آزمون جریان در کارایی بتن

یکی از ویژگی‌های مهمی که برای بتن تازه عنوان می‌شود کارایی آن است. کارایی بتن ارتباط مستقیمی با کیفیت و مقاومت بتن دارد. این ویژگی بتن مشخص می‌کند که بتن تهیه شده با توجه به میزان تراکم و همگن بودن در چه فضاهایی قابل استفاده است. به عنوان مثال بتنی که برای ساخت یک المان تزئینی کاربرد دارد برای اجرای فونداسیون مناسب نیست. آزمون جریان در کارایی بتن یکی از روش‌هایی است که به مهندسان کمک می‌کند میزان کارآمدی بتن را در شرایط مختلف ارزیابی کنند. در این مطلب اهمیت آزمایش جریان بتن، دستگاه تست جدول جریان و محاسبه نتیجه را بررسی خواهیم کرد.

آزمون جریان

آزمونی است که نشان از کیفیت بتن با توجه به کارآیی و انسجام آن می‌دهد و برای بتن با کارایی بالا یا بسیار بالا مورد استفاده واقع می‌شود و بر اساس آن یک توده استاندارد بتن در معرض لرزش عمودی قرار می‌‌گیرد. آزمون آزمایشگاهی مشابه با نام آزمون میز جریانFlow Table Test  در سال ۱۹۳۳مطابق با BS 1881:105:1984 در کشور آلمان به ثبت رسید که این تست نیز برای بتن با کارآیی بالا و بسیار بالا است که میزان ریزش بتن را نشان می‌دهد.

چرا آزمایش جریان بتن مورد نیاز است؟ 

آزمایش جریان بتن روشی ساده است که کارایی بتن را اندازه‌گیری کرده و برای بتن‌های خودمتراکم نیز قابل استفاده است. بیشترین کاربرد این آزمایش برای بتن‌هایی با کارایی بالا و بسیار بالا است. با کمک این آزمایش می‌توان تشخیص داد که درنهایت فروپاشی اسلامپ چه مقدار است. آزمون جریان در کارایی بتن به تست پهن شدگی بتن معروف است و میزان قوام، انسجام و کیفیت بتن تازه را تعیین می‌کند.

در تولید بتن آماده که خود انواع مختلفی دارد می‌توان برای اندازه‌گیری روان بودن بتن از تست جریان استفاده کرد. درصورتی که حداکثر اندازه اسمی سنگدانه بکار رفته در تولید بتن کمتر از 38 باشد آزمایش جریان بتن نتیجه بهتری خواهد داشت. این آزمایش معیار مناسبی برای اندازه‌گیری میزان چسبندگی و روان بودن بتن است. درنتیجه پس از انجام آزمون جریان در کارایی بتن و مشخص شدن مقاومت بتن در برابر جریان پذیری، هر بتن با توجه به ویژگی‌ها و مقاومتی که دارد در محل مناسبی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آیا رابطه‌ای بین آزمایش اسلامپ بتن و آزمایش جریان وجود دارد؟

محققان با انجام آزمایش‌های گوناگونی سعی در پیدا کردن ارتباط بین آزمایش جریان و آزمایش اسلامپ بتن دارند. برخی از تحقیقات نشان می‌دهد که رابطه خطی بین این دو آزمایش وجود دارد. با این که آزمون جریان در کارایی بتن به عنوان یکی از انواع آزمایش اسلامپ شناخته می‌شود اما هر یک از این آزمون‌ها برای اندازه‌گیری ویژگی‌های متفاوتی کاربرد دارند. در آزمایش اسلامپ کلاسیک، میزان افت و فرو نشستن مخروط بتن ارزیابی می‌شود اما در تست جریان بتن، اندازه‌گیری مقدار پهن شدگی و جاری بودن بتن مد نظر است. با این اطلاعات، عدم وجود هیچ رابطه‌ای بین آزمایش اسلامپ و تست جریان بتن نتیجه‌گیری می‌شود. 

وسایل مورد نیار برای تست جریان

• جدول جریان
• قالب
• مقیاس
• ماله

شرح آزمون میز جریان

آزمون میز جریان بهترین روش برای تست کارآیی بتن‌هایی می‌باشد که در آن‌ها از فوق روان‌کننده‌ها استفاده گردیده‌ است.در این آزمون از یک ظرف و یا مخروط فلزی که بر روی مرکز یک تخته ثابت گردیده است استفاده می‌شود. قطر بالایی مخروط ۱۳۰ میلی‌متر و قطر پایینی آن ۲۰۰ میلی‌متر و ارتفاع آن نیز ۲۰۰ میلی‌متر می‌باشد و بتن داخل مخروط ریخته می‌شود بعد از ریختن بتن، مخروط به ‌آرامی بالا کشیده می‌شود و اجازه می‌دهد بتن تحت تاثیر وزن خود پخش گردد پس از آنکه جریان بتن متوقف گردید جریان را از دو جهت اندازه‌گیری نموده و مقدار متوسط بدست آمده از دو قطر عمودی و افقی نشان‌دهنده جریان بتن در میلی‌متر است.

شرح آزمون جریان

ذرات ریز و گرد و غبار باید از تمام سطوح خارجی و داخلی دستگاه پاک شود سپس در این‌جا نیز مخروط با قطر بالایی ۱۳۰ میلی‌متر و قطر پایینی ۲۰۰ میلی‌متر و هم‌چنین ارتفاع ۲۰۰ میلی‌متر در قسمت مشخص شده یا مرکز میز ویبره به ابعاد ۳۶۰*۲۶۰ میلی‌متر قرار می‌گیرد. پس از آن بتن طی دو مرحله داخل قیف ریخته می‌شود و هر بار با میله استاندارد با زدن ۲۵ ضربه بتن را متراکم می‌نمایند چنانچه بتن اضافی بر روی میز بریزد یاید سطح میز کاملا از بتن تمیز شود و با بالا آوردن مخروط اجازه داده می‌شود تا بتن تحت تاثیر نیروی وزن خود پخش گردد. پس از آن میز از ارتفاع ۱۲.۵ میلی‌متر، ۵ مرتبه بالا رفته و رها می‌شود و هر مرحله ۱۵ ثانیه به ‌طول می‌انجامد. در انتها در شش جهت قطر جریان بتن اندازه‌گیری شده و میانگین بدست آمده نماینده جریان بتن است.

استانداردهای در دسترس برای تست جریان

IS 1199-1959

ASTM C 124-39  مورد تائید سال ۱۹۶۶

نتیجه پیشنهادی آزمون تست جریان برای تعیین کارایی مطابق با نظریه M.S.Shetty (تئوری و عملکرد فناوری بتن ) به شرح زیر است:

رنج تست جریان می‌تواند بین ۰ تا ۱۵۰ درصد باشد

دستگاه تست جریان

دستگاهی که برای انجام آزمون جریان در کارایی بتن در آزمایشگاه مورد استفاده قرار می‌گیرد شامل ابزار زیر است:
-    مخروط یا قالب فلزی: این قالب به شکل مخروطی است که دهانه بالایی آن به قطر 170 میلیمتر و دهانه پایینی آن به قطر 250 میلیمتر است و 120 میلیمتر ارتفاع دارد. در کناره‌های برخی قالب‌ها دسته‌هایی برای پشتیبانی تعبیه شده است.
-    صفحه یا میز جریان: این صفحه معمولا از فولاد، آلومینیوم و پلیمر به صورت کاملا صاف و تخت ساخته می‌شود. مخروط اسلامپ روی این صفحه قرار می‌گیرد.  
-    ماله: ابزاری برای صاف و یکدست کردن سطح بتن پس از ریختن بتن در مخروط است.
-    میله تامپینگ: این میله دمنده از جنس فولاد به طول 600 و قطر 15 میلیمتر ساخته می‌شود.
-    ابزار اندازه‌گیری: این ابزار می‌تواند خط‌کش، متر یا هر مقیاس دیگری برای اندازه‌گیری واحد طول باشد.

محاسبه نتیجه

در فرآیند آزمون جریان در کارایی بتن، قطر دایره بتنی پخش شده روی صفحه آزمایش، تنش تسلیم بتن تازه و معیار سنجش قابلیت پرکنندگی بتن را نشان می‌دهد. درصورتی که میانگین دو قطر کمتر از 500 میلیمتر باشد یعنی تنش تسلیم بتن زیاد و کارپذیری آن کم است. چنانچه میانگین دو قطر از 850 میلیمتر فراتر رود نشان دهنده تنش تسلیم کم و خطر جداشدگی مخلوط بتن است. موسسه EFNARC نتایج آزمون جریان در کارایی بتن را در سه گروه به صورت زیر طبقه‌ بندی کرده است. اگر جریان اسلامپ بین 550 تا 650 میلیمتر باشد بتن در رده SF1، جریان بین 660 تا 750 در رده SF2 و جریان بتن بین 760 تا 850 در رده SF3 قرار دارد. هرکدام از این گروه‌ها نسبت به میزان روان بودن برای استفاده در موارد خاصی کاربرد دارند. 
رده بتن SF1 در ساخت سازه‌های بتنی غیرمسلح یا با آرماتور کم مانند دال‌های بتنی، پوشش تونل‌ها، شمع‌ها و شالوده‌های عمیق کاربرد دارد. رده SF2 در بیشتر موارد قابل استفاده است و درصورتی که کاربرد خاصی از بتن مدنظر نباشد جریان بتن در این محدوده تنظیم می‌شود. رده بتن SF3 دارای سنگدانه‌هایی با اندازه حداکثر 16 میلیمتر است و در ساخت مقاطع عمودی و سازه‌های پر آرماتور و با شکل‌های پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نتیجه پیشنهادی تست جریان

محدوده پیشنهادی برای نتیجه حاصل از آزمون جریان در کارایی بتن، بین 0 تا 150 درصد است. بتن‌هایی که میزان روان بودن آن‌ها در این محدوده قرار می‌گیرد از نظر کیفیت و قوام قابل قبول هستند. این درصد از طریق فرمول زیر به دست می‌آید:

جریان بتن = ( 25- قطر پخش بتن برحسب سانتیمتر) × 100
                                           25

دستگاه تست جدول جریان

این دستگاه شامل یک مخروط یا قالب فلزی است که قطر پایینی 200 میلیمتر و قطر بالایی آن 130 است. این مخروط 200 میلیمتر ارتفاع دارد و دقیقا در مرکز صفحه آزمایش قرار می‌گیرد. میز تست جریان از تخته چوبی با صفحه فولادی ساخته شده است. هنگام انجام آزمون جریان در کارایی بتن، پس از ریخته شدن بتن در قالب، مخروط را به صورت عمودی بلند کرده و بتن را به حال خود رها می‌کنند. با اندازه‌گیری جریان بتن در دو جهت عمودی و افقی و محاسبه میانگین این دو قطر، میزان پهن شدگی بتن برحسب میلیمتر به دست می‌آید.

• تست Vee Bee

این آزمون یک تست مناسب برای کارآیی بتن تازه به‌طور غیرمستقیم با استفاده از یک کانومترومتر Vee Bee می‌باشد.

این روش معمولا برای بتن خشک استفاده می‌شود و برای بتن بسیار مرطوب مناسب نمی‌باشد و تا حدودی می‌توان گفت که سازگاری بتن را تعیین می‌نماید.

وسایل مورد نیار برای تست Vee Bee

جهت این تست از کانسومترسنجVee Bee  استفاده می‌شود که از اجزای زیر تشکیل گردیده است:

• میز ارتعاش
• مخروط فلزی
• قالب استوانه‌آی
• میله آهنی استاندارد
• زمان‌سنج

شرح آزمون Vee Bee

در این روش نمونه تحت لرزش‌های سینوسی قرار می‌گیرد. مخروط فلزی را داخل استوانه قرار داده، داخل مخروط را از بتن پر می‌نمایند و بتن باید طی چهار مرحله ریخته شود به طوری که هر بار یک چهارم از حجم مخروط را پر نماید. هر لایه بتن توسط میله استاندارد با ۲۵ ضربه متراکم می‌گردد سپس سطح بتن توسط ماله تراز می‌شود. سپس دیسک شیشه‌ای شفاف که به بازوی چرخاننده متصل است را بر روی سطح بالایی مخروط قرار داده و عدد را قرائت می‌نمایند. حالا مخروط را به ‌آرامی بالا آورده و بتن داخل ظرف استوانه‌ای قرار می‌گیرد و مجددا دیسک شیشه‌ای شفاف را به ‌آرامی بر روی سطح بتن قرار داده و عدد به‌دست آمده را قرائت می‌نمایند. تفاوت دو عدد بدست آمده میزان اسلامپ را تعیین می‌نماید.

برای بدست آوردن درجه Vee Bee لازم است با روشن کردن ویبراتور اجازه داده شود تا بتن در مخروط کاملا پخش شود. عمل ویبره تا زمانی‌که شکل بتن از حالت مخروطی به استوانه‌ای تغییر کند ادامه می‌یابد. این لرزش‌ها باید به‌طور یکنواخت در کل لایه اعمال شود، طول زمان توسط کرنومتر اندازه‌گیری می‌گردد و زمان لازم برای تغییر شکل بتن به‌عنوان درجه Vee Bee شناخته می‌شود.

 استانداردهای در دسترس برای تست Vee Bee

IS 1199-1959

ACI 211.3-75 ( اصلاح شده در سال ۱۹۸۷ )

BS EN 12350-3:2009

◄نتایج پیشنهادی تست سنجش روانی Vee Bee  برای تعیین کارایی مطابق با استاندارد  IS 1199:1959(‌روش نمونه‌گیری و تجزیه و تحلیل بتن) به شرح زیر است:

الف- اگر تست حداکثر ۱۰-۱۵-۲۰ ثانیه به طول انجامد: بتن به عنوان یک قوام بسیار خشک در نظر گرفته می‌شود.

ب- اگر تست حداکثر ۵-۷-۱۰ ثانیه به طول انجامد: بتن به عنوان یک قوام خشک در نظر گرفته می‌شود.

ج- اگر تست حداکثر ۳-۴-۵ ثانیه به طول انجامد: بتن در قوام پلاستیک در نظر گرفته می‌شود.

د- اگر تست حداکثر ۱-۲-۳ ثانیه به طول انجامد: بتن در قوام نیمه سیال در نظر گرفته می‌شود.

• تست گلوله کلی Kelly Ball Test

این تست توسط J.W Kelly  ارارائه گردیده است به همین خاطر به عنوان تست توپ کلی شناخته می‌شود. این آزمون یک تست میدانی ساده و ارزان می‌باشد که می ‌تواند کارآیی بتن تازه را با آزمونی شبیه تست سقوط بتن اندازه‌گیری نماید و تست دقیق و سریع‌تری نسبت به آزمون اسلامپ می‌باشد و در این آزمون به‌ دلیل سرعت انجام آزمایش، خطاهای انسانی کمتر می‌باشد. این تست را می‌توان بر روی بتنی که در قالب ریخته شده قبل از هر گونه عملیات و یا در ظروف مناسب مانند انواع لگن، قیف و چرخ‌دستی‌ها در محل کارانجام داد. این آزمون در صورت استفاده از سنگدانه‌های درشت ممکن نتایج دقیقی ارائه ندهد و به‌ همین خاطر استفاده گسترده‌ای ندارد.

◄شرح آزمون

در این آزمون که به آن آزمایش نفوذ توپی هم گفته می‌شود از یک استوانه فلزی به جرم ۱۳.۵ کیلوگرم، قطر ۱۵۰ میلی‌متر و ارتفاع ۱۱۶ میلی‌متر که انتهای آن به صوت نیم‌کره شکل داده شده است استفاده می‌شود. به این صورت‌ که دستگاه با استفاده از هندل برروی سطح صاف بتن تازه قرار داده می‌شود، به‌گونه‌ای که مرکز گلوله فلزی حداقل در فاصله ۲۲۵ میلی‌متر از هر لبه ظرف قرار گیرد. سطح بتن باید مسطح بوده و به ‌اندازه‌ای گسترده باشد تا دستگاه به صورت کامل در آن قرار گیرد و عمق بتن باید حداقل ۲۰۰ میلی‌متر باشد. عمق نفوذ آن را با آزاد کردن دسته به ‌طوری‌که به‌ آرامی رها شود اندازه‌گیری می‌نمایند؛ به ‌عبارتی عمق نفوذ از طریق نیم‌کره فلزی مشخص می‌شود. این عمل باید حداقل سه بار تکرار شود و مقادیر گزارش شده باید میانگین حداقل سه آزمایش نفوذ باشند.

این روش را با قراردادن دستگاه در نقاط مختلف یک نمونه آزمایشی می‌توان تکرار کرد که دامنه تغییرات ظاهرا ناشی از اختلاف در نسبت‌های اختلاط، اندازه، نوع سنگدانه‌ها و شرایط آزمون می‌باشد. کارآیی بتن در این روش از میانگین قرائت‌های خوانده شده از میزان نفوذ گلوله مشخص می‌گردد.

وسایل مورد نیار برای تست گلوله کلی

• نیمکره فلزی
• مقیاس اندازه‌گیری
• هندل
• قاب

 استانداردهای در دسترس برای تست گلوله کلی

تنها یک دستورالعمل استاندارد برای انجام تست توپ کلی موجود است

ASTM C360-92  جهت تست نفوذ توپ

◄نتایج پیشنهادی تست گلوله کلی

نسبت اسلامپ به عمق نفوذ توپی معمولا بین ۳/۱ و ۲ گزارش شده است و در صورت عدم دسترسی به اطلاعات کارگاهی جهت مقایسه نسبت اسلامپ به عمق نفوذ را می‌توان به‌طور تقریبی ۶۷/۱ در نظر گرفت.

معمولا هر نفوذ بادقت ۲۵/۶ قرائت می‌گردد.

علاوه بر آزمون‌های  استاندارد فوق دو آزمون دیگر برای ارزیابی کارآیی بتن پیشنهاد می‌گردند که عبارتند از :

۱-تست ماله

۲-تست آب ‌انداختن

• تست ماله

این آزمون عبارت از ماله‌کشی مخلوط بتونی و مشاهده رفتار مخلوط تحت این عمل می‌باشد. در این حالت  نتیجه‌گیری به‌صورت چشمی می‌باشد و وضعیت ظاهری پس از ماله‌کشی امکان لزوم تغییرات در نسبت‌های اختلاط را مشخص می‌نماید.

وسایل مورد نیاز

• کفچه یا ماله
• ظرف مناسب جهت ماله‌کشی

شرح آزمون

هر گاه هنگام ماله کشی سبک خلل و فرج بین سنگدانه‌های درشت توسط ملات پر شود و ملات اضافی نیز مشاهده نشود می‌توان گفت مخلوط بتونی کارایی لازم را دارد. به عبارتی حداکثر سیلان بتن در ازای مقدار مشخص سیمان می‌باشد به زبان ساده‌تر این بتن شامل مقدار کافی از ملات می‌باشد.

چنانچه ملات برای پرکردن فضاهای خالی بین سنگدانه‌ها کافی نباشد بتن‌ریزی مشکل بوده حتی در حالت سخت‌شده نیز بتنی متخلخل و به ‌اصلاح با ظاهری کرمو خواهیم داشت در نتیجه این بتن کارآیی لازم را نخواهد داشت.

زمانی‌که ملات زیادتر از حد معمول باشد حالت پلاستیکی داشته و کارایی آن بالا می‌باشد و با وجود سطح صاف ممکن است متخلخل باشد و استفاده از این بتن به‌دلیل سیلان کم مقرون به‌صرفه نمی‌باشد.

• تست آب انداختن

تمایل آب به سمت سطح بتن تازه ریخته شده را اصطلاحا آب انداختن گویند و بر اساس ASTM-C232  نیز می‌تواند آزمون گردد.

وسایل مورد نیاز

• ظرف به حجم ۵/۱۳ لیتر و ارتفاع ۲۵۰ میلی‌متر
• پی پت مدرج برای اندازه‌گیری آب جمع شده بر روی بتن
•      دماسنج

شرح آزمون

مخلوط بتن را داخل ظرف استاندارد ریخته و بدون کمترین تحرک سطح بتن ماله‌کشی و تراز می‌گردد. هرگاه دمای بتن بین ۱۸ تا ۲۴ درجه سانتی‌گراد ثابت شد در فواصل زمانی مشخص آب جمع شده بر‌روی سطح را توسط پی‌پت کشیده و اندازه‌گیری می‌نماییم. سرعت آب انداختن و آب جمع شده را به‌ صورت درصدی از آب خالص نمونه آزمایشی می‌توان بیان نمود.

آب انداختن زمانی مطلوب است که کاهش میزان آب کاهش نسبت آب به سیمان را به‌دنبال داشته باشد اما مقدار آب انداختن زیاد ممکن است موجب شود بتن دارای نفوذپذیری بالا گردیده و میلگردهای فولادی را در معرض خوردگی قرار دهد.

مشکلات کاهش کارایی

بتن بخاطر نوع مخلوطی که دارد به سرعت روانی و کارآیی خود ر ازدست می‌دهد که این ویژگی به افت اسلامپ معروف است.

این پدیده به ویژه در هوای گرم و خشک همراه با وزش باد مشکل ساز می‌باشد؛ به‌خصوص زمانی‌که بتن فواصل طولانی را طی می‌کند. رعایت برخی نکات می‌تواند در کاهش میزان افت اسلامپ و به‌عبارتی افزایش کارایی آن بی‌تاثیر نباشد، در زیر به برخی از این موارد اشاره گردیده‌است:

-فاصله محل تولید تا تخیله بتن را به‌ حداقل برسانید و از ایجاد صف و انتظار تخلیه کامیون‌‌های حمل بتن اجتناب نمایید و از وسایلی استفاده کنید که به کار سرعت بدهند و از تاخیر پرهیز کنید.

-چنانچه سنگدانه خشک جاذب رطوبت مصرف می‌کنید قبل از استفاده آن‌ها را مرطوب نمایید.

-برای جذب کمتر آب بستر خشک کار را خیس و مرطوب نمایید.

-دمای بتن را کاهش دهید.

-زمان اختلاط را کوتاه نمایید.

-بتن‌ریزی را در طول شب انجام دهید.

-در محل کار سلیبان زده و در اطراف آن از بادشکن استفاده کنید.

-با پاشش آب به‌صورت اسپری محیط را مرطوب نگه داشته و دمای آن را کاهش دهید.

-از سیمان‌های زودگیر استفاده نکنید.

عدم کارآیی بتن

دلایل مختلفی برای عددم موفقیت در کارآیی بتن وجود دارد برخی از دلایل عمده در زیر ذکر شده است:

افزودن مقدار بیشتر از حد یا کمتر از حد مقدار واقعی مورد نیاز برای مخلوط بتن

بازرسی ضعیف حین تولید

استفاده از مصالح ضعیف

اختلاط نادرست در بچینگ ( محل تولید بتن)

کیفیت پایین عناصر بتنی مانند سیمان، سنگدانه، ماسه، آب و غیره

نتیجه گیری 

همانطور که در این مقاله توضیح دادیم آزمون جریان در کارایی بتن به منظور اندازه‌گیری خاصیت جریان پذیری بتن انجام می‌شود. نتیجه حاصل از این تست آزمایشگاهی ساده، کارایی بتن تازه را نشان می‌دهد. هنگام بتن ریزی در هوای گرم، امکان پذیر بودن ارتعاش محدود و ساخت و ساز در جاهایی که تراکم زیاد عناصر تقویت شده مورد نظر است از بتن با کارایی بالا استفاده می‌شود. انجام تست جریان بتن به راحتی میزان کارایی بتن را مشخص کرده و امکان استفاده یا مناسب نبودن آن برای هر مورد را برای مهندسان روشن می‌کند.

واحد تحیق و توسعه شرکت پایهان بتن