مقاومت فشاری بتن؛ آزمایش و ارزیابی مقاومت بتن 28 روزه

با مطالعه این مقاله چه می‌آموزید؟

• 1. آزمایش تعیین مقاومت فشاری بتن
  • 1.1. تهیه قالب نمونه‌برداری بتن
  • 2.1. نمونه‌برداری بتن
    • 1.2.1. نمونه‌برداری از تراک میکسر یا اتو میکسر
    • 2.2.1. نمونه‌برداری از بتونیر یا مخلوط‌کن‌های دیگر
    • 3.2.1. آماده‌سازی نمونه
    • 4.2.1. آزمایش اسلامپ بتن
    • 5.2.1. آزمایش چگالی بتن
    • 6.2.1. تواتر نمونه‌برداری بتن
      • 1.6.2.1. تواتر نمونه‌برداری از دیدگاه ACI
      • 2.6.2.1. تواتر نمونه‌برداری از دیدگاه آبا
    • 7.2.1. نحوه پرکردن قالب نمونه‌برداری ( براساس استاندارد ملی ایران شماره 581)
    • 8.2.1. ضوابط نگهداری از نمونه ( براساس استاندارد ملی ایران شماره 581)
    • 9.2.1. نگهداری و عمل‌آوری نمونه‌ها و تعیین مقاومت فشاری بتن 28 روزه
    • 10.2.1. سن نمونه
  • 3.1. معرفی دستگاه آزمایش مقاومت فشاری
    • 1.3.1. گزارش آزمایش بتن
• 2. ارزیابی مقاومت فشاری بتن
  • 1.2. تبدیل مقاومت‌های به‌دست‌آمده به مقاومت استاندارد
    • 1.1.2. تبدیل مقاومت آزمونه‌های مکعبی 150 میلی‌متری به مقاومت استوانه‌ای استاندارد
    • 2.1.2. تبدیل مقاومت آزمونه‌های مکعبی به مکعبی 150 میلی‌متری
  • 2.2. مرتب نمودن نتایج آزمایش‌های کنترل مقاومت
  • 3.2. ضوابط پذیرش بتن آزمونه‌های عمل‌آمده در آزمایشگاه و در شرایط استاندارد
    • 1.3.2. ضوابط پذیرش آبا
    • 2.3.2. پذیرش یا عدم پذیرش بتن بر اساس مبحث نهم ویرایش 99
    • 3.3.2. نحوه برخورد با بتن‌های ” کم مقاومت ” (مطابق با بند 9-22-11-4 مبحث نهم ویرایش 99)
  • 4.2. آزمایش مقاومت فشاری هسته‌های (کورهای) بتنی (Concrete Cores)
  • 5.2. نکاتی برای مهندسان ناظر
• 3. پرسش و پاسخ
• 4. نتیجه گیری

1. آزمایش تعیین مقاومت فشاری بتن

این آزمایش یکی از متداول‌ترین آزمایش‌هایی است که به‌منظور ارزیابی مقاومت بتن در برابر تنش ناشی از فشار (به‌عنوان مهم‌ترین ویژگی بتن) انجام می‌شود. در این مقاله سعی شده تمامی مراحل این آزمایش از ابتدایی‌ترین مرحله (تهیه قالب) تا ارزیابی نتایج مورد بررسی قرار گیرد. مانند سایر آزمایش‌هایی که بر روی مصالح انجام می‌شود، آزمایش مقاومت فشاری نیز نیاز به نمونه دارد، اما مهم است که بدانیم این نمونه تحت چه شرایطی و به چه تعدادی مورد نیاز است.

1.1. تهیه قالب نمونه‌برداری بتن

قالب‌های نمونه‌برداری می‌تواند به‌صورت مکعبی در ابعاد 100 میلی‌متر یا 150 میلی‌متر و یا استوانه‌ای به قطر و ارتفاع 150 و 300 میلی‌متر یا 100 و 200 میلی‌متر باشد. در نمونه‌گیری معمولاً از قالب‌های مکعبی ۱۵۰×۱۵۰×۱۵۰ میلی‌متر استفاده می‌گردد چرا که حمل ‌و نقل قالب‌های مکعبی به ‌مراتب آسان‌تر از قالب‌های استوانه‌ای است و به ‌آسانی درون دستگاه آزمون مقاومت فشاری قرار می‌گیرند ولی باید نتایج نمونه‌های مکعبی به استوانه‌ای تبدیل شوند و سپس قضاوت بر روی آن‌ها صورت پذیرد.

همچنین معمولاً برای استفاده از نمونه‌های استوانه‌ای مجبور به کلاهک‌گذاری (عملیات صاف ‌کردن دو سر نمونه استوانه‌ای) می‌شویم که این مسئله ما را ترغیب به استفاده از نمونه‌های مکعبی می‌کند.

*کپینگ یا کلاهک‌گذاری چیست؟

استوانه‌هایی که با روش استاندارد قالب‌گیری می‌شوند، دارای سطوح (به ‌ویژه سطح بالای نمونه) ناصاف هستند که اگر در این شرایط تحت آزمایش قرار گیرند، مقاومتی به مراتب کمتر از مقدار واقعی را نشان می‌دهند و دلیل آن تمرکز تنشی است که در حین بارگذاری ایجاد می‌شود. برای درک بهتر و پی‌ بردن به اهمیت این موضوع باید توجه نمود که یک ناصافی به میزان 0.25 میلی‌متر می‌تواند مقاومت بتن را به یک‌سوم کاهش دهد! به همین دلیل می‌توان نتیجه گرفت هدف از کپینگ یا کلاهک‌گذاری نمونه‌های استوانه‌ای جلوگیری از ایجاد تمرکز تنش در نمونه‌ها یا توزیع یکنواخت تنش روی کل سطح نمونه و در نتیجه عدم کاهش ظاهری مقاومت بتن است.

شکل 2- کپینک یا کلاهک گذاری نمونه‌های استوانه‌ای

قالب نمونه‌گیری باید تمیز و عاری از هرگونه بتن و مواد سیمانی باشد. استفاده از روغن‌سوخته و سایر مواد نفتی به جای روغن قالب مجاز نمی‌باشد. همچنین روغن قالب به‌صورت یک لایه بسیار نازک تمامی سطوح را پوشانده و روغن اضافی باید از داخل قالب‌ها تخلیه شود.

2.1. نحوه نمونه‌برداری بتن

نمونه‌برداری باید به‌صورت کاملاً تصادفی و اتفاقی صورت گیرد تا بتوان مشت را نمونه خروار دانست.

نمونه‌برداری از بتن مورد نظر باید قبل از ریخته‌ شدن در قطعه اصلی و در محل نهایی مصرف انجام شود. به ‌هیچ ‌وجه نباید از بتنی که در قطعه اصلی ریخته شده است نمونه‌گیری نمود، اعم از اینکه متراکم شده یا نشده باشد. اگر آخرین وسیله حمل و ریختن، پمپ و لوله است، نمونه‌برداری باید از انتهای لوله پمپ و یا به‌هر‌حال پس از پمپاژ انجام گردد. اغلب سازندگان اصرار دارند نمونه‌برداری در محل تراک‌میکسر و قبل از ریخته‌ شدن در پمپ بتن و انتقال به قالب انجام شود، زیرا قصد دارند بعد از نمونه‌برداری، به بتن آب یا مواد افزودنی غیر استاندارد اضافه کرده و به ‌اصطلاح بتن را روان‌تر نمایند (تا هم فشار کمتری به پمپ بیاید هم بتن راحت‌تر در قالب‌ها حرکت کند) که این عمل تخلف محسوب شده و ناظر می‌تواند این بتن را تأیید نکند.

اگر نمونه‌برداری از انتهای لوله پمپ میسر نباشد فقط به شرطی می‌توان از بتن ورودی پمپ نمونه‌برداری کرد که هیچ ماده‌ی دیگری (مانند آب یا افزودنی)  پس از نمونه‌برداری به درون مخزن پمپ وارد نگردد.

سؤال همیشگی آزمایشگران (نمونه‌برداران) و ناظرین آن است که اگر مثلاً زود هنگام اقدام به نمونه‌برداری از بتن نمایند و یک نوبت نمونه‌برداری در آن روز نیز کافی باشد، سازنده بتن با خیال آسوده بتن‌هایی با کیفیت پایین را تولید خواهد نمود و نتایج آن نوبت نمونه‌برداری در واقع نمایانگر کیفیت بتن موردنظر در آن روز نخواهد بود. هرچند این نقطه ‌نظر تا حدودی درست است؛ اما باید اذعان نمود وظیفه نظارتی حکم می‌کند در تمام طول ساخت بتن و بتن‌ریزی، ناظر باید نظارت مستمر بر تولید، حمل، ریختن و تراکم داشته باشد و اجازه ندهد بتنی با ظاهر ناخوشایند و نامطلوب و روانی بیش از حد مجاز و یا بتنی با نسبت‌های غیرمطلوب و نامناسب ساخته و ریخته شود؛ بنابراین نمونه اخذ شده می‌تواند معرف و نمایانگر (نماینده) بتن‌های ریخته شده باشد.

بنابراین، چاره کار، کمین ‌کردن و نمونه‌گیری از بتن خیلی شل یا سفت یا نامناسب نیست، زیرا هر نوع گزینش آگاهانه و عمدی، مبانی آماری را درهم می‌ریزد و از آنجا که اساس ارزیابی و پذیرش بتن و حتی تعریف مقاومت مشخصه بر پایه علم آمار و احتمالات استوار است، هرگونه نتیجه‌گیری در این حالت قابل ‌استناد نخواهد بود.

به‌هرحال دست‌اندرکاران می‌توانند با توجه ‌به اهداف خود نمونه‌هایی با شرایط ویژه و گزینشی تهیه نمایند. اما نتیجه حاصله را نباید در امر ارزیابی و پذیرش بتن دخالت دهند.

1.2.1. نمونه‌برداری از تراک میکسر یا اتو میکسر

برای نمونه‌برداری از میکسر باید موارد زیر لحاظ شود:

• از 15 درصد اول و آخر آن نباید نمونه‌برداری برای آزمایش‌های مختلف (به‌جز کنترل یکنواختی اختلاط) انجام شود.
• عملیات نمونه‌برداری باید پس از افزودن آب یا افزودنی لازم به تراک میکسر یا اتو میکسر (درصورتی‌که مجاز به این کار باشیم) و اختلاط کامل آن صورت پذیرد.
• بخش‌های نمونه باید از تمام سطح جریان بتن روی ناوه تراک میکسر اخذ شود و نباید ازیک‌طرف آن نمونه‌گیری صورت گیرد.
• بخش‌های مختلف بلافاصله باید با یکدیگر به‌خوبی مخلوط شود و سپس مورد آزمایش‌های مختلف واقع گردد.
• فاصله زمانی بین اولین و آخرین بخش نمونه‌گیری نباید از 15 دقیقه تجاوز کند.

شکل 3- ناوه یا شوت تراک میکسر

2.2.1. نمونه‌برداری از بتونیر یا مخلوط‌کن‌های دیگر

پس از تخلیه بتونیر حداقل از 5 نقطه دپوی بتن، 5 بخش مساوی بتن برداشته و با یکدیگر مخلوط می‌شود. سطحی که بتن بر روی آن تخلیه می‌شود نباید جاذب رطوبت باشد و همچنین نباید مواد مضر و گل‌ولای را به داخل بتن وارد کند. بخش‌های اخذ شده باید در یک ظرف بزرگ (مانند تشت یا فرغون) ریخته و به‌خوبی با بیلچه و سرتاس مخلوط شوند. رعایت حداکثر فاصله زمانی بین بخش اول و آخر نمونه‌برداری ضروری است. (15 دقیقه که در بالا هم به آن اشاره شد.)

3.2.1. آماده‌سازی نمونه

در همه روش‌های نمونه‌برداری، اختلاط بخش‌های نمونه اخذ شده در یک ظرف بزرگ ضرورت دارد. این کار با یک بیل یا بیلچه در یک تشت یا فرغون انجام می‌شود. قبل از شروع نمونه‌برداری برای آزمایش مقاومت فشاری، بتن ما باید یک سری شرایط را برای ورود به آزمایش مقاومت فشاری پاس کند. این شرایط، سربلند شدن بتن در آزمون اسلامپ و چگالی بتن هستند که پیش‌نیاز حضور بتن در تست مقاومت فشاری است.

4.2.1. آزمایش اسلامپ بتن

اولین کنترلی که بر روی نمونه بتن انجام می‌دهیم، کنترل مقدار اسلامپ بتن است. مقدار اسلامپ بتن با توجه ‌به نشریه ۵۵، مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی چیزی در حدود 2.5 تا 10 سانتی‌متر است. چنانچه نتایج از مقدار حداقل مجاز جدول کمتر باشد، انجام اصلاحات مورد نیاز بر روی اسلامپ، جریان اسلامپ و سایر آزمون‌های بتن خود تراکم یا مقدار هوای بتن تازه امکان‌پذیر است و چنانچه مجدد آزمون انجام شود و مردود باشد باید بلافاصله نمونه دیگری برداشته شده و آزمون شود که چنانچه این بار هم مردود باشد بتن به‌عنوان نامنطبق با الزامات مشخصات فنی خریدار در نظر گرفته می‌شود.

جدول 1- میزان اسلامپ برای اعضا و قطعات مختلف ساختمان براساس نشریه 55

5.2.1. آزمایش چگالی بتن

آزمایش بتن تازه برای اندازه‌گیری چگالی، معمولاً بر اساس استاندارد 3821 ایران مطابق با ASTM C138 (تعیین چگالی، بازدهی و مقدار هوای بتن به روش وزنی) انجام می‌گیرد. در این آزمایش از تجهیزاتی نظیر ترازو، کوبه، ویبراتور، محفظه اندازه‌گیری، چکش، سرتاس و ماله تخت استفاده می‌شود.
روند کلی اجرای این آزمایش به‌صورت زیر است:

1. مرطوب کردن محفظه اندازه‌گیری و خارج کردن آب اضافی آن
2. اندازه‌گیری وزن و حجم داخل محفظه خالی
3. قراردادن محفظه بر روی یک سطح صاف و تراز
4. در صورت استفاده از میله کوبشی؛ ریختن بتن درون محفظه در سه‌لایه، تراکم هر لایه با 25 ضربه و واردکردن 10 تا 15 ضربه به بدنه محفظه
5. در صورت استفاده از ویبراتور؛ ریختن بتن درون محفظه در دولایه و تراکم هر لایه با واردکردن ویبراتور به سه‌نقطه مختلف
6. صاف کردن سطح نمونه و برداشتن بتن اضافی
7. وزن کردن محفظه پر

به ‌این ‌ترتیب، امکان محاسبه چگالی بتن تازه فراهم می‌شود. وزن مخصوص بتن C25 (بتن معمولی و رایج) چیزی در حدود 2400 کیلوگرم بر مترمکعب است. چنانچه چگالی به‌دست ‌آمده از حد پایینی رواداری مشخص شده کمتر باشد، به دلیل این که قابلیت اصلاح آن‌ها در محل پروژه مقدور نمی‌باشد، بتن به‌عنوان نامنطبق با الزامات مشخصات فنی خریدار در‌نظر گرفته می‌شود.

6.2.1. تواتر نمونه‌برداری بتن

1.6.2.1. تواتر نمونه‌برداری از دیدگاه ACI

در ACI  (استاندارد ASTM C172) برای سازه‌های معمول ساختمانی اخذ یک نوبت نمونه به ازای هر 110 مترمکعب بتن یا هر 460 مترمربع سطح دال و دیوار ضروری است؛ اما برای بسیاری از سازه‌های خاص (به‌جز بتن حجیم و سد) به ازای هر 75 مترمکعب یک نوبت نمونه‌برداری لازم است. در قالب لغزنده (یک نوع روش قالب‌بندی و پیشبرد قالب است که قالب با حرکات مقطعی تدریجی در فواصل زمانی مشخص شده و به جلو یا بالا حرکت می‌کند و بتن‌ریزی و میلگردگذاری به‌صورت تقریباً پیوسته ادامه می‌یابد. یعنی قالب جدا نمی‌شود و با پیشرفت بتن‌ریزی قالب هم حرکت می‌کند.) حداقل یک نوبت نمونه‌برداری در هر 8 ساعت کار روزانه ضروری است.

2.6.2.1. تواتر نمونه‌برداری از دیدگاه آبا

در آبا و مبحث 9، تواتر نمونه‌برداری موردبحث قرار گرفته است.

• چه تعداد نمونه‌برداری موردنیاز است؟

درصورتی‌که حجم هر اختلاط (نوبت ساخت) بتن، یک مترمکعب باشد؛ تواتر نمونه‌برداری برای یک سازه و هر رده و نوع بتن، حداقل برابر با بیشترین مقادیر: یک نمونه در هر نوبت کاری روزانه، هر 30 مترمکعب بتن، هر 150 مترمربع سطح دال و دیوار، هر 100 متر طول تیر و کلاف (در مواردی که جدا از سایر قطعات بتن‌ریزی شوند)، هر 50 متر طول ستون و تیر طره‌ای باشد. اگر حجم هر نوبت اختلاط بتن کمتر از یک مترمکعب باشد (مانند بتونیر) و یا بیشتر از یک مترمکعب باشد (مانند کامیون مخلوط‌کن)، می‌توان مقادیر طول، سطح و حجم موارد فوق را به همان نسبت کاهش و یا افزایش داد؛ مشروط بر آنکه این نسبت کمتر از نصف و یا بیشتر از 2 برابر نشود.

مثال 1: اگر حجم هر نوبت اختلاط بتن در یک بتونیر، یک سوم مترمکعب باشد و درز اجرایی نداشته باشیم می‌توان به ازای “هر نوبت کاری روزانه” یا “هر 15 مترمکعب بتن” یا “هر 75 مترمربع سطح دال و دیوار” یا “هر 50 متر طول تیر و کلاف” و یا “هر 25 متر طول ستون و تیر طره” یک نوبت نمونه‌برداری انجام داد (هر کدام که تعداد نوبت نمونه‌گیری بیشتری برآورد کند ملاک عمل خواهد بود).

مثال 2: وقتی از کامیون مخلوط‌کن با حجم بتن 6 مترمکعب برای انتقال بتن استفاده می‌شود، برای نمونه‌گیری از آن، می‌توان به ازای “هر نوبت کاری روزانه” یا “هر 60 مترمکعب بتن” یا “هر 300 مترمربع سطح دال و دیوار” یا “هر 200 متر طول تیر و کلاف” و یا “هر 100 متر طول ستون و تیر طره” یک نوبت نمونه‌برداری انجام داد (هر کدام که تعداد نوبت نمونه‌گیری بیشتری برآورد کند ملاک عمل خواهد بود).

در نظر داشته باشید که در هر سازه برای هر نوع و رده‌ی بتن، حداقل 6 نوبت نمونه‌برداری ضرورت دارد (صرف نظر از حجم و سطح سازه). همچنین در مواردی که حجم کل هر نوع یا رده‌ی بتن در یک سازه از 30 مترمکعب کمتر باشد، درصورتی‌که مهندس ناظر بتن را مناسب تشخیص دهد، می‌توان از نمونه‌برداری و آزمایش صرف نظر کرد.

• آیا نمونه‌برداری در یک‌لحظه انجام می‌شود؟

خیر، حداقل 2 بخش نمونه‌برداری در فواصل منظم زمانی در هنگام تخلیه بتن از بخش میانی (70 درصد میانی) باید انجام شود. توصیه می‌شود در هنگام تخلیه پس از حدود تخلیه 20 درصد، 40 درصد، 60 درصد و 80 درصد حجم بتن، چهار بخش نمونه برداشته شود (سپس بتن‌هایی که جهت نمونه‌برداری برداشتیم را با هم مخلوط می‌کنیم که دربند 1-2-3 این مقاله به آن اشاره شد). این بخش‌های نمونه باید از تمام سطح جریان بتن روی ناوه تراک‌میکسر اخذ شود و نباید از یک‌ طرف آن نمونه‌گیری صورت گیرد.

• تفاوت نمونه و آزمونه چیست؟

هر نمونه شامل چند آزمونه (قالب) است. برای مثال، اگر در یک نمونه‌برداری، دو آزمونه با استفاده از قالب استوانه‌ای به قطر 150 میلی‌متر و ارتفاع 300 میلی‌متر برای تست مقاومت سن 28 روز تهیه شود، میانگین آن‌ها به‌عنوان نتیجه یک نمونه گزارش می‌شود. بنابراین مقصود از 30 نمونه، همان 30 آزمونه نیست بلکه نتیجه 30 نوبت نمونه‌برداری مدنظر است.

به طور خلاصه یعنی اولاً در هر نمونه‌برداری، دو آزمونه برداشته می‌شود و دوم اینکه تعداد دفعات نمونه‌برداری به حجم هر نوبت ساخت بتن بستگی دارد که جزئیات آن در بالا گفته شد و سوم اینکه برای نمونه‌برداری نباید همه بتن مورد نیاز را در یک ‌لحظه برداریم و باید در حین تخلیه میکسر و در فواصل زمانی مختلف اقدام به نمونه‌برداری کنیم.

* در کف هر قالب مشخصات نمونه مانند تاریخ و ساعت ساخت بتن و ریختن آن در قالب  و… نوشته شده است تا نمونه‌ها بعد از خروج از قالب قابل‌ شناسایی و ردیابی باشند.

7.2.1. نحوه پرکردن قالب نمونه‌برداری ( براساس استاندارد ملی ایران شماره 581)

به‌منظور جلوگیری از چسبیدگی بتن به جدار قالب، باید جداره‌های داخلی قالب با یک‌لایه نازک روغن معدنی آغشته گردد؛ سپس بتن در چندلایه (بسته به اسلامپ بتن معمولاً 3 لایه برای بتن‌های اسلامپ بالا و حداقل 2 لایه برای بتن‌های اسلامپ پایین) با استفاده از کمچه یا بیلچه داخل قالب ریخته شود. بعد از ریختن هر لایه، تراکم بتن هر لایه توسط یک میله با قطری متناسب با ابعاد قالب انجام می‌شود (قطر میله و تعداد ضربات بر اساس جدول ذیل). پس از متراکم نمودن بتن، سطح بتن را با ماله شمشه­کشی می‌کنیم به‌طوری­که آزمونه با لبه یا کناره قالب هم­سطح شود و هیچ پستی یا بلندی روی آن باقی نماند.

در کادر پایین قسمتی‌هایی از استاندارد ملی ایران آورده شده که در آن به تعداد لایه‌ها و همچنین جزئیات عملیات میل‌زنی پرداخته است.

جدول 2- تعداد ضربات مورد نیاز برای تراکم نمونه بتنی

8.2.1. ضوابط نگهداری از نمونه ( براساس استاندارد ملی ایران شماره 581)

نمونه‌ها را در محل مناسب در کارگاه قرار می‌دهند تا هیچ‌گونه ضربه‌ای نخورده و یا مجبور به جابه‌جایی آن‌ها نگردند (بند 7-1 و 6-3-1 استاندارد 581). پس از گذشت حداقل 24 و حداکثر 48 ساعت نمونه‌ها توسط آزمایشگاه جهت انجام آزمون مقاومت فشاری حمل و در شرایط آزمایشگاهی نگهداری می‌شوند. دقت شود تا زمان انتقال آزمونه‌ها به آزمایشگاه، در محلی ایمن و دور از تابش مستقیم آفتاب و گردوغبار کارگاه نگهداری می‌شوند و ترجیحاً با پوششی ایزوله، از وزش باد، سرما و گرما محافظت شوند. یک روش مناسب یا ترکیبی از روش‌ها برای جلوگیری از اتلاف رطوبت انتخاب کنید. هنگامی که از گونی خیس برای پوشش استفاده شود، گونی نباید با سطح بتن تازه تماس داشته باشد و باید دقت شود که رطوبت گونی‌ها تا زمان باز کردن قالب‌ها حفظ شود. قرار دادن یک ورق پلاستیکی روی گونی به مرطوب نگه ‌داشتن آن کمک می‌کند.

9.2.1. نگهداری و عمل‌آوری نمونه‌ها و تعیین مقاومت فشاری بتن 28 روزه

هنگام انتقال آزمونه به محل نگهداری از تکان‌دادن، ضربه‌زدن، کج کردن یا خراشیدن سطح آن‌ها جلوگیری کنید. حال نوبت به‌ عمل‌آوری رطوبتی در محیط آزمایشگاه است. نمونه‌های از قالب باز شده را تا زمان رسیدن به زمان آزمایش، در رطوبت کامل و یا در آب ‌آهک اشباع نگهداری می‌کنند. این کار را می‌توان توسط حوضچه‌های نگهداری انجام داد. نمونه‌ها پس از گذشت ۲۸ روز که داخل آب و تحت شرایط آزمایشگاهی بوده‌اند جهت انجام آزمون از آب بیرون گذاشته شده و پس از اندازه‌گیری وزن و ابعاد، بر روی آن‌ها آزمون مقاومت فشاری انجام می‌شود و نتیجه به‌صورت مکتوب اعلام می‌گردد. دمای عمل‌آوری آزمونه‌ها برابر با 22 درجه سانتی‌گراد با دو درجه نوسان می‌باشد. همچنین آب حوضچه‌های عمل‌آوری باید تمیز و عاری از هرگونه مواد مضر باشد.

*ازآنجایی‌که 28 روز در عملیات ساختمانی زمان زیادی محسوب می‌شود، معمولاً به‌وسیله جدول تبدیل مقاومت، مقاومت 7 روزه را به مقاومت 28 روزه تبدیل و آن را کنترل می‌کنند.

10.2.1. سن نمونه

در استاندارد ملی و مقررات ملی ما، شرایط مقاومت مشخصه عبارت است از: میانگین 2 آزمونه 28 روزه استوانه‌ای به قطر 150 و ارتفاع 300 میلی‌متر یا میانگین 3 آزمونه 28 روزه استوانه‌ای به قطر 100 و ارتفاع 200 میلی‌متر. به مفهوم دیگر یعنی وقتی راجع به مقاومت مشخصه صحبت می‌شود، صرفاً نمونه‌ای مدنظر است که شکل ظاهری آن استوانه‌ای با ابعاد 150 در 300 میلی‌متر یا 100 در 200 میلی‌متر باشد و نحوه گرفتن نمونه مطابق با استاندارد رعایت شده باشد (مطابق با توضیحات بند 1-2-7) و همچنین شرایط نگهداری در آزمایشگاه و پروسه آزمایش و پروتکل بارگذاری هم مطابق با استاندارد مشخص باشد و در نهایت نیز این نمونه در سن 28 روز مورد آزمایش واقع گردد.

❓اما چرا مقاومت فشاری بتن 28 روزه را مبنای ارزیابی قرار می دهند؟

علت اینکه مقاومت نمونه‌ها در سن 28 روز ملاک است، نتیجه‌ی مطالعات آماری است. بدین صورت که با بررسی موارد بسیار متعدد در ساختمان‌های متعارف، به این نتیجه رسیده‌اند که روند اجرا و نحوه بارگذاری به‌گونه‌ای است که در 28 روز به این مقاومت نیاز پیدا می‌کند. در جایی­که آیین‌نامه مدت ‌زمان بازکردن قالب و یا برداشتن پایه‌های اطمینان یا مدت ‌زمان مورد نیاز جهت عمل‌آوری را بیان کرده است، دقیقاً با این فرض بوده که بتن در 28 روز به این مقاومت می‌رسد نه اینکه هر وقت رسید مشکلی ندارد.

خیلی از اوقات نمونه در سن 28 روز شکسته می‌شود و مقاومت لازم را کسب نمی‌کند و دستگاه نظارت منتظر نتیجه آزمایش نمونه شاهد در سن 90 روز می‌شود. اگر مقاومت 90 روزه به مقاومت مندرج در نقشه رسیده باشد، برخی از ناظرین مشکل را حل‌شده تصور می‌کنند درحالی‌که این تصور اشتباه است زیرا که مستند به جدول، مقاومت نمونه شاهد زمانی قابل ‌قبول بودن بتن را تضمین می‌کند که مقاومت 90 روزه، 20 درصد از مقاومت مندرج در نقشه بیشتر باشد. پس ملاک پذیرش مقاومت 28 روزه است.

3.1. معرفی دستگاه آزمایش مقاومت فشاری

دستگاه تست باید دارای دو صفحه فولادی با سطح سخت باشد. این دستگاه از قطعات زیر تشکیل شده است.

• سیستم هیدرولیک و الکتروموتور
• سیلندر و پیستون (جک بارگذاری – فک‌ها)
• شیرهای کنترل هیدرولیک
• نمایشگر
• کنترل‌کننده
• سنسور فشار (ترنسمیتر فشار)

استاندارد ایران دارای دو دستور 6048 و 3206 است که اولی منطبق با ASTM و برای آزمونه استوانه‌ای و دومی منطبق با ISO و تا حدودی EN است و برای آزمونه استوانه‌ای و مکعبی قابل‌استفاده است. حداقل ضخامت صفحات بارگذاری 25 میلی‌متر است و صرفاً باید مساوی یا بزرگ‌تر از آزمونه باشد.

1.3.1. گزارش کار آزمایش مقاومت فشاری بتن

حداکثر نیروی وارده بر سطح ‌مبنا یا سطح واقعی تقسیم می‌شود تا مقاومت فشاری آزمونه به ­دست آید. نتیجه مقاومت با دقت 0.5 مگاپاسکال باید گزارش شود. همچنین مشخصات آزمونه شامل شماره، محل مصرف بتن، نام پروژه، تاریخ اخذ نمونه، وزن آزمونه، شرایط عمل‌آوری، نوع سیمان، نسبت آب به سیمان، نوع افزودنی، مقاومت فشاری لازم، نوع آماده ‌کردن سطح (ساییدن، بریدن، کلاهک‌گذاری و نوع آن) و نحوه شکست آزمونه گزارش می‌شود.

به نتیجه به‌دست ‌آمده از این دستگاه مقاومت فشاری یا مقاومت مشخصه بتن گفته می‌شود. نمونه پس از عمل‌آوری به وسیله دستگاه مذکور تحت آزمایش تنش فشاری قرار می‌گیرد، تا زمانی که اولین ترک در نمونه اتفاق بیفتد، مقدار تنش لحظه شکست، مقاومت فشاری است. در بخش بعدی مقاله به اساسی‌ترین قسمت، یعنی تحلیل نتایج آزمایش خواهیم پرداخت.

2. ارزیابی مقاومت فشاری بتن

از مهم‌ترین موارد مورد بحث آن است که کدام بتن مورد پذیرش است و کدام بتن را تحت شرایط خاصی مجبور به تخریب می‌شویم؟

1.2. تبدیل مقاومت‌های به‌دست‌آمده به مقاومت استاندارد

در استاندارد ایران و آیین‌نامه آبا و سایر مشخصات فنی عمومی و مقررات ملی در ایران، آزمونه‌های استوانه‌ای با قطر 150 و ارتفاع 300 میلی‌متر یا قطر 100 و ارتفاع 200 میلی‌متر به صورت استاندارد معرفی شده است.

اگر شکل آزمونه‌ها متفاوت با استاندارد باشد، لازم است تبدیل مقاومت انجام گیرد و سپس، از نتایج حاصله استفاده گردد.

1.1.2. تبدیل مقاومت آزمونه‌های مکعبی 150 میلی‌متری به مقاومت استوانه‌ای استاندارد

مطابق با بند 8-4-2-4 آیین‌نامه آبا، درصورتی‌که آزمونه‌های مکعبی 100 یا 150 میلی‌متری تهیه و مورد آزمایش قرار گیرد، لازم است نتایج آن به نتایج استوانه‌ای استاندارد تبدیل شود. حداقل تعداد آزمونه‌های مکعبی 100 و 150 میلی‌متری به ترتیب باید 3 و 2 عدد باشند؛ همچنین تبدیل نتایج مقاومت آزمونه‌ها‌ی 100 میلی‌متری به 150 میلی‌متری ضرورتی ندارد.

جدول 4- ضرایب تبدیل مقاومت مکعبی به استوانه‌ای استاندارد

2.2. مرتب نمودن نتایج آزمایش‌های کنترل مقاومت

نتایج آزمایش مقاومت نوبت‌های نمونه‌برداری (میانگین دو آزمونه یا میانگین سه آزمونه) باید بر اساس تاریخ و ساعت اخذ نمونه مرتب گردند تا در مراحل بعدی بتوان آن‌ها را مورد استفاده قرار داد.

از نتایج هیچ ‌یک از نوبت‌های نمونه‌برداری نمی‌توان صرف ‌نظر نمود مگر اینکه دستگاه نظارت مطمئن شود که خطای عمده‌ای در مراحل تهیه نمونه بتن تازه (نمونه‌برداری)، قالب‌گیری و تراکم، نگهداری و عمل‌آوری (محافظت، مراقبت و پروراندن)، حمل، کلاهک‌گذاری و انجام آزمایش تعیین مقاومت بتن رخ ‌داده باشد.

متأسفانه، به دلیل ناآشنایی آزمایشگران و تهیه‌کنندگان آزمونه‌ها و عدم وجود امکانات لازم برای نگهداری و آزمایش، اشکالات متعددی در این ‌رابطه به چشم می‌خورد. مخصوصاً حفاظت و عمل‌آوری آزمونه‌ها در روز اول، از نظر رطوبت و دما دچار مشکلات جدی است. همچنین در هنگام حمل یا خروج آزمونه‌ها از قالب و یا عمل‌آوری تا سن موردنظر همواره نقص‌هایی مشاهده می‌شود که اعتبار نتایج را به زیر سؤال می‌برد. پس دقت شود که تمامی مراحل ذکر شده در بخش‌های قبلی به صورت دقیق انجام شود تا نتایج آزمایش را تحت‌ تأثیر قرار ندهد.

نکته: در متن ارائه‌شده توسط آیین‌نامه آبا، فرآیند خاصی برای تعیین نتایج معتبر از آزمایشات نمونه‌های بتن مطرح شده است. این دستورالعمل‌ها به‌ویژه در شرایطی که اختلاف نتایج آزمایش‌های مختلف به‌طور قابل‌توجهی از یکدیگر متفاوت باشد، به کار می‌روند. در ابتدا فرض کنید دو آزمونه داریم، زمانی که اختلاف میان نتایج دو آزمونه از یکدیگر کمتر از 15 درصد میانگین آن‌ها باشد، میانگین این دو به‌عنوان نتیجه آزمایش گزارش می‌شود. این اقدام به‌ویژه در شرایطی که دقت آزمایش‌ها مطلوب است و تفاوت‌های جزئی در داده‌ها وجود دارد، مفید است و می‌تواند به حفظ اعتبار نتایج کمک کند. با این حال، اگر اختلاف بین نتایج دو آزمونه بیشتر از 15 درصد باشد، طبق آیین‌نامه، نتیجه آن نوبت از فهرست نتایج حذف می‌شود.

این در‌صورتی است که نتایج آزمایش به‌طور طبیعی از یکدیگر بسیار متفاوت باشند. اما درصورتی‌که نتیجه کوچک‌تر به دلیل نقص در فرآیند نمونه‌برداری، قالب‌گیری، نگهداری یا آزمایش آن آزمونه به‌دست آمده باشد، این نتیجه حذف می‌شود و نتیجه بزرگ‌تر به‌عنوان نتیجه نهایی گزارش می‌شود؛ در چنین حالتی توصیه شده است که اگر آزمونه سوم (به‌عنوان آزمونه شاهد) وجود داشته باشد، مورد آزمایش قرار گیرد و سپس نتیجه کوچک‌تر که اختلاف آن با مقدار میانگین بیشتر از 7.5 درصد مقدار میانگین بود، حذف و میانگین نتایج آزمونه‌های باقی‌مانده، به شرط اینکه اختلاف هیچ‌یک از آزمونه‌ها از میانگین، بیشتر از 7.5 درصد میانگین نباشد، به‌عنوان نتیجه نمونه‌برداری گزارش شود.

همچنین برای حالتی که سه آزمونه (یا بیشتر از سه آزمونه) داریم، میانگین آزمونه‌ها را محاسبه می‌کنیم و اگر اختلاف هیچ‌یک از آزمونه‌ها از میانگین، بیشتر از 7.5 درصد میانگین نبود، میانگین مزبور به‌عنوان نتیجه گزارش می‌شود؛ در غیر این صورت، اگر اطمینان داشته باشیم که نمونه‌برداری تحت شرایط استاندارد بوده است، آنگاه نتیجه این نوبت از نمونه‌برداری از فهرست نتایج حذف خواهد شد و اگر اطمینان داشته باشیم که شرایط استاندارد نمونه‌برداری رعایت نشده است، در‌این‌صورت کوچک‌ترین نتایجی که اختلافشان با مقدار میانگین، بیشتر از 7.5 درصد مقدار میانگین بودند را حذف می‌کنیم و میانگین نتایج آزمونه‌های باقی‌مانده، به شرط اینکه اختلاف هیچ‌یک از آزمونه‌ها از میانگین، بیشتر از 7.5 درصد میانگین نباشد، به‌عنوان نتیجه گزارش می‌شود.

این مراحل به‌منظور جلوگیری از گزارش نتایج غلط به دلیل تفاوت‌های غیرطبیعی در داده‌ها انجام می‌شود. در نهایت، نتیجه‌گیری این دستورالعمل‌ها به‌طور کلی بر این اساس است که آزمایش‌ها باید به‌طور دقیق و متناسب با اصول مشخص انجام شوند و در‌صورت وجود هرگونه انحراف از نتایج استاندارد، اصلاحات لازم برای دستیابی به نتایج معتبر و قابل اعتماد انجام شود.

مثال 1: فرض کنید دو آزمونه از بتن با مقاومت‌های مختلف داریم:

• آزمونه اول: 30 مگاپاسکال

• آزمونه دوم: 34 مگاپاسکال

اختلاف مقاومت بین این دو آزمونه برابر با 4 مگاپاسکال است. طبق دستورالعمل آبا، چون این اختلاف کمتر از 15 درصد میانگین دو آزمونه است (یعنی 4.8 مگاپاسکال)، بنابراین میانگین این دو مقدار به‌عنوان نتیجه گزارش می‌شود.

  (30+34)/2=32 MPa

34-30=4 MPA<0/15×32=4/8 MPa

نتیجه‌ی نمونه‌برداری: 32 مگاپاسکال

مثال 2: فرض کنید چهار آزمونه از بتن با مقاومت‌های مختلف داریم:

• آزمونه اول: 33 مگاپاسکال

• آزمونه دوم: 37 مگاپاسکال

• آزمونه سوم: 26 مگاپاسکال

• آزمونه چهارم: 32 مگاپاسکال

میانگین این چهار آزمونه برابر با 32 مگاپاسکال می‌شود. در نگاه اول فرض می‌کنیم از شرایط استاندارد نمونه‌برداری اطمینان داریم؛ بنابراین ازآنجایی‌که اختلاف کوچک‌ترین آزمونه با میانگین (6 مگاپاسکال)، بیشتر از 7.5 درصد میانگین (2.4 مگاپاسکال) است، لذا نتیجه این نمونه‌برداری باید از فهرست نتایج حذف گردد و دیگر قابل استناد نمی‌باشد.

(33+37+26+32)/4=32 MPa

32-26=6 MPA>0/075×32=2/4 MPa

نتیجه‌ی گزارش شده: حذف نتیجه این نمونه‌برداری

در نگاه دوم فرض می‌کنیم از شرایط استاندارد نمونه‌برداری اطمینان نداریم (به‌عنوان مثال مشاهده کرده‌ایم که قالب مکعبی آزمونه سوم کاملاً گونیا نبوده و بدون کلاهک‌گذاری آزمایش را انجام داده‌ایم)؛ دراین‌صورت نتیجه آزمونه سوم از محاسبات حذف می‌گردد و با استفاده از نتایج دیگر آزمونه‌ها محاسبات را مجدد انجام می‌دهیم. در ادامه خواهیم دید که نتیجه این نوبت از نمونه‌برداری برابر با 34 مگاپاسکال خواهد شد.

(33+37+32)/3=34 MPa

34-32=2 MPA<0/075×34=2/55 MPa

نتیجه‌ی نمونه‌برداری: 34 مگاپاسکال

3.2. ضوابط پذیرش بتن آزمونه‌های عمل‌آمده در آزمایشگاه و در شرایط استاندارد

در این مرحله با استفاده از نتایج مقاومت فشاری به‌دست‌آمده از آزمایش بر روی آزمونه‌های استوانه‌ای عمل‌آوری شده در شرایط استاندارد آزمایشگاهی و به‌کارگیری ضوابط ارائه شده جهت ‌پذیرش بتن، می‌توان درباره قبول (پذیرش) یا عدم قبول (عدم پذیرش) بتن قضاوت نمود. در این مقاله از ضوابط مبحث نهم مقررات ملی، آبا و همچنین نشریه 55 و 101 نیز استفاده شده است.

پذیرش بتن صرفاً بر اساس نمونه‌های عمل‌آمده در آزمایشگاه صورت می‌پذیرد و این پذیرش فقط شاخصی برای تعیین کیفیت بتن ساخته شده و نه بتن نهایی ریخته شده و موجود در ساختمان است. از آن­جا که کیفیت بتن مصرفی، علاوه بر کیفیت بتن ساخته شده، به کیفیت اجرا نیز بستگی دارد، لذا سایر مراحل کار اعم از حمل، ریختن، تراکم، پرداخت و عمل‌آوری و مراقبت از بتن، باید جداگانه کنترل گردد که این کنترل‌ها به‌عنوان بخش مکمل کنترل کیفیت بتن ساخته و ریخته شده الزامی است. پذیرش بتن مبتنی بر ارزیابی آماری نتایج حاصل از نمونه‌برداری‌های متوالی است. پس از ارزیابی بتن مصرفی، این بتن در یکی از رده‌های زیر قرار خواهد گرفت:

• قابل ‌قبول

• قابل قبول مشروط

• غیر قابل قبول

* منظور از دو نمونه‌برداری متوالی آن است که فاصله بین زمان نمونه‌برداری آن‌ها از سه شبانه‌روز بیشتر نباشد.

1.3.2. پذیرش یا عدم پذیرش بتن بر اساس آبا و مبحث نهم ویرایش 99

• قابل قبول

در هر سازه و برای هر نوع و رده از مقاومت بتن، انطباق بر رده مورد نظر زمانی قابل قبول است که هر دو شرط “الف” و “ب” برقرار باشند.

الف- میانگین نتایج هر سه نمونه متوالی مقاومت فشاری بتن، کمتر از مقاومت مشخصه نباشد.

ب- هیچ یک از نتایج مقاومت فشاری نمونه بتن کمتر از 90 درصد مقاومت مشخصه نباشد.

برای مثال اگر فقط 6 نمونه‌گیری متوالی موجود باشد، هر سه نمونه متوالی عبارت است از (1و2و3)، (2و3و4)، (3و4و5)، (4و5و6). بدین ترتیب برای پذیرش نتایج این نمونه‌ها، باید اولاً میانگین نتایج هر سه نمونه متوالی بیشتر از مقاومت مشخصه باشد و ثانیاً کمترین آن‌ها از 90 درصد مقاومت مشخصه بیشتر باشد؛ با رعایت این ضوابط، مقاومت بتن قابل قبول می‌شود. در این خصوص نتایج نمونه‌ها باید با توجه به تاریخ و ساعت نمونه‌برداری، مرتب شده و سپس مورد استفاده قرار گیرند.

• قابل قبول مشروط

در مواردی که هر دو ضابطه پذیرش مقاومت بتن برآورده نشود، بتن منطبق بر رده یا مقاومت مشخصه نیست ولی این مورد به تنهایی نمی‌تواند دلیلی برای تخریب عضو یا قطعه مورد نظر و یا سازه باشد؛ زیرا بررسی بتن کم‌مقاومت می‌تواند راهکاری برای پذیرش سازه‌ای بتن از لحاظ تأمین مقاومت یا باربری سازه باشد.

اگر فقط ضابطه “ب” برقرار باشد، می‌توان مقاومت بتن را از لحاظ سازه‌ای پذیرفت، مشروط بر اینکه با اصلاح طرح اختلاط بتن و یا دقت در ساخت آن، از تکرار موارد مشابه جلوگیری شود.

در مواردی که ضابطه “ب” برآورده نشود لازم است بررسی بتن کم‌مقاومت در دستور کار قرار گیرد. در این بررسی ممکن است پذیرش بتن از نظر تأمین مقاومت سازه‌ای فراهم آید.

• غیر قابل قبول

در نهایت، اگر با اقداماتی نظیر بررسی‌های تحلیلی، مغزه‌گیری، بارگذاری فیزیکی، تقویت عضو و یا حتی کاهش بارهای مرده و زنده (نظیر استفاده از مصالح سبک‌تر، تغییر در نقشه‌های تیغه‌بندی و تغییر کاربری)، پذیرش مقاومت سازه‌ای بتن در ابهام باقی بماند، مهندس ناظر یا مقام قانونی مسئول می‌تواند برای آن بخش غیر قابل قبول از سازه، دستور مقتضی نظیر تخریب را صادر کند.

مثال: نتیجه مقاومت فشاری استوانه‌ای استاندارد سه نمونه متوالی برابر 25.2، 26.5 و 24.5 مگاپاسکال است. اگر مقاومت مشخصه بتن در این پروژه برابر 25 مگاپاسکال باشد، بتن از نظر پذیرش مطابق با مبحث نهم چه وضعیتی دارد؟

پاسخ: مطابق با ضوابط زیر، بتن از نوع کم‌مقاومت نیست و قابل قبول است.

x ̅=(25/2+26/5+24/5)/3=25/4 MPa >f_c‘=25 MPa
x_min=24/5 MPa>0/9f_c‘=22/5 MPa

2.3.2. نحوه برخورد با بتن‌های ” کم مقاومت ” (مطابق با بند 9-22-11-4 مبحث نهم ویرایش 99)

در مواردی که نتایج آزمایش مقاومت هر یک از نمونه‌ها ضابطه ((ب)) را تامین نکنند یا چنان­چه آزمایش نمونه‌های عمل ‌آمده در کارگاه نقایصی در حفاظت و عمل‌آوری بتن نشان دهد، باید اقداماتی انجام شود تا نسبت به کافی بودن مقاومت سازه اطمینان حاصل گردد.

چنانچه احتمال بتن کم مقاومت تأیید شود و محاسبات سازه کاهش قابل‌ ملاحظه‌ای را در مقاومت سازه نشان دهد، آزمایش مغزه‌گیری از ناحیه‌ی مورد نظر را مطابق استاندارد ملی شماره 12306، می‌توان اجرا کرد. در چنین مواردی از ناحیه هر آزمایش مقاومت که کمتر از مقاومت مشخصه به مقدار تعیین شده برای پذیرش باشد، باید سه عدد مغزه گرفته شود.

بتن ناحیه‌ای که از آن مغزه‌گیری شده، هنگامی قابل ‌قبول است که شرایط زیر برقرار باشد.

1. میانگین مقاومت سه مغزه، حداقل 85 درصد مقاومت مشخصه باشد.
2. مقاومت هیچ ‌یک از مغزه‌ها کمتر از 75 درصد مقاومت مشخصه نباشد.

در مواردی که ضوابط ارزیابی مقاومت سازه بر اساس نتایج آزمایش مقاومت مغزه‌ها برآورده نشود و کفایت مقاومت سازه در ابهام باقی بماند، مهندس ناظر یا مقام قانونی مسئول می‌تواند برای آن بخش تأیید نشده سازه، دستور ارزیابی مطابق فصل 9-23 مبحث نهم یا هر دستور مقتضی دیگر را صادر نماید.

4.2. آزمایش مقاومت فشاری هسته‌های (کورهای) بتنی (Concrete Cores)

هسته گیری و آزمایش می‌تواند اولین و قابل ‌اطمینان‌ترین راه ‌حل برای آزمایش مقاومت فشاری بتن باشد. در آزمایش، از هسته بتنی در سازه موجود، نمونه‌گیری میشود. این هسته نیاز به برش (اره) و آماده‌سازی سطح برای آزمایش مقاومت فشاری دارد.

مزایا

1. این روش قابل‌ اعتمادترین روش برای تخمین مقاومت فشاری بتن است.

معایب

1. آزمایشی مخرب است که نه ‌تنها به یکپارچگی بتن آسیب می‌رساند، بلکه ممکن است میلگردها را نیز تحت ‌تأثیر قرار دهد. برای جلوگیری از این مشکل، ابزارهای مکان‌یابی میلگردها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2. انتخاب محل‌های آزمون می‌تواند دشوار باشد. انتخاب بهترین محل هسته‌ها نسبتاً ذهنی است.
3. محل هسته‌ها باید تعمیر شود.
4. هسته‌گیری، گزینه‌ای مناسب برای صاحبان سازه‌های مهم نیست، به‌ویژه هنگامی که نگرانی‌هایی در مورد آسیب رساندن به سازه وجود دارد.

شکل 9- آزمایش مغزه‌گیری

توصیه می‌شود مغزه‌گیری از نقاطی انجام شود که حساسیت سازه‌ای کمتری داشته باشد تا موجب ضعف اساسی در عضو نگردد.
مغزه‌ها باید در شرایطی که ساختمان در حال بهره‌برداری قرار دارد آزمایش شوند. یعنی اگر:

• ساختمان در شرایط خشک است، مغزه ها به مدت 7 روز در هوای با دمای 27-16 درجه سانتی گراد باشند.
• ساختمان در شرایط مرطوب یا غرقاب است، مغزه‌ها را به مدت حداقل 40 ساعت غرقاب کرده و سپس به‌صورت مرطوب آزمایش شوند.
• نتایج این آزمایش‌ها باید به مقاومت نمونه استوانه‌ای استاندارد تبدیل گردد. (رجوع شود به بند 2-1-1 این مقاله)

در قسمت‌هایی که مغزه‌گیری انجام شده است، در‌صورتی می‌توان بتن را از نظر تأمین مقاومت قابل ‌قبول دانست که متوسط مقاومت فشاری سه مغزه حداقل برابر با 0.85 مقاومت فشاری مشخصه باشد و همچنین مقاومت فشاری هر یک از مغزه‌ها نباید از 0.75 مقاومت فشاری مشخصه کمتر باشد.
مهندس ناظر در‌صورت مشکوک بودن به نتایج مغزه‌گیری، می‌تواند آزمایش را تکرار نماید.

اگر بعد از اعلام نتایج مغزه‌گیری، هنوز ظرفیت باربری ساختمان مورد تردید باقی بماند، مهندس ناظر دستور آزمایش بارگذاری مطابق استانداردهای مربوطه (طبق ضوابط آبا در فصل 2 و 19 و همچنین ACI437) و اجرای طرح تقویت را بر روی اعضای مشکوک صادر می‌نماید.

درصورتی‌که بعد از انجام مراحل گفته شده، هنوز نتیجه مطلوب برای پذیرش بتن کم مقاومت به‌دست نیامده باشد، بهتر است مقاوم‌سازی یا تخریب عضو معیوب در دستور کار قرار گیرد.

از جمله می‌توان با تغییر بارهای مرده و زنده توسط تغییر نقشه ساختمان و اقداماتی از این ‌دست، که با همکاری طراح، ناظر و کارفرما صورت می‌گیرد، سعی شود تا بتن را به حد قابل ‌قبول رسانده و تخریب کل یا بخشی از ساختمان را به‌عنوان آخرین راه در دستور کار قرار داد. زیرا تخریب ساختمان غیر از هدر دادن سرمایه‌های ملی، می‌تواند تأثیر منفی بر سایر اعضای سالم ساختمان نیز بگذارد.

❓پیامدهای استفاده از بتن کم‌مقاومت چیست؟

پاسخ: در مواردی که با بتن کم مقاومت مواجه هستیم، مشکلاتی به‌وجود می‌آیند که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم:

1- افزایش طول مهاری قلاب‌دار در کشش و طول مهاری مستقیم و طول وصله در میلگردها

با توجه به فرمول‌های محاسبه طول گیرایی میلگرد کششی (l_d) و طول گیرایی میلگرد قلاب‌دار در کشش(l_dh) ، ملاحظه می‌کنید که چون مقاومت فشاری مشخصه بتن در مخرج کسر قرار دارد، اگر بتن کم مقاومت باشد باعث افزایش طول مهاری و طول وصله در میلگردهای مصرفی خواهد شد و در شرایطی که محاسب احتمال کاهش مقاومت را در طول‌های داده شده در نظر نگرفته باشد، باعث بروز مشکل در طول مهاری و طول وصله خواهد شد و در عمل امکان جبران آن به شکل مناسب وجود نخواهد داشت.

شکل 10- رابطه بین کاهش مقاومت بتن و افزایش طول مهاری و طول وصله

نمودار فوق، نشان‌دهنده رابطه بین کاهش مقاومت بتن و افزایش طول مهاری و طول وصله است. در این نمودار، محور قائم به‌صورت نسبی و در مقایسه با بتن با مقاومت 30 مگاپاسکال در نظر گرفته شده است. این روش مقایسه کمک می‌کند تا بتوان اثر تغییر مقاومت بتن بر ویژگی‌های دیگر مانند طول مهاری و طول وصله را بهتر درک کرد. در این نمودار مشاهده می‌شود که با کاهش مقاومت بتن، نسبت طول مهاری و طول وصله به‌طور تدریجی افزایش می‌یابد.

2- کاهش ظرفیت خمشی اعضای خمشی

در تعیین ظرفیت خمشی، مقاومت بتن در بازوی لنگر مقاوم تاثیرگذار است که می‌تواند به کاهش مقاومت خمشی عضو منجر شود. در رابطه ذیل، فرمول کلی تعیین ظرفیت خمشی نشان داده شده است.

در شکل 10، رابطه بین کاهش مقاومت بتن و کاهش ظرفیت خمشی قابل ملاحظه است. با کاهش مقاومت بتن، ظرفیت خمشی آن دچار تغییرات شدید نمی‌شود. به عنوان مثال با کاهش مقاومت از C30 به C25 ظرفیت خمشی حدود 2% کاهش می‌یابد. بنابراین مهندس محاسب باید این نکته را نیز در بررسی بتن کم مقاومت مدنظر داشته باشد.

شکل 11- رابطه بین کاهش مقاومت و کاهش ظرفیت خمشی

3- کاهش ظرفیت خمشی-محوری در ستون‌ها

ظرفیت باربری ستون‌ها وابسته به این‌­که در کدام ناحیه از منحنی اندرکنش لنگر-نیروی محوری قرار داشته باشند، می‌تواند قابل توجه باشد. اگر در ناحیه رفتار تیری قرار داشته باشد؛ یعنی لنگر زیاد و نیروی محوری کم باشد، اثرات کاهش ظرفیت مانند بند (2) خواهد بود. اما اگر در خارج از آن ناحیه باشد که اغلب نیز چنین است، کاهش مقاومت ستون قابل توجه خواهد بود. در شکل 12، یک ستون با ابعاد 50×50 با فرض رسیدن به ظرفیت نهایی قبل از کمانش ستون در نظر گرفته شده ‌است که حالت رایج در اکثر سازه‌های امروزی است.

در حالت اول (خط‌چین آبی رنگ) مقاومت بتن C28 و در حالت دوم (خط نارنجی رنگ) مقاومت بتن C21 است. همان­طور که ملاحظه می‌کنید، افت مقاومتی در حدود 20 %  از ظرفیت نهایی ستون اتفاق افتاده است. بنابراین اثر کاهش مقاومت بتن در ظرفیت نهایی ستون قابل توجه است؛ لذا ناظرین و مجریان باید توجه ویژه‌ای به ستون‌ها به‌عنوان عناصر اصلی پایداری سازه داشته باشند و از کیفیت مناسب بتن آن اطمینان حاصل کنند.

شکل 12- اندرکنش لنگر-نیروی محوری ستون

شکل 13- مقایسه اثر کاهش ظرفیت بابری نهایی ستون بخاطر کاهش مقاومت بتن

شکل 14– ستون تخریب ‌شده در زلزله سر پل ذهاب به ‌دلیل کاهش شدید مقاومت بتن

4- کاهش ظرفیت برشی

با توجه به این‌که حداکثر ظرفیت برشی مقطع، رابطه مستقیم با مقاومت فشاری مشخصه بتن دارد (V_(n,max)≤0.5V_c)؛ لذا در خصوص کنترل بتن کم مقاومت باید اثرات احتمالی آن به خصوص در دهانه‌های کوتاه تیر و ستون‌های کوتاه که برش زیادی وجود دارد، مورد بررسی قرار گیرند.

5- کاهش ظرفیت برشی چشمه اتصال

کنترل کفایت برش در چشمه اتصال نشان ‌دهنده رفتار درست تیر و ستون در جذب نیروهای لرزه‌ای است. مطابق با جدول 9-20-2 مبحث نهم ویرایش 99، ملاحظه می‌کنید که ظرفیت برشی چشمه اتصال ارتباط مستقیم با مقاومت فشاری مشخصه بتن دارد و کاهش در مقاومت بتن باعث کاهش ظرفیت برشی چشمه اتصال خواهد شد.

در جدول فوق، λ برای انواع بتن‌های ساخته شده با دانه‌های سبک برابر 75/0 و برای بتن با وزن معمولی برابر 1.0 می‌باشد. باید بر اساس بند 9-16-4-2-3 محاسبه شود.

6- کنترل تغییر مکان جانبی (Drift) با توجه به کاهش مدول الاستیسیته بتن

در قاب‌های خمشی، کنترل دریفت از موانع مورد توجه در طراحی سازه است. با توجه به رابطه مستقیم بین مقاومت بتن و مدول الاستیسیته، این پارامتر با تغییر مکان جانبی سازه نیز رابطه مستقیم دارد. همان‌طور که در شکل 15 ملاحظه می‌کنید، کاهش مقاومت بتن باعث کاهش مدول الاستیسیته بتن می‌شود و در نتیجه، کاهش سختی و بروز مشکل در طبقات حساس به دریفت (مخصوصاً در طبقات پایینی قاب‌های خمشی) را به همراه دارد.

شکل 15- رابطه بین کاهش مقاومت بتن و کاهش مدول الاستیسیته بتن

نمودار فوق، نشان‌دهنده رابطه بین کاهش مقاومت بتن و کاهش مدول الاستیسیته بتن است. در این نمودار، محور قائم به‌صورت نسبی و در مقایسه با بتن با مقاومت 30 مگاپاسکال در نظر گرفته شده است. این نمودار نشان می‌دهد که با کاهش مقاومت بتن، مدول الاستیسیته بتن نیز به‌طور قابلِ‌توجه کاهش می‌یابد. به‌طور مثال با تغییر مقاومت بتن از 30 مگاپاسکال به 25 مگاپاسکال، مدول‌الاستیسیته بتن در حدود 9 درصد افت می‌کند؛ این ویژگی، در تحلیل تغییر شکل‌های سازه‌های بتنی دارای اهمیت است و کاهش مدول الاستیسیته می‌تواند منجر به عبور از محدوده‌ی قابلِ‌قبول تغییر شکل‌ها شود.

5.2. نکاتی برای مهندسان ناظر

ذکر این نکته بسیار حائز اهمیت است که نتایج آزمایشگاه، فقط یک گزارش مشورتی است و ازآنجایی‌که نمونه‌های بتن در آزمایشگاه در بهترین شرایط حمل و سپس عمل‌آوری می‌شوند و به‌هیچ‌وجه نمی‌توان این مسائل را در کارگاه ایجاد کرد، اگر ناظر باتوجه‌به مواردی همچون حمل، ریختن، تراکم، پرداخت و عمل‌آوری، مطمئن بود که کیفیت بتن سازه اصلاً با نتایج آزمایش هم‌خوانی ندارد، می‌تواند نتایج را نپذیرد.

در ادامه، در صورت عدم‌پذیرش برگه نتیجه آزمایش توسط مهندس ناظر، او می‌تواند دستور آزمایش مغزه‌گیری که یک آزمایش مخرب است را صادر کرده و مالک باید تبعیت نماید. فقط به این نکته باید توجه شود که اگر حقانیت برگه آزمایش اول اثبات شود، از لحاظ حقوقی مهندس ناظر مقصر خسارت وارد شده به مالک است و باید آن را جبران کند.

اما مهندس ناظر می‌تواند تأیید بتن اجرا شده در کارگاه را منوط به ارائه برگه آزمایش با مهر آزمایشگاه معتبر نماید. یعنی ناظر می‌تواند در گزارش خود به مرجع صدور پروانه اعلام نماید “تأیید بتن اجرا شده در . . . . . منوط به ارائه برگه آزمایش است.” و نیاز نیست که بعد از ارائه این برگه از طرف مالک، مهندس ناظر تأییدیه استحکام بتن سازه را مکتوب کند؛ در چنین حالتی کافی است ضمن مهر و امضای برگه آزمایش، بنویسد “روئیت گردید”. و نیاز نیست که بعد از ارائه این برگه از طرف مالک، مهندس ناظر تأییدیه استحکام بتن سازه را مکتوب کند، و فقط لازم است ضمن مهر و امضای برگه آزمایش بنویسد “روئیت گردید”.

3. پرسش و پاسخ

نتیجه گیری

یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های مهندسان ناظر، مجریان، سازندگان و بهره‌برداران ساختمان‌های بتنی را می‌توان اطمینان از صحت مقاومت بتن اجرا شده در مقاطع و عملیات بتن‌ریزی ساختمان دانست. به همین دلیل لازم است که در مراحل مختلف، از بتن نمونه‌گیری به عمل آید و مستندات آن جمع‌آوری شود.

ضروری است تمامی مراحل ارزیابی بتن (اعم از تهیه قالب، نمونه‌برداری، حمل نمونه‌ها، نگهداری نمونه‌ها، آزمایش مقاومت فشاری و ارزیابی نتایج) کاملاً بر اساس دستورالعمل‌های استاندارد انجام شود تا نتایج آزمایش قابل استناد باشد، قصور در هر مرحله می‌تواند نتایج آزمایش را زیر سؤال ببرد.

حضور مهندس ناظر سازه در زمان بتن‌ریزی بسیار با اهمیت بوده و می‌تواند نقش بسیار مهمی را در گرفتن پاسخ مناسب از قطعات بتنی ساختمان داشته باشد، زیرا همان‌طور که گفته شد، مهم‌ترین بخش اجرای بتن را می‌توان اختلاط بتن، حمل، تخلیه، ویبره کردن بتن و عمل‌آوری آن برشمرد. متأسفانه بسیار دیده شده که مهندسین ناظر، اجرای بتن را کنترل نکرده و مالک نیز در این مرحله که بسیار حساس است کوتاهی کرده و در نهایت، بتن اجرا شده پاسخگوی بار وارده در زمان بهره‌برداری نخواهد بود.

منابع

1. کتابخانه آنلاین عمران
2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش پنجم، 1399.
3. آیین‌نامه بتن ایران (آبا)، ویرایش 1400.
4. نشریه 55 (مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی)، تجدید نظر دوم.