کپینگ بتن (کلاهک گذاری نمونه استوانه ای) چیست؟
به عمل کلاهک گذاری نمونه استوانه ای یا سیلندری بتن (capping of concrete cylinders) کپینگ می گویند.
علت استفاده از کلاهک گذاری نمونه استوانه ای بتنی
کپینگ بتن
استوانه هایی که با روش استاندارد قالب گیری می شوند، دارای سطوح (به ویژه سطح بالای نمونه) ناصاف هستند و این سطوح لزوما مسطح و یا موازی نیستند. اگر در این شرایط تحت آزمایش قرار گیرند، مقاومت ظاهری که به دست می آید به نحو قابل ملاحظه ای کمتر است و دلیل آن تمرکز تنشی است که در حین بارگذاری ایجاد می شود.
برای درک بهتر و پی بردن به اهمیت این موضوع باید توجه نمود که یک ناصافی به میزان 0.25 میلی متر می تواند مقاومت بتن را به میزان یک سوم کاهش دهد.
به عنوان یک مثال جالب است بدانید که در نمونه هایی که دارای سرهای به شکل محدب هستند، نسبت به نمونه هایی که سرهایی به شکل مقعر دارند، مقاومت اندازه گیری شده کمتر خواهد بود. و دلیلش این است که تمرکز تنشی که ایجاد می شود، جدی تر (تمرکز تنش بالا) است.
به همین خاطر می توان نتیجه گرفت هدف از کپینگ یا کلاهک گذاری نمونه های استوانه ای جلوگیری از ایجاد تمرکز تنش در نمونه های استوانه ای یا توزیع یکنواخت تنش روی کل سطح نمونه و در نتیجه عدم کاهش مقامت ظاهری بتن می باشد.
مقدار و روش های تسطیح نمونه ها کدامند؟
مطابق استاندارد (ASTM C617) این طور الزام شده است که سطوح انتهایی نمونه باید مسطح، با دقت 0.05 میلیمتر باشند. که به همین منظور روش هایی نیز ارائه شده اند که در ادامه به بررسی آن ها می پردازیم.
روش های استاندارد مسطح کردن نمونه بتنی
- ساب زدن
- کلاهک گذاری چسبنده (استفاده از خمیر سیمان و ملات گوگرد)
- کلاهک گذاری غیر چسبنده (بر پایه لایه الاستومتریک)
یک روش برای رسیدن به دقتی که مدنظر آیین نامه ها و استاندارد ها می باشد، ساب زدن سطوح نمونه های بتنی است. که روش قابل قبولی نیز هست، ولی گران و زمان بر است. این روش معمولا برای بتن های پرمقاومت به کار می رود، اگر چه بعضی از آزمایشگاه ها این روش را برای همه بتن ها به کار می برند.
متداول ترین روش برای رسیدن به سطح صاف برای نمونه های استوانه ای، کلاهک گذاری سطوح بالایی و پایینی استوانه ها (مطابق استاندارد 617 ASTM C) با یک مصالح مناسب است.
سه نوع مصالح کلاهک گذاری مجاز
- خمیر سیمان سفت
- پلاستر گچ پر مقاومت
- ملات گوگرد
در نوع اول یک لایه نازک خمیر سیمان پرتلند سفت (غیر روان) بر روی بتن تازه که قالب گیری شده است، اجرا می شود.
برای انواع دوم و سوم بر روی استوانه های سخت شده، یک پلاستر گچ پرمقاومت یا ملات گوگرد را می توان به کار برد، که البته روش آخری متداول تر است.
روش آماده کردن ملات گوگرد برای کلاهک گذاری
پودر گوگرد
ملات گوگرد با گرم کردن تا 130 درجه سانتی گراد و سپس ریختن آن در ظروف فلزی کلاهک گذاری که تا حدودی به روغن آغشته است، آماده می شود.
سپس استوانه های بتنی در داخل سولفور قرار می گیرند تا در سطوح بالا و پایین آنها یک ملات گوگرد با ضخامت حدود سه میلیمتر تشکیل شود، به طوری که انحراف آن از حالت قائم نسبت به محور استوانه کمتر از ۱۵ درجه باشد.
بعد از عملیات کلاهک گذاری، نمونه ها باید تا قبل از آزمایش در حالت مرطوب نگه داشته شوند که البته عموما استوانه ها بلافاصله بعد از کلاهک گذاری مورد آزمایش قرار می گیرند.
(باید توجه داشت که با کار کردن مستمر سولفور، این ماده مقاومت و جاری بودن خود را از دست می دهد. بنابراین قدیمی ترین ماده در پاتیل سولفور نباید بیش از پنج نوبت مورد استفاده قرار گیرد.)
مقاومت کلاهک گذاری چقدر باید باشد؟
برای بتن ها با مقاومت تا پنجاه مگاپاسکال، مقاومت کلاهک گذاری باید حداقل ۳۵ مگاپاسکال باشد.
برای بتن های با مقاومت بیشتر، باید مقاومت فشاری کلاهک گذاری حداقل برابر مقاومت استوانه بتنی باشد. (یا مقاومتی که حداقل ۹۸ درصد مقاومت یک استوانه فشاری کلاهک گذاری شده با خمیر سیمان خالص با سطح ساب زده شده باشد).
| نوع بتن بر حسب میزان مقاومت بر حسب مگاپاسکال | مقاومت لازم برای کلاهک بر حسب مگاپاسکال |
| تا 50 | 35 |
| بیشتر از 50 | برابر با مقاومت استوانه بتنی
(یا برابر با مقاومتی که حداقل ۹۸ درصد مقاومت یک استوانه فشاری کلاهک گذاری شده با خمیر سیمان خالص با سطح ساب زده شده باشد.) |
مقایسه نتیجه روش کلاهک گذاری با ساب زدن
به هرحال سطوح کلاهک گذاری شده، معمولا موجب افزایش انحراف معیار نسبت به سطوح ساب زده شده می شود. که منظور از افزایش انحراف معیار، افزایش مقدار داده ها در مقایسه با میانگین داده های به دست آمده است.
کپینگ بدون استفاده از کلاهک چسبنده و ساب زدن
یک راه حل جایگزین برای آماده کردن سطوح، بدون کلاهک گذاری کردن و یا ساب زدن که براساس ASTM C 1231 انجام می شود، کلاهک گذاری غیر چسبنده است.
لایه الاستومریک (کلاهک غیر چسبند بتن)
در کلاهک غیر چسبنده مطابق تصویر بالا یک پایه الاستومریک (elastomeric pad) بین یک رینگ نگهدارنده فلزی قرار می گیرد و سپس این مجموعه روی سطح نهایی نمونه قرار می گیرد. این پایه الاستومریک با شکل سطح نهایی استوانه بتنی سازگار می شود و در عین حال توسط رینگ فلزی، از هم باز شدن و گسترده شدن پایه الاستومریک در زمان بارگذاری جلوگیری به عمل می آید.
باید ها و نباید های کلاهک غیر چسبنده
با این روش یک بارگذاری یکنواخت از طریق سطح بالایی و پایینی نمونه، بر آن اعمال خواهد شد. این پایه ها ممکن است حداکثر تا صد نوبت مورد استفاده قرار گیرد.
مقاومتی که به این ترتیب به دست می آید، مقدار ناچیزی کمتر (کمتر از دو درصد) از مقاومت هایی است که با روش های کلاهک گذاری، و یا سطح ساب زده شده به دست می آید.
در حال حاضر استفاده از این روش برای بتن های با مقاومت پنجاه مگاپاسکال یا کمتر محدود شده است و در بتن های با مقاومت بیشتر از هشتاد مگاپاسکال نباید استفاده شود.
در پایان لازم به ذکر است که بعد از عملیات کپینگ می توان آزمایش های مقاومت بتن به عنوان مثال آزمایش مقاومت فشاری بتن را انجام داد.