راه اندازی آزمایشگاه خاک و بتن فقط به خرید چند دستگاه آزمایشگاهی و قرار دادن آنها در یک فضای مناسب محدود نمی شود. یک آزمایشگاه عمرانی باید بتواند نمونه های خاک، بتن، سیمان و مصالح سنگی را با روش های مشخص آزمایش کند و نتایجی به دست دهد که از نظر دقت، تکرارپذیری و قابلیت ردیابی قابل اتکا باشند. به همین دلیل، انتخاب تجهیزات باید بر اساس نوع آزمایش هایی که قرار است انجام شود، استانداردهای مورد استفاده، ظرفیت کاری آزمایشگاه و نوع پروژه ها انجام شود.
در یک آزمایشگاه خاک و بتن معمولا مجموعه ای از تجهیزات برای آماده سازی نمونه، اندازه گیری، تعیین ویژگی های مکانیکی و فیزیکی، کنترل شرایط آزمایش و ثبت نتایج مورد نیاز است. برای مثال در آزمایشگاه بتن، تجهیزاتی مانند دستگاه تعیین مقاومت فشاری، وسایل آزمایش اسلامپ، قالب های نمونه گیری، میز ویبره و تجهیزات عمل آوری اهمیت زیادی دارند. در آزمایشگاه خاک نیز وسایلی مانند الک، دستگاه شیکر، تجهیزات تعیین حدود اتربرگ، دستگاه تراکم و تجهیزات آزمایش برش و سه محوری کاربرد دارند.
بخش خاک یکی از مهم ترین قسمت های آزمایشگاه های مهندسی عمران و ژئوتکنیک است. آزمایش های این بخش برای شناخت ویژگی های فیزیکی و مکانیکی خاک و ارزیابی رفتار آن در پروژه های ساختمانی، راه سازی، سدسازی و سایر پروژه های عمرانی انجام می شوند.
استانداردهایی مانند ASTM D2487 برای طبقه بندی مهندسی خاک، نتایج آزمایش اندازه دانه، حد روانی و شاخص خمیری را در فرآیند طبقه بندی مورد استفاده قرار می دهند. بنابراین تجهیزات مربوط به آماده سازی و تعیین ویژگی های خاک باید متناسب با روش آزمایش انتخاب شوند.
یکی از اولین تجهیزات مورد نیاز در آزمایشگاه خاک، مجموعه الک های آزمایشگاهی است. با استفاده از الک های استاندارد می توان توزیع اندازه ذرات خاک و مصالح را بررسی کرد.
مجموعه الک معمولا شامل اندازه های مختلف از الک های درشت تا ریز است و در کنار آن از دستگاه شیکر الک برای افزایش سرعت و یکنواختی عملیات استفاده می شود.
هنگام خرید باید به جنس توری، دقت ابعاد چشمه، کیفیت فریم و سازگاری مجموعه با استاندارد مورد استفاده توجه کرد.
برای خاک های ریزدانه، تعیین حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیری اهمیت زیادی دارد. تجهیزات این بخش شامل وسایل مربوط به آزمایش حد روانی، صفحات یا تجهیزات لازم برای تعیین حد خمیری، ظروف نمونه، ابزار شیارزن، ترازو و تجهیزات جانبی است.
انتخاب تجهیزات مناسب در این بخش اهمیت زیادی دارد، زیرا کیفیت آماده سازی نمونه و نحوه اجرای آزمایش می تواند روی نتیجه نهایی تاثیر بگذارد.
دستگاه تراکم برای بررسی رابطه میان رطوبت و وزن مخصوص خشک خاک و تعیین شرایط مناسب تراکم مورد استفاده قرار می گیرد.
این تجهیزات معمولا شامل قالب های تراکم، چکش، صفحه پایه و تجهیزات جانبی هستند. بسته به روش آزمایش و استاندارد انتخابی، مشخصات قالب و چکش متفاوت خواهد بود.
در پروژه های راه سازی، خاکریزی و عملیات زیرسازی، اطلاعات حاصل از آزمایش تراکم می تواند برای کنترل کیفیت عملیات اجرایی مورد استفاده قرار گیرد.
برای انجام برخی آزمایش های خاک به ترازوهای دقیق، پیکنومتر، ظروف مخصوص، استوانه مدرج و تجهیزات جانبی نیاز است.
ترازو باید متناسب با جرم نمونه و دقت مورد نیاز آزمایش انتخاب شود. استفاده از ترازوی نامناسب می تواند خطای اندازه گیری را افزایش دهد؛ بنابراین در زمان خرید نباید فقط ظرفیت ترازو را بررسی کرد و دقت آن نیز اهمیت دارد.
دستگاه برش مستقیم برای بررسی مقاومت برشی خاک کاربرد دارد. این مجموعه معمولا شامل قاب برش، سیستم اعمال بار، تجهیزات اندازه گیری جابه جایی و نیرو و تجهیزات ثبت داده است.
در آزمایشگاه هایی که خدمات ژئوتکنیک حرفه ای ارائه می دهند، انتخاب دستگاهی با سیستم اندازه گیری دقیق و امکان کنترل مناسب بارگذاری اهمیت بیشتری پیدا می کند.
دستگاه سه محوری یکی از تجهیزات تخصصی تر آزمایشگاه خاک است و برای بررسی رفتار مکانیکی خاک در شرایط مختلف تنش مورد استفاده قرار می گیرد.
دستگاه سه محوری بسته به نوع آزمایش و سطح تجهیزات می تواند امکانات مختلفی برای اعمال فشار محصورکننده، بارگذاری محوری، کنترل فشار آب منفذی و ثبت تغییر شکل داشته باشد.
اگر هدف آزمایشگاه انجام پروژه های تخصصی ژئوتکنیک باشد، تجهیزات سه محوری باید بر اساس استانداردها و روش های آزمایش مورد نظر انتخاب شوند.
آون یا کوره آزمایشگاهی برای خشک کردن نمونه های خاک و مصالح و تعیین رطوبت مورد استفاده قرار می گیرد.
ظرفیت، محدوده دمایی، یکنواختی دما، دقت کنترل دما و کیفیت عایق بندی از مواردی هستند که هنگام خرید آون باید بررسی شوند.
ترازو در تقریبا تمام مراحل آزمایش خاک مورد استفاده قرار می گیرد. به همین دلیل بهتر است آزمایشگاه فقط یک ترازوی عمومی نداشته باشد و بر اساس نوع آزمایش، ترازوهای مناسب با ظرفیت و دقت متفاوت تهیه کند.
بخش بتن معمولا تجهیزات متنوعی برای آزمایش بتن تازه، بتن سخت شده، سنگدانه ها و آماده سازی نمونه نیاز دارد.
استاندارد ASTM C192/C192M برای ساخت و عمل آوری آزمونه های بتن در شرایط آزمایشگاهی، الزامات مشخصی برای آماده سازی، اختلاط، قالب گیری و عمل آوری نمونه ها ارائه می کند.
دستگاه مقاومت فشاری یکی از اصلی ترین تجهیزات آزمایشگاه بتن است. از این دستگاه برای تعیین مقاومت فشاری نمونه های بتنی مانند مکعبی یا استوانه ای استفاده می شود.
ظرفیت دستگاه باید متناسب با نوع نمونه و بیشترین مقاومت مورد انتظار انتخاب شود. علاوه بر ظرفیت، دقت سیستم اندازه گیری نیرو، کیفیت صفحات بارگذاری، سرعت اعمال بار و امکان کالیبراسیون نیز اهمیت دارند.
برای آزمایشگاه حرفه ای، صرفا خرید دستگاهی با ظرفیت بالا کافی نیست و مشخصات فنی و قابلیت انطباق آن با روش آزمایش باید بررسی شود.
برای تهیه نمونه های استاندارد به قالب های مناسب نیاز است. قالب ها باید ابعاد دقیق داشته باشند و در برابر استفاده مکرر، تغییر شکل ندهند.
قالب های مکعبی و استوانه ای از پرکاربردترین نمونه ها در آزمایشگاه بتن هستند.
کیفیت قالب اهمیت زیادی دارد، زیرا تغییر ابعاد یا تاب برداشتن آن می تواند روی شکل نمونه و در نهایت نتیجه آزمایش اثر بگذارد.
آزمایش اسلامپ یکی از آزمایش های رایج بتن تازه است و برای بررسی قوام و کارایی بتن تازه انجام می شود.
مخروط اسلامپ، میله تراکم، صفحه پایه و ابزار اندازه گیری از تجهیزات اصلی این آزمایش هستند.
در استانداردهای ASTM نیز روش مشخصی برای آزمایش اسلامپ بتن تازه تعریف شده است و نسخه فعلی ASTM C143/C143M در مجموعه استانداردهای بتن این موسسه قرار دارد.
میز ویبره برای تراکم نمونه های بتنی و بعضی فعالیت های مرتبط با آماده سازی نمونه مورد استفاده قرار می گیرد.
شدت و یکنواختی لرزش اهمیت زیادی دارد. دستگاه باید به گونه ای انتخاب شود که بتواند شرایط مناسب برای تراکم نمونه را فراهم کند و در استفاده مداوم دچار افت عملکرد نشود.
برای تهیه نمونه های آزمایشگاهی به میکسر مناسب نیاز است. میکسر آزمایشگاهی باید امکان اختلاط یکنواخت مواد را فراهم کند و حجم آن متناسب با ظرفیت کاری آزمایشگاه باشد.
در زمان خرید، حجم مخزن، نوع تیغه، سرعت چرخش، توان موتور و سهولت شست وشو از مواردی هستند که باید بررسی شوند.
عمل آوری صحیح نمونه بخش مهمی از آزمایش بتن است. بنابراین آزمایشگاه باید تجهیزات مناسبی برای نگهداری نمونه ها در شرایط کنترل شده داشته باشد.
بسته به ظرفیت آزمایشگاه می توان از حوضچه عمل آوری، وان مخصوص یا اتاق عمل آوری استفاده کرد. کنترل دما و شرایط آب نیز باید متناسب با روش آزمایش انجام شود.
در واقع حتی اگر دستگاه مقاومت فشاری بسیار دقیق باشد، آماده سازی و عمل آوری نامناسب نمونه می تواند نتیجه آزمایش را تحت تاثیر قرار دهد. ASTM نیز بر اهمیت کنترل شرایط ساخت و عمل آوری آزمونه ها تاکید کرده است.
آزمایشگاه خاک و بتن معمولا باید بخشی از تجهیزات آزمایشگاهی خود را برای بررسی سنگدانه ها نیز اختصاص دهد، زیرا سنگدانه ها بخش اصلی بتن را تشکیل می دهند.
تجهیزات این بخش می تواند شامل موارد زیر باشد:
نوع دقیق تجهیزات باید بر اساس آزمایش هایی که آزمایشگاه قرار است انجام دهد تعیین شود.
در زمان برنامه ریزی برای راه اندازی آزمایشگاه، یکی از اشتباهات رایج تمرکز کامل روی دستگاه های اصلی و نادیده گرفتن تجهیزات جانبی است.
در عمل، یک آزمایشگاه برای فعالیت روزمره به مجموعه ای از تجهیزات عمومی نیز نیاز دارد:
میزها باید تحمل وزن تجهیزات و نمونه ها را داشته باشند و سطح آنها در برابر رطوبت، ضربه و مواد مورد استفاده مقاوم باشد.
خط کش، کولیس، استوانه مدرج، دماسنج، رطوبت سنج و سایر ابزارهای اندازه گیری بسته به نوع آزمایش مورد نیاز هستند.
ظروف نمونه، کیسه ها، سینی ها، ظروف فلزی، برچسب، قفسه و سیستم مشخص برای شناسایی نمونه ها از تجهیزات ضروری هستند.
دستکش، عینک ایمنی، کفش مناسب، ماسک، تجهیزات کمک های اولیه و سیستم تهویه مناسب باید در طراحی آزمایشگاه در نظر گرفته شوند.
مواد سیمانی و بتن تازه می توانند برای پوست و چشم تحریک کننده و خورنده باشند؛ بنابراین ایمنی کارکنان نباید به عنوان بخش فرعی پروژه در نظر گرفته شود.
اگر بودجه اولیه محدود باشد، بهتر است خرید تجهیزات بر اساس خدماتی که آزمایشگاه قرار است ارائه کند اولویت بندی شود.
برای یک آزمایشگاه عمومی می توان تجهیزات را در چند گروه قرار داد:
|
گروه |
تجهیزات اصلی |
|---|---|
|
خاک |
الک، شیکر، آون، ترازو و تجهیزات تعیین حدود اتربرگ |
|
تراکم خاک |
قالب تراکم، چکش تراکم و تجهیزات مربوط به آزمایش |
|
مقاومت خاک |
دستگاه برش مستقیم و در صورت نیاز دستگاه سه محوری |
|
بتن تازه |
مخروط اسلامپ، میکسر، میز ویبره و تجهیزات نمونه گیری |
|
بتن سخت شده |
دستگاه مقاومت فشاری و قالب های نمونه |
|
عمل آوری |
حوضچه یا اتاق عمل آوری |
|
سنگدانه |
الک، شیکر، آون و تجهیزات تعیین ویژگی های سنگدانه |
|
عمومی |
میز کار، سینی، ظروف، ابزار اندازه گیری و تجهیزات ایمنی |
این تقسیم بندی باعث می شود سرمایه اولیه صرف تجهیزاتی شود که واقعا در خدمات آزمایشگاه استفاده خواهند شد.
یکی از مهم ترین نکات در خرید تجهیزات آزمایشگاه خاک و بتن این است که ابتدا روش های آزمایش مشخص شوند و سپس دستگاه خریداری شود.
به عنوان مثال، در خرید دستگاه مقاومت فشاری بتن نباید فقط عبارت «دستگاه مقاومت فشاری بتن» ملاک قرار گیرد. باید مشخص شود آزمایشگاه قرار است از چه استانداردی استفاده کند، چه محدوده مقاومتی را پوشش دهد و چه نوع نمونه هایی را آزمایش کند.
همین موضوع درباره تجهیزات خاک نیز صدق می کند. استاندارد ASTM D3740 برای آزمایشگاه ها و سازمان های فعال در آزمایش خاک و سنگ، علاوه بر تجهیزات، موضوعاتی مانند صلاحیت نیروی انسانی، امکانات و سیستم کیفیت را نیز مورد توجه قرار می دهد.
بنابراین خرید تجهیزات بدون مشخص کردن استانداردها می تواند باعث شود بخشی از سرمایه صرف دستگاه هایی شود که برای روش آزمایش مورد نظر مناسب نیستند.
دقت تجهیزات آزمایشگاه مستقیما با اعتبار نتایج ارتباط دارد. دستگاهی که عدد را نمایش می دهد لزوما دستگاه دقیقی نیست و تجهیزات اندازه گیری باید در دوره های مشخص بررسی و کالیبره شوند.
این موضوع برای دستگاه های اعمال نیرو، ترازوها، دماسنج ها، تجهیزات اندازه گیری جابه جایی و سایر ابزارهای اندازه گیری اهمیت ویژه ای دارد.
برای آزمایشگاه هایی که قصد دریافت یا حفظ اعتبار رسمی دارند، سیستم مدیریت کیفیت، سوابق کالیبراسیون، نگهداری تجهیزات و صلاحیت کارکنان نیز باید از ابتدا در طراحی آزمایشگاه در نظر گرفته شود.
تجهیزات سنگین مانند دستگاه مقاومت فشاری، دستگاه برش و تجهیزات تراکم باید روی سطح مناسب نصب شوند. همچنین مسیر جابه جایی نمونه ها، فضای کافی برای آماده سازی، محل شست وشوی تجهیزات، انبار نمونه ها و بخش نگهداری ابزار باید از ابتدا مشخص شود.
یکی از مشکلاتی که بعد از راه اندازی بعضی آزمایشگاه ها دیده می شود، کمبود فضای کاری در اطراف دستگاه هاست. ممکن است دستگاه از نظر فنی مناسب باشد اما اپراتور فضای کافی برای قرار دادن نمونه، ابزار اندازه گیری یا تجهیزات جانبی نداشته باشد.
به همین دلیل بهتر است قبل از خرید تجهیزات، نقشه چیدمان آزمایشگاه تهیه شود و ابعاد واقعی دستگاه ها، مسیر ورود نمونه، برق مورد نیاز، تهویه، آب و فاضلاب و محل نصب تجهیزات سنگین در آن مشخص شود.
نمی توان برای تمام آزمایشگاه های خاک و بتن یک هزینه ثابت تعیین کرد. هزینه نهایی به دامنه خدمات، تعداد تجهیزات، ظرفیت دستگاه ها، سطح دقت، برند، امکانات نرم افزاری و الزامات استاندارد بستگی دارد.
برای مثال یک آزمایشگاه کوچک کنترل کیفیت پروژه ممکن است با مجموعه محدودی از تجهیزات فعالیت خود را آغاز کند، در حالی که یک آزمایشگاه تخصصی ژئوتکنیک به تجهیزات پیشرفته تری مانند دستگاه سه محوری، برش مستقیم و سیستم های ثبت داده نیاز خواهد داشت.
همچنین هزینه های ساختمان و آماده سازی فضا، برق، تهویه، تجهیزات ایمنی، کالیبراسیون، تعمیر و نگهداری و آموزش کارکنان نیز باید در بودجه اولیه لحاظ شوند.
برای راه اندازی یک آزمایشگاه خاک و بتن استاندارد، ابتدا باید دامنه آزمایش ها و استانداردهای مورد استفاده مشخص شود. پس از آن می توان تجهیزات مورد نیاز را به بخش های خاک، بتن، سنگدانه، آماده سازی نمونه، اندازه گیری، عمل آوری و تجهیزات عمومی تقسیم کرد.
در بخش خاک، الک و شیکر، آون، ترازو، تجهیزات حدود اتربرگ، تجهیزات تراکم، دستگاه برش مستقیم و در آزمایشگاه های تخصصی دستگاه سه محوری اهمیت دارند. در بخش بتن نیز دستگاه مقاومت فشاری، قالب های نمونه، مخروط اسلامپ، میکسر، میز ویبره و تجهیزات عمل آوری از مهم ترین تجهیزات هستند.
نکته مهم این است که کیفیت یک آزمایشگاه فقط با تعداد دستگاه های آن سنجیده نمی شود. انتخاب تجهیزات متناسب با استاندارد، نصب صحیح، کالیبراسیون، نگهداری مناسب، شرایط محیطی و مهارت اپراتور همگی در اعتبار نتیجه آزمایش نقش دارند. به همین دلیل طراحی آزمایشگاه باید از ابتدا به صورت یک مجموعه یکپارچه دیده شود، نه صرفا فهرستی از دستگاه هایی که باید خریداری شوند.
آخرین مقالات
