دانلود مقاله آزمایش دانه بندی سنگدانه ها

بخشی از مقاله

آزمايش دانه بندي سنگدانه ها

مقدمه:
يكي از عوامل موثر در مقاومت بتن (بطور غيرمستقيم)، رعايت ضوابط دانه بندي شن و ماسه است كه در طرح مخلوط بتن اهميت زيادي دارد. از نظر تئوري، دانه بندي خوب به قسمي است كه دانه هاي ريزتر فضاي خالي بين دانه هاي درشت تر را پر كنند و باعث تراكم هرچه بيشتر شن و ماسه در بتن شوند. تراكم بيشتر بتن باعث افزايش وزن مخصوص و همچنين مقاومت آن نسبت به نمونه مشابه مي شود. با مقاومت ثابت، بتن با دانه بندي بهتر احتياج به سيمان كمتري دارد و چون سيمان از مصالح نسبتاً گران است، لذا دانه بندي بهتر اقتصادي تر است.

دانه بندي يعني عمل تقسيم سنگدانه ها به بخش هاي مختلف ذرات هم اندازه و تعيين توزيع وزني آنها. در عمل هر بخش حاوي ذرات بين حدود اندازه ايي معين مي باشد كه اين حدود همان اندازه هاي چشمه هاي الك هاي استاندارد هستند. براي درك بهتر، اين توزيع با منحني نشان داده مي شود (منحني دانه بندي).
بايد متذكر شد كه هيچگونه منحني دانه بندي ايده آل وجود ندارد ولي هدف، حصول يك حد اعتدال است. سواي الزامات فيزيكي، جنبه هاي اقتصادي را هم نبايد فراموش نمود. بتن بايد با مصالحي ساخته شود كه بتوان آنها را با هزينه كم توليد نمود و بنابراين نمي توان هيچگونه محدوديت هاي بسيار باريكي را براي سنگدانه ها قايل شد. پيشنهاد شده است كه عوامل اصلي كنترل كننده دانه بندي مطلوب سنگدانه ها عبارتند از: مساحت سطح سنگدانه ها (تعيين كننده مقدار آب لازم براي تر نمودن تمامي مواد جامد). حجم نسبي اشغال شده بوسيله سنگدانه ها، كارايي بتن و تمايل به جداشدگي مواد از يكديگر.

مدول نرمي عدد منفردي است كه از نتايج آزمايش دانه بندي ماسه بدست مي آيد و برابر است با مجموع درصد هاي تجمعي مانده روي الك No.100 و الك هاي بالاي آن مستقيم بر صد. اين عدد نشان دهنده متوسط اندازه دانه هاي ماسه است، بطوريكه مدول نرمي كم نشان دهنده ريز دانه بودن ماسه و مدول نرمي زياد نشان دهنده درشت دانه بودن ماسه است. واضح است كه يك عدد متوسط نمي تواند معرف يك توزيع باشد، لذا مدول نرمي نمي تواند معرف منحني هاي دانه بندي مختلف باشد. از مدول نرمي در ارزيابي سنگدانه ها و بعضي روش هاي طرح اختلاط بتن استفاده مي شود.
استاندارد ASTM-C33 تصريح كرده است كه مدول نرمي ماسه مورد استفاده براي ساخت بتن بايد بين 3/2 تا 1/3 باشد.

مراحل آزمايش
1- از دپوي مصالح سنگي آزمايشگاه به ميزان gr4000 ماسه و يا gr 10000 شن خشك نمونه برداري نماييد. نمونه سنگدانه بايد نماينده كل توده سنگدانه باشد، در غير اينصورت نتايج آزمايش قابل استناد نخواهد بود. براي اينكار سعي كنيد نمونه سنگدانه ها از قسمت هاي مختلف دپو تهيه شده باشد.
2- نمونه را كاملاً مخلوط نموده و ميزان آن را به مقدار مناسبي (در حدود gr 1000 براي ماسه و gr 2500 براي شن) براي انجام آزمايش كاهش دهيد. براي اينكار از روشي موسوم به روش كوارتر يا روش چهار – دو استفاده كنيد. نمونه سنگدانه ها را بر روي يك سطح صاف پخش كنيد. با وسيله مناسبي آن را به چهار قسمت تقريباً مساوي تقسيم نماييد. دو قسمت از اين چهار قسمت را كه بصورت ضربدري مقابل يكديگر هستند انتخاب نموده و بقيه دانه ها را كنار بگذاريد. باين دو قسمت را با هم كاملاً مخلوط كرده و دوبار عمل چهار – دو را روي آن انجام دهيد. سنگدانه هاي باقيمانده را وزن نماييد.

3- معمولاً الك هاي مناسب براي دانه بندي يك نمونه ماسه بشرح زير مي باشند:
No.100 No.50 No.30 No.16 No.8 No.4 3/8” شماره يا اندازه الك
0.15 0.30 0.60 1.18 2.36 4.75 9.50 اندازه چشمه (mm)

و براي شن از الك هاي زير استفاده مي شود:
No.8 No.4 3/8” ½” ¾” 1” شماره يا اندازه الك

2.36 4.75 9.50 12.50 19.0 25.0 اندازه چشمه (mm)

هر يك از الك هاي فوق را پس از تميز نمودن با برس مناسب، وزن كرده و آنها را به ترتيب اندازه روي هم سورا نماييد. يك سيني الك را نيز پس از تميز نمودن وزن كرده در زير مجموعه الك ها قرار دهيد و سنگدانه هاي حاصل از روش چهار – دو را با دقت روي الك بالايي (الك 9.50mm براي ماسه و الك 25mm براي شن) بريزيد. آنگاه يك درپوش روي مجموعه الك ها بگذاريد.

4- مجموعه فوق بايد بطريق مناسبي تكان داده شود تا دانه هاي سنگي فرصت عبور از چشمه هاي الك را بيابند و بر حسب اندازه شان روي الك هاي مختلف متوقف شوند. براي اينكار از دستگاه شيكر (لرزاننده يا تكان دهنده) مخصوص الك استفاده نماييد. مجموعه الك ها بهمراه درپوش و سيني را روي دستگاه قرار داده، پيچ هاي آن را كاملا محكوم نموده و دستگاه را روشن كنيد. اجازه دهيد الك ها حدود 15-10 دقيقه لرزاننده شوند. سپس دستگاه لرزاننده را خاموش كرده و مجموعه الك ها را از روي آن برداريد.

5- الك ها را با دقت (بطوري كه مصالح مانده روي آنها هدر نرود) از يكديگر جدا كرده و هريك را به مراه مصالح درونشان وزن نماييد. اين كار را براي سيني نيز انجام دهيد.

آزمايش ارزش ماسه اي
(Sand Equivalent Value)
[ASTM – D2418]

مقدمه:
سه گروه كلي از مواد زيان آور وجود دارند كه ممكن است در سنگدانه ها يافت شوند: ناخالصي ها، دانه هاي ضعيف يا ناسالم، و قشرهاي پوششي (ريزدانه هاي ناخواسته) ناخالصي ها در فرآيند هيدراتاسيون سيمان دخالت مي كنند و مي توانند در واكنش ها اختلال بوجود آورند؛ دانه هاي ضعيف و ناسالم و پوسيده دليل نداشتن مقاومت كافي خواص مكانيكي بتن را تحت تاثير قرار مي دهند؛ قشرهاي پوششي (ريزدانه هاي ناخواسته) از توسعه پيوستگي كامل بين سنگ دانه و خمير سيمان جلوگيري بعمل مي آورند. اين آزمايش به منظور تعيين مقدار نسبي مواد ريزدانه مانند رس، سيلت، لاي و يا گرد و غبار كه ممكن است بصورت قشري از لايه هاي سطحي بر روي ماسه وجود داشته باشند بكار مي رود. اندازه اين ذرات ريز دانه، كوچكتر از 0.075 mm (زير الك No.200) مي باشد.

اگر ريزدانه ها بيش از حد معيني در ماسه وجود داشته باشند، موجب معايب زير مي گردند:
اولاً مانند فيلم نازكي دور سنگدانه را گرفته و مانع از چسبيدن كامل خمير سيمان به آنها مي شوند. ثانياً بعلت دارا بودن سطح جانبي زياد، آب زيادي از مخلوط جذب كرده و ميزان آب لازم براي تر نمودن كليه سنگدانه ها را افزايش مي دهند. ثالثاً اگر از جنس رس باشند، با مكيدن آب متورم شده و پس از خشك شدن وانقباض، باعث ايجاد ترك در بتن مي شوند.

ارزش ماسه اي يك نسبت حجمي است كه برابر است با حجم ماسه بخش بر حجم كل مصالح (شامل ماسه و ريزدانه هاي ناخواسته) ضربدر صد.
توجه داشته باشيد كه ارزش ماسه اي مناسب براي كاربردهاي مختلف، متفاوت است. براي ساخت بتن حد پايين آن بين 75% تا 85% و حد بالاي آن كمتر از 100% توصيه مي شود. علت توصيه اين حد بالا براي ارزش ماسه اي اين است كه اگر ماسه حاوي مقدار كمي ذرات ريزدانه (زير الك No.200) باشد، براي پر كردن قدري از تخلخل خمير سيمان مناسب خواهد بود.

مراحل آزمايش
1- مقدار 4±0.1in محلول استوك را داخل استوانه مدرج مخصوص آزمايش بريزيد. (علت استفاده از محلول استوك، تسريع در زمان ته نشيني ذرات درشت تر ماسه، و معلق نگه داشتن ذرات ريزدانه است. براي تهيه محلول استوك پايه، gr454 كلرور كلسيم بي آب را در lit 89/1 آب مقطر حل كرده، بعد از سرد شدن و عبور از كاغذ صافي، gr 2050 گليسيرين و gr47 فرم آلدئيد (40% حجمي) به آن اضافه نموده خوب بهم مي زنند و سپس با آب آن را تا حجم lit 80/3 رقيق مي نمايند. اكنون cc 5 ± 85 از اين محلول پايه را مجدداً در lit 80/3 آب رقيق نموده تا محلول استوك كاري بدست آيد)

2- به اندازه cc 80 يا gr 110 ماسه رد شده از الك No.4 (كه ترجيحاً كمي مرطوب بوده و به روش كوارتر تهيه شده باشد) را با دقت داخل استوانه مدرج محتوي محلول استوك، اضافه نماييد.

3- چند بار با كف دست، به پايين استوانه مدرج ضربه بزنيد تا حباب هاي هواي محبوس خارج شده و نمونه بتواند به طور كامل به محلول آغشته شود.
4- اجازه دهيد تا استوانه مدرج بهمراه محتويات آن براي مدت min 1 ± 10 ساكن بمانند تا محلول استوك دانه هاي ماسه را كاملا تر كند.
5- در پايان فاصله زماني ده دقيقه، با يك چوب پنبه مناسب سر استوانه را ببنديد و ماسه چسبيده به پايين استوانه مدرج را از طريق معكوس كردن نسبي استوانه و تكان دادن همزمان آن) آزاد كنيد.
6- بمنظور جداسازي ذرات ريزدانه از سطح دانه هاي ماسه و باز كردن كلوخه هاي رسي موجود در مخلوط استوانه مدرج و محتويات آن را به يكي از روش هاي زير تكان دهيد:

روش شيكر مكانيكي: استوانه مدرج – كه سر آن توسط چوب پنبه بسته شده است – را روي لرزاننده مخصوص آزمايش ارزش ماسه اي قرار داده، پيچ آن را محكم كنيد و با تنظيم تايمر آن sec 1 ± 4 استوانه و محتويات آن را تكان دهيد.
روش دستي: استوانه مدرج را در وضعيت افقي نگاه داريد و در امتداد طول استوانه بشدت تكان دهدي، اينكار را 90 بار، در مدت حدوداً سي ثانيه، بطوري كه استوانه در خط افق بميزان mm3±23 حركت كند، تكرار كنيد (هر بار شامل يك رفت و برگشت مي باشد). براي تكان دادن بطور صحيح با اين سرعت، لازم است بدن و شانه ها در وضعيت راحتي بوده و تكان دادن فقط توسط ساعد انجام گيرد.

پس از اتمام عمل لرزاندن، استوانه را بصورت ايستاده روي ميز قرار دهيد و چوب پنبه را از سر استوانه برداريد.
7- اكنون بايد ماسه شستشو گردد تا ريز دانه ها از لابلاي دانه هاي ماسه خارج شوند. در حين عمل شستشو، استوانه را بصورت عمودي و كف آن را در تماس با ميز كار نگه داريد. لوله شستشو دهنده متصل به مخزن محلول استوك را از بالاي استوانه وارد كرده، گيره فنري عبور محلول را آزاد كرده تا محلول استوك با فشار از انتهاي آن خارج شود و در حاليكه لوله شستشو به پايين استوانه هدايت مي شود، مصالح چسبيده به ديواره داخلي استوانه را آبكشي نماييد. وقتي انتهاي لوله به سطح ماسه رسيد، در حاليكه محلول از آن خارج مي شود، با اعمال كمي نيرو و چرخاندن و تكان دادن، آن را تا پايين استوانه و زير ماسه هدايت كنيد. اين عمل باعث خروج ريز دانه ها از لابلاي ماسه بطرف بالا و تعليق آنها در بالاي دانه هاي درشتر ماسه مي شود.

8- در حاليكه ريزدانه ها به طرف بالا رانده مي شوند، عمل چرخاندن و تكان دادن را ادامه دهيد تا استوانه تا درجه in 15 از محلول پر شود. سپس لوله شستشو دهنده را بدون قطع جريان محلول، به آرامي بالا آورده و خارج كنيد تا سطح محلول در حدود in 115 نگه داشته شود.
9- اجازه دهيد استوانه و محتويات آن براي مدت Sec 15 ± min 20 ساكن بمانند. شروع اين زمان را درست پس از خارج كردن لوله شستشو دهنده از استوانه در نظر بگيريد.

10- در پايان بيست دقيقه زمان ته نشيني، سطح بالاي ريزدانه هاي معلق مانده را قرائت و يادداشت كنيد. اين سطح «قرائت ريزدانه» خوانده مي شود. اگر در اين فاصله زماني، سطح مشخصي از ريزدانه ها تشكيل نشد، اجازه دهيد استوانه تا زماني كه مرز مشخصي از ريزدانه ها تشكيل شود، ساكن بماند. اگر اين زمان بيش از سي دقيقه شد، آزمايش بايد با سه نمونه تكرار گردد و قرائت ريزدانه مربوط به نمونه ايي كه كمترين زمان تشكيل سطح مشخص ريزدانه ها را داشت، ملاك قرار گيرد.
11—بعد از قرائت سطح ريزدانه هاي معلق مانده، سنبه مخصوص آزمايش را از بالا وارد استوانه كنيد و به آرامي پايين آورده تا نشيمن گاه پاييني آن روي سطح ماسه بنشيند (سنبه را روي ماسه فشار ندهيد). بر روي سنبه، يك زائده پلاستيكي وجود دارد كه فاصله آن تا نشيمن گاه سنبه in 10 است. عدد منطبق بر اين زائده را روي استوانه قرائت و يادداشت كنيد. واضح است كه اگر از اين عدد، ده واحد كم كنيد، سطح بالاي ماسه ته نشين شده بدست مي آيد. اين سطح «قرائت ماسه» خوانده مي شود.

نتايج حاصله
ارزش ماسه اي برابر است با
حجم ماسه بخش بر حجم كل مصالح ضربدر صد
100  (قرائت ريزدانه / قرائت ماسه) = S.E

آزمايش مقاومت فشاري سنگدانه ها
(Compressive Strength of Aggregates)
[BS812-P110]

مقدمه:
سنگدانه ها در بتن حدود 65% تا 75% حجم آنرا تشكيل مي دهند، لذا طبيعتاً خصوصيات سنگدانه ها در خصوصيات بتن ساخته شده با آنها، تاثير گذار است. از بين خصوصيات مختلف سنگدانه ها، در اين آزمايش توجه خود را به مقاومت فشاري آنها معطوف مي كنيم.

مسلم است كه مقاومت فشاري بتن، نمي تواند به ميزان قابل توجهي از مقاومت قسمت عمده سنگدانه هايي كه در آن قرار دارند، بيشتر باشد. حتي مشخص شده است كه مقاومت لازم براي سنگدانه ها، به ميزان قابل توجهي بيشتر از حدود مقاومت هاي معمولي بتن مي باشد: زيرا تنش هاي واقعي اعمال شده در فصل مشترك هر يك از ذرات در داخل بتن، ممكن است خيلي بيشتر از تنش فشاري اسمي اعمال شده به بتن باشد.

اگر سنگدانه هاي تحت آزمايش، سبب ايجاد مقاومت فشاري كمتر بتن گردند و به ويژه اگر پس از خرد شدن نمونه بتن، تعداد زياي از سنگدانه ها شكسته شده باشند، در اينصورت مقاومت سنگدانه ها كمتر از مقاومت فشاري اسمي مخلوط بتن ساخته شده با آنها خواهد بود. بطور كلي مقاومت و الاستيسيته سنگدانه ها به تركيبات، بافت و ساختار آنها بستگي دارد. مقاومت كم سنگدانه ها ممكن است ناشي از ضعيف بودن ذرات تشكيل دهنده آنها باشد و يا اينكه ذرات مقاومت كافي داشته باشند ولي خوب به يكديگر بافته نشده و بهم نچسبيده باشند.

از طرفي آن دسته از سنگدانه ها كه مقاومت و مدول الاستيسيته آنها متوسط يا كم است، مي توانند به لحاظ حفظ يكپارچگي بتن با ارزش باشند. تراكم پذيري سنگدانه ها از فشار داخلي خواهد كاست. در حالي كه ممكن است سنگدانه هاي سخت و صلب، سبب ترك برداشتن خمير سيماني كه آنها را احاطه نموده است، گردند. ناسازگاري فاحش بين مدول الاستيسيته سنگدانه ها و خمير سيمان هيدراته شده، بطور نامطلوبي سبب افزايش ترك هاي مويينه در فصل مشترك خمير و سنگدانه مي گردد.

بهترين راه براي پي بردن به عملكرد و مقاومت نوع خاصي از سنگدانه ها در بتن، ساخت نمونه هاي آزمايش بتن با آنهاست. در اين آزمايش، درصد خرد شدگي سنگدانه ها در اثر اعمال نيروي فشاري مشخص در زمان معين بدست مي آيد و با استناد به تجربيات موجود در اين زمينه، مقاومت فشاري سنگدانه ها از درصد خردشدگي آنها بدست مي آيد. بنابراين، آزمايش مقاومت فشاري سنگدانه ها، يك آزمايش غير مستقيم و تقريبي است.

مراحل آزمايش
1- gr 3000 سنگدانه، با اندازه دانه هاي بين mm 10 تا 20 يا mm 20 تا 40 تهيه نماييد.
2- سنگدانه ها را از فاصله معيني داخل سيلندر فولادي mm150  150 ريخته، پيستون مخصوص را داخل سيلندر و بر روي سنگدانه ها قرار داده و مجموعه را داخل ماشين فشار قرار دهيد.

3- دستگاه را روشن كنيد تا بعد از مدتي، اعمال نيرو به سنگدانه ها آغاز شود. وقتي مقدار نيرو به KN 210 رسيد، دستگاه را خاموش كنيد. از لحظه شروع اعمال نيرو تا رسيدن به مقدار KN 210 بايد حدود 5/2 دقيقه طول بكشد.
4- سنگدانه ها را از داخل سيلندر خارج كنيد. اگر سنگدانه هاي اوليه بين mm 10 تا 20 بوده اند، آنها را از الك (mm36/2) No.8 و اگر بين mm 20 تا 40 بوده اند، آنها را از الك (mm 75/4) No.4 عبور دهيد. مصالح عبور كرده را در آون خشك نماييد و سپس انها را وزن كنيد.
5- با تقسيم وزن مصالح عبور كرده از الك بر وزن اوليه مصالح، درصد خردشدگي سنگدانه ها را محاسبه كنيد و با استفاده از جدول ضميمه، مقاومت فشاري سنگدانه ها را تخمين بزنيد.

طرح اختلاط بتن
(Concrete Mix Design)
[ACI 211.1]
مقدمه:
مسئله طرح اختلاط بتن، اساساً عبارتست از انتخاب مقادير مناسب سيمان، سنگدانه هاي ريز (ماسه)، سنگدانه هاي درشت (شن)، و آب، براي ساخت بتني با خواص معين كه اقتصادي نيز باشد (اين مقادير معمولاً بر حسب وزن اجزا در واحد حجم بتن بيان مي شوند). در بسياري از مواقع مواد ديگري نيز بعنوان مواد افزودني بكار مي روند.
مهمترين خواصي كه معمولاً از بتن انتظار مي رود عبارتند از:
1- كارايي بتن تازه ، 2- مقاومت فشاري بتن سخت شده و 3- دوام (پايايي) بتن سخت شده. (همچنين وزن مخصوص، مدول الاستيسيته، مقاومت كششي و ...)
دوام كافي براي هر بتن به شرايط محيطي كه بتن در معرض آن قرار خواهد گرفت بستگي خواهد داشت. در يك طرح مخلوط مناسب، تاثير هر يك از عوامل مخرب محيطي در جاي مناسب در نظر گرفته شده و تدابير مناسب جهت تامين دوام كافي اتخاذ خواهد گرديد. اين تدابير معمولا با مشخص كردن حداكثر نسبت آب به سيمان (حداقل سيمان مصرفي) و در بعضي مواقع با محدود كردن نوع مصالح مصرفي انجام مي شود.

مقاومت فشاري بتن در بين خواص فوق شايد مهمترين باشد و معمولا توسط طراح سازه، با توجه به نيازهاي سازه ايي و شرايط اجرايي و كارگاهي تعيين مي شود و مجري كار (پيمانكار) نيز موظف به تامين اين مقاومت خواهد بود. با توجه به اينكه آيين نامه بتن ايران، كاربرد بتن با مقاومت فشاري نمونه استوانه ايي 28 روزه كمتر از Mpa 16 را براي بتن مسلح مجاز نمي داند، در كارهاي عملي معمولي و كم اهميت، مقاومت فشاري بتن Mpa 20 تا Mpa 25 و در كارهاي مهمتر تا Mpa 40 در نظر گرفته مي شود.

كارايي به سهولت در حمل و ريختن بتن در قالب، تراكم و پرداخت سطح آن (بدون ايجاد جدا شدگي) اطلاق مي شود و معمولاً توسط مجري كار تعيين مي شود. ميزان كارايي لازم مخلوط با در نظر گرفتن شرايط كار ساختماني از جمله سطح قطعه بتني، ميزان ميل گرد موجود در قطعه، وسايل موجود براي تراكم، و ... انتخاب مي شود؛ يعني مثلا يك كارايي مناسب براي بتن حجيم، الزاماً براي مقطع نازك، غيرقابل دسترسي و يا با ميلگرد زياد كافي نخواهد بود.

مراحل طرح اختلاط
موسسه بتن آمريكا (ACI) روشي را براي انتخاب نسبت هاي مخلوط بتن حاوي سيمان پرتلند به تنهايي و يا همراه ساير مواد سيماني و همچنين حاوي مواد افزودني توصيف نموده است. لازم به تاكيد است كه اين روش، تقريب اوليه اي از نسبت هاي مصالح است كه بايد در تهيه مخلوط هاي آزمايشي بكار روند. مخلوط هاي آزمايشي پس از تهيه، بايد اصلاح شوند تا طرح مورد نظر حاصل شود.

گام اول: تعيين خواص بتن و مشخصات مصالح مصرفي. حداقل داده هاي زير را جمع آوري كنيد:
اسلامپ : اگر اسلامپ تعيين نشده است، مقدار مناسب براي كار مورد نظر را مي توان از جدول 1 انتخاب كرد. از مخلوط هاي با كمترين اسلامپ، يعني كمترين رواني، كه مي توان بدون جداشدگي آن را جايگذاري و متراكم كرد بايد استفاده شود.

مقاومت فشاري 28 روزه. با توجه به نيازهاي سازه ايي و شرايط اجرايي تعيين مي شود.
اندازه حداكثر سنگدانه. بطور كلي حداكثر اندازه سنگدانه درشت (شن)، بايد بزرگترين اندازه ايي باشد كه موجود و اقتصادي است و با ابعاد سازه نيز مطابقت داشته باشد. در هيچ صورتي اندازه حداكثر سنگدانه نبايد از يك پنجم كوچكترين بعد بين طرفين قالب ها، يك سوم ضخامت دال ها، يا سه چهارم حداقل فاصله آزاد بين ميلگردها بيشتر باشد.
مدول نرومي ماسه. با انجام آزمايش، مدول نرمي ماسه مورد استفاده را بدست آوريد.
چگالي انبوهي شن. با انجام آزمايش، چگالي انبوهي شن خشك ميله خورده را بدست آوريد (شن خشك را در سه لايه درون پيمانه مخصوص بريزيد و هر لايه را با 25 ضربه كوبه استاندارد متراكم كنيد. حاصل تقسيم جرم شن درون پيمانه بر حجم پيمانه ، چگالي است).
گام دوم:

تخمين آب مخلوط و مقدار هوا. آب در مخلوط بتن، به سه دليل مصرف مي شود: 1) براي هيدراته شدن سيمان و توليد خمير چسباننده 2) مرطوب كردن سطح خارجي سنگدانه ها (به اصطلاح روغنكاري سنگدانه ها) تا به راحتي روي همديگر بلغزند. 3) روان كردن مخلوط بتن، مقدار آب مورد نياز براي هر واحد حجم بتن، كه اسلامپ مورد نظر را توليد كند، تابع حداكثر اندازه، شكل و دانه بندي سنگدانه ها و همچنين مقدار حباب هواي وارد شده است. تخمين اوليه آب مصرفي مخلوط براي بتن بدون حباب هوا و بتن با حباب هوا را از جدول 2 مي توان بدست آورد. در اين جدول، همچنين مقدار تقريبي هواي غيرعمدي محبوس در بتن بدون ماده حباب زا، و نيز مقدار كل هواي توصيه شده (عمدي ± غيرعمدي) براي شرايط محيطي مختلف در بتن داراي ماده حباب زا، داده شده است.

گام سوم: انتخاب نسبت آب به سيمان و محاسبه مقدار سيمان. مقاومت بتن، اساساً تحت تاثير نسبت آب به سيمان مخلوط قرار دارد؛ هرچند كه تاثير مشخصات سنگدانه ها و نوع سيمان را نبايد از نظر دور داشت. مقادير تقريبي و نسبتاً محافظه كارانه نسبت آب به سيمان را، براي بتن ساخته شده از سيمان پرتلند تيپ I ، مي توان از جدول 3 استخراج نمود. از آنجا كه نسبت آب به سيمان انتخاب شده بايد هر دو معيار مقاومت و دوام را تأمين كند، مقادير بدست آمده از جدول ممكن است بسته به شرايط خاص قرارگيري در معرض محيط كاهش داده شود. با تعيين نسبت آب به سيمان و معلوم بودن مقدار آب مصرفي از گام قبل، مقدار سيمان مصرفي قابل تعيين است.

گام چهارم : تخمين مقدار سنگدانه درشت (شن). براي اينكه مخلوط بتن اقتصادي باشد، بايد حجم سنگدانه هاي درشت در واحد حجم بتن، حداكثر ممكن باشد. آزمايشات نشان داده اند كه براي مصالحي كه به طور مناسب دانه بندي شده اند، با استفاده از ماسه ريزتر و اندازه بزرگتر دانه هاي شن، به حجم سنگدانه هاي درشت افزوده شده و امكان توليد مخلوط بتن با كارايي مطلوب فراهم مي گردد. طبق جدول 4 حجم انبوهي سنگدانه هاي درشت در واحد حجم بتن (VGB) تابعي از حداكثر اندازه آن و مدول نرمي سنگدانه هاي ريز (ماسه) مي باشد. با ضرب نمودن چگالي انبوهي سنگدانه هاي درشت در نسبت حجمي بدست آمده از جدول، جرم شن مصرفي بدست مي آيد.

گام پنجم: تخمين مقدار سنگدانه ريز (ماسه). تا اين گام تمام اجزاي بتن غير از ماسه تخمين زده شده اند. مقدار ماسه در اين گام بر اساس «روش وزني» يا «روش حجمي» تعيين مي شود.
در روش وزني، از اين واقعيت استفاده مي شود كه مجموع اجرام اجزاي تشكيل دهنده بتن يعني آب، سيمان، شن و ماسه برابر چگالي بتن تازه (PD) تعيين مي شود.
چگالي بتن تازه = mv+mc+mG+ms
در روش حجمي از اين واقعيت استفاده شود كه مجموع احجام اجزاي تشكيل دهنده بتن يعني آب، سيمان، شن و ماسه (و هوا) برابر واحد است، يعني:
VW+VC+VG+VS+VA=1

براي استفاده از روش وزني، بايد چگالي (جرم واحد حجم) بتن تازه معلوم باشد. تخمين اوليه چگالي بتن تازه را در صورت نداشتن تجربيات قبلي، مي توان از جدول 5 بدست آورد. براي استفاده از روش حجمي، بايد چگالي مصالح معلوم باشد تا بتوان حجم مصالح را از روي جرم آنها بدست آورد. از هر روش كه استفاده شود، تنها مجهول رابطه مقدار ماسه است كه براحتي تعيين مي شود.

گام ششم: تنظيم آب مصرفي، مقدار آب محاسبه شده در گام دوم و همچنين مقادير شن و ماسه در گامهاي چهارم و پنجم، بر اساس اين فرض مهم قرار دارد كه سنگدانه ها از نظر رطوبتي در حالت SSD (اشباع با سطح خشك) قرار دارند. يعني سنگدانه ها نه آبي از مخلوط جذب مي كنند و نه آبي به مخلوط اضافه مي نمايند. در عمل تقريبا هيچوقت سنگدانه ها در حالت SSD نيستند. اگر سنگدانه ها كمتر از حالت SSD رطوبت داشته باشند، مقداري از آب مخلوط را جذب مي كنند و لذا آب محاسبه شده در گام دوم بايد براي رساندن سنگدانه ها به حالت SSD افزايش و مقادير شن و ماسه در گام هاي پنجم و ششم كاهش يابند. اگر سنگدانه ها بيشتر از حالت SSD مرطوب باشند، آب اضافي خود را به مخلوط مي دهند و لذا آب محاسبه شده در گام دوم بايد كاهش و مقادير شن و ماسه در گام هاي پنجم و ششم افزايش يابند. براي انجام اين تنظيمات، درصد رطوبت موجود در سنگدانه ها و همچنين درصد رطوبت نظير حالت SSD آنها بايد معلوم باشند.

جداول طرح اختلاط بتن
(ACI 211.1)

جدول 1 . اسلامپ هاي پيشنهادي
نوع سازه بتني اسلامپ (mm)
حداقل حداكثر
شالوده ها و شالوده ديوارهاي بتن مسلح 30 80
شالوده ها، شمع ها و ديوارهاي بتن غير مسلح 30 80
تيرها، ستون ها و ديوارهاي بتن مسلح 30 100
روسازي ها و دال ها 30 80
بتن حجيم 30 50
تذكر: مي توان مقادير فوق را در مورد تراكم با وسايل دستي، mm20 افزايش داد.

جدول 2 . تخمين مقدار آب و حباب هوا
اسلامپ (mm) آب مصرفي، كيلوگرم در يك مترمكعب بتن، با توجه به حداكثر اندازه سنگدانه ها (mm)
10 5/12 20 25 40 50 70 150
30 تا 50 205 200 185 180 160 155 145 125 بتن بدون حباب هوا
80 تا 100 225 215 200 195 175 170 160 140
150 تا 180 240 230 210 205 185 180 170 -
مقدار هواي محبوس در بتن (درصد) 0/3 5/2 0/2 5/1 0/1 5/0 3/0 2/0
30 تا 50 180 175 165 160 145 140 135 120 بتن با حباب هوا
80 تا 100 200 190 180 175 160 155 150 135
150 تا 180 215 205 190 185 170 165 160 -
مقدار كل هواي توصيه شده (درصد) براي شرايط محيطي ملايم 5/4 0/4 5/3 0/3 5/2 0/2 5/1 0/1
متوسط 0/6 5/5 0/5 5/4 5/4 0/4 5/3 0/3
شديد 5/7 0/7 0/6 0/6 5/5 0/5 5/4 0/4
تذكر 1: براي سنگدانه هاي گوشه دار با شكل مناسب و دانه بندي خوب، مي توان ارقام فوق را به عنوان حداكثر در نظر گرفت.
تذكر 2: مقادير اسلامپ براي سنگدانه هاي بزرگتر از mm40 بر مبناي آزمايش اسلامپ بعد از جدا كردن سنگدانه هاي بزرگتر از mm40 به وسيله الك مي باشد.
جدول 3. انتخاب نسب آب به سيمان
مقاومت فشاري متوسط 28 روزه نمونه
استوانه اي استاندارد بتن (MPa) حداكثر مجاز نسبت جرمي اب به سيمان
بتن بدون حباب هوا بتن با حباب هوا
45 38/0 -
40 43/0 -
35 48/0 40/0
30 55/0 46/0
25 62/0 53/0
20 70/0 61/0
15 80/0 71/0

جدول 4. تخمين مقدار سنگدانه درشت (شن)
حداكثر اندازه سنگدانه ها
(mm) حجم شن خشك ميله خورده، در واحد حجم بتن،
با توجه به مدول نرمي ماسه
40/2 60/2 80/2 00/3
10 50/0 48/0 46/0 44/0
5/12 59/0 57/0 55/0 53/0
20 66/0 64/0 62/0 60/
25 71/0 69/0 67/0 65/0
40 76/0 74/0 72/0 70/0
50 78/0 76/0 74/0 72/0
70 81/0 79/0 77/0 75/0
150 87/0 85/0 83/0 81/0

جدول 5. تخمين اوليه جرم واحد حجم بتن تازه
حداكثر اندازه سنگدانه ها
(mm) تخمين اوليه چگالي بتن تازه (Kg/m3)
بتن بدون حباب هوا بتن با حباب هوا
10 2285 2190
5/12 2315 2235
20 2355 2280
25 2375 2315
40 2420 2355
50 2445 2375
70 2465 2400
150 2505 2435

آزمايشات كارايي بتن تازه
(Fresh Concrete Workability Tests)

مقدمه:
كارايي يكي از خصوصيات بسيار مهم بتن تازه است. با توجه به پيچيدگي مفهوم آن، تعاريف زيادي براي آن در ادبيات فني ارائه شده است كه در اينجا به تعدادي از آنها اشاره مي شود.
تعريف اول: كارايي يعني سهولت در حمل و ريختن بتن در قالب، تراكم و پرداخت سطح آن بدون ايجاد جدا شدگي.
تعريف دوم: كارايي عبارتست از مقدار كار مفيد داخلي لازم، براي ايجاد تراكم كامل در بتن. (تراكم يعني حذف نمودن هواي محبوس در بتن، از طريق غلبه بر اصطكاك بين ذرات آن)
تعريف سوم: كارايي يك خاصيت مركب بتن، با حداقل دو جزء اصلي است.
رواني يا قوام كه ميزان سهولت جريان يافتن بتن را مشخص مي كند.
چسبندگي كه تمايل بتن به آب انداختگي و جداشدگي را مشخص مي كند.
بتن بايد به حد كافي كارايي داشته باشد، زيرا حصول مقاومت متناظر با يك نسبت آب به سيمان معين، احتياج به تراكم كامل دارد و اين امر را فقط مي توان با مخلوطي كه به حد كافي كارايي داشته باشد، حاصل نمود لذا لازم است مخلوطي توليد گردد كه با مقدار آب، مقدار سيمان، خصوصيات مصالح سنگي، و مواد افزدوني.
از بين آزمايشات مختلف طراحي شده براي اندازه گيري كارايي، هيچيك نمي تواند مستقيماً كارايي را مطابق تعاريف فوق اندازه بگيرد. چهار آزمايش اسلامپ، ميز رواني، فاكتور تراكم، و وي – بي كه در اينجا تشريح مي شوند هر يك مي توانند تنها معيار و اطلاعات مفيدي از كارايي بتن ارائه نمايند.

مراحل آزمايش

(I آزمايش اسلامپ [ASTM-C143]
اين آزمايش كه در آمريكا توسعه يافته، به دليل سادگي، به ميزان وسيع در كارگاه هاي ساختماني تمام دنيا بكار برده مي شود. آزمايش اسلامپ، كارايي بتن را نمي سنجد، ولي مي توان آن را بصورت سنجشي از رواني بتن توصيف كرد و براي پي بردن به تغييرات در يكنواختي مخلوط بتن با نسبت هاي اسمي معين، بسيار مفيد است. در اين آزمايش يك قالب به شكل مخروط ناقص به ارتفاع mm300، قطر mm 100 در بالا و قطر mm 200 در پايين با بتن پر مي شود. سپس قالب به آهستگي بلند مي گردد. مخروط بتني بدون حايل، بر اثر وزن خود نشست پيدا مي كند.

مقدار اين نشست موسوم به اسلامپ بتن است. كارايي بتن هاي داراي اسلامپ mm 25-0 خيلي كم، mm 50-25 كم، mm 100-50 متوسط و mm 175-100 زياد توصيف مي شود.
1- بر روي دو قطعه فلزي زيرپايي متصل به مخروط اسلامپ بايستيد، اين كار به منظور محكم نگه داشتن مخروط بر روي صفحه زيرين، در طي مراحل 1 تا 4 صورت مي گيرد. يك سوم حجم مخروط را از نمونه بتن پر كنيد. براي اين كار، بتن را تا ارتفاع حدود mm 70 در داخل مخروط بريزيد. سپس آن را با 25 ضربه يك ميله استاندارد بكوبيد. ضربات وارده از ميله به سطح بتن بايد به صورت يكنواخت بر روي مقطع آن در هر لايه وارد آيد. در لايه زيرين (همين لايه). اين امر مستلزم آن است كه ميله را كمي بصورت مايل گرفته و حدود نيمي از ضربات را نيز در حوالي نزديك دور نمونه و در نزديكي لبه هاي مخروط وارد كنيد و سپس به تدريج كه كار پيش مي رود، ميله را بصورت قائم درآورده و با طي يك مسير مارپيچي، محل اعمال آن را به سمت مركز مخروط هدايت كنيد.

2- يك سوم ديگر حجم قالب را از نمونه بتن پر كنيد. در اين حال، ارتفاع بتن به نيمه ارتفاع مخروط مي رسد. لايه بتن جديد را مجدداً با 25 ضربه ميله استاندارد بكوبيد. اين ضربات بايد به گونه اي باشد كه ميله تمام ضخامت لايه جديد را طي كرده و حداكثر mm 25 داخل لايه زيرين نفوذ نمايد.
3- بقيه قالب (يك سوم نهايي) را به گونه ايي از بتن پر كنيد كه بتن از لبه آن سرريز كند. لايه بتن جديد را مجدداً با 25 ضربه ميله استاندارد بكوبيد. اين ضربات بايد به گونه اي باشد كه ميله تمام ضخامت لايه آخر را طي كرده و حداكثر mm 25 داخل لايه وسط نفوذ نمايد.
4- به كمك حركات برشي ميله مزبور، بتن اضافي را از سطح فوقاني مخروط برداريد، طوري كه مخروط به صورت كاملاً پر، و سطح فوقاني بصورت كاملاً صاف درآيد. بتن اضافي را از پاي قالب مخروطي شكل جمع آوري كرده و دور بريزيد.

5- پس از اتمام مرحله 4، در حاليكه هنوز بر روي مخروط ايستاده اند، دستان خود را بر روي دستگيره هاي قالب مخروطي قرار داده و آن را به پايين فشار دهيد تا مخروط حركت نكند، آنگاه پاي خود را از دو قطعه زيرپايي برداريد و قالب مخروطي را با سرعت متوسطي در ظرف مدت sec 2 ± 5 به صورت قائم به بالا كشيد و از روي بتن برداريد. بلند كردن قالب بايد بصورتي يكنواخت انجام شود و همراه با هيچگونه حركت جانبي يا چرخشي وارد بر بتن نباشد. كل مراحل انجام كار، از پر كردن قالب تا برداشتن آن، بايد بدون وقفه صورت گيرد و در ظرف مدت حداكثر دو دقيقه انجام گيرد.

6- حال قالب را به صورت وارونه بر روي صفحه زيرين قرار داده و ميله فوق الذكر را به گونه اي به صورت افقي بر روي آن قرار دهيد كه انتهاي آن تا روي بتن كه اكنون كمي افت ارتفاع پيدا كرده است، ادامه پيدا كند. سپس فاصله قائم بين سطح تحتاني ميله فولادي تا وسط نمونه نشست كرده بتن را اندازه گيري و يادداشت كنيد. عدد بدست آمده اسلامپ بتن مي باشد. در صورتيكه نمونه بتن پس از برداشتن قالب از يك طرف افتادگي پيدا كرده بود و يا اينكه يك طرف آن و يا بخشي از توده بتن دچار برش شده بود، آزمايش غيرقابل قبول خواهد بود و بايد آزمايش، مجدداً بر روي نمونه ديگري از بتن تكرار شود.

(II آزمايش ميز جريان [BS1881-P105]
اين آزمايش در آلمان توسعه يافته است و بيشتر براي بتن هاي با كارايي زياد و خيلي زياد كه اسلامپ ريزشي مي دهند، مناسب است. آزمايش ميز جريان، نشانه اي از رواني و ميل به جداشدگي بتن را از طريق سنجش ميزان پخش انباشته اي از بتن، بر روي ميزي كه ضربه وارد مي آورد، بدست مي دهد. حداكثر قطر بتن پخش شده سنجيده مي شود كه معرف رواني بتن است. كارايي بتن هاي داراي ميز جريان mm 400-300 كم، mm 500-400 متوسط، mm600-500 زياد و mm 700-600 خيلي زياد توصيف مي شود.

1- ابزار آزمايش را روي زمين قرار دهيد و رويه فلزي آن را مرطوب نماييد. (ابزار آزمايش ميز مربعي است به ابعاد mm 700 كه در يك امتداد خود به تخته زيرين لولا شده است و لبه مقابل آن آزاد بوده و مي تواند حداكثر تا ارتفاع mm 40 بلند شود. جرم اين مجموعه Kg 16 است).
2- قالب مخروطي مخصوص اين آزمايش را (كه داراي ارتفاع mm 200، قطر پايين mm 200، و قطر بالا mm 130 مي باشد) پس از مرطوب كردن جدا داخلي آن در وسط ميز قرار دهيد و با دو دست دستگيره هاي آن را گرفته و به ميز فشار دهيد تا در طول آزمايش تكان نخورد.
3- نصف حجم قالب مخروطي را از بتن پر كرده و مشابه آزمايش اسلامپ، آن را با 25 ضربه يك ميله استاندارد بكوبيد.
4- نيمه فوقاني قالب مخروطي را بصورت لبريز از بتن پر كرده و مشابه آزمايش اسلامپ، آن را با 25 ضربه يك ميله استاندارد بكوبيد، به طوريكه ميله از ضخامت لايه فوقاني عبور كرده و حداكثر mm 25 در لايه زيرين نفوذ نمايد.

5- به كمك حركات برشي ميله استاندارد، بتن اضافي را از سطح فوقاني مخروط برداريد، طوري كه مخروط به صورت كاملاً پر و سطح فوقاني بصورت كاملاً صاف درآيد. بتن اضافي را از پاي قالب مخروطي شكل جمع آوري كرده و دور بريزيد.
6- پاي خود را بر روي جاپايي ميز قرار دهيد تاتخته پاييني تكان نخورد. آنگاه دستگيره متصل به تخته بالايي را گرفته و تا جاي ممكن (mm40) بالا آوريد و يكباره رها سازيد. اين عمل را 15 بار تكرار كنيد و هر بار بين 3 تا 5 ثانيه صبر كنيد.

7- در نتيجه ايجاد ضربات متوالي در گام ششم، نمونه بتن بر روي صفحه فوقاني ميز پخش مي شود. با استفاده از متر يا خط كش مناسب، حداكثر قطر پخش شدگي بتن، به موازات دو لبه ميز را اندازه گيري و يادداشت نماييد. ميانگين پخش شدگي بتن در دو جهت متعامد، حاصل آزمايش ميز جريان و معرف رواني بتن است.

(III آزمايش فاكتور تراكم [BS1881-P103]

اين آزمايش كه در انگلستان ابداع شده است احتمالا بهترين آزمايشي است ك مي‌توان براي سنجش كارايي بكار برد زيرا از عكس تعريف كارايي استفاده مي كند. در اين آزمايش درجه تراكم يك مخلوط بتن در نتيجه اعمال يك مقدار كار استاندارد بدست مي آيد. درجه تراكم (ضريب تراكم) عبارتست از نسبت چگالي بتن حاصل از آزمايش در نتيجه اعمال يك مقدار كار معين، به چگالي همان بتن در شرايط كاملاً متراكم. اين آزمايش براي بتن هاي با كارايي كم، متوسط و زياد مناسب است. كارايي بتن هاي داراي فاكتور تراكم 78/0 خيلي كم، 85/0 كم، 92/0 متوسط و 95/0 زياد توصيف مي شود.

1- دريچه هاي موجود در زير قيف هاي دستگاه آزمايش را ببنديد. استوانه mm150  300 پايين دستگاه را وزن و يادداشت كرده و سپس در جاي خود قرار دهيد.
2- قيف فوقاني دستگاه آزمايش را به آرامي و بدون انجام كار اضافي، پر نماييد. ترجيحاً سطح بتن را بطوريكه متراكم نشود، صاف نماييد.
3- دريچه قيف فوقاني را يكباره باز كرده تا بتن در اثر نيروي ثقل، درون قيف تحتاني تخليه گردد. معمولاً بتن در اين مرحله از قيف تحتاني قدري سرريز مي كند. اين امر به ما اين اطمينان را مي دهد كه بتن بدست آمده در حالت تراكم استاندارد، تحت تاثير عامل انساني قرار نمي گيرد.
4- دريچه قيف تحتاني را يكباره باز كرده تا بتن، درون استوانه پاييني فرو ريزد. بكمك حركات برشي يك كمچه، و بدون اينكه درون استوانه را متراكم كنيد، بالاي بتن را تسطيح كرده و بتن اضافي را از جدار استوانه برداريد.

5- بتني كه اكنون درون استوانه است، در اثر يك مقدار كار استاندارد، متراكم و يا به عبارت بهتر، نيمه متراكم شده است. استوانه را بهمراه بتن داخل آن وزن كرده و يادداشت نماييد. وزن بتن درون استوانه وزن بتن نيمه متراكم است.

6- استوانه را از بتن خالي كرده و بر روي ميز ويبراتور قرار دهيد. يك سوم حجم استوانه را از بتن پر كرده و توسط ويبراتور كاملاً متراكم نماييد. اين كار را دو بار ديگر نيز انجام دهيد تا در نهايت، استوانه از بتن پر شود. بتن اضافي را از جدار استوانه برداريد.
7- بتني كه اكنون درون استوانه است. در اثر انجام عمليات لرزاندن به حد كافي، كاملاً متراكم شده است. استوانه را بهمراه بتن داخل آن وزن كرده و يادداشت نماييد. وزن بتن درون استوانه در اين مرحله وزن بتن كاملاً متراكم است.

8- فاكتور تراكم برابر است با وزن بتن نيمه متراكم بخش بر وزن بتن كاملاً متراكم، كه شاخصي از كارايي بتن است.

(IV آزمايش وي – بي [ASTM-C1170]
دستگاه مورد استفاده در اين آزمايش توسط وي – بارنر سوئدي ابداع گرديد. در اين آزمايش، زمان مورد نياز براي رسيدن به تراكم اندازه گيري مي شود كه شاخصي از مقدار كار انجام شده براي تراكم است. در اين آزمايش نمونه اي مخروطي شكل از بتن، در اثر ارتعاش و قرارگيري يك سربار شيشه اي در روي آن، به شكل يك استوانه در مي آيد و در نتيجه دوباره قالب گيري مي شود. فرض مي شود دوباره قالب گيري (تراكم) بتن وقتي كامل مي شود كه سطح زيرين سربار شيشه اي، كاملاً با بتن پوشانده شده و كليه منافذ سطح آن از بتن بروند. رسيدن به اين نقطه از طريق مشاهده قضاوت مي شود. اين آزمايش بيشتر براي مخلوط هاي با كارايي خيلي كم (خشك) بكار مي رود. كارايي بتن هاي داراي وي – بي sec 30-20 خيلي كم، sec 20-10 كم، sec10-5 متوسط، sec 5-3 زياد توصيف مي شود.
1- قالب مخروطي (كه كاملاً مشابه قالب آزمايش اسلامپ مي باشد) را درون ظرف استوانه اي دستگاه آزمايش قرار داده و قيف مخصوص دستگاه را در بالاي قالب مخروطي ثابت مي نمائيم.

2- قالب مخروطي را عيناً مشابه روش آزمايش اسلامپ از بتن پر كرده و سطح آن را صاف مي كنيم.
3- قيف مخصوص دستگاه را كمي بالا آورده، از قالب مخروطي جدا مي كنيم و قالب را به سمت بالا مي كشيم تا از بتن جدا شود.
4- صفحه سربار شيشه اي (به وزن حدود Kg 95/1) دستگاه را در حالي كه ضامن آن را آزاده كرده ايم به آرامي روي بتن قرار مي دهيم.
5- دستگاه را روشن مي كنيم تا شروع به ارتعاش كند (فركانس ارتعاش Hz 50 و حداكثر شتاب g4) و همزمان با آن زمان را قرائت مي كنيم. هنگامي كه نمونه مخروطي شكل بتن كاملاً به شكل ظرف استوانه اي دستگاه درآمد و منافذ موجود در سطح آن (كه از بالاي صفحه سربار شيشه اي قاب رويت است) از بين رفت، دوباره قالب گيري و تراكم بتن كامل شده است. زمان متناظر با اين لحظه را نيز قرائت مي كنيم.

6- تفاوت دو زمان فوق، عدد وي – بي ناميده مي شود كه شاخصي براي كارايي بتن است.

آزمايش مقدار هواي بتن تازه به روش فشاري
(Air Content of Freshly Mixed Concrete
by the Pressure Method)
[ASTM-C231]
مقدمه:
تخلخل (فضاي خالي) موجود در بتن به سه قسم است: تخلخل ژني، تخلخل موئينه، و حباب هاي هوا.
حباب هاي هوا كه اغلب كروي شكل هستند، خود در دو گروه زير طبقه بندي مي شوند:
حباب هاي هواي غيرعمدي (Entrapped Air) : هوايي كه در حين مخلوط نمودن اجزاء بتن، به طور اتفاقي در مخلوط محبوس مي شود. اين حباب ها با چشم قابل تشخيص بوده و ممكن است به قطر تا mm mm5 باشند.
حباب هاي هواي عمدي (Entrained Air) : هوايي كه با استفاده از مواد افزودني حباب زا به طور عمدي در بتن ايجاد مي شود. اين حباب ها با چشم به سختي ديده مي شوند و داراي قطر μm 50 تا 200 هستند.

سه روش براي اندازه گيري ميزان هواي بتن وجود دارد: 1) روش وزني، كه بر اساس مقايسه ساده وزن مخصوص بتن متراكم شده حاوي حباب هوا با وزن مخصوص محاسبه شده بتن بدون حباب هوا با همان نسبت هاي مخلوط قرار دارد. 2) روش حجمي كه در آن اختلاف بين حجم هاي يك نمونه متراكم شده بتن، قبل و بعد از اينكه هواي آن به خارج رانده شود، تعيين مي گردد و 3) روش فشاري كه بر پايه رابطه بين حجم هوا و فشار اعمال شده (در يك دماي ثابت) كه توسط قانون بويل داده مي شود، قرار دارد (P1V1=P2V2)

در اين آزمايش كل هواي بتن تازه (بجز هوايي كه ممكن است درون منافذ سنگدانه ها موجود باشد) به روش فشاري تعيين مي شود. اساس كار اين روش بر مشاهده كاهش در حجم نمونه متراكم شده بتن، وقتي تحت فشار معيني واقع مي شود، قرار دارد. چون فشار روي بتن به بيش از فشار اتمسفر مي رسد، لذا حجم هواي داخل بتن و به تبع ان حجم نمونه بتن كم شده و سبب مي گردد كه سطح آب روي آن در دستگاه هوا سنج نزول نمايد.
اين روش براي بتن و ملات هاي ساخته شده با سنگدانه هاي نسبتاً تو پر و سنگين، كه فاكتور تصحيح سنگدانه ها مي تواند به نحو مناسبي با تكنيك شرح داده شده در روش آزمايش (ASTM-C231) تعيين شود، مناسب است و براي بتن هاي ساخته شده با سنگدانه هاي سبك يا داراي تخلخل بالا كاربرد ندارد. در اين حالت بايد از روش حجمي استفاده نمود.

مراحل آزمايش
1- مخزن دستگاه سنجش هوا (حجم تقريبي lit 6) را از بتن پر كرده و متراكم نماييد. براي اينكار سطح داخلي مخزن را كمي مرطوب نموده و بتن را در سه لايه درون مخزن بريزيد. هر لايه را با اعمال 25 ضربه كوبه استاندارد و يا توسط لرزاننده با صرف زمان كافي، متراكم نماييد.
2- بعد از عمل تراكم، بتن اضافي را توسط حركات برشي كوبه استاندارد از سطح فوقاني بتن برداريد تا سطح نهايي بتن، هم تراز لبه مخزن باشد. برداشت لايه اي به ضخامت mm 3 از بتن بهينه خواهد بود.

3- صفحه فاكتور را بصورت تقريباً مركزي روي سطح بتن قرار دهيد و با اعمال ضربات آرام توسط چكش پلاستيكي، از اتصال كامل صفحه با بتن مطمئن شويد. اين صفحه از تماس مستقيم نمونه بتن با آبي كه بعداً روي نمونه ريخته مي شود، تا حد امكان جلوگيري مي كند.
4- لبه هاي مخزن و درپوش آن را از هر گونه مصالح خارجي تماماً تميز نماييد. درپوش را روي مخزن قرار داده و توسط سه گيره تعبيه شده روي آن درپوش را به مخزن كاملاً محكم كنيد تا واشر لاستيكي داخل لبه درپوش به حد كافي فشرده گردد. بدين ترتيب، اتصال مقاومتي در مقابل فشار حاصل خواهد شد.
5- بر روي درپوش دستگاه هواسنج، استوانه مدرج شيشه اي متصل است كه در بالاي آن گيج فشار سنج تعبيه شده است. با پيچاندن آنرا باز كنيد و از طريق اين مجرا حدوداً تا نصف ارتفاع استوانه، درون درپوش آب اضافه نماييد.

6- در حاليكه مخزن دستگاه هواسنج بر روي ميز كار است، مجموعه را حدود ْ300 از حالت قائم خارج كنيد و حول محور دستگاه چند دور بچرخانيد و در همين حال با چكش پلاستيكي ضرباتي را به درپوش وارد كنيد، آنگاه دستگاه را به حالت قائم برگردانيد. اين عمل باعث خروج حباب هاي هواي محبوس در زير درپوش (كه در حين اضافه كردن آب در گام قبل ايجاد شده اند) مي شود.

7- مجدداً از مجراي بالاي استوانه آب اضافه نماييد تا جايي كه سطح آب كمي (حدود %1/0) بالاتر از علامت صفر قرار گيرد. گيج فشار سنج را در جاي خود پيچ نماييد. اكنون بايد سطح آب روي علامت صفر قرار گرفته باشد.

8- يك پمپ دستي كوچك را به سوپاپ تعبيه شده در بالاي استوانه مدرج متصل نماييد. به كمك اين پمپ، فشاري كمي بيشتر (حدود Kpa 5/1) از فشار مطلوب آزمايش به بتن اعمال كنيد (فشار مطلوب آزمايش، با كاليبراسيون دستگاه بدست مي آيد. براي دستگاه هوا سنج در محل آزمايشگاه، اين فشار Kpa 120 است). براي از بين بردن گيرداري هاي موضعي بتن با جداره مخزن، ضرباتي را توسط چكش پلاستيكي به جداره مخزن وارد كنيد و هنگامي كه گيج فشار سنج، دقيقاً فشار مطلوب آزمايش را نشان مي دهد، سطح آب را قرائت كنيد (h1) .

9- پمپ دستي را از دستگاه جدا كرده و با فشردن سوزن داخل سوپاپ، فشار را به آرامي آزاد كنيد و در همين حين، ضرباتي را به مخزن وارد كنيد. اكنون سطح آب را قرائت كنيد (h2) .
10- در صورتي كه سنگدانه هاي استفاده شده براي بتن، كاملاً چگال و تو پر نباشند، بايد طبق روش شرح داده شده در متن اصلي ASTM-C231 فاكتور صحيح سنگدانه ها محاسبه گردد. براي سنگدانه هاي مورد استفاده در آزمايشگاه اين فاكتور برابر صفر خواهد بود.
توضيح: دستگاه هوا سنج بتن، طوري تنظيم شده است كه درجه بندي روي استوانه مدرج آن، مستقيماً درصد هواي موجود در بتن را نشان مي دهد).

نتايج حاصله
A= h1 – h2 – G
درصد هواي بتن تازه = A
سطح آب در فشار مطلوب آزمايش = h1
سطح آب در فشار صفر، بعد از آزاد سازي فشار مطلوب آزمايش = h2
فاكتور تصحيح سنگدانه ها = G

آزمايش مقاومت فشاري بتن
Compressive Strength of Concrete
[ASTM – C39]
مقدمه:
متداول ترين آزمايش از بين آزمايش هاي بتن سخت شده، آزمايش مقاومت فشاري مي باشد كه تا حدي به دليل ساده بودن آن است و تا حدي به دليل اينكه بسياري از خواص مورد نظر بتن از نظر كيفي با مقاومت ارتباط دارند. دو هدف اصلي از انجام اين آزمايش، كنترل كيفيت و انطباق با مشخصات تعيين شده است.
در اين آزمايش، نمونه هاي بتن با اعمال نيروي محوري فشاري با سرعتي مشخص، به حد مقاومت نهايي شان مي رسند (تا جاييكه ديگر قادر به تحمل نيروي بيشتري نباشند). مقاومت فشاري از تقسيم حداكثر نيروي تحمل شده توسط نمونه، به سطح مقطع آن بدست مي آيد. لذا منظور از مقاومت فشاري، حداكثر تنش فشاري اعمال شده به نمونه و نه حداكثر نيروي فشاري اعمال شده مي باشد.

بايد توجه نمود كه نتايج آزمايش مقاومت فشاري بتن متاثر از عوامل زير است.
(I خواص و نسبت هاي مصالح تشكيل دهنده بتن، نسبت W/C ، نوع سيمان، نوع سنگدانه، ... (II شرايط عمل آوري: زمان، دما، رطوبت (III پارامترهاي آزمايش: شكل نمونه، ابعاد نمونه، سرعت بارگذاري، شرايط رطوبتي نمونه حين آزمايش، ... (IV پارامترهاي ساخت : درجه تراكم، نحوه مخلوط نمودن
بنابراين، مقاومت فشاري بتن جزو خواص ذاتي و اساسي بتن نيست.
براي تفسير نتايج آزمايش مقاومت فشاري بتن، نكات مهم زيرا را بخاطر داشته باشيد:

1) در آزمايش مقاومت فشاري بتن، قسمت اعظم ترك هاي بوجود آمده در نمونه، بايد موازي جهت اعمال نيرو باشند و اگر قسمت هاي ترك خورده را از نمونه جدا كنيد، تقريباً بشكل يك ساعت شني متقارن درخواهد آمد (علت بوجود آمدن چنين شكلي، ايجاد تنش هاي برشي از طرف فك هاي دستگاه بر روي سطوح بالا و پايين نمونه مي باشد كه اين تنش هاي برشي باعث مي شوند تخريب قسمت داخلي نمونه كه به شكل ساعت شني ملاحظه مي شود، به تأخير افتد). در صورت احراز اين شرايط، نوع شكست نمونه درست و نتيجه آن قابل استناد خواهد بود.

2) بتن يك ماده مركب (كامپوزيت) است. هر ماده مركب، شامل بخش ها يا فازهاي مختلفي است. براي بررسي خواص مكانيكي، بتن را به سه فاز تقسيم مي كنند:
(I فاز ملات (خمير سيمان + سنگدانه ريز).
(II فاز سنگدانه (درشت)

(III فاز ناحيه انتقال (ناحيه اتصال ملات به سنگدانه هاي درشت، با ضخامتي در حد چند ميكرون)
اين سه فاز، بمانند سه حلقه يك زنجير، در مقابل نيروهاي وارده مقاومت مي كنند و مقاومت بتن برابر حداقل مقاومت هاي فازهاي مذكور است. لذا در آزمايش مقاومت فشاري بتن، خوبست تشخيص داده شود ضعف بتن – كه باعث فرا رسيدن مقاومت فشاري آن شده است – از كدام فاز بوده است تا در صورت لزوم، براي افزايش مقاومت فشاري بتن تدبير مناسبي اتخاذ شود. قسمت هاي ترك خورده نمونه را جدا كنيد تا بشكل ساعت شني درآمده و بتوانيد داخل نمونه را ببينيد:
(I اگر ضعف بتن ناشي از فاز ملات بوده باشد، فقط ملات گسيخته شده و در اين صورت هيچ سنگدانه درشتي نبايد ديده شود (ضعف ملات از نظر مقاوتي). اين حالت بندرت اتفاق مي افتد.
(II اگر ضعف بتن ناشي از فاز سنگدانه بوده باشد، بايد قسمت اعظم سنگدانه ها بدون اينكه از جاي خود بيرون آيند، شكسته شده باشند (ضعف سنگدانه هاي درشت از نظر مقاومتي)
(III اگر ضعف بتن ناشي از فاز ناحيه انتقال بوده باشد، بايد قسمت اعظم سنگدانه ها سالم بوده ولي از جاي خود بيرون آمده باشند (ضعف چسبندگي بين ملات و سنگدانه هاي درشت).

3) همانطوريكه پيشتر گفته شد، يكي از اهداف انجام اين آزمايش، انطباق با مشخصات تعيين شده است. يعني اينكه كنترل شود آيا بتن داراي مقاومت فشاري كه براي آن طراحي شده و مورد انتظار است، مي باشد يا خير. براي اين منظور، بايد به اين نكته مهم توجه كرد كه اگر بتن با مصالح داراي خواص معين و نسبت هاي ثابتي از اجزاء نيز ساخته شود، باز نتايج آزمايش مقاومت فشاري تحت تاثير عواملي مانند شرايط عمل آوري، پارامترهاي آزمايش و پارامترهاي ساخت قرار مي گيرند كه مسئله كنترل كيفيت و كنترل انطباق با مشخصات را مشكل مي كنند، لذا براي رفع اين مشكل، آئين نامه ها وارد عمل شده و يكسري استاندارد تعريف مي كنند تا آزمايش در شرايط يكساني انجام شده و در اين صورت است كه نتايج آزمايش قابل مقايسه و كنترل خواهد بود. بعنوان مثال آيين نامه ACI 211.1 كه در اين آزمايشگاه طرح اختلال بتن بر

اساس آن انجام شده است، ضمن مشخص كردن ديگر عوامل تاثير گذار در مقاومت بتن، مقاومت نمونه استوانه اي cm 15  30 در سن 28 روز را براي كنترل مقاومت فشاري در نظر گرفته است. بنابر اين اگر از آيين نامه ACI 211.1 براي طرح مخلوط بتن استفاده مي كنيد، بايد نتايج آزمايش مقاومت فشاري يك نمونه استوانه اي cm 15  30 را پس از گذشت 28 روز با مقاومت فشاري كه در طرح اختلاط در نظر گرفتيد، مقايسه كنيد. بدليل اينكه هميشه تأمين احتياجات آيين نامه اي، ممكن است مقدور نباشد، مي توان از يكسري روابط تبديلي تقريبي مانند زير استفاده كرد. توجه داشته باشيد كه اين روابط به هيچ عنوان عمومي نبوده و تنها در شرايط خاصي صادق هستند.

تخمين مقاومت نمونه استوانه اي از روي مقاومت نمونه مكعبي
fc(t)cylinder = 0.8 fc(t)cube
fc(28)=fc(7)/0.70
fc(28) = [(4+0.85t)/t]fc(t) fc(28)=fc(14)/0.88
Fc(28)=fc(21)/0.96

t : سن نمونه بر حسب روز
مراحل آزمايش:
براي بررسي روند كسب مقاومت بتن تا سن 28 روز، اين آزمايش هنگامي كه سن نمونه ها برابر 7 ، 14 و 28 روز باشد، انجام مي شود. بنابراين در هر سن، مراحل زير را تكرار مي كنيم.
1- دو نمونه مكعبي را از داخل حوضچه آب يا اطاق مرطوب بيرون مي آوريم و سطح خارجي آن را خشك مي كنيم.
2- دستگاه آزمايش مقاومت فشاري بتن (ماشين فشار) داراي دو فك مي باشد كه در تماس با سطح بالايي و پاييني نمونه قرار مي گيرند. دقت مي كنيم كه اين سطوح، عاري از سنگدانه ها يا خرده بتن آزمايش قبلي باشند، زيرا نتايج آزمايش را تحت تاثير قرار مي دهند. در صورت لزوم آنها را تميز مي كنيم.
3- يكي از نمونه ها را طوري در مركز فك پايين دستگاه قرار مي دهيم كه سطح پرداخت شده روي نمونه، در تماس با فك بالا يا پايين دستگاه قرار نگيرد. در غير اينصورت، توزيع نيروي روي نمونه يكنواخت نخواهد بود.

4- دستگاه را روشن مي كنيم. تا زماني كه شير برگشت روغن باز است، دستگاه نيرويي به نمونه اعمال نمي كند. شير مذكور را مي بنديم. در اين هنگام فك پايين دستگاه بهمراه نمونه روي آن شروع به بالا آمدن مي كند (فك بالاي دستگاه همواره ثابت است اما مي تواند در جاي خود دوران كند و زاويه خود را با زاويه سطح بالاي نمونه هماهنگ كند. اين عمل از الزامات هر ماشين فشار بتن است). زماني كه سطح بالاي نمونه با فك بالايي دستگاه بطور كامل مماس گرديد، اعمال نيرو به نمونه آغاز شده و درجات نشان دهنده نيرو (و يا فشار) مقدار متناسب را نشان مي دهند.

5- بارگذاري روي نمونه بايد با سرعت MPa/sec 34/0 – 14/0 ادامه يابد تا جاييكه نمونه نتواند بار بيشتري تحمل كند. وقتي حداكثر فشار قابل تحمل نمونه فرا رسيد، درجات نشاندهنده نيرو شروع به كاهش كرده و يا در مقدار حداكثر، ثابت مي مانند. حداكثر نيرو را يادداشت مي كنيم.
6- شير برگشت روغن را قدري باز كرده و دستگاه را خاموش مي كنيم.

آزمايشات مقاومت كششي بتن
(Tensile Strength of Concrete)