مقاومت خمشی بتن

آزمایش خمشی بتن چیست؟
در آزمایش مقاومت خمشی بتن به صورت غیر مستقیم به ارزیابی مقاومت کششی بتن پرداخته می شود. این آزمایش، قابلیت تیر یا دال بتنی غیر مسلح را به لحاظ مقاومت در برابر شکست ناشی از خمش مورد ارزیابی قرار می دهد. نتایج آزمایش مقاومت خمشی بتن به صورت یک مدول گسیختگی بیان می شود و با MR و واحد مگاپاسکال یا پوند بر اینچ مربع نشان داده می شود.
آزمایش خمشی بتن را می توان با استفاده از آزمایش سه بار نقطه ای (ASTM C78) یا آزمایش بار نقطه ای مرکزی (ASTM C293) انجام داد. روش آزمایشی که در این نوشتار توصیف شده بر ASTM C78 استوار است.
باید توجه شود که مقدار مدول گسیختگی به دست آمده از آزمایش بار نقطه ای مرکزی، حدود ۱۵ درصد از مدول گسیختگی به دست آمده از آزمایش با سه بار نقطه ای کوچکتر است. به علاوه مشاهدات نشان داده اند که هر چه نمونه های بتنی بزرگتر باشند؛ مدول گسیختگی کمتر خواهد بود. به علاوه مدول گسیختگی حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد مقاومت فشاری بتن است. این مدول تحت تأثیر نسبت های اختلاط، اندازه و مقدار سنگدانه ی درشت استفاده شده برای ساخت نمونه قرار دارد. در نهایت معادله ی زیر را می توان برای محاسبه ی مدول گسیختگی استفاده کرد، اما اگر این مدول در طراحی حائز اهمیت باشد باید این معادله را از طریق آزمایش تعیین کرد.

رابطه ۱
fr = مدول گسیختگی

f’c = مقاومت فشاری بتن

کاربردهای آزمایش مقاومت خمشی بتن
• تعیین مطابقت با استانداردها
• این آزمایش یکی از ضروریات در طرح اختلاط بتن است.
• از این آزمایش برای ارزیابی بتن در ساخت دال و روسازی ها استفاده می شود.
چه عواملی باعث ایجاد تغییرات در نتایج آزمایش خمشی بتن می شوند ؟
• آماده سازی نمونه ی بتنی
• اندازه ی نمونه
• شرایط رطوبت نمونه ی بتنی
• عمل آوری نمونه ی بتنی
• تغییر به دلیل قالب گیری یا بریده شدن نمونه به اندازه ی دلخواه
اندازه ی نمونه ی آزمایش خمشی
بر اساس ASTM عرض، عمق و طول نمونه به ترتیب برابر با ۱۵۰ میلی متر، ۱۵۰ میلی متر و حداقل سه برابر عمق نمونه است. استاندارد هند اندازه ی نمونه را به صورت ۱۵۰ میلی متر عرض، ۱۵۰ میلی متر عمق و دهانه ی ۷۰۰ میلی متر، تعیین کرده است. همچنین این استاندارد بیان می کند در صورتی که حداکثر اندازه ی سنگدانه بزرگتر از ۱۹ میلی متر نباشد می توان از اندازه ی ۱۰۰ میلی متر عرض، ۱۰۰ میلی متر عمق و ۵۰۰ میلی متر دهانه استفاده کرد. استاندارد بریتانیا سطح مقطع مربعی ۱۰۰ میلی متری یا ۱۵۰ میلی متری و دهانه ی چهار تا پنج برابر عمق نمونه را تعیین کرده است. با این وجود این استاندارد هم اندازه های ۱۵۰ میلی متر در ۱۵۰ میلی متر و دهانه ی ۷۵۰ میلی متر را ترجیح می دهد.
وسایل آزمایش خمشی بتن
۱ . قالب فولادی یا آهنی یا قالبی از جنس هر ماده غیر جاذب دیگر با اندازه ی ۱۵۰ میلی متر در ۱۵۰ میلی متر در ۷۵۰ میلی متر
۲ . میله های ضربه زن: دو میله ی بزرگ (با قطر ۱۶ میلی متر و طول ۶۰۰ میلی متر) و یک میله ی کوچک ( ۱۰ میلی متر قطر و ۳۰۰ میلی متر طول) مطابق با ASTM
۳ . ماشین آزمایش که قادر به اعمال بارها به صورت یکنواخت و بدون وقفه باشد
۴ . بیلچه
۵ . ماله
۶ . ترازو با دقت ۱ گرم
۷ . مخلوط کن برقی بتن
۸ . میز ویبره در صورتی که از ویبره برای متراکم کردن بتن در قالب ها استفاده شود.
آماده سازی نمونه ی بتنی
• نسبت های مصالح شامل سیمان، ماسه، سنگدانه و آب را تعیین کنید.
• مصالح را با استفاده از دست یا با استفاده از مخلوط کن مناسب مخلوط کنید.
• اسلامپ هر نمونه از بتن را بعد از مخلوط کردن اندازه بگیرید.
• قالب ها را روی سطح افقی قرار داده و سطح داخلی را با ماده ی مناسب روغن کاری کنید توجه داشته باشید که از روغن کاری بیش از حد اجتناب کنید.
• بتن تازه را در سه لایه داخل قالب بریزید.
• هر لایه را با میله ی ۱۶ میلی متری و با ۲۵ ضربه متراکم کنید یا کل قالب را در یک مرحله پرکرده و آن را با استفاده از میز ویبره متراکم کنید.
• بتن اضافی را از بالای قالب برداشته و بدون اعمال فشار آن را صاف کنید.
• روی نمونه ها را بپوشانید و آن ها را در دمای اتاق به مدت ۲۴ ساعت نگهداری کنید.
• قالب ها را برداشته و نمونه ها را در دمای ۲ ± ۲۳ درجه ی سانتی گراد و رطوبت عمل آوری کنید.
• سن آزمایش ۱۴ و ۲۸ روز است و سه نمونه از هر سن باید آماده شود (طبق استاندارد هندی، نمونه در آب با دمای ۲۴ تا ۳۰ درجه سلسیوس به مدت ۴۸ ساعت انبار شده و سپس آزمایش می شود).
فرآیند آزمایش مقاومت خمشی بتن
آزمایش باید بر روی نمونه بلافاصله بعد از خارج شدن از شرایط عمل آوری انجام داد تا از خشک شدن سطح نمونه که مقاومت خمشی را کاهش می دهد جلوگیری شود. نمونه را در نقاط بارگذاری قرار دهید. سطح پرداخت شده با دست نمونه نباید در تماس با نقاط بارگذاری باشد. این کار باعث می شود که نمونه تماس قابل قبولی با نقاط بارگذاری داشته باشد.سیستم بارگذاری را نسبت به نیروی وارده در مرکز قرار دهید. بلوک های اعمال کننده ی نیرو را در نقاط بارگذاری با سطح نمونه تماس دهید. مقادیر بارهای اعمالی باید بین ۲ تا ۶ درصد بار نهایی باشند.
از فیلر گیج های ۰٫۱ میلی متر و ۰٫۳۸ میلی متر استفاده کنید تا مشخص کنید که آیا فاصله ی بین نمونه و محل اعمال بار یا فاصله نمونه تا بلوک های تکیه گاهی بزرگتر یا کوچکتر از فاصله ی گیج ها در فاصله ی ۲۵ میلی متر یا بیشتر است. هر فاصله ی بیش از ۱۰ میلی متر را با استفاده از درزگیرهای چرمی از بین ببرید (ضخامت ۶٫۴ میلی متر و طول ۲۵ تا ۵۰ میلی متر) و این کار باید در تمام عرض نمونه انجام شود. برای حذف فاصله های بیش از ۰٫۳۸ میلی متر باید از اندودکاری استفاده کرد. نمونه را بدون شوک و به صورت پیوسته تا نقطه ی شکست با نرخ ثابت بارگذاری کنید (استاندارد هندی نرخ بارگذاری ۴۰۰ کیلوگرم در دقیقه برای نمونه ی ۱۵۰ میلی متری و ۱۸۰ کیلوگرم بر دقیقه برای نمونه ی ۱۰۰ میلی متری را پیشنهاد می کنند، نرخ افزایش تنش ۰٫۰۴±۰٫۰۶ نیوتون بر میلی متر مربع هم بر اساس استاندارد بریتانیایی پیشنهاد شده است).
نرخ بارگذاری طبق استاندارد ASTM را می توان با معادله ی زیر به دست آورد:

رابطه ۲
• R نرخ بارگذاری
• S نرخ افزایش
• b عرض نمونه ی میانگین
• d عمق نمونه ی میانگین
• L طول دهانه
در نهایت سطح مقطع نمونه ی آزمایش شده در هر انتها و مرکز را اندازه گرفته و ارتفاع و عرض میانگین را محاسبه می کنیم.
محاسبه ی مدول شکست
فرمول زیر برای تخمین مدول شکست استفاده می شود:

رابطه ۳
• MR مدول شکست
• P بار اعمالی نهایی نشان داده شده در ماشین آزمایش
• L طول دهانه
• b عرض میانگین نمونه در شکست
• d عمق میانگین نمونه در شکست