آزمایش جمع شدگی بتن

آزمایش جمع شدگی بتن

 ۱- جمع شدگی

      یکی از مهمترین آزمایش‌ها برای بررسی خواص سازگاری ابعادی بتن ترمیمی با بتن پایه، آزمایش جمع شدگی می‌باشد. بطور معمول، مصالح ترمیمی با خاصیت جمع شدگی کمتر، سازگاری ابعادی بهتری با بتن پایه سازه خواهد داشت و احتمال ترک خوردگی در سطح ترمیم کمتر خواهد بود.

شکل (۱) نحوه اندازه‌گیری میزان جمع شدگی نمونه های بتنی، نحوه نگهداری و نمایی از اتاق اندازه گیری جمع شدگی و خزش بتن را نشان می‌دهد. در این شکل اتاق اندازه گیری جمع شدگی و خزش در انستیتو مصالح ساختمانی دانشگاه تهران نشان داده شده است. این اتاق مجهز به سیستم گرمایشی، سرمایشی و رطوبتی خودکار بوده و طوری تنظیم شده است که حرارت اتاق در ۱±۲۵ درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی ۲±۵۰ درصد ثابت بماند. برای بالا بردن حرارت اتاق در مواقع لازم (در دمای کمتر از ۲۴ درجه سانتیگراد دستگاه حرارت زا روشن می شود)، ترموستات حرارتی به صورت خودکار جریان برقی را به دستگاه حرارت زا اعمال کرده و دستگاه شروع به کار می کرد (دستگاه حرارت زا در دمای ۲۶ درجه سانتیگراد خاموش می شود). دستگاه حرارت زا مجهز به فن هایی است که حرارت را در داخل اتاق به چرخش درمی آورد و احتمال تمرکز حرارتی را در یک نقطه کم می کند. در دماهای بیشتر از ۲۶ درجه سانتیگراد فن های اتاق شروع به کار کزده و با تبادل حرارتی با فضای بیرونی اتاق، دمای اتاق را به ۲۴ درجه سانتیگراد رسانده و خاموش می شوند. ترموستات رطوبتی نیز کارکردی مشابه ترموستات حرارتی دارد. در رطوبت های کمتر از ۴۸ درصد دستگاه رطوبت ساز شروع به کارکرده و رطوبت اتاق را تا ۵۲ درصد بالا می برد. در رطوبت های بیشتر از ۵۲ درصد نیز فن های اتاق شروع به کار کرده و رطوبت اتاق را از طریق تهویه هوای اتاق با هوای بیرون اتاق به ۴۸ درصد رسانده و خاموش می شوند. دستگاه رطوبت سازی که برای بالا بردن درصد رطوبت نسبی اتاق استفاده شده است، از نوع رطوبت ساز سرد بوده و تاثیری در میزان حرارت اتاق ایجاد نمی کند. ظرفیت اتاق برای آزمایش جمع شدگی بتن وخزش خمشی تیر های بتنی که در ادامه توضیح داده خواهد شد، به ترتیب ۵۰ و۱۲عدد می باشد. در ساخت این اتاق سعی شده است تا کمترین تبادل حرارتی و رطوبتی با فضای بیرون از اتاق داشته باشد برای این منظور یک لایه پشم شیشه ضخیم به دیواره ها، سقف و در اتاق کشیده شده است.

شکل ۱- نحوه نگهداری، اندازه‌گیری میزان جمع شدگی نمونه های بتنی و نمایی از اتاق اندازه گیری جمع شدگی و خزش بتن (آزمایشگاه انستیتو مصالح ساختمانی دانشکده فنی)

۲-    خزش خمشی

     یکی از پارامترهای موثر در پایداری ابعادی بتن های ترمیمی، رفتار خزشی بتن های ترمیمی در المان های مختلف سازه ای است و می‌تواند در پایایی و یا عدم پایایی ترمیم‌های انجام شده تاثیرگذار باشد.

محیط حرارتی و رطوبتی اتاق برای نمونه‌های خزشی مانند نمونه‌های جمع‌شدگی که در قسمت قبل توضیح داده شد، می‌باشد. دهانه تیر mm 1200 بوده و قابلیت تبدیل به دهانه mm1600 را نیز دارد. برای بارگذاری از وزنه‌های چدنی در فاصلهmm  ۳۵۰ از هر تکیه‌گاه استفاده شده است. وزن این بارها در هر طرف به اندازه kg 35 بوده و بیشترین تنش خمشی را که در وسط دهانه ایجاد می‌کنند در حدود MPa 1 می‌باشد. شکل وزنه‌ها طوری انتخاب شده است که امکان باربرداری استاتیکی را برای نمونه‌ها ایجاد کنند. برای بررسی رفتار خزشی تیرهای بتنی، خیز وسط دهانه به صورت پیوسته با استفاده از سنسورهای LVDT قرائت شده و این قرائت ها توسط دستگاه ثبت داده‌ها در یک رایانه ذخیره می‌شوند. شکل (۲) نمونه های تیرهای خمشی تحت خزش و نحوه بارگذاری را نشان می‌دهد. مقادیر خیز بدست آمده برای نمونه‌های خزشی مجموع خیز ناشی از بارگذاری و خیز وزن خود تیر است.

شکل ۲- نمونه های تیرهای خزشی تحت خمش و نحوه بارگذاری نمونه ها

۳-   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 می کنند از این رو آزمایش های متداولی که برای تعیین روانی و کارایی بتن کاربرد دارند را نمی توان برای بتن غلتکی بکار برد. همچنین با توجه به نوع تراکم خاص این نوع بتن می بایست تعیین میزان روانی آن نیز بصورتی اندازه گیری 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 می گردد.

۲- روش انجام پروژه

۲-۱-قالب

قالب مورد استفاده در این روش استوانه ای به قطر داخلی ۲±۲۴۱ میلیمتر و ارتفاع ۲±۱۹۷ میلیمتر و ضخامت جدار ۲±۶ میلیمتر است.

۲-۲-میز لرزه وب (VeBe)

این میز یک الکتروموتور را در خود جای داده است، ارتعاشی با حرکت سینوسی با فرکانس HZ60 و با دامنه ۰۸/۰±۴۳/۰ میلیمتر را ایجاد می کند. وزن تقریبی دستگاه باید در حدود ۹۵ کیلوگرم باشد.

۲-۳-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.

۲-۴-سربار

سربار یک استوانه فلزی به همراه یک میله فلزی به طول ۴۶۰ میلیمتر و به قطر ۲±۱۶ میلیمتر می باشد. قطر سربار ۲±۱۴۶میلیمتر و وزن آن ۷/۰±۷/۲۲کیلوگرم می باشد که شامل وزن میله نیز می شود.

۲-۵-روش انجام آزمایش

پس از ثابت کردن قالب روی دستگاه مقدار ۷/۰±۴/۱۳کیلوگرم از بتن را یکجا درون قالب ریخته و با میله فلزی پیش تراکم در آن ایجاد می کنیم. سپس سربار را روی آن قرار داده و دستگاه را روشن می کنیم. زمان تشکیل یک حلقه از شیره بتن در قالب معرف کارایی مخلوط می باشد.

انجام آزمایش تعیین روانی بتن غلتکی در آزمایشگاه توسط میز وب

آزمایش تعیین پتانسیل واکنش قلیایی-سیلیسی سنگدانه

خرابی بتن به‏ دلیل واکنش انبساطی بین اجزای سیلیسی برخی از سنگدانه‏ ها و اکسیدهای سدیم و پتاسیم سیمان در مناطق مختلفی از جهان رخ داده است. انبساط، بسته شدن درزها، جابجایی اعضای سازه‏ای و ماشین‏آلات، ترک‏خوردگی ، ترشح ژل قلیایی- سیلیکاتی از ترکها یا حفره‏ها که پس از مدتی به شکل رسوب ژلی یا سخت برروی سطح بتن به‌وجودمی‏آید و بیرون‏پریدگی، از نشانه‏های معمول واکنش قلیایی- سیلیسی هستند. بایستی توجه داشت. این واکنش بین اجزای سیلیسی فعال سنگدانه‏ ها و قلیایی‏های موجود در سیمان اتفاق می‏افتد. شکل‏های فعال سیلیس عبارتند از: اوپال (بی‏شکل)، کلسدونی (بلورهای الیافی) و تریدیمیت (Tridymite). این مواد واکنش‏زا در چرت‏های اوپالینی یا چرت‏های کلسدونیک، سنگ آهک سیلیسی، ریولیت و توف‏های ریولیتی، داسیت و توف‏های داسیتی، آندزیت و توف‏های آندزیتی و فیلیت‏ها وجود دارند. شیشه مصنوعی (ساخت انسان) مانند شیشه بطری هنگامی که به‌عنوان یک ماده آلاینده در سنگدانه ‏های مرغوب وجود داشته باشد، ممکن است واکنش‏زا باشد. سنگدانه‌های بازیافت شده که محتوی خرده شیشه می‌باشند،نباید در بتن سازه‌ای به‌کار رود.

این واکنش با حمله هیدروکسیدهای قلیایی که از قلیایی‏های موجود در سیمان (Na2O و K2O) مشتق می‏شوند بر کانی‏های سیلیسی موجود در سنگدانه‏ ها آغاز می‏گردد. در نتیجه یک ژل قلیایی سیلیسی در صفحات ضعیف یا در منافذ سنگدانه‏ ها (جایی که سیلیس فعال وجود دارد) یا بر سطح ذرات سنگدانه‏ ها ایجاد می‏شود. در مورد اخیر، یک منطقه سطحی تغییر یافته مشخص به وجود می‏آید که می‏تواند پیوستگی بین سنگدانه‏ها و خمیر هیدراته شده اطراف خود را از بین برد.

اگرچه با مصالح معین می‏توان احتمال وقوع واکنش قلیایی سنگدانه‏ ها را پیش‌بینی نمود، اما معمولاً نمی‏توان میزان خسارت را فقط از معلومات مقادیر مواد واکنش‏زا تخمین زد. برای مثال واکنش‏زایی واقعی سنگدانه‏ ها تحت تأثیر اندازه ذرات و تخلخل آنها قرار می‏گیرد،  زیرا این عوامل بر سطوحی که روی آن واکنش انجام‌پذیر است اثر می‏گذارند. از آنجا که مقدار قلیایی‏ها فقط بستگی به سیمان دارد، بنابراین تمرکز آنها در سطح واکنش‏زای سنگدانه‏ ها توسط وسعت این سطح کنترل خواهد شد. در محدوده معین، هراندازه مقدار قلیایی سیمان بیشتر باشد و همچنین برای ترکیب معینی از سیمان هرچه ذرات سیمان نرم‏تر باشند، انبساط بتن ساخته‌شده با سنگدانه‏ های واکنش‏زا، بیشتر خواهد بود.

یکی از راهکارهای جلوگیری از انبساط بتن در اثر واکنش قلیایی- سیلیسی، بکار نبردن سنگدانه‏های واکنش‌زا است. گاهی این‌کار، یعنی به‌کار نبردن این‌گونه سنگدانه‏ها، از نظر اقتصادی توجیه‏پذیر نمی‏باشد.  برای کاهش پتانسیل واکنش می‏توان مقدار قلیایی‏های سیمان را به حد قابل قبولی محدود کرد، از یک پوزولان فعال یا روباره آسیاب شده استفاده کرد و یا ترکیبی از این دو را به‌کار برد.

۱-۱۱-۱- خلاصه روش آزمایش

در این بررسی از روش آزمایش استاندارد شماره ۸۷۵۳ ایران و ASTM C1260 برای ارزیابی قابلیت واکنش‌زایی مصالح سنگی استفاده شده است.

تهیه و تدارک سنگدانه : همه سنگدانه‏ها به‌نحوی که در این روش آزمایش مطابق با الزامات شرح داده شده در جدول زیر به‌کار می‏رود، دانه بندی می‌شود.

الزامات دانه‏ بندی
اندازه الک		درصد جرمی
رد شده از الک (میلیمتر)	مانده از الک (میلیمتر)
۷۵/۴ (نمره ۴)	۳۶/۲ (نمره ۸)	۱۰
۳۶/۲ (نمره ۸)	۱۸/۱ (نمره ۱۶)	۲۵
۱۸/۱ (نمره ۱۶)	۶۰/۰(نمره ۳۰)	۲۵
۶۰/۰(نمره ۳۰)	۳۰/۰ (نمره۵۰)	۲۵
۳۰/۰(نمره۵۰)	۱۵/۰ (نمره ۱۰۰)	۱۵

برای دانه بندی شن بعد از شکستن آن‌ها به منظور تامین مصالح با اندازه های ذکر شده در جدول بالا آمده است، با توجه به طرح اختلاط ارائه گردیده ۵۰ درصد از شن نخودی و ۵۰ درصد از شن بادامی با هم مخلوط گردیده و آزمایش بر روی مخلوط شن نخودی و بادامی انجام می شود.

بعد از اینکه سنگدانه‏ها در اندازه‏های مختلف الک جدا شدند، برای جدا کردن گرد و غبار و ذرات ریز چسبیده از روی سنگدانه‏های هرقسمت، بر روی محتویات هرالک آب افشانده شده و شسته می‌شوند. هر یک از این بخش‏ها به طور مجزا در محفظه تمیزی که دارای روکش ضد آب است، ذخیره می‌شود.

انتخاب و تهیه سیمان

سیمان شاهد: از سیمان پرتلندی که مطابق الزامات و مشخصات ASTM C150 است، استفاده می‌شود. علاوه بر این، انبساط اتوکلاو در روش آزمایش ASTM C151 بایستی کمتر از ۲/۰ درصد باشد. قبل از استفاده  ازسیمان مورد نظر، به منظور جدا کردن کلوخه‏ها  آن را از الک ۸۵۰ (نمره ۲۰) عبور می‌دهند.

تهیه آزمونه ‏های آزمایش

تعداد آزمونه‏ها : برای هر ترکیب سیمان- سنگدانه، حداقل سه آزمونه تهیه می‌شود.

نسبت اختلاط ملات: مصالح خشک برای ملات آزمایش با استفاده از ۱ بخش سیمان به ۲۵/۲ بخش سنگدانه دانه‏بندی شده بصورت جرمی، پیمانه می‌شود. مقدار مصالح خشک که باید در یک زمان در بچ ملات برای ساخت ۳ آزمونه مخلوط شوند، دارای ۴۴۰ گرم سیمان و ۹۹۰ گرم سنگدانه است که با ترکیب دوباره بخش‏های مانده روی الک‏های متفاوت در دانه‏بندی شرح داده شده در جدول ۱-۱، ساخته می‌شوند. در این اختلاط نسبت آب به سیمان برابر ۴۷/۰ وزنی به‌کار می‌رود.

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

ذخیره سازی اولیه و خواندن

 هر قالب بلافاصله بعد از پر شدن، در محفظه یا اتاق مرطوب قرار داده می‌شود. آزمونه‏ها به مدت h2 24 در قالب باقی ‌مانده و سپس آزمونه‏ها از قالب خارج شده و قرائت مقایسه‏ای اولیه صورت می‌گیرد. آزمونه‏ های ساخته شده با هر نمونه سنگدانه در محفظه نگهداری که حاوی محلول کافی است،  قرار داده می‌شوند. محفظه در اون یا حمام آب با دمای ۲ ۸۰ ( ۶/۳ ۱۷۶) برای دوره ۲۴ ساعته قرار داده شده و درزگیری می‌گردد.

قرائت‏ های صفر

 محفظه‏ها در یک لحظه از اون یا حمام آب خارج شده و محفظه‏ های دیگر تنها بعد از اینکه منشورهای محفظه‏ اول اندازه‏ گیری شده‏اند و به اون یا حمام آب برگردانده شدند، خارج می‌گردد.

منشور‏ها در یک لحظه از آب خارج شده و با توجه مخصوص به ۲ شاخص فلزی، سطح آنها با حوله خشک می‌شود. قرائت صفر هریک از منشور‏ها بلافاصله بعد از خشک شدن انجام می‌شود. فرایند خشک کردن و خواندن، s5 15 بعد از خارج کردن آزمونه از آب انجام می‌پذیرد. بعد از قرائت، آزمونه روی حوله قرار گرفته تا قرائت ‏های سایر منشورها انجام گیرد. همه آزمونه‏ هایی که با یک نمونه سنگدانه ساخته شده‏اند در محفظه با NaOH یک‏ نرمال کافی در دمای ۲ ۸۰ ( ۶/۳ ۱۷۶)، قرار داده می‌شوند. محفظه درزگیری شده و به اون یا حمام آب برگردانده می‌شود.

نگهداری و اندازه‏گیری بعدی

قرائت کمپراتور بعدی آزمونه‏ها در زمان‏های معین با حداقل ۳ قرائت میانه برای ۱۴ روز بعد از قرائت صفر، تقریباً در ساعت مشابه هر روز انجام می‌شود. اگر قرائت‏ها شامل دوره بعد از ۱۴ روز باشد، حداقل یک قرائت در هر هفته انجام می‌شود.

محاسبه مقدار انبساط

تفاوت بین قرائت صفر آزمونه و قرائت هر دوره با دقت ۰۰۱/۰ درصد  طول گیج محاسبه شده و به عنوان انبساط آزمونه برای آن دوره ثبت می‌گردد. متوسط انبساط سه آزمونه ترکیب سیمان- سنگدانه مورد نظر تا نزدیک ۰۰۱/۰ درصد به عنوان انبساط آن ترکیب در دوره مورد نظر گزارش می‌شود.

ارزیابی مصالح سنگی

با توجه به مطالب علمی منتشر شده و نتایج بدست آمده:

۱-    انبساط کمتر از ۱/۰ درصد در ۱۶ روز بعد از قالب‏گیری، در اکثر موارد نشان دهنده رفتار بی‏خطر است. استانداردASTM ذکر می‏کند که بعضی از گنیس‏های گرانیتی و متابازالت‏ها، با آن که این دارای انبساط کمتر از ۱/۰ درصد در ۱۶ روز بعد از قالب‏گیری بوده‌اند،  دارای انبساط زیان آور می‌باشند.در مواجهه با چنین سنگدانه‏هایی، توصیه می‏شود که کارآمدی در این مورد، از قبل مورد تحقیق قرار گیرد.

۲-    انبساط بیشتر از ۲/۰ درصد در ۱۶ روز بعد از قالب‏گیری، نشان دهنده پتانسیل انبساط زیان آور می‏باشد.

۳-    انبساط بین ۱/۰ درصد و ۲/۰ درصد در ۱۶ روز بعد از قالب‏گیری شامل سنگدانه‏ هایی می‏باشد که در زمینه کارایی، هم بی‏خطر و هم زیان آور است. در چنین وضعیتی، ممکن است انجام قرائت مقایسه‏ای تا ۲۸ روز، مفید 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

۱- مقدمه

خاصیتی که میزان آسانی عبور سیال از ماده بخاطر وجود اختلاف فشار را نشان می دهد نفوذپذیری می گویند. ضریب نفوذپذیری مشخصه ای از بتن است که بوسیله آن می توان 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 می کند، بنابراین ضریب نفوذپذیری بیان کننده قابلیت بتن برای سهولت و یا صعوبت ورود سیال به داخل محیط متخلخل بتن می باشد. به همین دلیل در بسیاری از منابع معتبر نفوذپذیری به عنوان مهمترین عامل دوام بتن مطرح شده است.

۲- گستره آزمایش

این روش برای بتن هایی با طرح اختلاط معمولی مناسب می‏باشد. ضریب نفوذپذیری ظاهری در برابر اکسیژن یا نیتروژن (K) برای بتن‏های با محدوده مقاومت بین ۱۵ تا ۵۵ مگاپاسکال در این روش آزمایش، در حدود۱۴-۱۰ تا ۱۹-۱۰ (متر مربع) انتظار می رود. این روش برای نمونه‏ های قالب‏گیری شده و یا مغزه گیری شده‏ای قابل اجراست که رواداری ابعادی تعیین شده برای دستگاه (که در ادامه می آید) را دارا باشند. عدم رعایت نکات توصیه شده، در مورد دستگاه و نحوه انجام آزمایش، لزوما نتایج قابل مقایسه‏ای با نتایج بدست آمده از این روش نخواهد داشت.

۳- اصول و روابط حاکم

مبنای آزمایش، رابطه Hagen-Poiseuille (رابطه اصلاح شده دارسی) که برای جریان خطی یک سیال تراکم پذیر درون یک جسم متخلخل با حفرات ریز تحت شرایط حالت پایدار می باشد. رابطه مذکور برای تعیین ضریب نفوذپذیری ذاتی، K، (مترمربع) به شکل زیر بیان می گردد.

 که در آن Q دبی جریان سیال (مترمکعب بر ثانیه)، A سطح مقطع نمونه (مترمربع)، L ضخامت نمونه در جهت جریان (متر)، h لزجت دینامیکی سیال در دمای آزمایش (پاسکال ثانیه)، P فشار مطلق ورودی (پاسکال)، Pa فشار مطلق خروجی یا فشار جو (پاسکال) و P0 فشاری است که در آن دبی جریان تعیین می گردد (برابر فشار جو).

در این آزمایش سیال مورد استفاده گاز اکسیژن می باشد که در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد دارای لزجت دینامیکی۵-۱۰´۰۲/۲ پاسکال ثانیه می باشد. نمونه مرجع استاندارد در این روش، استوانه ای به قطر۱۵۰ و ضخامت ۵۰ میلیمتر انتخاب شده است. با توجه به این مقادیر معلوم، رابطه فوق به صورت زیر ساده می‏شود.

هر کدام از دو رابطه فوق بسته به شرایط می‏تواند مورد استفاده قرار ‏گیرد.

۳-۳-دستگاه آزمایش

در ادامه مشخصات دستگاه برای دستیابی به دقت ۱% در تعیین ضریب نفوذپذیری ظاهری، ارائه  می گردد. این مشخصات برای بتن های معمولی مناسب و کافی می باشد، ولی با توجه به شرایط می‏توان سخت‏گیری کمتر یا بیشتری را اعمال نمود.

- نمای کلی دستگاه در شکل ۳-۱ مشاهده می شود. اجزای مورد نیاز آزمایش شامل کپسول اکسیژن همراه با شیر فشارشکن، تنظیم کننده دقیق فشار، فشارسنج، محفظه نفوذپذیری، دبی سنج و زمان سنج می باشد.

نمای کلی دستگاه نفوذ اکسیژن

- کپسول‏های اکسیژن موجود در بازار که یک شیر معمولی فشارشکن روی آن نصب شده باشد، مناسب است.

-  تنظیم‏کننده فشار باید توانایی کنترل فشار ورودی محفظه در محدوده فشار مطلق ۱۰۵´۱ تا ۱۰۵´۶ پاسکال (۱ تا ۶ بار) با درجات ۱۰۵´۵/۰پاسکال را داشته باشد. درضمن باید بتواند میزان فشار را با دقت %۱ فشار انتخاب شده به مدت حداقل ۳۰ دقیقه ثابت نگه دارد.

-  فشارسنج باید فشار را با دقت حداقل ۶/۰% در محدوده فشار ۱۰۵´۵ پاسکال نشان دهد. درجه‏بندی روی فشارسنج نباید متجاوز از ۱۰۲´۵ پاسکال باشد.

-  محفظه باید برای فشار به میزان ۱۰۵´۵ پاسکال طراحی شده باشد. سه نوع محفظه مختلف در شکل۳-۲ دیده می شود. محفظه ای که بیشتر مورد استفاده می باشد در شکل ۳-۳ دیده می شود. محفظه باید چهار ویژگی اساسی داشته باشد. اول اینکه، دارای یک دورگیر روی سطح جانبی نمونه بتنی باشد و اطراف نمونه را عایق و آب بند نماید. جنس این دورگیر می‏تواند پلی وینیل کلراید نرم (PVC)، لاستیک پلی‏ اورتان سرد قالب‏گیری شده و یا انواع دیگر باشد. دوم اینکه، بستی که دورگیر را اطراف نمونه محکم می کند می‏تواند یک حلقه صلب با اتصال پیچ و یا یک دستگاه تحت فشار مانند یک تیوب استاندارد باشد که در یک فضای محبوس واقع شده و تا فشار ۵ تا ۱۰۵´۱۵ پر شود. این تیوب تحت فشار می‏تواند با تغییر قطر نمونه تا ۱۰ میلیمتر سازگاری 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

-  دبی سنج حجمی گاز می‏تواند از نوع حباب صابون استفاده گردد. لوله شیشه‏ ای با درجه‏ بندی حجمی باید دارای سطح مقطعی باشد که امکان اندازه‏گیری حجم معین گاز عبوری با یک حباب را در یک فاصله زمانی معین با حداقل دقت ۱% فراهم نماید. انواعی از این نوع لوله‏ ها که دامنه تغییرات حجم کافی را فراهم کند، برای سازگاری با دامنه تغییرات نفوذپذیری‏ بتن ها مورد نیاز خواهد بود. معمولا، حجم دبی سنج در محدوده ۱ تا ۱۰۰ میلی لیتر (پیشنهاد RILEM: 1، ۵، ۱۵ و ۱۵۰ میلی لیتر) و قطر لوله در حدود ۲ تا ۲۰ میلیمتر می باشد. زمان بهینه عبور حباب داخل لوله از ۲۰ تا ۶۰ ثانیه است.

-  یک زمان سنج برای اندازه‏گیری فاصله زمانی با دقت ۱/۰ ثانیه کافی می‏باشد.

-  وسیله اندازه گیری ابعاد نمونه ها با دقت ۵/۰ میلیمتر (پیشنهاد RILEM 1/0 میلیمتر)

۳-۴- آماده سازی نمونه ها

نمونه ‏ها قالب‏گیری شده و یا مغزه گیری شده هستند.

۳-۴-۱-نمونه‏های قالب‏گیری شده: این روش می‏تواند برای تعیین مشخصات یک بتن با مصالح، نسبت اختلاط، روش تراکم، شرایط عمل‏ آوری و شرایط در معرض مشخص بکار رود. با این شرایط، نمونه‏ های قرصی قالب‏ریزی می‏شوند و نمونه‏ ها باید یکنواخت بوده و به درستی نشانگر متغیرهای مورد بررسی باشد. بزرگترین بعد سنگدانه ها به ۲۰ میلیمتر و یا ۴/۰ ضخامت قرص محدود می‏شود. قالب ها برای قالب‏گیری قرص‏ها باید دارای ساختمان مقاوم و ساخته شده از مصالح سخت باشند. فولاد و یا u-PVC سخت، مناسب می‏باشند. قالب باید ترجیحا دارای قطر۱۵۰ و عمق ۵۰ میلیمتر باشد. رواداری ابعادی نیز به ۱میلیمتر محدود می شود تا بدون نیاز به هرگونه تغییر و تنظیم، با مشخصات محفظه نفوذپذیری سازگار باشد. اتصالات باید بمنظور جلوگیری از نشت آب اختلاط و یا دوغاب، آب بندی شوند. گریس برای این منظور می تواند مناسب ‏باشد.

از آنجایی که شرایط عمل ‏آوری تاثیر زیادی بر نفوذپذیری بتن دارد، عمل‏ آوری باید بدقت انجام شده و جزئیات کاملا رعایت گردد. اگر بیش از یک نمونه برای بررسی متغیرهای معین قالب‏گیری شده باشد، بمنظور جلوگیری از پراکندگی زیاد نتایج، باید مراقبت بود تا شرایط عمل آوری و آماده سازی یکسانی داشته باشند. استفاده از حداقل سه نمونه برای به‏دست آوردن نفوذپذیری بتن قالب‏گیری شده توصیه می گردد.

یک روش مرجع استاندارد برای آماده‏سازی نمونه‏ها مطابق زیر می‏باشد.

۱) بتن در یک مرحله داخل قالب ریخته و روی میز لرزان متراکم شود. سپس بتن اضافی با وسیله ای با لبه صاف، جدا شده و نمونه با یک ورقه پلاستیکی پوشانده شود.

۲) عمل‏ آوری به مدت ۲۴ ساعت در اتاق بخار با رطوبت بیش از ۹۵% و دمای ۲±۲۰ انجام گیرد.

۳) نمونه از قالب خارج شده و سطوح خارجی استوانه‏ای آن بمنظور جلوگیری از تبخیر سطحی در مراحل خشک کردن،‏ با یک ورق پلاستیکی کاملا چسبنده پوشانده شود.

۴) نمونه با ورقه پلاستیکی پوشانده و آب بندی شده و بطور عمودی (مثلا با تکیه بر سطح استوانه‏ای) به مدت ۲۸ روز در دمای  ۲±۲۰  قرار داده می‏شود.

۵) پلاستیک را جدا کرده و نمونه تحت شرایط آماده سازی که در ادامه می آید، قرار می‏گیرد.

۳-۴-۲- نمونه های مغزه گیری شده: این روش برای آزمایش نمونه مغزه گیری شده از بتن یک سازه بکار می‏رود. در انتخاب مغزه برای اهداف این آزمایش، نمونه ها نباید در عملیات برش و نمونه گیری ترک خورده و یا آسیب ببینند. مناسب‏ترین قطر مغزه برای این آزمایش ۱۵۰ میلیمتر می‏باشد که می‏توان آن را به صورت نمونه های قرصی با ضخامت ۵۰ میلیمتر برش داد. مغزه های با قطر کوچکتر و حتی نمونه با شکل‏های نامنظم می‏تواند پس از قرارگیری در یک رزین مناسب و غیرقابل نفوذ، برای ایجاد نمونه های مرکب با سطح نفوذ موثر کاهش یافته بکار برده شود. نمونه با ضخامت های کمتر از استاندارد ۵۰ میلیمتر توسط فاصله دهنده هایی، در محفظه نفوذپذیری قرار داده می‏شود. در موارد کم بودن قطر و یا ضخامت، که از رزین استفاده ‏شده است، تفسیر نتایج نفوذپذیری مشکل تر و همراه با عدم اطمینان بیشتر خواهد بود. در هر حال نتایج بدست آمده از نمونه‏های خارج از استاندارد نباید مستقیما و بدون کالیبراسیون مناسب با نتایج نمونه‏های استاندارد مقایسه شوند.

۳-۴-۳- شرایط آماده سازی نمونه: قبل از انجام آزمایش نفوذپذیری اکسیژن، بمنظور دستیابی به نتایج معنی‏دار، باید نمونه ‏های موجود را در شرایط رطوبتی یکسان قرار داد. اگر نمونه کاملا اشباع در این آزمایش تحت اختلاف فشار قرار گیرد، بدلیل بسته شدن ارتباط منافذ برای عبور گاز اکسیژن، قرائت دبی سنج گاز ممکن نخواهد بود. رسیدن به شرایط رطوبتی اولیه استاندارد به دو روش زیر قابل انجام خواهد بود.

روش A) نمونه ‏ها برای ۲۸ روز در آزمایشگاه در دمای ۲±۲۰ درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی ۵±۶۵% قرار می گیرند. نمونه‏ ها باید روی سطح استوانه‏ای تکیه داده شده و جریان هوای آزاد اطراف آنها وجود داشته باشد.

روش B) نمونه‏ ها به مدت ۷ روز در یک اتاقک آزمایشگاهی در دمای ۵±۱۰۵ درجه سانتیگراد خشک می شوند. سپس بمدت ۳ روز در خشک کننده در دمای ۲±۲۰ درجه سانتیگراد قرار داده می شود.

روش A به علت شبیه سازی شرایط معمولی رویارویی با محیط، ترجیح داده می‏شود. روش B نفوذپذیری های بزرگتری را نتیجه می‏دهد.

 باید توجه داشت که تغییرات نسبت به روش های آماده سازی فوق در صورتی قابل قبول است که تمام نمونه‏های تحت بررسی در شرایط نگهداری یکسان قرار داشته و تنها عملکرد نسبی و مقایسه آنها مدنظر باشد.

۳-۵- روش آزمایش

آزمایش نفوذپذیری باید در شرایط آزمایشگاهی کنترل شده در دمای ۲±۲۰ درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی ۵±۶۵% انجام شود.

ضخامت و قطر نمونه‏ ها با دقت ۵/۰ (یا ۱/۰) میلیمتر اندازه‏گیری شده و میانگین ۵ (یا ۴) بار اندازه‏گیری از هر بعد کافی می‏باشد.

نمونه‏ ها باید وزن شوند. اگرچه وزن نمونه در تعیین نفوذپذیری منظور نمی‏شود، اما تعیین وزن در مواردی که شرایط رطوبت نمونه در یک دوره زمانی طولانی دچار تغییر شده و یا جابجایی نمونه توسط افراد، مفید خواهد بود.

فشار جو (Pa) با حداقل دقت ۱۰۲´۵ پاسکال (۵ میلی بار) قرائت شود. نمونه را در سلول قرار داده و دستگاه سوار گردد و دورگیر با فشار تقریبی ۷بار باد شود. حال باید از نبود درز بویژه میان سطح استوانه‏ای نمونه و دورگیر آن و همچنین از وجود نداشتن حباب در تمام اتصالات حتی دبی سنج اطمینان حاصل نمود. تمام موانع احتمالی در راه لوله ورودی اکسیژن برطرف گردد و درضمن باید مطمئن شد که تمام اجزای دستگاه به درستی قابل بهره‏برداری هستند.

پنج (۳ به پیشنهاد RILEM) مرحله فشار مطلق ورودی را با توالی مثلا ۵/۱، ۰/۲، ۵/۲، ۰/۳ و ۱۰۵´۵/۳ پاسکال انتخاب نموده و در هر مرتبه، فشار با دقت حداقل ۱۰۲´۵ پاسکال تعیین می گردد. در هر مرحله از فشار، باید اجازه داد تا دبی جریان تثبیت شود که معمولا این زمان ۵ تا ۳۰ دقیقه می‏باشد. دبی تقریبا هر ۵ دقیقه قرائت شود تا زمانیکه اختلاف بین قرائت های متوالی کمتر از۳% باشد، بحالت پایدار رسیده است (زمان عبور حباب داخل لوله دبی سنج از ابتدا تا انتها اندازه گیری می شود و سپس حجم لوله به زمان عبوری تقسیم می گردد). در این لحظه حداقل ۲ بار با فاصله کم قرائت را انجام داده و دبی جریان (Qi) برای 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 افزایش داده و شیوه تثبیت دبی جریان تکرار می شود. تعیین دبی جریان (Qi) بعد ازرسیدن به فشار حداکثر، یک بار دیگر ولی به صورت کاهش فشارتا رسیدن به حداقل فشار تکرار می گردد. سپس میانگین دو دبی جریان برای هر فشار محاسبه می شود ( ) و نهایتا ضریب نفوذ پذیری هر فشار (Ki) بدست آمده و در انتها ضریب نفوذپذیری متوسط گیری ۵ ضریب بدست آمده از فشارهای مختلف بدست می آید.

توصیه می شود که نمودار Qi برحسب (P2-Pi2) رسم شود. این نمودار تشخیص نتایجی که از حالت خطی بیرون هستند و همچنین یافتن نتایج غیرمعقول، به‏ طور مثال ناشی از رفتار غیرعادی دستگاه، را آسان می‏نماید. البته انحراف قاعده دار از حالت خطی و قوس محدب ملایم، طبیعی می‏باشد. تحدب با افزایش مقدار نفوذپذیری متوسط، افزایش می‏یابد. انحراف از حالت خطی عمدتا به علت دقت کم در فرض خطی بودن جریان اکسیژن درون بتن می‏باشد.