Monitoring the Electrical Resistance of Concrete During One Slow Freeze Thaw Cycle, A Method for Assessing The Water-Cement Ratio

پایش مقاومت الکتریکی بتن در طول یک سیکل یخ­زدن-آب­شدن،

روشی جهت کنترل نسبت آب به سیمان

محمود نیلی[*]

دانشیار دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا

امین مرادی

کارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه بوعلی سینا

مجتبی نیلی

کارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

تلاش­های زیادی صورت گرفته تا از آزمایش­های غیر­مخرب برای تعیین خصوصیات بتن و در نهایت پیش­بینی رفتار آن استفاده شود. انجام این آزمایش­ها معمولا هزینه زیادی دربر داشته و صحت نتایج نیز تا حدود زیادی تحت تأثیر مهارت آزمایش­گر می باشد. در تحقیق حاضر از روش پایش مقاومت الکتریکی بتن سخت شده در طول یک سیکل یخ­زدن-آب­شدن جهت تشخیص میزان آب به سیمان مصرفی و درنتیجه خصوصیات بتن استفاده شده است. 5 طرح اختلاط بتن مورد بررسی قرار گرفته­اند. مقاومت الکتریکی در فواصل زمانی 1 دقیقه و در یک سیکل آهسته پایش شده است. نتایج حاکی از آن است که روند تغییرات مقاومت الکتریکی در هر نسبت آب به سیمان دارای نقاط معنادار و منحصر به فردی می­باشد و به عبارتی این نقاط به معنای هویت هر بتن تلقی می­گردد. نتایج حاصل از بررسی نمودار مقاومت الکتریکی در برابر زمان و دما، نشان می­دهد که با افزایش نسبت آب به سیمان، حد بالا و دامنه نوسان مقاومت الکتریکی در طول یک سیکل افزایش می­یابد. همچنین شیب تغییرات مقاومت الکتریکی در قسمت­های مختلف نمودار مقاومت الکتریکی در برابر دما و زمان، متناسب با نسبت آب به سیمان می­باشد.

واژگان کلیدی: اندازه­گیری مقاومت الکتریکی، سیکل­های یخ­زدن-آب­شدن، نسبت آب به سیمان.

1- مقدمه

تلاش­های زیادی صورت گرفته تا از آزمایش­های غیر مخرب  برای تبیین ویژگی­های بتن در حال تازه و سخت شده استفاده گردد. در این راستا پژوهش­ها نشان می­دهند که روش اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی، روش غیر مخرب مناسبی برای به دست  آوردن اطلاعاتی درباره واکنش­های هیدراسیون، خصوصیات ریزساختار و نفوذپذیری  در بتن است .

نیلی روند هیدراسیون بتن را از لحظه تماس آب با سیمان به کمک پایش مقاومت الکتریکی تبیین و مدلی را برای رفتار گیرشی بتن ارائه نمود  ]1­[ .

در ژئوفیزیک، پرتونگاری به­ وسیله مقاومت الکتریکی برای به‌دست آوردن ساختار درونی مواد به­کار می­رود [2]. در مهندسی مواد از ترکیب مقاومت الکتریکی و تئوری نفوذ جهت به‌دست آوردن خصوصیات کامپوزیت­ها استفاده می­شود. همچون مواد کامپوزیت با ساختار پیچیده، می­توان از روش اندازه­گیری مقاومت الکتریکی برای تعیین خصوصیات مواد سیمانی استفاده کرد [3]. مقاومت الکتریکی در مواد بطور عمده به نفوذ عناصر رسانا بستگی دارد. این اصل به این معنی است که روش اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی می­تواند برای بررسی روند نفوذ به‌کار رود [4]. لی و همکاران نشان دادند که به‌وسیله روش مقاومت الکتریکی می­توان گیرش و سخت­شدگی مواد سیمانی را بررسی کرد. همچنین از روش اندازه­گیری مقاومت الکتریکی می­توان برای بررسی تغییرات ساختار خمیر سخت شده استفاده کرد [5].  

چانگ و همکاران با استفاده از روش اندازه­گیری مقاومت الکتریکی به بررسی خسارت نمونه­های سیمانی تحت تنش استاتیکی، تنش دینامیکی، سیکل­های یخ­زدن- آب­شدن و خزش پرداختند [6]. از سوی دیگر نتایج حاکی از آن است که دوام مواد سیمانی، به خصوصیات ساختار حفرات وابسته است، لذا میزان مقاومت الکتریکی به عنوان شاخصی جهت بررسی دوام بتن در برابر یون کلر می­باشد [7].  در مقالات زیادی، مکانیسم یخ­زدن- آب­شدن به­ وسیله روش مقاومت الکتریکی بررسی شده است که فشار هیدرولیک و تشکیل کریستال یخ، به­عنوان عوامل اصلی تخریب هنگام سیکل­ها شناخته شده­اند [8]. همچنین از روش اندازه­گیری مقاومت الکتریکی برای بررسی خصوصیات مواد سیمانی حاوی الیاف فولادی و کربن استفاده شده است [9]. کای و لیو در سال 1998 به بررسی تشکیل یخ هنگام سیکل­های یخ­زدن- آب­شدن به­وسیله اندازه­گیری هدایت الکتریکی نمونه‌های بتنی پرداختند و به این نتیجه رسیدند که در حدود 10- درجه سلسیوس نرخ هدایت الکتریکی تغییر می­کند [10].

وانگ و همکاران در سال 2013 به بررسی خصوصیات خمیر سیمان تحت سیکل­های یخ­زدن- آب­شدن با استفاده از روش اندازه­گیری مقاومت الکتریکی پرداختند و چنین نتیجه گرفتند که مراحل یخ­زدن- آب­شدن در نمودار مقاومت الکتریکی دارای دو قسمت با شیب متفاوت می­باشد که با توجه به نوع سیمان، خصوصیات آنها تغییر می­کند [11]. از آنجا که نسبت آب به سیمان یکی از عوامل مؤثر بر مقاومت بتن می باشد لذا کنترل و آگاهی از این نسبت در بتن  سازه ها نقش مهمی در پیش بینی عمر سرویس دهی سازه خواهد داشت. در پژوهش

در پژوهش حاضر پایش مقاومت الکتریکی در طی یک سیکل یخ زدن و آب شدن برای چندین طرح اختلاط صورت گرفته است تا با گردآوری این اطلاعات تأثیر نسبت آب به سیمان به عنوان یکی از خصوصیات مؤثر در کیفیت بتن بر شمای تغییرات مقاومت الکتریکی ارزیابی گردد.

2- طراحی آزمایش و مصالح مصرفی

درمجموع 5 طرح مخلوط با نسبت آب به سیمان 3/0، 45/0، 6/0، 7/0 و 1 تهیه گردید. آزمونه­ها پس از 14 روز مراقبت در آب تحت یک سیکل آهسته یخ­زدن-آب­شدن قرار گرفتند. مقاومت الکتریکی آزمونه­ها در طی سیکل مذکور در فواصل زمانی یک دقیقه پایش گردید.

2-1- مصالح مصرفی و طرح مخلوط‌ها

در این تحقیق از سیمان پرتلند نوع 425-I کارخانه سیمان هکمتان استفاده گردید. سنگ­دانه درشت با حداکثر اندازه 19 میلی­متر استفاده گردیده است. چگالی شن بادامی، شن نخودی و ماسه بترتیب 68/2، 69/2 و 65/2 بوده است. برای تعیین نسبت‌های اختلاط از استاندارد ایران ، استفاده گردیده است. فوق­روان­کننده مورد استفاده جهت تنظیم کارایی و ایجاد همگنی مناسب مخلوط، از نوع پلی کربوکسیلات با نام تجاری

جدول­1­- مقادیر طرح اختلاط (کیلوگرم در متر مکعب)

GLENIUM 110 P متعلق به شرکت BASF تهیه گردید. طرح اختلاط بتن­ها در جدول 1 آورده شده است.

2-2- ساخت نمونه­ها و روند انجام آزمایش­ها

برای اندازه­گیری مقاومت الکتریکی از قالب مکعبی پلاستیکی 15 سانتی­متری که دو صفحه مسی 15×15 به فاصله 10 سانتی­متر از یکدیگر قرار گرفته بودند، استفاده گردید.

بعد از ریختن بتن در قالب، آزمو­نه­ها در دمای 23 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی %100 بمدت 24 ساعت نگهداری و تا زمان انجام آزمایش در آب آهک اشباع عمل­آوری شدند. آزمو­نه­ها سپس در سن 14 روز از داخل مخزن بیرون آورده شده و در داخل محفظه سیکل­های یخ­زدن- آب­شدن قرار گرفتند

(شکل 2). برای ایجاد شرایط اشباع بتن، سطح آزمو­نه­ها همواره با چند میلی­متر آب پوشا­نیده شده بود.

زمان یخ­زدن و آب شدن در هر سیکل حدود 5/6 ساعت و زمان آب شدن حدود 5/2 ساعت بود. دامنه تغییرات دما که در شکل 1 نشان داده شده است بین  °C5+  تاC °20- بوده است. مقاومت الکتریکی در فواصل زمانی یک دقیقه در طی یک سیکل یخ زدن و آب شدن به­ وسیله دستگاه اندازه­گیری مقاومت الکتریکی با فرکانس  KHZ 2 و ظرفیت نهایی  MΩ 1 که سنسورهای آن به صفحات مسی متصل شده بود، اندازه­گیری گردید (شکل 3).

شکل 1- نمودار تغییرات دما در طول یک سیکل یخ­زدن-آب­شدن

شکل 2-  محفظه اعمال سیکل­های یخ­زدن-آب­شدن آهسته

شکل 3- دستگاه اندازه­گیری مقاومت الکتریکی بتن

3- نتایج و بحث

3-1- نمودار مقاومت الکتریکی در برابر زمان

مقاومت الکتریکی بتن یک ویژگی مستقل از هندسه عضو می‌باشد و نسبت میان ولتاژ اعمال شده و جریان حاصل در سلول واحد است که واحد آن اهم­متر می­باشد و در محدوده 10 تا 10⁵ اهم­متر متغیر بوده و تحت تأثیر میزان رطوبت و ترکیب مواد بتن می­باشد. از آنجا که بتن ماده ای مرکب می باشد لذا ترکیبات آن بر روی مقاومت الکتریکی بتن تأثیر می گذارد.

پارامترهایی چون نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، نوع سیمان، مواد پوزولانی، تراکم، دوره­ی عمل­آوری، سن بتن و یون­های موجود در منافذ مویینه می­توانند بر میزان مقاومت الکتریکی بتن تأثیر گذارند. یکی از پارامترهای مؤثر بر مقاومت الکتریکی نفوذپذیری و حرکت یون­ها در منافذ بتن به ویژه منافذ مویینه می­باشد. این منافذ در بتن به طور تصادفی پخش می­شوند و اندازه­های متفاوتی دارند و به­طور نا­منظم با یکدیگر در ارتباط می­باشند. مقاومت الکتریکی بتن به حجم تخلخل و ارتباط این منافذ با یکدیگر ارتباط دارد، لذا می­توان با اندازه­گیری مقاومت الکتریکی بتن به صورت نسبی کیفیت و میزان تخلخل بتن را مشخص نمود [13-12].

مقاومت ویژه الکتریکی نمونه­های بتنی با استفاده از رابطة (1) به‌دست می­آید.

ρ= مقاومت ویژه الکتریکی [m.Ω]

A= سطح نمونه در تماس با خمیر [m²]

Z= مقاومت الکتریکی اندازه­گیری شده [Ω]

L= ارتفاع نمونه یا فاصله بین دو صفحه مسی [m]

در شکل 4 نمودار مقاومت الکتریکی در برابر زمان آزمونه N-0.3 آورده شده است. به­دلیل انرژی فعال­سازی برای هدایت یون­ها، مقاومت الکتریکی هنگام سرد شدن افزایش و هنگام گرم شدن کاهش می­یابد. با کاهش دما مقاومت الکتریکی به‌دلیل تشکیل یخ در حفرات و نارسانا بودن یخ در مقایسه با محلول حفرات افزایش می­یابد. میزان این افزایش تابع حجم، شعاع و توزیع اندازه حفرات، درصد اشباع و میزان یون­های محلول می‌باشد. از سوی دیگر افزایش مقاومت الکتریکی می­تواند بدلیل پیشرفت یخ در ساختار حفرات اولیه باشد که در این مورد هم هراندازه که پیوستگی حفرات بیشتر باشد، میزان افزایش مقاومت الکتریکی بیشتر خواهد بود [11]. نمودارهای مقاومت الکتریکی در برابر زمان شامل دو مرحله یخ زدن و آب شدن می­باشد که با بررسی دقیق این دو مرحله، به تأثیر نسبت آب به سیمان بر روند تغییرات بوجود آمده در پایش مقاومت الکتریکی بر حسب زمان پرداخته خواهد شد.

در شکل 5 نمودار مقاومت الکتریکی در برابر زمان در طی مرحله یخ زدن نمونه­های با نسبت آب به سیمان مختلف آورده شده است. همانگونه که مشاهده می­شود با گذشت زمان و به عبارتی اعمال یخبندان بر بتن، مقاومت الکتریکی با شیب افزایشی رشد می­کند. این شیب در زمانی که دما به حدود صفر درجه سلسیوس می­رسد ناگهان تغییر می­یابد. میزان تفاوت شیب­ها تابع میزان آب به سیمان بتن می باشد. به طور مثال تفاوت شیب در طول یخبندان در بتن با نسبت آب به سیمان 3/0 بسیار اندک می‌باشد. در صورتی­که با افزایش نسبت آب به سیمان این تفاوت افزایش می­یابد. مقادیر شیب دو ناحیه و همچنین تفاوت شیب­ها برای همه طرح­های بتن محاسبه و در جدول 2 آورده شده است.

شکل 4- تغییرات مقاومت الکتریکی نمونه N-0.3 در طول یک سیکل یخ­زدن-آب­شدن

شکل 5- نمودار مقاومت الکتریکی در برابر زمان مرحله یخ زدن نمونه­های مختلف

جدول2- سرعت افزایش مقاومت الکتریکی (اهم­متر بر دقیقه) در برابر زمان در دو ناحیه قبل و بعد از انجماد.

مقادیر شیب مقاومت الکتریکی با افزایش نسبت آب به سیمان در ناحیه اول کاهش می­یابد. همان­گونه که مشاهده می­شود بیشترین شیب متعلق به نمونه N-0.3 به میزان 8 اهم­متر بر دقیقه می­باشد   در حالی­که شیب بتن­های با نسبت آب به سیمان زیاد در ناحیه اول که هنوز دمای بتن به صفر درجه سلسیوس نرسیده است در حدود 06/0 اهم­متر بر دقیقه می­باشد. با کاهش دما و رسیدن دما به زیر صفر درجه سلسیوس روند افزایشی مقاومت الکتریکی ادامه می­یابد لیکن میزان شیب در این ناحیه با شیب ناحیه اول بسته به نسبت آب به سیمان بتن­ها تغییر می­یابد. همانگونه که در جدول 2 آورده شده است کمترین میزان اختلاف شیب متعلق به نمونه N-0.3 به میزان 77/0 اهم­متر بر دقیقه و بیشترین مقدار مربوط به نمونه N-1 به مقدار 44/76 اهم­متر بر دقیقه می­باشد.

بنابراین می­توان از اختلاف شیب دو قسمت برای شناسایی نمونه‌هایی بتنی با نسبت آب به سیمان زیاد استفاده کرد.

مقادیر مقاومت الکتریکی حدود پائین و بالا در همه بتن­ها پایش و در جدول 3 آورده شده است. حد پایین و بالای مقاومت الکتریکی متناظر با دماهای 5+ درجه سلسیوس و  20- درجه

سلسیوس می­باشد. اختلاف حدود بالا و پائین مقاومت الکتریکی با دامنه نوسان در جدول 3  نشان داده شده است.

همان­گونه که مشاهده می­شود اگر­چه بیشترین حد پائین مقاومت الکتریکی به میزان 62 متعلق به نمونه با کمترین نسبت آب به سیمان می­باشد، لیکن دامنه نوسان این نوع بتن به میزان 488 کمترین مقدار را به خود اختصاص داده است. به نظر می­رسد کاهش حد پایین مقاومت الکتریکی با افزایش نسبت آب به سیمان به این دلیل می­باشد که با افزایش نسبت آب به سیمان، میزان محلول حفرات افزایش می­یابد و در نتیجه یون­ها راحت­تر جابجا شده و مقاومت الکتریکی کاهش می­یابد.

افزایش حد بالای مقاومت الکتریکی (مربوط به سردترین دما در طول سیکل) با افزایش نسبت آب به سیمان، ممکن است بدلیل تشکیل یخ بیشتر و در نتیجه افزایش بیشتر مقاومت الکتریکی باشد. در طول یک سیکل با کاهش دما با توجه به اندازه حفرات، یخ درون حفرات تشکیل می­گردد و در دمای 20- درجه سلسیوس که پایین­ترین دما در طول سیکل می­باشد بیشترین یخ تولید می­گردد. حال با افزایش نسبت آب به سیمان، آب قابل یخ

جدول 3- حدود و دامنه نوسان مقاومت الکتریکی در طول یک سیکل (اهم­متر)

زدن و پیوستگی حفرات افزایش می­یابد. در این مرحله امکان متلاشی شدن بتن به دلیل یخ زدن جریان‌های موئینه در جسم بتن وجود دارد، بنابراین در تحقیق حاضر آزمو­نه­ها تحت یک سیکل قرار گرفته­اند. این موضوع از آن حیث با اهمیت است که در  ارزیابی نسبت آب به سیمان در بتن سخت‌شده هیچ­گونه خسارتی به سازه وارد نخواهد شد.

 3-2-  نمودار مقاومت الکتریکی در برابر دما

در شکل 6 نمودار تغییرات مقاومت الکتریکی نمونه N-0.3 به عنوان نمونه در طول یک سیکل یخ­زدن-آب­شدن آورده شده است. تغییرات مقاومت الکتریکی در دو مرحله یخ زدن و آب شدن دارای مناطق معناداری می­باشد که جداگانه هر مرحله مورد ارزیابی قرار می­گیرد.

شکل 6- تغییرات مقاومت الکتریکی نمونه N-0.3 در طول یک سیکل یخ­زدن-آب­شدن

3-2-1- مرحله یخ زدن

همان­گونه که مشاهده می­گردد مقاومت الکتریکی هنگام کاهش دما به­دلیل کم شدن انرژی یون­ها، افزایش می­یابد. روند نرخ این افزایش که در شکل 7 نشان داده شده است در 4 ناحیه قابل بررسی می­باشد.

ناحیه 1: محدوده دمای 5+ تا حدود 5/0+ درجه سلسیوس

-                      ناحیه 2: محدوده دمایی 5/0+ تا حدود 5/0- درجه سلسیوس

-                      ناحیه 3: محدوده دمایی 5/0- تا 16- درجه سلسیوس

-                      ناحیه 4: محدوده دمایی 16- تا 20- درجه سلسیوس

در ناحیه 1 مقاومت الکتریکی با شیب کمی افزایش می­یابد که این مورد در تمام نمونه­ها صادق می­باشد. در این قسمت به­دلیل این­که یخی تشکیل نمی­شود، تغییر محسوسی در مقاومت الکتریکی مشاهده نمی­گردد. بررسی این ناحیه در انواع آزمونه ها نشان می­دهد که احتمالا حد بالای دما در سیکل­های یخ­زدن-آب­شدن که تأثیر چندانی بر روی نمودار مقاومت الکتریکی نداشته است در نتایج دوام یخبندان هم تأثیر مهمی ندارد و شاید دلیل اینکه محدوده دمائی در آزمایش‌های استاندارد نیز 5+ درجه سلسیوس انتخاب شده است همین موضوع باشد. البته بدیهی است تحقیقات بیشتری در این زمینه مورد نیاز می­باشد.

در ناحیه 2  مقاومت الکتریکی با شیب تندی افزایش می­یابد. در این مرحله به­دلیل آغاز تشکیل یخ در حفره­ها، مقاومت الکتریکی افزایش ناگهانی می­یابد که میزان افزایش، بستگی به میزان آب قابل یخ زدن حفره­ها و هم­چنین میزان پیوستگی حفره­ها دارد. این قسمت یکی از مهم­ترین قسمت­های مرحله یخ زدن می­باشد و با استفاده از این قسمت می­توان اطلاعاتی را درباره میزان یخ تشکیل شده به­دست آورد.

نرخ افزایش مقاومت الکتریکی در ناحیه 4  بیشتر از ناحیه 3 می‌باشد که دلیل آن می­تواند تشکیل یخ در حفره­های ریز باشد که در نتیجه آخرین مسیرهای عبور جریان الکتریکی به میزان بیشتری بسته شده و مقاومت الکتریکی به میزان بیشتری نسبت به مرحله قبل افزایش می­یابد [14].

شکل 7-  نمودار مقاومت الکتریکی مرحله یخ زدن نمونه N-0.3

در شکل 8  نمودار تغییرات مقاومت الکتریکی در مرحله یخ زدن نمونه­های با نسبت آب به سیمان مختلف آورده شده است. در حدود 10- درجه سلسیوس نرخ هدایت الکتریکی تغییر می­کند و محلول حفره­ها در دمای پایین‌تر از 10- درجه سلسیوس نسبت به دمای بالاتر از 10- درجه سلسیوس با سرعت بیشتری یخ می‌زند [10]. همان‌طور که در این شکل مشاهده می­گردد، در حدود 10- درجه سلسیوس نمودارهای مقاومت الکتریکی نمونه‌های با نسبت آب به سیمان مختلف با یکدیگر تلاقی دارند و در نمونه­هایی با نسبت آب به سیمان بیشتر، شیب افزایش مقاومت الکتریکی نیز بیشتر است .

شکل 8-  نمودار مقاومت الکتریکی در برابر دما در مرحله یخ زدن نمونه­های با نسبت آب به سیمان مختلف

مشخصات روند افزایش مقاومت الکتریکی در مراحل چهارگانه برای همه طرح­های مخلوط در جدول 4 نشان داده‌شده  است.

همان‌گونه  که مشاهده می­گردد با افزایش نسبت آب به سیمان در ناحیه 1 سرعت و درصد مقاومت الکتریکی کاهش می­یابد. در ناحیه 2 بیشترین پرش مقاومت الکتریکی مربوط به نمونه N-0.3 به ترتیب  به میزان 168 اهم­متر بر درجه سلسیوس و 33 درصد و کمترین پرش مربوط به نمونه N-1 به ترتیب  به میزان 51 اهم­متر بر درجه سلسیوس و 3 درصد است . بدین ترتیب با افزایش نسبت آب به سیمان میزان پرش ناحیه 2 کاهش می­یابد.

در مراحل 3 و 4 و در محدوده دمایی  5/0- تا 20- درجه سلسیوس، که شدیدترین مرحله انجماد سیکل محسوب می‌گردد،  کمترین سرعت و درصد مقاومت الکتریکی مربوط به  N-0.3  به میزان 32 اهم­متر بر درجه سلسیوس و 59 درصد است  که کمترین نسبت آب به سیمان را دارا است .  درحالی‌که  بیشترین مقدار مربوط به نمونه N-1  با نسبت آب به سیمان 1 است . سرعت افزایش مقاومت الکتریکی و درصد آن در این نوع مخلوط به ترتیب 122 اهم­متر بر درجه سلسیوس و 96 درصد بوده است. به عبارتی این نوع بتن بیشترین حجم تخلخل را دارا است که پتانسیل تشکیل یخ نیز در آن بیشتر است.  این تغییر معنادار درروند پایش مقاومت الکتریکی بتن‌های  با نسبت آب به سیمان متفاوت، در محدوده شدید انجماد حاکی از آن است که این پایش قادر به تخمین حجم آب قابل یخ زدن است . به عبارتی افزایش آب قابل یخ زدن در بتن­های با نسبت آب به سیمان بزرگ‌تر، حجم یخ را زیاد نموده که این حجم زیاد به‌نوبه  خود مسیرهای انتقال جریان را مسدود نموده و درنتیجه   مقاومت الکتریکی به میزان بیشتری افزایش‌یافته  است که البته خطر متلاشی شدن جسم بتن وجود دارد. 

جدول 4-  سرعت افزایش مقاومت الکتریکی در قسمت­های مختلف نمودار مقاومت الکتریکی برحسب  دما

3-2-2-            مرحله آب شدن

تغییرات مقاومت الکتریکی برحسب  دما برای نمونه N-0.3 در مرحله ذوب ( شکل9) نیز حاکی از این واقعیت است که مشابه مرحله انجماد نواحی چهارگانه قابل تفکیک و شناسایی می­باشند. به عبارتی در این مرحله افزایش حجم یخ صورت نمی­پذیرد و به تدریج از حجم یخ های تشکیل شده در مرحله یخ زدن کاسته می­شود و این حالت مترادف با کاهش مقاومت الکتریکی است . روند کاهش مقاومت الکتریکی در مرحله ذوب تقریبا از روند افزایشی در مرحله انجماد تبعیت می­نماید لیکن شیب مرحله 3 بیشتر و درضمن پرش ناحیه 2 نیز نامحسوس­تر می­گردد. لازم به ذکر است که شمای مرحله ذوب نیز برای هر نسبت آب به سیمان منحصر به فرد می­باشد .

شکل 9- مرحله آب شدن سیکل 1 مخلوط N-0.3

بدین ترتیب مشاهده می­گردد که تغییرات مقاومت الکتریکی هر طرح مخلوط بتن در طی یک سیکل یخ­زدن-آب­شدن به عنوان یک مدرک هویتی تلقی می­گردد و لذا می­توان در هر شرایط با این روش به هویت بتن­های در حال اجرا پی برد. در پروژه­های بزرگ بتنی که به دلایلی طرح مخلوط بتن در حین اجرا  تغییر می­یابد و باعث بروز ابهاماتی می­گردد، می توان از روش پیشنهادی در این مقاله به صحت و سقم  طرح پی برد.  به عبارتی می­توان با پایش مقاومت الکتریکی در یک سیکل یخ­زدن-آب‌شدن برای هر طرح مخلوط بتن پرونده­ای در آزمایشگاه تهیه نمود و در حین کار جهت کنترل غیرمخرب بتن­های مصرفی و تشخیص صحت کار و تخمین نسبت آب به سیمان واقعی در عمل از پایش مجدد مقاومت الکتریکی نمونه­ها جهت تطبیق با طرح مخلوط واقعی  استفاده نمود.

4- نتیجه­گیری

در پژوهش حاضر تأثیرات نسبت آب به سیمان بر روند تغییرات مقاومت الکتریکی در طول یک سیکل یخ­زدن-­آب شدن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به‌دست آمده حاکی از آن است که در طول زمان و با کاهش دما در مرحله انجماد، شمای منحنی مقاومت الکتریکی دارای نقاط و شیب معناداری می­گردد. این نقاط و شیب­ها متاثر از میزان نسبت آب به سیمان بوده و لذا هویت هر بتن با پایش مقاومت الکتریکی در یک سیکل یخ‌زدن-آب­شدن قابل شناسایی است. در تحقیق حاضر نتایج زیر قابل ارائه می­باشد:

- پایش مقاومت الکتریکی برحسب زمان در مرحله انجماد در بتن با نسبت آب به سیمان 3/0 حاکی از آن است که منحنی مقاومت الکتریکی دارای شیب ثابت بوده و به یک خط شبیه است. با افزایش نسبت آب به سیمان شیب منحنی مقاومت الکتریکی در محدوده دمای انجماد ناگهان افزایش یافته و این افزایش شیب تابع نسبت آب به سیمان می­باشد.

- دامنه نوسان یا تفاوت حد پایین و بالای مقاومت الکتریکی بر حسب زمان در مرحله انجماد متناسب با نسبت آب به سیمان تغییر می­کند. کمترین دامنه نوسان متعلق به بتن با نسبت آب به سیمان کمتر و بیشترین متعلق به بالاترین نسبت آب به سیمان می­باشد.

- پایش مقاومت الکتریکی بر حسب دما در مرحله یخ زدن و در مرحله آب شدن دارای 4 مرحله قابل شناسایی می­باشد، که مشخصات هر مرحله تابع نسبت آب به سیمان می­باشد.

- در نسبت آب به سیمان کم، منحنی­های مقاومت الکتریکی برحسب دما در مراحل یخ زدن و آب شدن تقریبا بر هم منطبق می­باشند. با افزایش نسبت آب به سیمان از میزان انطباق دو منحنی کاسته می­گردد.

بدین­ترتیب نتایج این مطالعه حاکی از آن است که پایش مقاومت الکتریکی در طی یک سیکل یخ­زدن-آب­شدن می­تواند به­ عنوان شاخصی جهت بررسی کیفیت بتن از لحاظ نسبت آب به سیمان به­ کار رفته، مورد استفاده قرار گیرد.

5- مراجع

[1]. نیلی. م. «امکانسنجی اندازه­گیری زمان گیرش بتن به‌وسیله مقاومت الکتریکی». پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه بوعلی سینا، 1390

[2]. Daily W, Ramirez A, LaBrecque D, Nitao J. ‘‘Electrical resistivity tomography of vadose water movement,’’ Water Resour Res, 28(5), pp1429–42,1992.

[3]. Perria MT, Cassiania G, Gervasiob I, Deianaa R, Binley A. ‘‘A saline tracer test monitored via both surface and cross-borehole electrical resistivity tomography: comparison of time-lapse results,’’ JAppl Geophys;79,pp 6–16, 2012.

[4]. Gehre M, Kluth T, Lipponen A, Jin B, Sepp anen A, Kaipio JP, et al. ‘‘Sparsity construction in electrical impedance tomography: an experimental evaluation,’’ J Comput Appl Math, 236(8), pp 2126–36, 2012.

[5]. Rimpilainen V, Heikkinen LM, Vauhkonen M. ‘‘Moisture distribution and hydrodynamics of wet granules during fluidized-beddrying characterized with volumetric electrical capacitance tomography,’’ Chem Eng Sci, 75, pp 220–34, 2012.

[6]. Fabbri A, Fen-Chong T, Coussy O. ‘‘Dielectric capacity, liquid water content, and pore structure of thawing–freezing materials,’’ Cold Reg Sci Technol;44:52–66, 2006.

[7]. McLachlan DS, Blaszkiewicz M, Newnham RE. ‘‘Electrical resistivity of composites,’’ J Am Ceram Soc;73(8):2187–203, 1990.

[8]. Li Z, Wei X, Li W.  ‘‘Preliminary interpretation of Portland cement hydration process using resistivity measurements,’’ ACI Mater J;100(3):253–7, 2003.

[9]. Xiao L, Li Z. ‘‘Early-age hydration of fresh concrete monitored by non-contact electrical resistivity measurement,’’ Cem Concr Res;38:312–9, 2008.

[10]. Cai H, Liu X. ‘‘Frezz-thaw durability of concrete: ice formation process in pores,’’ Cem Concr Res;28(9):1281–1287, 1998.

[11]. Wang  Z, Zeng Q, Wang L, Yao Y, Li K. ‘‘Characterizing blended cement pastes under cyclic freeze–thaw actions by electrical resistivity,’’ Construction and Building Materials, 44, pp 477–486, 2013.

[12]. Lataste J.F, Sirieix C, Breysse D, Frappa M. ‘‘Electrical resistivity measurement applied to cracking assessment on reinforced concrete structures in civil engineering,’’ NDT&E International, 36, pp 383–394, 2003.

[13]. Andrade C, Alonso C, Arteaga A, Tanner P. ‘‘Methodology based on the electrical resistivity for calculation of reinforcement service life,’’ Fifth CANMET/ACI International Conference, pp 899–915, 2000.

[14]. Cao J, Chung D.D.L.  ‘‘Damage evolution during freeze–thaw cycling of cement mortar studied by electrical resistivity measurement,’’ Cem Concr Res, 32, pp 1657–1661, 2002.