چگالی بتن تازه: اندازه‌گیری، روش آزمایش و محاسبه وزن واحد حجم در بتن

آزمایش‌های کارگاهی به منظور تعیین بازدهی بتن و عیار سیمان تازه ریخته شده، انجام می‌شود. یکی از این آزمایش‌ها، آزمایش تعیین چگالی بتن تازه است که با هدف تعیین وزن واحد حجم بتن تازه متراکم شده انجام می‌گیرد. در این آزمایش، بتن تازه در قالب یا ظرفی از جنس مواد سخت و آب‌بندی شده با حجم و جرم معین ریخته و متراکم شده و در نهایت، وزن‌گیری می‌شود. اگر علاقه‌مندید روش انجام، تجهیزات لازم، نحوه محاسبه و دقت این آزمایش را مطابق استاندارد ملی ایران شماره ۶-۳۲۰۳ بدانید، پس تا انتها همراه ما باشید.

آزمایش چگالی بتن تازه

آزمایش چگالی بتن با هدف تعیین چگالی بتن تازه متراکم شده در کارگاه و آزمایشگاه انجام می‌شود. این آزمایش، معمولاً برای بتن‌هایی با اسلامپ پایین (سفت) که امکان لرزاندن آن‌ها با استفاده از ویبراتورهای معمولی -برای افزایش تراکم- وجود ندارد، استفاده نمی‌شود.

استانداردها

در این آزمایش، ضوابطی وجود دارد که در EN 12350-1, Testing fresh concrete – Part 1: Sampling به آن پرداخته شده است. این ضوابط بخشی از این آزمایش هستند و استفاده از آن‌ها برای انجام آزمایش چگالی بتن تازه الزامی است.

وسایل لازم برای انجام آزمایش چگالی بتن تازه

مجموعه وسایل لازم برای انجام این آزمایش، شامل: لیسه لبه صاف، سرطاس با عرض تقریبی ۱۰۰ میلی‌متر، بیلچه با دهانه مربعی شکل، چکش پلاستیکی (چکشی با سطح نرم)، ترازو با دقت ۰٫۰۱ کیلوگرم، قالب، سر قالب، ظرف اختلاط مجدد و ابزار تراکم بتن است. در ادامه به بررسی ویژگی‌های جزئی‌تر بخشی از این وسایل می‌پردازیم.

قالب آزمایش چگالی بتن تازه

قالب باید از فلزی کاملاً سخت، آب‌بند شده، با سطوح داخلی کاملاً صاف و صیقلی ماشین کاری‌شده و بدون خواص واکنش‌پذیری تشکیل شده باشد، زیرا قالب باید در طول عملیات آزمایش وزن واحد حجم بتن، شکل و ابعاد خود را حفظ کرده و تغییر نکند.

صاف‌کاری سطح داخلی باعث می‌شود لبه بالایی قالب با تمام بخش‌های داخلی قالب در یک راستا قرار داشته باشند و پروسه متراکم‌سازی به درستی انجام شود. همچنین فلز به کار رفته در قالب، باید از جمله موادی باشد که هیچ واکنشی با خمیر سیمان نداشته باشد.

در رابطه با ابعاد قالب باید بدانید کوچک‌ترین بعد قالب، باید حداقل چهار برابر بزرگ‌ترین اندازه اسمی سنگدانه درشت موجود در بتن باشد. از سوی دیگر این مقدار نباید کمتر از ۱۵۰ میلی‌متر در نظر گرفته شود. حجم قالب نیز باید بیشتر از ۵ لیتر باشد.

سر قالب

وظیفه سر قالب متصل شده به قالب، کمک به پروسه پر کردن قالب با بتن تازه است.

وسایل تراکم بتن

وسایل تراکم بتن در این آزمایش، می‌تواند هر یک از موارد زیر باشد:

1. لوله لرزاننده داخلی (خرطومی): این لوله دارای حداقل بسامد تقریبی ۱۲۰ هرتز (۷۲۰۰ دور در دقیقه) است. قطر این لوله برای انجام آزمایش وزن واحد حجم بتن، نباید از مقدار تقریبی ¼ کوچک‌ترین بعد قالب بیشتر باشد.
2. میز لرزاننده: حداقل بسامد تقریبی این میز، ۴۰ هرتز (معادل ۲۴۰۰ دور در دقیقه) است.
3. میله تراکم: جنس میله تراکم در آزمایش چگالی بتن از فولاد است. این میله سطح مقطع گرد دارد، با قطر تقریبی ۱۶ میلی‌متر و طول تقریبی ۶۰۰ میلی‌متر است و انتهای آن نیمه کروی است.
4. کوبه تراکم: کوبه تراکم مانند میله تراکم از جنس فولاد است. کوبه سطحی صاف با سطح مقطع مربع شکل به طول تقریبی ۳۸ میلی‌متر و ابعاد تقریبی ۲۵*۲۵ میلی‌متر دارد.

بیشتر بخوانید: آزمایش های درشت دانه بتن

ظرف اختلاط مجدد

این ظرف سینی صاف با ابعاد مناسب است که از ماده‌ای سخت و غیرجاذب تهیه شده تا با خمیر سیمان در طول آزمایش واکنش ندهد. ابعاد ظرف باید در حدی باشد که بتوان بتن را به راحتی با استفاده از بیلچه‌های دهانه مکعبی درون آن مخلوط کرد.

روش اجرای آزمایش وزن واحد حجم بتن

توجه داشته باشید نمونه‌برداری، جهت انجام این آزمایش طبق استاندارد ۱-۱۲۳۵۰ EN صورت می‌گیرد. مراحل انجام آزمایش چگالی بتن تازه، شامل: مراحل کالیبریشن، اندازه‌گیری حجم و جرم قالب، شرایط پر کردن قالب، روش‌ها و نحوه تراکم بتن و شرایط صاف کردن سطح بتن است که در ادامه به بررسی هر یک از آن‌ها از منظر استاندارد ملی ایران شماره ۶-۳۲۰۳ می‌پردازیم.

واسنجی یا کالیبریشن

برای انجام واسنجی یا Calibration، ابتدا باید قالب خالی و صفحه‌ی شیشه‌ای را با دقت ۰.۰۱ کیلوگرم وزن ثبت نموده، سپس قالب را روی سطح افقی قرار داده و آن را با آب ۲۰ درجه سانتی‌گراد تا جایی که سرریز شود، پر کنید. صفحه شیشه‌ای را روی قالب حرکت داده و در نهایت شیشه را نگه دارید تا از ورود حباب هوا جلوگیری شود. مجدداً قالب پر از آب و صفحه شیشه‌ای را با ترازو و دقت ۰٫۰۱ کیلوگرم وزن کرده و ثبت کنید.

پس از آن، حجم قالب (V) را با دقت ۰٫۰۱dm³ بر حسب متر مکعب از تقسیم جرم کلی آب درون قالب (بر حسب کیلوگرم) بر ۹۹۸ کیلوگرم بر متر مکعب محاسبه کنید.

اندازه‌گیری یا توزین قالب

پس از انجام مرحله واسنجی و تعیین حجم قالب، لازم است جرم قالب یا وزن قالب را اندازه‌گیری کرده و مقدار آن را با m₁ ثبت نمایید.

شرایط پر کردن قالب

بسته به روانی بتن و نوع روش تراکم به کار رفته در آزمایش چگالی بتن تازه، قالب را در دو لایه یا بیشتر پر کنید تا بتن به تراکم کامل برسد. البته توجه داشته باشید در مورد بتن‌های خود تراکم، پر کردن قالب در یک مرحله انجام می‌شود.

اگر از سر قالب استفاده می‌کنید، باید یک لایه بتن با ضخامت حدود ۱۰ تا ۲۰% ارتفاع قالب در سر قالب باقی بماند. در صورت استفاده از سر قالب، به مقدار بتن بیشتری برای پر کردن قالب نیاز دارید.

انواع تراکم بتن

پس از پر شدن قالب، باید بلافاصله بتن را با روشی که بیشترین تراکم را بدون جداشدگی و آب‌انداختگی ایجاد می‌کند، متراکم کنید. توجه داشته باشید عملیات تراکم در مورد بتن‌های خودتراکم کاربردی ندارد. در ادامه به بررسی انواع روش‌های تراکم مکانیکی و دستی که در آزمایش چگالی بتن تازه مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌پردازیم. شما می‌توانید با انتخاب یکی از این روش‌ها، عملیات تراکم را تکمیل کنید.

تراکم مکانیکی

وسایل متعددی مانند میله لرزاننده داخلی یا میز لرزان وجود دارند که به صورت مکانیکی با اعمال ارتعاش به بتن باعث تراکم بیشتر بتن می‌شوند. در زمان استفاده از این ابزارها باید دقت داشته باشید که زمان پایان استفاده از ویبراتور برابر با زمانی است که دیگر اثری از حباب‌های هوای بزرگ در سطح بتن وجود ندارد و بتن تازه، سطحی با ظاهر لعابی، یکنواخت و بدون جدایش را از خود نشان می‌دهد.

الف) تراکم با لوله لرزاننده داخلی: برای انجام تراکم با لوله لرزاننده داخلی، رعایت نکات ذیل الزامی است:

• به منظور جلوگیری از خروج هوای عمدی داخل بتن، از لرزانندن بیش از حد اجتناب کنید.
• به منظور جلوگیری از آسیب‌دیدگی قالب، از سر قالب استفاده شود.
• لرزاننده را به صورت عمودی در قالب وارد کرده و اجازه ندهید با دیواره جانبی و کف ظرف تماس پیدا کند.

ب) تراکم با میز لرزان: در هنگام استفاده از میز لرزان، بهتر است قالب به میز بسته شود یا محکم روی میز نگه‌ داشته شود. در استفاده از این نوع ویبراتور نیز توصیه می‌شود از لرزاندن بیش از حد اجتناب گردد تا خروج هوای داخل بتن (هوای عمدی) اتفاق نیفتد.

تراکم دستی با میله یا کوبه تراکم

برای انجام تراکم دستی، لازم است نکات ذیل را به صورت کامل اجرا نمایید:

• میله یا کوبه تراکم را به صورت یکنواخت روی سطح بتن بزنید.
• زمان تراکم لایه اول، اطمینان حاصل کنید که میله یا کوبه به کف قالب برخورد نکند.
• در تراکم لایه‌های بعدی، میله یا کوبه ضمن نفوذ به لایه قبلی، نباید بیش از حد به لایه‌های زیرین نفود کند.
• تعداد ضربات هر لایه را به منظور حذف حباب‌های هوای اتفاقی – نه حباب‌های هوای عمدی ایجاد شده – مشخص کنید. برای نمونه بتن‌هایی با روانی ۱۰ تا ۹۰ میلی‌متر (رده S1 و S2) به ۲۵ ضربه در هر لایه برای ایجاد تراکم نیاز دارند.
• پس از بکارگیری میله یا کوبه تراکم در هر لایه، حتماً به کناره‌های قالب با چکش ضربه بزنید تا حباب‌های بزرگ هوا از سطح بتن خارج شوند و فرورفتگی‌های باقی‌مانده بتن که توسط میله یا کوبه ایجاد شده، از بین برود.

شرایط صاف کردن سطح قالب

در این مرحله لازم است پس از تراکم لایه آخر، سطح بتن را نسبت به لبه ظرف با ماله فلزی صاف کنید و سپس مواد اضافی را با استفاده از لیسه‌ای لبه صاف از روی سطح و اطراف قالب برداشته و بیرون قالب را کاملاً تمیز کنید. در نهایت، قالب حاوی بتن را وزن کرده و آن را با m₂ ثبت کنید.

محاسبه چگالی بتن تازه

چگالی بتن با استفاده از آنچه تا کنون به ثبت رسیده، با فرمول ذیل محاسبه می‌شود:

D = (m₂ – m₁) / (v)

که در آن:

• D: چگالی بتن تازه بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب
• M₁: جرم قالب خالی بر حسب کیلوگرم
• M₂: جرم قالب کاملاً پُر با بتن متراکم بر حسب کیلوگرم
• V: جرم قالب بر حسب متر مکعب

چگالی محاسبه شده در این روش، با دقت ۱۰kg/m³ بیان می‌شود.

دقت آزمایش چگالی بتن تازه

این آزمایش با تراکم دستی (میله تراکم) با ۱۶ نفر در برنامه‌ای مدون در انگلستان انجام شده و تحلیل نتایج آن در بتن‌های ساخته شده از سیمان پرتلند معمولی، سنگدانه ریز و سنگدانه درشت (بین ۱۰ تا ۲۰ میلی‌متر) صورت گرفته است. جدول زیر نمایشگر اندازه‌گیری چگالی بتن با نمونه مشابه و تراکم دستی با میله است.

گستره	شرایط تکرارپذیری	شرایط تکرارپذیری	شرایط تجدیدپذیری	شرایط تجدیدپذیری
Kg/m3	Sr Kg/m3	r Kg/m3	SR Kg/m3	R Kg/m3
2300 – 2400	5.5	15	10.2	29

توجه داشته باشید در صورتی که آزمایش روی نمونه مشابه توسط یک کاربر با وسایل یکسان و در کوتاه‌ترین فاصله زمانی در شرایط عملیاتی معمولی انجام شود، اختلاف بین دو نتیجه آزمایش، تنها در یک مورد از ۲۰ مورد می‌تواند از مقدار تکرارپذیری (r) بیشتر باشد؛

اما چنانچه با همان شرایط گفته شده دو کاربر این آزمایش را انجام دهند، اختلاف بین دو نتیجه آزمون تنها در یک مورد از ۲۰ مورد می‌تواند از مقدار تجدیدپذیری (R) بیشتر شود. در نهایت اینکه دقت داده‌های به دست آمده از آزمایش چگالی بتن تازه، علاوه بر دقت تعیین چگالی بتن تازه، دقت روش‌های نمونه‌برداری را نیز شامل می‌شود.

در این مقاله از بلاگ رامکا، به بررسی چگونگی آزمایش چگالی بتن تازه از منظر استاندارد ملی ایران شماره ۶-۳۲۰۳ پرداخته شد. طبق این استاندارد، در مقاله آزمایش تعیین وزن واحد حجم بتن، انواع وسایل لازم برای این آزمایش، کالیبریشن، شرایط پر کردن قالب، نحوه و روش‌های تراکم بتن، روش محاسبه چگالی و دقت آزمایش و تحلیل‌های وابسته به آن به صورت کاربردی و جامع بررسی شد. بدین‌ترتیب شما به راحتی می‌توانید مقدار چگالی بتن تازه ساخته شده را در آزمایشگاه محاسبه کنید.