مقاومت فشاری بتن چیست؟
مقاومت فشاری بتن چیست؟
بتن به عنوان اصلی‌ترین ماده مصرفی پس از آب شناخته می‌شود. به همین دلیل است که بررسی مشخصات مقاومتی و استحکامی آن بسیار مهم است. مقاومت فشاری بتن عمدتاً از نسبت آب به سیمان و خصوصیات سنگدانه‌ها ناشی می‌شود. تمام مواد تشکیل دهنده بتن اعم از سیمان، آب، شن و ماسه در اتصال و کارایی و روان پذیری بتن نقش دارند. در این بررسی به طور کامل در مورد مقاومت فشاری بتن صحبت می‌کنیم.
درباره مقاومت فشاری بتن
مقاومت فشاری ظرفیت مواد یا سازه برای مقاومت در برابر فشار است. مقاومت فشاری یک ماده با توانایی ماده در مقاومت در برابر شکست به شکل ترک و شکاف تعیین می‌شود. در این آزمایش، نیروی فشار وارد شده بر هر دو وجه نمونه بتن و حداکثر فشاری که بتن بدون شکست تحمل می‌کند، ذکر می‌شود.
آزمایش بتن به ما کمک می‌کند تا به طور عمده روی مقاومت فشاری بتن تمرکز کنیم زیرا به ما اجازه می‌دهد تا توانایی بتن در مقاومت در برابر تنش‌های فشاری را در بین سازه‌ها کم کنیم، در حالی که تنش‌های دیگر مانند تنش‌های محوری و تنش‌های کششی با آرماتور و غیره تامین می‌شوند.
اهمیت مقاومت فشاری بتن
همانطور که همه می‌دانیم بتن مخلوطی از ماسه، سیمان و سنگدانه است. مقاومت بتن به عوامل زیادی از جمله مقاومت فشاری فردی اجزای تشکیل دهنده آن (سیمان، شن و ماسه، سنگدانه)، کیفیت مواد مورد استفاده، نسبت مخلوط هوا، نسبت آب به سیمان، روش‌های عمل آوری و اثرات دما بستگی دارد. مقاومت فشاری، ایده ای از مقاومت کلی و عوامل ذکر شده در بالا می‌دهد. با انجام این آزمایش می‌توان به راحتی در مورد مقاومت و کیفیت بتن تولید شده قضاوت کرد.
عوامل موثر بر مقاومت فشاری بتن
در ادامه به فاکتورهای موثر در مقاومت فشاری بتن می‌پردازیم:
سنگدانه درشت
بتن با ترکیب سنگدانه‌ها، سیمان، ماسه، آب و مواد افزودنی مختلف دیگر یکنواخت می‌شود. اما حتی با اختلاط مناسب، ممکن است به دلیل تفاوت در خواص حرارتی و مکانیکی سنگدانه‌های درشت و ماتریس سیمان، ریزترک‌هایی ایجاد شود که منجر به شکست بتن می‌شوند. تکنسین‌های بتن مفاهیم نظری در مورد اندازه سنگدانه‌ها ارائه کردند که به عنوان اندازه سنگدانه عامل اصلی مقاومت فشاری است.
بنابراین اگر اندازه سنگدانه افزایش یابد، منجر به افزایش مقاومت فشاری خواهد شد. این نظریه بعداً کنار گذاشته شد، زیرا آزمایش‌ها ثابت کردند که اندازه بزرگ‌تر سنگدانه‌ها در مراحل اولیه استحکام بیشتری را نشان می‌دهد اما به صورت تصاعدی کاهش می‌یابد. تنها دلیل این افت مقاومت به دلیل کاهش سطح برای استحکام پیوند بین ماتریس سیمان و سنگدانه‌ها و ناحیه انتقال ضعیف‌تر بود.
حباب هوا
حباب هوا در بتن، یکی از مفاهیم توسعه یافته توسط کشورهای سردسیر به منظور جلوگیری از خسارات ناشی از یخ زدگی و ذوب است. همانطور که آزمایش مزایای چند بعدی حباب هوا و بهبود کارایی بتن در نسبت آب به سیمان کمتر را اثبات کرد. از آنجایی که دستیابی به کارایی مطلوب در محتوای آب کمتر به فرد کمک می‌کند تا بتن با مقاومت فشاری بیشتری را بدست آورد که این به نوبه خود منجر به بتن سبک با مقاومت فشاری بیشتر می‌شود.
نسبت آب به سیمان
همه ما به خوبی می‌دانیم که چگونه آب اضافی می‌تواند برای مقاومت بتن مضر باشد. سیمان به عنوان ماده اصلی اتصال در بتن به آب برای فرآیند هیدراتاسیون نیاز دارد، اما این تنها به حدود (0.20 تا 0.25) درصد محتوای سیمان محدود می‌شود. آب اضافی برای کمک به کارایی و تکمیل بتن مفید است. همان جنبه ای که در آن آب اضافی مضر تلقی می‌شود زیرا با خشک شدن آب در زمینه بتن، فضاهای بینابینی بزرگی در بین سنگدانه‌ها و دانه‌های سیمان باقی می‌مانند. این فضای بینابینی در طول آزمایش مقاومت فشاری بتن به ترک‌های اولیه تبدیل می‌شود.
چرا بتن را 7 روز، 14 روز و 28 روز آزمایش می‌کنیم؟
بتن حداکثر مقاومت را در 28 روز به دست می‌آورد. از آنجایی که در بخش ساخت و ساز سرمایه زیادی در خطر است، بنابراین به جای بررسی مقاومت در 28 روز می‌توانیم مقاومت را بر حسب مقاومت بتن در 7 و 14 روز بررسی کنیم تا مقاومت هدف کار ساختمانی را پیش بینی کنیم. بتن در عرض 24 ساعت 16 درصد مقاومت خود را به دست می‌آورد، در حالی که بتن تا 7 روز از بتن ریزی 65 درصد مقاومت هدف را به دست می‌آورد. بتن تا 14 روز 90 درصد مقاومت مورد نظر را نشان می‌دهد و پس از آن افزایش مقاومت کاهش می‌یابد و 28 روز طول می‌کشد تا به 99 درصد مقاومت برسد.
ما نمی‌توانیم مقاومت بتن را تا زمانی که پایدار شود قضاوت کنیم و همچنین 28 روز منتظر نخواهیم بود تا بتن را قضاوت کنیم که آیا برای ساخت و ساز مناسب است یا خیر، بتن در فواصل زمانی مختلف آزمایش می‌شود. حداکثر افزایش مقاومت تا 14 روز مشاهده می‌شود، بنابراین بتن را در فواصل 7 روز، 10 روز و 14 روز آزمایش می‌کنیم و اگر بتن نتواند 90 درصد مقاومت کلی خود را در 14 روز نشان دهد، بچینگ رد می‌شود.
چگونه مقاومت فشاری بتن مکعبی را تعیین کنیم؟
مقاومت فشاری بتن بر اساس الزامات طراحی در سازه‌ها پارامتر مهمی است. این توانایی عناصر سازه ای است که بار را بدون ترک یا انحراف حمل می‌کند. مقاومت فشاری بتن به طور کلی با استفاده از دستگاه تست جهانی (UTM) در آزمایشگاه برای نمونه‌های مکعبی تعیین می‌شود. قدرت به طور کلی در سن 3 روز، 7 روز، 14 روز، 28 روز، 56 روز، 90 روز و 180 روز دوره درمان تعیین می‌شود.
مقاومت فشاری مکعب بتنی با استفاده از فرمول‌های زیر تعیین می‌شود:
مقاومت فشاری = P/A
- P= حداکثر بار اعمال شده بر روی نمونه مکعب
- A= سطح مقطع نمونه مکعبی
فرآیند تعیین مقاومت فشاری بتن
آماده سازی نمونه‌های آزمایشی فرآیند ساخت مکعب بتن از محاسبه طراحی مخلوط تا فرآیند دوره پخت است. مراحل مشخص شده زیر شامل ساخت نمونه مکعبی در آزمایش مقاومت فشاری است.
مرحله 1: محاسبه طراحی مخلوط
طراحی مخلوط، فرآیند تعیین نسبت مواد مورد استفاده برای ساخت بتن است. به عنوان مثال سیمان، سنگدانه‌های ریز، سنگدانه‌های درشت و آب. برای محاسبه طرح اختلاط نمونه‌های بتن، ما به ویژگی‌های مصالح مانند وزن مخصوص، مدول ظرافت، ظرافت، زمان گیرش اولیه و نهایی، درجه‌بندی سنگدانه‌ها، جذب آب و غیره نیاز داریم. طرح اختلاط بتن با استفاده از استاندارد IS 10262 و IS تعیین می‌شود. 456 کد طبق شرایط و روش‌های دیگری مانند کدهای بریتانیایی، کدهای ACI و روش‌های آزمایشی و تنظیم نیز برای ایجاد تناسب در دسترس هستند.
مرحله 2: دسته بندی مواد
پس از تعیین نسبت مخلوط، باید دسته بندی مواد را دنبال کنیم. بچینگ فرآیند تعیین مقدار مواد مورد نیاز برای ساختن نمونه‌های مکعب بتنی است. بچینگ دو نوع می‌باشد یکی حجمی و دیگری وزنی. برای مخلوط‌های بتن کامل، ما از بچینگ وزنی به غیر از بچینگ حجمی استفاده خواهیم کرد. در صورتی که چگالی مصالح کمتر باشد از بچینگ حجمی بتن استفاده می‌شود.
مرحله 3: مخلوط کردن بتن
مرحله بعدی در تهیه نمونه، اختلاط بتن است. ابتدا سنگدانه‌های درشت و ریزدانه‌ها به خوبی با هم مخلوط می‌شوند، سپس سیمان به مخلوط سنگدانه‌ها اضافه می‌شود و دوباره بتن را مخلوط می‌کنیم تا یکنواخت شود. آب را طبق محاسبات به مخلوط اضافه می‌کنیم و در نهایت دوباره مخلوط کرده تا یکنواخت شود. بتن آماده شده به عنوان بتن تازه نامیده می‌شود و برای بررسی رفتار بتن از تست کارایی استفاده خواهد شد.
مرحله 4: بتن ریزی نمونه‌ها و قالب گیری
در بتن ریزی مکعب از مکعب‌های قالب‌های 150×150×150 میلیون یا 100×100×10 استفاده می‌شود. پس از اختلاط بتن، قالب را با سطح 3/1 پر کنید و با میله دستکاری با 25 ضربه فشرده نمایید، دوباره با یک سطح 3/1 دیگر پر کنید و 25 ضربه را با میله وارد کنید و در نهایت بتن را با کل بتن پر کنید (3/1 دیگر). ) و 25 ضربه دیگر وارد کنید و سطح بالایی را تمام کنید. پس از انجام فرآیند بتن ریزی، نمونه را به مدت 24 ساعت بگذارید تا سفت شود و سپس قالب را از قالب‌های مکعبی جدا کنید.
مرحله 5: عمل آوری نمونه آزمایشی
بعد از اینکه قالب گیری از قالب‌های مکعبی انجام شد، مکعب‌ها در مخزن آب رها می‌شوند. عمل آوری نمونه‌های متنی به طور کلی برای دوره زمانی 3 روز، 7 روز، 14 روز، 28 روز، 56 روز و 90 روز انجام می‌شود. آب قابل حمل شفاف به طور کلی در فرآیند عمل آوری بتن استفاده می‌شود.
درصد افزایش قدرت بر حسب مکعب
جدول زیر درصد افزایش استحکام نمونه‌های مکعبی را برای دوره 1 روز، 3 روز، 7 روز، 14 روز و 28 روز نشان می‌دهد.
| عمل آوری | درصد مقاومت |
| 1 روزه | 16 درصد |
| 3 روزه | 30 درصد |
| 7 روزه | 65 درصد |
| 14 روزه | 90 درصد |
| 28 روزه | 99 درصد |
برای 1 روز درصد استحکام 16 درصد، برای 3 روز درصد استحکام 30 درصد، برای 7 روز درصد استحکام 65 درصد، برای 14 روز درصد استحکام 90 درصد و در نهایت برای 28 روز درصد استحکام افزایش یافته است، 99 درصد.
روش آزمایش برای تعیین مقاومت فشاری بتن
دستگاه تست جهانی (UTM) برای تعیین مقاومت فشاری بتن استفاده می‌شود. روش آزمایش زیر برای تعیین مقاومت فشاری بتن استفاده می‌شود:
- نمونه آزمایش را از دوره زمانی مورد نیاز روزهای عمل آوری.
- رطوبت را با پارچه مرطوب از اطراف نمونه بردارید.
- آن را به مدت 2 تا 3 ساعت در زیر نور خورشید قرار دهید تا رطوبت نمونه مکعبی گرفته شود.
- اکنون نمونه آزمایش را بین دو صفحه دستگاه UTM قرار دهید.
- اکنون بار را با سرعت 140 کیلوگرم بر مترمربع برای نمونه اعمال کنید.
- تا زمانی که خرابی در نمونه حاصل شود، بار اعمال کنید و بارگذاری که در آن نمونه از کار می‌افتد را یادداشت نمایید.
محاسبه مقاومت فشاری نمونه بتن
محاسبات مشخص شده زیر، بار 300 کیلونیوتن محاسبه مقاومت فشاری نمونه را نشان می‌دهد:
مقاومت فشاری = بار / مساحت شکست
13.333 N/mm2= 300X103/ (150X150)
کلام آخر
مقاومت فشاری بتن، مقدار حداکثر بار اعمال شده بر روی نمونه مکعبی است که در آن شکست رخ می‌دهد. مفاهیم توضیح داده شده در بالا مربوط به مفهوم کامل مقاومت فشاری بتن و بتن ریزی نمونه مکعبی و روش آزمایش برای تعیین مقاومت فشاری بتن برای 1 روز، 3 روز، 7 روز، 14 روز، 28 روز، 56 روز، 90 روز و 180 روز عمل آوری هستند.
منابع: