آزمون نفوذپذیری هوای بلین- کالیبراسیون دستگاه بلین

 آزمون نفوذ هوای بلین

آزمون نفوذپذیری هوای بلین یکی از دقیق ترین روشهای تعیین نرمی سیمان هیدرولیک است. در این روش نرمی سیمان به کمک دستگاهی بنام نفوذ هوای بلین که وسیله ایست برای مکش مقدار معینی هوا از میان بستر آماده سیمانی با تخلخلی مشخص تعیین می شود. اين آزمايش که برای انواع سیمان پرتلند و حتی انواع مصالح دیگر قابل انجام است، به تعیین نرمي نسبي -كه بر نرمي مطلق ترجیح داده می شود- می پردازد.

اساس روش آزمایش نفوذ هوا، محاسبه زمان لازم برای عبور جریان مقدار مشخصی هوا از میان بستر سیمانی متراکم با ابعاد و تخلخل مشخص است. تحت شرایط استاندارد، سطح مخصوص سیمان متناسب با جذر زمان لازم است. تعداد و محدوده اندازه منافذ منفرد در بستر سیمانی توسط توزیع اندازه ذرات سیمان مشخص می شود که زمان لازم برای عبور جریان هوا را نیز تعیین می کند.

تجهیزات مورد استفاده در آزمایش نرمی سیمان به روش نفوذ هوای بلین

نرمی سیمان

نرمی سیمان پارامتری است که بر حسب سطح ویژه (مساحت واحد واحد جرم) سیمان بیان می شود و درشتی با ریزی ذرات سیمان را توصیف می کند. هر چه ذرات سیمان ریزتر باشند، درجه نرمی سیمان بالاتر است. درجه نرمی سیمان روی نرخ هیدراتاسیون سیمان، زمان گیرش سیمان، مقاومت نهایی سیمان، آب انداختگی بتن، کارپذیری بتن و دوام بتن در چرخه های ذوب و انجماد تاثیرگذار است. نرمی سیمان باید در محدوده 5% تا 10% باقیمانده وزنی آن باشد.

استانداردهای آزمون نفوذ هوای بلین

انجمن امریکایی آزمون مصالح این روش تست را تحت عنوان ASTM C 204-07 و ناحیه آسیایی نیز آن را تحت عنوان  IS 4031 Part 2 استانداردسازی کرده اند. استانداردهایی چون AASHTO T153 و EN 196-6 نیز برای انجام آن مورد استفاده قرار می گیرند. استاندارد ملی ایران برای انجام این آزمایش ISIRI 18807-6 می باشد.

دستگاه نفوذپذیری هوای بلین

اجزای دستگاه نفوذ هوای بلین عبارتند از:

• استوانه نفوذپذیری (سلول)
• صفحه مشبک
• پیستون
• کاغذ صافی
• مانومتر
• مایع مانومتر
• زمان سنج

تصویر شماتیکی از دستگاه بلین شامل 1: مایع مانومتری رنگی، 2: مانومتر U شکل، 3: سلول نفوذپذیری، 4: پیستون، 5: شیر انسداد هوا، 6: جباب لاستیکی، 7: کاغذ صافی، 8: مصالح پک شده، 9: صفحه متخلخل، a-b-c-d: نشانه گذاری های روی لوله مانومتر U شکل

مشخصات دستگاه بلین مناسب

سلول نفوذپذیری باید شامل یک استوانه صلب ساخته شده از جنس فولاد زنگ نزن باشد. دیسک باید از مصالح غیرخورنده ساخته شده و به خوبی درون سلول چفت شود. پیستون هم باید از فولاد ضدزنگ ساخته شده و بخوبی داخل سلول قرار گیرد. دیسک های کاغذ صافی باید مدور، دارای لبه های صاف و هم قطر با داخل سلول باشند. مانومتر لوله ای U شکل باید مطابق طرح مشخص ساخته شده و تا خط وسط با یک مایع غیرفرار و غیر جاذب با ویسکوزیته و چگالی کم پر شود. زمان سنج باید مکانیزم شروع و توقف ساده ای داشته باشد.

جزییات دستگاه نفوذ هوای بلین – قسمت 1

راهنمای اجزای دستگاه نفوذ هوای بلین

شیوه نگهداری از دستگاه

1. دستگاه را همیشه تمیز نگه دارید و به درستی از آن محافظت کنید.
2. مایع دستگاه فشارسنج هوا باید در ارتفاع مشخصی حفظ شود.
3. سیلندر و صفحه مشبک را پس از آزمایش تمیز کرده و بخوبی نگهداری کنید.
4. پمپ الکترومغناطیسی را قبل از آزمایش بررسی کنید، بعلاوه فشار منفی باید از قبل تنظیم شود، از مکش درون پمپ خودداری کنید.
5. اگر در طول آزمایش مشخص شد که سطح مایع نمی تواند به بالای علامت مقیاس برسد یا سطح مایع خیلی سریع بالا رفته است (تا پمپ توپی لوله شیشه ای بالا رفته و شیر هنوز متوقف نشده است). در این شرایط می‌توانید «Enter» را فشار دهید تا تست فورا متوقف شود، و می‌توانید درب پشتی را برای تنظیم دریچه گاز برای تنظیم نرخ تغییر فشار منفی باز کنید.
6. از دستگاه در شرایط نور شدید خورشید یا تغییرات مکرر روشنایی نور استفاده نکنید.

کالیبراسیون دستگاه بلین

حجم ظاهري لايه متراكم سیمانی به کمک جيوه به صورت زير تعيين مي گردد:

• دو عدد كاغذ صافي را درون سلول نفوذ پذيري گذاشته و با يك ميله کوچک آنها را روی صفحه فلزی متخلخل بخوابانید.
• درون سلول را با جيوه پركنيد( برای حفاظت از ترکیب مواد سلول با جیوه، به ديواره داخلي آن اندکی روغن بزنید)
• با اعمال اندک فشاری روي سطح جيوه، آن را با لبه فوقاني سلول هم تراز كنيد (هيچ حباب هوايي بين شيشه و جيوه نباید محبوس شود)
• سلول را از جیوه تخليه کرده و جیوه خارج شده را توزین کنید.
• يكي از صافي ها را نیز از سلول خارج كرده و مقدار 8/2 گرم سيمان را روی آن بریزید و با زدن چند ضربه به بدنه سلول آن را مسطح کنید.
• یک کاغذ صافی روی سطح سیمان قرار داده و با پیستون آن را فشرده کنید تا جایی که دسته پیستون با بالای سلول تماس پیدا کند.
• پیستون را اندکی بالا آورده، 90 درجه چرخانده و مجددا پرس نموده و به آرامی خارج کنید.
• روی کاغذ صافی را تا بالای سلول با جیوه پر کرده و مانند قبل تراز کنید.
• سلول را تخلیه نموده و مجدد جیوه را وزن کنید.

حجم توده سیمانی از رابطه زیر حاصل می شود:

در رابطه فوق W1 و W2 به ترتیب وزن جیوه در حالتی که سلول فاقد سیمان و دارای سیمان است، می باشد.  نیز وزن مخصوص جیوه در دمای آزمایشگاه است.

حداقل دو بار آزمایش “تعیین حجم پودر متراکم شده” باید انجام شود. برای هر بار آزمایش کاغذ صافی جدید استفاده کرده و از نمونه متراکم شده قبلی استفاده نکنید. حجمی که در محاسبه وزن بستر سیمانی مورد آزمایش (m1) بکار میرود، میانگین نتایج دو آزمایش با حداکثر اختلاف 0.005 سانتیمتر مکعب است.

نکات کالیبراسیون

مواردی که در کالیبراسیون دستگاه بلین باید لحاظ شوند:

• کالیبراسیون دستگاه نفوذپذیری هوا باید با استفاده از مواد مرجع استاندارد انجام شود و دمای نمونه مورد آزمایش باید برابر با دمای محیط باشد.
• کالیبراسیون دستگاه بلین باید به وسیله همان شخصی انجام شود که آزمایش تعیین نرمی را انجام می دهد.
• نمونه استانداردی که یکبار مورد آزمایش قرار گرفته است، با بر هم زدن ذرات چسبیده آن قابلیت استفاده مجدد دارد؛ مشروط به اینکه نمونه به حالت خشک نگه داشته شده و کلیه آزمایشات به فاصله چهار ساعت پس از باز شدن درب ظرف محتوی نمونه استاندارد انجام شوند.
• در صورت رخداد موارد زیر دستگاه بایستی مجددا کالیبره شود:
• وجود فرسودگی در پیستون یا سلول نفوذپذیری،
• افت سطح در مایع فشارسنج،
• تغییر در نوع یا کیفیت کاغذ صافی.

روند آزمایش

صفحه متخلخل را روی لبه پایین سلول قرار داده و یک کاغذ فیلتر جدید روی آن بگذارید. مقدار سیمان وزن شده را درون محفظه سلول ریخته دومین کاغذ فیلتر را روی سیمان تراز شده قرار دهید. پیستون را به آرامی اما محکم فشار دهید تا سطح پایینی کلاهک با سلول تماس پیدا کند. به آرامی پیستون را بیرون بکشید، آن را تا 90 درجه چرخانده و یک بار دیگر فشار دهید. اکنون بستر سیمانی فشرده شده و برای آزمایش نفوذپذیری آماده است.

مانومتر دستگاه بلین عملا به شکل U-tube است. یک بازوی مانومتر در بالا با سوکت مخروطی شکل فراهم شده تا با سطح مخروطی سلول حفاظت مناسبی از هوا ایجاد کند. همان بازو دارای چهار خط نشانه مشخص و یک اتصال T شکل است که به یک دریچه هواگیر منتهی شده و از آنجا به حباب لاستیکی آسپیراسیون متصل است. مانومتر تا سطح پایین ترین خط نشانه با مایع غیرفرار و غیر جاذب رطوبت با ویسکوزیته و چگالی کم (مانند دی بوتیل فتالات یا روغن معدنی سبک) پر می شود. سطح مخروطی سلول را داخل سوکت در بالای مانومتر قرار دهید.

دریچه را باز کنید و با دمیدن ملایم سطح مایع مانومتر را تا بالاترین خط نشانه بالا ببرید و سپس دریچه را ببندید. حالا مایع مانومتر شروع به جریان یافتن می کند. زمان سنجی را هنگامیکه مایع به خط دوم نشانه می رسد، شروع کنید و وقتی مایع به خط سوم نشانه رسید، متوقف کنید. زمان t و دما T را ثبت کنید. این فرآیند را سه بار تکرار کنید. سه مقدار برای سطح ویژه تعیین کرده و میانگین آنها را محاسبه کنید.

محاسبات

این روش یک شیوه مقایسه ای بجای مطلق است و بنابراین نمونه ای با سطح مخصوص مشخص برای کالیبراسیون دستگاه نیاز است. بستر سیمانی آماده شده داخل سلول نفوذپذیری مخصوص با تخلخلی دقیقا برابر 0.5 وزنی برابر m1 دارد که از فرمول زیر محاسبه می شود:

در این رابطه ρ دانسیته سیمان (g/cm3) و V حجم بستر سیمانی (cm3) است.

سطح ویژه سیمان از فرمولاسیون زیر حاصل می شود:

در این رابطه K ثابت دستگاه، e  تخلخل بستر، t زمان اندازه گیری شده (s)، ρ دانسیته سیمان (g/cm3) و η ویسکوزیته هوا در دمای آزمایش است که از جدول زیر بدست می آید.

مقدار ثابت دستگاه از طریق اندازه گیری نفوذپذیری سیمان مرجع که سطح ویژه مشخصی دارد، بدست می آید. به این منظور روند آزمایش سه بار برای سه نمونه از بستر سیمانی تکرار می شود. برای هر نمونه مقدار K از رابطه زیر محاسبه می شود:

در رابطه بالا  سطح ویژه سیمان مرجع،  دانسیته سیمان مرجع،  زمان اندازه گیری شده و  ویسکوزیته هوا در دمای آزمایش است. برای نسبت تخلخل e=0.5 این رابطه بصورت زیر قابل استفاده است:

متوسط سه مقدار بدست آمده برای K بعنوان ثابت دستگاه آزمایش در نظر گرفته می شود.

دقت قابل قبول نتایج آزمایش بلین

نتایج دو آزمایشی که توسط یک نفر در یک آزمایشگاه و بر روی یک نمونه انجام شده باشد، نباید بیشتر از 3.4 % با میانگینشان تفاوت داشته باشد. نتایج دو آزمایشی که در دو آزمایشگاه مختلف بر روی یک نمونه انجام شده باشد، نیز نباید بیش از 6.0 % با میانگینشان تفاوت داشته باشد.