مقاومت الکتریکی بتن با Resiman

مقدمه

تست RCPT یکی از آزمایش های رایج و پر استفاده برای تعیین نفودپذیری یون کلراید و کنترل دوام بتن است که در استاندارد های ASTM C1202 و AASHTO T227 بررسی شده است. در آزمایش RCPT میزان جریان الکتریکی عبوری در طول بتن طی یک ولتاژ استاندارد در زمان مشخص اندازه گیری می شود. اگرچه این آزمایش مقاومت بتن در برابر کلراید را به خوبی نشان می دهد امام مراحل آن طولانی بوده و قابلیت اندازه گیری مستقیم را ندارد.

به عنوان یک جایگزین آزمون مقاومت الکتریکی را می توان به عنوان یک ارزیاب عملکردی بتن استفاده کرد. این آزمایش در اجرا ساده بوده و از آزمایش RCP سریع تر است. علاوه بر این، نتایج این آزمایش را مستقیما می توان برای محاسبه ضریب انتشار یون کلراید بتن طبق رابطه Nernst-Einstein استفاده کرد.

روش های مختلفی برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن توسعه داده شده است که می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• مقاومت الکتریکی حجمی تک محوره
• مقاومت الکتریکی سطحی

دستگاه تعیین مقاومت الکتریکی سطحی بتن

روش های سنجش مقاومت الکتریکی در حال پرکاربرد شدن در مطالعات و مقالات هستند. اتخاذ این روش در استاندارد ها به کندی انجام شده است. مقاومت الکتریکی سطحی دارای یک استاندارد بوده که توسط  AASHTO T358 انتشار یافته است.

کمیته ASTM در حال توسعه یک استاندارد برای ارزیابی مقاومت الکتریکی سطحی بتن است. تنها استاندارد مقاومت الکتریکی بتن که توسط ASTM منتشر شده C1760 بوده که برای سنجش مقاومت الکتریکی به روش حجمی کاربرد دارد.

دوام بتن وابستگی زیادی به ریز ساختار آن مانند میزان منافذ، توزیع و شکل ارتباطات بین آنها دارد. هرچه شبکه فضای خالی بتن ریزتر و با ارتباطات کمتر باشد نفوذپذیری بتن کاهش می یابد و برعکس یک ساختار متخلخل با میزان بالای ارتباطات داخلی بین ذرات باعث نفوذ پذیری زیاد و کاهش دوام می شود. ایده اصلی که در روش مقاومت الکتریکی بتن استفاده می شود این است که به نحوی مشخصات ریز ساختار بتن مورد ارزیابی واقع شود.

به طور کلی مقامت الکتریکی بتن را می توان مقاومت بتن در برابر انتقال یون های تحت تاثیر میدان الکتریکی تفسیر کرد. از نتایج مقاومت الکتریکی بتن می توان جهت ارزیابی ذرات و میزان ارتباطات منافذ استفاده کرد.

معرفی دستگاه مقاومت الکتریکی بتن

دستگاه تعیین مقاومت الکتریکی بتن با نام تجاری رزیمان یک ابزار آزمایشگاهی برای تعیین سریع، آسان و با دقت مقاومت الکتریکی سطحی و حجمی بتن بوده که توسط پژوهشگران شرکت دانش بنیان توسعه پایدار سلمان در روز بتن رونمایی گردید.

از این دستگاه می توان برای سنجش نفوذپذیری کلرید در بتن مطابق با استانداردهای AASHTO T358 و ASTM استفاده کرد.

روش های محاسبه مقاومت الکتریکی با رزیمان

مقاومت ویژه بتن مشخصه ذاتی آن بوده که مستقل از شکل هندسی نمونه است و معمولا آن را با p نشان می دهند.

p=k.R

در رابطه بالا R مقاومت بتن و K ضریب هندسی که به عواملی مانند اندازه و شکل ذرات همچنین فاصله بین الکترودها وابسته است، می باشد.

در عمل مقاومت الکتریکی (R) به صورت مستقیم به وسیله دستگاه رزیمان محاسبه شده و مقاومت ویژه (p) از رابطه بالا محاسبه می شود.

1- مقاومت الکتریکی حجمی تک محوری

در این روش نمونه ی بتنی بین دو الکترود (معمولا دو صفحه ی فلزی موازی) قرار می گیرد. معمولا برای اطمینان از اتصال مناسب نمونه و الکترود از دو اسفنج مرطوب استفاده می شود. یک جریان متناوب به نمونه اعمال شده و اختلاف پتانیل بین دو الکترود اندازه گیری می شود. رابطه زیر ضریب هندسی مورد استفاده در روش تک محوری را نشان می دهد.

K=A/L

A سطح مقطع نمونه و L ارتفاع نمونه استوانه ای بتن است.

روش تک محوری یک شیوه آسان برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی بتن در آزمایشگاه ها است. همان نمونه ی مورد استفاده برای ارزیابی مقاومت فشاری را می توان برای سنجش مقاومت الکتریکی به کار برد. استفاده از روش تک محوری برای ارزیابی در محل پروژه دارای محدودیت بوده و نیازمند مغزه گیری است.

صفحات سنجش مقاومت الکتریکی بتن به صورت حجمی

2- روش چهار نقطه ای

همانطور که در تصویر مشخص است، دستگاه دارای 4 الکترود بوده که در یک خط مستقیم و به یک فاصله واقع شده اند. دو الکترود داخلی دستگاه اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده را محاسبه کرده و دو الکترود خارجی جریان متناوب را به سطح بتن وارد می کند.

برای یک ماده نیمه بینهایت هموژن ضریب هندسی از رابطه زیر محاسبه می شود.

K=gama*a

در این رابطه a فاصله بین الکترودها و گاما ضریب اصلاح هندسی (بدون بعد) است. گاما برای المان های نیمه بی نهایت مانند دال ها برابر  2π است. برای نمونه های مکعبی و استوانه ای این ضریب تفاوت دارد.

استاندارد AASHTO T358 فاصله الکترود ها را 38 میلی متر و فرکانس جریان متناوب را 13 هرتز تعیین کرده است. لازم به ذکر است که وجود ترک و آرماتور در بتن باعث تاثیر در مقادیر به دست آمده می شود.

روش 4 نقطه ای یک نوع تست غیر مخرب سریع و آسان بوده و به دلیل راحتی انجام آزمایش مناسب برای ارزیابی در محل پروژه است.

عوامل موثر بر دقت اندازه گیری

درجه اشباع

تغییر در درجه اشباع بر میزان مقاومت الکتریکی بتن اثر گذار است. توضیه می شود تا از عمل آوری مستمر استفاده شود و نمونه به صورت اشباع با سطح خشک SSD باشد.

دما

افزایش دما منجر به کاهش میزان مقاومت الکتریکی می گردد. 1 درجه سانتی گراد تغییر در دما 3 درصد بر میزان مقاومت الکتریکی اثر گذار است. بنابراین توصیه می شود در طول انجام آزمایش وضعیت دما کنترل گردد.

کاربرد مقامت الکتریکی بتن

تعیین نفوذپذیری یون کلرید در بتن

مشابه تست RCPT از مقاومت الکتریکی بتن می توان برای ارزیابی نفوذ کلراید استفاده کرد. اساس آزمون RCPT میزان جریان عبوری طی یک زمان مشخص در طول بتن است. رابطه بین جریان عبوری و مقاومت ویژه را می توان به صورت زیر نوشت:

در این رابطه مشاهده می شود که یک ارتباط معکوس بین جریان عبوری (Q) و مقاومت ویژه برقرار است. به عبارت دیگر رابطه بین Q و هدایت الکتریکی خطی بوده اگرچه نتایج آزمایش های مختلف نشان می دهد که این رابطه تا حدی غیر خطی است.

علت غیر خطی بودن پاسخ ها را می توان به تولید گرما و تمرکز یون ها در محل منافذ نسبت داد.

محاسبه ضریب انتشار

ضریب انتشار یک شاخص مهم در عمر سرویس دهی سازه های جدید است. به علاوه این ضریب برای نگه داری و بهسازی سازه های موجود نیز به کار می رود. ضریب انتشار یک رابطه ی خطی با مقاومت الکتریکی بتن در شرایط SSD دارد. بنابراین به کمک نتایج حاصل از آزمایش مقاومت الکتریکی و این رابطه می توان تخمین مناسبی از عمر سرویس دهی سازه برآورد کرد.

تخمین میزان خوردگی

مطالعات نشان می دهد ارتباطی بین مقاومت الکتریکی بتن و شروع خوردگی و انتشار آن وجود دارد. Hornbostel و همکاران به بررسی این ارتباط پرداختند.

شناسایی ترک ها

وجود ترک در ریزساختار بتن باعث تغییر در مشخصات بتن از جمله شیوه اتصال فضاهای خالی می گردد. از آزمون مقاومت الکتریکی می توان برای شناسایی و رصد شروع و انتشار ترک در بتن استفاده کرد.

بررسی چگونگی تاثیر ترک بر مقاومت الکتریکی بتن توسط Ranade و همکاران انجام شده است.

زمان گیرش

هنگامی که بتن تازه شروع به سخت شدن می کند ناپیوستگی منافذ مویینه مقاومت الکتریکی بتن را افزایش می دهد. Bentz و همکاران به بررسی استفاده از مقاومت لکتریکی برای تخمین زمان گیرش سیمان و بتن پرداختند.

میزان رطوبت

یکی دیگر از کاربردهای آزمون مقاومت الکتریکی شناسایی و تخمین میزان رطوبت موجود در بتن است. رجبی پور و همکاران به بررسی این موضوع پرداختند.

مراحل آزمایش مقاومت الکتریکی بتن مطابق با استاندارد AASHTO T358

• در طول انجام آزمایش دمای هوای اطراف نمونه بتنی باید در حدود 20 تا 25 درجه سانتی گراد نگه داشته شود.

• نمونه استوانه ای را از اتاق مرطوب یا مخزن آب خارج کرده و آن را به نمونه نگه دار در حالتی که نشان صفر درجه رو به بالا است قرار دهید. سپس سطح نمونه را به صورت سریع با اسفنج اشباع تمیز کنید. سطح نمونه در طول تست باید به صورت اشباع باشد.
• پیشنهاد می شود تا نمونه را در یک ظرف آب تا ارتفاع یک اینچ قرار داده و در طول انجام آزمایش بچرخانید. این امر موجب می شود تا سطح نمونه خشک نشود. همچنین پیشنهاد می گردد با هر 5 مرتبه تست آب ظرف را تعویض کنید. مرطوب نگه داشتن سطح نمونه منجر می شود تا دقت نتایج بالاتر رود.
• مقادیر حاصل از دستگاه را خوانده و در جدول زیر درج کنید.

• نمونه را از 0 درجه به 90 درجه چرخانده و مراحل 2 تا 4 را تکرار کنید.
• نمونه را از 90 به 180 بچرخانید و مراحل 2 تا 4 را تکرار کنید.
• نمونه را از 180 به 270 بچرخانید و مراحل 2 تا 4 را تکرار کنید.
• نمونه را در حالت صفر درجه قرار داده و مجددا مراحل 2 تا 7 را برای نتایج سری دوم تکرار کنید.
• مطابق جدول زیر میانگین و درصد انحراف معیار را برای هر نمونه محاسبه کنید. اگر درصد انحراف معیار بالای 7.5 درصد باشد نمونه را به مدت 2 ساعت در مخزن آب 20 الی 25 درجه سانتی گراد قرار داده سپس آزمایش را تکرار کنید چنانچه در تست دوم نیز درصد انحراف معیار بالای 7.5 درصد باشد از میانگین کل 16 بار تست استفاده کرده و اگر کمتر از 7.5 درصد باشد از نتایج تست دوم استفاده کنید.
• چنانچه نمونه در مخزن آب همراه آهک عمل آوری شده است مقاومت را در عدد 1.1 ضرب کنید و چنانچه نمونه در آب صد درصد خالص عمل آوری شده است عدد حاصل شده را در 1 ضرب کنید.
• از جدول زیر برای تخمین نفوذپذیری بون کلراید استفاده کنید.