ارتباط بین نتایج آزمایش‌های چکش اشمیت و مقاومت فشاری آزمونه‌های مکعبی 150x150x150میلی‌متر

چکیده

تعیین مقاومت فشاری بتن یکی از دغدغه‌های اصلی محققان از زمان استفاده از این ماده و همچنین مهم‌ترین ضابطه برای قضاوت در مورد کیفیت آن بوده است. در این مطالعه ارتباط بین نتایج مقاومت فشاری حاصل از چکش اشمیت به عنوان تست غیر‌مخرب و آزمایش استاندارد مقاومت فشاری به‌عنوان تست مخرب بررسی شده است. به‌منظور واسنجی نتایج چکش اشمیت، آزمونه‌های مکعبی نمونه‌گیری شده در پروژه‌های در حال اجرا مورد استفاده قرار گرفتند. پس از عمل‌آوری استاندارد تا سن 28 روز، روی 55 آزمونه، آزمون مقاومت فشاری و همچنین آزمون چکش اشمیت در دو جهت (افقی و قائم) انجام گرفت. نتایج حاصل از رگرسیون نشان داد که ارتباطی قوی بین نتایج حاصل از مقاومت فشاری استاندارد و تست غیرمخرب با استفاده از چکش اشمیت با ضریب 0/971 وجود دارد. چکش اشمیت می‌تواند به منظور انجام فرایند کنترل کیفیت بتن، با اعمال ضرایب کالیبراسیون حاصله، در تخمین نتایج مقاومت فشاری با دقت قابل قبول مورد استفاده قرار گیرد.

کلمات کلیدی: چکش اشمیت، مقاومت فشاری بتن.

1.مقدمه

بتن جزو معمول‌ترین مصالحی است که در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد[1]. تعیین مقاومت فشاری بتن یکی از دغدغه‌های اصلی محققان از زمان استفاده از این ماده و همچنین مهم‌ترین ضابطه برای قضاوت در مورد کیفیت آن بوده است. روش‌های آزمایش غیر‌مخرب و مخرب مختلفی برای تعیین این پارامتر از بتن مورد استفاده قرار گرفته است. هدف اصلی این آزمایش‌ها کنترل تولید بتن و تعیین عمر سرویس‌دهی آن در طول زمان است. با این اوصاف، روش‌های مخرب بعضا هزینه‌بر و زمان‌بر هستند. علاوه بر این، نمونه‌های استوانه‌ای و مکعبی که در آزمایشگاه ساخته شده باشند نماینده‌ای از بتن اجرا شده نیستند. به‌علاوه کرگیری از اجزای سازه‌ای باعث کاهش ظرفیت باربری عضو خواهد شد. آزمون غیر‌مخرب در واقع روشی است برای تعیین مقاومت فشاری بتن به صورت غیر‌مستقیم که اندازه‌گیری آن در محل کارگاه نیز امکان‌پذیر است.[2]. فواید آزمون غیر‌مخرب در مقایسه با مغزه‌گیری  (آزمون مخرب) توسط لشینسکی ارائه شده است[3]:

1.کاهش نیروی کارگر در هنگام انجام آزمایش

2.کاهش تخریب عضو بتنی مورد آزمایش

3.عدم احتمال آسیب به اعضایی که در صورت کاهش ظرفیت مقطع نیاز به آرماتور گذاری دارند.

4.امکان انجام آزمایش در سازه‌هایی که امکان کرگیری وجود ندارد (دیوارهای با ضخامت کم، سازه‌های باحجم آرماتور بسیار زیاد و …)

5.استفاده از تجهیزات با هزینه‌ی بسیار پایین‌تر

این فواید در حالی است که نتایج قابل اعتماد باشند و تا حد قابل قبولی به نتایج واقعی حاصل از اندازه‌گیری به‌روش مخرب نزدیک باشند[4]. محدودیت‌های اصلی مربوط به آزمون غیر‌مخرب، ناهمسانی و غیرهمگنی مواد و مصالح، محدود بودن محل انجام آزماش، سختی سطحی که مورد استفاده قرار می‌گیرد و جهت انجام آزمایش (افقی، قائم یا زوایای دیگر) است[5]. به‌منظور غلبه بر این محدودیت‌ها، نتایج حاصل از انجام آزمایش باید با خروجی نتایج آزمون مخرب همبستگی داشته باشند. در واقع این نمودار‌های همبستگی توسط تولیدکننده‌ی تجهیزات برای استفاده‌کنندگان داده شده است.این نمودار‌های برای آزمونه‌های بتنی بین 14 تا 56 روزه ساخته شده است. (روی چکش اشکیت نمایش داده شده است). با این وجود، این نمودار‌ها ممکن است در عمل نتایج متفاوتی با واقعیت به‌دست دهند. در نتیجه تخمین مقاومت فشاری با همبستگی اعداد برجهندگی و نتایج مقاومت فشاری حاصل از آزمایش استاندارد مخرب امکان‌پذیر است.

هنگامی که در یک مجموعه کنترل کیفیت از تست غیر‌مخرب برای ارزیابی مقاومت بتن استفاده می‌شود

برای قابل اعتماد و اطمینان بودن نتایج حاصل از آزمایش، باید با توجه به مصالح و مواد مورد استفاده، نتایج دستگاه با استفاده از نتایج حاصل از تست غیر‌مخرب بررسی و نمودار‌های همبستگی برای آنها بدست آید. معمولا پارامترهایی که روی این نمودارها اثر می‌گذارند، صافی سطح، اندازه، شکل، صلبیت نمونه، سن آزمونه، رطوبت سطحی و عمق آزمونه، نوع سنگدانه درشت، نوع سیمان، وجود حباب هوا در سطح، دما، نوع قالب مورد استفاده، کربناسیون سطحی نمونه و همچنین کالیبراسیون چکش اشمیت است[6]. تحقیقات زیادی در خصوص اینکه چکش اشمیت وسیله‌ای قابل اعتماد برای تخمین مقاومت فشاری هست یا خیر انجام گرفته است. تحقیقات علمی انجام گرفته نشان می‌دهد که چکش اشمیت می‌تواند اطلاعات مفیدی را در خصوص کیفیت بتن ارائه کند، و این در صورتی است که دستگاه برای نوع بتنی که مورد استفاده قرار می‌گیرد کالیبره شده باشد[7]. این تحقیق به منظور واسنجی نتایج آزمون چکش اشمیت روی آزمونه‌های مکعبی 150x150x150 میلی‌متر بتن‌های تولید شده، و در سن 28 روز انجام شده است. در این تحقیق، نمونه‌های بتن از بتن‌های تولید شده در کارخانه فهاب‌بتن اخذ شده است.

2-1. آزمون غیر‌مخرب بتن با استفاده از چکش اشمیت

در میان روش‌های غیر‌مخرب، تعیین مقاومت فشاری بتن با استفاده از چکش اشمیت معمول‌ترین روش عملی است. این روش با توجه به سادگی، سرعت انجام بالا، و هزینه ی پایین آن در تمام دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. روش انجام آزمایش با چکش اشمیت در ASTM C805[8] و BS 1881: Part 202 [9]  شرح داده شده است. این آزمایش به عنوان یک روش سختی سنجی دسته‌بندی شده و بر اساس برگشت الاستیک یک جسم با توجه به سختی سطح برخورد اندازه‌گیری می‌شود. انرژی دریافت شده توسط بتن به مقاومت آن بتن بستگی دارد. این آزمایش با انتخاب صحیح سطح و آماده سازی آن سطح شروع می‌شود. با توجه به تاثیر جهت برخورد چکش به سطح آزمونه که در مقدار برجهندگی تاثیر‌گذار است، آزمایش عمود بر سطوح انجام می‌گیرد و زاویه ی چکش با افق در هنگام آزمایش  در نتایج حاصله تاثیر گذار است. اعداد بر جهندگی باید برای حداقل 10نقطه طبق استاندارد ASTM و 12 نقطه طبق استانداردBS، اندازه گیری کردند. پس از اندازه گیری، نتایج حاصل از آزمایش چکش اشمیت با نتایج تست مخرب بررسی و نمودارها ترسیم میگردند. مطالعات مختلفی به منظور بررسی تاثیر هر یک از پارامترهای ذکر شده در مقدمه روی نتایج چکش اشمیت انجام گرفته است.برای مثال آماساکی⁴ [10] تاثیر کربوناسیون را روی عدد برجهندگی بررسی کرده است و گریب⁵ [11] به بررسی تاثیر نوع سنگدانه روی عدد برجهندگی پرداخته است.

2.فعالیت میدانی و آزمایشگاهی

هدف این تحقیق بدست آوردن نمودار همبستگی ساده‌ای است که بتواند توسط مهندسان مجموعه کنترل کیفیت برای ارزیابی بتن تولید شده، مورد استفاده قرار بگیرد است. آزمونه‌ها، از بتن‌های در حال اجرا اخذ شده است که توسط تکنسین‌ها در قالب‌های 150x150x150 میلی‌متر به روش استاندارد ساخته شده اند. آزمونه‌ها پس از 28 روز عمل‌آوری، از آب خارج شده و سطح آن‌ها با استفاده از دستمال خشک شد. صاف‌ترین سطوح آزمونه‌ها به منظور آزمون غیر‌مخرب انتخاب شد. این آزمون در دو حالت افقی و قائم طبق تصویر شماره 1 انجام گرفت.

به منظور انجام آزمون با چکش اشمیت در حالت افقی آزمونه‌ها زیر جک مقاومت فشاری با تنش بسیار پایین (70کیلوگرم بر سانتی‌مترمکعب) قرار گرفتند (در استاندارد BS 1881-202[9] برای اندازه گیری اعداد برجهندگی آزمونه‌های مکعبی در حالت افقی توصیه شده است) سپس نیرو به چکش روی سطح مورد آزمون اعمال شد تا عدد برجهندگی به‌دست آید. فواصل قرائت اعداد بر جهندگی در حدود 25میلی‌متر از یکدیگر در مرکز آزمونه انتخاب شد. در حالت قائم، این مراحل روی آزمونه‌ها با گذاشتن آزمونه روی زمین سخت و صاف مطابق شکل1 انجام گرفت در هر مرحله 14 قرائت انجام گرفت و میانگین و انحراف معیار آنها محاسبه شد. طبق استاندارد ASTM C805[8] در صورت مشاهده‌ی اختلاف بیش از 6واحدی در قرائت اعداد برجهندگی، آزمایش روی سطح مناسب دیگری انجام گرفته و در صورت تکرار این امر، آزمونه از آزمایش حذف گردید.

پس از اندازه‌گیری اعداد برجهندگی قائم و افقی، آزمون مقاومت فشاری مطابق استاندارد ملی 3-1608 [12] انجام گرفت. در پایان به منظور تخمین مقاومت فشاری بتن با استفاده از اعداد ارائه شده توسط شرکت سازنده‌ی چکش، در دو حالت افقی و قائم، نمودار شکل 2 ترسیم و نتایج استخراج شد.

3.نتایج و بحث

پس از محاسبه‌ی نتایج تخمین مقاومت حاصل از چکش اشمیت و استخراج اعداد مقاومت فشاری با استفاده از نمودار شکل 2، به منظور کالیبراسیون چکش‌اشمیت با نتایج واقعی که از شکست آزمونه‌های بتنی حاصل شد، رگرسیون ساده خطی برقرار شد. نتایج ارتباط بین آزمایش مقاومت فشاری بتن و نتایج بدست آمده از چکش اشمیت در دو حالت افقی و قائم به ترتیب در تصویر 3 و 4 نشان داده شده است. ارتباط بین نتایج چکش اشمیت اندازه‌گیری شده در حالت قائم و افقی و مقاومت فشاری به ترتیب در روابط 1 و 2 آورده شده است.

(1)                                                                                       C_s=1.675(S-P), R²=0.973

(2)                                                                                    C_s=1.3029(S-H), R²=0.971

که به ترتیب C_s نشان دهنده‌ی مقاومت فشاری بتن، مگاپاسکال: S-P نتیجه آزمایش چکش اشمیت در حالت قائم، مگاپاسکال: S-H نتیجه آزمایش چکش اشمیت در حالت افقی، مگاپاسکال است.

با توجه به ضرایب حاصل شده از رگرسیون خطی، مشاهده می‌گردد که نتایج حاصل از انجام آزمایش در حالت افقی، از دقت بالاتری برخوردار است(ضریب x پایین‌تری دارد.) و در صورت عدم اعمال ضریب حاصل از رگرسیون نتایج تخمین حاصل از چکش اشمیت به‌نتایج واقعی نزدیک‌تر است. این در حالی است که با توجه به نمودار شکل 3، در صورت استفاده از تخمین مقاومت فشاری با استفاده از چکش اشمیت در حالت قائم و بدون اعمال ضریب واسنجی حاصل شده، نتایج واقعی می‌توانند به طور متوسط 67 درصد کمتر باشند و این موضوع اهمیت انجام واسنجی را نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌گردد ضرایب تعیین (R²)در هر دو نمودار بدست آمده بالاست و نشان از ارتباط قوی بین نتایج واقعی و نتایج تخمین با تست غیر‌مخرب حاصل از آزمایش چکش اشمیت دارد. همانطور که پیش‌تر در مقدمه بحث شد، با توجه به تاثیر عوامل مختلف در نتایج حاصل از چکش اشمیت از قبیل: صافی سطح، اندازه، شکل، صلبیت نمونه، سن آزمونه، رطوبت سطحی و عمقی آزمونه، نوع سنگدانه درشت، نوع سیمان، وجود حباب هوا در سطح، دما، نوع قالب مورد استفاده کربناسیون سطحی نمونه و همچنین واسنجی چکش اشمیت، سعی شد که متغیر‌های اندازه‌گیری تنها به واسنجی چکش اشمیت محدود گردد و سایر موارد در تمامی آزمونه‎‌ها مشابه باشد که این امر به بالارفتن دقت حاصل از اندازه‌گیری منجر شد. توسط محققین مختلفی نیز ارتباط قوی بین نتایج حاصل از چکش اشمیت و همچنین مقاومت فشاری بتن یافت شده است و در این بین نظرات متضاد و مختلفی نیز در میان محققین در مورد دقت تخمین مقاومت فشاری از اعداد برجهندگی قرائت شده و ارتباط همبستگی وجود دارد. ضریب تغییرات مقاومت فشاری برای محدوده‌ی زیادی از نمونه‌ها به طور میانگین 18/8 درصد و برای گروهی دیگر بیش از 30درصد گزارش شده است.[13] فرهات‌آیدین⁶ و سریبیک⁷[14]، روی نتایج حاصل از کرگیری و نمونه های ازمایشگاهی، آزمایش چکش اشمیت و مقاومت فشاری انجام دادند. و نتیجه گرفتند که برای بدست‌آوردن نتایج قابل قبول انجام واسنجی چکش بسیار اهمیت دارد و با استفاده از چکش اشمیت می‌توان کرگیری از سازه‌های بتنی را بسیار کاهش داد در تحقیق دیگری که توسط همدانیان و همکاران[15] با استفاده از ترکیب چکش اشمیت و امواج التراسونیک انجام گرفت، نشان داده شد که نتایج حاصل از چکش اشمیت بین 15±تا20± درصد با نتایج اندازه‌گیری واقعی اختلاف دارد.

4.نتیجه گیری

با توجه به‌نتایج بدست‌آمده حاصل از چکش اشمیت به عنوان تست غیر‌مخرب و مقاومت فشاری مکعبی استاندارد روی آزمونه‌های نمونه‌گیری شده از بتن‌های تولید شده نتایج زیر حاصل شده است:

• استفاده از چکش اشمیت نیازمند مطالعه‌ی دقیق آزمایشگاهی است. به دلیل تاثیر متغیر‌های مختلف از جمله مصالح مورد مصرف در تولید بتن‌آماده، لازم است تا نتایج چکش با توجه به این مصالح کالیبره و مورد استفاده قرار گیرد.
• با توجه به نتایج رگرسین حاصل شده، با ضریب تعیین 0/97=R²، استفاده از چکش اشمیت به عنوان آزمون غیر‌مخرب می‌تواند نتایج قابل قبولی داشته باشد و توسط واحد کنترل کیفیت مجموعه‌ی بتن‌آماده مورد استفاده قرار گیرد.
• این واقعیت باید مدنظر قرار گیرد که چکش اشمیت نمی‌تواند جایگزین آزمایش استاندارد مقاومت فشاری گردد، اما به منظورم یکنواختی بتن تولید شده و همچنین مقایسه آنها می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

5.قدردانی

نویسندگان این مقاله مراتب سپاس خود را نسبت به حمایت‌های مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهر‌سازی و شرکت فهاب‌بتن اعلام می‌دارند.

6.مراجع

Orr, J. (2012). Flexible formwork for concrete structures (Doctoral dissertation, University of Bath).[1]

Yüksel, I. (1995). Determination of concrete strength using combined nondestructive tests and application on a reinforced concrete structure (Doctoral dissertation, MSc. Thesis, Yildiz Technic University, Science of Technology Institute, Istanbul). [2]

.Leshchinsky, A. (1991, June). Non-destructive methods instead of specimens and cores, quality control of concrete structures. In Proceedings of the International Symposium   E&FN Spon held by RILEM, Belgium

 .Turgut, P. (2004). Research into the correlation between concrete strength and UPV values.[4]

Yilmaz, I. (2009). A new testing method for indirect determination of the unconfined compressive strength of[5]

rocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences

Malhotra, V. M., & Carino, N. J. (2003). Handbook on nondestructive testing of concrete. CRC press[6]

 Brencich, A., Cassini, G., Pera, D., & Riotto, G. (2013). Calibration and reliability of the rebound (Schmidt)[7] hammer test. Civil Engineering and Architecture

[8]ASTM C805/C805M. (2013).Standard test method for rebound number of hardened concretes. West
.Conshohocken, USA: American Society for Testing and Materials.

 [9] BS 1881: Part 202. (1986) Recommendations for Surface Hardness Tests by the Rebound Hammer. BSI, U.K.,
[10] Amasaki, S. (1991). Estimation of strength of concrete structures by the rebound hammer. CAJ Proc Cem

 Conc, 45, 345-351.

Grieb, W. E. (1958). Use of Swiss hammer for estimating compressive strength of hardened concrete. Highway [11]

 Research Board Bulletin, (201)

بررسی تاثیر کیفیت قالب مکعبی 150x150x150 میلی‌متر بر نتایج مقاومت‌فشاری‌بتن

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 150x150x150 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 18درصد 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

1.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 1-1608 [1] (معادل استاندارد 1-12390 BS)[2] ضوابط مربوط به کیفیت قالب درج شده است. به همین دلیل، در این تحقیق، تاثیر کیفیت شش نوع قالب مکعبی 150x150x150 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.

2.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 [3] و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان [4] بر مبنای آزمونه استوانه‌ای 300×150 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.

شکل1 ، 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.

3.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 7روز و 28روز) 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 332عدد بوده است.

4.بررسی کیفیت قالب ها

در استاندارد ملی ایران به شماره 1-1608 (معادل استاندارد 1-12390 BS) دو پارامتر تخت بودن¹ و قائم بودن² 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، 0/0003 اندازه قالب و در قالب‌های استفاده شده،0/0005 اندازه قالب به میلی‌متر است.
• رواداری تخت‌بودن رویه‌ی بالایی صفحه کف قال‌های نو 0/0006 اندازه قالب به میلی‌متر و در قالب‌های استفاده شده 0/001 اندازه قالب به میلی‌متر است.
• رواداری قائم‌بودن سطوح جانبی قالب نسبت به یکدیگر، و همچنین نسبت به صفحه‌ی کف قالب، 0/5 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 1-1608 انجام شد. در شکل2، 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 (شکل2). 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 (شکل2)، 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.

5.نتایج به دست آمده و تحلیل آنها

در شکل‌های3تا7، 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 (R²) هر نمودار در شکل‌های 3تا7 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 4، می‌توان دریافت که نتایج مقاومت فشاری قالب پلاستیکی مشکی قدیمی (Bo) به طور میانگین0/984 نتایج مقاومت فشاری قالب فولادی قدیمی (So) است. مقادیر ضرایب تعیین (R²) برازش های خطی نمودارهای ارائه شده در شکل‌های 3 تا 7، به‌دلیل نزدیک بودن به مقدار یک، نشان دهنده دقت بالای برازش‌های انجام شده است.

در جدول1 ، 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 4-1-3، 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 0/818 بوده است. به بیان دیگر، استفاده از این قالب به طور متوسط سبب افت مقاومت به مقدار 18درصد شده است.

جدول1-خلاصه نتایج مربوط به قالب‌ها

درجدول1، 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 1/485 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 1 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 (رابطه1). ضریب تعیین (R²) این رابطه برابر 977/0 به‌دست آمد که نشان دهنده دقت بالای برازش انجام شده است.

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

که در آن:

RF: ضریب کاهش مقاومت

FD: ناهمواری

PD: انحراف از گونیایی

چنانچه در رابطه1، 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 1/00 خواهد بود. با افزایش مقادیر پارامتر‌های ورودی، ضریب کاهش مقاومت کوچکتر می‌شود (مقدار افت مقاومت افزایش می‌یابد). همچنین با توجه به‌رابطه1، عبارت 0.0208FD نشان‌دهنده سهم ناهمواری و عبارت 0.073PD 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 1-1608 بسیار ضروری است.

6.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 18درصد 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 1-1608 استفاده شود.

7.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.

8.مراجع

[1] استاندارد ملی ایران به شماره 1-1608، بتن سخت شده- قسمت1: شکل، ابعاد و سایز الزامات آزمونه ها و قالب‌ها، 1393.  

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

731 آئین‌نامه بتن ایران.نشریه 120 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور،1379

[4] طرح و اجرای ساختمان های بتن آرمه، مبحث نهم مقررات ملی ساختمان،1392

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

1. Lab Manager of Fahab Beton Co.
2. Quality Manager of Fahab Beton Co.
3. Production Quality Manager of Fahab Beton Co.
4. Lab Engineer of Fahab Beton Co.
5. Research & Development Manager of Fahab Beton Co.
6. Chairman of the Board of Iranian Concrete Institute
7. 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
150mm×150mm×150mm 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