آزمایش مقاومت فشاری بتن

مقاومت فشاری مشخصه بتن، مقاومتی است که در تحلیل و طراحی سازه ها از آن استفاده می­شود. برای دستیابی به مقاومت مشخصه بتن، آزمون مقاومت فشاری  بر روی نمونه­ های بتنی استوانه ای یا مکعبی مورد استفاده قرار میگیرد. در این آزمایش یک بار محوری فشاری با نرخ بارگذاری مشخص، به آزمونه های استوانه ­ای و مکعبی قالب­ گیری شده یا مغزه­ ها، تا حد گسیخته شدن آزمون­ه ها اعمال می­شود. مقاومت فشاری آزمونه (f’_c) از تقسیم بیشینه بار تحمل شده توسط آزمونه (F) بر سطح مقطع عرضی (A_c) آن به دست می­ آید.

بر اساس بند 9-3-3 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، این مقاومت باید بر اساس آزمایش­های 28 روزه بر روی حداقل دو نمونه استوانه ای به قطر 150 و ارتفاع 300 میلی­متر و یا حداقل سه نمونه­ استوانه ای به قطر 100 و ارتفاع 200 میلی­متر تعیین شود. در صورتی که برای تعیین مقاومت فشاری، از آزمونه های مکعبی 150 یا 200 میلی­متری استفاده کنیم، مقاومت فشاری آنها باید مطابق جدول 8-1 جلد دوم آبا، به مقاومت آزمونه ­های استوانه­ ای نظیر خود تبدیل شوند.

 طبق جدول فوق، در مورد ابعاد نمونه ها الزامیست که حداقل مجاز نسبت قطر استوانه یا ابعاد مکعب به حداکثر اندازه اسمی سنگدانه به ترتیب برابر با 3 و 3/5 باشد. برای دستیابی به مقاومت فشاری مشخصه بتن، لازم است کلیه مراحل و اقدامات زیر بر اساس بند 9-22-11-3 مبحث نهم انجام شود:

الف – نمونه ­برداری از بتن تازه، بر اساس استاندارد ملی 1-3201

ب- تهیه و عمل ­آوری آزمونه ­ها در شرایط استاندارد،  بر اساس استاندارد ملی 2-1608 برای آزمونه ­های استوانه ­ای و مکعبی و یا استاندارد ملی 3205 صرفاً برای آزمونه­ های استوانه­ ای

ج- تعیین مقاومت فشاری آزمونه ­ها بر اساس استاندارد ملی 3-1608 برای آزمون­ه های استوانه­ ای و مکعبی و یا استاندارد ملی 6048 صرفاً برای آزمونه ­های استوانه ­ای

مقاومت مشخصه بتن در سن 28 روز تعریف می­ شود و چنانچه سن دیگری برای مقاومت مشخص شود، باید با اطلاع و توجیح کارفرما باشد و به وضوح در مدارک پروژه مانند نقشه ­ها و مشخصات فنی خصوصی قید شود. در مورد حداقل تعداد نوبت­ های نمونه­ برداری و یا همان تواتر نمونه­ برداری بتن در بند 9-22-11-2-2 مبحث نهم و همچنین بندهای 8-3-2-2 و 8-3-2-3 جلد دوم آبا صحبت شده است که در انتهای این مقاله در مورد آن صحبت خواهیم کرد. در ادامه در مورد روش انجام روش انجام آزمایش مقاومت فشاری بتن و همچنین ضوابط پذیرش بتن صحبت خواهیم کرد.

روش انجام آزمایش مقاومت فشاری بتن

در کشور آمریکا آزمایش مقاومت فشاری بتن عموماً بر روی نمونه­ های استوانه­ ای و بر اساس استاندارد ASTM C39 انجام میشود. این آزمایش معمول ترین آزمایش برای ارزیابی مقاومت فشاری نمونه­ های بتنی و ملات بتن است. مقاومت فشاری نمونه بتنی می­ تواند نمایانگر روند فعالیتهای سیمانی و کیفیت ماتریس سیمانی بتن و پیوستگی آن با سنگدانه ­ها باشد. معمولاً برای یک نوع بتن، مقاومت فشاری نمونه استوانه ­ای از نوع نظیر آن برای نمونه مکعبی کمتر می ­باشد که این اختلاف عمدتاً ناشی از تفاوت ابعاد و شکل دو نمونه بتنی می باشد. به طور کلی مقاومت نمونه ­های استوانه­ ای بین 5 تا 25 درصد کمتر از مقاومت نمونه های مکعبی برای یک مخلوط بتن داده شده می­باشد. این در صد تفاوت با افزایش مقاوت بتن کاهش می یابد که در جدول فوق ضرایب آن قابل مشاهده هستند.

توسط این آزمایش می ­توان تشخیص داد که آیا طرح اختلاط ارائه شده و همچنین کیفیت بتن از لحاظ مقاومت فشاری تأمین کننده نیازهای پروژه ما هست یا خیر. هدف اصلی استاندارد ملی 3-1608 تعیین روشی برای اندازه­ گیری مقاومت فشاری آزمونه های بتن سخت شده است. در این روش تا لحظه گسیختگی (Failure) با دستگاه آزمون طبق استاندارد EN 12390-4 به آزمونه ­ها اعمال بار می­شود. حداکثر بار تحمل شده توسط آزمونه را ثبت، و سپس مقاومت فشاری بتن محاسبه میگردد.

مراحل تعیین مقاومت بتن طبق استاندارد 3-1608:

1. آماده سازی آزمونه و قرار دادن در دستگاه آزمون
   • تمام سطوح فک دستگاه آزمون را تمیز کنید و ذرات سست و زبری که روی سطح آزمونه چسبیده و در تماس با فک دستگاه آزمون قرار می­گیرد را پاک کنید.
   • بین آزمونه و فک­ های دستگاه آزمون از هیچ نوع پر کننده ­ای به جز صفحات کمکی یا بلوک­ های پرکننده ( فاصله دهنده)، استفاده نکنید.
   • آزمون­ه هایی که در رطوبت عمل ­آوری شده ­اند باید بلافاصله پس از بیرون آوردن آزمونه از محفظه رطوبت آزمایش شوند و همچنین قبل از قرار دادن آزمونه در دستگاه، رطوبت اضافی از روی سطوح آن پاک شود.
   • آزمونه های مکعبی را به گونه­ ای در دستگاه قرار دهید تا بار، عمود بر جهت قالب­ گیری اعمال شود.
2. اعمال بار
   • بارگذاری را بدون تغییر ناگهانی بارگذاری و به صورت پیوسته اعمال نمایید.
   • بارگذاری را با نرخ حرکت (فک زیرین آزمونه به طرف فک مفصلی) با نرخ تنش 0.05_+0.25  مگاپاسکال بر ثانیه اعمال کنید. نرخ حرکت باید حداقل در در نیمه دوم بارگذاری پیش بینی شده، ثابت بماند. بارگذاری را تا زمانی ادامه دهید که بار نشان داده در نمایشگر به طور پیوسته و یکنواخت کاهش یابد و آزمونه یک الگوی شکستگی مناسب را از خود نشان دهد. مثالهایی از حالت­های مختلف گسیختگی آزمونه که معرف انجام مناسب آزمون می­باشد، در شکل 1 (برای آزمون­ه های مکعبی) و در شکل 3 (برای آزمون­ه های استوانه ­ای) نشان داده شده است.مثالهایی از حالت­های نامناسب گسیختگی آزمونه­ ها در شکل 2 (برای آزمونه­ های مکعبی) و در شکل 4 (برای آزمونه­ های استوانه ای) نشان داده شده است.
     • شکل 1
     • شکل 2
     • شکل 3
     • شکل 4
   • هنگام استفاده از دستگاه ­های آزمونی که نرخ بارگذاری آن­ها دستی کنترل می­ شوند، از کاهش نرخ انتخابی بارگذاری دستگاه در نزدیکی نقطه گسیختگی آزمونه با تنظیم مناسب شیر کنترل کننده­ نرخ بارگذاری جلوگیری نمایید.
   • هنگام انجام آزمون با کلاهک ­های ناپیوسته، قبل از رسیدن آزمونه به حد نهایی ظرفیت، ممکن است شکستگی در گوشه­ های آزمونه ( مطابق با الگوهای 5 یا 6 شکل 2) رخ دهد. تا اطمینان از رسیدن به بارگذاری نهایی، بارگذاری را ادامه دهید. در شکل­ های زیر نمونه هایی از گسیختگی­ های مطلوب و غیر مطلوب در نمونه ­های استوانه­ ای و مکعبی نشان داده شده است
3. محاسبه نتایج آزمایش
   • مقاومت فشاری را طبق معادله f^‘_c=F/A_c محاسبه کنید، که در آن:
     • f^‘_c مقاومت فشاری به مگاپاسکال
     • A_c مساحت مقطع عرضی آزمونه که بر روی آن نیروی فشاری اعمال می­شود. مساحت به mm² محاسبه می­شود.
     • F حداکثر بار هنگام گسیختگی به نیوتن
   • و در نهایت مقاومت فشاری آزمونه تا نزدیک­ترین 0.1 مگاپاسکال گزارش می­ شود.
4. ارائه گزارش
   • گزارش آزمون باید شامل موارد زیر باشد:
     • ارجاع به استاندارد ملی 3-1608
     • شماره­ ی شناسایی آزمونه
     • ابعاد آزمونه انتخابی
     • جزئیات اصلاح و میزان کردن آزمونه با سایش یا کلاهک­گذاری (در صورت انجام)
     • تاریخ انجام آزمون
     • حداکثر بار هنگام گسیختگی به کیلو نیوتن
     • مقاومت فشاری آزمونه تا نزدیک­ترین 0.1 مگاپاسکال
     • بیان گسیختگی نامناسب (در صورت رخداد) و نزدیک­­ترین نوع الگوی الگوی گسیختگی نامناسب
     • هرگونه انحراف از روش استاندارد تعیین مقاومت فشاری
     • اظهار نظر کارشناس فنی مبنی بر اینکه آزمون طبق ضوابط استاندارد انجام شده است

ضوابط پذیرش مقاومت بتن

بر اساس بند 9-22-11-3 مبحث نهم، مقاومت فشاری بتن زمانی قابل قبول است که شرایط الف و ب برقرار باشند:

الف- میانگین نتایج هر سه نمونه متوالی مقاومت فشاری بتن،کمتر از مقاومت مشخصه f’_c نباشد

ب- مقاومت هیچ یک از نمونه ها کمتر از 0.9f’_c نباشد

تذکر 1: در مواردی که تنها شرط الف برآورده نشود، می­توان بتن را از نظر سازه ای پذیرفت. ولی چنانچه شرط ب برآورده نشود، باید اقداماتی به عمل آیند تا میانگین نتایج مقاومت در آزمایش­های بعدی افزایش یابد.

تذکر 2: در مواردی که شرط ب برقرار نشود، باید الزامات بررسی نتایج بتن کم مقاومت بر اساس بند 9-22-11-4 به اجرا گذاشته شود

تذکر3: در مواردی که از آزمونه­ های مکعبی به ابعاد 150 یا 100 میلی­متر برای تعیین مقاومت فشاری استفاده می­شود، میتوان طبق ضوابط ارائه شده در بند 8-4-2-2 آبا و جدول فوق، این نتایج را به نتایج آزمونه ­های استوانه­ ای تبدیل نمود. در انتهای این مقاله، به ضوابط تواتر نمونه برداری بر اساس بند 9-22-11-2 می ­پردازیم که در ابتدا به آن اشاره شد.

ضوابط تواتر نمونه برداری

نمونه ­برداری در هر سازه برای هر نوع و رده­ ی بتن، باید در محل مصرف نهایی، قبل از بتن ریزی در عضو مورد نظر صورت گیرد. پذیرش بتن برای هر نوع و رده در سازه نیز به صورت جداگانه می ­باشد. در مواردی که حجم هر پیمانه اختلاط بتن در پای کار یک مترمکعب باشد، تواتر نمونه برداری باید حداقل برابر با بیش ترین مقادیر الف تا ث باشد

الف- یک نمونه در هر نوبت کاری

ب- یک نمونه برای هر 30 مترمکعب بتن

پ- یک نمونه برای هر 50 متر مربع سطح دال و دیوار

ت- یک نمونه برای هر 100 متر طول تیر و کلاف، در مواردی که جدا از سایر قطعات بتن­ریزی می ­شوند.

ث- یک نمونه برای هر 50 متر طول ستون

تذکر 1: در مواردی که حجم هر پیمانه اختلاط در پای کار بیش­تر یا کمتر از یک مترمکعب باشد، مقادیر فوق را می توان به همان نسبت افزایش یا کاهش داد؛ مشروط بر اینکه این نسبت ­ها بیشتر از 2 و یا کمتر از نصف نشوند.

تذکر 2: در هر سازه برای هر نوع و رده ­ی بتن، حداقل 6 نوبت نمونه ­برداری ، صرف نظر از حجم یا سطح سازه ضرورت دارد.

تذکر 3: در مواردی که حجم کل هر نوع یا رده­ ی بتن در یک سازه از 30 مترمکعب کمتر باشد، به شرط آن که مهندس ناظر بتن را مناسب تشخیص دهد، می توان از نمونه ­برداری و آزمایش صرف نظر کرد