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 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.

افزودنی های تسهیل کننده ی پمپاژ بتن

از این افزودنی‌ها برای بهبود کارایی پمپاژ بتن استفاده می‌شود. این افزودنی‌ها توانایی تبدیل بتن‌های غیر قابل پمپاژ را به بتن‌های قابل پمپاژ ندارند؛ بلکه بتن‌های با قابلیت پمپاژ کم را به بتن‌های با قابلیت پمپاژ زیاد تبدیل می‌کنند.افزودنی‌های تسهیل‌کننده‌ی پمپاژ با افزایش ویسکوزیته یا چسبندگی بتن، از دست دادن آب توسط چسب سیمانی را تحت فشار پمپاژ به حداقل می‌رساند.

برخی از افزودنی‌های تسهیل‌کننده‌ی پمپاژ ممکن است نیاز به آب را افزایش دهند، باعث کاهش مقاومت بتن، افزایشهوازایی یا تاخیر در گیرش بتن بشوند. این اثرات جانبی می‌تواند با کنترل میزان مواد مصرفی یا استفاده از دیگرافزودنی‌ها برطرف شود. شایان ذکر است که برخی از مواد هوازا و کاهنده‌ی آب نیز باعث افزایش قابلیت پمپاژ بتنمی‌شوند.

افزودنی‌های پیوند دهنده (چسباننده)

افزودنی‌های پیوند دهنده معملاً شامل امولوسیون‌های مواد ارگانیک مانند لاستیک، پلی‌ونیل، کلراید، پلی‌ونیل استات و دیگر پلیمرهای موجود می‌باشد. از این افزودنی‌ها برای ایجاد پیوند محکم و چسباندن بتن جدید به بتن قدیمی استفاده می‌شود. این مواد بایستی به سیمان مورد استفاده در مخلوط بتن اضافه شود؛ چرا که سیمان چسب بتن را ایجاد می‌کند. همچنین استفاده از این مواد باعث افزایش مقاومت خمشی و مقاومت در برابر حملات یون‌های کلریدی نیز می‌شود. مقدار مورد استفاده از این نوع افزودنی‌ها عموماً بین 5 تا 20 درصد وزن کل سیمان مورد استفاده در بتنمی‌باشد؛ بنا بر نیازهای پروژه، دیگر مواد مورد استفاده و شرایط محیطی، این مقدار تغییر می‌کند. برخی از مواد پیوند دهنده یا چسباننده ممکن است باعث هوازایی در بتن نیز بشوند. انواع ضد انجمادی نیز از این نوع مواد وجود دارد که بیشتر از آن‌ها در محیط‌های خارجی و محیط‌های دارای رطوبت بالا استفاده می‌شود.

نتیجه‌ی نهایی استفاده از افزودنی‌های چسباننده، به سطح بتنی که می‌خواهیم در آن چسبندگی و پیوند ایجاد کنیم نیز بستگی دارد. این سطح بایستی خشک، تمیز، سالم، بدون گرد و غبار، رنگ و روغن باشد و نیز دارای دمای مناسبی باشد.

افزودنی‌های چسباننده یا پیوند دهنده در بتن را نبایستی با دیگر مواد چسباننده در بتن اشتباه گرفت. مواد چسباننده را به سطح بتن قدیمی می‌زنند تا دو بتن به خوبی با هم پیوند بخورند و بچسبند. از افزودنی‌های چسبانندهدر مخلوط بتن جدید استفاده می‌شود تا دو ماده به هم بچسبند. از مواد چسباننده در ترمیم بتن استفاده‌های فراوانی می‌شود. در این نوع مواد، دوغاب سیمان پرتلند، مواد پلیمری و چسب‌های رزین موجود است.

افزودنی‌های تزریقی یا تزریق شونده

از دوغاب یا افزودنی‌های تزریقی یا تزریق شونده برای مقاصد مختلفی استفاده می‌شود: تثبیت سازه‌ها، پر کردن ترک‌ها و مفاصل در بتن و پر کردن فضاهای خالی که توسط سنگدانه‌ها در بتن ایجاد می‌شود. دوغاب در واقع مخلوط سیمان پرتلند، آب و سنگدانه است و تفاوت آن با بتن این است که نسبت آب به سیمان آن بسیار بالاست. برای تغییر مشخصات و ویژگی‌های دوغاب از دیگر افزودنی‌های موجود نظیر انواع مختلف افزودنی‌های هوازا، افزودنی‌های تندگیر کننده، افزودنی‌های کندگیر کننده و افزودنی‌های مهارکننده‌ی جمع شدگی استفاده می‌شود.

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

افزودنی های کاهنده ی جمع شدگی بتن

مواد افزودنی کاهنده‌ی جمع شدگی بتن نیز در دهه 1980 میلادی معرفی شدند. از این مواد در پل‌ها، سازه‌ها و ساختمان‌هایی که ترک خوردگی و آسیب دیدگی بایستی به حداقل برسد، استفاده می‌شود. پروپلین گلیکول و پلیاکسی‌آلکلین الکل از مواد معمولی هستند که از آن‌ها به عنوان کاهنده‌ی جمع شدگی در بتن استفاده می‌شود. آزمایش‌ها نشان داده که این نوع مواد، جمع شدگی را در بتن بین 25 تا 50 درصد کاهش می‌دهند. این افزودنی‌ها تاثیر چندانی بر روی اسلامپ و کاهش هوای بتن ندارند، اما گیرش بتن را به تاخیر می‌اندازند. اکثر افزودنی‌های کاهنده‌ی جمع شدگی با دیگر افزودنی‌ها سازگار هستند و مشکلی ایجاد نمی‌کنند.

افزودنی‌های شیمیایی کاهنده‌ی واکنش‌های قلیایی

افزودنی‌های شیمیایی که باعث کاهش و کنترل واکنش‌های قلیایی در بتن می‌شوند (افزایش حجم سنگدانه‌ها) در دهه 90 میلادی معرفی شدند. لیتیم نیتریت، لیتیم کربنات، لیتیم هیدرکسید، لیتیم آلومینیوم سیلیکات و نمک‌های باریم از موادی هستند که در آزمایش‌ها نشان داده شده باعث کاهش واکنش‌های قلیایی در بتن می‌شوند. برخی از این مواد پتانسیل این را نیز دارا هستند که از آن‌ها به عنوان جایگزینی برای قسمتی از سیمان نیز استفاده شود. به علت مصرف کم از این مواد، تجربه‌های زیادی از استفاده از آن‌ها در پروژه‌ها در دست نیست.

افزودنی‌های رنگ‌افزون (رنگدانه‌ها)

از انواع رنگ‌های طبیعی و مصنوعی برای رنگ کردن بتن برای مقاصد امنیتی و ظاهری استفاه می‌شود. به طور مثال ازبتن قرمز در اطراف خطوط برق یا لوله‌های گاز استفاده می‌شود تا به کسانی که نزدیک این سازه‌ها می‌شوند، اخطار داده شود. از بتن زرد برای ساخت موانع جاده‌ای استفاده می‌شود. به طور کلی، مقدار رنگدانه‌ی مورد استفاده در بتن نباید از 10 درصد از وزن سیمان تجاوز کند. رنگدانه‌هایی که مقدارشان از 6 درصد کم‌تر باشد، تاثیری بر روی دیگر خواصبتن نمی‌گذارند.

کربن اصلاح نشده برای مشکی کردن بتن به کار می‌رود. این ماده باعث کاهش هوای بتن نیز می‌شود. پیش از استفاده از این گونه مواد، بایستی بر روی آن‌ها آزمایش‌هایی صورت بگیرد تا پایداری شیمیایی، مقاومتشان در برابر آفتاب و تاثیرهایشان بر روی دیگر خصوصیات بتن مشخص شود. همچنین به همراه رنگدانه‌ها، نبایستی از کلسیم کلرید در بتن نیز استفاده کرد؛ زیرا باعث به هم ریختگی رنگ بتن می‌شود.

افزودنی‌های کاهنده‌ی نفوذپذیری

افزودنی‌های کاهنده‌ی نفوذپذیری، نرخی را که در آن آب تحت فشار به بتن نفوذ می‌کند را کاهش می‌دهند. یکی از بهترین روش‌های کاهش نفوذپذیری در بتن، افزایش رطوبت بتن در هنگام عمل‌آوری و کاهش نسبت آب به سیمان به کم‌تر از 0٫5 می‌باشد. بیشتر افزودنی‌هایی که نسبت آب به سیمان را در بتن کاهش می‌دهند، به طور اتوماتیک میزاننفوذپذیری بتن در برابر آب را نیز کاهش می‌دهند.

برخی از مواد که از آن‌ها به عنوان جانشین سیمان در مخلوط بتن استفاده می‌شود مانند دوده‌ی سیلیس، به وسیله‌یهیدراسیون و واکنش پوزولانی، نفوذپذیری بتن را کاهش می‌دهند. افزودنی‌های که با پر کردن فضاهای خالی در بتن،نفوذپذیری آن را کاهش می‌دهند؛ باعث کاهش خوردگی فولاد در بتن نیز می‌شوند. این افزودنی‌ها که برای استفاده در بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان بالا و یا پایین تولیده شده‌اند، حاوی اسیدهای چرب، امولیسیون پلیمری و مواد آروماتیک هستند.