آزمایش اسلامپ بتن چیست؟

اسلامپ بتن ملاکی برای آزمایش قابلیت روان بودن یا سیالیت بتن تازه قبل از استفاده در محل است. با کمک اسلامپ می توان سیالیت و عملکرد بتن تازه را در آزمایشگاه یا در محل ساخت سازه های بتنی ارزیابی کرد. در این مقاله ، ما در مورد اصول ، الزامات تجهیزات ، روند پیاده سازی ، عدد اسلامپ ، عوامل مؤثر و استانداردها در آزمون اسلامپ بتن بحث می کنیم.

سنجش اسلامپ بتن چیست؟

اندازه گیری اسلامپ بتن (Concrete Slump Test) یا  اندازه گیری مخروط اسلامپ  slump Cone Test)) معیاری برای ارزیابی یکنواختی کیفیت بتن از نظر جریان و کارآیی در سرویس های مختلف میکسر یا اصطلاحاً بچ (Batch) است. با استفاده از روش اسلامپ بتن ، تأثیر تغییرات خوراک میکسر بر جریان بتن به صورت روزانه یا ساعتی کنترل می شود.

به عنوان مثال ، افزایش اسلامپ بتن می تواند نشان دهنده افزایش ناگهانی رطوبت کل باشد. اسلامپ خیلی بالا یا خیلی پایین به عنوان یک زنگ خطر برای اپراتور میکسر محسوب می‌شود. با مشاهده این موارد، اپراتور باید شرایط را برای برگشت بتن به حالت عادی فراهم کند. فرآیند ساده ، دسترسی آسان به تجهیزات ، هزینه کم تجهیزات ، قابلیت حمل تجهیزات و امکان آزمایش در محل ، اندازه گیری اسلامپ بتن را به محبوب ترین و پرکاربردترین آزمایش جریان بتن تبدیل کرده است.

تجهیزات مورد نیاز سنجش اسلامپ بتن چه هستند؟

معمولاً از تجهیزات زیر برای انجام آزمایش اسلامپ بتن استفاده می‌شود:

•    مخروط اسلامپ: یک قالب فلزی به شکل مخروط ناقص با ارتفاع 300 میلی‌متر، قطر پایینی 200 میلی‌متر، قطر بالایی 100 میلی‌متر و ضخامت حداقل 1.5 میلی‌متر (جنس این قالب باید به گونه‌ای باشد که با خمیر سیمان واکنش ندهد و از بین نرود.)

•    میله کوبه (تراکم): یک میله فولادی به طول 600 میلی‌متر، قطر 15 میلی‌متر و یک یا دو انتهای گرد (مانند نیم کره)

•    صفحه پایه: صفحه‌ای صاف با ابعاد پیشنهادی 600*600 میلی‌متر (این صفحه که در زیر مخروط اسلامپ قرار می‌گیرد، باید جنسی سفت، سخت و غیرجاذب داشته باشد.)

•    خط کش فلزی

•    چمچه (سرتاس): یک ملاقه فلزی برای ریختن ملات در مخروط اسلامپ

•    برس (فرچه)

•    پارچه مرطوب

•    لوازم دیگر: با توجه به دقت مورد نیاز آزمایش و تجهیزات قابل دسترس می‌توان از لوازم بیشتری نظیر قیف، بیلچه، ظرف اختلاط، پارچه مرطوب و زمان‌سنج نیز استفاده کرد.

نکته بسیار مهم در اجرای سنجش اسلامپ بتن این است که تجهیزات آزمایش حتما باید از جنس مواد غیر جاذب باشند و هیچ واکنش شیمیایی با خمیر سیمان ندهند.

مراحل اجرای سنجش اسلامپ بتن

در این بخش، مراحل اجرای سنجش اسلامپ بتن را به صورت گام به گام شرح خواهیم داد:

مرحله اول: تمیزکاری قالب

در ابتدا باید سطح داخلی مخروط اسلامپ را به وسیله یک برس (برای کندن بتن‌های جامانده از آزمایش‌های قبلی) و یک پارچه مرطوب تمیز کنید.

مرحله دوم: آماده‌سازی و جانمایی قالب

مخروط اسلامپ را روی صفحه پایه قرار دهید که قطر آن در پایین (روی صفحه) و قطر کوچک آن در بالا قرار دارد. پاهای خود را روی برجستگی های پایین مخروط اسلامپ قرار دهید تا قالب محکم روی صفحه بماند.

مرحله سوم: ریختن نمونه بتن تازه

بتن تازه را توسط چمچه درون مخروط بریزید. ریختن بتن تازه باید در سه لایه با حجم‌های برابر صورت گیرد. توجه داشته باشید که پیش از این مرحله، نمونه بایستی در ظرف اختلاط هم زده شده باشد.

مرحله چهارم: تراکم نمونه

پس از ریختن هر لایه ، 25 بار آن را با میله کوبه ای بزنید. این ضربات باید به طور مساوی روی هر لایه اعمال شود و تمام قسمتهای سطح مقطع آن را پوشش دهد. پس از ریختن و ضربه زدن به لایه اول ، تمرکز ضربات (حدود نیمی از آنها) باید به سمت مرکز قالب باشد.

نحوه ضربه زدن باید به گونه ای باشد که میله از لایه فعلی عبور کرده و به لایه پایین نفوذ کند. اگر سطح بتن بعد از برخورد به لایه سوم از بالای مخروط کمتر است ، مقداری بتن به قالب اضافه کنید و ضرب و شتم را ادامه دهید. در انتها باید مقداری بتن در بالای سطح مخروط وجود داشته باشد.

مرحله پنجم: تمیزکاری روی قالب و صفحه پایه

بتن اضافی را با میله از مخروط خارج کنید. این عملیات باید با حرکت اره و غلتاندن میله انجام شود. در آخر ، مواد ریخته شده اطراف مخروط را از صفحه پایه تمیز کنید.

مرحله ششم: بیرون کشیدن قالب

مخروط را به آرامی بالا و به صورت عمودی از روی بتن به سمت بالا بکشید. پس از خروج قالب، بتن به سمت پایین حرکت می‌کند. این حرکت ناشی از وزن بتن است.

مرحله هفتم: بررسی کیفیت اولیه نمونه

اگر نمونه به طور کامل سقوط کند یا به صورت مورب بریده شود ، نتیجه باید توسط نمونه دیگری از همان بتن تکرار شود. اگر دو آزمایش متوالی شامل ریختن کامل یا برش قطر بخشی از نمونه باشد ، ممکن است بتن آزمایش شده از نظر پلاستیکی و چسبندگی برای اندازه گیری اسلامپ مناسب نباشد. اگر این اتفاق نیفتد ، به مرحله بعدی می رویم.

مرحله هشتم: اندازه‌گیری اسلامپ

پس از بیرون آوردن مخروط ، آن را به صورت وارونه در کنار نمونه بتونی قرار دهید (با قطر کوچک روی صفحه و قطر بزرگ رو به بالا)،  سپس ، میله را روی قالب قرار داده و با استفاده از خط کش فاصله عمودی میله و مرکز نمونه را اندازه گیری کنید.  عدد به دست آمده، با عنوان «عدد اسلامپ» (Slump Value) شناخته می‌شود.

مرحله نهم: ثبت عدد اسلامپ

در آخر ، عدد اسلامپ بدست آمده را با حداقل مقدار پروژه مورد نیاز مقایسه کنید و آن را ثبت کنید. اگر کیفیت بتن تأیید نشود ، باید دلیل این مسئله (طرح اختلاط ، نسبت آب به سیمان ، مواد افزودنی مورد استفاده و ...) را بیابید و اقدامات لازم را برای حل مشکل انجام دهید. حداقل عدد اسلامپ قابل قبول برای بتن معمولی حدود 5 میلی متر است.

ملاحظات: در هنگام اجرای سنجش اسلامپ بتن حتماً موارد زیر را در نظر بگیرید:

•    سطح داخلی قالب باید تمیز و عاری از رطوبت اضافی باشد.

•    هیچ گونه لرزشی در صفحه پایه وجود نداشته باشد.

•    آزمایش باید حدود 2 تا 5 دقیقه بعد از نمونه‌برداری انجام شود.

انواع اسلامپ بتن

بعد از اجرای سنجش اسلامپ بتن، چهار حالت مختلف برای شکل نمونه مورد آزمایش وجود خواهد داشت. این شکل‌ها عبارت هستند از:

اسلامپ ریزشی

اسلامپ ریزشی  شرایطی است که در آن بتن کاملاً فرو می ریزد و به سطح زمین می افتد. این اسلامپ بیانگر نسبت بالای آب به سیمان یا طرح اختلاط با کارآیی بالا است. اگر نسبت آب به سیمان زیاد باشد ، باید تجدیدنظرهای لازم در این مورد انجام شود ، اما در صورت نیاز به بتن با کارآیی بالا ، استفاده از اندازه گیری بتن اسلامپ به هیچ وجه توصیه نمی شود.

اسلامپ برشی

اسلامپ برشی شرایطی است که در آن قسمت بالای نمونه بر روی سطح برش می لغزد. این اسلامپ نشان می دهد که بتن مناسب نیست و باید دوباره آزمایش شود. اگر اسلامپ نمونه های بعدی نیز از نوع برشی باشد ، نتیجه می گیریم که مخلوط بتن چسبندگی کافی ندارد. اسلامپ برشی معمولاً در طراحی مخلوط با سنگدانه های درشت رخ می دهد.

اسلامپ صفر

اسلامپ صفر، حالتی است که نمونه بتن بدون هیچ نشستی در جای خود باقی می‌ماند. این اسلامپ، نشان دهنده نسبت آب به سیمان بسیار پایین (اختلاط خشک) است.

اسلامپ واقعی

اسلامپ واقعی تنها شرطی است که در اندازه گیری بتن اسلامپ پذیرفته می شود. در یک اسلامپ واقعی ، بتن در حال آزمایش فقط ساکن است و شکلی کم و بیش شبیه قالب مخروطی دارد. اگر طرح اختلاط بتن نسبت آب به سیمان کم (مانند بتن مگر) داشته باشد ، نتایج آزمایش بتن اسلامپ معتبر نخواهد بود. در این موارد ، با یک تغییر کوچک در طرح اختلاط ، می توان اسلامپ واقعی  را به صفر افت اسلامپ یا حتی اسلامپ تغییر داد.

عدد اسلامپ چیست؟

عدد اسلامپ (نشست عمودی)، معیاری برای ارزیابی روانی بتن بر حسب میلی‌متر یا اینچ است. هر عدد اسلامپ یک کاربردی مخصوص دارد. در جدول زیر، عدد اسلامپ بر حسب کارآیی و کاربرد مورد نظر مشخص شده است.

عوامل موثر بر اسلامپ بتن چه هستند؟

از عوامل مؤثر بر میزان اسلامپ بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1.    نسبت آب به سیمان

2.    خواص مواد تشکیل‌دهنده: خواص شیمیایی، میزان درشتی، توزیع دانه‌بندی ذرات، رطوبت و دمای مواد سیمانی به همراه اندازه، بافت، دانه‌بندی، تمیزی و رطوبت سنگدانه‌ها (شن وماسه)

3.    افزودنی‌های شیمیایی: مقدار، نوع، ترکیب، واکنش، ترتیب اضافه کردن و اثرگذاری افزودنی‌های شیمیایی

4.    حفره‌های موجود: نسبت فضای خالی در مخلوط بتن

5.    روش و تجهیزات بچینگ، اختلاط و انتقال بتن

6.    دمای بتن

7.    شرایط آزمایش: نحوه نمونه‌برداری، روش اجرای سنجش اسلامپ و وضعیت تجهیزات آزمایش

8.    زمان: اختلاف زمانی بین اختلاط بتن و انجام آزمایش

استانداردهای سنجش اسلامپ بتن چیستند؟

نحوه اجرای سنجش اسلامپ بتن در استانداردها و دستورالعمل‌های مختلفی آورده شده است که معمولاً اختلاف زیادی بین آن‌ها وجود ندارد. از بین این استانداردها و دستورالعمل‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

استاندارد آمریکا

در آمریکا از استانداردهای ASTM و دستورالعمل‌های AASHTO برای اجرای سنجش اسلامپ بتن استفاده می‌شود. استانداردهای آمریکا صریحاً بیان می کند که باید مخروط اسلامپ دارای 12 اینچ (حدود 30 سانتی متر) قطر ، 8 اینچ (حدود 20 سانتی متر) قطر و 4 اینچ (حدود 10 سانتی متر) قطر باشد. علاوه بر این ، طبق استاندارد ASTM ، مرحله بلند کردن مخروط باید به صورت عمودی و بدون چرخش دایره ای انجام شود.

سنجش اسلامپ بتن با عنوان «روش استاندارد آزمایش اسلامپ بتن سیمانی آب‌بند» (Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete) و با کدهای «ASTM C 143» و «AASHTO T 119» شناخته می‌شود.

استاندارد انگلیس و اروپا

استانداردهای اندازه گیری بتن اسلامپ در انگلیس برای ابعاد یک مخروط استاندارد اسلامپ ارتفاع 300 میلی متر ، قطر پایین 200 میلی متر و قطر بالای 100 میلی متر را در نظر می گیرند. در استانداردهای انگلیس، الزامی به بالا کشیدن عمودی مخروط از روی بتن (موجود در استاندارد آمریکا) وجود ندارد. سنجش اسلامپ بتن در استانداردهای انگلیس با کد «BS 1881-102» و در استاندارد اروپایی با کد «BS EN 12350-2» مشخص شده است.

استاندارد ایران

در ایران از استاندارد «بتن تازه- قسمت دوم: تعیین روانی به روش اسلامپ – روش آزمون» برای سنجش اسلامپ بتن استفاده می‌شود. ابعاد پیشنهادی مخروط اسلامپ در این استاندارد مشابه استاندارد اروپا (با تحمل 2 میلی متر) است. از طرف دیگر ، استاندارد ایرانی ، مشابه استاندارد آمریکایی ، پیشنهاد می کند که قالب بدون تغییر حرکت جانبی (بطور 5 تا 10 ثانیه) به طور یکنواخت از بتن به سمت بالا کشیده شود.  سنجش اسلامپ بتن در استاندارد ایران با کد «ISIRI 3203-2» مشخص شده است.

تجهیزات و روش‌های دیگر

به منظور اجرای سریع سنجش اسلامپ بتن، از تجهیزات جدیدی با عنوان «K Slump Tester» استفاده می‌شود. این دستگاه پس از قرار دادن آن در بتن تازه می تواند عدد اسلامپ را در یک دقیقه اندازه گیری کند.

به علاوه می توان با کمک این دستگاه کارآیی نسبی بتن را محاسبه کرد. با این حال ، برای مواردی که عملکرد بتن زیاد است (اصطلاحاً سست) ، اندازه گیری بتن اسلامپ توصیه نمی شود. در این مورد، «آزمون میز جریان» (Flow Table Test) به منظور تعیین روانی و کارآیی بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقدار اسلامپ استاندارد در انواع بتن

مقدار اسلامپ استاندارد با توجه به کارآیی مطلوب در هر حالت خاص به نوع سازه، امکانات و تجهیزات موجود جهت تراکم بستگی دارد. بنابراین یک مقدار اسلامپ مناسب برای سازه های حجیم الزاماً برای مقاطع نازک، غیر قابل دسترس یا با میلگرد زیاد مناسب نخواهد بود.

مقدار اسلامپ بتنی (ضریب شلی بتنی) که در ساختمان های معمولی به کار می رود حدود 50 تا 70 میلی متر است و اگر از ویبراتور استفاده شود، 50 میلی متر مناسب است.

برای بتن سفت اسلامپ این مقدار حدود 10 تا 30 میلی متر است. که این بتن را می توان با دشواری به وسیله ی خرطوم لرزاننده (ویبره) از درون لرزاند و متراکم کرد. باید توجه نمود که بتن سفت پس از خشک شدن کمتر دچار جمع شدگی می شود. و اگر به درستی ویبره شود خلل و فرج کمتر، و در نتیجه تحمل نیروی فشاری بالاتری خواهد داشت.

برای بتن خمیری اسلامپ این مقدار حدود 50 تا 70 میلی متر است. که این نوع بتن حالت خمیری دارد و می توان به راحتی آن را با ویبره یا کوبیدن متراکم نمود. که معمولاً در کارهای ساختمانی از بتن با این اسلامپ استفاده می گردد.

برای بتن شل اسلامپ این مقدار بزرگتر از 100 میلی متر است. که این نوع بتن به دلیلی روانی بالا نیازی به ویبره زدن ندارد و در کار های سازه ای که نیاز به مقاومت بالا باشد از این نوع بتن استفاده نمی گردد.

رابطه ی اسلامپ و چسبندگی بتن

اگر پس از تکرار مجدد آزمایش اسلامپ برشی ایجاد شود ، این نشان دهنده عدم چسبندگی مخلوط بتن است. از این رو مخلوط های اسلامپ با جریان کم یا سخت (یعنی بدون جریان) برابر با صفر است. بنابراین ، برای مخلوط های نسبتاً خشک ، تغییرات عملکرد آنها قابل تشخیص نیست.

تأثیر سیمان در اسلامپ

مخلوط های سیمانی عملکرد مطلوبی دارند و اسلامپ آنها نسبت به تغییرات عملکرد حساس است و در یک مخلوط سیمان کم که تمایل به ناهمواری دارد (یعنی مخلوط بتن سیمان کم و سخت است) ،  اسلامپ واقعی می تواند به راحتی به اسلامپ برشی یا حتی ریزشی تغییر یابد. و مقادیر کاملاً متفاوتی برای اسلامپ نمونه های بتنی مختلف از یک مخلوط بدست آید.

مهم ترین تأثیر اسلامپ بر مقاومت فشاری بتن

مهمترین تأثیر اسلامپ در مقاومت فشاری بتن زمانی مشخص می شود که نگاهی به رفتارهای معمول روزمره با بتن بیندازیم و رابطه بین خواص مختلف بتن را کمی دقیق تر بررسی کنیم.

به عنوان مثال ، برای افزایش کارایی بتن (روانکاری بتن) ، روش معمول افزایش مقدار آب مصرفی در بتن است. و تاکنون دریافته ایم که افزایش میزان آب بتن باعث افزایش جریان یا اسلامپ می شود که طبق توضیحات ، مقاومت فشاری بتن را کاهش می دهد ، که به هیچ وجه مطلوب نیست.
زیرا یکی از مهمترین عوامل مؤثر در مقاومت بتن ، نسبت آب به سیمان است.

هرچه نسبت کمتر باشد ، مقاومت فشاری بتن بیشتر خواهد بود (به شرطی که حداقل مقدار آب مورد نیاز برای هیدراتاسیون تأمین شود). به همین دلیل است که با افزایش مقدار آب در مخلوط بتن ، شاهد کاهش مقاومت فشاری هستیم.

کاربرد آزمایش اسلامپ در کجاست؟

کاربرد آزمایش اسلامپ برای کنترل کارگاهی و تغییرات پیمانه به پیمانه یا ساعت به ساعت مصالحی که به داخل دستگاه مخلوط کن(میکسر بتن) برای تهیه مخلوط بتن ریخته می شود، است.

فواید آزمایش اسلامپ

فواید آزمایش اسلامپ را به طور کلی از دو جنبه می توان مفید دانست. اول این که در صورت یکنواخت بودن جنس و دانه بندی سنگدانه ها، این آزمایش نشان دهنده تغییرات در مقدار آب موجود و نسبت آب به سیمان است.

دوم این که در صورت ثابت بودن میزان آب مخلوط و رطوبت موجود در سنگدانه ها، این آزمایش نشان دهنده تغییرات دانه بندی شن و ماسه و یا غلط بودن میزان وزنی سیمان، شن و ماسه است.