آزمایش استاندارد برای تعیین مقاومت فشاری ملات سیمان هیدرولیکی
بر اساس :ASTM C109-90
توضیح در مورد ASTM C-109:
Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars(Using 2inch or 50 mm Cube Specimens)
روش آزمایش مقاومت فشاری برای ملات سیمان هیدرولیکی با استفاده از نمونه های ۲ اینچی یا پنجاه میلی متری مکعبی.
هدف از انجام این آزمایش تعیین مقاومت فشاری ملات سیمان با استفاده از نمونه های مکعبی ملات (ماسه – سیمان) به ابعاد ۵ سانتی متر است.
خلاصه ای از این آزمایش (تهیه نمونه ها)
ملات مورد استفاده از یک قسمت وزنی سیمان۲٫۷۵و قسمت وزنی ماسه تشکیل شده است.یعنی داریم:
لازم به ذکر است که نحوه ی ترکیب ملات بر اساس ASTM C109 است که در ادامه به آن اشاره شده است. سیمان مورد استفاده در این آزمایش، سیمان پرتلند معمولی بود و از سیمان پرتلند هوازا استفاده نشده است. ونسبت آب به سیمان را برای این نوع سیمان در نظر می گیریم.
پس از اینکه به کمک دستگاه میکسر ملات تهییه شد، ملات را به صورت لایه لایه در داخل قالب های مکعبی روغن کاری شده ریخته و پس از کوبیدن و صیقل کردن سطح آنها را در داخل محفظه رطوبت قرار داده و پس از ۲۴ ساعت که ملات خود را گرفت نمونه ها را از قالب در آورده و تا موقع آزمایش در آب آهک مستغرق قرار داده می شوند.در این آزمایش ۶ نمونه مکعبی ساخته می شود.
یکی از علل مهم انجام این آزمایش علاوه بر بدست آوردن مقاومت فشاری ملات این است که از نتایج این آزمایش برای پیش بینی مقاومت بتن نیز استفاده می شود.
مصالح مورد استفاده:ماسه مورد استفاده در این آزمایش باید ماسه سیلیکاتی طبیعی با مشخصات ASTM C778 باشد(ماسه اوتاوا-Ottawa Graded Sand)،اما چون در آزمایشگاه این نوع ماسه موجود نبود از ماسه معمولی موجود در آزمایشگاه استفاده شده که دارای منحنی دانه بندی استاندارد می باشد.
جدول مربوط به دانه بندی ماسه استاندارد
| تقسیمات ماسه | مانده کل روی الک ها (درصد) | ابعاد چشمه های مربعی الک ها(میلی متر) |
| نرم | ۱۰۰-۹۶ ۹۳-۸۳ | ۰٫۰۸ ۰٫۱۵ |
| متوسط | ۷۲-۶۲ | ۰٫۵۰ |
| ریز | ۳۸-۲۸ ۱۰-۰ ۰ | ۱٫۰۰ ۱٫۷۰ ۲٫۰۰ |
منحنی دانه بندی استاندارد:
در اینجا جدول های مربوط به دانه بندی ماسه استاندارد برای آزمایش مقاومت فشاری بر اساس ASTM C-778 آمده است.ستون های اول و دوم مربوط به اندازه چشم های الک ها هستند و ستون های بعدی در صد عبوری را نشان می دهند.
Standard ASTM C-778-02
Cement Test Sands:
Covering C109 and C190 for Compressive Strength Tests
Description: White variety, natural rounded, Ottawa-type Silica
Sands complying with the requirement of the
Standard.
Particle Shape: Round to sub-rounded.
ASTM GRADED SAND
UNGROUND SILICA
PLANT: OTTAWA, ILLINOIS
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS
دما و رطوبت:
دمای هوای مجاور مخلوط کن، مصالح خشک، قالب ها، صفحات پایه و کاسه مخلوط کن باید بین ۲۰ تا ۲۷ درجه سانتی گراد ثابت نگه داشته شود و رطوبت نسبی آزمایشگاه از ۵۰ درصد کمتر نباشد.
قالبها:
در مورد قالبها لازم به ذکر است که برای نچسبیدن دیواره های قالب به نمونه ها قبل از ریختن ملات به داخل آن، بدنه داخلی قالب و روی آن را با قلمو روغن کاری می کنیم.سطحی که روغن کاری می شود با ید بسیار نازک باشد.زیرا اگر زیاد روغن کاری کنیم،ممکن است بر روی خواص مکانیکی ملات تاثیر بگذارد.
شکل قالب های مکعبی به صورت زیر می باشد:
ترکیب کردن ملات:
میزان نسبت های وزنی برای مصالح ملات بر اساس ASTM C109-90 تعیین می گردد، بر این اساس برای تهیه ملات برای ۶ نمونه می توان جدول زیر را در نظر گرفت:
| تعداد نمونه | ۶ |
| سیمان (گرم) | ۵۰۰ |
| ماسه (گرم) | |
| آب برای سیمان پرتلند |
نحوه عملی ترکیب کردن ملات در ASTM C305 شرح داده شده است،در این بخش از ASTM روش اختلاط خمیر ها و ملات های هیدرولیکی سیمان شرح داده شده است.که در هنگام انجام آزمایش بر اساس آن ملات را مخلوط می کنیم.
ASTM C305 : Mechanical Mixing of Hydraulic Cement pastes and Mortars of Plastic Consistency.
پس از اینکه ملات را مخاوط کرده و آماده شد آنرا باید در در داخل قالب بریزیم.قالب گیری نمونه ها باید حداکثر در مدت ۲ دقیقه و نهایتا ۳۰ ثانیه بعد از ساخت ملات انجام شود.ریختن ملات داخل قالب ها به صورت لایه لایه و با ریختن دو لایه صورت می گیرد.پس از ریختن لایه اول در قالب هر بخش مکعبی را باید ۳۲ مرتبه در زمان حدود ۱۰ ثانیه کوبیده شود.
- لازم به ذکر است که در حین انجام آزمایش ملات لایه اول ۲۵ بار کوبیده شد،علت این عمل شاید این باشد که ماسه ای که استفاده شد ماسه استاندارد اوتاوا نبوده است.
پس از کوبیدن لایه اول،لایه بعدی ریخته می شود و مجددا کوبیده می شود،پس از انجام این کار سطح قالب ها صیقل داده می شود و این عمل خاتمه می یابد.
ترتیب کوبیدن ملات داخل قالب ها
پس از تهیه نمونه ها، نمونه ها را همراه با قالب به مدت ۲۴ ساعت داخل اتاق رطوبت قرار می دهیم.پس از گذشت این زمان نمونه ها را از اتاق رطوبت بیرون آورده و آنها را در داخل آب آهک مستغرق قرار می دهیم.
- مقاومت فشاری نمونه ها در سن ۷ روز و ۲۸ روز اندازه گیری خواهد شد.
۲٫آزمایش استاندارد برای تعیین مقاومت خمشی ملات سیمان هیدرولیکی:
- بر اساس ASTM C348-86
توضیح در مورد ASTM C-348 :
Flexural Strength of Hydraulic Cement Mortars
هدف ما در این آزمایش در نهایت تعیین مقاومت خمشی ملات هیدرولیکی سیمان است.نمونه هایی که در این آزمایش مورد استفاده قرار می گیرد منشورهایی به ابعاد ۴۰×۴۰×۱۶۰ میلی متر می باشند که در ادامه شکل قالب این نمونه ها آمده است.
روش تهییه کردن ملات و مخلوط کردن آن دقیقا بر اساس طرح اختلاطی است که برای آزمایش مقاومت فشاری انجام شد و نسبت وزنی مصالح بر اساس همان ASTM C109 تعیین می گردد.نکته جالب در مورد این آزمایش این است که پس از شکستن نمونه های خمشی بر اساس ASTM C349 از این قطعات شکسته برای تعیین مقاومت فشاری ملات نیز استفاده می شود.پس این آزمایش می توان گفت جامع تر از آزمایش مقاومت فشاری ملات هیدرولیکی سیمان است.
قالب های منشوری برای آزمایش خمش
ماسه مورد استفاده در آزمایش خمش باید از ماسه سیلیکاتی طبیعی با مشخصات ASTM C788 باشد که چون در آزمایشگاه موجود نمود از ماسه دانه بندی شده موجود در آزمایشگاه استفاده شد.(مانند آزمایش مقاومت فشاری).
تعیین مقاومت فشاری ملات هیدرولیکی سیمان با استفاده از آزمایش مقاومت فشاری (استفاده از نمونه های مکعبی به ابعاد ۲ اینچ)
این آزمایش را بر روی ۳ نمونه ۷ روزه انجام می دهیم و ۳ نمونه دیگر را باید در سن ۲۸ روز باید آزمایش کنیم..پس از اینکه نمونه ها را از آب آهک خارج کرده و پس از اینکه خشک شدند آنها را در دستگاه مربوط به بار گذاری قرار می دهیم.این دستگاه بصورت اتوماتیک می باشد و با سرعت ۱۵ کیلو نیوتن بر دقیقه میزان بار را افزایش می دهد.
نمونه ها را شماره گذاری می کنیم (۱و۲و۳) وبه دقت بررسی می کنیم که سطوح نمونه ها صاف و صیقل باشد زیرا سطحی که بین فک های دستگاه قرار می گیرد کاملا باید صاف باشد.سطح نمون ها باید خشک باشد و اگر احیانا دانه های سنگی یا ذراتی بر روی سطح نمونه ها چسبیده باشد آنها را باید بر طرف کرد.چون ممکن است بعضی سطوح خیلی قابل صاف کردن نباشد صاف ترین سطح نمونه ها را انتخاب کرده و با علامت مشخص می کنیم.
قبل از اینکه نمونه ها در دستگاه قرار باید مشخصات آنها تعیین گردد.که شامل موارد زیراست:
- جرم نمونه ها
- ابعاد نمونه ها (برای محاسبه سطحی که زیر بار قرار دارد)
نمونه مورد نظر تحت بار گذاری دستگاه
پس از قرار دادن نمونه زیر دستگاه و محکم کردن آن بین فک های دستگاه(نه بطوری که خیلی نمونه محکم و بدون حرکت باشد).دستگاه دارای کلیدی به نام Rapid است که با فشار دادن آن فک های دستگاه نمونه را در بر خواهند گرفت دستگاه آماده بار گذاری می شود و شروع به بار گذاری می کند تا اینکه نمونه تسلیم شود.ایجاد ترک بر روی نمونه ها حاکی از این است که نمونه تسلیم شده و به بار مجاز خود رسیده است.
- براساس ASTM C109 خطای مجاز برای نمونه های ۷ روزه باید ساعت باشد که خطای مربوطه برای آزمایش ما کمتر از ۲۰ دقیقه بوده است.
نتایج آزمایش بدین ترتیب بوده است:
- متاسفانه در حین تست کردن نمونه ۳ دچار مشکل شدیم و دستگاه عدد اشتباه را نمونه ساخته شده از بین رفت ودیگر قابل استفاده نبود.
- عدد ۹۸۳ که در میزان بار قرائت شده ضرب شده است مربوط به منحنی کالیبراسیون جک هیدرولیکی آزمایشگاه است.
چون اختلاف سطح مقطع نمونه ها با ۲۵ سانتی متر مربع بیشتر از۱۵ در صد بود از سطح مقطع واقعی نمونه استفاده شده است:
نکته دیگر این است که ازمایش مقاومت فشاری با استفاده جک دستی نیز انجام می شود که این آزمایش بر روی نمونه های شکسته حاصل از آزمایش مقاومت خمشی انجام شد و نتایج آن بر روی نمونه های ۷ روزه انجام شد.(بر اساس ASTM C349)
نحوه قرار گیری دستگاه زیر جک
هنگامی که نمونه زیر بار تسلیم می شود ترک هایی بر روی سطح نمونه دیده می شود که دستگاه در این لحظه بار گذاری را قطع می کند.
روش آزمایش استاندارد برای تعیین مقاومت خمشی ملات سیمان هیدرولیکی
این آزمایش راهم بر روی ۳ نمونه ۷ روزه انجام می دهیم و ۳ نمونه دیگر را باید در سن ۲۸ روز باید آزمایش کنیم..پس از اینکه نمونه ها را از آب آهک خارج کرده و پس از اینکه خشک شدند آنها را در دستگاه مربوط به بار گذاری قرار می دهیم.( نمونه های منشوری به ابعاد ۴۰*۴۰*۱۶۰)
دستگاه آزمایش خمش :
برای ایجاد خمش روی نمونه های منشوری از روش بارگذاری در وسط نمونه استفاده می شود . دستگاه طوری طرح شده که نیروی آن به طور قائم و بدون خروج از مرکزیت به نمونه اعمال شود . دستگاهی که برای آزمایش خمش ملات سیمان به کار می رود باید با در نظر گرفتن شرایط زیر طراحی شده باشد :
۱ – در دستگاه بارگذاری باید فاصله بین تکیه گاه ها و نقاط اعمال بار ثابت بماند .
۲ – بار باید عمود بر سطح بارگذاری شده نمونه و به نحوی که خروج از مرکزیت پیدا نکند ، اعمال شود .
۳ – جهت عکس العمل ها باید در تمام طول آزمایش موازی بار اعمال شده باشد .
۴ – بار باید با سرعت یکنواخت و بدون تغییرات ناگهانی ، اعمال شود .
تعیین مقاومت خمشی :
نمونه هایی که باید در سن بیشتر از یک روز آزمایش شوند ، بعد از بیرون اوردن از منبع آب ، مورد آزمایش قرار می دهند . تغییرات مجاز زمان شکستن نمونه ها که باید در سن مشخصی شکسته شوند به صورت زیر می باشند :
سن نمونه تغییرات مجاز زمان (ساعت)
۲۴ ساعت
۳ روز
۷ روز
۲۸ روز
وقتی که قسمت هایی از نمونه های منشوری که مورد آزمایش قرار گرفته اند ، به صورت مکعب هایی مطابق با ASTM C349 در آورده می شوند ، باید منشورها زودتر مورد آزمایش قرار گیرند ، تا مکعب های اصلاح شده در محدوده های زمانی فوق شکسته شوند . در مورد نمونه هایی که برای آزمایش در سن بیش از یک روزه از منبع آب خارج می شوند ، اگر تعداد نمونه ها بیش از یکی باشد ، لازم است آن ها را تا هنگام آزمایش در آبی با دمای درجه سانتیگراد کاملا مستغرق نمود .
نمونه های منشوری را خشک نموده و دانه ها و ذرات سست چسبیده به سطوحی از نمونه را که با تکیه گاه ها و نقاط اعمال بار تماس پیدا می کنند ، پاک می کنیم .
پایه را در مرکز صفحه تکیه گاهی دستگاه در امتداد محور قسمت کروی فوقانی آن قرار می دهیم و صفحه تکیه گاهی را مجموعا روی پایه سوار می کنیم . سپس دستگاه بارگذاری مرکزی را به قسمت کروی متصل می کنیم . نمونه را طوری قرارمی دهیم که سطوح صافی که مجاور دیواره های قالب بوده اند با فک های دستگاه تماس پیدا کنند . خط مرکزی طولی نمونه باید مستقیما در بالای نقطه وسط دو تکیه گاه قرار بگیرد . دستگاه بارگذاری مرکزی را طوری تنظیم می کنیم که تیغه بارگذار آن عمود بر طول منشور و موازی با سطح فوقانی آن باشد . مرکز تیغه بارگذار دستگاه باید مستقیما در بالای خط مرکزی نمونه و در وسط دهنه آن قرار داده شود . بارگذاری با سرعت نیوتن در دقیقه انجام می شود . دقت قرائت بار از روی دستگاه باید حداقل درصد باشد . فاصله بین درجات صفحه نمایشگر دستگاه نباید بیش از ۴۴ نیوتن باشد . حداکثر باری که نمونه تحمل می کند را با دقتی حدود ۲۲ نیوتن تعیین کنید .دقت شود که دستگاه میزان بار را بر اساس کیلو پوند آلمانی میدهد که برابر هر کیلو پوند آلمانی برابر ۱ کیلوگرم نیرو است.
محاسبات
حداکثر بار مشخص شده به وسیله ماشین را تعیین می کنیم و مقاومت خمشی نمونه ( برای نمونه ای با ابعاد و شرایط مشخص شده در این آزمایش ) را به صورت زیر محاسبه می کنیم :
: مقاومت خمشی بر حسب کیلو پاسکال
: حداکثر بار اعمال شده بر حسب نیوتن
بخشی از ASTM C 348
- تذکر :
نمونه های آزمایشی که به طور آشکار معیوب بوده یا اینکه مقاومت آن ها بیش از ۱۰% با میانگین مقاومت نمونه های هم سن خود که از یک ملات ساخته شده اند تفاوت دارد در تعیین مقومت خمشی شرکت داده نمی شوند . بعد از کنار گذاشتن نمونه ها یا مقادیر مقاومت های غیر قابل قبول اگر کمتر از ۲ مقدار مقاومت باقی بماند ، باید آزمایش تعیین مقاومت خمشی برای سن مزبور تجدید گردد .
نتایج آزمایش در جدول زیر آمده است:
بعد از اتمام این آزمایش ، نمونه های شکسته حاصل از آزمایش را برای تعیین مقاومت فشاری آن ها مورد آزمایش قرار می دهیم و این کار را با استفاده از دستگاه جک دستی انجام می دهیم .
(بر اساس ASTM C349)
نمونه شکسته خمشی
نتایج حاصل از آزمایش مقاومت فشاری بر روی نمونه های شکسته حاصل از آزمایش مقاومت خمشی ۷ روزه:
- مقاومت فشاری متوسط بدست آمده از این آزمایش برابر ۶۵ است که در آزمایش مقاومت فشاری حدود ۲ بدست آمد.چون ملات مورد استفاده برای همه آزمایش ها یکسان بوده است تفاوت شاید به علت تفاوت در شکل نمونه ها و نوع دستگاه بار گذاری بوده است و اینکه نمونه های خمشی خود در ابتدا تحت تنش های خمشی قرار گرفته اند و سپس تحت فشار و به همین دلیل کمی از خود افزایش مقاومت نشان می دهد.
نتایج بدست آمده از آزمایش های ۲۸ روزه:
نمونه های خمشی ۲۸ روزه :
نتایج حاصل از آزمایش مقاومت فشاری بر روی نمونه های شکسته حاصل از آزمایش مقاومت خمشی ۷ روزه:
- مقاومت فشاری متوسط بدست آمده از این آزمایش برابر ۴/۴ است که در آزمایش مقاومت فشاری حدود ۲/۴ بدست آمد.چون ملات مورد استفاده برای همه آزمایش ها یکسان بوده است تفاوت شاید به علت تفاوت در شکل نمونه ها و نوع دستگاه بار گذاری بوده است و اینکه نمونه های خمشی خود در ابتدا تحت تنش های خمشی قرار گرفته اند و سپس تحت فشار و به همین دلیل کمی از خود افزایش مقاومت نشان می دهد.
