فهرست مطالب
روش آزمایش، محاسبه و راهکارهای افزایش
از گذشته تاکنون، همواره بتن در سازه‌های مختلف به‌کار گرفته شده است. هر سازه با تنش‌ها و عوامل مخرب مخصوص به خود روبه‌رو است. اغلب در بحث مقاومت بتن، فرض می‌شود که مقاومت فشاری بتن مدنظر است. در صورتی که با توجه به نوع بار اعمال شده در سازه‌های بتنی، امکان ایجاد تنش‌ها و فشارهای مختلفی از جمله: خمشی، کششی، برشی و پیچشی وجود دارند. البته به دلیل اهمیت بالای سه مقاومت فشاری، کششی و خمشی در بتن، این سه مقاومت بیشتر مورد محاسبه و بررسی قرار می‌گیرند. در این مقاله قصد داریم درباره میزان اهمیت مقاومت خمشی، نحوه آزمایش و محاسبه این مقاومت بیشتر بحث کنیم.
تعریف مقاومت بتن
بتن ترکیبی از آب، سیمان و سنگدانه است. این ماده در دو حالت تازه و سخت شده مورد توجه است. در واقع رفتار بتن با انجام واکنش هیدراتاسیون، از حالت پلاستیک به الاستیک تغییر می‌کند. یعنی طی رخ دادن یک واکنش شیمیایی، مقاومت بتن به طور متناوب تغییر می‌کند و کم کم به ثبات می‌رسد. در صورتی که در تولید بتن، از مواد اولیه مرغوب، در تهیه بتن استفاده شود و در مدت زمان خشک شدن، در معرض عوامل مخرب قرار نگیرد، مقاومت آن با گذشت زمان افزایش می‌یابد. بنابراین، مقاومت بتن، نوعی توانایی، در برابر بارگذاری‌های خمشی، فشاری، کششی، برشی و غیره است. مقاومت بتن، یکی از ویژگی‌های مهم بتن است که به عنوان، معیاری برای ارزیابی کیفیت بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. همان‌طور که در مقدمه عنوان کردیم، فشارهای وارد بر بتن اغلب به صورت خمشی، کششی، برشی و پیچشی می‌باشد، که در ادامه این نوشتار درباره مقاومت‌های مهم بتن بیشتر یاد می‌گیریم.
مقاومت فشاری بتن چیست؟
مقاومت فشاری بتن، به توانایی تحمل بارهای محوری فشاری (کاهش طول محوری) در سازه گویند که، از مزایای اصلی بتن محسوب می‌شود. این مقاومت از زمان شروع سفت شدن بتن ایجاد و با گذشت زمان افزایش می‌یابد. نرخ افزایش مقاومت فشاری بتن به مرور زمان را می‌توان این‌گونه توصیف کرد:
- بتن 1 روزه 16 درصد
- بتن 3 روزه 40 درصد
- بتن 7 روزه 65 درصد
- بتن 14 روزه 90 درصد
- بتن 28 روزه 99 درصد
مقاومت فشاری بتن لازم در سازه‌های مختلف با توجه به کاربری آن‌ها متفاوت است، که در زیر چند مورد پیشنهادی را ارائه داده‌ایم:
- برای سازه‌ها و اعضا بتن معمولی مقاومتی بین 10 تا 20 مگاپاسکال لازم است.
- برای سازه‌های استاندارد مقاومتی بین 25 تا 55 مگاپاسکال لازم است.
- برای سازه‌های حساس مقاومت 60 مگاپاسکال یا بیشتر لازم است.
مقاومت کششی بتن چیست؟
بتن ماده‌ای ضعیف در برابر فشارها و تنش‌های کششی محسوب می‌شود. به توانایی بتن در تحمل بارهای محوری کششی (افزایش طول محوری)، مقاومت کششی گویند. بتن، ساختاری متخلخل دارد و اغلب دارای ترک‌های بسیار ریز است. در واقع با اعمال بارگذاری کششی، طول این ترک‌ها بیشتر می‌شود، این اعمال فشار کششی، جهت گسترش ترک‌ها تا لحظه شکست ادامه دارد. مقامت کششی در سازه‌های بتنی بسیار بزرگ مانند سدها بسیار پرکاربرد است. هرچه بیشتر درباره مقاومت کششی بتن بدانیم، به راحتی می‌توانیم میزان باری که باعث ایجاد و رشد ترک می‌شود، را محاسبه کنیم. چند عامل رایج که در ایجاد بار کششی نقش دارند را می‌توان به این صورت نام برد: بار حاصل از جمع شدگی، آب رفتگی و تغییرات دما و… . در ساخت جاده‌ها علاوه بر مقاومت کششی، مقاومت خمشی نیز مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. لذا لازم است درباره مقاومت خمشی و مدول گسیختگی، بیشتر بدانیم.
تعریف مدول گسیختگی بتن
مدول گسیختگی، معیار سنجش مقاومت‌های کششی قطعات بتنی است. مقاومت خمشی و کششی، مقدار نیرو و تنشی که عضو بتنی تحمل می‌کند را، تعیین می‌کند و این کار با نمونه‌ای با طولی حداقل سه برابر ارتفاع نمونه قابل اندازه‌گیری است.
مقاومت خمشی بتن چیست؟
به توانایی بتن در برابر تحمل بارهای جانبی (در راستای عرض)، مقاومت خمشی بتن یا مدول گسیختگی گویند. بارهای خمشی و فشاری، از بارهای مرسوم در سازه‌های بتنی محسوب می‌شوند. برای ایجاد یک تصویر ذهنی، لازم است به چند نمونه از سازه‌های تحت بارگذاری خمشی اشاره کنیم. این سازه‌ها عبارت هستند از: پیاده‌روها، دال‌ها و تیرها. برای مثال، یک تیر ساده دو سرگیردار را در نظر بگیرید، که مرکز آن تحت بارگذاری قرار گرفته است. در این حین، الیاف پایینی زیر محور خنثی تحت کشش و الیاف بالایی تحت فشار قرار می‌گیرند. از آنجایی‌که همواره مقاومت فشاری نسبت به کششی بیشتر است، لذا احتمال شکست از پایین، زیاد است. حال برای افزایش مقاومت خمشی بتن، با قرار دادن میله‌های فولادی در بخش پایینی تیر، مقاومت کششی تیر را افزایش می‌دهند. ضمن این‌که قبل از افزودن میله‌های تقویت‌کننده یا همان میل‌گرد، با اعمال کشش به ساختار تیر(مانند بتن پیش‌تنیده)، مقاومت کششی تیر را افزایش می‌دهند.
آزمایش تعیین مقاومت خمشی بتن
مقاومت خمشی یا مدول گسیختگی، مطابق با استاندارد 490 ایران یا ASTM C78 تعیین می‌شود. در این استاندارد، هم‌زمان مقاومت خمشی و مقاومت کششی بتن آن نیز، مورد محاسبه قرار می‌گیرد. هم‌چنین لازم است بدانیم، در مواد همگن، مقاومت خمشی و کششی با هم برابر هستند. در زیر مراحل اجرای آزمایش تعیین مقاومت خمشی، مواد مورد نیاز و دستگاه‌های مورد استفاده، را ذکر می‌کنیم:
مراحل انجام آزمایش مقاومت خمشی
- آماده‌سازی نمونه
- جانمایی نمونه در دستگاه با رعایت فواصل دو طرف و محور بارگذاری
- اعمال بارگذاری
- یادداشت میزان بار در لحظه وقوع شکست و یادداشت محل رخ‌داد شکست
دستگاه‌های مورد استفاده آزمایش مقاومت خمشی
برای آزمایش تعیین مقاومت خمشی بتن، یک نمونه با مقطع مستطیلی به ابعاد 53*15*15 سانتی‌متر در نظر گرفته می‌شود. این آزمایش به صورت سه نقطه‌ای اعمال بار به مرکز و چهار نقطه‌ای با دستگاه‌های زیر قابل اجرا است.
- (آزمایش مقاومت خمشی بتن به صورت سه نقطه‌ای اعمال بار به مرکز)
- (آزمایش مقاومت خمشی بتن به صورت چهار نقطه‌ای اعمال بار به مرکز)
لوازم آزمایش مقاومت خمشی
لوازم مورد نیاز آزمایش مقاومت خمشی بتن، به شرح زیر است:
- قالب های فولادی، چدنی، یا دیگر مواد غیر قابل جذب با اندازه ی
- میله های فشرده سازی بتن؛ یک میله بلند با قطر 16 میلی‌متر و طول 600 میلی‌متر و میله
- کوچک با قطر 10 میلی‌متر و طول 300 میلی‌متر مطابق استاندارد ASTM
- دستگاه تست با توانایی اعمال بار با سرعت یکنواخت و بدون ایجاد شوک
- مخلوط‌کن برقی بتن
- ترازو با دقت 1 گرم
- در صورتی‌که برای متراکم کردن بتن در قالب از ویبراسیون استفاده شود، میز ویبره نیاز است.
- بیلچه
- ماله
شرایط آزمایش مقاومت خمشی بتن
ابتدا حدود 3 درصد تا 6 درصد بار به نمونه وارد می‌شود و مرتب به این مقدار می‌افزایند، تا نمونه گسیخته شود. آهنگ افزایش بار 1/0 تا 2/0 مگاپاسکال بر ثانیه، طبق استاندارد انگلستان است. لازم به ذکر است که، تست باید بلافاصله پس از خروج نمونه از آب انجام شود و مقادیر مورد نیاز، به سرعت یادداشت شوند و می‌توان به مقدار مقاومت خمشی بتن دست یافت.
فرمول تعیین مقاومت خمشی بتن
به صورت کلی، اگر ترک بین دو تکیه‌گاه میانی رخ دهد. مقاومت خمشی از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
در رابطه بالا، M میزان لنگر ماکزیمم وارده، y فاصله مرکز جسم تا سطح آن، I اینرسی سطح جسم،P نیروی وارده یا نیروی گسیختگی و b هم میانگین عرض سطح جسم است.
مقاومت خمشی بتن:
P: بار لحظه شکست یا نیروی گسیختگی
L: طول دهانه یا فاصله بین دو تکیه‌گاه
b: میانگین عرض نمونه‌ها
d: میانگین عمق نمونه‌ها
عوامل موثر بر مقاومت خمشی بتن
برخی عوامل تاثیرگذار بر مقاومت خمشی بتن، به شرح ذیل است:
- تخلخل در بتن و میزان هوای بتن
- حالت بارگذاری و شکست بتن
- مشخصات و خواص مصالح
- مقاومت و شکل سنگدانه
- نسبت آب به سیمان
- نوع سیمان مصرفی
- شرایط عمل‌آوری
- مواد افزودنی بتن
- دمای محیط
- رطوبت
- زمان
راهکارهای افزایش مقاومت بتن
یکی از روش‌های افزایش مقاومت بتن، طراحی بتنی است که، با تغییر مقدار مصالح، مقاومت را افزایش دهد. نکته منفی در این روش، این است که مقدار مقاومت حاصل محدود است، در واقع بیشترین مقاومت کسب شده از این روش، ۲۵ یا ۳۰ مگاپاسکال است. دیگر عامل افزایش‌دهنده مقاومت خمشی بتن، عمل‌آوری اصولی و رطوبت بتن، به صورت استاندارد است. این روش نیز، با محدودیت در مقدار مقاومت مواجه است. روش بعدی استفاده از سیمان اصلاح شده‌ی تندگیر است، افزودن مقداری استاندارد از ضدیخ بتن در سیمان، باعث افزایش مقاومت خواهد شد. اما روشی جدید که، مقاومت بتن را چندین برابر نسبت به بتن معمولی، افزایش می‌دهد، استفاده از افزودنی‌های بتن مانند فوق روان‌کننده بتن، ژل میکروسیلیس و چسب بتن است. این افزودنی‌ها مقاومت بتن را به نحو چشم‌گیری افزایش می‌دهند. برای افزایش بیشتر مقاومت می‌توان از مکمل این افزودنی‌ها با نام الیاف بتن استفاده کرد.
قیمت مواد افزودنی بتن
با توجه به مقاله فوق، توجه به دوام و بقای سازه، از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین برای داشتن بنایی با دوام بالا، باید مقاومت بتن را بالا ببریم. برای این امر لازم است، از افزودنی‌های مجاز برای افزایش مقاومت بتن، استفاده کنید. قیمت این محصولات تحت تاثیر مواد اولیه و در راستای آن تحت تاثیر نرخ ارز است. به‌علاوه برند و شرکت تولید کننده، نوع ماده، کیفیت و نوع بسته بندی آن همه در قیمت افزودنی‌های بتن تاثیرگذار است. شرکت بتن شیمی ماهان، برای متخصصین حوزه بتن این امکان را، فراهم آورده است که، از طریق راه‌های ارتباطی سایت، با کارشناسان ما ارتباط برقرار کرده و از قیمت محصولات ما، اطلاع حاصل کنید.
کلام آخر
بتن مرغوب، بتنی است که بتواند در مقابل تنش‌ها و فشارهای وارده، مقاومت لازم را داشته باشد. در این مقاله، با انواع مقاومت بتن آشنا شدیم و سپس روی مقاومت خمشی، تمرکز بیشتری داشتیم. همان‌طور که مشاهده شد، با مطالعه این مقاله، که توسط کارشناسان ما در شرکت بتن شیمی ماهان، تهیه و گردآوری شده است، می‌توانید اطلاعات جامع و کاملی در رابطه به مقاومت خمشی، شرایط آزمایش و نحوه‌ی عمل‌کرد آن، به‌دست آورید. برای به‌دست آوردن اطلاعات بیشتر درباره انواع افزودنی‌های بتن در جهت بالا بردن انواع مقاومت بتن می‌توانید به مقالات تخصصی شرکت بتن شیمی ماهان مراجعه نمایید. ضمن این‌که می‌توانید از طریق راه‌های ارتباطی موجود در سایت، با کارشناسان ما در حوزه بتن مشورت کنید.
