اختبار مطرقة شميدت: التقنية الذكية لتقييم قوة الخرسانة بدقة

اختبار مطرقة شميدت (مطرقة الارتداد) هو طريقة اختبار غير مدمرة لِلخرسانة، والتي توفر إشارة مريحة وسريعة لقوة الانضغاط للخرسانة، تُسمّى مطرقة الارتداد أيضًا بمطرقة شميدت التي تتكون من كُتلة نابضة متحكّم بها تنزلق على مكبس داخل مبيت أنبوبي، عندما يتم الضغط على مكبس مطرقة الارتداد على سطح الخرسانة، يتم تصنيع كتلة نابضة متحكمًا بها طاقة ثابتة لضرب سطح الخرسانة للارتداد مرة أخرى.

الهدف من اختبار مطرقة شميدت

وفقًا للكود الهندي يكون لاختبار مطرقة الارتداد الأهداف التالية:

1. لتحديد مقاومة الانضغاط للخرسانة عن طريق ربط مؤشر الارتداد وقوة الانضغاط.
   
2. لتقييم انتظام الخرسانة.
   
3. لتقييم جودة الخرسانة بناءً على المواصفات القياسية.
   
4. ربط عنصر ملموس بعنصر آخر من حيث الجودة.
   
5. يمكن استخدام طريقة اختبار المطرقة الارتدادية للتمييز بين الأجزاء المقبولة والمشكوك فيها في الهيكل أو لمقارنة بنيتين مختلفتين بناءً على القوة.
   

مبدأ اختبار مطرقة شميدت

تعتمد طريقة اختبار المطرقة الارتدادية على مبدأ أن انتعاش كتلة مرنة يعتمد على صلابة السطح الخرساني الذي تضرب عليه الكتلة، عندما يتم الضغط على المكبس لمطرقة الارتداد على السطح الخرساني، فإنَّ الكتلة النابضة المُتحكَّم بها في المطرقة ترتد، تعتمد كمية ارتداد الكتلة على صلابة السطح الخرساني.

وبالتالي يمكن ربط صلابة قراءة المطرقة والخرسانة بقوة ضغط الخرسانة، تتم قراءة قيمة الارتداد على مقياس مُتدرّج ويتم تعيينها كرقم مرتدّ أو مؤشر انتعاش، يمكن قراءة قوة الضغط مباشرة من الرسم البياني الموجود على جسم المطرقة.

إجراء اختبار مطرقة شميدت

تبدأ إجراءات اختبار مطرقة الارتداد على الهيكل الخرساني بمعايرة مطرقة الارتداد. لهذا، تم اختبار مطرقة الارتداد على سندان الاختبار المصنوع من الفولاذ الذي يحتوي على صلابة برينل التي تبلغ حوالي 5000 نيوتن لكل مم مربع.

بعد اختبار مطرقة الارتداد للتأكد من دقتها على سندان الاختبار، يتم تثبيت مطرقة الارتداد بزاوية قائمة على سطح الهيكل الخرساني لأخذ القراءات. وبالتالي يمكن إجراء الاختبار أفقيًا على السطح الرأسي وعموديًا لأعلى أو لأسفل على الأسطح الأفقية، إذا تم تثبيت مطرقة الارتداد بزاوية وسيطة، فسيختلف رقم الارتداد لنفس الخرسانة.

أمور يجب مراعاتها عند اجراءاختبار مطرقة شميدت

1. يجب أن يكون سطح الخرسانة سلسًا ونظيفًا وجافًا.
   
2. يجب فرك جزيئات النمل السائبة من سطح الخرسانة بعجلة طحن أو حجر، قبل اختبار المطرقة.
   
3. لا يجب إجراء اختبار المطرقة الارتدادية على الأسطح الخشنة نتيجة لانضغاط غير كامل أو سطح خرساني مجعد أو مزخرف.
   
4. يجب أن تكون نقطة تأثير المطرقة الارتدادية على السطح الخرساني على الأقل 20 مم بعيدًا عن انقطاع الحافة أو الشكل.
   
5. يتم أخذ ست قراءات من رقم الارتداد في كل نقطة اختبار ويتم أخذ متوسط ​​قيمة القراءات كمؤشر ارتداد لنقطة المراقبة المقابلة على سطح الخرسانة.
   

العلاقة بين قوة الضغط للخرسانة والرقم الارتدادي:

إنَّ أفضل طريقة للحصول على الارتباط بين قوة الضغط للخرسانة ورقم الارتداد هي اختبار مكعبات الخرسانة باستخدام آلة اختبار الضغط وكذلك استخدام مطرقة الارتداد في وقت واحد، أولاً يتم أخذ الرقم الارتدادي لمكعب الخرسانة ثم يتم اختبار قوة الضغط على آلة اختبار الضغط، يبلغ الحمل الثابت المطلوب حوالي 7 نيوتن لكل مم مربع عندما تكون طاقة التصادم للمطرقة حوالي 2.2 نيوتن متر.

يجب زيادة الحمل لِمعايرة مطارق الارتداد ذات طاقة تصادم أكبر وتقليل لمعايرة مطارق الارتداد ذات طاقة تأثير أقل، كما يجب أن تكون عينات الاختبار أكبر كتلة ممكنة قدر الإمكان لتقليل تأثير الحجم على نتيجة الاختبار لهيكل كامل الحجم، ويُفضل استخدام عينات مكعبات بحجم 150 مم لمعايرة مطارق الارتداد ذات طاقة تأثير أقل (2.2 نيوتن متر)، بينما بالنسبة لمطارق الارتداد ذات طاقة تأثير أعلى على سبيل المثال 30 نيوتن متر، يجب ألا تكون مكعبات الاختبار أصغر من 300 مم.

يجب الاحتفاظ بعينات المكعبات الخرسانية في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة تقريبًا بعد إخراجها من بركة المعالجة قبل اختبارها بمطرقة الارتداد، للحصول على ارتباط بين أعداد الكرات المرتدة وقوة المكعبات المبلّلة والرطبة المُختبرة، من الضروري إنشاء علاقة بين قوة المكعبات المبلّلة المختبرة وقوة المكعبات المُختبرة الجافة التي تؤخذ عليها قراءات مرتدة.

لا يوصى بالارتباط المباشر بين أرقام الارتداد على المكعبات الرطبة وقوة المكعبات الرطبة، يجب اختبار الوجوه العمودية فقط للمكعبات وأخذ تسع قراءات على الأقل على كل وجهين رأسيين يمكن الوصول إليهما في آلة اختبار الضغط عند استخدام مطارق الارتداد، يجب ألا تكون نقاط التأثير على العينة قريبة من حافة 20 مم ويجب ألا تقل عن 20 مم عن بعضها البعض.

مزايا اختبار مطرقة شميدت

1. الجهاز سهل الاستخدام.
   
2. يحدد خصائص التوحيد للسطح.
   
3. المعدات المستخدمة غير مكلفة.
   
4. تستخدم لإعادة تأهيل الآثار القديمة.
   

مساوئ اختبار مطرقة شميدت

1. النتائج التي تم الحصول عليها تستند إلى نقطة محلية.
   
2. لا ترتبط نتائج الاختبار مباشرة بقوة وخصائص تشوّه السطح.
   
3. سيتطلب المسمار وترتيب الزنبرك التنظيف والصيانة المنتظمة.
   
4. لا يمكن الكشف عن العيوب بدقة.
   

العوامل المؤثرة على اختبار مطرقة شميدت

سوف يختلف الارتباط بين قوة انضغاط الخرسانة وعدد الارتداد مع استخدام الركام المختلفة، يتم الحصول على الارتباطات الطبيعية في النتائج عن طريق استخدام الركام الطبيعي مثل الحصى والركام المسحوق، يتطلب استخدام الركام خفيف الوزن في الخرسانة معايرة خاصة للخضوع للاختبار، فيما يلي العوامل الهامة التي تُؤثّر على اختبار المطرقة الارتدادية.

1- نوع الإسمنت

يجب أن يكون للخرسانة المصنوعة من الإسمنت عالي الألومينا قوة ضغط أعلى مقارنة بالإسمنت البورتلاندي العادي، إنًّ استخدام الإسمنت فائق الكبريت في الخرسانة يُقلّل من قوة الضغط بنسبة 50%.

2- نوع حالة السطح والرطوبة

يعمل اختبار المطرقة الارتدادية بشكل أفضل للخرسانة القريبة من النسيج مقارنةً بالخرسانة المفتوحة، الخرسانة الخالية من الغرامات غير مناسبة للاختبار بواسطة مطرقة مرتدة، يتم المبالغة في تقدير القوة من خلال الاختبار عند اختبار الأسطح العائمة أو المجرفة عند مقارنتها بالأسطح المقولبة، أمّا السطح الخرساني الرطب إذا تم اختباره سيعطي قيمة أقل للقوة، يمكن أن يُقلّل هذا التقليل من القوة إلى 20% من الخرسانة الجافة.

3- نوع المعالجة وعمر الخرسانة

مع مرور الوقت ستتغير العلاقة بين قوة وصلابة الخرسانة، يُؤثّر علاج ظروف الخرسانة وظروف التعرّض للرطوبة أيضًا على هذه العلاقة، بالنسبة للخرسانة التي يتراوح عمرها بين 3 أيام و 90 يومًا يتم إعفاؤها من تأثير العمر ومن الضروري الحصول على منحنيات معايرة خاصة للخرسانة الأكبر سنًا.

4- الكربنة على سطح الخرسانة

يتم تقدير القوة الأعلى بواسطة مطرقة الارتداد على الخرسانة التي تتعرّض للكربونات ويقدر أنه أعلى بنسبة 50%، لذلك يجب إجراء الاختبار عن طريق إزالة الطبقة المكربنة والاختبار بواسطة مطرقة الارتداد على طبقة غير مكربنة من الخرسانة.