تاثیر سرعت بارگذاری بر روی مقاومت فشاری بتن

بتن یکی از پرکاربردترین مصالح موجود در صنعت ساخت و ساز است که سهولت در ساخت و فراوانی مصالح در حجم بالا منجر به استفاده روز افزون از این مصالح شده است، این مصالح علی رغم عملکرد بسیار مطلوب در برابر نیروهای فشاری دارای عملکرد ضعیفی در برابر نیروهای کششی و خمشی اسعت. امروزه به منظور برطرف کردن این ضعف و نیز ارتقای این کمیت اقدام به مسلح کردن این اجزای توسط میلگردها، کامپوزیت ها، الیاف ها و پلیمرها می شود.
مقاومت فشاری بتن عبارت است از حداکثر مقاومت اندازه گیری شده بتن در برابر بارهای محوری میباشد که معمولاً این پارامتر در نمونه های 28 روزه اندازه گیری میشود ایده ال مد نظر سال 1404 افزایش مقاومت متوسط فشاری و دوام بتن های بکار برده شده در سازه های بتنی می باشد که تاکنون مطالعات فراوانی به منظور ارتقای خصوصیات مکانیکی بتن و شناخت دقیق رفتار آن انجام  شده است،
چرا که تمامی مشخصات فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی مصالح بکار برده شده، طرح اختلاط و نحوه ی اختلاط، مدت زمان ونحوه ی عمل آوری، شرایط محیطی در عملکرد بتن تاثیر بسزایی دارد؛ که در ادامه اقدام به بررسی برخی از عوامل شده است.
یکی از اصلی ترین عوامل در افزایش مقاومت فشاری نسبت آب به سیمان می باشد که هر چه کمیت عددی این پارامتر در بتن افزایش یابد مقاومت فشاری بتن بدلیل افزایش خاصیت موئینگی و ایجاد میکروترک ها و حفراتی در نمونه ی بتنی، کاهش می یابد
از سوی دیگر وجود این حفرات باعث می شود، زمانی که واکنش هیدراتاسیون در سطح ذرات سیمان شروع می شود، فرآورده های ژل مانند هیدراتاسیون در آب به دور از سطح ذرات سیمان رسوب می کنند که با وجود یک فضای بزرگ برای فرآورده های خارجی هیدراتا سیون، فرآوردههای خارجی هیدراتا سیون ابعاد بزرگی دارند
 . از قانون اثر اندازه میدانیم که ذرات بزرگتر مقاومت پایین تری در مقایسه با ذرات با اندازه کوچکتر دارند . به طور کلی روند اختلال در پروسه ی هیدراتاسیون در بتن های که رطوبت نسبی آنها کمتر از 80 درصد و یا دمای بتن به زیر نقطه ی انجماد میرسد کسب مقاومت بتن به طور کامل متوقف می شود
 گیرش بتن الزاماً بدلیل ترکیب سیمان و آب و ایجاد پدیده ی بنام هیدراتاسیون بوده که منجر به گیرش و سخت شدگی بتن می شود سیمان های مختلف دارای سرعت واکنش زایی مختلفی هستند که این امر منجر به کسب روند مقاومتی بتن می شود به گونه ی که روند کسب مقاومت سیمان تیپ III نسبت به سایر سیمان ها بیشتر است. همچنین سیمان های که دارای مقادیر بیشتری C3𝑆 و C2𝑆  هستند دارای مقاومت3, 7 , 28 روزه بیشتری خواهند بود
. استفاده از سرعت اموات التراسونیک روش دیگری به منظور بررسعی نوع سیمان مصرفی در تعیین زمان گیرش بتن می باشد به گونه ای که سرعت عبور اموات در بتن های حاوی سیمان تیپ II بیشتر از سیمان های پوزولانی بوده که این افزایش سرعت اموات به دلیل تراکم بیشتر بتن می باشد. همچنین در بتن های با نسبت آب به سیمان بالا سرعت اموات کمتر از بتن های با نسبت آب به سیمان پایین می باشد، که نشان از اختلاف مقاومت بتن میباشد . مقاومت نهایی بتن های تولید شده با سنگدانه شکسته بیشتر از بتن های حاوی سنگدانه ی گردگوشه بوده و در دو طرح اختلاط با مشخصات مصالح مصرفی یکسان، بتنی که حاوی سنگدانه ها با قطر بیشتر هستند دارای مقاومت نهایی بیشتری هستند. امروزه بتن های دارای مواد افزودنی سهم وسیعی از بتن های تولید شده را به خود اختصاص داده اند که هر کدام از این مواد تاثیر بسیار چشمگیری در مقاومت نهایی بتن ایجاد می کند
کاهش نسبت آب به سیمان همواره منجر به افزایش مقاومت فشاری بتن می شود این کاهش نسبت آب به سیمان یا ا ز طریق تقلیل میزان آب مصرفی یا افزایش سیمان مصرفی و یا با استفاده از مواد روان کننده و مکمل های بتنی انجام می شود، ایندر حالی  است که استفاده از مواد افزودنی که بر پایه روان سازها می با شند با حفظ کارایی منجر به تقلیل نسبت آب به سیمان میشود و  از دیگر مواد پرکاربرد در بتن، الیاف ها میب اشند، که به دوسته ی الیاف های ماکرو و میکرو تقسیم می شوند که تاثیر بسیار چشمگیری در خصوصیات مکانیکی بتن دارد
به طور کلی عمل آوری بتن توسط آب و بخارآب انجام می شود که عمل آوری با بخارآب منجر به کسب مقاومت نهایی زودرس بتن می شود، در بحث عمل آوری بتن توسط آب یکی از اصلی ترین عوامل دمای آب می با شد که مناسب ترین دما برای عمل آوری 20 درجه ی سانتی گراد میبا شد.
 یکی دیگر از عوامل تعیین کننده در کمیت عددی مقاومت  فشاری بتن ، سرعت بارگذاری می با شد که در این تحقیق به  بررسی این پارامتر پرداخته شده است.

مواد و روش

ساخت نمونه ها
همانطور که اشاره شد هدف از این تحقیق بررسی میزان سرعت بارگذاری بر روی مقاومت فشاری بتن میباشد، برای این منظور براساس استاندارد  ASTM C39 اقدام به تهیه ی 14 نمونه ی بتنی شد، مقدار ضریب هم ارز ماسه ای  SE  مطابق استاندارد ASTM D2419-95  برابر 0.89 ، ضریب نرمی ماسه برابر 26% و درصد شکستگی مطابق با استاندارد ASTM D5821  برای مصالح با سایز 8-16 و 16- 36 میلی متر به ترتیب برابر 88 % و 85  % می باشد .
کلیه ی مصالح بکار برده شده از نوع شکسته بوده که قبل از استفاده کاملاً شسته و در هنگام تهیه ی بتن کلیه ی سنگدانه ها دارای وضعیت اشباع با سطح خشک ( S.S.D ) می باشند. سیمان مصرفی، سیمان تیپ II کارخانه سیمان دورود و مطابق با استاندارد ASTM C150  می باشد .
عمل آوری نمونه ها

بهترین درجه حرارت جهت عمل آوری بتن دمای 20 درجهی سانتیگراد میباشد  که در این بررسی کلیه ی نمونه های مکعبی به ابعاد 10*10*10سانت یمتر به مدت 28 روز درون حوضچه های آب در دمای 20 درجه ی سانتیگراد عمل آوری شده که به منظورکنترل دمای آب هر روز اقدام به ثبت دمای آب در سطح نمونه های بتنی شده است که در کلیه ی موارد دمای سطح آب همواره در رنج 2 ±   20درجه ی سانتیگراد قرار داشته است.

تست نمونه های بتنی

سرعت بارگذاری بتن همواره بر روی مقاومت فشاری بتن تاثیرگذار می باشد به گونه ی که با افزایش سرعت بارگذاری کمیت عددی مربوط به مقاومت فشاری نیز افزایش می یابد  این اختلاف به دلیل بروز پدیده ی خستگی در بتن میباشد، به طور کلی وقتی در بتن مدت زمان بارگذاری برای اعمال یک بار ثابت افزایش یابد میزان خستگی در بتن محسوس تر میباشد.
به ترتیب نتایج مربوط به نرخ بارگذاری و تست نمونه های بتنی مشاهده میشود، که دارای بازدهی بارگذاری گسترده ای می باشد تا به این واسطه تاثیر مقاومت بتن در سرعت های بارگذاری بالا و پایین به خوبی مشخص شود.

نتایج
اسلامپ
به منظور تعیین کارایی بتن تازه اقدام به انجام آزمایش اسلامپ شد که مقدار عددی آن برابر با 11 سانتیمتر میباشد.

وزن
همواره ارتباط مستقیم بین وزن مخصو بتن های معمولی  و بتنهای الیافی با مقاومت فشاری بتن وجود دارد دارد، از سوی دیگر بین انرژی تراکم و وزن مخصو بتن هم ارتباط وجود دارد که میتوان نتیجه گرفت که انرژی تراکمی بر روی مقاومت بتن تاثیر گذار ا ست
ماکزیمم اختلاف بین وزن نمونه ها با متوسط وزن نمونه ها برابر 26 گرم بوده که کمیت عددی این مقدار اختلاف بسیار ناچیز بوده که تقریباً میتوان از آن چشم پوشی کرد.


مقاومت فشاری و مدت زمان شکست نمونه

ارتباط مستقیم بین میزان سرعت بارگذاری با افزایش میزان مقاومت فشاری و مدت زمان شکست نمونه ها می باشد این روند افزایش مقاومت زمانی که نرخ بارگذاری به مقدار 1.4 مگاپاسگال بر ثانیه می رسد به طور چشمگیری افزایش می یابد. در نمونه های که سرعت بارگذاری از مرز 3 مگاپاسگال بر ثانیه تجاوز میکند میزان تغییر در پارامتر مقاومت فشاری تقریباً یکنواخت میباشد این در حالی است که با افزایش سرعت بارگذاری همواره مدت زمان شکست نمونه ها کاهش می یابد.
همانطور که در شکل مشاهده می شود حداکثر میزان افزایش مقاومت   فشاری در نرخ بارگذاری 3.35 مگاپاسگال بر ثانیه رخ میدهد که این میزان افزایش مقاومت فشاری نسبت به نمونه ی اول با نرخ بارگذاری 0.1 مگاپاسگال برثانیه برابر 14.27 % می باشد این در حالی است که مدت زمان شکست این نمونه برابر6.44 % نسبت به نمونه ی اول میباشد.

نتیجه گیری
وزن بتن ارتباط   مستقیمی با انرژی مورد نیاز جهت تراکم و مقاومت فشاری دارد به گونه ای که با کاهش وزن مخصوص بتن و انرژی مورد نیاز جهت تراکم بتن، مقاومت فشاری کاهش می یابد
. در این بررسی با توجه به یکسان بودن طرح اختلاط، شرایط ساخت، مدت زمان و نحوه ی عمل آوری و نیز وزن نمونه های بتنی، تنها عامل تاثیرگذار در مقاومت فشاری و مدت زمان شکست نمونه های بتنی سرعت بارگذاری می باشد، که در ادامه برخی از این نتایج آورده شده است.


-1 مقاومت فشاری بتن و مدت زمان شکست بتن ارتباط معکوسی با هم دارند.
-2 با افزایش سرعت بارگذاری مقاومت فشاری افزایش و مدت زمان شکست بتن به طور محسوسی کاهش می یابد.
-3 دلیل بروز مقاومت پایین در نمونه های بتنی در سرعت های بارگذاری پایین وقوع پدیده ی خستگی در بتن می باشد.
-4 در میان بازه ی بارگذاری 0-1 تا 4.325 مگاپاسکال بر ثانیه ماکزیمم مقاومت بدست آمده در نرخ بارگذاری 3.35 مگاپاسکال بر ثانیه می باشد.
-5 روند افزایش مقاومت  فشاری برای بتن های با نرخ بارگذاری بالاتر از 3.35 مگاپاسگال بر ثانیه یکنواخت نیست، این عدم یکنواختی در روند افزایش بدلیل سرعت خیلی بالای بارگذاری میباشد.

بتن سخت صنعتی / بتن منقش / بتن اکسپوز / بتن استامپی