استاندارد تعیین مقاومت فشاری مغزه بتنی

1- هدف

این استاندارد روش مغزه گیری ، آماده سازی مغزه ها برای آزمایش و روش تعیین مقاومت فشاری آنها را ارائه می دهد.

2- ابزار و دستگاه ها

2-1 دستگاه مته

این دستگاه برای تهیه مغزه استوانه ای از عضو بتنی مورد استفاده قرار می گیرد. تیغه مته باید از جنس الماس باشد و قابلیت نمونه برداری به اندازه ی مشخص را داشته باشد ، بدون آنکه ایجاد گرمای زیاد یا ضربه کند.

2-2 طوقه فولادی

طوقه فولادی برای کلاهک گذاری نمونه ، وقتی که روش کلاهک گذاری طبق بند (8-1 الف) انجام می شود.

2-3 ورق شیشه ای کلاهک گذاری

برای مواردی که کلاهک گذاری طبق روش بند (8-1 الف) انجام می شود ، ضخامت ورق شیشه ای باید حداقل 8 میلیمتر باشد.

2-4 ورق فولادی

برای کلاهک گذاری نمونه ، وقتی که روش کلاهک گذاری طبق بند (8-1 ب) انجام می شود.

2-5 دستگاه آزمایش فشاری

برای آزمایش کردن نمونه های مغزه و به دست آوردن مقاومت فشاری آنها مورد استفاده قرار می گیرد. ظرفیت دستگاه براساس اندازه و نیروی گسیختگی پیش بینی شده ، تعیین می شود.

3- مغزه گیری

قبل از آنکه بتن ، سختی کافی را کسب کند ، مغزه گیری مجاز نیست. در غیر این صورت ، پیوستگی بین ملات و سنگدانه های درشت دچار آسیب می شود. معمولاً مغزه گیری باید پس از سن 14 روزه ی بتن انجام شود.

در هنگام مغزه گیری باید دستگاه مته زنی کاملاً در محل خود محکم نگاه داشته شود ، در غیر این صورت سطح مغزه ها غیر صاف یا با انحناء خواهد بود. محور مته باید کاملاً عمود بر سطح بتن باشد مگر آنکه وضعیت عضو بتنی یا موقعیت دسترسی به عضو ایجاب می کند که زاویه ای دیگر انتخاب گردد.

نمونه هایی که دارای نقص غیرمعمول هستند و یا در روند مغزه گیری آسیب دیده باشند نباید برای آزمایش مورد استفاده قرار بگیرند.

4- اندازه مغزه ها

4-1 قطر مغزه ها

حداقل قطر مغزه ها باید 100 میلیمتر باشد. تحت شرایط خاص ، مانند محدودیت در ابعاد عضو بتنی ، قطرهای 75 میلیمتر و 50 میلیمتر نیز مجاز است. ولی تحت هیچ شرایطی نباید قطر مغزه از 3 برابر اندازه بزرگترین سنگدانه در بتن کمتر باشد.

4-2 طول مغزه ها

نسبت طول مغزه به قطر آن () باید بین 1 و 2 باشد. توصیه می شود که نسبت  برابر با 2 انتخاب شود. در مواردی که نسبت  بین 1 و 2 است ، مقادیر مقاومت باید شرایب ارائه شده در جدول 1 تصحیح گردد.

جدول1- ضرایب تصحیح برای مقاومت فشاری

 * از آنجایی که نمونه اندازه گیری شده در امتداد افقی ، مقاومت کمتری نسبت به امتداد عمودی دارد ، بنابراین ضرایب تصحیح در امتداد افقی بیشتر از امتداد عمودی است.

توضیح : پس از اعمال ضرایب طبق جدول 1 در مقدار مقاومت مغزه ها ، برای مقایسه نتایج با مقاومت طرح باید به آئین نامه بتن ایران (آبا) مراجعه شود.

4-3 تصحیح مقاومت مغزه ها حاوی میلگرد

در صورت امکان باید سعی شود که مغزه ها حاوی میلگرد نباشند ، اما در صورتی که مغزه دارای میلگرد است باید مقاومت مغزه تصحیح گردد ، چنانچه مغزه حاوی یک میلگرد عمود بر محور مغزه است ، مقدار مقاومت مغزه باید در ضریب تصحیح طبق فرمول زیر ضرب گردد.(1.0+1.5)

که در آن :

 = قطر میلگرد

 = قطر نمونه (مغزه)

d= فاصله محور میلگرد از نزدیکترین سطح نمونه

L= طول نمونه (بدون کلاهک)

چنانچه چندین میلگرد در مغزه وجود دارد ، ضریب تصحیح از فرمول زیر به دست می آید :                                                                                             

(1.0+1.5)

اگر فاصله میلگرد کمتر از قطر بزرگترین میلگرد است ، فقط آن میلگرد با مقدار بیشتر d  باید در محاسبات منظور گردد.

5- اندازه گیری ابعاد

قطر و طول نمونه ها قبل و پس از کلاهک گذاری باید اندازه گیری شود. اندازه گیری بعد از کلاهک گذاری برای محاسبه نسبت  و اندازه گیری قبل از کلاهک گذاری برای محابه وزن مخصوص طبق بند 6 مورد استفاده قرار می گیرد.

6- اندازه گیری وزن و وزن مخصوص

وزن و وزن مخصوص نمونه ها باید تعیین شود. هنگام اندازه گیری این اوزان نمونه ها باید در حالت اشباع باشند.

در صورتی که سازه در حالت سرویس دهی به حالت خشک است مقاومت مغزه ها می تواند در حالت خشک انجام گیرد.

7- رواداری ها

رواداری ها نمونه هایی تهیه شده باید به شرح زیر باشد :

الف- لبه عمودی: کلاهک انتهایی نمونه نسبت به محور نمونه باید در محدوده ی رواداری 2 میلیمتر باشد.

ب- موازی بودن: کلاهک سطح بالایی نسبت به سطح پایینی باید در محدوده ی رواداری 2 میلیمتر باشد.

8- آماده سازی سطوح انتهایی مغزه

معمولاً سطوح انتهایی مغزه ها دارای سطح صاف نیست. بنابراین ضروری است که سطوح انتهایی مغزه ها (سطح بالا و پایین) کاملاً مسطح شوند ، در غیر این صورت مقاومت واقعی مغزه ها قابل تعیین کردن نیست. برای صاف کردن سطوح ، بهترین روش ساب زدن است ولی در صورت عملی نبودن این روش می توان از دو روش کلاهک گذاری طبق بند 8-1 استفاده نمود.

8-1 گلاهک گذاری

ضخامت کلاهک باید حد ممکن نازک باشد و نباید در هیچ نقطه از سطح بیشتر از 10 میلیمتر باشد. قبل از کلاهک گذاری باید سطوح مغزه با برس سیمی زبر شود. روش ارائه شده در بند (الف) برای مغزه های اشباع شده و روش (ب) برای نمونه های خشک مناسب است.

الف- ماده ی کلاهک شامل ملات است که از سه قسمت وزنی سیمان از نوع پرآلومین زیاد و یک قسمت وزنی ماسه ریزدانه (عبور کرده از الک µm300) تشکیل شده است. نمونه باید روی یک صفحه افقی قرار داده شود. طوقه فولادی را در انتهای بالای نمونه محکم کنید به طوری که طوقه کاملاً افقی باشد و نسبت به بالاترین قسمت سطح نمونه ، قدری بالاتر نصب شود. ماده ی کلاهک را داخل طوقه بریزید. به نحوی که سطح ملات کمی بالاتر از سطح طوقه باشد. ورق شیشه ای را روی ملات قرار دهید و با حرکت چرخشی همراه با فشار ، سطح ملات را همتراز با لبه های طوقه کند. بلافاصله نمونه همراه با طوقه و ورق را در محیط مرطوب با رطوبت نسبی 90% و دمای C°5±20 قرار دهید. پس از سخت شدن ملات ، ورقه شیشه ای و طوقه را از نمونه جد کنید.

ب- ماده کلاهک شامل مخلوطی از گوگرد و ماسه ی سیلیسی ریزدانه که از الک µm300 عبور کرده و روی µm150 باقی مانده است. این دو ماده باید به نسبت وزنی مناسب مخلوط شوند. این مخلوط با نسبت کمی از کربن سیاه (1 تا 2 درصد) یا نسبت کمی از پلاستیک پلی سولفید 2 تا 4 درصد) مورد استفاده قرار گیرد. مخلوط را بین 130 تا C°150 حرارت و سپس اجازه دهید تا مخلوط قدری سرد شود. مخلوط را روی صفحه فولادی مخصوص تراز کردن بریزید و سپس نمونه را روی لایه ی مخلوط قرار دهید به طوری که محور نمونه کاملاً عمودی باشد (باید قبل از ریختن مخلوط روی صفحه فولادی، سطح آن با پارافین چرب شود). پس از چند ثانیه ماده سولفور اضافی در اطراف نمونه را به وسیله چاقویی تیز بردارید و آنگاه نمونه را از صفحه بلند و خارج کنید.

9- شرایط نگاهداری نمونه ها

پس از کلاهک گذاری ، نمونه ها باید در آب با دمای C°2±20 برای حداقل مدت 48 ساعت نگاهداری شوند و سپس آزمایش مقاومت انجام گردد. از آنجایی که مقاومت ماده کلاهک باید بیشتر از مغزه باشد ، بنابراین برای ماده کلاهک از جنس سیمان با آلومینیوم زیاد ممکن است به زمان عمل آوری بیشتری نیاز باشد تا مقاومت کافی را کسب کند.

در هنگام آزمایش مقاومت فشاری ، باید نمونه ها در حالت اشباع خشک باشند و در صورت نقص در کلاهک باید از آزمایش آن نمونه اجتناب گردد.

10- محاسبات و ارائه نتایج

برای محاسبه مقاومت فشاری مغزه ، بار گسیختگی را بر سطح مقطع نمونه تقسیم کنید و با استفاده از ضرایب تصحیح بندهای 4-2 و 4-3 و با گردکردن مقدار مقاومت به نزدیکترین N/mm25/0 را اعلام نمایید.

10-1 تبدیل مقاومت مغزه به مقاومت مکعب استاندارد

از آنجایی که مغزه به شکل استوانه است برای تبدیل مقاومت مغزه به مقاومت معادل مکعب 100 میلیمتری از ضریب 25/1 استفاده می شود. با ضرب کردن 25/1 در مقاومت مغزه می توان مقاومت مکعب را به دست آورد.

برای تبدیل مقاومت مکعب 100 میلیمتری به مکعب 150 میلیمتری باید مقاومت مکعب 100 میلیمتری به مقدار 4 درصد کاهش داده شود.

توضیح: ضرایب ارائه شده در این بند تقریبی است.

11- تعداد مغزه مورد نیاز و محل آزمایش

مقاومت بتن، در عضوی از سازه یا بین اعضای سازه ممکن است متفاوت باشد. اختلاف در مقاومت دو جنبه تصادفی و حتمی دارد. تغییرات مقاومت در دیدگاه تصادفی به دلیل تغییر در مصالح ، نحوه ی عمل آوری و غیره است. از طرف دیگر ، به دلیل متفاوت بودن ارتفاع لایه های بتن ریزی همیشه مقاومت بتن در بالای عضو بیشتر از مقاومت بتن در پایین عضو ات. گاهی اوقات این اختلاف تا 25 درصد می رسد.

در هنگام آزمایش کردن ، محل آزمایش باید با دقت مشخص گردد. در هنگام تعیین محل های آزمایش باید قسمت های مختلف که مقاومت های متفاوت دارند مشخص گردد. آن محل هایی که اختلاف در مقاومت جنبه تصادفی دارد با روش های دیگر غیر مخرب، مانند آزمایش عدد بازگشت (چکش اشمیت) تعیین شود. اگر منظور از آزمایش تعیین میانگین مقاومت در سازه است و نیز برای آنکه عامل ارتفاع لایه های بتن و اثر آن در مقاومت منظور گردد ، توصیه می شود که از وسط  میانی اعضاء مغزه گیری شود.

تعداد مغزه مورد نیاز بستگی به تغییرات مقاومت در سازه دارد. حداقل دو عدد مغزه برای هر محل کافی است. ولی اگر مغزه کمتر از 100 میلیمتر است حداقل 6 عدد مغزه نیاز است زیرا پراکندگی در نتایج برای مغزه های کمتر از 100 میلیمتر قابل توجه است.

12- گزارش آزمایش

12-1 کلیات

در گزارش باید قید گردد که نحوه ی نمونه گیری ، آماده سازی و آزمایش نمونه ها براساس این استاندارد انجام شده است.

12-2 اطلاعات به شرح زیر باید توسط نمونه بردار در گزارش ارائه شود :

12-2-1 اطلاعات ضروری

الف- مشخصات مغزه

ب- تاریخ مغزه گیری

ج- امتداد مغزه گیری نسبت به امتداد بتن ریزی (عمودی ، افقی یا مورب)

د- نام مشخص مغزه گیر

هـ- شرایط نگهداری و رطوبت مغز

و- سن مورد نیاز بتن در زمان آزمایش

12-2-2 اطلاعات اختیاری

در صورت درخواست ، اطلاعات به شرح زیر را می توان در گزارش قید نمود.

الف- نام طرح

ب- مقاومت مشخصه بتن

ج- مقاومت طرح یا مشخصه بتن

د- جزئیات طرح اختلاط

هـ- مواد افزودنی در بتن (اگر استفاده شده است)

12-3 اطلاعات به شرح زیر باید توسط ازمایشگاه مجری ارائه گردد :

12-3-1 اطلاعات ضروری

الف- مشخصات نمونه

ب- شرایط نمونه ها در هنگام دریافت (مانند تراکم نامناسب ، تخلخل در سطح نمونه ها و ابعاد نامناسب)

ج- تاریخ دریافت نمونه ها

د- قطر میانگین نمونه ها

هـ- وزن مخصوص نمونه ها

و- طول مغزه ها قبل و بعد از کلاهک گذاری

ز- روش آماده سازی مغزه ها (کلاهک گذاری)

ح- تاریخ آزمایش

ط- سن نمونه ها

ی- مدت زمانی که نمونه ها قبل از آزمایش در آب نگاهداری شده اند

ک- حداکثر نیروی گسیختگی

ل- مقاومت فشاری مغزه ها (مقاومت معادل مکعب مقاومت تخمینی بتن در سازه برای مقایسه با مقاومت طر در صورت درخواست)

م- ظاهر نمونه های مغزه پس از گسیختگی

ن- مشخصات آرماتور در مغزه ها در صورت موجود بودن

س- اعلام اینکه آزمایش براساس کدام استاندارد انجام شده است

12-3-2 اطلاعات اختیاری

در صورت درخواست می توان اطلاعاتی به شرح زیر را در گزارش اعلام نمود :

الف- مشخصات سنگدانه ها در مغزه

ب- عکس از ظاهر مغزه

ج- هرگونه مشخصات دیگر

مراجع :

1- Bungey, G.H. “The Testing of Concrete in Structure”, Surrey University Press, New York, 1989.

2- BS1881, Part 120.”Method for Determination of the Compressive Strength Cores ”,British Standards Institution, London, 1983.