میزان توانایی و بازدارندگی بتن در برابر تغییر را مقاومت بتن می نامند که نقش بسزایی در میزان استحکام و دوام ساختمان دارد. این ویژگی یکی از مهمترین خاصیت ها ی بتن می باشد که به هنگام طراحی مورد بررسی مهندسین عمران و کنترل کیفیت قرار می گیرد. مقاومت بتن از این جهت اهمیت دارد که اندازه مشخصی داشته و در آزمایشگاه به آسانی قابل اندازه گیری می باشد. علاوه بر این با دانستن اندازه مقاومت بتن می توان به دیگر ویژگی های مهم بتن مانند میزان نفوذپذیری آن و مقاومت در برابر عوامل بیرونی مانند هوا و ساییدگی و …. پی برد.
مقاومت بتن چیست؟
مقاومت بتن (Concrete Strength)، یکی از پارامترهای اصلی برای ارزیابی کیفیت بتن می باشد که به توانایی بتن در تحمل بارگذاری‌های فشاری، کششی، خمشی، برشی و غیره گفته می شود. کیفیت بتن تا حد زیادی بر اساس مقاومت آن قضاوت می شود و نقش مهمی در ساخت و ساز دارد. از این رو، تهیه بتن با کیفیت بالا برای انجام هر کاری ضروری است. جدای از انتخاب سیمان با کیفیت، انتخاب نوع بتن مناسب برای پروژه نیز ضروری است، زیرا هر عیار بتن دارای مقاومت متفاوتی است که بر دوام و کیفیت پروژه تاثیر می گذارد به عنوان مثال بتن C10 دارای مقاومت 10 نیوتن است. این انعطاف پذیرترین مخلوط بتن است که توسط شرکت های ساختمانی برای انجام کارهای عمومی مسکن مانند کف خانه و زهکشی استفاده می شود. به طور کلی بتن‌های قوی‌تر، سفت‌تر، آب‌بندتر و مقاوم‌تر در برابر هوا و غیره هستند.
نکته: تعیین میزان مقاومت بتن برای بررسی نیاز یا عدم نیاز به عملیات ترمیم بتن و پیشگیری از تخریب بتن ضروری می باشد.
نکته: مقاومت بتن ارتباط مستقیمی با میزان ساختار بتن و تخلخل آن دارد.
اهمیت مقاومت بتن
در کنترل کیفیت بتن، مقاومت یکی از ویژگی های مهمی است که معمولا میزان آن تعیین می گردد. زیرا بتن باید بارهای وارد بر سازه را تحمل کرده و آنها را بدون ایجاد آسیب در ساختمان، به زمین انتقال دهد. بنابراین پر واضح است که باید از نظر کنترل کیفی قبل از استفاده کاملاً تحت نظر قرار بگیرد تا میزان ظرفیت قابل قبول تحمل نیروهای مختلف به خصوص نیروی فشاری را داشته باشد. همچنین با انجام آزمایش و اندازه گیری مقاومت بتن می توان به بسیاری از خواص بتن مانند مدول ارتجاعی، ضد آب بودن، نفوذ ناپذیری و … پی برد. توجه داشته باشید که مقاومت با دوام و پایایی بتن تفاوت دارد.
انواع مقاومت بتن
مقاومت بتن در انواع مختلف مقاومت فشاری، کششی، خمشی و برشی تقسیم بندی می شوند که البته سه نوع مقاومت فشاری ،خمشی و کششی از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.
1. مقاومت فشاری بتن
نشان دهنده ی مقاومت بتن در برابر نیروی وزن است که در طراحی سازه، به عنوان معیار ارزیابی کیفیت کلی بتن و توصیف ویژگی‌های دیگر آن مانند روانی و یکنواختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقاومت فشاری را در جدول مقاومت فشاری بتن با واحد مگاپاسکال (MPa) در سیستم SI و واحد پوند بر اینچ مربع (psi) در سیستم واحدهای اندازه‌گیری آمریکایی نمایش می دهند و برای محاسبه مقاومت بتن در تست مقاومت فشاری بتن، نمونه های بتنی تهیه شده و تحت نیروی فشاری قرار می گیرند. نکته مهم اینکه استحکام فشاری بتن با گذشت زمان افزایش می‌یابد. به این معنا که هرچه سن بتن بالاتر باشد، مقاومت فشاری آن نیز بیشتر خواهد بود. معمولا مقاومتی بین ۱۰ الی ۲۰ مگاپاسکال برای سازه های بتنی معمولی، برای سازه‌های استاندارد، مقاومت 25 تا 55 مگاپاسکال و مقاومتی بیش از ۶۰ مگاپاسکال برای سازه های حساس در نظر گرفته می شود.
جدول مقاومت فشاری بتن
2. مقاومت کششی بتن
مقاومت کششی بتن مربوط به میزان توانایی بتن در تحمل بارهای محوری کششی می باشد. انتظار نمی رود که بتن به عنوان یک ماده شکننده در برابر نیروهای کششی مستقیم مقاومت کند. با این حال، کشش با توجه به ترک خوردن، که یک شکست کششی است، اهمیت دارد. از آنجاکه بتن دارای ساختار متخلخل و حاوی ترک ها ریز و سطحی است، هنگام اعمال بارگذاری کششی، مقدار ترک ها افزایش یافته و این گسترش تا زمان شکست ادامه پیدا می کند. بیشتر ترک ها به دلیل مهار انقباض ناشی از انقباض خشک شدن یا کاهش دما است. مقدار مقاومت کششی بتن بین 7 تا 11 درصد مقاومت فشاری متغیر است اما به طور متوسط 10 درصد مقاومت فشاری در نظر گرفته می شود. علاوه بر این مشاهده شده است که هر چه مقاومت فشاری بالاتر باشد، مقاومت کششی نسبی کمتر است.
حداکثر مقاومت کششی بتن در حدود 42.0 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است. برخی از محققان مشاهده کرده اند که نوع سنگدانه درشت اثر نسبی بیشتری بر مقاومت کششی نسبت به مقاومت فشاری دارد. به طور کلی برای کنترل کیفیت بتن، آزمایش کشش هرگز انجام نمی شود. اهمیت مقاومت کششی عموما در سازه های بتنی با ابعاد بالا مانند سدها است و در دیگر سازه ها صرفا در محاسبات مربوطه به کار گرفته می شود.
نکته: آیا می دانید الیاف تقویت کننده داخل مخلوط بتن نقش مهمی در افزایش مقاومت کششی و فشاری بتن ایفا می کند. ( مزایا و معایب بتن الیافی )
3. مقاومت خمشی بتن
مقدار مقاومت بتن در برابر خم شدن قبل از شکستن یا ترک خوردن را مقاومت خمشی بتن می نامند. آزمایش مقاومت خمشی بتن برای بررسی ترک، عواقب انقباض و جمع شدگی بتن از اهمیت زیادی برخوردار است. این آزمایش، قابلیت تیر یا دال بتنی غیر مسلح را به لحاظ مقاومت در برابر شکست ناشی از خمش مورد ارزیابی قرار می دهد. نتایج آزمایش مقاومت خمشی بتن به صورت یک مدول گسیختگی بیان می شود و با MR و واحد مگاپاسکال یا پوند بر اینچ مربع نشان داده می شود.
مقاومت خمشی بعد از مقاومت فشاری از رایج ترین ترین موارد در محاسبات سازه به حساب می آید. سازه هایی مثل دال ها، لارده ها و تیرهای از جمله مواردی هستند که وفور تحت تاثیر تنش های خمشی قرار می گیرند.
| این مطلب را نیز از دست ندهید: فرق بین بتن و بتن آرمه چیست؟ |
مقاومت بتن به چه عواملی بستگی دارد؟
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. مقاومت و کارایی هر دو از عوامل غالب در ساخت بتن هستند. استحکام را می توان با افزایش محتوای سیمان افزایش داد اما این در واقع کارایی را کاهش می دهد. علاوه بر این، محتوای آب را می توان برای کارایی بهتر افزایش داد، اما این بر مقاومت تأثیر می گذارد. از این رو، تعادل کامل باید هم برای مقاومت و هم برای کارایی حفظ شود. از این گذشته، علاوه بر محتوای سیمان و آب، عوامل دیگری مانند تراکم، سرعت عمل آوری بتن، اندازه سنگدانه ها، مواد افزودنی، اندازه و اشکال نمونه مورد نظر و … در مقاومت بتن نقش بسزایی دارند که در ادامه به آنها می پردازیم:
1. تاثیرکیفیت مواد اولیه در مقاومت بتن
سیمان: در صورتی که سیمان با استاندارد مناسب مطابقت داشته باشد و به درستی (یعنی در شرایط خشک) نگهداری شده باشد، برای استفاده در بتن مناسب است. نوع سیمان بسته به ترکیب شیمیایی تا حد زیادی بر رشد مقاومت در بتن تأثیر می گذارد. درصد C3S در بتن، مسئول توسعه مقاومت بالاتر تا 28 روز است، در حالی که C2S به توسعه مقاومت بعد از 28 روز کمک می کند. وجود بیشتر قلیاها در سیمان نیز تا حد زیادی بر مقاومت بتن پس از 28 روز تأثیر می گذارد. هرچه مقدار قلیاهای موجود بیشتر باشد، افزایش قدرت کاهش می یابد. همچنین هر چه سیمان ریزتر باشد، بتن سریعتر و بیشتر مقاوم می یابد.
سنگدانه ها: سختی و مقاومت سنگدانه ها تاثیر آنچنانی بر روی مقاومت بتن ندارد اما در مقابل ابعاد و اندازه، شکل ظاهری، نوع بافت سطحی، دانه بندی و کانی های سنگدانه ها نقش تعیین کننده ای در مقاومت بتن ایفا می کند. وجود املاح (کلریدها و سولفات ها)، سیلت و خاک رس نیز باعث کاهش مقاومت بتن می شود.
آب: غالباً کیفیت آب با بند «..آب باید برای آشامیدن مناسب باشد..» پوشش داده می شود. این معیار اگرچه مطلق نیست ولی بسیار مهم است که کیفیت آبی که به منظور اختلاط در بتن مورد استفاده قرار می گیرد باید فاقد هرگونه ناخالصی باشد. زیرا آب دارای ناخالصی بر روی مقاومت بتن تاثیر گذاشته و در آینده می تواند منجر به ایجاد شوره در سطح بتن و خوردگی میلگرد می شود. اما در کل ایجاد ناخالصی در آب اختلاط، از عوامل مهم و تاثیر گذار مقاومت بتن به شمار نمی آید و همین که تمام ویژگی های آب آشامیدنی را دارا باشد، کفایت می کند.
نکته: 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. آیا می دانید زمان گیرش اولیه بتن چقدر است؟
2. تاثیر نسبت آب به سیمان در مقاومت بتن
مقاومت نهایی بتن شدیداً تحت تأثیر نسبت آب به سیمان قرار می گیرد به این صورت که هر چه نسبت آب به سیمان بیشتر باشد، فاصله اولیه بین دانه های سیمان بیشتر و حجم سیمان بیشتر می شود. فضای خالی باقیمانده که با محصولات هیدراتاسیون پر نمی شود و همین موضوع، باعث تشکیل بتن با ساختار متخلخل می‌شود.
همچنین اگر نسبت آب به سیمان کاهش یابد، کارایی بتن کاهش می یابد. نسبت سیمان آب کمتر به معنای آب کمتر یا سیمان بیشتر و کارایی کمتر است. اما اگر کارایی خیلی کم شود، فشرده سازی بتن دشوار می شود و مقاومت کاهش می یابد. در شرایط محیطی ثابت، با ترکیبات مشخص و در هر سنی، مقاومت بتن تنها به نسبت آب به سیمان با امکان تراکم کامل (کارایی مشخص) بستگی دارد.
3. تاثیر سنگدانه بر مقاومت بتن
اگر نسبت ریزدانه ها نسبت به سنگدانه درشت افزایش یابد، سطح کلی سنگدانه افزایش یافته و به آب بیشتری نیاز است و درنتیجه نسبت سیمان آب نیز افزایش می یابد. از آنجایی که نسبت آب سیمان افزایش یافته است، مقاومت فشاری کاهش پیدا می کند. بنابراین هر چه نسبت ذرات درشت به ریز بیشتر باشد، مقاومت بتن بیشتر خواهد بود.
اصولاً بتن ساخته شده با سنگدانه های شکسته به دلیل امکان تراکم بهتر سنگدانه ها با یکدیگر و ایجاد اصطکاک بیشتر بین آنها از مقاومت بیشتری برخوردار خواهد بود. به همین دلیل استفاده از سنگدانه های شکسته در مواردی که مقاومت بسیار بالا مورد نظر است توصیه می شود. همچنین سنگدانه های پولکی و کشیده باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می شود و این امر را می توان به اتصال ناکافی سنگدانه های پولکی با ملات سیمان، شکل نامطلوب و مقاومت کمتر آنها نسبت داد.
4. تاثیر مواد افزودنی بر مقاومت بتن
افزودنی های به کار رفته در طرح اختلاط بتن نیز از عواملی هستند که با توجه به عملکرد خود می توانند بر مقاومت بتن تاثیر داشته باشند. به عنوان مثال برخی از افزودنی های معدنی بتن مثل میکروسیلیس باعث افزایش مقاومت، افزودنی های فوق روان کننده به علت کاهش نسبت آب به سیمان، تراکم بهتر و توزیع یکنواخت سیمان باعث افزایش مقاومت بتن می گردند. مواد افزودنی دیرگیر کننده و زودگیر کننده بر روی افزایش مقاومت بتن تاثیرگذار هستند، ولی بیشتر آنها بر روی مقاومت نهایی بتن تأثیر قابل ملاحظه‌ای نخواهند داشت.
نکته: کاربرد پوزولانها و مواد مصنوعی با خاصیت سیمانی به عنوان مواد افزودنی در بتن به دلیل ملاحظات زیست محیطی و اقتصادی روز به روز در حال افزایش است. اگر این مواد به عنوان جایگزین سیمان مصرف شوند اغلب افزایش مقاومت را کند می‌کنند.
5. تاثیر رطوبت بر مقاومت بتن
از دیگر عوامل موثر بر مقاومت بتن، رطوبت است به طوری که اگر عمل آوری بتن را در دو محیط مختلف یکی مرطوب و دیگری بدون رطوبت با نسبت آب به سیمان یکسان انجام بدهیم، خواهیم دید که پس از 180 روز، مقاومت عمل آوری بتن در محیط مرطوب تقریباً 3 برابر مقاومت بتن در محیط معمولی است. تأثیر رطوبت محیط بر مقاومت بتن به گونه ای است که در محیط های بدون رطوبت علاوه بر اینکه بتن به میزان قابل توجهی خشک می شود، میزان هیدراتاسیون نیز کاهش یافته و مقاومت بتن کمتر از حد معمول خواهد بود.
نکته: سرعت کیورینگ بتن در هوای سرد بسیار کاهش یافته و حتی در مواردی صفر می‌شود.
6. تاثیر بلوغ و سن بر مقاومت بتن
بلوغ بتن یک روش شاخص و دقیق برای تعیین مقاومت بتن است و ارتباط مستقیمی با آن دارد. با گذشت زمان و شروع گیرش بتن، واکنش هیدراتاسیون با نرخ مشخصی تکمیل می‌شود و پیوند بین ذرات را تقویت می‌کند. از این‌رو، در اکثر موارد، سن بتن به عنوان یکی از معیارهای اصلی قضاوت در مورد مقاومت مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر چه سن بتن بیشتر باشد، مقاومت آن نیز (تا پیش از رسیدن به مقاومت نهایی) بیشتر خواهد بود. در تصویر زیر جدول مقاومت بتن در سنین مختلف مشاهده می کنید.
نکته: با توجه به جدول مقاومت هفت روزه بتن، 65 درصد است و بتن پس از 28 روز به 90 درصد مقاومت نهایی خود می‌رسد.
7.تاثیر تراکم بتن بر مقاومت بتن
تراکم بتن یا نحوه ی قرار گیری ذرات تشکیل دهنده ی بتن (سنگدانه و شن و ماسه) یکی دیگر از عوامل موثر در مقاومت بتن می باشد. بر این اساس هر گونه حفرات تشکیل شده ناشی از تراکم ناکافی در بین ذرات بتن منجر به کاهش مقاومت خواهد شد. اگر 10 درصد هوای حبس شده در بتن وجود داشته باشد، مقاومت در محدوده 30 تا 40 درصد کاهش می یابد.
8. تاثیر دما در مقاومت بتن
سرعت واکنش هیدراتاسیون و عمل آوری بتن به دما بستگی دارد. به این معنا که با افزایش دما، سرعت واکنش نیز افزایش می یابد. به این ترتیب با ثابت بودن پارامترهای دیگر، سرعت افزایش مقاومت بتن در دماهای بالا بیشتر می‌شود. با این حال، مقاومت نهایی بتن در دمای بالاتر کمتر خواهد بود، به این دلیل که ساختار فیزیکی خمیر سیمان سخت شده، نظم کمتری دارد و وقتی هیدراتاسیون با سرعت بیشتری انجام می شود، متخلخل تر می شود.
جدول مقاومت بتن
در جدول زیر مقاومت بتن و علائم اختصاری جدول مقاومت بتن در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان را مشاهده می کنید.
جدول عیار بتن و مقاومت فشاری برای مخلوط بتن اسمی
جدول عیار بتن و مقاومت فشاری برای مخلوط بتن اسمیدر مخلوط بتن اسمی، نسبت مواد از قبل تعریف شده است. این نوع نسبت‌های اختلاط به طور گسترده در اکثر پروژه‌های ساخت و ساز استفاده می‌شود؛ بنابراین نسبت از قبل محاسبه شده است. در زیر جدول در مورد نسبت اسمی مخلوط بتن آورده شده است.
نتیجه گیری
مقاومت بتن یکی از نیازهای سازه ای اصلی است که تعیین کننده ظرفیت بتن برای تحمل بارهای طراحی شده (وزن، نیرو و …) بدون شکستگی و حفظ پایداری و یکپارچگی سازه می باشد. مقاومت بتن خاصیتی است که عموماً در طراحی بتن و کنترل کیفیت مشخص می شود و مقاومت بتن فشاری، کششی، خمشی و برشی از انواع آن به شمار می آید. این مقاومت به عوامل گوناگونی مانند سیمان و آب، تراکم، سرعت عمل آوری، اندازه سنگدانه ها، مواد افزودنی، اندازه و اشکال نمونه مورد نظر و … بستگی دارد که در بالا به طور مفصل توضیح داده ایم.
بدون دیدگاه