امروزه استفاده کردن از مصالح بتنی برای ساخت و ساز بسیار پرکاربرد می باشد. مهندسان همیشه در پی ساختن سازه هایی مقاوم و مناسب می باشند به گونه ایی که این سازه ها در برابر عوامل اسیب زا از خود مقاومت مطلوبی نشانمقاومت بتن نقش بسیار زیادی در میزان استحکام و دوام ساختمان دارد. از این رو معمولا نظارت های سفت و سختی را در این خصوص اعمال می کنند. احتمالا شما هم ساختمان های مختلفی را به هنگام زلزله و بلایای طبیعی مشاهده کرده اید که برخی از آنها به طور کل از بین رفته و برخی دیگر همچنان سالم هستند . دهند. بتن نیز باید به مقاومت مطلوب برسد تا بتواند در برابر بار های آسیب زا مانند زلزله و باد و ... از خود پایداری ویژه ایی نشان دهد. در این مقاله از وب سایت آرین تیس به بررسی مقاومت بتن و عوامل تأثیر گذار بر روی آن می پردازیم، بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر درباره این موضوع تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

مقاومت بتن چیست ؟

لازم به ذکر می باشد که مقاومت بتن مهم ترین خاصیت و مشخصه بتن نزد طراحان و مهندسان کنترل کیفیت بتن می باشد. باید بدانید که در جامدات رابطه معکوس بین تخلخل (حجم فضاهای خالی) و مقاومت، یک اصل بسیار مهم میدر طرح و کنترل کیفیت بتن، مقاومت خاصیتی است که اغلب، مقدار آن مشخص می گردد. دلیل این امر آن است که در مقایسه با سایر خواص، مقاومت بتن به آسانی قابل آزمایش و اندازه گیری است.  باشد. در نتیجه در بتن و مواد ترکیبی نظیر آن تخلخل هر جزء تشکیل دهنده می تواند بر مقاومت تأثیر بگذارد.

از آن جا که سنگدانه ها عموما متراکم و با مقاومت بالا هستند، لذا تخلخل خمیر سیمان سخت شده و ناحیه انتقال بین سنگدانه و خمیر اغلب تعیین کننده مقاومت مشخصه بتن های معمولی است. اگر چه پارامتر نسبت آب به سیمان در تعیین و میزان تخلخل خمیر و ناحیه انتقال و در نتیجه مقاومت بتن بسیار اهمیت دارد ولی عواملی نظیر موارد زیر نیز در مقاومت بتن نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند :

• تراکم و عمل آوری بتن (درجه هیدراتاسیون سیمان )
• اندازه و کانی های سنگدانه ها
• مواد افزودنی
• ابعاد و شکل نمونه
• شرایط رطوبت
• نوع تنش و سرعت بارگذاری

مقاومت و استحکام بتن یکی از مهمترین ویژگی ها و شاخصه های کیفیت بتن، در بین طراحان و مهندسین کنترل کیفیت بتن به شمار می رود. در مواد جامد رابطه تخلخل و مقاومت به صورت معکوس، به عنوان یک اصل مهم شناخته می شود. بنابراین می توان نتیجه گرفت که در بتن یا سایر مواد ترکیبی شبیه آن، تخلخل هر بخش و یا جز تشکیل دهنده، بر روی مقاومت نهایی محصول به دست آمده تاثیر بسیار زیادی می گذارد.

همان طور که می دانید موادی مانند سنگدانه ها به صورت متراکم بوده و از مقاومت بسیار زیادی برخوردار می باشند که ترکیب آن با مواد بتن باعث سخت شدن تخلخل سیمان می شود. در واقع ناحیه انتقال بین سنگدانه ها از مشخصه های بارز و عوامل تعیین کننده مقاومت بتن معمولی به شمار می رود.

لازم به ذکر است که  عواملی نظیر نسبت آب به سیمان در تعیین درصد تخلخل خمیر و مقاومت بتن نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند اما نمی توان از نقش بسیار تاثیر گذار عواملی نظیر تراکم و شرایط عمل آوری، اندازه سنگدانه ها، مواد افزودنی، اندازه و اشکال نمونه مورد نظر،  میزان رطوبت و سرعت بارگذاری بر روی مقاومت بتن غافل شد. در ادامه می خواهیم عواملی که بر روی مقاومت بتن تاثیر گذار هستند را برای شما شرح دهیم.

ممکن است برای شما این سوال به وجود بیاید که  استحکام بتن به چه چیزی بستگی دارد؟

لازم به ذکر می باشد که از جمله عوامل بسیار مهم و هم چنین تأثیر گذار در استحکام و مقاومت بتن می توان به موارد زیر اشاره داشت :

• معیار عملی مقاومت
• تخلخل
• توزیع اندازه حفرات
• نسبت آب به سیمان، درجه تراکم و سن بتن
• نسبت مصالح سنگی به سیمان
• خواص مصالح سنگی
• منطقه گذار بتن (ناحیه انتقال) و ...

مشخصات و خواص مصالح

قبل از هر اختلاط بتن، انتخاب مصالح مناسب و تعیین نسبت آنها اولین قدم در دست یابی به بتنی است که بتواند مطابق مشخصات باشد. بایستی توجه داشت که در عمل بسیاری از عوامل طرح اختلاط به هم وابسته بوده و لذا تأثیر آنها نمی تواند جداگانه باشد.

مقاومت بتن به چه معناست؟

اگر یک ماده در برابر انواع تنش ها و آسیب ها توانایی و مقاومت بسیار زیادی داشته باشد و به راحتی شکست نخورد به معنای مقاومت آن ماده نسبت به عوامل محیطی می باشد. در واقع شکست بتن با ایجاد ترک هایی بر روی سطح آن، خود را نشان می دهد اما این نکته را نباید فراموش کرد که بتن برخلاف سایر مواد و مصالح ساختمانی بدون اینکه زیر بارهای خارجی قرار گیرد، می توان ترک های بسیار ریزی را بر روی آن مشاهده کرد. بنابراین زمانی که بتن در مقابل انواع تنش ها از خود مقاومت نشان دهد و آن ها را شکست دهد، مقاومت بتن خوب است.

مقاومت بتن چه اهمیتی دارد؟

در کنترل کیفیت بتن، مقاومت از جمله خاصیت های مهم به شمار می رود که معمولا میزان آن تعیین می گردد. چرا که آزمایش و اندازه گیری مقاومت بتن ، نسبت به سایر مصالح ساختمانی بسیار راحت تر انجام می گیرد. در واقع بسیاری از خواص بتن مانند مدول ارتجاعی،  ضد آب بودن،  نفوذ ناپذیری، و مقاومت بالا در مقابل هوازدگی، با مقاومت بتن ارتباط مستقیمی دارند و می توان با فهمیدن درجه مقاومت بتن، به این خواص نیز پی برد.

خواص مصالح مورد نظر و مشخصات آن

برای اینکه یک بتن مطابق با تمام مشخصات ایده آل و دارای مقاومت بالا را تولید کنیم،  اولین نکته ای که بسیار مهم است و باید مورد توجه قرار گیرد، انتخاب مصالح مناسب و تعیین نسبت آن ها به هم می باشد. البته لازم به ذکر است که بسیاری از عوامل طرح اختلاط به یکدیگر وابسته هستند و نمی توان تاثیر آن ها را به صورت جداگانه آزمایش نمود.

نسبت آب به سیمان

در سال ۱۹۱۸ فردی به نام ابرام در موسسه لویی واقع در دانشگاه ایلینوی با انجام تحقیقات و آزمایشات متعدد در زمینه ارتباط نسبت آب به سیمان به نتایج شگفت انگیزی دست پیدا کرد. نتیجه به دست آمده از این تحقیق به قانون نسبت آب به سیمان لویی نیز شناخته می شود و ارتباط معکوس آب و سیمان را نشان می دهد.

با در نظر گرفتن عوامل تاثیر گذار بر روی مقاومت خمیر سیمان و موثر بودن این دو عامل بر روی تخلخل در درجه هیدراتاسیون سیمان، رابطه نسبت آب به سیمان می تواند از ضعف خمیر باشد. ضعف خمیر سیمان به دلیل تخلخل زیاد سیمان می باشد و در اثر افزایش نسبت آب به سیمان سرچشمه می گیرد.

میزان هوای موجود در بتن

در بسیاری از موارد نسبت آب به سیمان می تواند باعث ایجاد تخلخل در سیمان در درجات معینی از هیدراتاسیون شود. در هر صورت زمانی که به دلیل عدم تراکم مورد نیاز مخلوط، یا در اثر نوع کاربرد مواد حباب هوا زا در آن، حباب هایی از هوا ایجاد شود، می توان تاثیر آن را در افزایش تخلخل و مقاومت بتن مشاهده نمود.

سنگدانه ها

در واقع در تهیه و ساخت بتن ،  تاکید زیاد بر روی موضوع تاثیر آب به سیمان و مقاومت باعث ایجاد مشکلات و مسائلی در این زمینه شده است. به طور مثال تاثیر سنگدانه ها بر روی مقاومت بتن به فراموشی سپرده شده و به اندازه کافی به آن بها داده نشده است.

در واقع سختی و میزان مقاومت سنگدانه ها را نمی توان از عوامل مهم مقاومت بتن برشمرد و بیشتر سنگدانه ها به غیر از سنگدانه های سبک از قدرت مقاومت بیشتری نسبت به خمیر ناحیه انتقال در یک بتن برخوردار می باشند. به زبانی ساده تر می توان گفت که مقاومت سنگدانه ها در بتن نمی تواند تاثیر آنچنانی بر روی مقاومت بتن داشته باشد چرا که شکست و یا گسیختگی بتن از دو عامل مهم دیگر سرچشمه می گیرد. اما در واقع سایر خواص سنگدانه ها همچون ابعاد و اندازه، شکل ظاهری،  نوع بافت سطحی، دانه بندی و کانی های سنگدانه ها تاثیر بسزایی در مقاومت بتن دارد.

تاثیر نوع آب در بتن

 آبی که به منظور اختلاط در بتن به کار گرفته می شود باید فاقد هرگونه ناخالصی باشد چرا که آب دارای ناخالصی بر روی مقاومت بتن تاثیر گذاشته و در آینده باعث ایجاد مشکلاتی همچون شوره در سطح بتن و خوردگی میلگرد می گردد. اما به طور کلی ایجاد ناخالصی در آب اختلاط، از عوامل مهم و تاثیر گذار مقاومت بتن محسوب نمی شود و باید تنها به این موضوع کفایت کرد که آب مورد نظر برای اختلاط، باید تمام ویژگی های آب آشامیدنی را دارا باشد.

به طور معمول آب های شهری خیلی کم و به ندرت از مواد محلول بیش از ۱۰۰۰ppmبرخوردار می باشند. در واقع بهترین روش جهت تعیین آب مناسب از آب دارای ناخالصی، این است که ابتدا با آب مورد نظر ملات ها و بتن های مکعبی ساخته شود و سپس زمان گیرش آن ها در نظر گرفته شود. بدین ترتیب می توان آب تمیز را از آب دارای ناخالصی به راحتی تشخیص داد.

مواد افزودنی به کار رفته در بتن

همان طور که گفتیم مواد حباب هوازا می تواند تاثیر معکوسی بر روی مقاومت بتن به جای بگذارد و به ازای یک نسبت آب به سیمان می تواند اثر زیادی برروی افزایش مقاومت اولیه بتن و میزان هیدراتاسیون آن داشته باشد.نوع و میزان مواد افزودنی، ار عوامل موثر بر مقاومت بتن است.عدم دقت در به کار بردن این مواد از نظر نوع و میزان، نه تنها به بهبود کیفیت بتن و نهایتاً مقاومت نهایی آن کمک نمی کند،بلکه صدمات غیر قابل جبرانی را به همراه دارد، از این رو رعایت دستورالعمل های مندرج در این نشریه الزامی است و پیمانکار بدون دستور کتبی دستگاه نظارت مجاز به استفاده از مواد افزودنی نخواهد بود.در واقع مواد افزودنی که برای مقاومت بتن مورد استفاده قرار می گیرند مانند مواد افزودنی کند گیر کننده و اثر گیر کننده می توانند بر روی افزایش مقاومت بتن تاثیر گذار باشند اما در واقع این گونه از مواد بر روی مقاومت نهایی بتن نمی تواند تاثیر آنچنانی داشته باشند. لازم به ذکر است که بر اساس مطالعات انجام گرفته محققین به این نتیجه رسیدند که در صورتی که میزان مقاومت بتن در زمان های اولیه گیرش کند گردد، میزان مقاومت آن در مراحل نهایی افزایش خواهد یافت.

شرایط عمل آوری بتن

به مجموعه عملیاتی که به منظور ادامه واکنش های سیمان، بعد از ریختن بتن در قالب های مختلف انجام می شود، عمل آوری بتن گفته می شود که موارد مختلفی همچون کنترل زمان،  درجه حرارت و رطوبت را شامل می شود. در واقع اگر در دماهای معمولی عملیات ریختن آب بر روی سیمان انجام گیرد، می توان شاهد شروع واکنش های اساسی آن بود اما اگر دانه های سیمان هیدراته نشده به وسیله محصولات هیدراتاسیون پوشانیده شود، این واکنش های مورد نظر تا حد بسیار زیادی کاهش خواهند یافت.

زمان

در واقع به ازای یک نسبت آب به سیمان، افزایش مدت زمان عمل آوری در محیط های دارای رطوبت باعث افزایش مقاومت نهایی بتن خواهد شد. اما در صورتی این اتفاق می افتد که واکنش های دانه های سیمان هیدراته نشده قطع نشود و هنوز هم ادامه داشته باشد.

رطوبت موجود در بتن

با توجه به تحقیقات و مطالعات صورت گرفته محققین به این نتیجه رسیدند که اگر در شرایط آب و هوایی کاملا مرطوب به ازای یک نسبت آب به سیمان معین عمل آوری بتن انجام گیرد، پس از ۱۸۰ روز می توان مشاهده کرد که مقاومت بتن در شرایط دمایی کاملا مرطوب حدود ۳ برابر بیشتر از محیط هایی با دمای عادی می باشد.

استحکام بتن :

ممکن است برای شما این سوال به وجود بیاید که برای استحکام بتن چه چیزی استفاده می شود ؟

برای پاسخ به این سوال در ابتدا باید بررسی کرد که برای سازه مورد نظر مهندس طراح چه مقاومت بتنی را در نظر دارد ؟ ( برای مثال 300 مگا پاسکال یا 250 مگا پاسکال و ... )

بر طبق مقاومتی که مهندس طراح برای سازه در نظر گرفته است، مواد افزودنی را برای استحکام و پایداری بتن در نظر می گیرند. هم چنین بر اساس آن مقاومت نوع ستگدانه و میزان نسبت آب به سیمان را نیز انتخاب می نمایند. بنابراین استحکام بتن در وهله اول به میزان مقاومتی که طراح برای آن در نظر گرفته است و هم چنین مواد افزودنی و نسبت آب به سیمان و ... بستگی خواهد داشت.

بتن ریزی در برابر چه چیزی مقاومت ندارد؟

برای آن که بتوانید بتن ریزی را به بهترین شکل ممکن انجام دهید باید عوامل متعددی را در نظر بگیرید که به صورت زیر می باشد :

• شرایط آب و هوایی و دمای هوا

در شرایط دمای زیر ۵ درجه امکان بتن ریزی وجود دارد. با اینکه معمولا توصیه می شود در چنین شرایطی بتن ریزی را انجام ندهید. اما در صورتی که مجبور به بتن ریزی در چنین شرایطی شدید، باید همواره حرارت بتن را در دمای بالای پنج درجه حفظ کنید. در شرایط هوای سرد، هیدراسیون در بتن به کندی صورت می گیرد و در دمای صفر درجه نیز این فرآیند به کلی متوقف می شود. این عملکرد موجب خورد شدن سریع بتن، پس از باز شدن قالب می شود. دلیل این امر نیز تشکیل نشدن خمیر سیمان است. به طور کلی در دمای زیر ۵ درجه، واکنش بین آب و سیمان در مخلوط بتن به کندی صورت می گیرد و این امر موجب کاهش دوام و مقاومت بتن می شود. بنابراین پس از بتن ریزی در چنین شرایطی باید به خوبی از بتن ریخته شده مراقبت نمایید.

خرابی بتن

به طور معمول  خرابی بتن به سه مورد ارتباط دارد که در متن ذیل  شرح می دهیم :

شیمیائی :   حمله کلرورها و خوردگي فولاد - حمله سولفات ها-   کربناتي شدن- واکنش قلياوي سنگدانه ها . بزای نمونه   حمله سولفات ها در بتن همراه با ازدياد حجم می باشد كه تنش هاي فشاري را بدنبال دارد و باعث خرد شدن و گاهي پودر شدن بتن مي شود.

فیزیکی : يخ زدگي و ذوب متوالي- فرسايش و سايش- خلاء زايي- نفوذ نمک ها در بتن- حريق - ضربه- شرايط محيطي- حمله باکتري ها. مانند  شرایط محیطی شبیه به  دماي بتن ريزي  می باشد که هرچه بتن گرم ريخته و نگهداري شود در سنين اوليه مقاومت قابل توجهي کسب مي نماید  ولی  بطور كلي در سن ۲۸ روز به بعد مقاومت كمتري نسبت به بتن ريخته شده با دماي كم خواهد داشت. به ويژه اگر بتن حاوي مواد پوزولاني و كندگير نباشند ، آسيب بيشتري مي بينند.

خطاهای اجرائی : دانه بندی يکنواخت و نامناسب- خاک دار بودن شن و ماسه- انبار کردن نامناسب مصالح بتن (شن و ماسه،سيمان،آبّ،مواد افزودني)- به كار گيري نوع و مقدار نامناسب سيمان- تراكم نامناسب- عمل آوري نامناسب- به كار گيري آب بيش از حد مورد نياز در مخلوط بتن.

آزمایش‌ مقاومت فشاری بتن

به منظور تعیین مقاومت فشاری بتن، معمولا از «دستگاه آزمایش یونیورسال» (Universal Testing Machine) یا اصطلاحاً «UTM» استفاده می‌شود. این دستگاه، ابزاری برای اجرای آزمایش مقاومت فشاری و کششی بر روی مواد مختلف است. برای انجام آزمایش مقاومت فشاری بتن می‌توان از نمونه‌های مکعبی، استوانه‌ای یا منشوری شکل استفاده کرد. نمونه‌برداری، قالب‌بندی، عمل آوری، ابعاد نمونه‌ها و شرایط کلی آزمایش، به استانداردهای تعریف شده بستگی دارد.