مقاومت بتن

مقاومت بتن

مقاومت بتن

مقاومت بتن

یکی از پارامترهای اصلی در کنترل کیفیت بتن، میزان مقاومت بتن،‌پایداری و استحکام آن محسوب می شود. البته در شرایط مختلف ممکن است پارامترهای دیگر مثل آب بندی بتن،‌ پایداری حجمی بتن و ... نیز اهمیت پیدا کنند اما همچنان مقدار مقاومت بتن می تواند وضعیت کلی بتن را از همه ی جوانب نشان دهد چرا که مقاومت بتن ارتباط مستقیمی با میزان ساختار بتن و میزان تخلخل آن دارد. تعیین میزان مقاومت بتن برای بررسی نیاز یا عدم نیاز به عملیات ترمیم بتن و پیشگیری از تخریب بتن ضروری است.
 به این صورت که تخلخل موجود در هر بخش بطور مستقیم بر روی مقاومت بتن نهایی تاثیر گذار خواهد بود. در واقع ترکیبات شیمیایی بکار رفته در بتن به اندازه ی ساختار فیزیکی بتن و نسبت های حجمی آنها در مقاومت بتن تاثیر ندارد. تخلخل در واقع حجم حفره ها یا فضاهای خالی را نسبت به حجم کلی ساختار بتن نشان می دهد که یکی از پارامترهای مهم در تعیین میزان مقاومت بتن است. میزان تخلخل نسبت معکوسی با میزان مقاومت نهایی بتن دارد و به عنوان یک منشا ضعف در ساختار بتن محسوب می شود که هر چقدر میزان آن بیشتر باشد، مقاومت بتن کمتر خواهد بود. البته لازم بذکر است تعیین دقیق میزان تخلخل امری مشکل است لذا برای دست یابی دقیق به مقدار مقاومت بتن باید عوامل موثر بر آن از جمله نسبت های حجمی را بررسی کرد. 
 

مقاومت بتن به چه عواملی بستگی دارد ؟

مقاومت بتن به چه عواملی بستگی دارد ؟ یا مقاومت بتن به چه چیزی بستگی دارد؟ همانطور که گفتیم یکی از عواملی که نشان دهنده ی بتن ضعیف می باشد میزان تخلخل در آن است. از آنجا که ‍تعیین مقدار تخلخل خمیر سیمان هیدراته شده امری مشکل است لذا به ررسی تجربی عوامل موثر در مقاومت بتن می پردازیم. از اصلی ترین عوامل موثر در مقاومت بتن نسبت های حجمی است که مهم ترین آن نسبت آب به سیمان و در مرحله ی بعد ویژگی های ترکیبات بکار رفته در طرح اختلاط بتن است. البته عوامل دیگری مثل تراکم، سرعت عمل آوری و ... نیز در مقاومت نهایی بتن موثر هستند. در ادامه به توضیح عوامل موثر در مقاومت بتن می پردازیم:

مقاومت بتن
 
۱)تاثیر نسبت آب به سیمان در مقاومت بتن:
نسبت آب به سیمان در طرح اختلاط بتن براساس قانون نسبت لویی عکس یکدیگر در نظر گرفته می شود. این دو عامل بطور مستقیم در مقاومت خمیر هیدراته تاثیر خواهند گذاشت. لذا افزایش نسبت آب به سیمان در رابطه نسبت آب به سیمان می تواند سبب افزایش تخلخل بتن و ضعف مقاومت بتن شود.
 
۲)تاثیر سنگدانه در مقاومت بتن:
در بررسی عوامل تاثیر گذار در مقاومت بتن کمتر به تاثیر مقاومت سنگدانه ها پرداخته شده است و بیشتر بر نسبت صحیح آب به سیمان تاکید شده است. به بیان دیگر میزان مقاومت سنگدانه های بکار رفته در بتن تاثیر چشمگیری در مقاومت نهایی بتن نخواهد داشت و بیشتر سایر ویژگی های سنگدانه مثل اندازه، ساختار،‌ظاهری فیزیکی و... در مقاومت بتن موثر خواهند بود.
 
۳)تاثیر نوع آب در مقاومت بتن :
هر چند که آب بکار رفته در طرح اختلاط بتن تاثیر مستقیمی در مقاومت بتن ندارند اما از نظر خلوص باید مشابه آب آشامیدنی باشد و فاقد ناخالصی باشد. وجود هرگونه ناخالصی در طرح اختلاط بتن می تواند در دراز مدت سبب خوردگی میلگرد در بتن و بدنبال آن ایجاد ترک در بتن شود. برای اطمینان از عدم وجود ناخالصی در ابعاد بکار رفته در ترکیب بتن می توان پیش از هرکاری با استفاده از ملات ساخته شده از آب مورد نظر بتن های مکعبی ساخت و زمان گیرش آنها را در نظر گرفت. و به این ترتیب از وجود عوامل ناخالصی یا عدم وجود آنها مطمئن شد.
 
۴)تاثیر مواد افزودنی در مقاومت بتن:
افزودنی های بتن مورد استفاده در طرح اختلاط بتن از عوامل هستند که بر روی مقاومت بتن اثر می گذارند هر چند که تاثیر آنها عمدتا بر مقاومت نهایی نخواهد بود. بطور کلی در شرایطی که مقدار مقاومت بتن در مراحل ابتدایی گیرش بتن کند شود، مقدار مقاومت نهایی بتن افزایش خواهد یافت.
 
۵)تاثیر زمان در مقاومت بتن:
در محیط های مرطوب و در شرایطی که واکنش هیدراتاسیون همچنان ادامه داشته باشد و متوقف نشده باشد می توان با افزایش مدت زمان عمل آوری، میزان مقاومت نهایی بتن را افزایش داد.
 
۶)تاثیر رطوبت در مقاومت بتن:
رطوبت تاثیر زیادی در مقاومت بتن دارد به گونه ای که اگر عمل آوری بتن در دو محیط متفاوت که یکی مرطوب و دیگر فاقد رطوبت است با نسبت آب به سیمان یکسان انجام گیرد پس از گذشت ۱۸۰ روز مشاهده خواهد شد که مقاومت بتن عمل آوری در محیط مرطوب تقریبا ۳ برابر بیشتر از مقاومت بتن در محیط معمولی است. میزان تاثیر رطوبت موجود در محیط بر روی مقاومت بتن به گونه ای است در محیط های فاقد رطوبت علاوه بر اینکه بتن به میزان قابل توجهی خشک می شود، سرعت هیدراتاسیون نیز کاهش پیدا می کند و مقاومت بتن کمتر از شرایط نرمال خواهد شد.

۷)تاثیر تراکم به مقاومت بتن :
نحوه ی قرار گیری ذرات تشکیل دهنده ی بتن (سنگدانه و شن و ماسه) یا به بیان دیگر تراکم بتن یکی از پارامتر های تاثیر گذار در مقاومت بتن خواهد بود بر این اساس اگر ذرات بتن به خوبی کنار یکدیگر قرار نگرفته باشند میزان مقاومت فشاری بتن بدلیل افزایش حفرات تشکیل شده بین ذرات آن کاهش خواهد یافت.

۸)تاثیر اندازه ی سیمان بر مقاومت بتن :
ذرات سیمان نیز می تواند یکی از عوامل تاثیر گذار بر مقاومت بتن باشد بر این اساس هرچقدر اندازه ی ذرات سیمان تشکیل دهنده ی بتن ریزتر باشد سطح بیشتری برای عملیات هیدراتاسیون تشکیل می شود و عملیات هیدراتاسیون بتن با سرعت بیشتری انجام می گیرد.

۹)تاثیر شرایط عمل آوری بر مقاومت بتن :
شرایط عمل آوری بتن و پارامترهای محیطی از جمله دمای حین عمل آوری می تواند بر مقاومت بتن تاثیر بگذارد. شرایط عمل آوری می تواند منجر به افزایش سرعت واکنش هیدراتاسیون و در نهایت سخت شدن بتن شود. 
 

مقاومت مورد نیاز بتن

مقاومت مورد نیاز بتن عموما با توجه به استانداردهای مربوطه و بارگذاری سازه تعیین می گردد. مقاومت مورد نیاز بتن عبارت است از ظرفیت مورد نیاز جهت ساخت یک سازه ی بتنی و اجزای آن. برخی از استاندارد ها و قوانین مورد نیاز برای تعیین مقاومت مورد نیاز بتن در ادامه آورده شده است:
۱)مبحث نهم مقررات ملی ساختمان: طراحی و اجرای ساختمان های بتن آرمه
۲)مبحث ششم مقررات ملی ساختمان: بارهای وارد بر ساختمان
۳)استاندارد ۲۸۰۰ ایران: طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
استاندارد ACI 318 یکی از استدناردهای متداول برای تعیین مقدار مقاومت مورد نیاز بتن است. برای آگاهی بیشتر از مقاومت مورد نیاز بتن جدولی شامل مثال هایی از مقاومت مورد نیاز بتن فراهم شده است. براساس این جدول می توانید مقاومت مورد نیاز بتن خود را براساس طرح های موجود انتخاب کنید. 

                                                             جدول مقاومت مورد نیاز بتن
نوع یا محل سازه بتنی مقاومت فشاری مورد نیاز
پرکننده سیمانی کمتر از ۱۴ مگا پاسکال
زیرزمین، پی، راهرو، حیاط و راه پله بین ۱۷ تا ۲۴ مگاپاسکال
ورودی پارکینگ، گاراژ و لارده های کف بین ۲۰ تا ۲۸ مگاپاسکال
تیر، لارده، ستون و دیوارهای تقویت شده بین ۲۰ تا ۴۸ مگاپاسکال
بین پیش ساخته و پیش تنیده بین ۲۸ تا ۴۸ مگاپاسکال
ستون های سازه های بلند مرتبه بین ۷۰ تا ۱۰۰ مگاپاسکال
 
براساس استاندارد ACI 318 هیچ سازه ای نباید مقاومتی کمتر از ۱۷ مگاپاسکال داشته باشد براین اساس حداقل مقاومت فشاری بتن ۱۷ مگاپاسکال تعیین می شود. البته حداقل مقاومت لازم بتن منوط به وضعیت طراحی آن است و ممکن است در بسیاری از موارد از مقدار بیشتری در طراحی استفاده شود. در نظر گرفتن این مقدار نیازمند کنترل کیفیت ساخت و آزمایش بتن است. در نهایت اعتبارسنجی بتن با توجه به آزمایش های به خصوصی تعیین می شود. 

مقاومت بتن چه اهمیتی دارد؟

یکی از پارامترهای مهم در تقویت سازه های بتنی و کنترل کیفی مصالح آن، میزان مقاومت بتن است. در واقع میزان مقاومت بتن می تواند بسیاری از ویژگی های بتن از جمله میزان نفوذ پذیری، اب بند بودن، مقاومت بتن در برابر هوازدگی و ... را نشان دهد.
 

انواع مقاومت بتن

مقاومت های مختلفی برای تعیین تعریف می شود اما عموما تصور می شود که منظور از مقاومت بتن، مقاومت فشاری آن است. براساس بار اعمال شده به بتن امکان ایجاد تنش های خمشی، کششی، برشی و پیچشی در سازه‌های بتنی وجود دارد. بنابراین می توان مقاومت بتن را نیز به انواع مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مقاومت خمشی و مقاومت برشی تقسیم کرد. از بین مقاومت هایت تعریف شده برای بتن مقاومت فشاری،‌خمشی و کششی اهمیت بیشتری دارد و عمدتا بیش از سایرین مورد ارزیابی قرار می گیرند. 
 

مقاومت فشاری بتن 

مقاومت فشاری بتن، به معنای توانایی بتن در برابر بارهای محوری فشاری بتن است. مهم ترین ویژگی بتن ها مقدار مقاومت فشاری آن ها می باشد. مقدار مقاومت فشاری بتن پس از سخت شدن بتن به آرامی افزایش پیدا می کند. مقاومت فشاری بتن مورد استفاده ارتباط مستقیمی با کاربری یک سازه دارد. عموما مقاومتی بین ۱۰ الی ۲۰ مگاپاسکال برای سازه های بتنی معمولی تعریف می شود و مقاومتی بین ۲۵ تا ۵۵ مگاپاسکال برای معمولی و مقاومتی بیش از ۶۰ مگاپاسکال برای سازه های حساس در نظر گرفته می شود. میزان مقاومت فشاری بتن را با انجام آزمایش های دوره ای به روی نمونه های حاصل از بتن تازه بدست می آورند. در ادامه جدولی از نرخ افزایش مقاومت فشاری بتن براساس گذر زمان تهیه شده است.
 
سن بتن (تعداد روز سپری شده از زمان ساخت بتن) درصد مقاومت فشاری
۱ روز ۱۶ درصد
۳ روز  ۴۰ درصد
۷ روز ۶۵ درصد
۱۴ روز  ۹۰ درصد
۲۸ روز ۹۹ درصد
 

مقاومت کششی بتن 

مقاومت کششی بتن مربوط به میزان توانایی بتن در تحمل بارهای محوری کششی است. ماهیت بتن در برابر تنش های کششی رفتار آسیب پذیری دارد. بتن دارای ساختار متخلخل است و حاوی ترک ها ریز و سطحی است. هنگام اعمال بارگذاری کششی، مقدار ترک ها افزایش پیدا می کند و این گسترش تا زمان شکست ادامه خواهد یافت. مقدار مقاومت کششی عموما بین ۸ تا ۱۲ درصد مقاومت فشاری است و اگر مقدار مقاومت فشاری زیاد باشد این درصد کاهش خواهد یافت. عمدتا بدلیل درصد ناچیز مقاومت کششی بتن در محاسبات این گونه تصور می شود که این ماده هیچ مقاومتی در برابر کشش ندارد. علی رغم این مسئله با آگاهی از مقاومت کششی می توان مقدار باری که منجر به بروز و گسترش ترک می شود را تخمین زد. بارهایی که با ایجاد تنش های کششی امکان بروز ترک را فراهم می کنند عمدتا ناشی از جمع شدگی و آب رفتگی یا تغییرات دمایی هستند. اهمیت مقاومت کششی عموما در سازه های بتنی با ابعاد بالا مانند سدها است و در دیگر سازه ها صرفا در محاسبات مربوطه بکار گرفته می شود. لازم بذکر است سازه ها عموما در تحت تنش های کششی قرار نمی گیرند. 
 

مقاومت خمشی بتن

مقاومت خمشی عبارت است که توانایی بتن در تحمل بارهای جانبی که در راستای عرض قرار دارند. پس از مقاومت فشاری، مقاومت خمشی از متدوال ترین موارد در محاسبات سازه محسوب می شوند. سازه هایی مثل دال ها، لارده ها و تیرهای از جمله مواردی هستند که وفور تحت تاثیر تنش های خمشی قرار می گیرند. یک نمونه ی ساده از اعمال نیروی خمشی مربوط به یک تیرساده دو سرگیردار است که مرکز آن تحت بارگذاری قرار می گیرد. در چنین شرایطی الیاف تحتانی تحت تحت کشش و الیاف بالایی تحت فشار قرار می گیرند. در این شرایط بدلیل پایین بودن مقاومت کششی بتن نسبت به مقاومت فشاری این ماده احتمال بروز شکست در ناحیه ی تحتانی تیربتنی وجود دارد. برای افزایش مقاومت کششی می توان چند میله فولادی در بخش تحتانی تیر قرار داد تا با مسلح کردن بتن با استفاده از کاشت میلگرد مانع از آسیب دیدن آن شد.

 

مقاومت ۷ روزه بتن

بطور کلی مقاومت فشاری بتن ارتباط مستقیمی با سن بتن دارد در واقع هر چقدر سن بتن افزایش پیدا کند مقاومت فشاری نیز بیشتر می شود. مقاومت ۱ روزه ی بتن تقریبا ۱۶ درصد مقاومت نهایی است و این مقدار با روند افزایش زمان بیشتر می شود به گونه ای که مقاومت ۷ روزه ی بتن ۶۵ درصد مقاومت نهایی بتن خواهد بود و در نهایت مقاومت ۲۸ روزه ی بتن معادل ۹۹ درصد مقاومت واقعی آن خواهد شد و عموما منظور از مقاومت بتن همان مقاموت ۲۸ روزه ی آن است.
جدول زیر شکل کلی مقاومت بتن را نشان با گذر زمان نشان می دهد. این جدول تاثیر سن بتن بر مقاومت بتن را به خوبی نشان می دهد.

                                                                     جدول مقاومت بتن
سن بتن مقاومت بتن
۱ روز ۱۶ درصد
۳ روز ۴۰ درصد
۷ روز ۶۵ درصد
۱۴ روز ۹۰ درصد
۲۸ روز ۹۹ درصد

مقاومت بتن عیار ۳۵۰

در واقع هیچ ضوابط مشخصی مربوط به تاثیر عیار بتن بر مقاومت بتن وجود ندارد لذا برای بدست آوردن آن می توان از فرمول مقاومت بتن و عیار آن استفاده کرد که از رابطه ی زیر حاصل می شود.
Fc=(w/10)-9
در این فرمول Fc نشان دهنده ی مقاومت مشخصه ی بتن براساس آیین نامه ی بتن ایران (آبا) و نمونه های استوانه ای استاندارد بر حسب مگاپاسکال است. و w مقدار عیار سیمان بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب است. در این فرمول اگر مقاومت مشخصه ی بتن حدود ۲۵ مگا پاسکال باشد پس از جایگذاری آن می توان عیار سیمان را بدست آورد که چیزی حدود ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب می شود. لذا می توان گفت به طور تقریبی مقاومت بتن عیار ۳۵۰ برابر با ۲۵ مگاپاسکال است.
با استفاده از فرمول ذکر شده می توان مقاومت فشاری بتن را نیز بدست آورد که پس از جایگذاری عیار سیمان (۳۰۰ ، ۳۵۰ و ....) مقاومت بتن به ترتیب ۲۶ مگاپاسکال و ۳۱ مگاپاسکال خواهد شد. 
 
ارتباط مقاومت بتن و عیار 
علاوه بر فرمول ذکر شده در بالا برای بدست آوردن عیار سیمان می توان از یک روش دیگر هم استفاده کرد. برای اینکار در مرحله ی اول باید مقاومت نمونه مکعبی بتن بر حسب کیلوگرم بر سانتی مربع بدست آوریم و پس از آن حاصل را بعلاوه ی ۵۰ کنیم. برای نمونه عیار بتنی با مقاومت مشخصه ی ۲۵ مگاپاسکال برابر ۳۰=۲۵×۲/۱ در نتیجه مقاومت نمونه ی مکعبی ۳۰۰ می شود که پس از جمع با ۵۰ مقدار عیار برابر ۳۵۰ می شود. در نهایت لازم بذکر است تمام محاسبات مربوط به رابطه ی عیار سیمان و مقاومت بتن بصورت تقریبی و تجربی است و توصیه می شود تنها در صورت نیاز و یا برای چک کردن و تطبیق دادن اطلاعات موجود در نقشه با اطلاعات اجرایی و عملی به آنها استناد شود.