آزمایش بتن خود تراکم: ۱۷ آزمایش اصلی و کاربردی

با توجه به اینکه در فرایند تولید بتن خود تراکم توجه اصلی به حالت بتن تازه است، کنترل ویژگی‌ها در این حالت اهمیت زیادی پیدا می‌کند. البته باید توجه داشت تأثیر ویژگی‌های بتن تازه فقط حین انجام عملیات اجرایی و بتن‌ریزی آشکار نمی‌شود و می‌تواند خواص بتن سخت‌شده را تحت‌تأثیر قرار دهد. مشخصه‌های جریان، زمان گیرش، آب‌انداختگی و…، مواردی هستند که به عنوان آزمایش بتن خود تراکم تازه مورد توجه قرار می‌گیرند و بر حسب شرایط ممکن است هر یک از درجه اهمیت خاصی برخوردار باشند. در این میان، مشخصه‌های جریان که به طور خاص در بتن خود تراکم مطرح می‌شود، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، چرا که شناخت متغیرهای مختلف تأثیرگذار بر جریان بتن خود تراکم تازه و تأثیر مواد و افزودنی‌های بتن مختلف بر هر یک از این متغیرها، می‌تواند منجر به تصمیم‌گیری صحیح در خصوص تعیین مواد و مصالح یا تصحیح نسبت‌ها در مخلوط آزمون شود. در این مقاله از بلاگ رامکا درصدد هستیم ضمن تبیین کارایی و رئولوژی بتن تازه، برخی از موارد موجود در ارتباط با اندازه‌گیری مشخصه‌های جریان در آزمایش بتن خود تراکم را بررسی کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

مشخصه‌های جریان بتن خود تراکم

تعیین مشخصه‌های جریان بتن خود تراکم تازه برای توصیف کارایی آن امری ضروری است. مشخصه‌های مورد نیاز کارایی، حتی در محدوده‌ی بتن خود تراکم، می‌تواند با توجه به کاربرد و ماهیت پروژه بسیار متغیر باشد. به این دلیل آزمایش‌های زیادی برای توصیف کمی و کیفی کارایی بتن خود تراکم پیشنهاد شده است. کارایی را می‌توان از دو دیدگاه نیازهای کارگاهی یا مشخصه‌های رئولوژی مورد بررسی قرار داد که در ذیل به آن خواهیم پرداخت.

دیدگاه اول عملکرد بتن خود تراکم در پروژه‌ها و ارزیابی کیفی آن را در کارگاه هدف اصلی خود قرار می‌دهد. حال آنکه مطالعه‌ی مشخصه‌های رئولوژی بتن خود تراکم تازه، شناخت و مقایسه‌ی دقیق رفتار مخلوط‌ها و بررسی تأثیر مواد و افزودنی‌های بتن مختلف بر رفتار خمیر، ملات یا مخلوط بتن تازه را در آزمایشگاه میسر می‌سازد. هر یک از این دو دیدگاه جایگاه و کاربرد مشخص خود را دارند؛ البته در بعضی کاربردهای خاص و پیچیده‌تر بتن خود تراکم، ممکن است نیاز به انجام مطالعات و آزمایش‌های مرتبط با هر دو جنبه‌ی کارایی باشد.

نیازهای کارگاهی بتن خود تراکم

آزمایش کارایی بتن خود تراکم با سه ویژگی قابلیت پُر کنندگی، قابلیت عبور و مقاومت در برابر جداشدگی تعریف می‌شود:

• قابلیت پر کنندگی: توانایی بتن خود تراکم برای جریان یافتن تحت وزن خود و پر کردن تمام زوایای قالب است.
• قابلیت عبور: توانایی بتن خود تراکم برای جریان یافتن و عبور از میان مقاطع با حجم زیاد آرماتور یا مقاطع باریک را نشان می‌دهد.
• مقاومت در برابر جداشدگی یا پایداری بتن خود تراکم تازه: به یکنواختی اجزای بتن تازه در قسمت‌های مختلف و عدم جداشدگی مخلوط حین بتن‌ریزی و پیش از وقوع گیرش اولیه اطلاق می‌شود.

تا کنون آزمایش‌های فراوانی برای اندازه‌گیری این سه ویژگی بتن خود تراکم توسط افراد و سازمان‌های مختلف پیشنهاد شده است. به دلیل وجود ارتباط بین ویژگی‌های بتن خود تراکم، اغلب آزمایش‌ها بیش از یک ویژگی را مورد بررسی قرار می‌دهند.

با این وجود تا کنون آزمایش معتبری که هر سه ویژگی را همزمان اندازه‌گیری کند، ارائه نشده است. به همین دلیل در اکثر موارد ترکیبی از آزمایش‌ها برای ارزیابی مخلوط بتن خود تراکم تازه توصیه می‌شود. برخی محققین پایداری بتن خود تراکم تازه را از دو منظر استاتیکی و دینامیکی بررسی می‌کنند. پایداری دینامیکی با توجه به عملکرد بتن تازه حین عملیات بتن‌ریزی ارزیابی می‌شود. این ویژگی را می‌توان با انرژی اعمال شده (ناشی از پمپ کردن، لرزش یا سقوط آزاد) و قابلیت عبور (متأثر از ابعاد مقطع و فضای آزاد بین آرماتورها) مرتبط دانست.

این در حالی است که پایداری استاتیکی عملکرد بتن را بلافاصله بعد از وارد شدن انرژی ناشی از بتن‌ریزی تا زمان نوع گیرش اولیه مخلوط تازه توصیف می‌کند. در صورتی که مخلوط بتنی از پایداری استاتیکی کافی برخوردار نباشد، در این بازه‌ی زمانی جداشدگی ذرات سنگدانه رخ می‌دهد. رئولوژی خمیر سیمان، شکل، دانه‌بندی و وزن مخصوص سنگدانه‌ها در مقایسه با خمیر سیمان، عواملی هستند که بر پایداری استاتیکی بتن خود تراکم تازه تأثیر می‌گذارند.

جنبه‌های دیگر کارایی، همانند قابلیت پمپ کردن و پرداخت سطحی، در اکثر موارد در آزمایش بتن خود تراکم نسبت به بتن معمولی بهبود می‌یابند. سطح نهایی بتن نیز در صورت رعایت تمام موارد از وضعیت بهتری برخوردار خواهد بود. البته در این میان قابلیت حفظ کارایی یا حفظ اسلامپ باید مورد توجه قرار گیرد. در برخی موارد الگوی تغییرات در قابلیت حفظ کارایی متناسب با تغییرات زمان گیرش مخلوط نیست.

مشخصه‌های رئولوژی بتن خودتراکم

رئولوژی را می‌توان علم جریان و تغییر شکل مواد تعریف کرد. با بکارگیری این دانش می‌توان به توصیف علمی مشخصه‌های جریان بتن تازه پرداخت. باید توجه داشت مشخصه‌های اساسی رئولوژی هر ماده‌ی خاص، ذاتی مستقل از روش آزمایش است. از مشخصه‌های رئولوژی می‌توان برای اهدافی چون مقایسه کارایی مخلوط‌های مختلف، تعیین طرح اختلاط و شبیه‌سازی جریان بتن در مدل‌های کامپیوتری استفاده نمود. با این وجود، این مشخصه‌ها تمام ابعاد کارایی را در برنمی‌گیرند. به عنوان مثال قابلیت عبور به ویژگی‌هایی چون شکل و بافت سنگدانه‌ها و حجم خمیر سیمان وابسته بوده و به کمک مشخصه‌های رئولوژی به طور کامل قابل پیش‌بینی است.

مطالعه‌ی رئولوژی بتن تازه بر این فرض استوار است که رفتار بتن تازه را می‌توان مانند یک مایع دانست. برخلاف ماده‌ی جامد الاستیک که تغییر شکل محدود و برگشت‌پذیری را تحت‌تأثیر بار متحمل می‌شود، یک مایع تحت برش ثابت به طور مداوم تغییر شکل می‌دهد و این تغییر شکل تا هنگامی که بار اعمال می‌گردد، وجود خواهد داشت.

بر این اساس، برای تعیین پارامترهای اساسی جریان یک مایع، ارتباط بین تنش برشی و نرخ برش مد نظر قرار می‌گیرد. الگوی این ارتباط توسط منحنی جریان نشان داده می‌شود. معادلات مربوط به چندین مدل ارائه شده در شکل زیر نشان داده شده است.

از بین مدل‌های پیشنهادی، مدل بینگهام به دلیل سادگی و انطباق مناسب با رفتار بتن تازه، بیشترین کاربرد را دارد. همان‌گونه که در رابطه زیر مشاهده می‌شود، استفاده از این مدل نیازمند تعیین دو پارامتر تنش تسلیم (τ_۰) و لزجت خمیری (u) است:

Τ = τ_۰ + μγ^o

به زبان ساده می‌توان گفت تنش تسلیم نشان‌دهنده‌ی مقدار تنش لازم برای شروع یا تداوم جریان است، در حالی که لزجت خمیری نشان‌دهنده‌ی 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 می‌آید. بنابراین در یک مایع بینگهام، با افزایش نرخ برش لزجت ظاهری کاهش می‌یابد، اما باید توجه داشت برخی مایعات تابع چنین رفتاری نیستند و از قانون توانی نرخ برشی تبعیت می‌کنند.

این مسأله برای برخی مخلوط‌های بتنی نیز برقرار است و فرض رابطه‌ی 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.

Τ = τ_۰ + aγ°^b

قابل ذکر است که ثابت a ضریب جریان و ثابت b ضریب قانون توانی نامیده می‌شوند. اگر ثابت b برابر ۱ باشد، نشانگر رفتار بینگهام خواهد بود، در صورتی که مقادیر بزرگ‌تر از ۱، رفتار غلیظ‌شونده تحت برش و مقادیر کوچک‌تر از ۱، رفتار رقیق‌شونده تحت برش را توصیف می‌کنند.

به دلیل اینکه بعضی مخلوط‌های بتن خود تراکم رفتار رقیق‌شونده تحت برش از خود بروز می‌دهند، تغییرات لزجت در ازای مقادیر متفاوت نرخ برش می‌بایست تعیین شود. با در نظر گرفتن مدل بینگهام می‌توان گفت بتن خود تراکم برای اینکه بتواند تحت وزن خود تمام زوایای قالب را پر کرده و از پایداری کافی نیز برخوردار باشد، باید ترکیب مناسبی از مقادیر تنش تسلیم و لزجت خمیری داشته 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 سوی دیگر لزجت خمیری باید به اندازه‌ کافی زیاد باشد تا از جداشدگی جلوگیری کند و سرعت جریان یافتن مخلوط را بیش از اندازه محدود نکند.

اغلب برای اندازه‌گیری مشخصه‌های رئولوژی از دستگاه رئومتر استفاده می‌شود. این دستگاه با اعمال نرخ‌های متفاوت برش به بتن، تنش برشی به وجود آمده را اندازه‌گیری می‌کند. مشخصات ظاهری چندین نمونه از رئومترهای متداول در شکل زیر مشاهده می‌شود.

در رئومتر با استوانه‌های هم محور، چرخش یک استوانه نسبت به استوانه دیگر باعث ایجاد برش در مایع بین دیواره‌های استوانه داخلی و خارجی می‌شود، در حالی که در رئومتر با صفحه‌ی موازی، تغییرات افقی و قائم توزیع سرعت در مایع باعث ایجاد برش می‌شود. در نوع دارای همزن نیز نرخ برش متوسطی در مایع ایجاد می‌شود که با بکارگیری روش‌های متعارف کالیبره کردن، می‌توان به مشخصه‌های رئولوژی دست یافت.

یکی دیگر از مشخصه‌های مهم رئولوژی، تیکسوتروپی است که طبق تعریف Hackey و Ferraris، کاهش برگشت‌پذیر و تابع زمان لزجت است که در اثر اعمال برش ثابت به یک ماده رخ می‌دهد. اگرچه وجود این خاصیت در بتن خود تراکم می‌تواند مزایایی داشته باشد، اما باعث پیچیدگی اندازه‌گیری مشخصه‌های رئولوژی می‌شود. فشار جانبی وارد بر قالب‌ها، پایداری و قابلیت پمپ کردن، مواردی هستند که می‌توانند تحت‌تأثیر پدیده‌ی تیکسوتروپی قرار گیرند.

هنگامی که یک ماده تیکسوتروپ در حالت سکون قرار می‌گیرد، با گذشت زمان به دلیل وجود عواملی از قبیل پیوستگی و نیروهای کلوئیدی، شبکه‌ای سه بعدی از ذرات پدید می‌آید و اعمال تنش، باعث شکست این شبکه، تغییر شکل و جهت‌دهی ذرات یا توده‌ها می‌شود. نتیجه‌ی این اتفاق، کاهش لزجت در نرخ برش یا تنش برشی ثابت است. با گذشت زمان کافی از آغاز اعمال برش، ماده به شرایط تعادل می‌رسد؛ به گونه‌ای که لزجت به کمترین مقدار خود به ازای نرخ برش اعمال شده می‌رسد.

هنگامی که اعمال برش متوقف می‌گردد، گاهی شبکه‌ی سه بعدی دوباره شکل گرفته و لزجت اولیه مجدداً پدید می‌آید. این بازگشت لزجت به دلیل حرکت براونی ذرات رخ می‌دهد؛ پدیده‌ای که علاوه بر حرکت اتفاقی ذرات، باعث نزدیکی آن‌ها و تجمع بر اثر نیروهای کلوئیدی می‌شود. باید توجه داشت حرکت براونی غالب برای ذرات با اندازه‌ی کمتر از ۱ میکرون رخ می‌دهد، در حالی که نیروهای کلوئیدی بر ذرات بزرگ‌تر از ۱ میکرون تأثیر گذاشته و باعث تجمع ذرات می‌شود.

Barnes (1997) معتقد است تبدیل مایع ساکن (با لزجت ظاهری زیاد) به مایع جاری (با الزجت ظاهری کم) را می‌توان 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.

همان‌گونه که در شکل مشاهده می‌شود، 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 می‌رسد. با گذشت زمان، تنش برشی کاهش می‌یابد (شکست تیکسوتروپی) و در نهایت، به حالت تعادل و یک مقدار ثابت می‌رسد. سپس با کاهش نرخ برش، تنش برشی کاهش یافته، ولی به تدریج زیاد شده و با شکل‌گیری مجدد شبکه سه‌بعدی، به حالت تعادل جدید نزدیک می‌شود. در واقع می‌توان گفت متناظر با هر نرخ برش، یک تنش برشی تعادلی وجود دارد.

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

در مرحله‌ی بعد هنگامی که نرخ برش کاهش داده می‌شود، شکست ساختار شبکه که بر اثر انجام مرحله‌ی قبل رخ داده است، باعث می‌شود مقادیر اندازه‌گیری شده کمتر از مقادیر مرحله‌ی اول بوده و منحنی برگشت پایین‌تر از منحنی رفت قرار گیرد. معمولاً زمان مورد نیاز برای بازسازی شبکه نسبت به زمان شکست طولانی‌تر است، با این وجود ۳۰ تا ۵۰% لزجت ممکن است عرض چند ثانیه دوباره پدید آید.

باید توجه داشت ویژگی‌های دیگر مایع نیز ممکن است باعث پیدایش رفتاری مشابه پدیده‌ی تیکسوتروپی شود. با این وجود باید آن‌ها را با این ویژگی متمایز دانست. اولاً باید توجه داشت به طور کلی یک ماده ممکن است دارای ویژگی‌های ویسکوالاستیک و تیکسوتروپ به صورت توأم باشد.

خاصیت ویسکوالاستیک ماده باعث ایجاد وقفه‌ بین اعمال تنش و تغییر شکل نهایی می‌شود که این مسأله ارتباطی با تغییر ساختار ماده ندارد. در صورتی که خاصیت تیکسوتروپی سبب ایجاد این تغییر می‌شود. علاوه بر این در برخی مواد به دلایل متفاوتی همچون ته‌نشینی مواد معلق، کاهش برگشت‌ناپذیر لزجت رخ می‌دهد. مورد دیگری که باید از خاصیت تیکسوتروپی تمیز داده شود، پدیده‌ی رقیق‌شوندگی تحت برش است؛ پدیده‌ای که در آن کاهش لزجت به عنوان تابعی از افزایش نرخ برش رخ می‌دهد.

غالباً خاصیت تیکسوتروپی در مایعات رقیق‌شونده تحت برش مشاهده می‌شود، در حالی که در مایعات غلیظ‌شونده تحت برش، افزایش برگشت‌پذیر و تابع زمان لزجت (آنتی تیکسوتروپی) رخ می‌دهد.

آزمایش‌های بتن خود متراکم (اندازه‌گیری مشخصه‌های جریان بتن خود تراکم)

برای انتخاب روش آزمایش بتن خود متراکم یا مجموعه آزمایش‌ها برای اندازه‌گیری مشخصه‌های جریان بتن خود تراکم، درک این موضوع که چه ویژگی‌هایی توسط هر آزمایش مورد ارزیابی قرار گیرد و اینکه چه ارتباطی میان نتیجه‌ی این ارزیابی با عملکرد بتن خود تراکم در کارگاه وجود دارد، از اهمیت زیادی برخوردار است.

همان‌گونه که عنوان شد، آزمایش‌های مورد استفاده برای تعیین مشخصه‌های جریان را می‌توان به دو دسته‌ی آزمایش‌های کاربردی کارایی و آزمایش‌های بنیادی رئولوژی تقسیم‌ نمود. آزمایش‌های کاربردی عموماً شامل شبیه‌سازی شرایط خاصی از بتن‌ریزی در کارگاه و اندازه‌گیری یک کمیت (مانند زمان با فاصله) به عنوان شاخص کارایی می‌شود.

از سوی دیگر در آزمایش‌های بنیادی، مشخصه‌های اساسی که از نظر تئوری از دستگاه مورد استفاده در آزمایش مستقل هستند، اندازه‌گیری می‌شود. 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 یا بتن مقادیر متفاوتی به دست می‌آید.

آزمایش‌های کاربردی کارایی بتن خود تراکم

تا کنون آزمایش‌های زیادی برای ارزیابی کارایی بتن خود تراکم تازه توسط مراجع مختلف پیشنهاد شده است. بر همین اساس، هر یک از این مراجع تفسیر متفاوتی از نتایج آزمایش‌ها داشته و مقادیری را به عنوان ضوابط پذیرش در آزمایش بتن خود تراکم تازه ارائه داده‌اند. به عنوان مثال، راهنمای اروپایی EFNARC (2002) آزمایش‌ها و الزاماتی را در خصوص کارایی بتن خود تراکم در هنگام بتن‌ریزی در کارگاه پیشنهاد کرده است. این ضوابط پذیرش برای مخلوط‌های با حداکثر اندازه سنگدانه تا ۲۰ میلی‌متر پیشنهاد شده است. آزمایش‌های بتن خود متراکم مورد نظر این راهنمای اروپایی و بازه‌های مورد پذیرش برای نتایج این آزمایش‌ها در جدول زیر آورده شده است.

آزمایش	واحد	بازه‌ی مقادیر متعارف (حداقل)	بازه‌ی مقادیر متعارف (حداکثر)
جریان اسلامپ	میلی‌متر	۶۵۰	۸۰۰
زمان T50cm (جریان اسلامپ)	ثانیه	۲	۵
حلفه J	میلی‌متر	۰	۱۰
قیف V شکل	ثانیه	۶	۱۲
افزایش زمان، قیف V شکل در T5minutes	ثانیه	۰	۳+
جعبه L شکل	(h2-h1)	0.8	1
جعبه U شکل	میلی‌متر (h2-h1)	0	30
آزمایش پر کردن جعبه	(درصد)	۹۰	۱۰۰
پایداری الک	(درصد)	۰	۱۵
آزمایش Orimet	ثانیه	۰	۵

از میان آزمایش‌های بتن خود متراکم پیشنهاد شده، تا کنون 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 آزمایش‌های پیشنهادی دیگر پرداخته شده است. سازمان استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران نیز استانداردهای مربوط به روش آزمون جریان اسلامپ (شماره ۱۱۲۷۰)، حلقه‌ی J (شماره ۱۱۲۷۱) و جداشدگی در ستون (شماره ۱۲۲۵۵) را ارائه نموده که روش آزمون‌های فوق، مشابه استاندارد ASTM است.

در ارتباط با نتایج این آزمایش‌ها توجه به این نکته الزامی است که تفسیر نتایج امری حساس بوده و تابع عواملی چون میزان اهمیت پروژه و شرایط کاربرد بتن خود تراکم (حجم آرماتور عضو بتنی، افقی یا قائم بودن عضو بتنی و…) است. همچنین باید توجه داشت در برخی موارد ارتباط دقیقی بین نتیجه عملکرد و آزمایش بتن خود تراکم در شرایط کارگاهی وجود ندارد و با انجام مجموعه‌ای از آزمایش‌ها، می‌توان در مورد عملکرد این بتن در شرایط کارگاهی اظهارنظر کلی نمود.

آزمایش جریان اسلامپ یا اسلامپ فلو (Slump Flow)

استاندارد ASTM این آزمایش را برای ارزیابی قابلیت جریان مخلوط بتن خود تراکم تازه با حداکثر اندازه سنگدانه تا ۲۵ میلی‌متر ارائه کرده است. این استاندارد دو آزمایش بتن خود متراکم اختیاری را نیز به همراه آزمایش جریان اسلامپ، برای ارزیابی جداشدگی و همچنین تعیین لزجت نسبی مخلوط ارائه کرده است. برای انجام این آزمایش بتن خود متراکم، نحوه‌ی قرارگیری مخروط Abram به هر دو صورت معمول و وارونه قابل قبول است.

پس از آماده‌سازی و قرار دادن مخروط به صورت ثابت روی صفحه مخصوص، باید نمونه‌ی بتنی را به صورت پیوسته درون مخروط ریخت. پس از صاف نمودن سطح مخروط، با یک حرکت قائم یکنواخت، مخروط عرض ۲ تا ۴ ثانیه برداشته می‌شود و بتن جریان می‌یابد. بعد از اینکه جریان دایره بتنی پخش شده متوقف گردید، ابتدا حداکثر قطر پخش‌شدگی و سپس قطر پخش‌شدگی در جهت عمود بر آن اندازه‌گیری می‌شود. قطر پخش‌شدگی در آزمایش جریان اسلامپ برابر با میانگین این دو مقدار (بر حسب میلی‌متر) خواهد بود.

باید توجه داشت در صورت وجود حلقه‌ای از ملات (پدیده‌ی جداشدگی) در اطراف مخلوط بتنی پخش شده، این قسمت نیز باید جزو قطر پخش‌شدگی منظور گردد. علاوه بر این، اگر تفاوت در دو قطر اندازه‌گیری شده در جهات عمود برهم بیش از ۵۰ میلی‌متر باشد، آزمایش مذکور نامعتبر بوده و باید تکرار شود. دو آزمایش بتن خود تراکم اختیاری تعیین لزجت نسبی مخلوط (زمان T₅₀) و نیز ارزیابی جداشدگی (شاخص پایداری دیداری) به همراه آزمایش جریان اسلامپ ارائه شده است.

زمان T₅₀ مدت زمان رسیدن لبه خارجی دایره بتنی در حال جریان به قطر پخش‌شدگی ۵۰۰ میلی‌متر است که این زمان حین انجام آزمایش جریان اسلامپ با کمک زمان‌سنج اندازه‌گیری می‌شود. زمان T₅₀ اطلاعاتی را در مورد مشخصه‌های جریان مخلوط بتن خود تراکم در اختیار قرار می‌دهد؛ به گونه‌ای که افزایش این زمان نشان‌دهنده لزجت بیشتر مخلوط است.

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

شاخص پایداری دیداری	شرایط
صفر (کاملاً پایدار)	عدم وجود نشانه‌های جداشدگی و آب‌انداختگی
۱ (پایدار)	عدم وجود نشانه‌های جداشدگی و مشاهده‌ی آب‌انداختگی جزئی به‌صورت لایه نازکی از آب در سطح دایره‌ی بتن پخش‌شده
۲ (ناپایدار)	مشاهده‌ی حلقه‌ی نازکی از ملات (کمتر از ۱۰ میلی‌متر) یا تجمع سنگدانه‌ها در قسمتی از دایره‌ی بتن پخش‌شده
۳ (کاملاً ناپایدار)	جداشدگی واضح- مشاهده‌ی حلقه‌ی ملات (بیشتر از ۱۰ میلی‌متر) یا تجمع زیاد سنگدانه‌ها در مرکز دایره‌ی بتن پخش‌شده

باید توجه داشت این شاخص نمی‌تواند پایداری بتن تازه را به صورت کمی اندازه‌گیری کند و صرفاً نوعی ارزیابی کیفی است. به هر حال برای ارزیابی جداشدگی در مخلوط بتن خود تراکم تازه انجام آزمایش‌هایی مانند جداشدگی در ستون، آزمایش نفوذ یا آزمایش پایداری الک توصیه می‌شود

شکل زیر نمونه‌ای از مخلوط بتنی با شاخص پایداری دیداری ۲ را نشان می‌دهد. استاندارد BS EN 12350-8:2010 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.

آزمایش حلقه J یا جی رینگ (J RING)

استاندارد ASTM آزمایش بتن خود تراکم حلقه J را برای ارزیابی قابلیت عبور در مخلوط بتن خود تراکم تازه با حداکثر اندازه اسمی سنگدانه تا ۲۵ میلی‌متر ارائه کرده است. در کارهای تحقیقاتی از این آزمایش برای مقایسه مخلوط‌های مختلف و در کارگاه‌ها از آن می‌توان به عنوان یک آزمایش کنترل کیفیت استفاده نمود. نحوه انجام آزمایش به این گونه است که بعد از قرارگیری صفحه آزمایش اسلامپ روی سطحی صاف، حلقه‌ J روی آن قرار داده شده و مخروط Abram در مرکز حلقه گذاشته می‌شود.

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 دایره‌ی بتنی متوقف گردید، ابتدا حداکثر قطر پخش‌شدگی و سپس قطر پخش‌شدگی در جهت عمود بر آن اندازه‌گیری می‌شود. قطر پخش‌شدگی در آزمایش حلقه‌ی J، میانگین این دو مقدار خواهد بود. طبق استاندارد ASTM، برای انجام این آزمایش نحوه‌ قرارگیری مخروط اسلامپ می‌تواند به صورت معمول یا وارونه باشد. البته باید توجه داشت که در هر صورت، نحوه‌ی قرارگیری مخروط در آزمایش جریان اسلامپ و حلقه J باید یکسان باشد تا مقایسه بین نتایج این دو آزمایش امکان‌پذیر باشد.

تفاوت قطر پخش‌شدگی در آزمایش‌های جریان اسلامپ و حلقه‌ی J	ارزیابی میزان بلوکه شدن
۰ تا ۲۵ میلی‌متر	انسداد مشاهده نمی‌شود.
۲۵ تا ۵۰ میلی‌متر	انسداد جزئی تا قابل توجه
بیشتر از ۵۰ میلی‌متر	انسداد قابل توجه تا شدید

استاندارد انگلیسی – اروپایی BS EN 12350-12:2010 برای انجام این آزمایش دو نوع حلقه که برای شبیه‌سازی مقاطع با آرماتورگذاری سبک و سنگین را پیشنهاد کرده که در یک چیدمان ۱۲ عدد میله و در چیدمان دیگر ۱۶ عدد میله (با قطر ۱۸±۰٫۵) میلی‌متر با فواصل برابر در حلقه‌ی J قرار می‌گیرد.

در روش آزمایش بتن خود تراکم ارائه شده در این استاندارد، علاوه بر اندازه‌گیری حداکثر قطر پخش‌شدگی، زمان رسیدن به قطر پخش‌شدگی ۵۰۰ میلی‌متر (T₅₀₀₁) نیز می‌تواند ثبت و گزارش شود. همچنین قابلیت عبور از حلقه (PJ) توسط رابطه‌ی زیر و پس از اندازه‌گیری ارتفاع سطح بتن در مرکز حلقه و چهار نقطه‌ی مشخص خارج حلقه (نسبت به سطح بالایی حلقه J) به دست می‌آید.

PJ = [(Δ_hx1 + Δ_hx1 + Δ_hy1 + Δ_hy1) / (4)] – [Δ_h0]

که در آن Ah مقادیر ارتفاع نسبی اندازه‌گیری شده (میلی‌متر) و PJ قابلیت عبور اندازه‌گیری شده (میلی‌متر) است.

راهنمای EFNARC (2002) اندازه‌گیری اختلاف ارتفاع بتن درون حلقه‌ی J (با اندازه و میله‌های 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 اندازه‌گیری شده و میانگین این اعداد برای ارزیابی مورد استفاده قرار گیرد. راهنمای EFNARC حداکثر اختلاف ارتفاع ۱۰ میلی‌متر را مجاز دانسته است.

آزمایش جداشدگی در ستون

استاندارد ASTM این آزمایش بتن خود تراکم را برای ارزیابی پایداری استاتیکی در مخلوط بتن خود تراکم تازه حاوی سنگدانه معمولی پیشنهاد کرده است. از مزایای این آزمایش، فراهم نمودن شرایطی مشابه شرایط کاربرد بتن خود تراکم در کارگاه و نیز اندازه‌گیری پایداری استاتیک به طور مستقل از خواص دیگر است. از سوی دیگر، دشواری انجام و زمان‌بر بودن آزمایش را می‌توان از موانع بکارگیری آن در کارگاه‌ها دانست.

نحوه‌ی انجام آزمایش به طور خلاصه به این صورت است که ابتدا قالب با نمونه‌ای همگن از بتن، بدون اعمال لرزش و به صورت پیوسته، عرض دو دقیقه پر می‌شود. سپس ستون حاوی بتن باید به مدت ۱±۱۵ دقیقه در حال سکون بماند.

پس از اتمام این مدت، بلافاصله گیره‌های استوانه‌ی فوقانی باز شده و با حرکت افقی این استوانه، بتن درون آن روی ظرف مخصوص جمع‌آوری بتن ریخته می‌شود. مشابه این کار برای استوانه‌ی میانی هم انجام شده، ولی بتن درون آن دور ریخته می‌شود.

نمونه‌ی جمع‌آوری شده از استوانه فوقانی روی الک نمره‌ی ۴ (۴٫۷۵ میلی‌متر) ریخته و شسته می‌شود و سنگدانه‌های درشت باقی‌مانده روی الک درون یک محفظه‌ی پلاستیکی تمیز ریخته می‌شود. این مراحل برای استوانه‌ی تحتانی نیز تکرار می‌شود. سپس سطح سنگدانه‌های به دست آمده از این دو استوانه با کمک پارچه‌ی جاذب آب خشک شده و در نهایت، وزن هر دو نمونه اندازه‌گیری می‌شود.

برای اندازه‌گیری درصد جداشدگی استاتیک، در صورتی که وزن سنگدانه‌های درشت استوانه‌ی سالی بیشتر از استوانه‌ی فوقانی باشد، از رابطه‌ی زیر استفاده می‌شود:

S = 2 [(CA_B – CA_T) / (CA_B + CA_T)] * 100

که در آن (S) درصد جداشدگی استاتیک، (CA_B) وزن سنگدانه‌های درشت استوانه تحتانی و (CA_r) وزن سنگدانه‌های درشت استوانه فوقانی است.

ارزیابی سریع مقاومت در برابر جداشدگی بتن خودتراکم به کمک آزمایش نفوذ

این آزمایش بتن خود تراکم، گرچه به طور مستقیم مقاومت در برابر جداشدگی را اندازه‌گیری نمی‌کند، اما احتمال وقوع آن را ارزیابی می‌کند. دستگاه مورد نیاز برای انجام این آزمایش در شکل زیر نشان داده شده است. با توجه به اینکه انجام آزمایش جداشدگی در ستون نیازمند صرف زمان نسبتاً طولانی است و انجام آن در کارگاه و پیش از بتن‌ریزی دشوار است، 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 و در صورت بکارگیری آن برای بتن خود تراکم سبک‌دانه، باید توسط آزمایش‌های همبستگی بین نتایج آن با نتایج آزمایش جداشدگی در ستون تعیین شود.

برای انجام این آزمایش پس از آماده‌سازی دستگاه نفوذ (مرطوب کردن استوانه توخالی و ثابت نمودن میله‌ی قائم) که در شکل بالا مشاهده می‌شود، مخروط Abram به صورت وارونه قرار داده شده و یک نمونه‌ی همگن (حدود ۶ لیتر) از بتن تهیه شده و به صورت پیوسته درون مخروط ریخته می‌شود. پس از صاف نمودن سطح مخروط، به مدت ۸۰±۵ ثانیه، بتن در حالت سکون باقی می‌ماند. در این مدت دستگاه نفوذ در بالای مخروط قرار داده می‌شود؛ به گونه‌ای که استوانه‌ی توخالی دقیقاً در وسط دهانه‌ی مخروط قرار بگیرد و به قدری پایین آورده می‌شود که با سطح بتن تماس پیدا کند. بعد از اتمام مدت سکون، استوانه باید به مدت ۳۰±۲ ثانیه به صورت آزاد در بتن نفوذ کند و میزان نفوذ در این مدت اندازه‌گیری می‌شود.

استاندارد ASTM مقادیری را به صورت پیشنهادی برای ارزیابی نتیجه‌ی آزمایش پیشنهاد کرده است؛ به گونه‌ای که مقادیر نفوذ بین ۱۰ تا ۲۵ میلی‌متر را با درجه‌ی مقاومت در برابر جداشدگی استاتیک نسبتاً مقاوم، مقادیر نفوذ کمتر از ۱۰ میلی‌متر را با عنوان مقاوم و مقادیر بیشتر از ۲۵ میلی‌متر را با عنوان غیر مقاوم تفسیر می‌کند.

بیشتر بخوانید: مشخصات، ویژگی‌ها و خواص بتن خود تراکم

آزمایش جعبه‌ی L شکل یا ال باکس

این آزمایش بتن خود تراکم قابلیت عبور و پر کنندگی بتن خود تراکم را مورد ارزیابی قرار داده و احتمال بلوکه شدن مخلوط تازه در اثر مواجهه با آرماتورها را بررسی می‌کند. در مقایسه با آزمایش حلقه‌ى j، نتایج این آزمایش ارتباط بهتری را با عملکرد مخلوط‌های مختلف در پروژه‌ها داشته که دلیل آن می‌تواند بکارگیری حجم بیشتر بتن برای عبور از میان آرماتورها باشد که قاعدتاً به شرایط واقعی نزدیک‌تر است. از معایب این روش نیز می‌توان به عدم تمایز بین ویژگی‌های «پرکنندگی» و «قابلیت عبور» مخلوط مورد آزمایش اشاره نمود.

مقادیر متفاوتی برای تعداد، قطر و فاصله‌ی آزاد بین آرماتورهای مورد استفاده در دستگاه این آزمایش پیشنهاد شده است. استاندارد BS EN 12350-10-2010 قرارگیری ۲ یا ۳ میله‌ی فولادی (با قطر ۱۲±۰٫۲ میلی‌متر) را با فواصل مساوی در مجرای جداکننده‌ی قسمت قائم و افقی (با عرض ۲۰۰ میلی‌متر) مجاز می‌داند. روند انجام آزمایش به طور خلاصه به این صورت است 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 می‌شود. سپس جداگر کشویی به بالا کشیده شده و بتن در قسمت افقی جریان می‌یابد. پس از توقف جریان بتن، کاهش ارتفاع سطح بتن در قسمت قائم جعبه ΔH₁ (به صورت میانگین سه قرائت در عرض وجهی که جداگر نیز در آن قرار دارد) اندازه‌گیری می‌شود تا به کمک آن عمق بتن (H₁) در قسمت قائم (تفاضل ارتفاع قسمت قائم دستگاه و ΔH₁مشخص شود. به روش مشابه عمق بتن در انتهای قسمت افقی جعبه H₂ از تفاضل ارتفاع جعبه در قسمت انتهایی (۱۵۰ میلی‌متر) و میانگین سه قرائت ΔH₂ به دست می‌آید. از تقسیم H₂ به H₁ نسبت قابلیت عبور در آزمایش جعبه‌ی L شکل به دست می‌آید.

راهنمای EFNARC (2002) تعبیه سه آرماتور Ø۱۲ و با فاصله‌ی ۳۵ میلی‌متر را برای جعبه‌ی و مناسب می‌داند. برای انجام آزمایش نیز پس از باز شدن جداگر لغزنده، با کمک زمان‌سنج مدت زمان صرف‌شده برای طی مسافت ۲۰۰ و ۴۰۰ میلی‌متری توسط بتن در قسمت افقی ثبت می‌شود. علاوه بر این پس از توقف جریان بتن، ارتفاع بتن در ابتدا و انتهای قسمت افقی اندازه‌گیری شده و نسبت این دو با عنوان «نسبت بلوکه شدن» گزارش می‌شود. بدیهی است هر چه این نسبت به عدد «یک» نزدیک‌تر باشد، مخلوط بتنی از قابلیت عبور بیشتری برخوردار خواهد بود. راهنمای EFNARC (2002) حداقل میزان قابل قبول برای نسبت بلوکه شدن را ۰٫۸ عنوان کرده است.

قیف V شکل یا وی فانل

این آزمایش بتن خود متراکم اولین بار در ژاپن توسط Ozawa و همکارانش (۱۹۹۵) ابداع شد. استاندارد BS EN 12350-9:2010 نیز دستورالعمل این آزمایش را برای ارزیابی لزجت خمیری و قابلیت پرکردن مخلوط بتن خود تراکم تازه ارائه کرده است. برای انجام این آزمایش ابتدا درون قیف مرطوب شده و مجرای تحتانی دستگاه مسدود می‌شود و قیف با نمونه‌ی بتن همگن در یک حرکت و بدون اعمال هیچ‌گونه لرزش و تراکمی پر می‌گردد. پس از پر شدن قیف و هم‌تراز شدن بتن با سطح بالای قیف، با تأخیری ۸ تا ۱۲ ثانیه‌ای مجرا باز شده و بتن تحت وزن خود از قیف خارج می‌شود. مدت زمانی که از باز کردن مجرای خروجی تا دیده شدن ظرف زیر قیف (به صورت عمودی از بالای آن) می‌گذرد، توسط زمان‌سنج ثبت شده و به عنوان «زمان جریان» گزارش می‌شود.

راهنمای EFNARC (2002) نیز انجام این آزمایش را برای ارزیابی قابلیت عبور و نیز مقاومت در برابر جداشدگی مخلوط‌های بتنی حاوی سنگدانه با حداکثر اندازه تا ۲۰ میلی‌متر پیشنهاد کرده است.

بر اساس این راهنما، علاوه بر زمان جریان، معیار دیگری که از این آزمایش می‌تواند حاصل شود، «زمان جریان در T_5minutes» است که برای ارزیابی پایداری مخلوط بتن تازه به کار می‌رود. روند آزمایش به این گونه است که بعد از اندازه‌گیری زمان جریان و تخلیه‌ی کامل بتن، بدون اینکه درون قیف تمیز شود، مجرای آن مجدداً مسدود و قیف دوباره با نمونه‌ی بتن همگن پر می‌شود. بعد از گذشت ۵ دقیقه با باز نمودن مجرای تحتانی، تخلیه‌ی بتن از قیف صورت می‌گیرد و همانند مرحله‌ی قبل زمان تخلیه ثبت می‌شود. راهنمای EFNARC افزایش زمان تخلیه در مرتبه‌ی دوم را تا حداکثر ۳ ثانیه مجاز می‌داند.

جعبه‌ی U شکل یا یو باکس

این آزمایش بتن خود تراکم که برای ارزیابی قابلیت پر کنندگی بتن خود تراکم تازه به کار می‌رود، به کمک یک محفظه که توسط جدارهای به دو قسمت تقسیم شده است، انجام می‌شود. در محل انفصال دو قسمت، سه آرماتور برای شبیه‌سازی شرایط واقعی تعبیه شده است. روند انجام این آزمایش به این صورت است که بعد از بستن جداگر کشویی، یکی از محفظه‌ها با نمونه‌ی بتن پر شده و به مدت یک دقیقه به حال سکون رها می‌شود.

سپس جا به سمت بالا کشیده شده و بتن به درون محفظه‌ی دیگر جریان می‌یابد. پس از توقف جریان بتن، ارتفاع بتن در دو نقطه از هر محفظه اندازه‌گیری شده و مقدار میانگین به عنوان ارتفاع در آن محفظه گزارش می‌شود. اختلاف ارتفاع بتن در دو محفظه (ارتفاع پر شدن) به عنوان معیاری برای ارزیابی قابلیت عبور بتن خود تراکم به کار می‌رود. راهنمای EFNARC (2002) حداکثر مقدار ۳۰ میلی‌متر را برای ارتفاع پر شدن مجاز می‌داند.

آزمایش پایداری الک

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

روند انجام آزمایش به این صورت است که ابتدا حدود ۱۰ لیتر نمونه‌ی بتنی همگن در ظرف سرپوشیدهای ریخته شده و به مدت ۱۵ دقیقه در حال سکون رها می‌شود. سپس نمونه‌ای با حجم حدودا ۲ لیتر (معادل ۴٫۶ تا ۵ کیلوگرم) از سطح نمونه‌ی اولیه برداشته شده و بعد از اندازه‌گیری دقیق وزن آن (M_a)، از ارتفاع ۵۰ سانتی‌متری روی الک نمره‌ی ۴ (۴٫۷۵ میلی‌متر) با قطر ۳۵۰ میلی‌متر ریخته می‌شود.

نمونه‌ی بتنی به مدت ۲ دقیقه روی الک باقی می‌ماند تا ملات فرصت کافی برای عبور از چشمه‌های الک را داشته باشد. پس از گذشت این زمان، وزن نمونه‌ی عبوری از الک اندازه‌گیری شده (M_b) و نسبت جداشدگی از نمونه‌ی عبوری بر وزن نمونه‌ی برداشته شده از سطح نمونه‌ی ۱۰ لیتری بتن، یعنی (M_a/M_b) حاصل می‌شود. بر اساس پیشنهاد راهنمای EFNARC (2002) در صورتی که این نسبت بیش از ۰٫۱۵ باشد، احتمال وقوع جداشدگی در بتن تازه زیاد خواهد بود. استاندارد BS EN 12350-11:2010 نیز این آزمایش را با روند مشابه آنچه گفته شد، ارائه کرده است.

آزمایش پر کردن جعبه

این آزمایش که با نام‌های دیگری چون آزمایش پر کردن شبیه‌سازی شده، جعبه‌ی ظرفیت پر کنندگی و آزمایش Kajima نیز شناخته می‌شود، قابلیت پُر کنندگی بتن خود تراکم را ارزیابی می‌کند. درون مخزن این آزمایش ۳۵ میله‌ی PVC با قطر ۲۰ میلی‌متر و فاصله‌ی مرکز تا مرکز ۵۰ میلی‌متر وجود دارد.

اگرچه دستگاه نسبتاً پیچیده بوده و حجم زیاد بتن مورد نیاز (حدود ۴۵ لیتر) انجام این آزمایش بتن خود تراکم را در کارگاه با دشواری روبه‌رو می‌کند، اما با این وجود می‌توان گفت هر سه ویژگی بتن خود تراکم در این آزمایش تا حدی مورد بررسی قرار می‌گیرند؛ به گونه‌ای که مخلوط بتنی با قابلیت عبور مناسب، اگر دارای پایداری و قابلیت عبور کافی نباشد، در این آزمایش عملکرد مناسبی نخواهد داشت.

روند انجام این آزمایش به این صورت است که نمونه‌ی بتنی از مجرای دستگاه به درون آن ریخته می‌شود (به گونه‌ای 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 می‌یابد. بعد از متوقف شدن جریان بتن، ارتفاع بتن (میانگین دو مقدار) در دو طرف دستگاه اندازه‌گیری می‌گردد. درصد میانگین پر شدن از رابطه‌ی زیر به دست می‌آید.

F = [(h₁ + h₂) / (2 * h₁)] * 100

که در این رابطه (F) درصد میانگین پر شدن، (h₁) ارتفاع بتن در سمتی که بتن وارد جعبه می‌شود و h₂ ارتفاع بتن در سمت مقابل است. بدیهی است که هر چه درصد میانگین پر شدن به ۱۰۰ نزدیک‌تر باشد، نشانگر بهبود مشخصه‌های جریان در مخلوط مورد آزمایش خواهد بود.

آزمایش‌های ارزیابی پایداری دینامیک

برای آزمایش بتن خود تراکم تازه دو نوع پایداری حائز اهمیت است: پایداری دینامیکی و استاتیکی. طبق تعریف، پایداری دینامیکی مقاومت بتن در برابر جداشدگی اجزا حین جای‌دهی در قالب است. هنگامی که شرایط آرماتوربندی به گونه‌ای باشد که بتن از فضاهای کوچک عبور کند، مخلوط خود تراکم باید پایداری دینامیکی کافی داشته باشد. شکل زیر نمونه‌ای از بروز جداشدگی دینامیک در بتن خود تراکم 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 مغزه‌های بتنی به دست آمده‌ است. همان‌گونه که مشاهده می‌شود، در فواصل ۱۶ و ۱۷ متر از محل بتن‌ریزی تقریباً هیچ سنگدانه‌ای در مغزه‌های بتنی مشاهده نشده است. البته توصیه می‌شود مسافت جریان افقی بتن خود تراکم از نقطه‌ی تخلیه‌ی بتن به ۱۰ متر محدود شود.

تا کنون چندین روش مختلف برای بررسی پایداری دینامیکی بتن خود تراکم تازه پیشنهاد شده‌اند. Shen و همکارانش (۲۰۱۵) ضمن تأکید بر احتمال عدم وقوع همزمان جداشدگی استاتیک و دینامیک، روشی را برای اندازه‌گیری جداشدگی دینامیک ارائه داده‌اند.

مراحل انجام این آزمایش به صورت ذیل است:

• قبل از انجام آزمایش، سطح داخلی مقطع ناودانی شکل باید اندکی مرطوب شود (به گونه‌ای که آب اضافه روی سطح موجود نباشد).
• یک قالب استوانه‌ای ۲۰۰*۱۰۰ میلی‌متر، یک قالب استوانه‌ای ۳۰۰*۱۵۰ میلی‌متر و یک ظرف آب‌بند با حجم ۱۳٫۵ لیتر از بتن آماده پر می‌شوند.
• بتن درون استوانه‌ی ۳۰۰*۱۵۰ میلی‌متری از سمت بالاتر درون مقطع ناودانی ریخته می‌شود (صرفاً برای آغشته کردن سطح به ملات)
• 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 روی سطح مقطع ناودانی باقی بماند.
• مقطع ناودانی به حالت اولیه (شیب‌دار) بازگردانده می‌شود و بتن درونِ ظرف‌ها به تدریج از بالاتر در مقطع ناودانی ریخته می‌شود.
• استوانه‌ی ۲۰۰*۱۰۰ میلی‌متری دیگری توسط قسمت اولیه‌ی بتنی که از مقطع خارج می‌شود، پر می‌گردد.
• با شستن نمونه‌های بتنی درون دو استوانه‌ی ۱۰۰*۲۰۰ میلی‌متری (مراحل ۲ و ۶) الک شماره ۴، سنگدانه‌های درشت هر یک جمع‌آوری می‌شود.
• هر دو نمونه‌ی درشت‌دانه توزین می‌شوند.
• شاخص جداشدگی دینامیک طبق رابطه‌ی زیر محاسبه می‌شود:

DSI = (CA₁–CA₂)/CA₁

که در این رابطه، DSI شاخص جداشدگی دینامیک، (CA₁) وزن سنگدانه‌های درشت موجود در استوانه‌ی اول (به دست آمده از مرحله‌ی ۲) و (CA₂) وزن سنگدانه‌های درشت موجود در استوانه‌ی دوم (به دست آمده از مرحله‌ی ۶) است.

۵ آزمایش کاربردی دیگر برای کارایی بتن خودمتراکم

علاوه بر آزمایش‌هایی که به آن‌ها اشاره شد، آزمایش‌های دیگری نیز پیشنهاد شده است؛ از جمله آن می‌توان به آزمایش Orimet (Bartos (1998))، استفاده از شناساگر جداشدگی (Bui و همکارانش (۲۰۰۲))، رسانایی الکتریکی (Khayat و همکارانش (۲۰۰۳)) و در نهایت، استفاده از پردازش تصویر برای بررسی پایداری استاتیک با کمک استوانه‌های سخت‌شده (Shen و همکارانش (۲۰۰۵)) اشاره نمود. علاوه بر این، مهدی‌خانی و رمضانیان‌پور (۲۰۱۵) آزمایش‌هایی را برای ارزیابی «ملات» خود تراکم در حالت تازه ارائه کرده‌اند. یکی از آزمایش‌های پیشنهاد شده توسط این محققین، ستونک جداشدگی است.

این آزمایش مشابه آزمایش جداشدگی در ستون برای بتن خود تراکم است، با این تفاوت که ستون مورد استفاده برای آزمایش ابعاد کوچک‌تری دارد و این مسأله سبب سهولت انجام آزمایش و نیز کاهش حجم نمونه‌ی مورد نیاز برای ارزیابی یک ملات خود تراکم می‌شود. از تفاوت‌های دیگر آزمایش پیشنهادی با آزمایش استاندارد‌ جداشدگی در ستون، استفاده از الک شماره‌ی ۵۰ برای تعیین میزان سنگدانه در استوانه‌های فوقانی و تحتانی است. مهدی خانی و رمضانیان‌پور (۲۰۱۵) درصد جداشدگی استاتیک در رابطه‌ی زیر را چنانچه کمتر یا برابر با ۳۰ باشد، نشانگر پایداری استاتیک کافی ملات خود تراکم دانسته‌اند.

S = 2 [(CA_B – CA_T) / (CA_B + CA_T)] * 100

در نهایت با توجه به مطالب عنوان شده در این قسمت، می‌توان گفت شبیه‌سازی شرایط واقعی بتن‌ریزی، سهولت انجام آزمایش بتن خود تراکم در کارگاه، نیاز به حجم کم بتن برای انجام آزمایش، سرعت زیاد و ارتباط مناسب نتایج با عملکرد بتن خود تراکم در کارگاه، مواردی هستند که می‌توانند منجر به پذیرش و گسترش استفاده از یک روش پیشنهادی برای ارزیابی رفتار بتن خود تراکم تازه گردند.

آزمایش‌های بنیادی رئولوژی بتن خود تراکم

رئومترها در بتن خود متراکم

امروزه انواع مختلفی از رئومترها با طراحی‌های متفاوت و مزایا و معایب خاص خود برای ارزیابی بتن تازه وجود دارند. با اینکه اکثر این رئومترها برای ارزیابی گستره‌ی وسیعی از انواع بتن طراحی شده‌اند، کاربرد آن‌ها برای بتن خود تراکم نتایج مناسب‌تری به همراه دارد. در مقایسه با مخلوط‌های بتن معمولی، روانی زیاد مخلوط‌های بتن خود تراکم تازه باعث وجود تطابق با رفتار مایعات همگن می‌شود که این امر سبب افزایش دقت و قابلیت تکرار در ارزیابی مخلوط‌ها با رئومترهای موجود می‌گردد.

عملکرد کلی رئومترهای بتن به این صورت است که ابتدا به منظور ایجاد شکست تیکسوتروپی در مخلوط، تنش اولیه‌ای اعمال شده و سپس نرخ تنش کاهش داده می‌شود و در این مدت، ارتباط بین گشتاور و سرعت چرخش اندازه‌گیری می‌گردد. در رئومترهای موجود روش‌های مختلفی برای تبدیل داده‌های گشتاور – سرعت چرخش به تنش تسلیم و لزجت خمیری به کار گرفته شده است که آن‌ها را می‌توان در دو گروه کلی روش‌ها بر پایه‌ی واحدهای نسبی و روش‌های ارائه دهنده‌ی واحدهای پایه‌ای قرار داد.

برای محاسبه‌ی واحدهای نسبی به داده‌های گشتاور (T) بر حسب سرعت چرخش (N)، خط مستقیمی برازش داده می‌شود. در دستگاه دو نقطه‌ای Tattersal نقطه‌ی 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 می‌شود. این روش نام‌گذاری که در رابطه‌ی زیر آورده شده است، در رئومترهای دیگر نیز به کار گرفته شده است. باید توجه داشت متغیر g با مدول برشی که با «G» نشان داده می‌شود، متفاوت است.

T = g + hN

قابل ذکر است برای محاسبه‌ی نتایج بر حسب واحدهای پایه‌ای با کمک مدل بینگهام (تنش تسلیم و لزجت خمیری) 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.

لزجت‌سنج BML که برای مطالعات آزمایشگاهی طراحی شده است، شامل یک استوانه‌ی دوار بیرونی و یک استوانه‌ی ثابت داخلی است که توسط تیغه‌هایی عمودی از لغزش آن جلوگیری شده است.

دستگاه BTRHEOM نیز یک رئومتر با صفحه‌ی موازی است که در آن تغییرات افقی و قائم توزیع سرعت در مایع باعث ایجاد برش می‌شود.

دستگاه دو نقطه‌ای Tattersal و نیز رئومتر IBB جزو رئومترهای دارای همزن هستند. دستگاه Tattersal نتیجه‌ی یکی از اولین تحقیقات انجام شده برای اندازه‌گیری و مطالعه‌ی رئولوژی بتن تازه با کمک مدل بینگهام است. در این رئومتر از همزن حلزونی یا H شکل استفاده شده که قابلیت تنظیم برای محاسبه‌ی نتایج به صورت واحدهای پایه‌ای را دارا است. IBB را نیز می‌توان مدل ارتقا یافته‌ای از دستگاه Tattersal دانست که در آن از همزنی به شکل H استفاده شده و مقادیر g و h برای ارائه‌ی نتایج به کار می‌روند.

اندازه‌گیری تیکسوتروپی در بتن خودمتراکم

علی‌رغم پیشنهاد روش‌های متفاوت برای اندازه‌گیری تیکسوتروپی، تا کنون روش استانداردی برای اندازه‌گیری این خاصیت بتن تازه ارائه نشده است. هر یک از روش‌های پیشنهادی مزایا و معایب مشخصی دارند. Barnes (1997) معتقد است پدیده‌ی تیکسوتروپی – شامل توصیف آزمایشگاهی و توجیه نظری آن – یکی از چالش‌های اصلی پیش روی دانشمند رئولوژی است.

از دیدگاه نظری، روش‌های آزمایش باید اندازه‌گیری تیکسوتروپی را تأثیرات پدیده‌هایی چون گیرش یا زوال کارایی انجام داده و همچنین بین تیکسوتروپی و ویژگی‌هایی چون ویسکوالاستیسیته و کاهش برگشت‌ناپذیر لزجت تفاوت قائل شوند. در واقعیت، تعداد محدودی از روش‌های پیشنهاد شده،این اهداف را تأمین می‌کنند.

چندین روش برای اندازه‌گیری تیکسوتروپی در انواع مایعات مختلف به کار گرفته شده است. یکی از این روش‌ها انجام یک سری مراحل بازگشتی با کمک دستگاه رئومتر است. در این روش، نرخ برش از صفر به یک مقدار حداکثر رسانده شده و مجدداً کاهش داده می‌شود. این کار آن‌قدر ادامه می‌یابد تا مقادیر منحنی جریان تحتانی ثابت شود و مساحت ناحیه‌ی بین منحنی با حداکثر مقادیر (منحنی فوقانی) و منحنی با حداقل مقادیر (منحنی تحتانی)، به عنوان شاخص تیکسوتروپی اندازه‌گیری ‌شود. تغییرات نرخ برش یا تنش برشی می‌تواند به صورت پیوسته و با پله‌ای اعمال شود.

روش بازگشتی علی‌رغم مزایایی که دارد، با محدودیت‌هایی نیز مواجه است. به عنوان مثال، مساحت ناحیه‌ی بین دو نمودار تا حدی به فاصله‌ی زمانی اندازه‌گیری هر نقطه‌ی نرخ برش یا تنش برشی در منحنی جریان وابسته است. علاوه بر این، Barnes (1997) معتقد است پاسخ الاستیک مایع می‌تواند روی مقادیر منحنی فوقانی اولیه تأثیرگذار باشد.

روش دوم برای اندازه‌گیری تیکسوتروپی، انجام یک آزمایش گام به گام است. در این روش نرخ برش یا تنش برشی ایجادشده توسط رئومتر از یک مقدار معین به مقدار معین دیگری تغییر می‌کند و شکست تیکسوتروپی یا شکل‌گیری دوباره شبکه سه بعدی با بررسی مقادیر اندازه‌گیری شده مشخص می‌شود. به این صورت میزان شکست یا شکل‌گیری دوباره شبکه و زمان مورد نیاز برای ایجاد تعادل را می‌توان تعیین نمود. Barnes (1997) معتقد است این روش ساده‌تر و منطقی‌تر است، ولی همچنان تأثیر پاسخ الاستیک اولیه در نتایج آن دخیل است.

روش دیگر اندازه‌گیری تیکسوتروپی، اعمال کرنش یا تنش مشخص به ماده در حال سکون است. در این روش تیکسوتروپی با بررسی میزان افزایش تنش (آزمایش کنترل‌شونده توسط کرنش) یا افزایش شیب منحنی کرنش – زمان (آزمایش کنترل‌شونده توسط تنش) تعیین می‌شود.

محققین مطالعات زیادی را با بکارگیری این روش‌ها و روش‌های دیگر روی بتن تازه انجام داده‌اند. با این وجود برای مطالعه‌ی رفتار بتن تازه، می‌توان صرفاً ملات یا خمیر سیمان را بررسی نمود، زیرا عوامل پیدایش خاصیت تیکسوتروپی عموماً مرتبط با خمیر سیمان هستند. هنگام مطالعه‌ی بتن تازه، می‌بایست به مواردی چون تمایز تیکسوتروپی، ویژگی‌های ویسکوالاستیسیته، کاهش برگشت‌ناپذیر لزجت و نیز کاهش تأثیرات گیرش و زوال کارایی توجه نمود. علاوه بر این، تعیین و تعریف تیکسوتروپی در مخلوط بتن تازه با ابهاماتی روبه‌رو است؛ برای مثال جهت قرارگیری سنگدانه‌های غیرحجیم تحت اثر برش ممکن است تغییر نموده و منجر به کاهش لزجت شود.

کنترل کیفیت بتن خودتراکم با توجه به آزمایشات

طبق تعریف، کنترل کیفیت عملیاتی از فرایند کار است که به منظور حفظ کیفیت محصول در سطح مورد نظر انجام می‌شود. کنترل کیفی طی فرایند تولید به همراه اقدامات پیشگیرانه‌ی اعمالی توسط افراد مسئول فرایند «کنترل تولید» نامیده می‌شود. مسائل مربوط به الزامات و کنترل کیفی مصالح مصرفی و بتن معمولی (در حالت تازه و سخت‌شده) در منابع مختلف موجود است و در اینجا صرفاً مسائلی که در خصوص بتن خود تراکم از اهمیت بیشتری برخوردار هستند، مطرح می‌شود.

همان‌گونه که گفته شد برخورداری توأم از روانی و پایداری کافی از ویژگی‌های الزامی بتن خود تراکم است. طراحی بتن خود تراکم به منظور پر کردن تمام زوایای قالب و احاطه‌ی آرماتورهای عضو بتنی بدون اعمال لرزش است. بنابراین حفظ ویژگی‌های مرتبط با خاصیت خود تراکمی طی عملیات بتن‌ریزی از اهمیت زیادی برخوردار است. از آن‌جا که برخی از این ویژگی‌ها باید به صورت کمی اندازه‌گیری شود، افرادی که مسئولیت کنترل کیفیت را بر عهده دارند، باید از تجربه و دانش کافی برخوردار باشند.

انجام عملیات تولید بتن خود تراکم (بخصوص در مقیاس وسیع) در کارخانه‌های پیش‌ساختگی یا پروژه‌های عمرانی، نیازمند آموزش همه‌ی افرادی است که مسئول بررسی و ارزیابی هستند. همچنین در برنامه‌ی کنترل کیفی مواردی چون اهداف، روش‌ها، همسانی معیارهای ارزیابی، روند ارزیابی و ثبت نتایج و داده‌ها طی فرایند تولید بتن خود تراکم باید به درستی تبیین شده باشد. باید توجه داشت این برنامه باید کنترل در سطوح مختلف مانند مواد و مصالح، بتن تازه و بتن سخت‌شده را مورد توجه قرار دهد.

همان‌گونه که در بخش‌های قبلی تشریح شد، خواص مواد و مصالح مصرفی تأثیر بسزایی بر ویژگی‌های بتن خود تراکم در مرحله‌ی تولید خواهد داشت؛ به عنوان مثال تغییرات در دانه‌بندی و رطوبت سنگدانه‌های مصرفی سبب بروز مشکلات جدی در بتن خود تراکم تازه خواهد شد. به همین دلیل توصیه می‌شود در طول فرایند تولید بتن خود تراکم آزمایش‌های تعیین دانه‌بندی و میزان رطوبت سنگدانه‌ها به دفعات بیشتری (در مقایسه با فرایند تولید بتن معمولی) صورت گیرد.

طبق برخی توصیه‌ها و فرایند تولید بتن خود تراکم، کنترل رطوبت سنگدانه‌های موجود در کارگاه می‌بایست در فرایند زمانی حداکثر ۴ ساعته انجام شود. این در حالی است که برای بتن معمولی این کنترل و شرایط عادی به صورت روزانه انجام می‌گیرد.

در ارتباط با بتن خود تراکم تازه نیز چندین روش به عنوان ابزار کنترل کیفی پیشنهاد شده‌اند که اکثر این روش‌ها کارایی بتن تازه را از دیدگاه کارگاهی مورد بررسی قرار می‌دهند. آزمایش جریان اسلامپ، T₅₀، حلقه‌ى ل، قیف V شکل و جعبه‌ی L شکل، جزو این روش‌ها هستند. علاوه بر این‌ها، روش‌های پیچیده‌تری نیز برای ارزیابی خاصیت خود تراکمی پیشنهاد شده‌اند که شامل اندازه‌گیری پارامترهای رئولوژیکی مخلوط بتنی در حالت تازه است. این آزمایش‌ها با کمک دستگاهی به نام رئومتر انجام می‌گیرد که غالباً برای مقاصد تحقیقاتی به کار می‌رود و برای کاربرد در شرایط کارگاهی مناسب نیست.

هر بازرس کنترل کیفی که درگیر مسائل تولید و ارزیابی بتن خود تراکم است، باید علاوه بر آگاهی از چگونگی انتخاب و استفاده از ابزار کنترل کیفی بتن خود تراکم، قادر به تحلیل نتایج به دست آمده از آزمایش‌ها و تصمیم‌گیری بر مبنای آن‌ها باشد. برای دستیابی به ویژگی‌های دلخواه در بتن خود تراکم، مسئولین کنترل کیفی باید آگاهی کافی نسبت به خواص مهندسی، روش‌های بتن‌ریزی و مسائل مربوط به مواد و مصالح مصرفی داشته باشند.

علاوه بر این، عملکرد افراد مجموعه‌ی تولید بتن (گروه تولید) نیز تأثیر مستقیمی با کیفیت محصول نهایی و ثبات در عملیات تولید بتن خواهد داشت. برای دستیابی به بتن خود تراکم با کیفیت، افراد بخش تولید بتن باید تحت آموزش قرار گرفته و از تأثیرات پارامترهای دخیل در فرایند تولید بر خواص بتن خود تراکم آگاه شوند. این افراد باید بدانند هر مخلوط بتن خود تراکم با در نظر گرفتن جنبه‌های مختلف و مسائلی نظیر ویژگی‌های مواد و مصالح، شرایط قالب، روش بتن‌ریزی و خواص مهندسی طراحی شده است. اعضای گروه تولید در صورتی که به خوبی آموزش دیده باشند، می‌توانند در ارائه و اجرای تدابیر اصلاحی در مواقعی که ویژگی‌های مورد انتظار در بتن خود تراکم حاصل نشده است، مؤثر باشند. در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد آزمایش بتن خود تراکم به صورت کلی تبیین شود و جزئیات هر روش به اختصار بیان گردد. امیدواریم توانسته باشید با مطالعه این مطلب، اطلاعات کافی به دست آورید.