مقدار تحمل فشار و مقاومت قالب بتن

هنگامی که نمونه‌ای تحت نیروی اعمال‌شده، افزایش طول پیدا کند، نیروی مورد نظر، از نوع است. اما اگر تحت نیروی فشاری، کاهش طول داشته باشد، به این حالت گفته می‌شود.از منظر اتمی، در حالت کشش، هر یک از مولکول‌ها یا تمایل دارند که از هم جدا شوند؛ در حالی که در فشار، آن‌ها به هم نزدیک‌تر می‌شوند. از آنجایی که همیشه اتم‌ها در جامدات سعی دارند که به یک حالت متعادل رسیده و با اتم‌های پیرامون خود فاصله مناسب داشته باشند، نیروهایی در کل ماده به‌وجود می‌آیند که در مقابل کشش و فشار مقاومت می‌کنند.

پدیدهٔ غالب در سطح اتمی، مشابه همین است. در مقیاس بزرگتر نیز ویژگی‌های مواد در کشش و فشار کاملاً مشابه هم هستند. تفاوت عمده بین این دو حالت بارگذاری، است که برای کشش (مثبت-افزایش طول) و فشار (منفی-کاهش طول) ثبت می‌شود. دیگر تفاوت عمده، در این است که در کشش، بدنه جسم مورد نظر تمایل به لاغر شدن و در فشار تمایل به افزایش قطر و دارد.

مقاومت فشاری

بنا به تعریف، مقاومت فشاری برابر است با مقدار فشاری تک محوری، هنگامی که المان مورد نظر کاملاً گسیخته می‌شود. میزان مقاومت فشاری، معمولاً به وسیله آزمایش فشار و به صورت تجربی به دست می‌آید. دستگاه آزمایش فشار، برای آزمایش کشش نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این تفاوت که به جای اعمال یک بار فشاری تک محوره، بار کششی تک محوره اعمال می‌شود. در آزمایش فشار، نمونه مورد آزمایش (معمولا استوانه‌ای شکل) کوتاه‌تر شده و چاق می‌شود. با استفاده از نتایج آزمایش، به شکل زیر رسم می‌شود:

مهندسی برای یک نمونه معمولی

بین تنش تئوری و تنش عملی تفاوت‌هایی وجود دارد. بنا به تعریف اولیه، تنش تک محوره عبارت است از:

کرنش تئوری نیز به این صورت تعریف شده‌است:

l= طول کنونی نمونه (متر) و l₀ = طول اولیه نمونه (متر)

F^* = مقدار نیرو، درست قبل از انهدام نمونه و l^* = درازای نمونه درست قبل از انهدام

تفاوت تنش تئوری با تنش عملی

پدیدهٔ بشکه‌ای‌شدن

تفاوت در مقدار نتایج آزمایش با تجربهٔ واقعی فشار، ممکن است از عوامل زیر ناشی شود:

• در فشار، نمونه مورد آزمایش، تمایل به پهن و چاق شدن دارد که این خود عاملی است برای افزایش سطح مقطع.
• در آزمایش فشار، نمونه از طرفین، مهار شده و محکم نگه داشته شده‌است. از این رو نیروی اصطکاکی پدید می‌آید که در مقابل چاق و پهن شدن نمونه مقاومت می‌کند. این بدین معنی است که بخشی از بار اعمال شده در طول آزمایش، باید صرف غلبه بر همین نیروی اصطکاک شود. نتایج حاصل از این آزمایش، مقداری از اندازهٔ واقعی مقاومت فشاری نمونه، متفاوت خواهد بود.

مقایسهٔ مقاومت فشاری و کششی

بتن، نمونه‌ای از ماده‌ای است که مقاومت فشاری بسیار بالایی نسبت به دارد. معمولاً مقاومت فشاری سرامیک‌ها نیز بیشتر از مقاومت کششی آن‌ها است. در مقابل، مواد کامپوزیتی، دارای مقاومت کششی بیشتری نسبت به مقاومت فشاری هستند. قالب بتن از این نمونه‌است.

واکنش‌های هیدراتاسیون سیمان

واکنش‌های اصلی میان سیلیکات‌های موجود در سیمان C₃S و C₂S با آب ( با علامت اختصاری H)، به صورت زیر انجام می‌گیرد:

۲C₃S + 6H ⟹ C – S – H + 3CH

۲C₂ S + 4H ⟹ C – S – H + CH

محصولات هیدراسیون بر اساس روابط فوق، هیدرات سیلیکات کلسیم C-S-H و هیدروکسید کلسیم CH هستند. هیدرات سیلیکات کلسیم C-S-H، ترکیبی سخت و با مقاومت بالاست؛ به طوری که مقاومت فشار بتن سخت شده، اساساً مرهون تشکیل C-S-H است. از طرفی هیدروکسید کلسیم CH، نیز ترکیبی نسبتاً مقاوم است (با مقاومت کمتر نسبت به C-S-H).

C₃Sدر کنار آب به سرعت وارد واکنش‌های شیمیایی شده و بتن را سخت می­کند؛ به طوری که عمده­ کسب مقاومت بتن در روزهای اولیه‌ی عمر خود، به دلیل ترکیب شیمیایی آب با C₃S است.

ویژگی‌های دی کلسیم سیلیکات C₂S با تری کلسیم سیلیکات C₃S یکسان نیست. C₂S به سرعت C₃S وارد واکنش نمی‌شود و پس از گذشت چند روز وارد واکنش می‌گردد. به عبارت دیگر، گیرش اولیه کمتری دارد. از این رو تعیین و پیش بینی مقاومت فشاری بتن در سنین ۷ روز به بعد، عمدتاً ناشی از واکنش دی کلسیم سولفات با آب است. سایر واکنش‌های هیدراسیون بین آب و آلومینات‌های موجود در ترکیبات سیمان C₃A و C₄AF، به صورت زیر انجام می‌گیرد:

C₃ A + 6H ⟹ C – A – H

C₄ AF + 7H ⟹ C – A – H + CFH

محصول هیدراتاسیون تری کلسیم آلومینات C₃A، هیدرات آلومینات کلسیم C-A-H است که بسیار سریع تولید شده و موجب گیرش آنی بتن ‏می‌شود. از این رو برای به تعویق انداختن این واکنش، سنگ گچ به کلینکر سیمان اضافه ‏می‌شود.

کُند شدن کسب مقاومت بتن

کُند بودن کسب مقاومت‌ بتن، ناشی از سلسله‌ای از عوامل متنوع است که معمولاً مربوط به ضعیف بودن مصالح بتن یا عملیات اجرایی آن می‌باشد. به منظور جلوگیری از کُند بودن جدی مقاومت‌، توجه به نکات زیر ضروری است:

• سنگدانه‌ها و آب مخلوط باید تمیز و عاری از مقادیر زیان‌آور نمک، روغن، اسیدها، موادآلی، قلیایی‌ها، فاضلاب و نمک‌های قلیایی باشند. وجود مقادیر بسیار کم از بعضی ناخالصی‌ها از جمله شکر، ممکن است تأخیر زیادی را در سرعت گیرش و کسب مقاومت‌ ایجاد نماید.
• اثرات مواد افزودنی کُندگیرکننده و تسریع‌کننده به منظور استفاده در بتن، باید مورد ارزیابی قرار گیرد. مقدار دقیق ماده افزودنی لازم جهت حصول نتایج مطلوب، باید معلوم شده و سپس در کلیه مخلوط‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
• نسبت‌های اختلاط صحیح باید در هر مخلوط به کار گرفته شود. دقت خاصی باید صورت گیرد تا از بکارگیری نوع سیمان مورد نظر و مقادیر درست مصالح اطمینان حاصل شود و از مصرف مقدار کم سیمان و مقدار زیاد آب اجتناب گردد.
• به منظور اجتناب از بروز مقاومت‌های پایین ناشی از مقادیر بسیار زیاد هوای عمدی، باید مقدار هوای هر مخلوط تعیین شود.
• بتن باید به طرز صحیح عمل‌آوری شود و این امر مستلزم وجود شرایط رطوبتی و حرارتی مناسب در مدت زمان لازم جهت حصول خواص مطلوب است. بتن تا زمانی که مقاومت لازم را کسب نکرده، نباید دچار یخ‌زدگی شود. تحت شرایط بتن‌ریزی در هوای سرد به منظور جلوگیری از اثرات کربناتاسیون سطحی، باید دقت نمود تا فضای پیرامون بتن که توسط هیترها گرم شده تهویه شود.
• آزمایش‌های مقاومت فشاری باید بر اساس استانداردهای ASTM انجام شود.

منابع: بوتیوب