزمایش اختیاری تعیین لزجت نسبی مخلوط (زمان Tso) و نیز ارزیابی جداشدگی (شاخص پایداری دیداری) به همراه آزمایش جریان اسلامپ ارائه شده است. زمان T50 مدت زمان رسیدن لبهی خارجی دایرهی بتنی در حال جریان به قطر پخش شدگی ۵۰۰ میلی متر می باشد که این زمان حین انجام آزمایش جریان اسلامپ با کمک زمان سنج اندازه گیری می شود. زمان Tso اطلاعاتی را در مورد مشخصه های جریان مخلوط بتن خودتراکم در اختیار قرار میدهد، به گونه ای که افزایش این زمان نشان دهنده ی لزجت بیشتر مخلوط می باشد.

شاخص پایداری دیداری نیز با بازدید چشمی مخلوط بتنی پخش شده تعیین می شود و می تواند به عنوان قسمتی از روند کنترل کیفیت بتن خودتراکم بکار گرفته شود. ضوابط تعیین این شاخص در جدول زیر آورده شده است.

تعیین شاخص پایداری دیداری بر اساس استاندارد ASTM
تعیین شاخص پایداری دیداری بر اساس استاندارد ASTM

باید توجه داشت که این شاخص نمی تواند پایداری بتن تازه را به صورت کمی اندازه گیری نماید و صرفا نوعی ارزیابی کیفی میباشد. به هر حال برای ارزیابی جداشدگی در مخلوط بتن خودتراکم تازه انجام آزمایش هایی مانند جداشدگی در ستون، آزمایش نفوذ و یا آزمایش پایداری الک که همگی در ادامه توضیح داده میشوند، توصیه می گردد.

شکل زیر نمونه ای از مخلوط بتنی با شاخص پایداری دیداری (۲) را نشان میدهد. استاندارد ۱۲۳۵۰ – ۸ : ۲۰۱۰ BS EN نیز آزمایش جریان اسلامپ را با فرایندی مشابه آنچه توضیح داده شد، به همراه ثبت زمان T50 و گزارش وضعیت ظاهری بتن از نظر جداشدگی، ارائه کرده است.

وجود حلقه ای از ملات در اطراف و لایه ی نازک آب در سطح بتن تازه - شاخص پایداری دیداری برابر ۲
وجود حلقه ای از ملات در اطراف و لایه ی نازک آب در سطح بتن تازه – شاخص پایداری دیداری برابر ۲

آزمایش حلقه ی J

استاندارد ASTM آزمایش حلقه ی J را برای ارزیابی قابلیت عبور در مخلوط بتن خودتراکم تازه با حداکثر اندازه اسمی سنگدانه تا ۲۵ میلی متر ارائه کرده است. در کارهای تحقیقاتی از این آزمایش برای مقایسه ی مخلوطهای مختلف و در کارگاه ها از آن می توان به عنوان یک آزمایش کنترل کیفیت استفاده نمود.

نخوه انجام آزمایش به این گونه می باشد که بعد از قرار گیری صفحه آزمایش اسلامپ بر روی سطحی صاف، حلقهی ل روی آن قرار داده شده و مخروط Abram در مرکز حلقه گذاشته می شود. بعد از پر نمودن مخروط به صورت پیوسته، مخروط در عرض ۲ تا ۴ ثانیه به سمت بالا کشیده شده و بعد از اینکه جریان دایره ی بتنی متوقف گردید، ابتدا حداکثر قطر پخش شدگی و سپس قطر پخش شدگی در جهت عمود بر آن اندازه گیری می شود. قطر پخش شدگی در ازمایش حلقه ی  J ، میانگین این دو مقدار خواهد بود.

طبق استاندارد ASTM، برای انجام این آزمایش نحوهی قرار گیری مخروط اسلامپ می توان به صورت معمول و یا وارونه باشد. باید توجه داشت که در هر صورت، نحوهی قرار گیری مخرما در آزمایش جریان اسلامپ و حلقهی J باید یکسان باشد تا مقایسه بین نتایج این دو آزمایش امکان پذیر باشد.

ابعاد و مشخصات ظاهری حلقه ی J بر اساس استاندارد ASTM
ابعاد و مشخصات ظاهری حلقه ی J بر اساس استاندارد ASTM
تفسیر نتایج آزمایش حلقه ی J بر اساس استاندارد ASTM
تفسیر نتایج آزمایش حلقه ی J بر اساس استاندارد ASTM

استاندارد انگلیسی- اروپایی ۱۲ : ۲۰۱۰ -۱۲۳۵۰ BS EN برای انجام این آزمایش دو نوع حلقه ی که برای شبیه سازی مقاطع با آرماتورگذاری سبک و سنگین را پیشنهاد کرده است که در یک چیدمان ۱۲ عدد میله و در چیدمان دیگر ۱۶ عدد میله (با قطر ۰ / ۵+ ۱۸) میلی متر با فواصل برابر در حلقهی J قرار می گیرد. در روش آزمایش ارائه شده در این استاندارد، علاوه بر اندازه گیری حداکثر قطر پخش شدگی، زمان رسیدن به قطر پخش شدگی ۵۰۰ میلی متر (Ts001) نیز می تواند ثبت و گزارش شود. همچنین قابلیت عبور از حلقه (PJ) توسط رابطه ی زیر و پس  از اندازه گیری ارتفاع سطح بتن در مرکز حلقه و چهار نقطه ی مشخص خارج حلقه (نسبت به سطح بالایی حلقهی J) به دست می آید.

که در آن Ah مقادیر ارتفاع نسبی اندازه گیری شده (میلی متر) و PJ قابلیت عبور اندازه گیری شده (میلی متر) می باشد.

راهنمای EFNARC (۲۰۰۲) اندازه گیری اختلاف ارتفاع بتن درون حلقهی J (با اندازه و میله های ارائه شده توسط این راهنما) و بیرون آن را پس از توقف جریان به عنوان معیار قابلیت عبور مطرح کرده است. این اختلاف ارتفاع باید در چهار نقطه اندازه گیری شده و میانگین این اعداد برای ارزیابی مورد استفاده قرار گیرد. راهنمای EFNARC حداکثر اختلاف ارتفاع ۱۰ میلی متر را مجاز دانسته است.

آزمایش جداشدگی در ستون

استاندارد ASTM این آزمایش را برای ارزیابی پایداری استاتیکی در مخلوط بتن خودتراکم تازه حاوی سنگدانه معمولی پیشنهاد کرده است. از مزایای این آزمایش فراهم نمودن شرایطی مشابه شرایط کاربرد بتن خودتراکم در کارگاه و نیز اندازه گیری پایداری استاتیک به طور مستقل از خواص دیگر می باشد. از سوی دیگر، دشواری انجام و زمان بر بودن آزمایش را می توان از موانع به کار گیری آن در کارگاه ها دانست.

نحوه ی انجام آزمایش به طور خلاصه به این صورت است که ابتدا قالب (شکل زیر) با نمونه ای همگن از بتن، بدون اعمال لرزش و به صورت پیوسته، در عرض دو دقیقه پر می شود. سپس ستون حاوی بتن باید به مدت ۱+۱۵ دقیقه در حال سکون بماند. پس از اتمام این مدت بلافاصله گیره های استوانه ی فوقانی باز شده و با حرکت افقی این استوانه، بتن درون آن روی ظرف مخصوص جمع آوری بتن (شکل زیر) ریخته می شود. مشابه این کار برای استوانه ی میانی هم انجام شده ولی بتن درون آن دور ریخته می شود. نمونه ی جمع آوری شده از استوانه فوقانی روی الک نمرهی ۴ ( ۴ / ۷۵ میلی متر) ریخته و شسته می شود و سنگدانه های درشت باقی مانده روی الک درون یک محفظه ی پلاستیکی تمیز ریخته می شود. این مراحل برای استوانه ی تحتانی نیز تکرار می شود. سپس سطح سنگدانه های به دست آمده از این دو استوانه با امک یک پارچه ی جاذب آب خشک شده و نهایتا وزن هر دو نمونه اندازه گیری می شود.

برای اندازه گیری درصد جداشدگی استاتیک در صورتی که وزن سنگدانه های درشت استوانهی سالی بیشتر از استوانه ی فوقانی باشد، از رابطه ی زیر استفاده می شود:

که در آن (S) درصد جداشدگی استاتیک، (CAB) وزن سنگدانه های درشت استوانه تحتانی و (CAr) وزن سنگدانه های درشت استوانه فوقانی میباشد.

ابعاد و مشخصات قالب مورد استفاده در آزمایش جداشدگی در ستون بر اساس استاندارد ASTM
ابعاد و مشخصات قالب مورد استفاده در آزمایش جداشدگی در ستون بر اساس استاندارد ASTM
ابعاد ظرف مخصوص جمع آوری بتن در آزمایش جداشدگی در ستون بر اساس استاندارد  ASTM
ابعاد ظرف مخصوص جمع آوری بتن در آزمایش جداشدگی در ستون بر اساس استاندارد  ASTM

ارزیابی سریع مقاومت در برابر جداشدگی بتن خود تراکم به کمک آزمایش نفوذ

این آزمایش اگرچه به طور مستقیم مقاومت در برابر جداشدگی را اندازه گیری نمی کند، لیکن احتمال وقوع آن را ارزیابی می کند. دستگاه مورد نیاز برای انجام این آزمایش در شکل نشان داده شده است. با توجه به اینکه انجام آزمایش جداشدگی در ستون نیازمند صرف نسبتا طولانی است و انجام آن در کارگاه و پیش از بتن ریزی دشوار می باشد، شاید بتوان این آزمایش را به عنوان جایگزین آزمایش جداشدگی در ستون در کارگاهها بکار گرفت. این آزمایش برای مخلوطهای حاوی سنگدانه معمولی طراحی شده است و در صورت به کار گیری آن برای بتن خودتراکم سبکدانه، باید قبلا توسط آزمایش هایی همبستگی بین نتایج آن با نتایج آزمایش جداشدگی در ستون تعیین شود.

بیشتر بخوانید  بتن خودتراکم | قسمت 6: ویژگی های بتن خودتراکم سخت شده

برای انجام این آزمایش پس از آماده سازی دستگاه نفوذ (مرطوب کردن استوانه توخالی و ثابت نمودن میلهی قائم) که در شکل زیر مشاهده میشود، مخروط Abram به صورت وارونه قرار داده شده و یک نمونه ی همگن (حدود ۶ لیتر) از بتن تهیه شده و به صورت پیوسته درون مخروط ریخته می شود. پس از صاف نمودن سطح مخروط، به مدت ۵*۸۰ ثانیه بتن در حالت سکون باقی می ماند. در این مدت دستگاه نفوذ در بالای مخروط قرار داده می شود، به گونه ای که استوانهی توخالی دقیقا در وسط دهانه ی مخروط قرار بگیرد و به قدری پایین آورده می شود که با سطح بتن تماس پیدا کند. بعد از اتمام مدت سکون، استوانه باید به مدت ۲*۳۰ ثانیه به صورت آزاد در بتن نفوذ کند و میزان نفوذ در این مدت اندازه گیری می شود.

دستگاه انجام آزمایش نفوذ
دستگاه انجام آزمایش نفوذ

استاندارد ASTM مقادیری را به صورت پیشنهادی برای ارزیابی نتیجه ی آزمایش پیشنهاد کرده است؛ به گونه ای که مقادیر نفوذ بین ۱۰ تا ۲۵ میلی متر را با درجه ی مقاومت در برابر جداشدگی استاتیک “نسبتا مقاوم “، مقادیر نفوذ کمتر از ۱۰ میلی متر را با عنوان ” مقاوم ” و مقادیر بیشتر از ۲۵ میلی متر را با عنوان “غیر مقاوم” تفسیر می کند.

 آزمایش جعبه ی L شکل

این آزمایش قابلیت عبور (و پر کنندگی بتن خودتراکم را مورد ارزیابی قرار داده و احتمال بلوکه شدن مخلوط تازه در اثر مواجهه با آرماتورها را بررسی می کند. در مقایسه با آزمایه حلقهى ، نتایج این آزمایش ارتباط بهتری را با عملکرد مخلوطهای مختلف در پروژه ها داشته است که دلیل آن می تواند به کار گیری حجم بیشتر بتن برای عبور از میان آرماتورها باشد که قاعدتا به شرایط واقعی نزدیک تر است. از معایب این روش نیز می توان به عدم تمایز بین ویژگیهای “پرکنندگی” و “قابلیت عبور ” مخلوط مورد آزمایش اشاره نمود.

مقادیر متفاوتی برای تعداد، قطر و فاصله ی آزاد بین آرماتورهای مورد استفاده در دستگاه این آزمایش پیشنهاد شده است. استاندارد ۱۰ : ۲۰۱۰ -۱۲۳۵۰ BS EN قرارگیری ۲ یا ۳ میلهی فولادی (با قطر ۰٫۲ + ۱۲ میلی متر) را با فواصل مساوی در مجرای جداکننده ی قسمت قائم و افقی (با عرض ۲۰۰ میلی متر) مجاز میداند. روند انجام آزمایش به طور خلاصه به این صورت می باشد که ابتدا جداگر کشویی دستگاه بسته شده و قسمت قائم جعبه با نمونه بتنی همگن پر شده و به مدت ۱ دقیقه در حالت سکون رها می شود. سپس جداگر کشویی به بالا کشیده شده و بتن در قسمت افقی جریان می یابد. پس از توقف جریان بتن، کاهش ارتفاع سطح بتن در قسمت قائم جعبه AHL (به صورت میانگین سه قرائت در عرض وجهی که جداگر نیز در آن قرار دارد) اندازه گیری می شود تا به کمک آن عمق بتن (H1) در قسمت قائم (تفاضل ارتفاع قسمت قائم دستگاه و AH1 مشخص شود. به روش مشابه عمق بتن در انتهای قسمت افقی جعبه H2 از تفاضل ارتفاع جعبه در قسمت انتهایی (۱۵۰ میلی متر) و میانگین سه قرائت (AH به دست می آید). از تقسیم H2 به H نسبت قابلیت عبور در آزمایش جعبهی L شکل به دست می آید

ابعاد جعبه ی L شکل بر اساس استاندارد 10 : 2010 -12350 BS EN (ابعاد بر حسب میلی
ابعاد جعبه ی L شکل بر اساس استاندارد ۱۰ : ۲۰۱۰ -۱۲۳۵۰ BS EN (ابعاد بر حسب میلی

راهنمای EFNARC (۲۰۰۲) EFNAR (۲۰۰۲) تعبیه سه آرماتور ۱۲و با فاصله ی ۳۵ میلی متر را برای جعبه ی و مناسب می داند. برای انجام آزمایش نیز پس از باز شدن جداگر لغزنده، با کمک . و مدت زمان صرف شده برای طی مسافت ۲۰۰ و ۴۰۰ میلی متری توسط بتن در قمت افقی ثبت می شود. علاوه بر این پس از توقف جریان بتن، ارتفاع بتن در ابتدا و انتهای قیمت افقی اندازه گیری شده و نسبت این دو با عنوان “نسبت بلوکه شدن” گزارش می شود. بدیهی است که هرچه این نسبت به عدد “یک” نزدیک تر باشد، مخلوط بتنی از قابلیت عبور بیشتری برخوردار است. راهنمای EFNARC (۲۰۰۲) حداقل میزان قابل قبول برای نسبت بلوکه شدن را ۰٫۸ عنوان کرده است.

قیف V شکل

این آزمایش اولین بار در ژاپن توسط Ozawa و همکارانش (۱۹۹۵) ابداع و مورد استفاده قرار گرفت. استاندارد ۹ : ۲۰۱۰-۱۲۳۵۰ BS EN نیز دستورالعمل این آزمایش را برای ارزیابی لزجت خمیری و قابلیت پرکردن مخلوط بتن خودتراکم تازه ارائه کرده است. برای انجام این آزمایش ابتدا درون قیف (شکل زیر) مرطوب شده، مجرای تحتانی دستگاه مسدود می شود و قیف با نمونه ی بتن همگن در یک حرکت و بدون اعمال هیچ گونه لرزش و تراکمی پر می شود. پس از پر شدن قیف و هم تراز شدن بتن با سطح بالای قیف، با تأخیری ۸ تا ۱۲ ثانیه ای مجرا باز شده و بتن تحت وزن خود از قیف خارج می شود. مدت زمانی که از باز کردن مجرای خروجی تا دیده شدن ظرف زیر قیف (به صورت عمودی از بالای آن می گذرد، توسط زمان سنج ثبت شده و به عنوان “زمان جریان” گزارش می شود.

راهنمای EFNARC (۲۰۰۲) نیز انجام این آزمایش را برای ارزیابی قابلیت عبور و نیز مقاومت در برابر جداشدگی مخلوطهای بتنی حاوی سنگدانه با حداکثر اندازه تا ۲۰ میلی متر پیشنهاد کرده است.

ابعاد قیف V شکل بر اساس (الف) استاندارد BS EN (ب) راهنمای EFNARC
ابعاد قیف V شکل بر اساس (الف) استاندارد BS EN (ب) راهنمای EFNARC

بر اساس این راهنما، علاوه بر زمان جریان معیار دیگری که از این آزمایش می تواند حاصل شود، “زمان جریان در Tsminutes” است که برای ارزیابی پایداری مخلوط بتن تازه بکار میرود. روند آزمایش به این گونه است که بعد از اندازه گیری زمان جریان و تخلیهی کامل بتن، بدون اینکه درون قیف تمیز شود، مجرای آن مجددا مسدود و قیف دوباره با نمونه ی بتن همگن پر می شود. بعد از گذشت ۵ دقیقه با باز نمودن مجرای تحتانی، تخلیه ی بتن از قیف صورت می گیرد و همانند مرحله ی قبل زمان تخلیه ثبت می شود. راهنمای EFNARC افزایش زمان تخلیه در مرتبه ی دوم را تا حداکثر ۳ ثانیه مجاز میداند.

جعبه ی U شکل

این آزمایش که برای ارزیابی قابلیت پرکنندگی بتن خودتراکم تازه بکار می رود، به کمک یک محفظه که توسط جدارهای به دو قسمت تقسیم شده است، انجام میشود (شکل زیر). در محل انفصال دو قسمت، سه آرماتور برای شبیه سازی شرایط واقعی تعبیه شده است. روند انجام این آزمایش به این صورت می باشد که بعد از بستن جداگر کشویی، یکی از محفظه ها با نمونه ی بتن پر شده و به مدت یک دقیقه به حال سکون رها می شود. سپس جا به سمت بالا کشیده شده و بتن به درون محفظه ی دیگر جریان می یابد. پس از توقف جره بتن، ارتفاع بتن در دو نقطه از هر محفظه اندازه گیری شده و مقدار میانگین به عنوان ارتفاع در آن محفظه گزارش می شود. اختلاف ارتفاع بتن در دو محفظه (ارتفاع پر شدن) به ع معیاری برای ارزیابی قابلیت عبور بتن خودتراکم بکار می رود. راهنمای FNARC حداکثر مقدار ۳۰ میلی متر را برای ارتفاع پر شدن مجاز میداند.

ابعاد جعبه ی U شکل بر اساس راهنمای EFNARC (۲۰۰۲) (عمق جعبه برابر با ۲۰۰ میلی متر)
ابعاد جعبه ی U شکل بر اساس راهنمای EFNARC (۲۰۰۲) (عمق جعبه برابر با ۲۰۰ میلی متر)

آزمایش پایداری الک

آزمایش پایداری الک توسط یک پیمانکار فرانسوی برای ارزیابی پایداری بتن تازه ابداع شد. مزیت اصلی این آزمایش سهولت انجام آن می باشد، در حالی که قابلیت تکرار نه چندان مناسب و نیز شبیه سازی نه چندان دقیق شرایط واقعی (در مقایسه با آزمایش جداشدگی در ستون) را می توان معایب اصلی آن دانست.

روند انجام آزمایش به این صورت می باشد که ابتدا حدود ۱۰ لیتر نمونه ی بتنی همگن در ظرف سرپوشیدهای ریخته شده و به مدت ۱۵ دقیقه در حال سکون رها می شود. سپس نمونه ای با حجم حدودا ۲ لیتر ( معادل ۴٫۶ تا ۵ کیلوگرم) از سطح نمونه ی اولیه برداشته شده و بعد از اندازه گیری دقیق وزن آن (M)، از ارتفاع ۵۰ سانتی متری بر روی الک نمرهی ۴ ( ۴٫۷۵ میلی متر) با قطر ۳۵۰ میلی متر ریخته می شود (شکل زیر). نمونه ی بتنی به مدت ۲ دقیقه : ال باقی می ماند تا ملات فرصت کافی برای عبور از چشمه های الک را داشته باشد. پس این زمان، وزن نمونهی عبوری از الک اندازه گیری شده (Mb) و نسبت جداشدگی از نمونه ی عبوری بر وزن نمونه ی برداشته شده از سطح نمونه ی ۱۰ لیتری بتن، یعنی ) حاصل می شود. بر اساس پیشنهاد راهنمای EFNARC (۲۰۰۲) در صورتی که این ، از ۱۰٫۱۵ باشد، احتمال وقوع جداشدگی در بتن تازه زیاد خواهد بود. استاندارد BS 12 EN نیز این آزمایش را با روند مشابه آنچه گفته شد، ارائه کرده است.

آزمایش پایداری الک
آزمایش پایداری الک

آزمایش پرکردن جعبه

این آزمایش که با نام های دیگری چون آزمایش پرکردن شبیه سازی شده، جعبه ی ظرفیت پرکنندگی و آزمایش Kajima نیز شناخته می شود، قابلیت پر کنندگی بتن خود تراکم را ارزیابی می کند. درون مخزن این آزمایش ۳۵ میله ی PVC با قطر ۲۰ میلی متر و فاصله ی مرکز تا مرکز ۵۰ میلی متر وجود دارد (شکل زیر). اگرچه دستگاه نسبتا پیچیده بوده و حجم زیاد بتن مورد نیاز (حدود ۴۵ لیتر) انجام این آزمایش را در کارگاه با دشواری روبرو می کند، با این وجود می توان گفت هر سه ویژگی بتن خودتراکم در این آزمایش تا حدی مورد بررسی قرار می گیرند؛ به گونه ای که مخلوط بتنی با قابلیت عبور مناسب، اگر دارای پایداری و قابلیت عبور کافی نباشد، در این آزمایش عملکرد مناسبی نخواهد داشت.

ابعاد دستگاه آزمایش پرکردن جعبه بر اساس راهنمای EFNARC (۲۰۰۲)
ابعاد دستگاه آزمایش پرکردن جعبه بر اساس راهنمای EFNARC (۲۰۰۲)

روند انجام این آزمایش به این صورت می باشد که نمونه ی بتنی از مجرای دستگاه به درون آن شود (به گونه ای که در هر ۵ ثانیه ۱٫۵ تا ۲ لیتر بتن به داخل ریخته شود و این کار که بتن روی یکی از آرماتورهای فوقانی را بپوشاند، ادامه می یابد. بعد از متوقف شدن . . ارتفاع بتن (میانگین دو مقدار) در دو طرف دستگاه اندازه گیری می گردد. درصد میانگین پر شدن از رابطه ی زیر به دست می آید.

که در این رابطه (F) درصد میانگین پر شدن، (۱) ارتفاع بتن در سمتی که بتن وارد جعبه می شود و h2 ارتفاع بتن در سمت مقابل می باشد. بدیهی است که هر چه درصد میانگین پر شدن به ۱۰۰ نزدیک تر باشد، نشانگر بهبود مشخصه های جریان در مخلوط مورد آزمایش خواهد بود.

آزمایش های ارزیابی پایداری دینامیک

همان گونه که در قسمت اول عنوان شد، برای بتن خودتراکم تازه دو نوع پایداری حائز اهمیت هستند: پایداری دینامیکی و استاتیکی. طبق تعریف، پایداری دینامیکی مقاومت بتن در برابر جداشدگی اجزا حین جای دهی در قالب می باشد. هنگامی که شرایط آرماتوربندی به گونه ای باشد که نیازمند عبور بتن از فضاهای کوچک باشد، مخلوط خودتراکم باید پایداری دینامیکی کافی داشته باشد. شکل زیر نمونه ای از بروز جداشدگی دینامیک در بتن خودتراکم را در یک دیوار L شکل به طول ۱۵ متر و ارتفاع ۹ متر نشان میدهد. میزان سنگدانه موجود در قسمتهای مختلف دیوار از پردازش تصویر مقطع طولی مغزه های بتنی به دست آمده اند. همان گونه که مشاهده میشود در فواصل ۱۶ و ۱۷ متر از محل بتن ریزی تقریبا هیچ سنگدانه ا ی در مغزه های بتنی مشاهده نشده است. البته باید توجه داشت که همان گونه که در قسمت قبل اشاره شد شد، توصیه می شود مسافت جریان افقی بتن خودتراکم از نقطهی تخلیهی بتن به ۱۰ متر محدود شود.

نمود جداشدگی دینامیک در تغییرات میزان سنگدانه در قسمتهای مختلف یک دیوار بتنی برگرفته از Shen و همکارانش (۲۰۱۵))
نمود جداشدگی دینامیک در تغییرات میزان سنگدانه در قسمتهای مختلف یک دیوار بتنی برگرفته از Shen و همکارانش (۲۰۱۵))

تاکنون چندین روش مختلف برای بررسی پایداری دینامیکی بتن خودتراکم تازه پیشنهاد شده اند. Shen و همکارانش (۲۰۱۵) ضمن تأکید بر احتمال عدم وقوع همزمان جداشدگی استاتیک و دینامیک، روشی را برای اندازه گیری جداشدگی دینامیک ارائه داده اند (شکل زیر). مراحل انجام این آزمایش به این صورت می باشد:

  1. قبل از انجام آزمایش سطح داخلی مقطع ناودانی شکل باید اندکی مرطوب شود (به گونهای که آب اضافه بر روی سطح موجود نباشد).
  2. یک قالب استوانه ای ۲۰۰*۱۰۰ میلی متر، یک قالب استوانهای ۳۰۰*۱۵۰ میلی متر و یک ظرف آب بند با حجم ۱۳٫۵ لیتر از بتن آماده پر میشوند.
  3. بتن درون استوانهی ۳۰۰*۱۵۰ میلی متری از سمت بالاتر درون مقطع ناودانی ریخته میشود (صرفا برای آغشته کردن سطح به ملات)
  4. پس از توقف جریان بتن، مقطع ناودانی به مدت ۳۰ ثانیه به صورت عمودی نگه داشته میشود تا بتن از درون آن خارج شود و فقط یک لایه از ملات بر روی سطح مقطع ناودانی بافی بماند.
  5. مقطع ناودانی به حالت اولیه (شیبدار) بازگردانده می شود و بتن درون ظرف ها به تدریج و پیوسته از سمت بالاتر درون مقطع ناودانی ریخته می شود.
  6. استوانه ی ۲۰۰*۱۰۰ میلی متری دیگری توسط قسمت اولیهی بتنی که از مفه خارج می شود، پر می شود.
  7. با شستن نمونه های بتنی درون دو استوانهی ۲۰۰ ۱۰۰ میلی متری (مراحل ۲ و ) الک شماره ۴، سنگدانه های درشت هر یک جمع آوری می شود.
  8. هر دو نمونه ی درشت دانه توزین می شوند. الیهی بتنی که از مقطع ناودانی روی
  9. شاخص جداشدگی دینامیک طبق دارد  جداشدگی دینامیک طبق رابطه ی مذکور محاسبه می شود. DSI = (CA1 – CA2)/CA1 استوانه ی اول به دست آمده از مرحلهی و و DSL شاخص جداشدگی دینامیک، (CA1) وزن سنگدانه ی درشت موجود در را به دست آمده از مرحله ی ۲) و (CA2) وزن سنگدانه ی درشت موجود در استوانه ی دوم (به دست آمده از مرحلهی ۶) می باشد.
بیشتر بخوانید  مواد افزودنی قوام‌آور بتن | قوام آور بتن (VMA) چیست و چه کاربردهایی دارد؟
آزمایش پیشنهادی برای بررسی پایداری دینامیکی (برگرفته از Shen و همکارانش (۲۰۱۵)
آزمایش پیشنهادی برای بررسی پایداری دینامیکی (برگرفته از Shen و همکارانش (۲۰۱۵)

سایر آزمایش های کاربردی کارایی

علاوه بر آزمایش هایی که به آنها اشاره شد، آزمایش های فراوان دیگری نیز توسط افراد و مراجع مختلف پیشنهاد شده است. از آن جمله می توان به آزمایش Bartos ) Orimet (۱۹۹۸))، استفاده از شناساگر جداشدگی (Bui و همکارانش (۲۰۰۲)، رسانایی الکتریکی (Khayat و همکارانش (۲۰۰۳)) و نهایتا استفاده از پردازش تصویر برای بررسی پایداری استاتیک با کمک استوانه های سخت شده (Shen و همکارانش (۲۰۰۵)) اشاره نمود. علاوه بر این، مهدی خانی و رمضانیان پور (۲۰۱۵) آزمایش هایی را برای ارزیابی “ملات” خودتراکم در حالت تازه ارائه کرده اند. یکی از آزمایش های پیشنهاد شده توسط این محققین ستونک جداشدگی (شکل زیر) می باشد که مشابه آزمایش جداشدگی در ستون برای بتن خودتراکم باشد، با این تفاوت که ابعاد ستون مورد استفاده برای آزمایش دارای ابعاد کوچکتری می۔ ، این مسئله سبب سهولت انجام آزمایش و نیز کاهش حجم نمونه ی مورد نیاز برای ارزیابی د خودتراکم می شود. از تفاوت های دیگر آزمایش پیشنهادی با آزمایش استاندارد ی در ستون، استفاده از الک شمارهی ۵۰ برای تعیین میزان سنگدانه در استوانه های فوقانی و تحتانی می باشد. مهدی خانی و رمضانیان پور (۲۰۱۵) درصد جداشدگی استاتیک رابطه ی زیر) کمتر یا برابر با ۳۰ را نشانگر پایداری استاتیک کافی ملات خودتراکم دانسته اند

ابعاد ستونک جداشدگی برای ملات خودتراکم (برگرفته از مهدی خانی و رمضانیان پور (۲۰۱۵))
ابعاد ستونک جداشدگی برای ملات خودتراکم (برگرفته از مهدی خانی و رمضانیان پور (۲۰۱۵))

در نهایت با توجه به مطالب عنوان شده در این قسمت می توان گفت شبیه سازی شرایط واقعی بتن ریزی، سهولت انجام آزمایش در کارگاه، نیاز به حجم کم بتن برای انجام آزمایش، سرعت زیاد و ارتباط مناسب نتایج با عملکرد بتن خودتراکم در کارگاه مواردی هستند که میتوانند منجر به پذیرش و گسترش استفاده از یک روش پیشنهادی برای ارزیابی رفتار بتن خودتراکم تازه گردد.

آزمایش های بنیادی رئولوژی

رئومترها

امروزه انواع مختلفی از رئومترها با طراحی های متفاوت و مزایا و معایب خاص خود برای ارا بتن تازه موجود هستند. با اینکه اکثر این رئومترها برای ارزیابی گستره ی وسیعی از او طراحی شده اند، کاربرد آنها برای بتن خودتراکم نتایج مناسب تری به همراه دارد. در مقایسه با مخلوطهای بتن معمولی، روانی زیاد مخلوطهای بتن خودتراکم تازه باعث وجود تطابق با با رفتار مایعات همگن می شود که این امر سبب افزایش دقت و قابلیت تکرار در ارزیابی مخلوطها با رئومترهای موجود می گردد.

_ T = g + hN عملکرد کلی رئومترهای بتن به این صورت می باشد که ابتدا به منظور ایجاد شکست تیکسوتروپی در مخلوط، تنش اولیه ای اعمال و سپس نرخ تنش کاهش داده میشود و در این مدت ارتباط بین گشتاور و سرعت چرخش اندازه گیری می گردد. در رئومترهای موجود روش های مختلفی برای تبدیل داده های گشتاور – سرعت چرخش به تنش تسلیم و لزجت خمیری بکار گرفته شده است که آنها را می توان در دو گروه کلی روشهای بر پایه ی واحدهای نسبی و روشهای ارائه دهنده ی واحدهای پایه ای قرار داد. برای محاسبهی واحدهای نسبی به داده های گشتاور (T) برحسب سرعت چرخش (N) خط مستقیمی برازش داده می شود. در دستگاه دو نقطه ای Tattersal نقطه ی تلاقی این خط با محور گشتاور، ’’g و شیب خط “h“ نامیده شده و مقدار g به عنوان شاخص مرتبط با تنش تسلیم و مقدار h به عنوان شاخص مرتبط با لزجت خمیری مطرح می شود. این روش نام گذاری که در رابطه ی زیر آورده شده است، در رئومترهای دیگر نیز بکار گرفته شده است. باید توجه داشت که متغیر g با مدول برشی که با ”G“ نشان داده میشود، متفاوت است.

قابل ذکر است که برای محاسبهی نتایج بر حسب واحدهای پایه ای با کمک مدل بینگهام تنش تسلیم و لزجت خمیری) و یا مدل Herschel – bulkley (تنش تسلیم و مقادیر ثابت a و b)، نیاز به کالیبره کردن یا استفاده از فرضیات مشخصی در مورد توزیع تنش تسلیم و نرخ برش در رئومتر وجود دارد.

چند نمونه از رئومترهای بتن در شکل زیر نشان داده شده است. لزجت سنج BML که برای مطالعات آزمایشگاهی طراحی شده است، شامل یک استوانه ی دوار بیرونی و یک استوانه ی ثابت داخلی می باشد که توسط تیغه هایی عمودی از لغزش آن جلوگیری شده است. دستگاه BTRHEOM نیز یک رئومتر با صفحه ی موازی می باشد که در آن تغییرات افقی و قائم توزیع سرعت در مایع باعث ایجاد برش میشود.

دستگاه دو نقطه ای Tattersal و نیز رئومتر IBB جزو رئومترهای دارای همزن می باشند. دیتگاه Tattersal نتیجه ی یکی از اولین تحقیقات انجام شده برای اندازه گیری و مطالعه ی لک بن تازه با کمک مدل بینگهام می باشد. در این رئومتر از همزن حلزونی و یا H شکل شده و قابلیت تنظیم برای محاسبهی نتایج به صورت واحدهای پایه ای را دارا میباشد. رها را نیز می توان مدل ارتقا یافته ای از دستگاه Tattersal دانست که در آن از همزنی به شکل H استفاده شده و مقادیر g و h برای ارائه ی نتایج بکار می روند.

چند نمونه از رئومترهای بتن: BML (بالا- چپ)، BTRHEOM (بالا- راست)، Tattersal (پایین- راست) و IBB (پایین- چپ)
چند نمونه از رئومترهای بتن: BML (بالا- چپ)، BTRHEOM (بالا- راست)، Tattersal (پایین- راست) و IBB (پایین- چپ)

اندازه گیری تیکسوتروپی

علی رغم پیشنهاد روش های متفاوتی برای اندازه گیری تیکسوتروپی، تاکنون روش استانداردی برای اندازه گیری این خاصیت بتن تازه ارائه نشده است. هریک از روشهای پیشنهادی دارای مزایا و معایب مشخصی هستند. Barnes (۱۹۹۷) معتقد است پدیده ی تیکسوتروپی، شام توصیف آزمایشگاهی و توجیه نظری آن، یکی از چالش های اصلی پیش روی دانشمند رئولوژی است. از دیدگاه نظری، روشهای آزمایش باید اندازه گیری تیکسوتروپی را تأثیرات پدیده هایی چون گیرش و یا زوال کارایی انجام داده و همچنین بین تیکسوتروپی و ویژگیهایی چون ویسکوالاستیسیته و کاهش برگشت ناپذیر لزجت تم شوند. در واقعیت تعداد محدودی از روشهای پیشنهاد شده این اهداف را تأمین می کند چندین روش برای اندازه گیری تیکسوتروپی در انواع مایعات مختلف بکار گرفته شده ” از این روش ها انجام یک سری مراحل بازگشتی با کمک دستگاه رئومتر است. در این د برش از صفر به یک مقدار حداکثر رسانده شده و مجددا کاهش داده می شود. این همچنین بین خاصیت مری مراحل روبی در انواع مانده این اهداف و بر لزجت تفاوت قائل و بکار گرفته شده است. یکی تر است. در این روش نرخ می شود. این کار آنقدر باید تا مقادیر منحنی جریان تحتانی ثابت شود و مساحت ناحیه ی بین منحنی با اکثر مقادیر (منحنی فوقانی) و منحنی با حداقل مقادیر (منحنی تحتانی) به عنوان شاخص و جنوبی اندازه گیری می شود. تغییرات نرخ برش یا تنش برشی می تواند به صورت پیوسته و با بلهای اعمال شود. روش باز گشتی علی رغم مزایایی که دارد، با محدودیت هایی نیز مواجه است. به عنوان مثال، مساحت ناحیه ی بین دو نمودار تا حدی به فاصله ی زمانی اندازه گیری هر تطهی نرخ برش و یا تنش برشی در منحنی جریان وابسته می باشد. علاوه بر این، Barnes (۱۹۹۷) معتقد است پاسخ الاستیک مایع می تواند بر روی مقادیر منحنی فوقانی اولیه تأثیرگذار باشد. روش دوم برای اندازه گیری تیکسوتروپی، انجام یک آزمایش گام به گام مشابه آنچه در شکل قبل نشان داده شد، می باشد. در این روش نرخ برش و یا تنش برشی ایجادشده توسط رئومتر از یک مقدار معین به مقدار معین دیگری تغییر می کند و شکست تیکسوتروپی و یا شکل گیری دوباره شبکه سه بعدی با بررسی مقادیر اندازه گیری شده مشخص می شود. به این صورت میزان شکست و یا شکل گیری دوباره شبکه و زمان مورد نیاز برای ایجاد تعادل را می توان تعیین نمود. Barnes (۱۹۹۷) معتقد است این روش ساده تر و منطقی تر می باشد ولی همچنان تأثیر پاسخ الاستیک اولیه در نتایج آن دخیل می باشد. یک روش دیگر اندازه گیری تیکسوتروپی اعمال کرنش یا تنش مشخصی به ماده در حال سکون می باشد. در این روش تیکسوتروپی با بررسی میزان افزایش تنش (آزمایش کنترل شونده توسط کرنش) و یا افزایش شیب منحنی کرنش – زمان (آزمایش کنترل شونده توسط تنش) تعیین می شود.

محققین مطالعات زیادی را با به کارگیری این روشها و روشهای دیگر بر روی بتن تازه انجام داده اند. با این وجود برای مطالعه ی رفتار بتن تازه، می توان صرفا ملات و یا خمیر سیمان را مورد بررسی قرار داد، زیرا عوامل پیدایش خاصیت تیکسوتروپی عموما مرتبط با خمیر سیمان هستند. هنگام مطالعهی بتن تازه، می بایست به مواردی چون تمایز تیکسوتروپی و ویژگیهای ویسکوالاستیسیته و کاهش برگشت ناپذیر لزجت و نیز کاهش تأثیرات گیرش و زوال کارایی توجه نمود. علاوه بر این تعیین و تعریف تیکسوتروپی در مخلوط بتن تازه با ابهاماتی روبرو است؛ برای مثال جهت قرارگیری سنگدانه های غیر حجیم تحت اثر برش ممکن است تغییر نموده و منجر به کاهش لزجت شود.

مراجع :

استاندارد شماره ۱۱۲۷۰، “اندازه گیری جریان اسلامپ بتن خود تراکم- روش آزمون”، چاپ اول، استاندارد ملی ایران، ۱۳۸۷ ارد شماره ۱۱۲۷۱، “اندازه گیری قابلیت عبور بتن خودتراکم به وسیله ی دستگاه حلقه ۱- روش آزمون”، چاپ اول، استاندارد ملی ایران، ۱۳۸۷

_ – استاندارد شماره ۱۲۲۵۵، “اندازه گیری میزان جداشدگی ایستایی بتن خودتراکم با استان از روش فنی ستون – روش آزمون” چاپ اول، استاندارد ملی ایران، ۱۳۸۸. – دستورالعمل و مشخصات فنی بتن خودتراکم، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسان شابک: ۶-۱۱۹-۱۱۳-۶۰۰-۹۷۸، چاپ اول، ۱۳۹۳. – شکرچی زاده، م.، لیبر، ن. ع.، ماهوتیان، م.، محبی، ع.، بهرادی یکتا، س.، “آزمایشهای بتن خودتراکم و تفسیر نتایج به دست آمده در برآورد پایداری بتن تازه”، اولین کارگاه تخصصی بتن خودتراکم، دانشگاه تهران، تهران، ایران، ۱۳۸۵. – Assad, J., Khayat, K. H., Daczko, J. “Evaluation of Static Stability of Self-Consolidating Concrete”, ACI Materials Journal, Vol. 101, No. 3, pp. 207-215, 2004. · ASTM C 1611/C1611M – ۱۴, “Standard Test Method for Slump Flow of Self-Consolidating Concrete”, ۲۰۰۹٫ – ASTM C 1610/C1610M – 14, “Standard Test Method for Static Segregation of Self-Consolidating Concrete Using Column Technique”, ۲۰۱۰٫ – ASTM C1621/C1621M – ۱۴, “Standard Test Method for Passing Ability of Self-Consolidating Concrete by J-Ring”, ۲۰۰۹٫ – ASTM C 1712 – ۱۴, “Standard Test Method for Rapid Assessment of Static Segregation Resistance of Self-Consolidating Concrete Using Penetration Test”, ۲۰۰۹٫ – AzariJafari, H., Kazemian, A., Ahmadi, B., Berenjian, J., Shekarchi, M. “Studying effects of chemical admixtures on the workability retention of zeolitic Portland cement mortar”, Construction and Building Materials, Vol. 72, pp. 262-269, 2014. – Bartos, P. J. M. “An appraisal of the Orimet Test as a Method for On-site Assessment of Fresh SCC Concrete”, Proceedings of International Workshop on Self-Compacting Concrete, Japan, pp.121-135, August 1998. · Bartos, P. J. M. “Testing SCC: Towards new European standards for fresh SCC”. Proceedings of 1st International RILEM Symposium on Design, Performance and Use of Self-Consolidating Concrete – SCC’2005, China. · Barnes, H. A. “Thixotropy—a review”, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, Vol. 70, pp. 1-33, 1997. – BS EN 12350-8:2010, “Testing fresh concrete. Self-compacting concrete. Slump-flow test”, ۲۰۱۰٫ • BS EN 12350-9:2010, “Testing fresh concrete. Self-compacting concrete. V-funnel test”, ۲۰۱۰٫ – BS EN 12350-10:2010, “Testing fresh concrete. Self-compacting concrete. L box test”, ۲۰۱۰٫ – BS EN 12350-11:2010, “Testing fresh concrete. Self-compacting concrete. Sieve segregation test”, ۲۰۱۰٫

_ – Shen, L., Bahrami Jovein, H., Sun, Zh., Wang, Q., Li, W. “Testing dynamic segregation of self-consolidating concrete”, Construction and Building Materials, Vol. 75, pp. 465-471, 2015. – Shi, C., Wu, Z., Lv, K., Wu, L. “A review on mixture design methods for self-compacting concrete”, Construction and Building Materials, Vol. 84, pp. 387–۳۹۸, ۲۰۱۵٫ – Tattersall, G.H. Workability and Quality Control of Concrete. London: E&FN Spon, 1991.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap