بررسی تاثیر کیفیت قالب مکعبی ۱۵۰x150x150 میلی‌متر بر نتایج مقاومت‌فشاری‌بتن

علی ذوالقدری^۱، محمدکربلایی علی^۲، محمدصادق چیت فروش زاده^۳، راضیه پاشائی^۴، سیناعلیزاده^۵، محسن تدین^۶، بابک احمدی^۷*

1. مسئول آزمایشگاه شرکت فهاب بتن
2. مدیر واحد مدیریت کیفیت شرکت فهاب بتن
3. مسئول امور مربوط به تولید شرکت فهاب بتن
4. کارشناس آزمایشگاه شرکت فهاب بتن
5. مسئول تحقیق و توسعه شرکت فهاب بتن
6. رئیس هیات مدیره انجمن بتن ایران
7. استادیار مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی

چکیده

یکی از عوامل تاثیر‌گذار بر نتایج مقاومت فشاری بتن که عموما در پروژه‌های عمرانی و تحقیقاتی به آن توجه کافی نشان داده نمی‌شود، کیفیت قالب آزمونه‌ها است. در این تحقیق، تاثیر کیفیت شش نوع قالب مکعبی ۱۵۰x150x150 میلی‌متر شامل دو نوع قالب فولادی و چهار نوع قالب پلاستیکی بر نتایج مقاومت فشاری بتن پانزده طرح مخلوط بتن در سنین مختلف بررسی شد. مشاهده شد که استفاده از بدترین قالب مورد بررسی، به‌طور متوسط سبب کاهش مقاومت فشاری اندازه‌گیری شده به مقدار ۱۸درصد نسبت به بهترین قالب شده است. این نتایج نشان می‌دهد که تاثیر قالب بر مقاومت فشاری بتن، می تواند بسیار قابل توجه باشد. این موضوع می‌تواند منجر به مشکلاتی همچون ارزیابی نادرست مقاومت فشاری بتن‌های اجرا شده در پروژه‌ها و طراحی نادرست طرح‌های مخلوط و در پی آن، اختلافات فنی و حقوقی بین دست‌اندر کاران مختلف بتن شود. همچنین در این مقاله، به منظور کمی سازی کیفیت قالب‌های مورد بررسی، دو پارامتر انحراف از گونیایی قالب و ناهمواری قالب تعریف شد. با انجام برازش خطی از نتایج به دست آمده، رابطه ای تجربی با دقت بالا برای تخمین اثر این دو پارامتر قالب بر ضریب کاهش مقاوم فشاری بتن ارائه شد. این رابطه نشان می‌دهد که هر چه انحراف از گونیایی قالب و ناهمواری قالب بیشتر شود، مقدار ضریب کاهنده تاثیر کیفیت قالب بر مقاومت فشاری بتن کمتر می‌گردد.

کلمات کلیدی: قالب، انحراف از گونیایی، ناهمواری‌ها، مقاومت فشاری

۱.مقدمه

یکی از عوامل تاثیر‌گذار بر نتایج مقاومت فشاری بتن که عموما در پروژه‌های عمرانی و تحقیقاتی به آن توجه کافی نشان داده نمی‌شود، کیفیت قالب آزمونه‌ها است. این در حالیست که در استاندارد ملی ایران به شماره ۱-۱۶۰۸ [۱] (معادل استاندارد ۱-۱۲۳۹۰ BS)[2] ضوابط مربوط به کیفیت قالب درج شده است. به همین دلیل، در این تحقیق، تاثیر کیفیت شش نوع قالب مکعبی ۱۵۰x150x150 میلی‌متر شامل دو نوع قالب فولادی و چهار نوع قالب پلاستیکی بر نتایج مقاومت فشاری بتن پانزده طرح مخلوط بتن در سنین مختلف بررسی شد. نتایج این تحقیق اهمیت پرداختن به مقوله کیفیت قالب‌های بتن برای اندازه‌گیری مقاومت فشاری را نشان می‌دهد.

۲.قالب‌های مورد استفاده در تحقیق

در ایران، به دلیل سهولت بیشتر، عموما تمایل بر این است که برای انجام آزمایش مقاومت فشاری بتن، از قالب‌های مکعبی استفاده شود و استفاده از قالب‌های استوانه‌ای رواج چندانی ندارد هرچند که ضوابط پذیرش و طراحی بتن در آئین نامه بتن ایران [۳] و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان [۴] بر مبنای آزمونه استوانه‌ای ۳۰۰×۱۵۰ میلی‌متر است و با اعمال ضرایبی، نتایج آزمون‌های مکعبی به نتایج استوانه‌ای تبدیل می‌شود. به همین دلیل، در این تحقیق، تاثیر کیفیت قالب‌های مکعبی بر نتایج مقاومت فشاری بتن مورد بررسی قرار گرفت.

شکل۱ ، تصاویر شش نوع قالب بررسی‌شده در این تحقیق را نشان می‌دهد. همانطور که در این شکل مشخص است، دو نوع قالب فولادی و چهار نوع قالب پلاستیکی بررسی شد. نام گذاری این قالب‌ها بر مبنای جنس، رنگ و قدیمی یا جدید بودن آنها انجام شده است. منظور از قالب‌های قدیمی، قالب‌هایی است که بیش از شش ماه از آنها استفاده شده است و منظور از قالب‌های جدید، قالب‌هایی است که به تازگی تهیه شده‌اند و کمتر از شش ماه از آنها استفاده شده است. قالب‌های فولادی به صورت سه تکه (دو قطعه L شکل وجوه جانبی + کف) و قالب‌های پلاستیکی به صورت یک تکه بودند. شش عدد از هر نوع قالب مورد بررسی به این اختصاص داده شد.

۳.نحوه تهیه آزمونه‌ها و انجام مقاومت فشاری

در مجموع، از پانزده بتن ساخته شده در بچینگ شرکت فهاب‌بتن با طرح مخلوط‌های مختلف نمونه‌گیری شد. آزمایش مقاومت فشاری آزمونه‌های تهیه شده در دو سن (عموما ۷روز و ۲۸روز) انجام شد. نتیجه مقاومت فشاری به دست آمده برای قالب‌ها در سنین مختلف، از میانگین نتایج دو تا شش آزمونه به‌دست آمده است. در مجموع، تعداد آزمونه‌های اخذ شده برابر ۳۳۲عدد بوده است.

۴.بررسی کیفیت قالب ها

در استاندارد ملی ایران به شماره ۱-۱۶۰۸ (معادل استاندارد ۱-۱۲۳۹۰ BS) دو پارامتر تخت بودن^۱ و قائم بودن^۲ سطوح قالب و آزمونه تعریف شده است. برخی از ضوابط مربوط به قالب مکعبی به شرح زیر است:

• رواداری مجاز تخت بودن چهار وجه جانبی قالب، در قالب‌های نو، ۰/۰۰۰۳ اندازه قالب و در قالب‌های استفاده شده،۰/۰۰۰۵ اندازه قالب به میلی‌متر است.
• رواداری تخت‌بودن رویه‌ی بالایی صفحه کف قال‌های نو ۰/۰۰۰۶ اندازه قالب به میلی‌متر و در قالب‌های استفاده شده ۰/۰۰۱ اندازه قالب به میلی‌متر است.
• رواداری قائم‌بودن سطوح جانبی قالب نسبت به یکدیگر، و همچنین نسبت به صفحه‌ی کف قالب، ۰/۵ میلی‌متر است.

در این تحقیق، دو پارامتر ناهمواری و انحراف از گونیایی برای نشان دادن مقدار تخت نبودن و قائم نبودن سطوح قالب تعریف و اندازه‌گیری آنها مطابق استاندارد ملی ایران به شماره ۱-۱۶۰۸ انجام شد. در شکل۲، تصویر اندازه‌گیری این دو پارامتر نشان داده شده است.

برای اندازه‌گیری ناهمواری، از یک نوار شیشه‌ای و ابزار فیلر‌سنج استفاده شد; به این صورت که نوار شیشه‌ای در جهات مختلف روی سطح قرار گرفت و بزرگترین اندازه فیلر عبوری از بین نوار شیشه‌ای و هر سطح قالب به عنوان ناهمواری آن سطح ثبت شد (شکل۲). میانگین ناهمواری به‌دست آمده از چهار سطح جانبی قالب که امکان قرار‌گیری زیر سطوح جک دستگاه اندازه‌گیری مقاومت فشاری را دارند، به عنوان نتیجه ناهمواری کل قالب محاسبه شد.

برای اندازه‌گیری انحراف از گونیایی، از یک گونیای فلزی و ابزار فیلرسنج استفاده شد; به این صورت که پس از قرار‌دادن دو وجه گونیای فلزی روی سطوح جانبی و کف قالب (شکل۲)، حداکثر مقدار فیلر عبوری بین هر سطح جانبی و گونیا به عنوان انحراف از گونیایی آن سطح جانبی اندازه گیری شد. البته لازم به ذکر است که این روش اندازه‌گیری انحراف از گونیایی وقتی میسر است که زاویه بین سطوح جانبی قالب و کف محدب باشد: زیرا در این صورت که می‌توان گونیا را روی این دو وجه قرار داد. البته برای خارج کردن آزمونه‌ها از قالب‌های یک تکه، لازم است که این زوایا محدب باشد. میانگین انحراف از گونیایی به دست آمده از چهار سطح جانبی قالب که امکان قرارگیری زیر سطوح جک دستگاه اندازه‌گیری مقاومت فشاری را دارند، به‌عنوان نتیجه انحراف از گونیایی کل قالب محاسبه شد.

۵.نتایج به دست آمده و تحلیل آنها

در شکل‌های۳تا۷، نتایج مقاومت فشاری آزمونه‌های تهیه شده با قالب‌های مختلف نسبت به قالب فولادی قدیمی(So) نشان داده شده است. علت این کار این است که از قالب فولادی قدیمی برای تهیه آزمونه از اکثر بتن‌های ساخته شده استفاده شده است. لذا بیشترین تعداد مقایسه نتایج قالب‌های مختلف نسبت به این قالب میسر بود. همانطور که پیشتر ذکر شد، هر نتیجه مقاومت میانگین دو تا شش آزمونه است.

برازش خطی و ضریب تعیین (R^۲) هر نمودار در شکل‌های ۳تا۷ نشان داده شده است. با توجه به روابط برازش خطی ارائه شده، می‌توان دریافت که شیب رابطه، نشان دهنده میانگین مقاومت هر قالب نسبت به قالب فولادی قدیمی (So) است. به‌طور مثال، با توجه به شکل ۴، می‌توان دریافت که نتایج مقاومت فشاری قالب پلاستیکی مشکی قدیمی (Bo) به طور میانگین۰/۹۸۴ نتایج مقاومت فشاری قالب فولادی قدیمی (So) است. مقادیر ضرایب تعیین (R^۲) برازش های خطی نمودارهای ارائه شده در شکل‌های ۳ تا ۷، به‌دلیل نزدیک بودن به مقدار یک، نشان دهنده دقت بالای برازش‌های انجام شده است.

در جدول۱ ، قالب های مورد بررسی بر اساس بهترین عملکرد، از بالا به پایین مرتب شده‌اند. همچنین در این جدول، نسبت نتایج مقاومت کلیه قالب‌ها به نتایج مقاومت قالب فولادی قدیمی (So) که از روابط به‌دست آمده از برازش‌های انجام شده به دست آمده، ارائه شده است. با توجه به این جدول، قالب فولادی جدید (Sn) بهترین و قالب پلاستیکی سفید جدید (Wn) بدترین عملکرد را داشته‌اند. نسبت نتایج مقاومت کلیه قالب‌ها به نتایج بهترین قالب، یعنی قالب فولادی جدید (Sn)، نیز محاسبه و در جدول ۴-۱-۳، درج شد. این ضرایب نشان می‌دهد که به طور متوسط، نتایج مقاومت فشاری بدترین قالب، یعنی قالب پلاستیک جدید(Wn)، نسبت به بهترین قالب، برابر ۰/۸۱۸ بوده است. به بیان دیگر، استفاده از این قالب به طور متوسط سبب افت مقاومت به مقدار ۱۸درصد شده است.

جدول۱-خلاصه نتایج مربوط به قالب‌ها

درجدول۱، پارامترهای ناهمواری و انحراف از گونیایی اندازه‌گیری شده برای قالب‌ها نیز قابل مشاهده است. به طور کلی می‌توان دریافت که هر چه مقادیر این دو ضعف در قالب‌ها بیشتر شده است، مقدار افت مقاومت به‌دست آمده از آزمونه‌های تهیه شده از آنها افزایش یافته است.بدترین قالب مورد بررسی قالبی جدید بوده است در حالی که این نوع قالب ظاهری بدون نقص داشت. در نتیجه کیفیت قالب در همان ابتدای استفاده می‌تواند نازل باشد. البته به مرور زمان و با استفاده بیشتر از قالب‌ها، ممکن است ناهمواری و انحراف از گونیایی قالب‌ها به دلیل ضربه، قرار‌گیری در برابر تابش خورشید و غیره افزایش یابد. نتیجه انحراف از گونیایی قالب سفید جدید(Wn) برابر ۱/۴۸۵ میلی‌متر است که بسیار بیشتر از قالب‌های دیگر است. انحراف از گوناگونی زیاد سبب می‌شود که آزمونه‌ها راحت‌تر از قالب‌های یک تکه خارج شوند و در نتیجه ممکن است در عمل، تمایل به استفاده از قالب‌های یک تکه با انحراف از گویایی بیشتر، به طور ناخودآگاه بیشتر  باشد در حالیکه این موضوع می‌تواند سبب افت قابل توجه در نتایج مقاومت بتن شود.

همچنین از جدول ۱ می‌توان دریافت که عملکرد قالب‌های فولادی به دلیل دقت بیشتر در تولید و به تبع آن ضعف‌های کمتر، بهتر از قالب‌های پلاستیکی بوده است.

به منظور بررسی دقیق‌تر تاثیر دو پارامتر ناهمواری و انحراف از گونیای برمیزان افت مقاومت، رابطه‌ای خطی با استفاده از نرم‌افزار از مقادیر این دو پارامتر به عنوان متغیر‌های مستقل و مقدار افت مقاومت به‌عنوان متغیر وابسته برازش داده شد (رابطه۱). ضریب تعیین (R^۲) این رابطه برابر ۹۷۷/۰ به‌دست آمد که نشان دهنده دقت بالای برازش انجام شده است.

(۱)                                                                            RF=100-0,208FD-0.073PD

که در آن:

RF: ضریب کاهش مقاومت

FD: ناهمواری

PD: انحراف از گونیایی

چنانچه در رابطه۱، مقادیر ناهمواری (FD) و انحراف از گونیایی (PD) برابر صفر در نظر گرفته شود (قالب کاملا تخت و سطوح جانبی آن نسبت به کف گونیا باشد.) ضریب کاهش مقاومت برابر ۱/۰۰ خواهد بود. با افزایش مقادیر پارامتر‌های ورودی، ضریب کاهش مقاومت کوچکتر می‌شود (مقدار افت مقاومت افزایش می‌یابد). همچنین با توجه به‌رابطه۱، عبارت ۰.۰۲۰۸FD نشان‌دهنده سهم ناهمواری و عبارت ۰.۰۷۳PD نشان‌دهنده سهم انحراف از گونیایی برکاهش مقاومت است.

نتایح بدست آمده در این تحقیق نشان می‌دهد که تاثیر قالب بر مقاومت فشار‌بتن ، می‌تواند بسیار قابل توجه باشد، در حالی که عمدتا دست‌اندر‌کاران بتن مانند مشاورین، پیمانکاران، شرکت‌های بتن‌آماده و آزمایشگاه‌های بتن دارای‌صلاحیت به این امر توجهی نمی‌کنند. این موضوع می‌تواند منجر به مشکلاتی همچون طراحی نادرست طرح‌های مخلوط و ارزیابی نادرست مقاومت فشاری بتن‌های اجرا شده در پروژه‌ها در پی آن، اختلافات فنی و حقوقی بین دست‌اندرکاران مختلف بتن شود. لازم به توجه است که قالب‌های مورد بررسی در این تحقیق همگی ظاهرا بدون نقص بوده‌اند، در‌حالیکه در مواردی مشاهده می‌شود که برای تهیه آزمونه‌ها در کارگاه‌ها از قالب‌های دارای ضعف‌های ظاهری قابل مشاهده، مانند شکستگی و اعوجاج استفاده می‌شود. در نتیجه برای این قالب‌ها ، کاهش نتایج مقاومت بیشتری از قالب‌های مورد بررسی در این تحقیق، قابل تصور است. با توجه به موارد مذکور، تولید و استفاده از قالب‌های بتن مطابق با ضوابط استاندارد ملی ایران به شماره ۱-۱۶۰۸ بسیار ضروری است.

۶.نتیجه گیری

در این تحقیق به منظور ارزیابی مقدار تاثیر کیفیت قالب بر افت مقاومت، دو پارامتر ناهمواری و انحراف از گونیایی تعریف شد و رابطه ای تجربی برای آن به دست آمد. به طور کلی نتایج زیر به دست آمد:

• با افزایش مقادیر ناهمواری و انحراف از گونیایی، نتایج مقاومت فشاری کاهش می‌یابد.
• استفاده از بدترین قالب مورد بررسی، به طور متوسط سبب کاهش مقاومت فشاری اندازه‌گیری شده به مقدار ۱۸درصد نسبت به بهترین قالب شد.
• قالب‌های فولادی به دلیل مقادیر ناهمواری و انحراف از گونیایی کمتر، نتایج مقاومت فشاری بهتری نسبت به قالب‌های پلاستیکی به‌دست دادند.
• عدم توجه به تاثیر کیفیت قالب بر نتایج مقاومت فشاری ، می‌تواند سبب ارزیابی نادرست نتایج مقاومت فشاری در پروژه‌ها و به تبع آن بروز اختلاف بین کارفرما و تولید‌کننده بتن ( به طور مثال کارخانه بتن آماده) شود.

لذا لازم است ازقالب‌های بتن مطابق با‌ضوابط استاندارد ملی ایران به شماره ۱-۱۶۰۸ استفاده شود.

۷.قدر دانی

نویسندگان این مقاله مراتب سپاس خود را نسبت به حمایت های مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی و شرکت فهاب بتن اعلام می‌دارند.

۸.مراجع

[۱] استاندارد ملی ایران به شماره ۱-۱۶۰۸، بتن سخت شده- قسمت۱: شکل، ابعاد و سایز الزامات آزمونه ها و قالب‌ها، ۱۳۹۳.  

 BS EN 12390-1:2009,  Testing hardened concrete. Shape, dimensions and other requirements for
[۲]specimens and moulds

۷۳۱ آئین‌نامه بتن ایران.نشریه ۱۲۰ سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور،۱۳۷۹

[۴] طرح و اجرای ساختمان های بتن آرمه، مبحث نهم مقررات ملی ساختمان،۱۳۹۲

Investigation of the Quality Effect of ١۵٠mm×١۵٠mm×١۵٠mm Cubic
Molds on Concrete Compressive Strength Results

۱. Lab Manager of Fahab Beton Co.
۲. Quality Manager of Fahab Beton Co.
۳. Production Quality Manager of Fahab Beton Co.
۴. Lab Engineer of Fahab Beton Co.
۵. Research & Development Manager of Fahab Beton Co.
۶. Chairman of the Board of Iranian Concrete Institute
۷. Assistant Professor of Road, Housing& Urban Development Research Center

Abstract

One of the influential factors on concrete compressive results, which is often neglected in construction and
research projects, is the quality of specimen molds. In this study, the effect of six types of
۱۵۰mm×۱۵۰mm×۱۵۰mm cubic molds, including two types of steel molds and for types of plastic molds, on
compressive strength results of fifteen concrete mixtures at different ages were investigated. It was found that
using the worst of the studied molds led to ١٨٪ reduction of the measured compressive strength compared to
the best one. This results show that the effect of mold on compressive strength of concrete can be very
considerable. This issue can result in complications such as inaccurate measurement of concrete strength
produced in construction projects and incorrect mixture design and hence, legal and technical disputes among
the sides who are involved in concrete. In addition, in this paper, in order to quantify the quality of the studied
molds, two parameters of perpendicularity deviation and flatness deviation were defined. Applying a linear
regression for the obtained results, an empirical formula with high accuracy was presented to predict the effect
of the two parameters of mold on concrete compressive strength reduction factor. This formula indicates that
reduction factor decreases when perpendicularity deviation and flatness deviation values increase

Keywords: Mold, Perpendicularity deviation, Flatness deviation, Compressive strength