آزمایش خمش تیر بتن مسلح

آزمایش خمش بتن چیست؟

در آزمایش مقاومت خمشی بتن به صورت غیر‌مستقیم به ارزیابی مقاومت کششی بتن پرداخته می‌شود. این آزمایش، قابلیت تیر یا دال بتنی غیر مسلح را به لحاظ مقاومت در برابر شکست ناشی از خمش مورد ارزیابی قرار می‌دهد. نتایج آزمایش خمش بتن به صورت یک مدول گسیختگی بیان شده و با و واحد مگاپاسکال یا پوند بر اینچ مربع نشان داده می‌شود.

استاندارد آزمایش خمش بتن

• آزمایش سه بار نقطه‌ای ASTM C78 (+)
• آزمایش بار نقطه‌ای مرکزی (ASTM C293)

تصویر 1 – آزمایش بار نقطه ای مرکزی (ASTM C293)

تصویر 2 – آزمایش بارگذاری سه نقطه ای (ASTM C78)

مدول گسیختگی بتن چیست؟

مدول گسیختگی به‌ عنوان معیار مقاومت کششی تیرها یا دال‌های بتنی محسوب می‌شود. مقاومت خمشی میزان تنش و نیرو را در یک دال بتنی غیرمسلح، تیر یا سازه‌های دیگر که می‌توانند در برابر هرگونه شکست خمشی مقاومت کنند، شناسایی می‌کند. مدول گسیختگی حدود 10 تا 15 درصد مقاومت فشاری بتن است. این مدول تحت تأثیر نسبت‌های اختلاط، اندازه و مقدار سنگدانه درشت استفاده شده برای ساخت نمونه قرار دارد. در نهایت معادله‌ی زیر را می‌توان برای محاسبه مدول گسیختگی استفاده کرد، اما اگر این مدول در طراحی حائز اهمیت باشد باید این معادله را از طریق آزمایش تعیین کرد.

f_r = 7.5√f^‘_c

• fr = مدول گسیختگی
• f^’c = مقاومت فشاری بتن

مدول گسیختگی در آزمایش خمش بتن

مقدار مدول گسیختگی به دست آمده از آزمایش بار نقطه‌ای مرکزی، حدود 15 درصد از مدول گسیختگی به دست آمده از آزمایش با سه بار نقطه‌ای کوچکتر است. به علاوه مشاهدات نشان داده اند که هر چه نمونه‌های بتنی بزرگتر باشند؛ مدول گسیختگی کمتر خواهد بود.

کاربردهای آزمایش مقاومت خمشی بتن

• تعیین مطابقت با استانداردها
• این آزمایش یکی از ضروریات در طرح اختلاط بتن است.
• این آزمایش برای ارزیابی بتن در ساخت دال و روسازی ها استفاده می شود.

اندازه نمونه آزمایش خمش بتن

بر اساس استاندارد ASTM عرض برابر 150 میلی‌متر، عمق برابر 150 میلی‌متر و طول نمونه برابر حداقل سه برابر عمق نمونه است. استاندارد هند نیز اندازه‌های 150 میلی‌متر عرض در 150 میلی‌متر عمق و دهانه 750 میلی‌متر پیشنهاد داده است. همچنین این استاندارد بیان می‌کند در صورتی که حداکثر اندازه سنگدانه بزرگتر از 19 میلی‌متر نباشد می‌توان از اندازه 100 میلی‌متر عرض، 100 میلیمتر عمق و 500 میلیمتر دهانه استفاده کرد.

استاندارد بریتانیا سطح مقطع مربعی 100 میلی‌متری یا 150 میلی‌متری و دهانه چهار تا پنج برابر عمق نمونه را تعیین کرده است. با این وجود این استاندارد هم اندازه‌های 150 میلیمتر در 150 میلیمتر و دهانه 750 میلی‌متر را ترجیح می‌دهد.

وسایل آزمایش خمش بتن

• قالب فولادی یا آهنی یا قالبی از جنس هر ماده غیر جاذب دیگر با اندازه ی 150 میلی‌متر در 150 میلی‌متر در 750 میلی‌متر
• دو میله بزرگ (با قطر 16 میلی‌متر و طول 600 میلی‌متر) و یک میله کوچک (10 میلی‌متر قطر و 300 میلی‌متر طول) مطابق با ASTM جهت ضربه زدن
• ماشین آزمایش که قادر به اعمال بارها به صورت یکنواخت و بدون وقفه باشد.
• بیلچه
• ماله
• ترازو با دقت 1 گرم
• مخلوط کن برقی بتن
• میز ویبره در صورتی که از ویبره برای متراکم کردن بتن در قالب ها استفاده شود.

آماده سازی نمونه بتنی

• نسبت‌های مصالح شامل سیمان، ماسه، سنگدانه و آب را تعیین کنید.
• مصالح را با استفاده از دست یا با استفاده از مخلوط کن مناسب مخلوط کنید.
• اسلامپ هر نمونه از بتن را بعد از مخلوط کردن اندازه بگیرید.
• قالب ها را روی سطح افقی قرار داده و سطح داخلی را با ماده مناسب روغن کاری کنید. توجه داشته باشید که از روغن کاری بیش از حد اجتناب کنید.
• بتن تازه را در سه لایه داخل قالب بریزید.
• هر لایه را با میله ی 16 میلی متری و با 25 ضربه متراکم کنید یا کل قالب را در یک مرحله پرکرده و آن را با استفاده از میز ویبره متراکم کنید.
• بتن اضافی را از بالای قالب برداشته و بدون اعمال فشار آن را صاف کنید.
• روی نمونه ها را بپوشانید و آن ها را در دمای اتاق به مدت 24 ساعت نگهداری کنید.
• قالب ها را برداشته و نمونه ها را در دمای 2 ± 23 درجه ی سانتی گراد و رطوبت عمل آوری کنید.
• سن آزمایش 14 و 28 روز است و سه نمونه از هر سن باید آماده شود (طبق استاندارد هندی، نمونه در آب با دمای 24 تا 30 درجه سلسیوس به مدت 48 ساعت انبار شده و سپس آزمایش می شود).

فرایند آزمایش

1. آزمایش خمش بتن باید بر روی نمونه بلافاصله بعد از خارج شدن از شرایط عمل آوری انجام داد تا از خشک شدن سطح نمونه که مقاومت خمشی را کاهش می دهد جلوگیری شود.
2. نمونه را در نقاط بارگذاری قرار دهید.
3. سطح پرداخت شده با دست نباید در تماس با نقاط بارگذاری باشد.
4. سیستم بارگذاری را نسبت به نیروی وارده در مرکز قرار دهید. بلوک های اعمال کننده نیرو را در نقاط بارگذاری با سطح نمونه تماس دهید. مقادیر بارهای اعمالی باید بین 2 تا 6 درصد بار نهایی باشند.
5. از فیلر گیج‌های 0.1 میلی‎متر و 0.38 میلی‎متر استفاده کنید تا مشخص شود که آیا فاصله ی بین نمونه و محل اعمال بار یا فاصله نمونه تا بلوک‌های تکیه گاهی بزرگتر یا کوچکتر از فاصله گیج‌ها در فاصله 25 میلی‌متر است یا خیر.
6. هر فاصله بیش از 10 میلی‌متر که شامل ضخامت 6.4 میلی‌متر و طول 25 تا 50 میلی متر است را با استفاده از درزگیرهای چرمی از بین برده و این کار را برای تمام عرض نمونه انجام دهید.
7. برای حذف فاصله های بیش از 0.38 میلی‌متر باید از اندودکاری استفاده کرد.
8. نمونه را بدون شوک و به صورت پیوسته تا نقطه شکست با نرخ ثابت بارگذاری کنید. (استاندارد هند نرخ بارگذاری 400 کیلوگرم در دقیقه برای نمونه 150 میلی‌متری و 180 کیلوگرم بر دقیقه برای نمونه ی 100 میلی‌متری را پیشنهاد می‌کنند. نرخ افزایش تنش 0.04±0.06 نیوتون بر میلی‌متر مربع نیز بر اساس استاندارد بریتانیایی پیشنهاد شده است.

نرخ بارگذاری طبق استاندارد ASTM را می‌توان با معادله زیر به دست آورد.

r = Sbd²/L

در نهایت سطح مقطع نمونه ی آزمایش شده در هر انتها و مرکز را اندازه گرفته و ارتفاع و عرض میانگین را محاسبه می‌کنیم.

محاسبه ی مدول شکست

فرمول زیر برای تخمین مدول شکست استفاده می شود.

MR = 3PL/2bd²

• MR مدول شکست
• P بار اعمالی نهایی نشان داده شده در ماشین آزمایش
• L طول دهانه
• b عرض میانگین نمونه در شکست
• q عمق میانگین نمونه در شکست

در ادامه فیلمی را برای شما در نظر گرفتیم که که رفتار تیر بتنی به خوبی در مقابل خمش در شرایط ازمایشگاهی نشان می‌دهد.

منبع: نوشتاری از theconstructor با ترجمه علی اکبر خلیلی، از مقالات تحلیلی ترجمه شده توسط گروه آموزشی 808