بتن را که ریختید، دیگر راهی برای برگرداندنش نیست. تنها مدرکی که بعدها نشان می دهد آن بتن همان چیزی بوده که طراح خواسته، چند قالب کوچکی است که سر پروژه پر شده اند. نمونه گیری بتن یعنی برداشتن مقداری از بتن تازه، ساختن آزمونه از آن و شکستن آزمونه ها در آزمایشگاه تا مقاومت واقعی بتن معلوم شود. اگر این کار سرسری انجام شود، نتیجه آزمایش هم بی اعتبار است و ممکن است بتن سالم مردود یا بتن ضعیف قبول شود. در این مقاله روش درست برداشت نمونه، تعداد ضربات در هر قالب، تعداد نمونه لازم برای فونداسیون، ستون و سقف و نکاتی را که ناظر و مجری باید رعایت کنند، مرحله به مرحله می خوانید.
نمونه گیری بتن چیست و چرا انجام می شود؟
برای اندازه گیری مشخصات کیفی بتن، باید از آن نمونه برداشت تا در آزمایشگاه بررسی شود. هدف اصلی این کار، سنجش مقاومت فشاری است؛ یعنی همان عددی که مهندس طراح در نقشه ها مبنای محاسبه قرار داده است.
مقاومت بتن به دو عامل دما و زمان بستگی دارد. با پیشرفت هیدراسیون، مقاومت بتن بالا می رود و هرچه دما بیشتر باشد و زمان بیشتری بگذرد، این روند سریع تر می شود. به همین دلیل مقاومت را تابعی از حاصل ضرب دما در بازه زمانی می دانند و به آن «بلوغ بتن» می گویند. نتیجه عملی اش ساده است: برای اینکه اثر دما روی نتیجه ها یکسان بماند، همه نمونه ها باید در یک دمای ثابت نگهداری شوند.
معمولاً مقاومت بتن در سن ۳، ۷ و ۲۸ روزه اندازه گیری می شود، ولی مبنای پذیرش فقط مقاومت ۲۸ روزه است. آزمایش ۳ و ۷ روزه صرفاً برآوردی از مقاومت نهایی می دهد و نمی شود بتن را با آن رد یا قبول کرد. مقاومت ۷ روزه به طور تقریبی ۰٫۷ تا ۰٫۸ مقاومت ۲۸ روزه است. جالب است بدانید انتخاب ۲۸ روز پایه علمی خاصی ندارد و فقط چون مضربی از ۷، یعنی روزهای هفته است، انتخاب شده تا برنامه آزمایش با هفته کاری جور دربیاید.
روش نمونه گیری بتن به صورت گام به گام
نمونه برداری در کارگاه چند گام مشخص دارد و ترتیب آن ها مهم است. فرض کنید تراک میکسر به پروژه رسیده و تخلیه شروع شده است. کار از همین لحظه آغاز می شود:
- آماده سازی وسایل مورد نیاز: فرغون یا ظرف برداشت، چمچه و قالب ها باید تمیز باشند. ابزار را با پارچه نم دار کمی مرطوب کنید، نه خیس.
- برداشتن نمونه از وسط بار بتنِ ابتدا و انتهای تخلیه نماینده کل بار نیست. نمونه را از بخش میانی و دست کم در سه نوبت از جریان بتن بگیرید.
- به اندازه کافی بردارید. مقدار نمونه باید حداقل ۱٫۵ برابر چیزی باشد که برای آزمایش ها لازم دارید.
- برداشت ها را با هم مخلوط کنید. چند برداشت را در ظرف بریزید و هم بزنید تا یک «نمونه مرکب» یکدست داشته باشید. نمونه تکی یا نقطه ای برای ساخت آزمونه مقاومت مناسب نیست.
- اول اسلامپ، بعد قالب. آزمایش اسلامپ و اندازه گیری دما را ظرف ۵ دقیقه شروع کنید و قالب گیری را حداکثر تا ۱۵ دقیقه بعد از آماده شدن نمونه مرکب.
- مشخصات را ثبت کنید. تاریخ، ساعت، شماره بارنامه تراک، محل مصرف بتن و نتیجه اسلامپ را روی برگه و برچسب قالب بنویسید.
خلاصه اینکه نمونه خوب سه ویژگی دارد: از وسط بار گرفته شده، چند برداشت آن خوب مخلوط شده و خیلی زود قالب گیری شده است. اگر نمی دانید تراک میکسر چطور بتن را یکنواخت نگه می دارد، مطلب میکسر بتن چیست؟ را ببینید.
نحوه نمونه گیری بتن مکعبی و استوانه ای
آزمونه های بتن با دو نوع قالب ساخته می شوند: مکعبی و استوانه ای. آیین نامه ACI فقط نمونه استوانه ای را می پذیرد. در انگلستان و آلمان نمونه مکعبی و در فرانسه نمونه استوانه ای رایج است. در کشور ما هر دو ساخته می شوند، ولی معمولاً نمونه استوانه ای بیشتر به کار می رود. در هر دو حالت، اصل کار یکی است: قالب در چند لایه پر می شود و هر لایه با میله کوبیده می شود تا هوای محبوس بیرون برود.
استاندارد نمونه گیری بتن مکعبی و مراحل آن
استانداردی که برای قالب مکعبی در بیشتر کارگاه ها مبنا قرار می گیرد، BS EN 12390-2 است. نحوه نمونه گیری بتن مکعبی طبق این استاندارد چنین است: قالب تمیز و روغن کاری شده را در لایه های حدوداً ۵ سانتی متری پر می کنید. یعنی قالب ۱۵ سانتی متری در سه لایه و قالب ۱۰ سانتی متری در دو لایه پر می شود. هر لایه را با میله فولادی می کوبید؛ در قالب ۱۵ سانتی متری حداقل ۳۵ ضربه و در قالب ۱۰ سانتی متری حداقل ۲۵ ضربه. بعد از کوبیدن هر لایه، به بدنه قالب چند ضربه آرام بزنید تا حفره های جای میله بسته شود. لایه آخر را کمی بیشتر از لبه بریزید و سطح را با ماله هم تراز کنید. در پایان، روی قالب را بپوشانید تا آب آن تبخیر نشود.
نمونه گیری با قالب استوانه ای
قالب استوانه ای استاندارد ۱۵ سانتی متر قطر و ۳۰ سانتی متر ارتفاع دارد و اگر از اندازه دیگری استفاده شود، باید ضرایب تبدیل به کار برود. در این قالب، بتن در سه لایه مساوی ریخته می شود و هر لایه ۲۵ ضربه می خورد. قطر میله برای این قالب ۱۶ میلی متر است و میله باید حدود ۲٫۵ سانتی متر در لایه زیرین فرو برود تا دو لایه به هم دوخته شوند. قالب کوچک تر ۱۰ در ۲۰ سانتی متر در دو لایه و با میله ۱۰ میلی متری پر می شود. بعد از هر لایه ۱۰ تا ۱۵ بار با چکش لاستیکی به بدنه قالب بزنید.
تعداد ضربات در نمونه گیری بتن
تعداد ضربه ها به شکل و اندازه قالب بستگی دارد و عدد ثابتی برای همه قالب ها نیست. ضربه ها باید در کل سطح مقطع پخش شوند، نه فقط در وسط قالب. جدول زیر اعداد هر قالب را کنار هم نشان می دهد.
تعداد لایه و تعداد ضربه در هر قالب
|
نوع و اندازه قالب |
تعداد لایه |
تعداد ضربه در هر لایه |
|
مکعبی ۱۵×۱۵×۱۵ سانتی متر |
۳ |
حداقل ۳۵ |
|
مکعبی ۱۰×۱۰×۱۰ سانتی متر |
۲ |
حداقل ۲۵ |
|
استوانه ای ۱۵×۳۰ سانتی متر |
۳ |
۲۵ |
|
استوانه ای ۱۰×۲۰ سانتی متر |
۲ |
۲۵ |
تعداد نمونه گیری بتن طبق مبحث نهم
تعداد نمونه ها را سلیقه ناظر یا پیمانکار تعیین نمی کند؛ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان برای آن ضابطه دارد. نمونه برداری باید برای هر سازه، هر نوع بتن و هر رده مقاومتی جدا انجام شود. اعداد پایه برای پیمانه یک مترمکعبی نوشته شده اند و از میان معیارهای زیر، هر کدام تعداد بیشتری بدهد ملاک است.
تواتر نمونه برداری طبق مبحث نهم (پیمانه یک مترمکعبی)
|
معیار |
یک نوبت نمونه برداری به ازای |
|
نوبت کاری |
هر نوبت کاری روزانه، حداقل یک بار |
|
حجم بتن |
هر ۳۰ مترمکعب |
|
دال و دیوار |
هر ۱۵۰ مترمربع سطح (یک وجه) |
|
تیر و کلاف (اگر جدا بتن ریزی شوند) |
هر ۱۰۰ متر طول |
|
ستون |
هر ۵۰ متر طول |
سه نکته را هم کنار این جدول بدانید. اول، اگر بتن با تراک میکسر می آید و حجم هر پیمانه بیشتر از یک مترمکعب است، اعداد جدول به همان نسبت بزرگ می شوند، ولی حداکثر تا دو برابر؛ یعنی برای تراک میکسرهای ۶ تا ۷ مترمکعبی، هر ۶۰ مترمکعب بتن یا هر ۳۰۰ مترمربع دال. دوم، برای هر نوع و رده بتن در هر سازه دست کم ۶ نوبت نمونه برداری لازم است. سوم، اگر حجم کل یک رده بتن کمتر از ۳۰ مترمکعب باشد، با تأیید مهندس ناظر می شود از نمونه برداری گذشت. در هر نوبت هم بیش از یک آزمونه ساخته می شود؛ مقاومت هر نمونه میانگین دست کم دو آزمونه استوانه ای ۱۵ در ۳۰ یا سه آزمونه ۱۰ در ۲۰ سانتی متری است. رعایت همین تواتر بخشی از کار هر پیمانکاری است که طراحی سازه بتنی در مشهد یا هر شهر دیگری را بر عهده دارد.
تعداد نمونه گیری بتن فونداسیون
تعداد نمونه در فونداسیون را حجم بتن تعیین می کند، چون فونداسیون معمولاً حجیم ترین بتن ریزی پروژه است. فرض کنید فونداسیون شما ۱۲۰ مترمکعب بتن می برد و بتن با تراک میکسر ۷ مترمکعبی می رسد. مبنا هر ۶۰ مترمکعب می شود و دو نوبت نمونه برداری لازم است. اگر بتن ریزی در دو روز انجام شود، هر روز هم باید دست کم یک نوبت داشته باشید. فونداسیون گسترده که در عمل یک دال است، با معیار سطح هم سنجیده می شود و عدد بزرگ تر ملاک قرار می گیرد. نمونه ها را از تراک های مختلف بگیرید، نه پشت سر هم از یک تراک.
تعداد نمونه گیری بتن سقف
تعداد نمونه در سقف با دو معیار حجم و سطح محاسبه می شود و هر کدام عدد بیشتری بدهد، همان اجرا می شود. برای سقفی به مساحت ۴۵۰ مترمربع که با تراک میکسر بتن ریزی می شود، معیار سطح هر ۳۰۰ مترمربع است و دو نوبت نمونه برداری می خواهد. تیرهایی که همراه دال بتن ریزی می شوند، نمونه جدا لازم ندارند و در همان نمونه دال حساب می شوند. چون هر طبقه معمولاً در یک روز بتن ریزی می شود، در عمل برای هر سقف دست کم یک نوبت نمونه برداری خواهید داشت.
تعداد نمونه گیری بتن ستون
تعداد نمونه در ستون بر اساس طول ستون ها حساب می شود، نه حجم آن ها. طول هر ستون از کف طبقه تا زیر تیر یا دال طبقه بالا اندازه گیری می شود و مبنای پایه، یک نوبت برای هر ۵۰ متر طول است. مثلاً طبقه ای با ۲۰ ستون ۳ متری، ۶۰ متر طول ستون دارد. حجم بتن ستون ها کم است، ولی چون ستون حساس ترین عضو باربر ساختمان است، آیین نامه برایش معیار سخت گیرانه تری گذاشته است. پس حتی اگر بتن ستون های یک طبقه به دو تراک هم نرسد، نمونه برداری آن روز را حذف نکنید.
لوازم مورد نیاز برای نمونه گیری بتن
این لوازم ساده اند، اما هر کدام باید استاندارد و سالم باشند، چون خطای ابزار مستقیم وارد نتیجه آزمایش می شود.
- قالب مکعبی یا استوانه ای: ابعاد قالب باید دقیق و غیرقابل تغییر باشد. نمونه استوانه ای استاندارد ۳۰ سانتی متر ارتفاع و ۱۵ سانتی متر قطر دارد.
- میله تراکم: میله فولادی صاف برای کوبیدن لایه ها.
- چمچه، ظرف برداشت و ماله: برای برداشت بتن، مخلوط کردن و صاف کردن سطح قالب.
- مخروط اسلامپ: برای سنجش روانی بتن پیش از قالب گیری.
- روغن قالب: فقط روغن استاندارد قالب، به شکل یک لایه بسیار نازک.
- جک فشاری: دستگاهی که آزمونه را در آزمایشگاه می شکند. نمونه بین دو تکیه گاه آن قرار می گیرد؛ تکیه گاه پایینی ثابت و بالایی متحرک است. مقدار نیروی واردشده را یک گیج درجه بندی شده نشان می دهد و جک های پیشرفته تر دیجیتالی هستند.
استاندارد نمونه گیری از بتن در ایران
در ایران، نمونه گیری بتن آماده، فرآوری آزمونه ها، آزمایش مقاومت فشاری و سایر آزمایش های مرتبط با بتن ریزی باید مطابق استانداردهای ملی ۳۲۰۱، ۳۲۰۲، ۳۲۰۳، ۳۲۰۵، ۳۲۰۶، ۶۰۴۴، ۷۵۱۶ و ۱۱۲۶۸ انجام شود. از میان این ها، استاندارد ۱-۳۲۰۱ به نمونه برداری از بتن تازه و استاندارد ۳۲۰۶ به تعیین مقاومت فشاری آزمونه ها می پردازد. اگر کار منطبق با این استانداردها نباشد، نتیجه ها قابل استناد نیست و آزمایشگاه باید درباره نواقص نمونه برداری و عمل آوری پاسخگو باشد. ضوابط تعداد و پذیرش نمونه ها هم در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و آیین نامه بتن ایران (آبا) آمده است.
نگهداری و عمل آوری نمونه های بتن
کار با پر شدن قالب تمام نمی شود؛ نیمی از اعتبار نتیجه به روزهای بعد بستگی دارد. آزمونه ها تا زمان انتقال باید در جایی صاف، امن و دور از آفتاب مستقیم، باد و گرد و غبار کارگاه بمانند و بهتر است پوشش عایق داشته باشند. طبق ASTM C31، آزمونه ها در این مرحله تا ۴۸ ساعت در دمای ۱۶ تا ۲۷ درجه نگهداری می شوند و بعد از باز کردن قالب، تا روز آزمایش در محیط مرطوب با دمای ۲±۲۳ درجه سانتی گراد می مانند.
زمستان ها این مرحله حساس تر است. قالبی که شب در سرمای کارگاه بماند، مقاومت کمتری از بتن واقعی سازه نشان می دهد و ممکن است بتن سالم مردود شود. اگر در فصل سرد کار می کنید، نکات بتن ریزی در هوای سرد را برای نمونه ها هم جدی بگیرید.
نتیجه نمونه گیری بتن چطور پذیرفته می شود؟
نتیجه آزمایش زمانی قبول است که دو شرط مبحث نهم با هم برقرار باشد: میانگین هر سه نمونه متوالی از مقاومت مشخصه کمتر نباشد و هیچ نمونه ای به تنهایی از ۹۰ درصد مقاومت مشخصه پایین تر نیاید. مقاومت مشخصه همان عددی است که در طراحی سازه بتنی در مشهد و هر جای دیگر، مهندس محاسب روی نقشه ها می نویسد.
اگر شرط دوم برقرار نباشد، بتن کم مقاومت بررسی می شود و نوبت مغزه گیری می رسد. از ناحیه مشکوک سه مغزه می گیرند. بتن آن ناحیه وقتی قبول می شود که میانگین سه مغزه دست کم ۸۵ درصد و هر مغزه دست کم ۷۵ درصد مقاومت مشخصه باشد. پایین بودن نتیجه به تنهایی دلیل تخریب عضو نیست، اما تصمیم درباره آن با مهندس ناظر است.
نکات لازم برای نمونه برداری بتن
نکات زیر جزئیاتی هستند که در کارگاه زیاد نادیده گرفته می شوند و هر کدام می تواند نتیجه را زیر سؤال ببرد.
- آزمایش موفق و پاسخ منطقی در گرو نمونه برداری صحیح و اصولی است. هر نقصی در نمونه برداری مستقیماً کیفیت آزمایش را تحت تأثیر قرار می دهد و مسیر پروژه را به خطا می کشد.
- قالب نمونه گیری باید تمیز باشد و هیچ بتن یا مواد سیمانی از نمونه گیری های قبلی در آن نمانده باشد.
- تمام ابعاد قالب باید استاندارد و غیرقابل تغییر باشد. استفاده از قالب های پیچی فقط وقتی مجاز است که ابعاد آن ها دقیق اندازه گیری شده باشد.
- هر سری نمونه برداری شامل دو آزمونه برای مقاومت ۲۸ روزه، دو آزمونه برای ۷ روزه و یک آزمونه برای ۹۰ روزه است که باید مورد توافق واحد تولیدی و کارفرما باشد.
- استفاده از روغن سوخته و سایر مواد نفتی به جای روغن استاندارد قالب مجاز نیست.
- روغن قالب فقط باید یک لایه بسیار نازک روی تمام سطوح داخلی بسازد و روغن اضافی از قالب بیرون ریخته شود.
- هیچ تغییری در طرح اختلاط بتن نباید داده شود. آزمایشگاه پیامدهای چنین کاری را به خریدار یا نماینده او اطلاع می دهد و گزارش را مکتوب و مستند ثبت می کند.
- اگر به دستور خریدار در محل تخلیه تغییری در بتن داده شود (آب، سیمان، مواد افزودنی، مواد پودری و مانند آن)، آزمایشگاه باید ابتدا از بتن ارسالی کارخانه و سپس از بتن تغییریافته نمونه بگیرد و نتایج را با هم مقایسه کند.
- آزمایشگاه موظف است از آزمایش های پروژه بتن ریزی با عکس و فیلم مستندات تهیه کند.
- اجرای آزمایش اسلامپ، ثبت نتایج و گزارش نمونه گیری الزامی است.
- آزمونه ها باید در محلی صاف و پاکیزه قرار بگیرند تا هیچ ناخالصی وارد آن ها نشود.
- برداشت نمونه از حدود یک سوم اول تا یک سوم انتهایی بتنِ در حال تخلیه از میکسر انجام می شود.
- نمونه در سه مرحله از بتنِ در حال تخلیه هر تراک میکسر برداشت می شود.
- پیش از پر کردن قالب ها، نمونه باید در وسیله حمل به خوبی مخلوط شده باشد.
- استفاده از وسایل غیرمرتبط و آلوده برای نمونه برداری مجاز نیست.
- مجموع نمونه برداری، آزمایش اسلامپ و پر کردن قالب ها نباید بیش از ۱۵ دقیقه طول بکشد.
- آزمونه ها تا زمان انتقال به آزمایشگاه باید در محلی امن و دور از نور مستقیم آفتاب و گرد و غبار کارگاه محافظت شوند.
- بهتر است آزمونه ها پوشش عایق داشته باشند تا در برابر باد و تغییر دمای محیط محفوظ بمانند.
- آزمونه ها باید دست کم ۱۴ ساعت در محل کارگاه بمانند و حداکثر ظرف ۴۸ ساعت برای عمل آوری به حوضچه منتقل شوند.
- برای خارج کردن آزمونه از قالب نباید ضربه شدید به آن زد.
- آب حوضچه عمل آوری باید تمیز و بدون هیچ ماده اضافه باشد.
- هر آزمایش مقاومت فشاری باید زیر نظر نماینده خریدار یا همراه با ثبت عکس و فیلم انجام شود.
- نتایج آزمایش مقاومت فشاری بدون هیچ دخل و تصرفی به خریدار اعلام می شود.
- اگر مقاومت فشاری کمتر از رده خریداری شده باشد، نمونه های شاهد در یک آزمایشگاه سوم مورد تأیید طرفین نگهداری و زیر نظر نماینده خریدار و فروشنده دوباره آزمایش می شوند.
ثبت و بایگانی برگه های نمونه برداری و نتایج آزمایش معمولاً بر عهده دفتر فنی در مشهد یا دفتر فنی هر پروژه است و در زمان اختلاف، همین برگه ها سند شما هستند.
جمع بندی
نمونه گیری بتن کار پیچیده ای نیست، اما جزئیاتش تعیین کننده است: نمونه را از وسط بار بگیرید، قالب را لایه لایه و با تعداد ضربه درست پر کنید، تعداد نوبت ها را با ضوابط مبحث نهم بسنجید و آزمونه ها را در دمای مناسب نگه دارید. اگر این چهار کار درست انجام شود، عدد آزمایشگاه همان چیزی را نشان می دهد که در سازه شما ریخته شده است. برای برنامه ریزی نمونه برداری و کنترل کیفیت بتن پروژه تان، می توانید با کارشناسان آتی شهر، دفتر مهندسی در مشهد تماس بگیرید.
