آزمایش مقاومت کششی بتن

مقاومت کششی یکی از ویژگی مهم و تاثیرگذار در بتن است که ضروری است برای طراحی یک سازه، مقدار آن را بدانیم. برای مشخص کردن مقاومت کششی بتن، از نمونه‌های استوانه‌ای شکل بتن استفاده می‌شود.

بتن مقاومت فشاری فوق‌العاده بالایی دارد و یکی از دلایل اصلی استفاده‌ی گسترده از بتن در ساخت و ساز، همین مقاومت فشاری بالای آن است. اما بتن حالتی ترد و شکننده دارد که باعث می‌شود مقدار مقاومت کششی آن در مقایسه با مقاومت فشاری‌اش، بسیار پایین‌تر باشد. بنا بر این تنش کششی را تا حد زیادی تحمل نمی‌کند و خیلی زود در راستای نیروهای وارد بر آن ترک می‌خورد. به همین دلیل، ضرورت دارد تا برای طراحی و ساخت یک سازه، میزانمقاومت کششی آن را بدانیم.

برای انجام آزمایش مقاومت کششی بتن، با استفاده از قالب‌هایی استوانه‌شکل با ارتفاع 60 سانتی متر و قطر 15 سانتی متر، نمونه‌هایی استوانه‌ای از بتن تهیه می‌کنند. عمل‌آوری بتن به ترتیب طی 1، 3، 7، 14 و 28 روز انجام می‌شود تامقاومت کششی کسب شده توسط بتن در سنین مختلف و اولیه‌ی آن مشخص شود. بتن بایستی در محیطی با هوای مرطوب به مدت 24 ساعت قرار داده شود. سپس آن را در هوای آزاد می‌گذارند تا مقدار زمان مورد نیاز (به طور مثال 14 یا 28 روز) سپری شود. عمل‌آوری بتن بایستی در دمای نسبتاً بالا صورت بگیرد. در ضمن ضروری است که آب مورد استفاده در هنگام عمل‌آوری بر روی بتن، دمایی در حدود 27 درجه سانتی‌گراد (2 درجه سانتی‌گراد کم‌تر یا بیش‌تر) داشته باشد.

در تصویر فوق، نمونه‌ای استوانه‌ای از یک نوع بتن را مشاهده می‌کنید که برای آزمایش و به دست آوردن مقدارمقاومت کششی‌اش، درون دستگاه قرار داده شده. این دستگاه با اعمال نیروی کششی بر روی نمونه‌ی بتنی، آن را تا مرز شسکت پیش می‌برد تا نیرویی که بتن در آن گسیخته می‌شود به دست بیاید و در نتیجه‌ی آن مقاومت کششی بتنمشخص شود.

بعد از انجام اقدامات اولیه و گذشت زمان لازم و یا کافی برای سخت شدن بتن،نمونه‌ی استوانه‌ای را در ماشین قرار می‌دهند تا نیروی کششی به آن وارد شود. لحظه‌ای بتن شکاف می‌خورد، افزایش نیرو متوقف می‌شود و نیروی آن لحظه به عنوان نیروی لحظه‌ی شکست بتن ثبت می‌شود. این مقدار اگر تقسیم بر مساحت قاعده‌ی استوانه شود، مقاومت کششی بتن به دست می‌آید و متوجه می‌شویم که در سازه، چه میزان نیروی کششی بایستی به ستون‌ها و تیرهای بتنی وارد شود تا دچار شکست نشوند. پیشنهاد می‌شود که از هر نوع بتن، 3 نمونه تهیه شود و آزمایش بر روی آن‌ها صورت گیرد. اگر بین این 3 نمونه تفاوت چشمگیری در مقاومت کششی (تفاوتی بیش از 15 درصدی) وجود داشت، احتمالاً در یکی از مراحل آزمایش اشتباه به وجود آمده و نتایج آزمایش مردود است. اگر تفاوت چشمگیری وجود نداشت، میانگین این نمونه‌ها، مقاومت کششی نهایی بتن مورد نظر خواهد بود.

شایان ذکر است که معمولاً مقاومت کششی بتن را با استفاده از فولاد تقویت شده یا میل‌گرد افزایش می‌دهند. زیرامقاومت کششی آن در حد زیادی پایین است و اگر این افزایش مقاومت صورت نگیرد، بتن تقریباً بلا استفاده خواهد بود.وهمچنین استفاده از الیاف پروپیلن و ژل میکروسیلیس باعث افزایش مقاومت کششی و مقاومت فشاری بتن می شود.

آزمایش نمونه مکعبی بتن یا آزمایش مقاومت فشاری بتن

آزمایش نمونه معکبی بتن در واقع یک ایده‌ی کلی از تمامی مشخصات بتن به ما ارائه می‌دهد. با همین آزمایش می‌توان تشخیص داد که بتن به حد کافی مناسب کار ما هست یا خیر. مقاومت فشاری بتن بر عوامل مختلفی هم چون نسبت آب به سیمان، مقاومت سیمان، کیفیت مواد بتن، کنترل کیفیت در طول تولید بتن و غیره بستگی دارد.

آزمایش مقاومت فشاری بتن بر روی قطعه‌های مکعب شکل از بتن انجام می‌شود. به همین دلیل آزمایش نمونه معکبی نامیده می‌شود. این آزمایش بر روی قطعه‌های استوانه‌ای بتن نیز مرسوم است. بسته به اندازه‌ی سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن از معکب‌های 10 × 10 × 10 سانتی‌متر یا 15 × 15 × 15 سانتی‌متر استفاده می‌شود.

بتن را در قالب‌هایی که تصویرش را در بالا مشاهده می‌کنید قرار می‌دهند و حرارت می‌دهند تا حباب و فضای خالی دیگر در آن باقی نماند. بعد از بیست و چهار ساعت، عمل‌آوری بتن را آغاز می‌کنند. عمل‌آوری بتن باید به نحوی باشد که سطح خارجی بتن کاملاً صاف بشود. برای این کار معمولاً از چسب سیمان استفاده می‌کنند و آن را بر روی سطح خارجیبتن طوری پخش می‌کنند که کاملاً صاف باشد.

برای عمل‌آوری، قطعات بتن را بیست و چهار ساعت در هوای مرطوب قرار می‌دهند. سپس آن‌ها را علامت‌گذاری کرده و در هوای تازه قرار می‌دهند تا زمان انجام آزمایش اصلی بر روی آن‌ها فرا برسد. آب مورد استفاده در عمل‌آوری بتن باید هر هفت روز یک بار چک شود. هم چنین دمای این آب باید حدود 27 درجه سانتی‌گراد (دو درجه بیشتر یا کمتر) باشد.

نمونه‌های بتن را پس از هفت یا بیست و هشت روز عمل‌آوری در ماشین‌های آزمایش مقاومت فشاری قرار می‌دهند. در این ماشین‌ها، بارگذاری به صورت دقیقه‌ای 140 کیلوگرم برا سانتی‌متر مربع افزایش می‌یابد تا نمونه شکسته شود. مقدار بارگذاری در لحظه‌ی شکست بتن، میزان مقاومت فشاری بتن را به ما می‌گوید.

حداقل از هر نمونه و در هر سن، بایستی 3 نمونه‌ی بتن آزمایش شود. اگر در نتیجه مشاهده شود که مقاومت آن‌ها بیش از 15 درصد با یکدیگر اختلاف دارد، نتایج آزمایش رد می‌شود و بایستی آزمایش دوباره انجام شود. در غیر این صورت، میانگین مقاومت فشاری آن سه نمونه، مقاومت فشاری بتن مورد محسوب خواهد شد.

مقاومت بتن با افزایش عمر، بیشتر می‌شود. در جدولی که در ادامه آمده است، نشان داده شده که در هر مقطع زمانی از عمل‌آوری، بتن چه مقدار از مقاومت اصلی‌اش را کسب می‌کند :

سن
درصد مقاومت کسب شده
1 روز
16 درصد
3 روز
40 درصد
7 روز
65 درصد
14 روز
90 درصد
28 روز
99 درصد
 

همانطور که مشاهده می‌کنید، بتن بیشتر مقاومت خود را در سنین اولیه به دست می‌آورد. بدین ترتیب که 90 درصد مقاومتش در 14 روز (دو هفته) کسب می‌شود. در 28 روز بتن به 99 درصدِ مقاومتش می‌رسد و در ادامه روند کسبمقاومت بتن بسیار کند تر دنبال می‌شود. به همین دلیل است که در آزمایش‌ها معمولاً نتایج 28 روزه‌ی نمونه‌های بتنیمورد نظر و مهم هستند. بتن در 28 روزگی مقاومتی تقریباً مساوی با مقاومت نهایی‌اش دارد.

عوامل تاثیرگذار بر کارایی بتن

کلینیک بتن ایران :: مقالات علمی بتن

کارایی و مقاومت بتن با هم رابطه ای عکس دارند. به این معنا که با افزایش کارایی بتن...

تمامی مراحل و مواد مورد استفاده در ساخت بتنبر میزان کارایی آن تاثیر دارند. کارایی بتن به معنای میزان سهولت در مخلوط کردن، انتقال و بتن ریزی در محل پروژه می‌باشد. کار با یک بتن با کارایی بالا بسیار راحت تر و بهتر است چرا که به راحتی می‌تواند جا به جایش کرد و بتن ریزی نیز به آسانی انجام می‌شود.

کارایی و مقاومت بتن با هم رابطه‌ای عکس دارند. به این معنا که با افزایش کارایی بتن، مقاومت بتن کاهش می‌یابد که موجب کاهش دوام و عمر بتن نیز می‌شود.

عوامل اصلی تاثیرگذار بر روی کارایی بتن :

مقدار سیمان بتن
مقدار آب بتن
نسبت‌های مواد مختلف در مخلوط بتن
اندازه‌ی سنگدانه‌ها
شکل سنگدانه‌ها
مرغوبیت سنگدانه‌ها
ویژگی‌های سطوح سنگدانه‌ها
افزودنی‌های مورد استفاده در بتن
استفاده از مواد جایگزین سیمان در بتن
سیمان، سنگدانه و آب مواد اصلی مورد استفاده برای ساخت بتن هستند. در بتن از افزودنی‌های مختلفی برای تغییر ویژگی‌های مختلف آن استفاده می‌شود. ویژگی‌های این مواد و میزان استفاده از آن‌ها بر کارایی بتن تاثیر می‌گذارد. در ادامه عوامل عمومی تاثیرگذار بر کارایی بتن را بررسی می‌کنیم:

مقدار سیمان بتن:

مقدار سیمان مورد استفاده در بتن تاثیر بسیار بالایی در کارایی آن دارد. هر چه مقدار سیمان بیشتر باشد، معنی آن این است که چسب بیشتری برای پوشش دادن سطح سنگدانه‌ها و پر کردن تخلخل‌ها موجود است. این موضوع باعث کاهش اصطکاک بین سنگدانه‌ها شده و جاری شدن بتن در هنگام مخلوط کردن، انتقال و بتن‌ریزی تسهیل می‌گردد. همچنین برای یک بتن با نسبت آب به سیمان ثابت، افزایش میزان سیمان به معنی افزایش میزان آب مورد استفاده نیز هست که در نهایت کارایی بتن را افزایش می‌دهد..

نوع سیمان:

نوع و مشخصات سیمان بر میزان کارایی بتن تاثیرگذار خواهد بود. افزایش عیار سیمان باعث می‌شود تا بتن به آب بیشتری برای رسیدن به کارایی مورد نظر پیدا کند. در حالی که سیمان با عیار کمتر، به آب کمتری برای رسیدن به همان میزان کارایی نیاز دارد.

نسبت آب به سیمان یا مقدار آب بتن:

یکی دیگر از عوامل بسیار مهم و تاثیرگذار در کارایی بتن، میزان آب مورد استفاده در آن می‌باشد. عموما نسبت آب بهسیمان بین 0٫45 تا 0٫6 تقریباً برای تمامی انواع مخلوط‌ها، کارایی خوبی را ارائه خواهد کرد. هر چه نسبت آب به سیمانبیشتر باشد، میزان آب مورد استفاده نسبت به مقدار سیمان بیشتر خواهد بود و در نتیجه کارایی بتن افزایش خواهد داشت.

اندازه سنگدانه‌ها:

میزان سطح خارجی سنگدانه‌ها به اندازه‌ی آن‌ها بستگی دارد. هر چه سنگدانه‌ها بزرگتر باشند، سطح خارجی آن‌ها کم‌تر خواهد بود. هر چه سطح خارجی سنگدانه‌ها بیشتر باشد، برای پوشش دادن سطوح به سیمان بیشتری احتیاج است. این موضوع باعث کاهش نسبت آب به سیمان و کاهش کارایی می‌شود.

در بتن معمولاً از افزودنی‌های مختلفی برای افزایش و یا کاهش ویژگی‌های مختلف آن استفاده می‌شود. چندین افزودنیمختلف نیز برای بهبود وضعیت کارایی بتن وجود دارد که روان کننده و فوق روان کننده نام دارند. این افزودنی‌ها قادر هستند تا کارایی بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان بسیار پایین را نیز افزایش دهند. از افزودنی‌های هوازا نیز برای افزایش کارایی در بتن استفاده می‌شود. این افزودنی با ایجاد حباب‌های هوا در بتن، اصطکاک بین سنگدانه‌ها را کاهش می‌دهد و در نتیجه کارایی افزایش می‌یابد.

آزمایش اسلامپ بتن

آزمایش اسلامپ بتن یکی از راهکارها برای مشخص کردن مقدار کارایی و روانی بتن تازه می‌باشد. این آزمایش معمولاً در آزمایشگاه‌ها و تحت شرایط محیطی خاص یا در همان محل اجرای پروژه انجام می‌گیرد. آزمایش اسلامپ یکی از آسان‌ترین آزمایش‌هایی است که بر روی بتن انجام می‌شود؛ هزینه‌ی بسیار کمی دارد و نتیجه‌ی آن فوراً به دست می‌آید. به همین دلایل، از سال 1922 میلادی تا کنون، آزمایش اسلامپ پرکاربردترین و معمول‌ترین آزمایش در مورد کارایی و روانی بتن بوده است.

عموماً مقدار اسلامپ بتن برای به دست آوردن میزان کارایی آن نیاز است، که نشانگر نسبت آب به سیمان بتنمی‌باشد. اما چندین عامل دیگر نیز در بتن وجود دارد که در اسلامپ آن تاثیر می‌گذارد؛ از جمله: نوع مواد مورد استفاده در بتن، روش‌های مخلوط کردن بتن، میزان مواد مورد استفاده، نوع و میزان سنگدانه‌ها و غیره.

برای آزمایش اسلامپ از یک قالب که به شکل مخروط ناقص است استفاده می‌شود. قطر قاعده‌ی این مخروط ناقص، 20 سانتی‌متر و ارتفاع آن 30 سانتی‌متر است. بتن تازه به داخل این قالب ریخته می‌شود و سپس قالب را بر می‌دارند. مقدار افت و پایین آمدن بتن را اندازه‌گیری می‌کنند و آن را میزان اسلامپ بتن می‌نامند.

عوامل موثر بر روی آزمایش اسلامپ بتن :

1. ویژگی‌ها و جزئیات مواد مورد استفاده در بتن، مانند سنگدانه‌ها، عیار سیمان، نحوه‌ی مخلوط کردن و میزان رطوبت بتن.

2. ویژگی‌های شیمایی و مقدار استفاده از مواد افزودنی و نوع آن‌ها

3. میزان هوای موجود در بتن

4. نحوه‌ی مخلوط کردن و انتقال بتن

5. روش مورد استفاده در آزمایش اسلامپ

6. میزان آب مورد استفاده در بتن

7. میزان زمان سپری شده از هنگام مخلوط کردن بتن

نتایج آزمایش

هنگام اندازه‌گیری میزان اسلامپ باید از دقیق‌ترین ابزار اندازه گیری استفاده کرد، چرا که نتیجه تا حد میلی‌متر هم اهمیت دارد. اگر میزان اسلامپ صفر بود و بتن هیچ گونه تغییر شکلی نداشت، معنی‌اش این است که نسبت آب به سیمان در بتن بسیار کم بوده است. از این نوع بتن معمولاً در ساخت و ساز جاده‌ها و راه‌های بین شهری استفاده می‌شود.

اگر بتن به صورت کامل فرو ریخت، معنی‌اش این است که مقدار آب به سیمان در بتن بسیار زیاد بوده. اگر بخشی ازبتن فرو ریخت و بخش دیگری از آن تغییر شکلی نداد، آزمایش بایستی یک مرتبه‌ی دیگر تکرار شود.

در تصویر زیر، مدل‌های مختلفی که ممکن است در آزمایش اسلامپ رخ بدهد را مشاهده می‌کنید. از سمت چپ، نمونه‌ی اول نمونه‌ای است که مورد قبول است و به این معنی است که آزمایش به درستی انجام شده و بتن مشکل خاصی ندارد. در نمونه‌ی دوم میزان اسلامپ بتن صفر است که دلایل و استفاده‌ی آن را در بالا شرح دادیم. نمونه‌ی سوم از سمت چپ، نمونه‌ای از بتن است که به علت نسبت آب به سیمان بالا در آزمایش اسلامپ کاملاً گسیخته شده و فرو ریخته است. نمونه‌ی آخر اما، نمونه‌ای غیر قابل قبول در آزمایش اسلامپ است. ممکن است بتن مورد آزمایش همگن نبوده یا آزمایش به درستی انجام نشده باشد. به هر جهت آزمایش بایستی دوباره تکرار شود.

افزودنی های حجم دهنده بتن

از پودر آلومینیوم و دیگر مواد حجم دهنده به مقدار بسیار کمی در بتن یا دوغاب استفاده می‌شود تا حجم آن پیش از سخت شدن کمی افزایش پیدا کند. از این مواد در شرایطی استفاده می‌شود که بخواهیم فضاهای خاصی را با بتن یادوغاب پوشش دهیم. تاثیر این نوع مواد و میزان افزایش حجم به عوامل مختلفی همچون میزان افزودنی مورد استفاده، مقدار مواد قلیایی در سیمان و چندین متغیر دیگر بستگی دارد. زمانی که میزان افزایش حجم برای ما مهم و حیاتی باشد، بایستی ابتدا با کنترل دقیق مواد مخلوطی و دما، بر روی بتن آزمایش انجام دهیم تا بتوانیم میزان افزایش حجم را پیش بینی کنیم. افزودنی‌های حجم دهنده‌ی بتن باعث کاهش جمع شدگی توسط خشک شدن یا کربنتاسیون بعد از گیرش نمی‌شود.

افزودنی‌های کاهنده‌ی هوا

با اضافه کردن افزودنی‌های کاهنده‌ی هوا به بتن، میزان هوا و حباب‌های موجود در بتن کاهش می‌یابد. از این مواد زمانی استفاده می‌شود که نتوانیم با تغییرات در مواد مورد استفاده در مخلوط و دیگر مواد و افزودنی‌های مورد استفاده، میزان هوازایی بتن را کنترل نماییم. استفاده از این نوع افزودنی‌ها بسیار کمیاب است؛ بنا بر این داده‌های زیادی از آن در دست نیست. به همین دلیل ضروری است که پیش از استفاده در هر پروژه‌ای مورد آزمایش قرار گیرند.

افزودنی‌های ضد جرم و ضد حشره

رشد باکتری و قارچ‌ها در بتن‌های سخت شده، خصوصاً در مناطق مرطوب، از مشکلات معمول است. از این نوع افزودنیبرای مبارزه، کنترل و از بین بردن رشد باکتری‌ها، قارچ‌ها، حشرات و غیره در بتن استفاده می‌شود. موثرترین مواد در راه نیل به این هدف، فنول‌ها، امولوسیون‌های دیلدرین و ترکیبات مس می‌باشد. اثر این نوع مواد معمولاً موقتی است و اگر در حجم زیادی از آن‌ها استفاده شود، می‌تواند باعث کاهش مقاومت فشاری بتن گردد.

افزودنی‌های ضد فرسایش بتن به وسیله آب

این نوع افزودنی‌ها که با نام افزودنی‌های ضد شست‌وشو نیز شناخته می‌شوند، در بتن‌هایی که در مسیر مستقیم جریان آب قرار دارند یا به هر نحوی تحت تاثیر مستقیم آب هستند، استفاده می‌شود تا میزان آسیب دیدگی در آن‌ها به وسیله‌ی آب، به حداقل برسد. این مواد این امکان را به ما می‌دهند که بدون استفاده از لوله‌های ترمیمی، بتوانیم ازبتن در زیر آب نیز استفاده کنیم. این مواد ویسکوزیته‌ی آب در مخلوط بتن را افزایش داده و باعث افزایش خاصیت تیکسوتروپی و همچنین افزایش مقاومت بتن در برابر آب انداختگی می‌شود. این مواد معمولاً حاوی محلول‌های سلولزی پلیمرهای اتر یا اکرلیک در آب است.

مشکلات ناسازگاری افزودنی‌های بتن با هم

بتن تازه می‌تواند با مشکلات متعددی روبه‌رو شود که ناسازگاری مواد افزودنی یکی از آن‌هاست. واکنش‌هایی که بین برخی از افزودنی‌ها رخ می‌دهد باعث کاهش اسلامپ، کاهش حباب‌زایی، تسریع گیرش و مشکلات دیگر در بتن تازهمی‌گردد. هر چند مشکلات در واقع در حالت تازه و پلاستیک، بتن را تحت تاثیر قرار می‌دهد؛ اما مطالعات نشان داده که در طولانی‌مدت هم باعث ایجاد کاستی‌هایی در بتن می‌شود.

بهترین راه مقابله با این نوع مشکل، آزمایش و تجربه‌گرایی است. بتن و مواد مورد استفاده باید پیش از بتن‌ریزیاصلی، در شرایط محیطی مشابه مورد آزمایش قرار گیرند و نتایج ثبت شوند. در صورت وجود مشکل، ماده‌ای که مشکل را ایجاد کرده بایستی پیدا شود و به جای آن یا مواد دیگری که با آن‌ها سازگاری ندارد، از مواد جایگزین استفاده شود.

شرکت فنی مهندسی کلینیک بتن ایران، با سال‌ها تجربه در زمینه‌ی افزودنی‌های بتن، بهترین مواد و خدمات را در این زمینه به مشتریان ارائه می‌کند.