ssasdsdsdsآزمایش بر اساس این اصل است که بازتاب یک جرم ارتجائی به سختی سطح در مقابل جرمی که به آن برخورد می کند وابسته است. در چکش اشمیت جرم متصل شده به فنر وجود دارد که با کشیدن فنر تا نقطه مشخصی ، مقدار انرژی ثابتی به آن داده می شود. این کار با فشار دادن چکش به سطح صاف بتن انجام می شود . بعد از آزاد کردن ، جرم تحت اثر بازتاب میله چکش ( که هنوز در تماس با سطح بتن است ) قرار می گیرد و مسافتی که توسط جرم طی می شود و برحسب درصدی از انبساط اولیه فنر بیان می شود، عدد بازتاب نامیده می شود. این مقدار توسط یک نشانه که در طول یک مقیاس مدرج است حرکت می کند ، نشان داده می شود . عدد بازتاب یک اندازه مطلق است ، چون به انرژی ذخیره شده در فنر و به اندازه جرم وابسته می باشد.
مطالعات نشان داده است که سختی سنگ ها با مقاومت فشاری تک محوری و مدول کشسانی سنگ ها در ارتباط است در واقع سختی یکی از مفاهیم رایج است که برایتوصیف رفتاری سنگها بکار می رود. سختی تابعی از عوامل ذاتی چون نوع کانی ها، ابعاد دانه ها، چسبندگی مرزی کانی ها، مقاومت و رفتار الاستیک و پلاستیک سنگ می باشد. ترکیب و اندرکنش این عوامل، تعیین کننده سختی یک سنگ است. روش های متعددی برای تعیین سختی سنگ پیشنهاد شده است که یکی از این روش‌ها بکارگیری وسیله ای به نام چکش اشمیت است. که معروف به آزمایشهای واجهشی یا دینامیکی است. در این دسته از آزمایش ها از یک چکش یا وزنه برای ضربه زدن به سطح سنگ استفاده می شود و ارتفاع واجهش وزنه مقیاسی برای سنجش سختی است. هرگونه رفتار پلاستیک یا تغییر شکل بر اثر ضربه، انرژی الاستیک واجهش چکش را کاهش می دهد. این آزمایش برای تعیین سختی سنگ و بتون با استفاده از چکش اشمیت در صحرا و یا آزمایشگاه بکار می رود. با استفاده از این سختی می توان خصوصیات دیگر سنگ و بتن را مانند مقاومت فشاری آن، تخمین کرد. این روش که توسط انجمن بین المللی مکانیک سنگ ISRM به صورت استاندارد در آمده است. در مورد سنگ های خیلی نرم یا خیلی سخت دارای محدودیت هایی بوده است و نتایج قابل اطمینانی ارائه نمی دهد.چکش های اشمیتی که جهت تخمین مقاومت فشاری بتنبکار می رودانرژی ضربه فنر در حدود 2.207ژول دارند که برای سازه های بتنی که مقاومتی بین 10 تا 70 مگاپاسکال دارند مناسب است.
نکاتی که در انجام این آزمایش می بایست مد نظر قرار داد. عبارتند از:
1- این آزمایش تخمینی از عدد بازگشتی بتن سخت شده توسط چکش فولادی با نیروی محرکه فنر می‌باشد.
2- از این تست می توان در تعیین یکنواختی بتن درجا استفاده کرد برای تشخیص مناطقی از سازه که بتن ضعیف یا خراب دارد. همچنین برای روند افزایش مقاومت بتن کاربرد دارد.
3- برای تخمین مقاومت بتن لازم است بین مقاومت بتن و عدد بازتاب رابطه ای بدست آورد. این رابطه برای هر طرح اختلاط بتن متفاوت خواهد بود. برای تخمین مقاومت در حین ساخت باید مقاومت نمونه های مکعبی در آزمایشگاه تعیین گردد و با استفاده از آن رابطه مذکور بدست آید. برای تخمین در بتن های ساخته شده باید رابطه فوق براساس تعیین مقاومت نمونه های کر بدست آمده از سازه تعیین شود. (ACI-228 R روشهای تعیین مقاومت درجا بتن )
4- برای یک طرح اختلاط مشخص عدد بازتاب تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله رطوبت سطحی بتن ، روش بدست آوردن سطح نمونه و عمق کربناتاسیون بتن تاثیر می گذارد . این عوامل بایستی در رابطه ای که برای تخمین مقاومت بدست می آید و تفسیر نتایج تاثیر خودش را نشان دهد.
5- با توجه به تخمینی بودن این آزمایش نمی تواند تعیین کننده در رد یا قبول بتن باشد.
6- براساس موارد مندرج در استاندارد ASTM-C805 و نشریه 72 و همچنین 283-ک مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ، نتایج حاصل از این روش تنها محدود به کیفیت لایه سطحی بتن (عمق حدود 30 میلیمتر ) بوده و تعیین مقاومت فشاری واقعی بتن با آزمایش شکستن (جک مقاومت فشاری) بتن امکانذیر می باشد. علاوه بر ان از این وسیله بیشتر به منظور مقایسه بتن های با نسبت اختلاط و میزان رطوبت یکسان استفاده می شود.
وسایل آزمایش :
- چکش بازتاب (اشمیت)
- سنگ سنباده جهت سائیدن سطح بتن هوازده و همچنین مسطح کردن سطح بتن
- سندان یا صفحه فولادی از جنس فولاد بسیار سخت با قطر 15 سانتیمتر جهت کالیبراسیون
انتخاب سطح آزمایش :
- حداقل ضخامت عضو مورد آزمایش 100 میلیمتر می باشد.
- مناطق متخلخل و دارای ترک و پوسته شده و هوازده نباشد.
- در مناطق ماله کشیده شده و زبر اعداد بزرگتری نسبت به مناطق قالب بندی شده می دهد.
آماده کردن سطح :
- سطح انتخابی حداقل 150 میلیمتر
- سائیدن محل مذکور درصورتی که زبر یا ناصاف یا پوسته شده است و مسطح کردن آن
- سطح خیس عدد کمتری می دهد. و سطح زبر عدد بیشتر . سطوح کربناته باید قبل از آزمایش به مدت 24 ساعت خیسانده شود. یا سطح کربناته برداشته شود.
- بتن های روی سطح زمین با سایر بتن های قسمت های سازه ای نبایستی با هم مقایسه شوند.
مواردی که در جوابها تاثیر می گذارد.
- بتن یخ زده عدد بسیار بیشتر می دهد
- دمای چکش اشمیت تاثیر دارد ( دمای کمتر از 18- سانتی گراد)
- جهت ضربه ( عمودی ، افقی )
- چکش های مختلف حتی از یک کارخانه از یک تا سه واحد اختلاف دارند.
- عدم کالیبراسیون و سرویس کردن دستگاه
- جوابهای یکسان در روی صفحه کالیبره تائید کننده جوابهای صحیح برای نمونه های دیگر نمی باشد.
روش آزمایش :
1) چکش اشمیت : پلانژر(میله چکش) روی نمونه قرار گرفته و با فشار دادن چکش به سنگ، به داخل بدنه فرو می رود. این عمل باعث فشرده شدن فنر داخل چکش می گردد. ضامن فنر در سطح انرژی تراکمی مشخصی آزاد شده و به وزنه ای که بالای پلانژر قرار دارد ضربه وارد می کند. ارتفاع واجهش وزنه از روی خط کش قرائت می شود و به عنوان مقیاسی برای تعیین سختی استفاده می شود. این وسیله قابل حمل بوده و در همه جا قابل استفاده است. مدلهای گوناگونی از چکش اشمیت با سطوح انرژی متفاوتی ساخته شده است. برای مثال چکش نوع L انرژی ضربه ای معادل 74/0 نیوتن متر تولید می کند.
2) قاعده فولادی : قاعده فولادی به وزن حدودی 20 کیلوگرم که نمونه را محکم در داخل خود نگه می دارد. نمونه های استوانه ای شکل داخل یک غلاف V شکل یا استوانه ای شکل با شعاعی برابر شعاع مغزه قرار می گیرند.
3) آنویل(سندان) فولادی استاندارد برای کالیبره کردن چکش : نمونه مورد آزمایش باید معرف سنگ مورد مطالعه باشد. در صورت امکان بهتر است که از قطعات بزرگتر برای آزمایش استفاده شود. چکش اشمیت نوع باید روی مغزه های (54 میلی متر) یا بزرگتر و یا نمونه های بلوکی شکل که هر ضلع آنها حداقل 6 سانتی متر باشد مورد استفاده قرار گیرد.
مراحل انجام آزمایش:
الف) چکش اشمیت قبل از هر آزمایش توسط یک آنویل (سندان) استاندارد، کالیبره می شود. میانگین ده قرائت روی آنویل استاندارد محاسبه شده و از آن برای تعیین ضریب تصحیح استفاده می شود.
ب) سطحی از نمونه که زیر پلانژر قرار می گیرد باید کاملا صاف و پرداخته شده باشد (چه در صحرا و چه در آزمایشگاه). این سطح و همچنین ماده سنگی زیر آن از هر گونه ناپیوستگی موضعی مربوط به توده سنگ باشد.
پ) قطعات مجزا و سنگ را باید محکم به یک پایه صلب بست تا نمونه در طی آزمایش از هرگونه تکان یا لرزش محفوظ باشد.
ت) مقدار سختی بدست آمده بستگی به راستای قرار گیری چکش دارد. طبق پیشنهاد ISRM بهتر است که چکش در یکی از سه وضعیت قائم به سمت بالا، افقی و یا قائم به سمت پایینقرار بگیرد.
- در هر سطح آزمایش 10 بار انجام شود و فاصله هرکدام از هم 2.5 سانتیمتر کمتر نباشد و چنانچه سطح بتن خرد و شکسته شود آن نتیجه قابل قبول نیست.
- اعدادی که بیش از 6 واحد با میانگین فاصله دارند حذف گردد.
- اگر بیش از 2 نمونه حذف شود کل آزمایش باطل است.
در هر حالت مقدار انحراف چکش نباید بیشتر از مثبت و منفی 5 درجه باشد. در صورتی که امکان انجام آزمایش در هیچ یک از جهات ذکر شده نباشد می توان آزمایش را با زاویه ای دلخواه انجام داد و سپس نتایج را برای حالات قائم و یا افقی تصحیح نمود. منحنی تصحیح معمولا توسط کارخانه سازنده چکش ارائه می شود. زاویه قرارگیری چکش و هرگونه تصحیح انجام شده روی نتایج باید یادداشت و گزارش گردد.
ث)دست کم 20 آزمایش مجزا باید روی هر نمونه سنگ انجام گیرد. نقاط مورد آزمایش باید حداقل به اندازه قطر پلانژر از هم فاصله داشته باشند. درصورت ایجاد هرگونه درزه و ترک بر اثر ضربه وارده، نتایج آزمایش باطل و نمونه مربوطه برای آزمایش های بعدی غیر قابل استفاده خواهد بود. وجود هرگونه خطا در آماده سازی نمونه و روش آزمایش باعث ایجاد مقادیر پایین تر سختی می شود.
◄ محاسبات:
ضریب تصحیح قرائت ها با توجه به کالیبراسیون چکش از رابطه زیر بدست می آید:
مقدار سختی استاندارد ویژه سندان
-------------------------------------------------- = ضریب تصحیح
میانگین 10 قرائت انجام شده روی سندان کالیبراسیون
برای تعیین سختی اشمیت با توجه به اینکه احتمال وجود خطا در مقادیر پایین بیشتر است، ابتدا نیمی از داده ها که کمترین مقدار را دارند حذف شده و از بقیه داده ها میانگین گرفته می شود. این میانگین در ضریب تصحیح ضرب شده و عدد حاصل به عنوان سختی واجهشی اشمیت در نظر گرفته می شود . با استفاده از سختی واجهشی اشمیت ، می توان بر اساس جداول ارائه شده توسط کارخانه سازنده و زاویه برخورد چکش به نمونه ، مقاومت فشاری سنگ را تخمین زد.
دقت و خطا :
فاصله بزرگترین و کوچکترین اعداد قرائت شده نباید بیش از 12 واحد اختلاف داشته باشند . تخمین میزان خطا ممکن نیست.
گزارش نتایج :
- تاریخ و زمان آزمایش
- توضیح دقیق مکانهای انجام آزمایش و ابعاد عضو مورد بررسی
- توصیف اختلاط بتن و ابعاد درشت دانه
- مقاومت مشخصه بتن
- مشخصات سطح : سطح پودر شده یا ترک دار، پشت بند بودن سطح آزمایش ، نحوه قالب گیری ، نحوه آماده کردن سطح ، نحوه تماس با هوا و محیط اطراف
- مشخصات چکش : شماره سریال و ...
- دمای هوا
- زاویه چکش حین آزمایش
- میانگین اعداد قرائت شده
- نکات مهم از جمله اعداد حذف شده و شرایط غیر عادی
◄ منابع:
1-اورت هوک ؛ ترجمه‌ی طاهریان؛ "مهندسی سنگ کاربردی" ، انتشارات دهخدا، چاپ اول
2-وتوکوری؛ ترجمه ی محمد فاروق حسینی؛ "در آمدی بر مکانیک سنگ" ، نشر کتاب دانشگاهی، چاپ چهارم.
3-سید رحمان ترابی؛ "مقدمه‌‌ای بر مکانیک سنگ" ، انتشارات دانشگاه شاهرود، چاپ اول.
نویسنده : کلینیک بتن ایران/دپارتمان تحقیق و توسعه.((مشاور و تولید کننده محصولات افزودنی بتن و ارائه دهنده خدمات مهندسی بتن))