اختبارات الضغط على الخرسانة الصلبة
المصدر: روبرتو ليون ، قسم الهندسة المدنية والبيئية ، فرجينيا للتكنولوجيا ، بلاكسبيرغ ، فيرجينيا
هناك مرحلتان متميزتان في مشروع البناء الذي يتضمن الخرس…
اختبار الضغط
- قم بإزالة الأسطوانات الخرسانية من منطقة التخزين أو غرفة المعالجة ، وجفف الأسطوانات على السطح.
- حدد ست أسطوانات لهذا الاختبار ، وقم بقياس قطر كل أسطوانة.
- تأكد من أن نهايات الأسطوانات مستوية قدر الإمكان. نظرا لأن الجزء العلوي من الأسطوانات ربما لا يكون مسطحا جدا ، يجب على المرء (أ) طحن نهايات الأسطوانة الخرسانية بحجر فرك البناء لإزالة المخالفات السطحية وإلقاء غطاء إسفلتي على طرفي الأسطوانة ، أو (ب) وضع غطاء نهاية من النيوبرين على كل طرف. في هذا المختبر ، سنستخدم أغطية نهاية النيوبرين ، لأن هذه الطريقة هي الأبسط إلى حد بعيد. ومع ذلك ، حتى باستخدام هذه التقنية ، يجب إزالة عيوب السطح الرئيسية مسبقا.
- قم بتطبيق الحمل الانضغاطي ببطء وبشكل مستمر حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى للحمل. يجب أن يتراوح معدل التحميل بين 20 رطل لكل بوصة مربعة إلى 50 رطل لكل بوصة مربعة في الثانية (150 رطل إلى 300 رطل في الثانية). يكون فشل الأسطوانة وشيكا أثناء الاختبار عندما يتباطأ مؤشر الحمل ويتوقف في النهاية. اترك الحمل الانضغاطي يستمر حتى يتم سحق الأسطوانة. افحص عن كثب نوع فشل الاسطوانة.
- سجل الحمل الأقصى وحدد قوة الانضغاط لكل عينة تم اختبارها.
تحديد معامل يونغ
- بالنسبة لأحد اختبارات ضغط الأسطوانة ، قم بتثبيت مقياس ضغط حول الأسطوانة باتباع الخطوات من 2.2 إلى 2.10.
- قم بفك مسامير التلامس السبعة (2 على حلقة القفل العلوية ، و 3 على حلقة القفل السفلية و 2 على الحلقة الوسطى) حتى تتدفق النقاط مع السطح الداخلي للحلقات.
- ضع مقياس الضغط فوق العينة الخرسانية لتحديد موقع العينة في وسط الحلقة.
- ضع ثلاث كتل متساوية الطول أسفل الحلقة السفلية. يجب أن يكون طول الكتل (الأسطوانات) عموديا لتوفير الارتفاع الصحيح.
- شد مسامير التلامس ال 3 يدويا في حلقة القفل السفلية ومسامير التلامس 2 في الحلقة العلوية مقابل العينة.
- شد يدويا 2 مسامير تلامس في الحلقة الوسطى مع التأكد من أن الجذع الرأسي لمؤشر قرص الإجهاد المحوري هو منتصف الطريق بين جزأين من الحلقة الوسطى.
- قم بإزالة قضبان المباعدة الثنائية.
- قم بإزالة الكتل المعدنية الثلاث من أسفل الحلقة السفلية.
- صفر مؤشر قرص الإجهاد المحوري مع اقتراب الجذع من الوضع الممتد بالكامل.
- صفر مؤشر قرص الإجهاد القطري مع ساقه بالقرب من وضع الدفع بالكامل.
- ضع سلسلة من الأحمال في خطوات حوالي 10,000 رطل ، حتى حوالي 60,000 رطل. في كل خطوة تحميل ، سجل التشوهات الطولية والدائرية.
مظاهرة شميدت هامر
- ضع علامة على شبكة 2 قدم × 2 قدم على لوح أرضية خرساني ، تغطي مساحة 10 أقدام × 10 أقدام. حدد سطحا خرسانيا أملسا وجافا وسمكه لا يقل عن 4 بوصات (أو 102 مم).
- في كل نقطة شبكية ، قم بإجراء وتسجيل اختبار مطرقة ارتداد شميدت ، كما هو موضح في الخطوات من 3.3 إلى 3.4.
- قبل استخدام المطرقة للاختبار ، يجب تحرير المكبس من المطرقة إلى موضع الاختبار. إذا لم يتم تمديد المكبس ، فضع نهاية المكبس على سطح صلب واضغط برفق على مطرقة شميدت بقوة على السطح. سوف تسمع نقرة ، وسيمتد المكبس إلى موضع الاختبار.
- اضغط برفق على مطرقة الارتداد على السطح الخرساني المراد اختباره. عندما يتم الضغط على المكبس بالكامل في مطرقة الارتداد ، استمر في الضغط بقوة أكبر حتى تسمع صوت قعقعة. حافظ على مطرقة الارتداد مضغوطة بقوة على السطح الخرساني واقرأ رقم الارتداد على الميزان.
- احسب المتوسط والانحراف المعياري لهذه المجموعة من القياسات.
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
يتم تقييم قوة الخرسانة المستخدمة في الهياكل باستخدام اختبارات الضغط لتلبية متطلبات محددة بعد التركيب وأيضا لمراقبة الجودة على مدى عمر المشروع.
عندما يتم صب الخرسانة في شكل ، ستبدأ في التماسك والتصلب. ستحقق الخرسانة قوة التصميم والصلابة بعد 14 إلى 28 يوما من الصب. يتم صب أسطوانات اختبار الخرسانة في نفس الوقت الذي يتم فيه وضع الخرسانة في مكانها. يتم اختبار هذه العينات لتحديد قوة الخرسانة وصلابتها.
في هذه التجربة ، سنختبر قوة الانضغاط للخرسانة لمدة 28 يوما. واستخدم اختبارا بسيطا غير مدمر لقوة الخرسانة في الموقع.
بمجرد وضع الخرسانة في مكانها ، تبدأ عملية الترطيب بإذابة الأسمنت في الماء. مما يؤدي إلى تشبع الأيونات في المحلول. في غضون ساعات قليلة تتشكل بلورات ويشغل الأسمنت المساحة ، مما سيعطي المادة هيكلها النهائي. تتأثر قوة الخرسانة المعالجة بالتصميم المختلط ودرجة حرارة المعالجة والرطوبة وتوحيد المنتج. لقياس هذه القوة ، يتم استخدام آلة اختبار هيدروليكية.
يتم توصيل جهاز يسمى مقياس الضغط بعينة الاختبار للسماح بحساب معامل يونغ ونسبة بواسون. درجة الحرارة والرطوبة أثناء التخزين ، وحالة عينة الاختبار أثناء الاختبار ، والطريقة التي يتم بها إجراء الاختبار كلها عوامل تؤثر على نتائج الاختبار ويجب التحكم فيها. في حين أن اختبارات الأسطوانة مفيدة لتحديد قوة الخرسانة التي يتم تسليمها إلى الموقع ، يتم استخدام الاختبار في الموقع لتقييم الجودة المعمول بها على مدى عمر الهيكل.
لهذا الغرض ، يطلق اختبار مطرقة شميدت وزنا فولاذيا على سطح الخرسانة. يتم قياس المسافة التي يرتدها الفولاذ وترتبط بقوة المادة. يمكن إجراء القياسات عبر سطح واحد أو العديد من الأسطح لتقييم تناسق الخرسانة.
في القسم التالي ، سنقيس قوة الضغط لعينات الاختبار ونلاحظ طريقة فشلها. سنوضح أيضا استخدام اختبار مطرقة شميدت للإشارة إلى قوة المواد.
سيتم إجراء اختبارات الضغط باستخدام آلة اختبار هيدروليكية. بالنسبة لهذه الاختبارات ، يجب أن تكون سعة الحمولة عالية جدا لاختبار الخرسانة عالية القوة. قم بإزالة الأسطوانة الخرسانية من القالب وجفف سطحها لتحضير العينة للاختبار.
بعد ذلك ، افحص الأسطوانة الخرسانية وقم بإزالة أي عيوب كبيرة في السطح من نهاياتها باستخدام ملف. بعد تحضير كل طرف ، ضع غطاء من النيوبرين للتأكد من أن الأطراف مسطحة ومستوية قدر الإمكان. قم بتوسيط العينة في آلة الاختبار الهيدروليكية ثم قم بتطبيق الحمل الانضغاطي ببطء وبشكل مستمر بمعدل يتراوح بين 20 إلى 50 رطل لكل بوصة مربعة في الثانية. اسمح للحمل بالزيادة حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى وسحق الأسطوانة.
يكون الفشل وشيكا عندما يتباطأ مؤشر الحمل ويتوقف في النهاية. عند اكتمال الاختبار ، سجل الحد الأقصى للحمل ثم افحص عن كثب نوع الفشل في الأسطوانة الخرسانية. تحديد قوة الانضغاط للعينة وتسجيل وضع الكسر. كرر هذا الاختبار لأربع من العينات الخمس المتبقية. بالنسبة للعينة النهائية ، قم بتثبيت مقياس ضغط بحيث يمكن تحديد معامل يونغ ونسبة بواسون لهذا المزيج الخرساني.
أولا ، قم بفك جميع مسامير التلامس السبعة حتى تتدفق النقاط مع السطح الداخلي للحلقات. الآن ، ضع مقياس الضغط فوق الأسطوانة الخرسانية وقم بدعمه بثلاثة فواصل متساوية الارتفاع لتوسيطه عموديا مع العينة. قم بإحكام ربط مسامير التلامس الثلاثة على الحلقة السفلية يدويا والاثنان الموجودان في الحلقة العلوية لتأمين العينة بشكل مركزي في مقياس الضغط.
عندما يتم تأمين العينة ، قم بإحكام ربط مسامير التلامس الأخيرة في الحلقة الوسطى. تأكد من أن الجذع الرأسي لمؤشر قرص الإجهاد المحوري يقع في منتصف الطريق بين جزأين من الحلقة الوسطى. تأكد من أن جذع مؤشر الاتصال المحوري قريب من التمدد بالكامل ، وأن جذع مؤشر الاتصال الهاتفي القطري قريب من التراجع بالكامل.
أخيرا ، قم بإزالة كل من قضبان الفاصل من الجانبين والقضيب الثالث الموجود على الحلقة المركزية. ارفع المجموعة عن طريق إمساك العينة ووضعها بعناية في آلة الاختبار الهيدروليكية ثم صفر كلا مؤشري القرص. قم بتطبيق سلسلة من الأحمال في خطوات من 10,000 رطل بحد أقصى 60,000 رطل. عند كل حمولة، سجل التشوهات الطولية والطوق كما هو موضح في مؤشرات القرص.
ابحث عن سطح خرساني أملس وجاف وسمك أربع بوصات على الأقل ، وحدد شبكة 2 قدم في 2 قدم ، تغطي مساحة إجمالية تبلغ 10 أقدام في 10 أقدام. إذا لم يتم تمديد مكبس مطرقة شميدت ، فضع الطرف على سطح صلب واضغط برفق لأسفل حتى تسمع نقرة. سوف يمتد المكبس أثناء سحب المطرقة بعيدا عن السطح.
الآن ، اضغط برفق على المطرقة على نقطة الشبكة الأولى المميزة على السطح الخرساني. استمر في الدفع حتى يسمع صوت قعقعة. اقرأ رقم الارتداد على الميزان ثم اسحب المطرقة بعيدا عن السطح. كرر هذا القياس عند كل نقطة شبكة مميزة على السطح ثم احسب المتوسط والانحراف المعياري لمجموعة القياسات بأكملها.
تميل الأسطوانات في الضغط إلى الفشل على طول مستوى مائل عند 45 درجة تقريبا. تشير هذه الميزة إلى أن الفشل لم يكن مدفوعا بسحق الضغط الخالص للأسطوانة ، بل بسبب قوى القص أو بشكل أكثر دقة عن طريق تقسيم ضغوط التوتر.
كان متوسط قراءات مطرقة شميدت 32.4 مع انحراف معياري قدره 1.3 ، وهو ما يرتبط بقوة في الموقع تبلغ 4,650 رطل لكل بوصة مربعة بناء على المعايرة لاختبارات الأسطوانات المعملية المتوازية.
الآن بعد أن كنت تقدر طرق اختبار القوة للهياكل الخرسانية ، دعنا نلقي نظرة على كيفية تطبيقها لضمان جودة الهياكل في عالمنا.
في الجسور القديمة ، يمكن أن تتطلب متطلبات التحميل المتزايدة اختبار قوة الخرسانة. في هذه الحالات ، يتم استخراج النوى من الهياكل الحالية واختبارها في المختبر لتحديد ما إذا كان الهيكل يمكنه حمل أحمال أعلى مما تم تصميمه في البداية.
بين الاختبار الأساسي الأكثر تدميرا ولكن بدقة للغاية في الموقع واختبار مطرقة شميدت غير المدمر ولكن الأقل دقة ، يوجد مسبار وندسور. في هذا الاختبار ، يتم إطلاق المجسات في سطح الخرسانة ويتم قياس عمق الاختراق لتحديد قوة الخرسانة.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لاختبارات الضغط على الخرسانة الصلبة. يجب أن تفهم الآن الاختبار الأساسي واختبار مطرقة شميدت للخرسانة.
شكرا للمشاهدة!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: When does concrete achieve its design strength after casting?
Concrete achieves its design strength and stiffness 14 to 28 days after casting. During this period, the hydration process continues as cement dissolves in water, forming crystals that give the material its final structure. Test cylinders cast at the same time as placement are tested to verify the concrete meets strength requirements.
Q2: What factors affect the strength of cured concrete?
Concrete strength is affected by the mixed design, curing temperature and humidity, and uniformity of the product. Additionally, temperature and humidity during storage, specimen condition during testing, and the testing procedure itself all influence results and must be carefully controlled to ensure accurate strength measurements.
Q3: How is Young's modulus determined in concrete compression testing?
A device called a compressometer is attached to the test specimen to measure longitudinal and hoop deformations at specific load increments. By recording these deformations using dial indicators at loads up to 60,000 pounds, engineers can calculate Young's modulus and Poisson's ratio, which describe the material's elasticity and stress-strain behavior.
Q4: What does the failure pattern of concrete cylinders reveal about the failure mechanism?
Concrete cylinders typically fail along an inclined plane at roughly 45 degrees, indicating that failure is driven by shear forces and splitting tension stresses rather than pure compression crushing. This failure mode reveals the complex stress state within the material during compression testing.
Q5: How does the Schmidt hammer test evaluate concrete strength in place?
The Schmidt hammer shoots a steel weight at the concrete surface and measures the rebound distance, which correlates to material strength. Measurements are taken across a grid pattern on the surface, and the average rebound number is related to in-situ strength through calibration with laboratory cylinder tests.
Q6: What preparation steps are required before testing a concrete cylinder in compression?
Remove the concrete cylinder from the mold and dry its surface. Inspect the cylinder and use a file to remove major surface imperfections from its ends. Apply a neoprene cap to each end to ensure they are flat and level, then center the specimen in the hydraulic testing machine before applying load.
Q7: Why is in-situ concrete testing used alongside laboratory cylinder tests?
While cylinder tests determine the strength of concrete delivered to the site, in-situ testing evaluates quality in place over the structure's lifespan. Non-destructive methods like the Schmidt hammer allow engineers to assess concrete consistency across multiple surfaces without damaging the structure, providing ongoing quality assurance.