آزمایش جمع شدگی بتن

 1- جمع شدگي

      يکي از مهمترين آزمايش‌ها براي بررسي خواص سازگاري ابعادي بتن ترميمي با بتن پايه، آزمايش جمع شدگي مي‌باشد. بطور معمول، مصالح ترميمي با خاصيت جمع شدگي کمتر، سازگاري ابعادي بهتري با بتن پايه سازه خواهد داشت و احتمال ترک خوردگي در سطح ترميم کمتر خواهد بود.

شکل (1) نحوه اندازه‌گيري ميزان جمع شدگي نمونه هاي بتني، نحوه نگهداري و نمايي از اتاق اندازه گيري جمع شدگي و خزش بتن را نشان مي‌دهد. در اين شکل اتاق اندازه گيري جمع شدگي و خزش در انستيتو مصالح ساختماني دانشگاه تهران نشان داده شده است. اين اتاق مجهز به سيستم گرمايشي، سرمايشي و رطوبتي خودکار بوده و طوري تنظيم شده است که حرارت اتاق در 1±25 درجه سانتيگراد و رطوبت نسبي 2±50 درصد ثابت بماند. براي بالا بردن حرارت اتاق در مواقع لازم (در دماي کمتر از 24 درجه سانتيگراد دستگاه حرارت زا روشن مي شود)، ترموستات حرارتي به صورت خودکار جريان برقي را به دستگاه حرارت زا اعمال کرده و دستگاه شروع به کار مي کرد (دستگاه حرارت زا در دماي 26 درجه سانتيگراد خاموش مي شود). دستگاه حرارت زا مجهز به فن هايي است که حرارت را در داخل اتاق به چرخش درمي آورد و احتمال تمرکز حرارتي را در يک نقطه کم مي کند. در دماهاي بيشتر از 26 درجه سانتيگراد فن هاي اتاق شروع به کار کزده و با تبادل حرارتي با فضاي بيروني اتاق، دماي اتاق را به 24 درجه سانتيگراد رسانده و خاموش مي شوند. ترموستات رطوبتي نيز کارکردي مشابه ترموستات حرارتي دارد. در رطوبت هاي کمتر از 48 درصد دستگاه رطوبت ساز شروع به کارکرده و رطوبت اتاق را تا 52 درصد بالا مي برد. در رطوبت هاي بيشتر از 52 درصد نيز فن هاي اتاق شروع به کار کرده و رطوبت اتاق را از طريق تهويه هواي اتاق با هواي بيرون اتاق به 48 درصد رسانده و خاموش مي شوند. دستگاه رطوبت سازي که براي بالا بردن درصد رطوبت نسبي اتاق استفاده شده است، از نوع رطوبت ساز سرد بوده و تاثيري در ميزان حرارت اتاق ايجاد نمي کند. ظرفيت اتاق براي آزمايش جمع شدگي بتن وخزش خمشي تير هاي بتني که در ادامه توضيح داده خواهد شد، به ترتيب 50 و12عدد مي باشد. در ساخت اين اتاق سعي شده است تا کمترين تبادل حرارتي و رطوبتي با فضاي بيرون از اتاق داشته باشد براي اين منظور يک لايه پشم شيشه ضخيم به ديواره ها، سقف و در اتاق کشيده شده است.

شکل 1- نحوه نگهداري، اندازه‌گيري ميزان جمع شدگي نمونه هاي بتني و نمايي از اتاق اندازه گيري جمع شدگي و خزش بتن (آزمايشگاه انستيتو مصالح ساختماني دانشکده فني)

2-    خزش خمشي

     يکي از پارامترهاي موثر در پايداري ابعادي بتن هاي ترميمي، رفتار خزشي بتن هاي ترميمي در المان هاي مختلف سازه اي است و مي‌تواند در پايايي و يا عدم پايايي ترميم‌هاي انجام شده تاثيرگذار باشد.

محيط حرارتي و رطوبتي اتاق براي نمونه‌هاي خزشي مانند نمونه‌هاي جمع‌شدگي که در قسمت قبل توضيح داده شد، مي‌باشد. دهانه تير mm 1200 بوده و قابليت تبديل به دهانه mm1600 را نيز دارد. براي بارگذاري از وزنه‌هاي چدني در فاصلهmm  350 از هر تکيه‌گاه استفاده شده است. وزن اين بارها در هر طرف به اندازه kg 35 بوده و بيشترين تنش خمشي را که در وسط دهانه ايجاد مي‌کنند در حدود MPa 1 مي‌باشد. شکل وزنه‌ها طوري انتخاب شده است که امکان باربرداري استاتيکي را براي نمونه‌ها ايجاد کنند. براي بررسي رفتار خزشي تيرهاي بتني، خيز وسط دهانه به صورت پيوسته با استفاده از سنسورهاي LVDT قرائت شده و اين قرائت ها توسط دستگاه ثبت داده‌ها در يک رايانه ذخيره مي‌شوند. شکل (2) نمونه هاي تيرهاي خمشي تحت خزش و نحوه بارگذاري را نشان مي‌دهد. مقادير خيز بدست آمده براي نمونه‌هاي خزشي مجموع خيز ناشي از بارگذاري و خيز وزن خود تير است.

 

شکل 2- نمونه هاي تيرهاي خزشي تحت خمش و نحوه بارگذاري نمونه ها

3-   آزمایش تعیین زمان گیرش بتن 

زمان گیرش اولیه تعیین کننده محدوده زمانی جابجا کردن بتن و نشان دهنده حدود زمانی است که بتن تازه بیشتر از آن نمی تواند به خوبی مخلوط، جای دهی و متراکم گردد و زمان گیرش نهایی تعیین کننده شروع توسعه مقاومت مکانیکی آن است. تعیین زمانهای گیرش اولیه و نهایی در برنامه زمان بندی عملیات ساخت بتن، از ارزش قابل ملاحظه ای برخوردار است. همچنین داده های آزمایشی می تواند در مقایسه مؤثر بودن نسبی مواد افزودنی کنترل کننده گیرش مفید باشد.

این آزمایش مطابق استاندارد  ASTM C 403بر روی ملاتی که از مخلوط بتن الک شده فراهم می شود صورت گرفته است. در این روش برای تعیین گیرش از نفوذ میله استاندارد می شود. به این صورت که نیروی کافی برای نفوذ میله های با قطرهای استاندارد به میزان مشخص در زمان های مختلف اندازه گیری  می شود و بر اساس آن منحنی مقاومت-زمان بتن بدست می آید. و زمان مربوط به مقاومت گیرش اولیه و ثانویه از نمودار بدست می آید.

 

اندازه ­گیری کارایی مخلوط با استفاده از میز وب (VeBE)

1- مقدمه

بتن غلتکی را بتنی خشک با اسلامپ صفر تعریف می کنند که در کاربری آن برای ساخت سدهای بتنی، همچون سدهای خاکی بصورت لایه لایه پخش  متراکم می گردد. بتن غلتکی RCC روشی جدید در اجرای بتن ریزیهای حجیم بویژه در سدهای انحرافی و مخزنی می باشد که با توجه به توجیه اقتصادی همچنین سرعت اجرای این روش، گرایش جهانی به آن صورت گرفته است. نظر به این رویکرد روز افزون، بررسی خصوصیات اینگونه مصالح امری اجتناب ناپذیر است. با توجه به اهمیت روش اجرای RCC تأثیر عوامل مختلف اجرایی بر خصوصیات مکانیکی این مصالح از جمله موارد قابل توجه است. همچنین با توجه به قابلیت RCC در جذب موتد زائد صنعت و مزایای زیست محیطی، تأثیر موادی چون دوده سیلیس و روباره کوره آهنگدازی ر ویژگیهای مکانیکی RCC قابل دسترسی       می باشد.

همانطور که گفته شد بتن غلتکی را بتنی با اسلامپ صفر تعریف می­کنند از این رو آزمایش­های متداولی که برای تعیین روانی و کارایی بتن کاربرد دارند را نمی­توان برای بتن غلتکی بکار برد. همچنین با توجه به نوع تراکم خاص این نوع بتن می­بایست تعیین میزان روانی آن نیز بصورتی اندازه­گیری شود که این پارامتر را نیز در نظر بگیرد از این رو از روش اندازه ­گیری کارایی مخلوط با استفاده از میز وب (VeBE) استفاده می­گردد.

2- روش انجام پروژه

2-1-قالب

قالب مورد استفاده در این روش استوانه­ای به قطر داخلی 2±241 میلیمتر و ارتفاع 2±197 میلیمتر و ضخامت جدار 2±6 میلیمتر است.

2-2-میز لرزه وب (VeBe)

این میز یک الکتروموتور را در خود جای داده است، ارتعاشی با حرکت سینوسی با فرکانس HZ60 و با دامنه 08/0±43/0 میلیمتر را ایجاد می­کند. وزن تقریبی دستگاه باید در حدود 95 کیلوگرم باشد.

2-3-بازوی نگهدارنده سربار

این بازو جهت هدایت سربار روی نمونه در نظر گرفته شده است. نقش این بازو، قائم نگهداشتن سربار روی نمونه است. این بازو فلزی قابلیت چرخش آزاد دارد.

2-4-سربار

سربار یک استوانه فلزی به همراه یک میله فلزی به طول 460 میلیمتر و به قطر 2±16 میلیمتر می­باشد. قطر سربار 2±146میلیمتر و وزن آن 7/0±7/22کیلوگرم می­باشد که شامل وزن میله نیز می­شود.

2-5-روش انجام آزمایش

پس از ثابت کردن قالب روی دستگاه مقدار 7/0±4/13کیلوگرم از بتن را یکجا درون قالب ریخته و با میله فلزی پیش تراکم در آن ایجاد می­کنیم. سپس سربار را روی آن قرار داده و دستگاه را روشن می­کنیم. زمان تشکیل یک حلقه از شیره بتن در قالب معرف کارایی مخلوط می­باشد.

 

انجام آزمایش تعیین روانی بتن غلتکی در آزمایشگاه توسط میز وب

آزمايش تعيين پتانسيل واکنش قليايي-سيليسي سنگدانه

 

خرابي بتن به‏ دليل واكنش انبساطي بين اجزاي سيليسي برخي از سنگدانه‏ ها و اكسيدهاي سديم و پتاسيم سيمان در مناطق مختلفي از جهان رخ داده است. انبساط، بسته شدن درزها، جابجايي اعضاي سازه‏اي و ماشين‏آلات، ترك‏خوردگي ، ترشح ژل قليايي- سيليكاتي از تركها يا حفره‏ها كه پس از مدتي به شكل رسوب ژلي يا سخت برروي سطح بتن به‌وجودمي‏آيد و بيرون‏پريدگي، از نشانه‏هاي معمول واكنش قليايي- سيليسي هستند. بايستي توجه داشت. اين واكنش بين اجزاي سيليسي فعال سنگدانه‏ ها و قليايي‏هاي موجود در سيمان اتفاق مي‏افتد. شكل‏هاي فعال سيليس عبارتند از: اوپال (بي‏شكل)، كلسدوني (بلورهاي اليافي) و تريديميت (Tridymite). اين مواد واكنش‏زا در چرت‏هاي اوپاليني يا چرت‏هاي كلسدونيك، سنگ آهك سيليسي، ريوليت و توف‏هاي ريوليتي، داسيت و توف‏هاي داسيتي، آندزيت و توف‏هاي آندزيتي و فيليت‏ها وجود دارند. شيشه مصنوعي (ساخت انسان) مانند شيشه بطري هنگامي كه به‌عنوان يك ماده آلاينده در سنگدانه ‏هاي مرغوب وجود داشته باشد، ممكن است واكنش‏زا باشد. سنگدانه‌هاي بازيافت شده که محتوي خرده شيشه مي‌باشند،نبايد در بتن سازه‌اي به‌كار رود.

اين واكنش با حمله هيدروكسيدهاي قليايي كه از قليايي‏هاي موجود در سيمان (Na₂O و K₂O) مشتق مي‏شوند بر كاني‏هاي سيليسي موجود در سنگدانه‏ ها آغاز مي‏گردد. در نتيجه يك ژل قليايي سيليسي در صفحات ضعيف يا در منافذ سنگدانه‏ ها (جايي كه سيليس فعال وجود دارد) يا بر سطح ذرات سنگدانه‏ ها ايجاد مي‏شود. در مورد اخير، يك منطقه سطحي تغيير يافته مشخص به وجود مي‏آيد كه مي‏تواند پيوستگي بين سنگدانه‏ها و خمير هيدراته شده اطراف خود را از بين برد.

اگرچه با مصالح معين مي‏توان احتمال وقوع واكنش قليايي سنگدانه‏ ها را پيش‌بيني نمود، اما معمولاً نمي‏توان ميزان خسارت را فقط از معلومات مقادير مواد واكنش‏زا تخمين زد. براي مثال واكنش‏زايي واقعي سنگدانه‏ ها تحت تأثير اندازه ذرات و تخلخل آنها قرار مي‏گيرد،  زيرا اين عوامل بر سطوحي كه روي آن واكنش انجام‌پذير است اثر مي‏گذارند. از آنجا كه مقدار قليايي‏ها فقط بستگي به سيمان دارد، بنابراين تمركز آنها در سطح واكنش‏زاي سنگدانه‏ ها توسط وسعت اين سطح كنترل خواهد شد. در محدوده معين، هراندازه مقدار قليايي سيمان بيشتر باشد و همچنين براي تركيب معيني از سيمان هرچه ذرات سيمان نرم‏تر باشند، انبساط بتن ساخته‌شده با سنگدانه‏ هاي واكنش‏زا، بيشتر خواهد بود.

يكي از راهكارهاي جلوگيري از انبساط بتن در اثر واكنش قليايي- سيليسي، بكار نبردن سنگدانه‏هاي واكنش‌زا است. گاهي اين‌كار، يعني به‌كار نبردن اين‌گونه سنگدانه‏ها، از نظر اقتصادي توجيه‏پذير نمي‏باشد.  براي كاهش پتانسيل واكنش مي‏توان مقدار قليايي‏هاي سيمان را به حد قابل قبولي محدود كرد، از يك پوزولان فعال يا روباره آسياب شده استفاده كرد و يا تركيبي از اين دو را به‌كار برد.

1-11-1- خلاصه روش آزمايش

در اين بررسي از روش آزمايش استاندارد شماره 8753 ايران و ASTM C1260 براي ارزيابي قابليت واكنش‌زايي مصالح سنگي استفاده شده است.

تهيه و تدارك سنگدانه : همه سنگدانه‏ها به‌نحوي كه در اين روش آزمايش مطابق با الزامات شرح داده شده در جدول زیر به‌كار مي‏رود، دانه بندي مي‌شود.

براي دانه بندي شن بعد از شکستن آن‌ها به منظور تامين مصالح با اندازه هاي ذکر شده در جدول بالا آمده است، با توجه به طرح اختلاط ارائه گرديده 50 درصد از شن نخودي و 50 درصد از شن بادامي با هم مخلوط گرديده و آزمايش بر روي مخلوط شن نخودي و بادامي انجام مي شود.

بعد از اينكه سنگدانه‏ها در اندازه‏هاي مختلف الك جدا شدند، براي جدا كردن گرد و غبار و ذرات ريز چسبيده از روي سنگدانه‏هاي هرقسمت، بر روي محتويات هرالك آب افشانده شده و شسته مي‌شوند. هر يک از اين بخش‏ها به طور مجزا در محفظه تميزي كه داراي روكش ضد آب است، ذخيره مي‌شود.

انتخاب و تهيه سيمان

سيمان شاهد: از سيمان پرتلندي كه مطابق الزامات و مشخصات ASTM C150 است، استفاده مي‌شود. علاوه بر اين، انبساط اتوكلاو در روش آزمايش ASTM C151 بايستي كمتر از 2/0 درصد باشد. قبل از استفاده  ازسيمان مورد نظر، به منظور جدا كردن كلوخه‏ها  آن را از الك 850 (نمره 20) عبور مي‌دهند.

تهيه آزمونه ‏هاي آزمايش

تعداد آزمونه‏ها : براي هر تركيب سيمان- سنگدانه، حداقل سه آزمونه تهيه مي‌شود.

نسبت اختلاط ملات: مصالح خشك براي ملات آزمايش با استفاده از 1 بخش سيمان به 25/2 بخش سنگدانه دانه‏بندي شده بصورت جرمي، پيمانه مي‌شود. مقدار مصالح خشك كه بايد در يك زمان در بچ ملات براي ساخت 3 آزمونه مخلوط شوند، داراي 440 گرم سيمان و 990 گرم سنگدانه است كه با تركيب دوباره بخش‏هاي مانده روي الك‏هاي متفاوت در دانه‏بندي شرح داده شده در جدول 1-1، ساخته مي‌شوند. در اين اختلاط نسبت آب به سيمان برابر 47/0 وزني به‌كار مي‌رود.

اختلاط ملات : ملات مطابق الزامات استاندارد ASTM C305، مخلوط مي‌شود.

ذخيره سازي اوليه و خواندن

 هر قالب بلافاصله بعد از پر شدن، در محفظه يا اتاق مرطوب قرار داده مي‌شود. آزمونه‏ها به مدت h2 24 در قالب باقي ‌مانده و سپس آزمونه‏ها از قالب خارج شده و قرائت مقايسه‏اي اوليه صورت مي‌گيرد. آزمونه‏ هاي ساخته شده با هر نمونه سنگدانه در محفظه نگهداري که حاوي محلول کافي است،  قرار داده مي‌شوند. محفظه در اون يا حمام آب با دماي 2 80 ( 6/3 176) براي دوره 24 ساعته قرار داده شده و درزگيري مي‌گردد.

قرائت‏ هاي صفر

 محفظه‏ها در يك لحظه از اون يا حمام آب خارج شده و محفظه‏ هاي ديگر تنها بعد از اينكه منشورهاي محفظه‏ اول اندازه‏ گيري شده‏اند و به اون يا حمام آب برگردانده شدند، خارج مي‌گردد.

منشور‏ها در يك لحظه از آب خارج شده و با توجه مخصوص به 2 شاخص فلزي، سطح آنها با حوله خشك مي‌شود. قرائت صفر هريك از منشور‏ها بلافاصله بعد از خشك شدن انجام مي‌شود. فرايند خشك كردن و خواندن، s5 15 بعد از خارج كردن آزمونه از آب انجام مي‌پذيرد. بعد از قرائت، آزمونه روي حوله قرار گرفته تا قرائت ‏هاي ساير منشورها انجام گيرد. همه آزمونه‏ هايي كه با يك نمونه سنگدانه ساخته شده‏اند در محفظه با NaOH يك‏ نرمال كافي در دماي 2 80 ( 6/3 176)، قرار داده مي‌شوند. محفظه درزگيري شده و به اون يا حمام آب برگردانده مي‌شود.

نگهداري و اندازه‏گيري بعدي

قرائت كمپراتور بعدي آزمونه‏ها در زمان‏هاي معين با حداقل 3 قرائت ميانه براي 14 روز بعد از قرائت صفر، تقريباً در ساعت مشابه هر روز انجام مي‌شود. اگر قرائت‏ها شامل دوره بعد از 14 روز باشد، حداقل يك قرائت در هر هفته انجام مي‌شود.

محاسبه مقدار انبساط

تفاوت بين قرائت صفر آزمونه و قرائت هر دوره با دقت 001/0 درصد  طول گيج محاسبه شده و به عنوان انبساط آزمونه براي آن دوره ثبت مي‌گردد. متوسط انبساط سه آزمونه تركيب سيمان- سنگدانه مورد نظر تا نزديك 001/0 درصد به عنوان انبساط آن تركيب در دوره مورد نظر گزارش مي‌شود.

ارزيابي مصالح سنگي

با توجه به مطالب علمي منتشر شده و نتايج بدست آمده:

1-    انبساط كمتر از 1/0 درصد در 16 روز بعد از قالب‏گيري، در اكثر موارد نشان دهنده رفتار بي‏خطر است. استاندارد ASTM ذکر مي‏کند كه بعضي از گنيس‏هاي گرانيتي و متابازالت‏ها، با آن كه اين داراي انبساط كمتر از 1/0 درصد در 16 روز بعد از قالب‏گيري بوده‌اند،  داراي انبساط زيان آور مي‌باشند.در مواجهه با چنين سنگدانه‏هايي، توصيه مي‏شود كه كارآمدي در اين مورد، از قبل مورد تحقيق قرار گيرد.

2-    انبساط بيشتر از 2/0 درصد در 16 روز بعد از قالب‏گيري، نشان دهنده پتانسيل انبساط زيان آور مي‏باشد.

3-    انبساط بين 1/0 درصد و 2/0 درصد در 16 روز بعد از قالب‏گيري شامل سنگدانه‏ هايي مي‏باشد كه در زمينه كارايي، هم بي‏خطر و هم زيان آور است. در چنين وضعيتي، ممكن است انجام قرائت مقايسه‏اي تا 28 روز، مفيد باشد.

آنالیز سیمان

اساس روش آنالیز تمامی ترکیبات سیمان به استثناء اکسید های آهن و سدیم وپتاسیم روش گراویمتری بوده که از طریق هضم کردن سیمان در اسید کلریدریک و رسوب گیری ترکیبات سیلیس  -آلومینیوم  -کلسیم و منیزیم طی فرایند شیمیایی صورت می پذیرد.(اکسید آهن از روش تیتراسیون و اکسیدهای سدیم وپتاسیم نیز به روش دستگاه فلیم فتومتر اندازه گیری می شود)

دستگاه تعیین ضریب نفوذپذیری بتن در برابر گاز اکسیژن

1- مقدمه

خاصیتی که میزان آسانی عبور سیال از ماده بخاطر وجود اختلاف فشار را نشان می­دهد نفوذپذیری می­گویند. ضریب نفوذپذیری مشخصه­ای از بتن است که بوسیله آن می­توان اطلاعات مناسبی از ریز ساخنار و کیفیت بتن بدست آورد. با توجه به اینکه در مطالعات دوام بتن نظیر بررسی دوام در برابر نفوذ یون کلر و حملات سولفاتی، در اغلب موارد سیال مهاجم از خارج به داخل بتن نفوذ می­کند، بنابراین ضریب نفوذپذیری بیان کننده قابلیت بتن برای سهولت و یا صعوبت ورود سیال به داخل محیط متخلخل بتن می­باشد. data mining . به همین دلیل در بسیاری از منابع معتبر نفوذپذیری به عنوان مهمترین عامل دوام بتن مطرح شده است.

2- گستره آزمایش

اين روش براي بتن هايي با طرح اختلاط معمولي مناسب مي‏باشد. ضريب نفوذپذيري ظاهری در برابر اكسيژن یا نیتروژن (K) براي بتن‏هاي با محدوده مقاومت بين 15 تا 55 مگاپاسکال در این روش آزمایش، در حدود^14-10 تا ^19-10 (متر مربع) انتظار می رود. اين روش براي نمونه‏ هاي قالب‏گيري شده و یا مغزه گیری شده‏اي قابل اجراست كه رواداري ابعادي تعيين شده براي دستگاه (که در ادامه می آید) را دارا باشند. عدم رعايت نكات توصيه شده، در مورد دستگاه و نحوه انجام آزمايش، لزوما نتايج قابل مقايسه‏اي با نتايج بدست آمده از اين روش نخواهد داشت.

3- اصول و روابط حاکم

مبنای آزمایش، رابطه Hagen-Poiseuille (رابطه اصلاح شده دارسی) که براي جريان خطي يك سيال تراكم پذیر درون يك جسم متخلخل با حفرات ریز تحت شرايط حالت پايدار می باشد. رابطه مذکور برای تعیین ضریب نفوذپذیری ذاتی، K، (مترمربع) به شکل زیر بیان می گردد.

 كه در آن Q دبي جريان سيال (مترمکعب بر ثانیه)، A سطح مقطع نمونه (مترمربع)، L ضخامت نمونه در جهت جريان (متر)، h لزجت ديناميكي سيال در دماي آزمايش (پاسکال ثانیه)، P فشار مطلق ورودي (پاسکال)، P_a فشار مطلق خروجي یا فشار جو (پاسکال) و P₀ فشاري است كه در آن دبي جريان تعيين مي­گردد (برابر فشار جو).

در این آزمایش سیال مورد استفاده گاز اکسیژن می باشد که در دمای 20 درجه سانتیگراد دارای لزجت ديناميكي ^5-10´02/2 پاسکال ثانیه مي باشد. نمونه مرجع استاندارد در این روش، استوانه ای به قطر150 و ضخامت 50 میلیمتر انتخاب شده است. Backmafemive . با توجه به این مقادیر معلوم، رابطه فوق به صورت زير ساده مي‏شود.

هر كدام از دو رابطه فوق بسته به شرايط مي‏تواند مورد استفاده قرار ‏گيرد.

3-3-دستگاه آزمایش

در ادامه مشخصات دستگاه برای دستیابی به دقت 1% در تعیین ضريب نفوذپذيري ظاهری، ارائه  می­گردد. اين مشخصات براي بتن هاي معمولي مناسب و کافی می باشد، ولی با توجه به شرايط مي‏توان سخت‏گيري كمتر يا بيشتري را اعمال نمود.

– نمای کلی دستگاه در شكل 3-1 مشاهده می شود. اجزاي مورد نیاز آزمایش شامل كپسول اكسيژن همراه با شير فشارشکن، تنظيم كننده دقيق فشار، فشارسنج، محفظه نفوذپذيري، دبي سنج و زمان سنج می­باشد.

 

                                

نمای کلی دستگاه نفوذ اکسیژن

– كپسول‏هاي اكسيژن موجود در بازار كه يك شير معمولي فشارشکن روي آن نصب شده باشد، مناسب است.

–  تنظيم‏كننده فشار بايد توانایی كنترل فشار ورودي محفظه در محدوده فشار مطلق 10⁵´1 تا 10⁵´6 پاسکال (1 تا 6 بار) با درجات 10⁵´5/0پاسکال را داشته باشد. درضمن باید بتواند ميزان فشار را با دقت %1 فشار انتخاب شده به مدت حداقل 30 دقيقه ثابت نگه دارد.

–  فشارسنج بايد فشار را با دقت حداقل 6/0% در محدوده فشار 10⁵´5 پاسکال نشان دهد. درجه‏بندي روي فشارسنج نبايد متجاوز از 10²´5 پاسکال باشد.

–  محفظه بايد براي فشار به ميزان 10⁵´5 پاسکال طراحي شده باشد. سه نوع محفظه مختلف در شكل3-2 دیده می شود. محفظه ای که بیشتر مورد استفاده می باشد در شکل 3-3 دیده می شود. محفظه باید چهار ويژگي اساسی داشته باشد. اول اینکه، دارای يك دورگیر روي سطح جانبی نمونه بتني باشد و اطراف نمونه را عایق و آب بند نماید. domain abuse جنس اين دورگیر مي‏تواند پلي وينيل كلرايد نرم (PVC)، لاستيك پلي‏ اورتان سرد قالب‏گيري شده و یا انواع ديگر باشد. دوم اینکه، بستي كه دورگیر را اطراف نمونه محكم می کند مي‏تواند يك حلقه صلب با اتصال پيچ و يا يك دستگاه تحت فشار مانند يك تيوب استاندارد باشد كه در يك فضاي محبوس واقع شده و تا فشار 5 تا 10⁵´15 پر شود. اين تيوب تحت فشار مي‏تواند با تغيير قطر نمونه تا 10 میلیمتر سازگاري داشته باشد. سومین مورد جنس بقیه اجزای محفظه است. جنس این اجزا فولاد، آلومینیوم و یا پلاستیک می باشد که باید با پیچ هایی محکم به هم بسته شوند. نکته چهارم جنس لوله و اتصالات سوراخ اعمال فشار است که جنس آن از مواد مقاوم در برابر فشار انتخاب می گردد.

 

جزئیات سه نوع مختلف محفظه آزمایش پیشنهادی

  جزئیات سه نوع مختلف محفظه آزمایش پیشنهادی

 

محفظه آزمایش معمول

–  دبي سنج حجمي گاز مي‏تواند از نوع حباب صابون استفاده گردد. لوله شيشه‏ اي با درجه‏ بندي حجمي بايد داراي سطح مقطعي باشد كه امكان اندازه‏گيري حجم معين گاز عبوری با يك حباب را در يك فاصله زماني معين با حداقل دقت 1% فراهم نمايد. انواعی از اين نوع لوله‏ ها كه دامنه تغييرات حجم كافي را فراهم كند، براي سازگاري با دامنه تغييرات نفوذپذيري‏ بتن ها مورد نياز خواهد بود. معمولا، حجم دبي سنج در محدوده 1 تا 100 میلی لیتر (پیشنهاد RILEM: 1، 5، 15 و 150 میلی لیتر) و قطر لوله در حدود 2 تا 20 میلیمتر می باشد. زمان بهينه عبور حباب داخل لوله از 20 تا 60 ثانيه است.

–  يك زمان سنج براي اندازه‏گيري فاصله زماني با دقت 1/0 ثانیه کافی مي‏باشد.

–  وسیله اندازه گیری ابعاد نمونه ها با دقت 5/0 میلیمتر (پیشنهاد RILEM 1/0 میلیمتر)

3-4- آماده سازی نمونه ها

نمونه ‏ها قالب‏گيري شده و يا مغزه گیري شده هستند.

3-4-1-نمونه‏هاي قالب‏گيري شده: اين روش مي‏تواند براي تعيين مشخصات يك بتن با مصالح، نسبت اختلاط، روش تراكم، شرايط عمل‏ آوري و شرایط در معرض مشخص بكار رود. با این شرايط، نمونه‏ هاي قرصي قالب‏ريزي مي‏شوند و نمونه‏ ها باید يكنواخت بوده و به درستي نشانگر متغيرهاي مورد بررسی باشد. بزرگترين بعد سنگدانه ها به 20 میلیمتر و يا 4/0 ضخامت قرص محدود مي‏شود. قالب ها براي قالب‏گيري قرص‏ها بايد داراي ساختمان مقاوم و ساخته شده از مصالح سخت باشند. فولاد و يا u-PVC سخت، مناسب مي‏باشند. قالب بايد ترجيحا دارای قطر150 و عمق 50 میلیمتر باشد. رواداري ابعادی نیز به 1میلیمتر محدود می شود تا بدون نياز به هرگونه تغییر و تنظيم، با مشخصات محفظه نفوذپذيري سازگار باشد. اتصالات بايد بمنظور جلوگيري از نشت آب اختلاط و يا دوغاب، آب بندي شوند. گریس براي اين منظور می تواند مناسب ‏باشد.

از آنجايي كه شرايط عمل ‏آوري تاثير زیادی بر نفوذپذيري بتن دارد، عمل‏ آوري بايد بدقت انجام شده و جزئیات كاملا رعایت گردد. اگر بيش از يك نمونه براي بررسي متغيرهاي معين قالب‏گيري شده باشد، بمنظور جلوگيري از پراكندگي زياد نتايج، باید مراقبت بود تا شرايط عمل آوری و آماده سازی یکسانی داشته باشند. استفاده از حداقل سه نمونه براي به‏دست آوردن نفوذپذيري بتن قالب‏گيري شده توصيه می گردد.

يك روش مرجع استاندارد براي آماده‏سازي نمونه‏ها مطابق زير مي‏باشد.

1) بتن در یک مرحله داخل قالب ریخته و روي ميز لرزان متراكم شود. سپس بتن اضافي با وسیله ای با لبه صاف، جدا شده و نمونه با يك ورقه پلاستيكي پوشانده شود.

2) عمل‏ آوري به مدت 24 ساعت در اتاق بخار با رطوبت بيش از 95% و دماي 2±20 انجام گيرد.

3) نمونه از قالب خارج شده و سطوح خارجی استوانه‏اي آن بمنظور جلوگيري از تبخير سطحي در مراحل خشك کردن،‏ با يك ورق پلاستيكي كاملا چسبنده پوشانده شود.

4) نمونه با ورقه پلاستيكي پوشانده و آب بندي شده و بطور عمودي (مثلا با تكيه بر سطح استوانه‏اي) به مدت 28 روز در دماي  2±20  قرار داده مي‏شود.

5) پلاستيك را جدا کرده و نمونه تحت شرایط آماده سازی که در ادامه می آید، قرار مي‏گيرد.

3-4-2- نمونه هاي مغزه گیری شده: اين روش براي آزمايش نمونه مغزه گیری شده از بتن يك سازه بكار مي‏رود. در انتخاب مغزه براي اهداف اين آزمايش، نمونه ها نباید در عمليات برش و نمونه گیری ترك خورده و يا آسیب ببینند. مناسب‏ترين قطر مغزه براي اين آزمايش 150 میلیمتر مي‏باشد كه مي‏توان آن را به صورت نمونه هاي قرصي با ضخامت 50 میلیمتر برش داد. مغزه هاي با قطر كوچكتر و حتي نمونه با شكل‏هاي نامنظم مي‏تواند پس از قرارگيري در يك رزين مناسب و غيرقابل نفوذ، براي ايجاد نمونه هاي مركب با سطح نفوذ موثر كاهش يافته بكار برده شود. نمونه با ضخامت هاي كمتر از استاندارد 50 میلیمتر توسط فاصله دهنده هايي، در محفظه نفوذپذيري قرار داده مي‏شود. در موارد كم بودن قطر و يا ضخامت، كه از رزين استفاده ‏شده است، تفسير نتايج نفوذپذيري مشکل تر و همراه با عدم اطمينان بيشتر خواهد بود. در هر حال نتايج بدست آمده از نمونه‏هاي خارج از استاندارد نبايد مستقيما و بدون کالیبراسیون مناسب با نتايج نمونه‏هاي استاندارد مقايسه شوند.

3-4-3- شرايط آماده سازی نمونه: قبل از انجام آزمايش نفوذپذيري اكسيژن، بمنظور دستيابي به نتايج معني‏دار، بايد نمونه ‏هاي موجود را در شرايط رطوبتی يكسان قرار داد. اگر نمونه کاملا اشباع در این آزمایش تحت اختلاف فشار قرار گیرد، بدليل بسته شدن ارتباط منافذ براي عبور گاز اكسيژن، قرائت دبي سنج گاز ممكن نخواهد بود. رسیدن به شرايط رطوبتی اوليه استاندارد به دو روش زير قابل انجام خواهد بود.

روش A) نمونه ‏ها براي 28 روز در آزمايشگاه در دماي 2±20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 5±65% قرار می­گيرند. نمونه‏ ها بايد روي سطح استوانه‏اي تكيه داده شده و جريان هواي آزاد اطراف آنها وجود داشته باشد.

روش B) نمونه‏ ها به مدت 7 روز در يك اتاقك آزمايشگاهي در دماي 5±105 درجه سانتیگراد خشك می­شوند. سپس بمدت 3 روز در خشك کننده در دماي 2±20 درجه سانتیگراد قرار داده می شود.

روش A به علت شبیه سازی شرايط معمولي رويارويي با محيط، ترجيح داده مي‏شود. روش B نفوذپذيري هاي بزرگتري را نتيجه مي‏دهد.

 بايد توجه داشت كه تغییرات نسبت به روش های آماده سازی فوق در صورتي قابل قبول است كه تمام نمونه‏هاي تحت بررسي در شرايط نگهداري يكسان قرار داشته و تنها عملكرد نسبي و مقایسه آنها مدنظر باشد.

3-5- روش آزمایش

آزمايش نفوذپذيري بايد در شرایط آزمايشگاهی كنترل شده در دماي 2±20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 5±65% انجام شود.

ضخامت و قطر نمونه‏ ها با دقت 5/0 (یا 1/0) میلیمتر اندازه‏گيري شده و ميانگين 5 (یا 4) بار اندازه‏گيري از هر بعد کافی مي‏باشد.

نمونه‏ ها بايد وزن شوند. اگرچه وزن نمونه در تعيين نفوذپذيري منظور نمي‏شود، اما تعيين وزن در مواردي كه شرايط رطوبت نمونه در يك دوره زماني طولاني دچار تغيير شده و يا جابجایی نمونه توسط افراد، مفيد خواهد بود.

فشار جو (P_a) با حداقل دقت 10²´5 پاسکال (5 میلی بار) قرائت شود. نمونه را در سلول قرار داده و دستگاه سوار گردد و دورگیر با فشار تقریبی 7بار باد شود. حال بايد از نبود درز بويژه ميان سطح استوانه‏اي نمونه و دورگیر آن و همچنین از وجود نداشتن حباب در تمام اتصالات حتي دبي سنج اطمينان حاصل نمود. تمام موانع احتمالی در راه لوله ورودی اكسيژن برطرف گردد و درضمن باید مطمئن شد که تمام اجزاي دستگاه به درستی قابل بهره‏برداري هستند.

پنج (3 به پیشنهاد RILEM) مرحله فشار­مطلق ورودي را با توالي مثلا 5/1، 0/2، 5/2، 0/3 و 10⁵´5/3 پاسکال انتخاب نموده و در هر مرتبه، فشار با دقت حداقل 10²´5 پاسکال تعيين می گردد. در هر مرحله از فشار، بايد اجازه داد تا دبی جريان تثبيت شود كه معمولا اين زمان 5 تا 30 دقيقه مي‏باشد. دبی تقریبا هر 5 دقيقه قرائت شود تا زمانيكه اختلاف بين قرائت­هاي متوالي كمتر از3% باشد، بحالت پایدار رسیده­است (زمان عبور حباب داخل لوله دبی­سنج از ابتدا تا انتها اندازه گیری می­شود و سپس حجم لوله به زمان عبوری تقسیم می­گردد). در اين لحظه حداقل 2 بار با فاصله كم قرائت را انجام داده و دبي جريان (Q_i) براي آن مرحله از فشار ثبت می گردد. قبل از قرائت در دبی سنج، بهترست بدنه داخلی لوله ها با محلول آب صابون تر شود. حال فشار را در مرحله بعد افزايش داده و شيوه تثبيت دبی جريان تكرار می شود. تعيين دبي جريان (Q_i) بعد ازرسیدن به فشار حداکثر، یک بار دیگر ولی به صورت کاهش فشارتا رسیدن به حداقل فشار تكرار می گردد. سپس ميانگين دو دبي جريان برای هر فشار محاسبه می شود ( ) و نهايتا ضريب نفوذ پذیری هر فشار (K_i) بدست آمده و در انتها ضریب نفوذپذیری متوسط گیری 5 ضریب بدست آمده از فشارهای مختلف بدست می آید.

توصیه می شود که نمودار Q_i برحسب (P²-P_i²) رسم شود. اين نمودار تشخیص نتايجی که از حالت خطي بیرون هستند و همچنین يافتن نتايج غيرمعقول، به‏ طور مثال ناشي از رفتار غيرعادي دستگاه، را آسان مي‏نمايد. البته انحراف قاعده دار از حالت خطي و قوس محدب ملایم، طبيعي مي‏باشد. تحدب با افزايش مقدار نفوذپذيري متوسط، افزايش مي‏يابد. انحراف از حالت خطی عمدتا به علت دقت كم در فرض خطي بودن جريان اكسيژن درون بتن مي‏باشد.