آزمایشگاه تکنولوِژی بتن - سه مورد آزمایش

عنوان آزمایش : تعیین مقاومت فشاری نمونه بتن با طرح اختلاط مناسب

تاریخ آزمایش : 30/2/1388

مقدمه :

شناخت دانه بندي و تعيين دانه بندي مناسب در مورد کارهاي ساختماني، بخصوص در ساخت بتن حائز اهميت فراوان است زيرا در مقدار آب و سيمان و نسبت آنها هرچقدر هم دقت شود اگر داراي يک دانه بندي مناسب نباشد، مقاومت چنين بتني خوب نخواهد شد. از اين رو بر حسب نوع کار و مصالح سنگي مصرفي منحني هاي مختلفي براي دانه بندي مصالح ارائه شده است. با توجه به اين که درآيين نامه بتن ايران (آبا) براي رسم منحني دانه بندي مصالح جهت طرح اختلاط بتن، به منحني هايي اشاره شده است که از آيين نامه هاي ASTM , ACI الگوبرداري شده است. در نظر گرفتن اين مطلب که دانه بندي مصالح موجود در معادن شن و ماسه کشور اکثرا همخواني مناسبي با طرح هاي بتن موجود و مورد استفاده ندارد و بعضا براي ساخت محدوده دانه بندي مشخص شده در دستور العمل هاي موجود مانند ASTM , BS , ACI و … نياز به صرف هزينه گزاف مي باشد، که اين خود سبب افزايش قيمت بتن، يا کاهش مقاومت و يا افزايش عيار بتن مي شود. ارائه طرح اختلاط بتن، با مشخصات محدوده منحني دانه بندي مصالح موجود در کشور که منجر به ساخت بتن هايي با هزينه کم و کيفيت مناسب گردد. و بيانگر طرحي ملي که نتيجه تلاش و استعداد بومي کشور باشد از اهداف جامع اين طرح مي باشد. با رسم منحني هاي مختلف دانه بندي، يک محدوده ايده آل و مناسب براي اين نوع مصالح جهت طرح اختلاط بتن با مقاومت بالا ارائه شده است. براي اين کار يک برنامه آزمايشگاهي تنظيم شده است. و اين برنامه شامل آزمايشات متعدد فشاري براي طرح هاي مختلف اختلاط بتن با مقاومت بالا مي باشد.
در پايان نتايج به دست آمده بر اساس منحني پيشنهادي و منحني هاي آئين نامه ها با يکديگر مقايسه شده و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است. از مزاياي اين طرح مي توان به ايجاد محدوده اي ايده آل براي منحني دانه بندي ريزدانه که باعث افزايش توپري و کاهش يافتن خلل و فرج يا به اصطلاح کرموشدگي بتن مي شود اشاره کرد.

طرح اختلاط بتن تا حد ممکن بایستی بر اساس تجربه یا آزمایش روی مصالح مورد استفاده باشد. هنگامی که چنين اطلاعاتی در دسترس نیست روش پیشنهادی ACI می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. این روش یک روش محاسباتی توام با آزمایش می باشد که در آن مقادیر لازم آب ، سیمان ،شن و ماسه جهت ساخت یک متر مکعب بتن تخمین زده می شود. در صورت نبودن اطلاعات تجربی برای تخمین مقادیر مجهول از جداولی که بوسیله ACI ارئه شده استفاده می شود. پس از تعیین مقادیر وزنی اجزا بتن با انجام آزمایش، صحت طرح بررسی و در صورت لزوم اصلاحات مورد نیاز انجام می گیرد.

اطلاعات مورد نیاز از آزمايش هاي قبل :

1) نتایج آنالیز دانه بندی درشت دانه و ریز دانه

2) وزن واحد حجم توده ای درشت دانه ها در حالت متراکم( میله خورده)

3) چگالی و درصد رطوبت طبیعی درشت دانه و ریز دانه

4) چگالی سیمان.

اطلاعات فوق را باید با آزمایشهای مخصوصی به دست آورد که ما در ذیل به توضیح این آزمایش ها پرداخته ایم .

آزمایش شماره 1

نام آزمایش:آزمایش حداکثر مصالح مصرفی بتن

هدف:تعیین Dmax

وسایل آزمایش:

1.ترازو با دقت 10/1 گرم

2.سری الکهای بالاتر از نمره 10

3.ظرف توزیع نمونه ها

4.شِکِر

5.پمپ هوا

شرح آزمایش:

نمونه یک تا دو کیلوگرمی از شن کارگاه را انتخاب نموده و از سری الکهای استاندارد بالاتر از نمره 10 عبور میدهیم.

عمل عبور دادن نمونه ها مطابق با روش دانه بندی خاک است.

نمونه های مانده روی هر الک را وزن نموده و درصد های مانده را تعیین میکنیم .سه نمونه الک به ترتیب به نامهای الکهای d2,d1,d را از نمونه الکها جدا میکنیم که به ترتیب به قرار زیرند:

الک d : آخرین الکی که هیچ گونه مصالحی روی آن باقی نمانده باشد.یعنی بلافاصله قبل از الکی که مصالح روی آن باقی مانده است.

الک d1: شماره الکی که اولین سری مصالح روی آن باقی مانده باشد.

الک d 2 : شماره الکی که بلافاصله بعد از الک d1 واقع شده باشد،بعد از محاسبه درصدهای مانده در الک،درصد مانده الک d1 را جدا وآن را به X تعریف میکنیم و درصد مانده الک d 2 را جدا و به Y تعریف میکنیم،سپس به کمک رابطه زیر حداکثر مصالح تعریف میشود. Dmax=d1+[(d1-d2)].x/y

ترازو با دقت 10/1

آزمایش شماره 2

نام آزمایش:آزمایش تعیین وزن مخصوص ظاهری شن

هدف:تعیین وزن مخصوص ظاهری شن

وسایل آزمایش:

1.ظرف تعیین حجم(ظرفی که حجمش تعریف شده باشد)

2.ترازو برای وزن کردن با دقت 10/1

3.میله اسلامپ

شرح آزمایش:

بر حسب ظرفیت حجمی ظرفیت حجمی ظرف تعیین حجم و توزیع مصالح شن کارگاه را انتخاب میکنیم،سپس مصالح شنی را در سه لایه داخل ظرف ریخته و با ضربات متوالی به کمک میله

به کناره های ظرف،آن را داخل ظرف جاسازی میکنیم .با حرکت دورانی میله در سطح فوقانی ظرف مصالح اضافی شن را از روی ظرف جدا میکنیم.

با مشخص بودن حجم و وزن ظرف نمونه مورد نظر را وزن نموده و وزن ظرف را از آن کم میکنیم.

از طریق وزن شن موجود در ظرف به حجم ظرف وزن مخصوص فضایی بدست می آید.

بهتر است برای دقت در تعریف وزن مخصوص شن در شرایط فضایی سه بار عمل آزمایش را انجام دهیم.

آزمایش شماره 3

نام آزمایش:آزمایش مدول نرمی ماسه

(ادامه طرح اختلاط به روش ACI،ترکیب آزمایشگاهی مصالح بتن)

هدف:تعیین مقدار حجمی شن مصرفی بتن

وسایل آزمایش:

1.سری کامل الکهای تعیین مدول نرمی (4،8،16،30،50،100)

2.ترازو با دقت 10/1 گرم

3.شکر

4.ظرف اندازه گیری مصالح

5.پمپ،جهت تمیز کردن الکها

شرح آزمایش:

به میزان 1 تا 2 کیلوگرم از ماسه کارگاه را به صورت خشک انتخاب نموده و از سری الکهای مربوط به تعیین عدد مدول نرمی به شیوه الک کردن به مدت 10 دقیقه الک میکنیم .

سپس جرم مانده هر الک را مشخص نموده و به کمک جدول دانه بندی درصد های مانده برای هر الک را مشخص میکنیم.

از ستون مجموع درصد های تجمعی ، مجموع را از الک 4 تا الک 100 محاسبه میکنیم و سپس عدد مدول نرمی مشخص میشود.

معمولا در روش ACI این عدد بین 2.4 تا 3 قرار دارد در صورتی که مقدار پایین تر از عدد 2.4 باشد مقدار آن 2.4 و چنانچه بیش از 3 باشد 3 انتخاب میکنیم.وهمچنین در حد فاصل بین 2.4 و 3 باشد به کمک میانه یابی یا اینتر پولاسیون دد مدول نرمی را مشخص میکنیم ، در عدد مدول نرمی های بزرگ بر اساس حداکثر قطر مصالح شنی حجم کمتری از شن را خواهیم داشت و بر عکس.

یعنی هر چه میزان عدد مدول نرمی کوچک تر باشد مقدار حجمی شن مصرفی در 1 متر مکعب بتن بیشتر خواهد شد.

در ضمن در انتخاب الکها باید یک الک بزرگتر از 4 و یک الک کوچکتر از 100 اضافه شود،یعنی به ترتیب الک های 8/3 و 200

طبق آزمایش قبلی :

Dmax= know mm Md= know

G= know gr/cm³ﻻ

Slamp= know mm

بتن معمولی c=250 kg/cm² َ Fمقاومت 28 روزه

گامهای تعیین مصالح یک متر مکعب بتن تازه :

1.بر اساس Dmax و اسلامپ (بتن معمولی) : مقدار وزنی آب مصرفی یک متر مکعب بتن تعریف میشود.

از جدول 5 => ww= know kg وزن آب

2.بر اساس c َ Fو نوع بتن => نسبت وزنی آب به سیمان تعریف میشود.

از جدول 1 => ww/wc= know

3.بر اساس اطلاعات بند 1 و 2 مقدار وزنی سیمان در 1 متر مکعب بتن تعریف میشود.

به عنوان مثال :

200/wc=0.62=>wc=200/0.62 = 362.58 kg = 322 kg <= وزن سیمان

4.بر اساس مدول نرمی و حداکثر قطر مصالح به کمک جدول مقدار حجمی شن لازم در یک متر مکعب بتن مشخص میشود.

از جدول 2 => VG= know m³ حجم شن

5.بر اساس مقدار حجم شن وزن مخصوص آن وزن شن مصرفی بتن مشخص میشود.

به عنوان مثال :

G= WG/VG=1800 kg/ m³=WG/0.6 m³=>1800*0.6=1080 kg ﻻ<=وزن شن

6.براساس نوع بتن و قطر حداکثر مصالح مقدار وزنی بتن تازه در 1 متر مکعب تعریف می شود.

وزن بتن WB= know kg

7.بر اساس اطلاعات بند 1 الی 6 مقدار وزنی ماسه مشخص میشود.

WS=WB-(WC+WG+WW) وزن ماسه

* مقادیر عددی برای آزمایش در صفحات بعدی ذکر گردیده است .

حال نوبت به بدست آوردن نسبتهای طرح اختلاط میرسد :

1. سیمان تیپ 1

2. مقاومت مشخصه 30 Mpa ، از جدول 19-1 w/c برابر است با 55/.

3. Dmax = 40 mm و اسلامپ 50-30 از جدول 19-5 مقدار هوا = 1 درصد و وزن آب برابر است با 160 کیلو گرم

4. مقدار سیمان 0.55 / 160 برابر است با 291 کیلوگرم بر متر مکعب

5. Dmax = 40 mm و مدول نرمی ماسه 2.8 از جدول 19-10 درصد حجم درشت دانه برابر است با 0.17

وزن درشت دانه × درصد حجم درشت دانه = 1600× 0.71 = 1136 kg/m3

6. با توجه به Dmax = 40 mm از جدول 9-11 وزن بتن تازه بدون حباب هوا 2420 kg/m3

7. بدست آوردن وزن ریزدانه(ماسه)با روش وزنی

WS=WB-(WC+WG+WW) = 2420-1141-291-160 = 828 kg/m3

8. اصلاح مقادیر بدست آمده با توجه به SSD یا رطوبت

درشت دانه kg/m3 1171 = 1.026 × 1141 ٪ 2.6 = 0.4 – 3

ریز دانه kg/m3 881 = 1.064 × 828 ٪ 6.4 = 0.6 – 7

مقدار آب kg/m3 77 = (828 – 881 ) – ( 1141 – 1171 ) – 160

طرح اختلاط بدست آمده نهایی :

درشت دانه kg/m3 1171 ریز دانه kg/m3 881

مقدار آب kg/m3 77

سیمان kg/m3 291

برای نمونه آزمایش فوق در صورتی که مقدار درصد جذب آب را ناچیز فرض شود ، طرح اختلاط بصورت زیر میباشد :

درشت دانه بدون عوامل رطوبت kg/m3 1136

ریز دانه بدون عوامل رطوبت kg/m3 883

نمونه استوانه ای kg	نمونه مکعبی kg	مصالح
0.896	0.576	آب
1.639	1.048	سیمان
6.362	4.089	درشت دانه
4.665	2.999	ریز دانه

بعد از تعیین نسبت اختلاط بتن ، باید مراحا ذیل را انجام داد :

آماده سازي نمونه ها :

مصالح را با توجه به طرح اختلاط وزن کرده و آماده می کنیم . ابتدا مصالح دانه درشت را در مخلوط کن ریخته و کمی آب به آنها اضافه می کنیم . سپس مصالح دانه ریز را به مخلوط کن اضافه کرده و سیمان را نیز می افزاییم . تا رسیدن به حالت خمیری ، اجازه می دهیم تا دستگاه عمل مخلوط را انجام دهد .

پس از رسیدن به حالت نرمال بتنی عمل مخلوط کردن را متوقف کرده و بتن را در ظرف حامل بتن می ریزیم و به محل قالب گیری منتقل می کنیم .

حال بتن را در قالب های روغن کاری شده می ریزیم . بدین صورت که در سه نوبت و در هر نوبت با میله ی مخصوص 25 ضربه می زنیم . در حین عمل با کوبه ی مخصوص به بدنه ی قالب ضربه می زنیم تا خمیر بتن در قالب جا بگیرد و نمونه کرمو نشود .

پس از پر شدن قالب ها سطح آنها را با ماله ( کمچه ) مخصوص صاف کرده و قالب ها را در یک محل به مدت 24 ساعت نگه داری می کنیم .

بعد از گذشت این مدت ، قالب ها را به آرامی باز نموده و نمونه ها را در درون آب قرار می دهیم . پس هفت روز نمونه ها را از آب در آورده و سطح آنها را با پارچه خشک می کنیم . سپس ابعاد آنها را با کولیس و متر بنایی ، اندازه می گیریم .

آزمایش فشاری بتن :

این آزمایش متداول ترین آزمایشی است که در مورد کیفیت بتن ، از لحاظ مقاومت صورت می گیرد . در این آزمایش دو نمونه ی مکعبی شکل و دو نمونه استوانه ای با ابعاد مشخص داریم. این آزمایش توسط دستگاه آزمایش فشاری ( پرس ) انجام می گیرد که بار یکنواخت به نمونه وارد می شود و این عمل توسط دو فک سنگین صورت می گیرد . اساس کار این دستگاه به گونه ای است که فشار را به اندازه ای افزایش می دهد تا نمونه از هم گسیخته شود . و فشار ماکزیمم را به ما می دهد که بر حسب مگاپاسکال می باشد . این مقدار فشار ( نیروی ) ماکزیمم را یاد داشت کرده و به کمک نمودار مربوط به آزمایش فشاری آن را بر حسب کیلو نیوتن به دست می آوریم .

روش آزمایش :

دو سطح از نمونه های فشاری را به کمک سنگ ساو می ساییم تا صاف شوند . سپس یکی یکی زیر دستگاه آزمایش فشاری قرار داده و فک را بسته و محکم نموده و دستگاه را به کار می اندازیم. نتایج به دست آمده برای نمونه 7 روزه عبارتند از :

5 – ( قرائت گیج ×10000) = بارتصحیح شده بر حسب کیلو نیوتن

نوع نمونه

طول(ارتفاع)

عرض(قطر)

سطح مقطع

mm2

حجم نمونه

mm3

وزن نمونه

نيروي P به Mpa

نيروي P به

مقاومت فشاری

N/mm2

مقاومت معدل

N/mm2

استوانه

300

150

17662.5

5298750

-------

400000

22.65

160.21

مکعبی

150

22500

3375000

-------

670000

29.77

160.21

این مقاومت 7 روزه است و 56 % مقاومت حداکثر است. بنابراین مقاومت معدل حداکثر برابر 286.089 N/mm2 بدست می آید .

طبق طرح اختلاط ما باید حداقل مقاومت برابر N/mm2 بدست آید که ما بیشتر از حداقل مقاومت بدست آوردیم.

نتایج به دست آمده برای نمونه 14 روزه عبارتند از :

نوع نمونه

طول(ارتفاع)

عرض(قطر)

سطح مقطع

mm2

حجم نمونه

mm3

وزن نمونه

نيروي P به Mpa

نيروي P به

مقاومت فشاری

N/mm2

مقاومت معدل

N/mm2

استوانه

300

150

17662.5

5298750

-------

600000

33.97

38.33

مکعبی

150

22500

3375000

-------

960000

42.7

38.33

این مقاومت 14 روزه است و مقاومت حداکثر است. بنابراین مقاومت معدل حداکثر برابر N/mm2 بدست می آید .

طبق طرح اختلاط ما باید حداقل مقاومت برابر N/mm2 بدست آید که ما بیشتر از حداقل مقاومت بدست آوردیم.

آزمایشگاه تکنولوِژی بتن - سه مورد آزمایش

مطالب مشابه :

ارائه طرح اختلاط بتن با مشخصات ويژه براي استفاده در قالب هاي منقش طرح توسعه حرم حضرت معصومه (س)

طرح اختلاط بتن

اختلاط بتن آماده و بتن ريزی

بتن تازه

طرح اختلاط بتن

آزمایشگاه تکنولوِژی بتن - سه مورد آزمایش

بتن سبك ، طرح اختلاط و مسابقات دانشجويي

دونمونه از طرح اختلاط بتن خود متراکم