آزمایش مقاومت فشاری بتن

آزمایش مقاومت فشاری بتن یکی از متداول ترین آزمایش های تعیین مقاومت بتن است. در این آزمایش بتن ، حداقل سه نمونه برای هر تست در هر مدت زمان مشخص شده، انتخاب می شود. همچنین معمول ترین حالت سن نمونه برای تست مقاومت فشاری بتن ، ۷ روز و ۲۸ روز است. این مدت زمان با توجه به میزان آب موجود در نمونه های خشک اضافه می شود. 

تجهیزات آزمایش مقاومت فشاری بتن

• قالب های استوانه ای
• دستگاه تست (جک فشاری) مقاومت فشاری بتن

لازم به ذکر است که قالب نمونه های استاندارد استوانه ای آزمایش مقاومت فشاری بتن ، به اندازه قطر ۱۵ سانتی متر و ارتفاع ۳۰ سانتی متر می باشد. در صورت استفاده از نمونه های استوانه ای دیگر برای این تست بتن ، باید از ضرایب تبدیل جهت تصحیح استفاده کرد.

هزینه آزمایش مقاومت بتن

تا چند سال پیش رایج ترین آزمایشی که بر روی بتن انجام می گرفت، تست مقاومت فشاری بتن بر روی نمونه های استاندارد استوانه ای و مکعبی شکل بتن بود. اما امروزه به دلیل نیاز به شناخت رفتار ساختمان ها در برابر زلزله و گاها نیاز به تغییر کاربری یا افزایش طبقات یک ساختمان بتنی و یا الزام به مقاوم سازی ساختمان ها نیاز به ارزیابی و تعمیر و ترمیم بتن استفاده شده از طریق بررسی دیگر خصوصیات بتن نظیر مقاومت خمشی بتن و مقاومت کششی بتن ، احساس می شود. به همین دلیل نیاز است تا آزمایش ها صرف نظر از هزینه آزمایش مقاومت بتن انجام گیرد.

روش انجام آزمایش مقاومت فشاری بتن

برای آزمایش مقاومت فشاری بتن در آزمایشگاه بتن ، از دستگاه جک بتن شکن که دارای دو صفحه فولادی با سطح سخت است، جهت تعیین مقاومت فشاری نمونه ها استفاده می شود. 

نمونه های استوانه ای آزمایش مقاومت فشاری بتن در قالب های با قابلیت استفاده مجدد و یا قالب های یک بار مصرف ریخته می شوند. قالب های با قابلیت استفاده مجدد معمولا از فولاد ، چدن ، برنج و انواع پلاستیک ساخته می شوند. این درحالی است که قالب های یک بار مصرف ازمایش مقاومت فشاری بتن ممکن است از صفحات فلزی ، پلاستیک ، محصولات کاغذی ضد آب و یا سایر موادی که خواص فیزیکی خواسته شده نظیر غیر قابل نفوذ بودن، عدم جذب آب و عدم تغییر طول را تامین می کنند، ساخته شوند.

به منظور جلوگیری از چسبیدگی بتن به جدار قالب در آزمایش مقاومت فشاری بتن ، لازم است جداره های داخلی قالب با یک لایه نازک روغن معدنی آغشته گردد. در گام بعدی بتن های با اسلامپ بالا در سه لایه و با زدن ۲۵ ضربه به هر لایه توسط یک میله گرد به قطر ۱۶ میلی متر متراکم می شود. اما بتن های با اسلامپ پایین در دو لایه و با ویبره های داخلی و خارجی متراکم می گردند.

لازم به ذکر است که در آزمایش مقاومت فشاری بتن روش سایش جهت یکنواخت نمودن سطح ، روشی مناسب اما پرهزینه است اما در روش پوششی ، از سه نوع ماده جهت تسطیح سطح نمونه نظیر خمیر سیمان سخت شده ، مخلوطی از گوگرد و مصالح دانه ای (نظیر رس حرارت دیده)، و یا یک پوشش گچی با مقاومت بالا استفاده می شود.

دقت شود پوشش استفاده شده نازک بوده و دارای مقاومتی نظیر مقاومت بتن آزمایش شونده باشد. عموما بهترین ماده ، مخلوط گوگرد و رس می باشد که برای بتن هایی تا مقاومت ۱۰۰ مگاپاسکال مناسب است. اما به علت ایجاد گاز های سمی لازم است این عمل در اتاق های جاذب دود آزمایشگاه صورت می گیرد.

در نهایت مقاومت فشاری نمونه های بتن در سن مشخص تحت سرعت بار گذاری معینی در دستگاه پرس تعیین می شود و از تقسیم حداکثر نیروی ثبت شده بر سطح مقطع نمونه به دست می آید.

عوامل موثر بر آزمایش مقاومت فشاری بتن

نتایج بدست آمده از آزمایش مقاومت فشاری بتن ، به طور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر عوامل مختلفی می باشد. به عنوان مثال در ازمایش مقاومت فشاری بتن فرض می کنیم که یک حالت فشار تک محوری خالص بر نمونه اعمال می شود، در حالی که این موضوع به دلیل اصطکاک بین سطوح نمونه و صفحات جک صحت ندارد. بنابراین در تست مقاومت فشاری بتن به واسطه اصطکاک ، برای انبساط جانبی سطوح انتهایی نمونه ، صفحات جک مانند یک تکیه گاه عمل می کنند و یک فشار محصور سازی در مجاورت سطوح بالا و پایین نمونه اعمال می شود.

از طرفی در آزمایش مقاومت فشاری بتن لازم است سرگوی با مقداری روغن متعارف چرب گردد. به این ترتیب زمانی که سرگوی در تماس کامل با نمونه قرار می گیرد، کج شدگی بیش تر، اتفاق نخواهد افتاد و چنانچه درجه روغن کاری نشیمنگاه گوی تغییر کند، تغییرات ظاهری در مقاومت روی می دهد.

 اما نکته قابل توجه و موثر در ازمایش مقاومت فشاری بتن شکل نمونه است. به طوری که در آزمایش مقاومت فشاری بتن استفاده از نمونه های مکعبی بتن با سهولت بیش تری همراه است. چراکه برای این نمونه ها نیازی به کلاهک گذاری وجود ندارد. با این حال تمایل بیش تری به نمونه های استوانه ای به ویژه در تحقیقات مشاهده می شود، چراکه این احساس وجود دارد که به نحو مناسب تری مقاومت فشاری بتن را نشان می دهد. 

از طرفی در آزمایش مقاومت فشاری بتن معمولا هر چه سرعت بارگذاری بیش تر باشد، مقاومت فشاری اندازه گیری شده برای بتن بیش تر خواهد بود. چراکه در سرعت های کم بارگذاری ، اجازه رشد بیش تری به ترک هایی که کم تر بحرانی هستند، داده خواهد شد که این موضوع به تشکیل خلل بزرگتر و بار شکست کوچک تر نمونه بتنی منجر خواهد شد.

هزینه آزمایش مقاومت فشاری بتن

مقاومت فشاری بتن ، پارامتر مهمی جهت تعیین عملکرد سازه در طول مدتی که سرویس دهی می کند، است. لذا اثرات زیان بار ناشی از مناسب نبودن مقاومت فشاری سازه در مقایسه با هزینه آزمایش مقاومت فشاری بتن بسیار ناچیز است.

حق الزحمه تعیین مقاومت فشاری نمونه بتن تازه ۱۴۰۳ مطابق با شرح خدمات مربوط

امروزه آزمایش مقاومت بتن با استفاده از مغزه های بتنی یک روش شناخته شده محسوب می شود. آزمایش مغزه گیری امکان مشاهده بخش های درونی اجزای بتنی را فراهم می کند که همچنین به تخمین مقاومت بتن مرتبط است. همچنین آزمایش نمونه های استوانه ای و مکعبی ، راحت ترین و رایج ترین روش برای اندازه گیری مقاومت بتن است.

دامنه کاربرد آزمایش مقاومت بتن

آزمایش مقاومت بتن ، مراحل استانداردی را برای تهیه و آزمایش آزمونه ها جهت تعیین مقاومت فشاري ، مقاومت کششی و مقاومت خمشی بتن در محل فراهم می سازد.

معمولا آزمونه های بتنی زمانی تهیه می شوند که تردیدی در کیفیت بتن در محل به دلیل مقاومت کم نمونه های ازمایش شده در هنگام اجرا یا نشانه های خرابی در سازه وجود داشته باشد. از دیگر کاربردهای این ازمایش بتن ، فراهم آوردن اطلاعات مقاومتی در سازه های قدیمی تر است.

نمونه گیری ازمایش مقاومت فشاری بتن

مقاومت بتن متاثر از موقعیت آن در المان سازه ای است که معمولا در بخش های پایینی بیشتر از بخش های بالایی سازه است. همچنین مقاومت مغزه های بتنی متاثر از جهت مغزه گیری نسبت به سطح افقی که بتن ریزی انجام می شود، می باشد. معمولا مقاومت آزمونه های مغزه گیری شده موازی با سطح افق، کمتر است. این موارد باید در طراحی محل نمونه گیری برای تهیه نمونه های بتنی و هنگام مقایسه نتایج آزمون مقاومتی در نظر گرفته شود.

زمان استفاده از نمونه های بتون سخت شده برای آماده سازی آزمونه های آزمایش مقاومت فشاری بتن سخت شده ، هنگامی است که بتون به اندازه کافی مقاوم شده و اتصال بين ملات و سنگدانه های درشت به هم نخورد.

هنگامی که آزمونه های آزمایش مقاومت بتون سخت شده ، آماده می شود، از نمونه هایی که در حین جدا شدن آسیب دیده اند نباید استفاده شود.

 نمونه های معیوب یا آسیب دیده بتن نمی توانند مورد آزایش مقاومت بتن قرار بگیرند و دلیل اینکه برای آماده سازی آزمونه مقاومتی استفاده نشده اند باید در گزارش قید شود.

آزمونه های آزمایش مقاومت بتن را نباید پیش از ۱۴ روز از بتن سخت شده تهیه کرد.

آزمونه هایی که دارای میلگرد می باشند نباید برای تعیین تست مقاومت فشاری بتن ، کششی یا خمشی بتن سخت شده مورد استفاده قرار گیرند.

مغزه گیری بتن سخت شده باید عمود بر سطح، دور از محل اتصالات، درزها و یا لبه های نمایان عضو بتنی انجام شود. زاویه تقریبی بین محور طولی مغزه و سطح افقی که بتن روی آن قرار گرفته یادداشت و گزارش می شود. درصورت امکان، مغزه ها باید عمود به سطح قائم عضو بتنی گرفته شوند.

مغزه بتن سخت شده که برای تعیین ضخامت رویه های بتنی ، دال ها، دیوارها و المان های سازهای دیگر استفاده می شوند باید دارای حداقل قطر ۹۵ میلی متر باشند.

برای مغزه بتن سخت شده که ملزم به تعیین ابعاد ساختمانی نباشند، می توان طولانی ترین و کوتاه ترین طول نمونه را از سطح برش یافته در راستای محور موازی با محور طولی مغزه بتن سخت شده اندازه گیری کرد. میانگین طول را تا نزدیک پنج میلی متر یادداشت کنید.

قطر مغزه­ های آزمایش مقاومت بتن

قطر آزمونه های مغزه گیری شده برای آزمایش مقاومت فشاری بتن در عناصر سازه ای باربر باید حداقل ۹۴ میلی متر باشد. برای اعضاء سازه ای غیرباربر یا هنگامی که امکان گرفتن مغزه با نسبت طول به قطر بزرگتر یا مساوی یک میسر نیست، نمونه گیری مغزه هایی با قطر کمتر از ۹۴ میلی متر مجاز می باشد. برای بتن با حداکثر اندازه اسمی سنگدانه بزرگتر یا مساوی ۳۸ میلی متر، قطر مغزه ها باید با نظر شخصی که تعیین کننده تمام مشخصات آزمون بتن سخت شده است، مشخص شود.

طول مغزه­ های آزمایش مقاومت بتن

 طول آزمونه کلاهک گذاری شده یا مغزه سر و ته بریده شده بهتر است بین ۱.۹ و ۲.۱ برابر قطرش باشد. نتایج ازمایش مقاومت فشاری بتن آزمونه های مغزه گیری شده با نسبت های طول به قطر مساوی یا کمتر از ۱.۷۵ نیاز به تصحیح دارند.

رطوبت مغزه­ های آزمایش مقاومت فشاری بتن سخت شده

مقدار و توزیع رطوبت در آزمونه هنگام آزمون بتن سخت شده ، بر روی مقاومت اندازه گیری شده مغزه ها و تیرهای بتنی موثر است. روش اجرایی استانداردی که هنگام آزمون ما را مطمئن سازد شرایط آزمونه مشابه شرایط رطوبتی بتن در سازه می باشد، وجود ندارد. فرآیندهای آماده سازی رطوبتی در آزمون بتن سخت شده ، به منظور فراهم آوردن شرایط رطوبتی تکرارپذیر برای به حداقل رساندن اختلافات بین آزمایشگاهی، درون آزمایشگاهی و کاهش اثرات رطوبت وارد شده در حین آماده سازی آزمونه می باشد.

تست مقاومت فشاری بتن

آزمایش مقاومت فشاری بتن در آزمایشگاه بچینگ پلانت برای هر دسته ای به منظور حفظ کیفیت مورد نظر بتن در طول مدت عمل آوری، تعیین می شود. مقاومت فشاري هر ماده را به صورت مقاومت در برابر خرابی تحت بار فشار تعریف می کنند. مقاومت فشاري بتن ، مهم ترین پارامتر مورد استفاده در طراحی سازه های بتنی است در حالی که بتن مقاومت کششی قابل توجهی ندارد.

ازمایش مقاومت فشاری بتن سخت شده برای محاسبه مقاومت اعضا مورد نیاز است. پس از تهیه نمونه های بتون ، تحت نیروی فشاري قرار می گیرند. مقاومت فشاري بتن سخت شده ، معمولاً پس از ۲۸ روز از نگه داری و عمل آوری بتن و با تقسیم بار شکست به مساحت اعمال بار، محاسبه می شود. مقاومت بتن ، با تناسب بین سیمان، مصالح خوب درشت دانه، آب و مواد افزودنی مختلف، کنترل می شود. هر چه نسبت آب به سیمان کمتر باشد، استحکام فشاري بالاتر خواهد بود. ظرفیت بتن برحسب psi بر اینچ مربع در واحد ایالت متحده و برحسب مگاپاسکال در واحد SI گزارش می شود. برای مصارف معمول، مقاومت فشاري بتن بین ۱۰ تا۶۰ مگاپاسکال می باشد. برای موارد خاص و در ساختمان ها می توان بتن مخلوط با مقاومت فشاري بیش از ۵۰۰ مگاپاسکال به دست آورد.

دقت شود که بین مقاومت فشاري مغزه و مقاومت فشاري استوانه بتنی متناظر که به صورت استاندارد عمل آوری شده است، رابطه جامعی وجود ندارد. عوامل بسیاری از قبیل رده مقاومتی بتن ، سابقه دما و رطوبت در محل و ویژگی های کسب مقاومت بتن بر روی این ارتباط اثر می گذارند. از دیرباز فرض می شده است که مقاومت مغزه ها معمولا ۸۵ درصد مقاومت استوانه های بتنی متناظر است. اما برای همه موقعیت ها کاربرد ندارد. معیار پذیرش برای مقاومت مغزه توسط شخصی که تعیین کننده تمام مشخصات آزمون ها می باشد، ارائه می شود.

در انجام آزمایش مقاومت بتن باید دقت لازم صورت بگیرد چراکه ازمایش مقاومت بتون به تغییرات در روش آزمایش حساس بوده و لازم است دقیقا بر اساس روش استاندارد انجام گیرد تا نتایج بدست آمده در آزمایش های مختلف (حتی در یک ازمایشگاه بتن ) با یکدیگر قابل مقایسه باشد.

آزمایش مقاومت کششی بتن

بتن حالتی ترد و شکننده دارد که باعث می شود مقدار مقاومت کششی آن در مقایسه با مقاومت فشاري آن، بسیار پایین تر باشد. بنا براین تنش کششی را تا حد زیادی تحمل نمی کند و خیلی زود در راستای نیروهای وارد بر آن ترک می خورد. به همین دلیل، ضرورت دارد تا برای طراحی و ساخت یک سازه، میزان مقاومت کششی بتن تعیین گردد.

برای انجام آزمایش مقاومت کششی بتن ، با استفاده از قالب هایی استوانه ای شکل با ارتفاع 60 سانتی متر و قطر 15 سانتی متر، نمونه هایی استوانه ای از بتن تهیه می گردد. عمل آوری بتن به ترتیب طی 1، 3، 7، 14 و 28 روز انجام می شود تا مقاومت کششی کسب شده توسط بتن در سنین مختلف و اولیه آن مشخص شود. بتن بایستی در محیطی با هوای مرطوب به مدت 24 ساعت قرار داده شود. سپس آن را در هوای آزاد می گذارند تا مقدار زمان مورد نیاز (به طور مثال 14 یا 28 روز) سپری شود.

عمل آوری بتن بایستی در دمای نسبتا بالا صورت بگیرد. در ضمن ضروری است که آب مورد استفاده در هنگام عمل آوری بر روی بتن ، دمایی در حدود 27 درجه سانتی گراد (2 درجه سانتی گراد کم تر یا بیش تر) داشته باشد. بعد از انجام اقدامات اولیه و گذشت زمان لازم وکافی برای سخت شدن بتن ، نمونه ی استوانه ای را در ماشین قرار می دهند تا نیروی کششی به آن وارد شود. لحظه ای که بتن شکاف می خورد، افزایش نیرو متوقف می شود و نیروی آن لحظه به عنوان نیروی لحظه شکست بتن ثبت می شود. این مقدار اگر تقسیم بر مساحت قاعده استوانه شود، مقاومت کششی بتن به دست می آید.

پیشنهاد می شود که از هر نوع بتن ، 3 نمونه تهیه شود و مورد آزمایش قرار گیرند. اگر بین این 3 نمونه تفاوت چشمگیری در مقاومت کششی (تفاوتی بیش از 15 درصدی) وجود داشت، احتمالا در یکی از مراحل آزمایش اشتباه به وجود آمده و نتایج آزمایش مردود است. اگر تفاوت چشمگیری وجود نداشت، میانگین این نمونه ها، مقاومت کششی نهایی بتن مورد نظر خواهد بود.

آزمایش مقاومت خمشی بتن

در آزمایش مقاومت خمشی بتن ، در واقع ما به صورت غیر مستقیم همان مقاومت کششی بتن را اندازه گیری می کنیم. در این آزمایش ، مقاومت بتن در برابر نیروهای عمودی وارد بر آن سنجیده می شود. به طور ساده تر می توان گفت مقاومت بتن در برابر خم شدن اندازه گیری می شود. مقاومت خمشی بتن به عنوان مدول گسیختگی و با یکای مگاپاسکال (MPa) یا psi به دست می آید. آزمایش مقاومت خمشی بتن معمولاً با استفاده از روش بار سه نقطه ای (ASTM C78) یا روش بار مرکزی (ASTM C293) انجام می شود.

ذکر این نکته ضروری است که عدد به دست آمده از طریق روش بار مرکزی، حدود 15 درصد کم تر از عدد به دست آمده از روش بار سه نقطه ای است. همچنین در آزمایش ها مشاهده شده زمانی که میزان بار افزایش پیدا می کند، این اختلاف بیشتر می شود. به همین دلیل آزمایش بار سه نقطه ای بیشتر معمول است.

درجه گسیختگی یا مقاومت خمشی بتن معمولاً 10 تا 15 درصد مقاومت فشاري بتن است. مواد مخلوطی در بتن ، کیفیت و اندازه سنگدانه ها از عوامل تاثیرگذار در میزان مقاومت خمشی بتن هستند.

عوامل زیادی در مقاومت خمشی بتن تاثیر دارند که از مهم ترین آن ها می توان به رطوبت هوا در هنگام عمل آوری و شیوه عمل آوری بتن به طور کلی اشاره کرد.

برای آزمایش و به دست آوردن مقدار مقاومت خمشی ، به نمونه ای مکعب مستطیل احتیاج داریم که در استانداردهای مختلف اندازه های مختلفی برای آن ذکر شده است. اما معمول ترین اندازه ای که استفاده می شود و معمولا مورد ترجیح مهندسان عمران است، نمونه ای با اندازه 150 × 150 × 750 میلی متر است.

دقت شود آزمایش بایستی بلافاصله پس از خارج کردن بتن از عمل آوری صورت بگیرد تا هیچ گونه جمع شدگی در سطح بتن رخ ندهد. آزمایش مقاومت خمشی بتن در دستگاه صورت می گیرد که تصویر آن را در ذیل مشاهده می کنید.

گزارش آزمایش مقاومت فشاری بتن

گزارش آزمایش بتن باید شامل مواد زیر باشد:

• انجام آزمون طبق این استاندارد ملی و ذکر دقیق مقادیر اندازه گیری شده
• تاریخ تحویل نمونه بتنی به آزمایشگاه بتن
• تاریخ انجام آزمون بتن سخت شده
• شناسنامه محصول (شامل: نام تولید کننده، تاریخ تولید، محل تولید و ...)
• محل انجام آزمایش بتن سخت شده
• ذکر هر گونه موارد مغایر با استاندارد
• نام، نام خانوادگی و امضای آزمایش گر
• نام، نام خانوادگی و امضای تایید کننده