دانلود مقاله آشنایی با بتن و فولاد

word قابل ویرایش
33 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

-۱- مقدمه
بتن یکی از مصالح ساختمانی است که بوسیله آمیختن مخلوط متناسبی از سیمان، مصالح سنگی (شن و ماسه) و آب بوجود می‌آید. آب و سیمان با ترکیب شیمیائی خود مصالح سنگی از، که قسمت اعظم بتن را تشکیل می‌دهند، به یکدیگر و توده سخت سنگی شکل بتن را ایجاد می‌نمایند.
بتن ماده‌ای است که دارای مقاومت زیادی در فشار است و از اینرو استفاده از آن برای قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسیار مناسب است لیکن علیرغم مقاومت فشاری قابل توجه، مقاومت کششی کم و شکنندگی نسبتاً زیاد بتن، استفاده از آن برای قظعاتی که تماماً یا بطور موضعی تحت کشش هستند محدود می‌نماید. برای رفع این محدودیت اعضاء بتنی را با قراردادن فولاد در آنها تقویت می کنند. ماده مرکبی که بدین ترتیب حاصل می‌شود بتن آرمه یا بتن مسلح نامیده می‌شود.

ایده اصلی در ایجاد بتن مسلح استفاده از بتن برای تحمل فشار و استفاده از فولاد، که معمولاً آرماتور نامیده می‌شود، برای تحمل کشش است. برای روشن شدن بیشتر مسئله می‌توان رفتار یک تیر بتنی غیر مسلح را که روی دو تکیه‌گاه ساده قرار دارد بررسی نمود (تصویر الف –۱-۱).
در مقاطع مختلف این تیر، تنش‌های کششی در زیر صفحه خنثی و تنش‌های فشاری در بالای آن ایجاد می‌شوند. از آنجا که مقاومت کششی بتن ناچیز است، این تیر دارای ظرفیت باربری کمی خواهد بود. درچنین تیری اصولاً مقاومت فشاری بتن نمی‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. حال اگر همین تیر در ناحیه کششی توسط فولادهایی که معمولاً بصورت میلگرد مستقیم می‌باشند، مسلح شود قادر خواهد بود برای به مراتب بیشتر از بار حالت قبل (مثلاً تا ۲۰ برابر) را تحمل نماید (تصویر ب-۱-۱). سایر اعضاء بتنی، نظیر ستونها، که عمدتاً در فشار کار میکنند، را نیز با میلگردهای فولادی مسلح می نمایند (تصویر ج –۱-۱). وجود آماتور در چنین اعضائی نیز سبب افزایش مقاومت آنها میگردد. زیرا فولاد علاوه بر کشش در فشار نیز مقاومت بالایی دارد. بدین ترتیب از اجتماع دو ماده فولاد و بتن ماده تقریباً جدیدی بنام بتن مسلح ایجاد می‌شود که امروزه حوزه کاربرد آن بدون هیچ مرزی در حال گسترش است.

اساس رفتار مشترک فولاد و بتن ترکیب طبیعی دو خاصیت مهم فیزیکی و مکانیکی این دو ماده است: اول آنکه، بتن در اثر سخت شدن چسبندگی قابل ملاحظه‌ای با آرماتور فولادی ایجاد می‌کند که در نتیجه آن در یک عضو بتن آرمه تحت اثربار، هر دو ماده فولاد و بتن با هم تغییر شکل میدهند. دوم آنکه، بتن و فولاد دارای ضرائب انبساط حرارتی تقریباً یکسانی می‌باشند (مقدار این ضریب بطور متوسط برای بتن ۰۰۰۰۱۰/۰ و برای فولاد ۰۰۰۰۱۲/۰ بازاء هر درجه سانتیگراد است) و در نتیجه در اثر تغییرات درجه حرارت، تنش‌های اولیه قابل توجهی در هیچیک از دو ماده ایجاد نشده و لغزشی بین فولاد و بتن رخ نمیدهد.

بتن مسلح علاوه بر اینکه دارای مقاومت نسبتاً بالایی است، در مقابل شرایط نامساعد محیطی نیز مقاومت خوبی دارد زیرا پوشش بتنی روی آماتور، فولاد در مقابل خوردگی و اثر مستقیم آ‎تش‌سوزی محافظت می‌نماید. در رابطه با مقاومت در مقابل آتش‌سوزی شاید توجه به این نکته جالب باشد که در حرارت حدود ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد، حداقل یک ساعت طول میکشد که دمای فولاد داخل بتن، که با یک لایه بتنی به ضخامت ۵/۲ سانتیمتر پوشیده است، به ۵۰۰ درجه سانتیگراد برسد. تجربه نشان داده است که در آتش‌سوزی‌های با شدت متوسط، سازه‌های بتن آرمه تنها دچار خسارتهای سطحی می‌شوند و خللی در مقاومت و ظرفیت باربری آنها وارد نمی‌آید.

به علت خواص متنوع و با ارزش بتن آرمه، نظیر دوام (مقاومت در مقابل اثرات سوء ناشی از سیکل‌های انجماد و ذوب)، مقاومت در مقابل خورده‌گی، مقاومت در مقابل آتش، مقاومت زیاد در مقابل بارهای استاتیکی و دینامیکی، امکان ایجاد اشکال مورد نظر از طریق شکل دادن به قالب عضو، و بالاخره مخارج نگهداری ناچیز در طول عمر سازه، امروزه از این ماده بعنوان یکی از مقاومترین مصالح ساختمانی در ساخت انواع سازه‌ها استفاده فراوان می‌شود. ساختمانهای مرتفع مسکونی و اداری، ساختمانهای صنعتی، نیروگاههای هسته‌ای، پل‌ها، سیلوها، تونل‌ها، انواع پوسته‌ها، سازه‌های هیدرولیکی و بسیاری سازه های دیگر از مواردی هستند که بتن مسلح اسکلت اصلی و باربر آنها را تشکیل میدهد.

یکی از جنبه‌های خاص رفتار سازه‌های بتن آرمه تحت اثربار، امکان ایجاد ترک در قسمت‌های کششی مقاطع است. البته بازشدن چنین ترکهایی تحت بارهای معمولی وارد بر سازه، غالباً بقدری کم اهمیت است که بهیچوجه استفاده از سازه را تحت تأثیر قرار نمیدهند. اما چنانچه در موارد خاصی، با توجه به انتظاری که از عملکرد سازه میرود، وجود این ترکها بعنوان یک نقص تلقی شود و بعبارت دیگر لازم باشد از ایجاد ترک جلوگیری شود و یا میزان بازشدگی آن محدود گردد، می‌توان از ایده پیش تنیدگی بتن استفاده نمود. در سازه‌های بتنی پیش تنیده بوسیله کشیدن کابلهای پیش تنیدگی، مقطع عضو بتنی را تحت فشار اولیه شدیدی قرار میدهند. تا بدین ترتیب پس از اعمال بارهای موردنظر در هیچ مقطعی از عضو بتنی ایجاد کشش نشود.

از نظر تکنیک ساخت، اعضاء و سازه‌های بتن آرمه یا پیش‌ساخته هستند، یا در جا ریخته شده ویا مرکب. اعضاء پیش‌ساخته اعضائی هستند که در کارگاههای خاصی ساخته شده وبرای نصب به محل مورد نظر تحویل می‌شوند. اعضاء با بتن ریزی در جا، همانطور که از نامشان پیداست، در همان محل واقعی خود در سازه بتن‌ریزی می‌شوند و بالاخره اعضاء مرکب اعضایی هستند که ترکیبی از اجزاء پیش ساخته و بتن ریزی در جا هستند. اعضاء و سازه‌های بتن آرمه که به روشهای فوق ساخته می‌شوند اگر چه در برخی موارد تفاوت‌های مختصری در رفتار و جزئیات محاسبات دارند، اصول کلی طراحی آنها یکسان است و آنچه سبب انتخاب هر یک از این روشها می‌شود مسائلی نظیر سرعت اجراء، دقت ساخت و توجیهات اقتصادی است.

۲-۱- مواد تشکیل دهنده بتن
مواد تشکیل دهنده بتن عبارتند از: سیمان، مصالح سنگی و آب و در برخی موارد مواد مضاف نیز بدانها اضافه می‌شود. خواص بتن‌تر (قبل از سخت شدن)، مانند روانی، کارآیی و زمان گیرش، همچنین خواص بتن خشک (بتن سخت شده)، نظیر مقاومت فشاری، مقاومت کششی، افت، خزش و دوام بستگی به انتخاب و درصد مواد متشکله بتن دارد. از اینرو در این بخش بطور اختصار خواص و نقش هر یک از این مواد مورد بررسی قرار می‌گیرند.

سیمان- هر ماده‌ای که دانه های مصالح سنگی را برای تشکیل یک توده توپر و یکپارچه بهم بچسباند سیمان نام دارد. سیمانهایی که در صنعت بتن و بتن آرمه بکار میروند سیمانهایی هستند که در ترکیب با آب موادی بوجود می‌آورند که تقریباً غیرقابل حل در آب می‌باشند و از اینرو به آنها سیمان هیدرولیکی گفته می‌شود. از بین انواع این سیمان نوعی که بیشترین کاربرد را در بتن آرمه سیمان پرتلند است.

پس از اینکه آب به سیمان افزوده می‌شود مواد درسطح دانه های سیمان بوسیله آب حل شده و یک ژل، که در واقع یک توده متراکم از ذرات فوق‌العاده کوچک است، ایجاد می‌شود. این ماده به تدریج افزایش حجم و سختی پیدا می‌کند بطوری که پس از چند ساعت قابل ملاحظه‌ای در ملات ایجاد می‌شود. این عمل هیدراسیون نام دارد. هیدراسیون تدریجاً بیشتر به عمق دانه‌های سیمان نفوذ می‌کند و در نتیجه سبب افزایش سختی ملات می‌گردد.

از نظر شیمیائی، برای هیدراسیون کامل یک مقدار معین سیمان، در حدود ۲۵ درصد وزن سیمان آب لازم است، لیکن برای سهولت حرکت آب در مخلوط و رسیدن به ذرات سیمان، آب مورد نیاز ۱۰ الی ۱۵ درصد بیش از میزان ذکر شده می‌باشد. بنابراین حداقل نسبت وزنی آب به سیمان بین ۳۵/۰ و ۴/۰ است، با اینحال در عمل مقدار آب مصرفی بیش از مقادیر حداقل فوق می‌باشد. این مقدار آب اضافی برای روان‌تر کردن و افزایش کارآیی بتن (یعنی افزایش قابلیت کار با بتن) لازم است. ولی باید توجه داشت که آب مازاد بر نیاز هیدراسیون کامل، بصورت ترکیب نشده در بتن باقی میماند که پس از سخت شدن بتن تدریجاً از آن خارج شده و سبب ایجاد حفره و در نتیجه نقصان مقاومت بتن میگردد. عمل هیدراسیون با تولید حرارت نیز همراه است و حرارت تولید شده را حرارت هیدراسیون می نامند. این گرمای آزاد شده بخصوص در کارهای بتن ریزی زیاد مثل سدسازی، باعث افزایش درجه حرارت و در نتیجه افزایش حجم بتن میگردد و می‌تواند پس از سرد شدن بتن سبب ترک خوردگی آن گردد. که باید به نحو صحیحی از آن جلوگیری نمود.

همانطور که قبلاً اشاره شد، سیمانی که بیشترین کاربرد را در بتن آرمه دارد سیمان پرتلند است. مشخصات انواع مختلف این سیمان در ASTM C150 داده شده است (از انجمن آمریکائی آزمایشات و مصالح: ASTM). متداولترین نوع این سیمان، سیمان پرتلند تیپ I است که برای کارهای متعارف اجراء سازه‌های بتنی که در آنها خاصیت ویژه ای مورد انتظار نیست بکار میرود. بتنی که با این سیمان ساخته می‌شود تقریباً پس از ۲۸ روز مقاومت طراحی خود را بدست میاورد. سایر انواع سیمان پرتلند مشخصه‌های متفاوتی در ارتباط با سرعت سخت شدن، سرعت تولید حرارت و مقاومت در مقابل اثر آبهای سولفاته دارند که این مشخصه‌ها برای انواع مختلف سیمان پرتلند در جدول ۱-۱ آورده شده‌اند.
جدول ۱-۱: انواع سیمان پرتلند
نوع تیپ مورد استفاده
I موارد متعارف اجراء که در آنها خواص ویژه‌ای مورد نظر نمی‌باشد.
II موارد متعارف اجراء که در معرض اثر ملایم سولفات باشند، یا مواردی که حرارت هیدراسیون متوسط مورد نظر باشد.
III هنگامی که حصول مقاومت بالا در زمان کوتاه موردنظر باشد (سیمان تن‌گیر).
IV هنگامی که حرارت هیدارسیون خفیف مورد نظر باشد (سیمان کندگیر).
V هنگامی که مقاومت در مقابل اثر شدید سولفات مورد نظر باشد.

علاوه بر پنج نوع سیمان‌های پرتلند که بوسیله ASTM استاندارد شده‌اند، سیمانهای پرتلند اصلاح شده‌ای نیز ساخته می‌شوند که کاربردهای زیادی در بتن آرمه دارند. مانند سیمان پرتلند هوا دهنده، سیمان پرتلند سرباره کوره بلند وسیمان پرتلند- پوزولان.
سیمان پرتلند هوا دهنده حاوی ماده شیمیائی است که سبب ایجاد حبابهای هوا (بقطر تقریبی ۰۵/۰ میلیمتر) در بتن میگردد. این حبابهای هوا، که بطور یکنواخت در بتن پخش می‌شوند ، علاوه بر افزایش کارآیی بتن، دوام آنرا نیز در مقابل اثر یخبندان بهبود می‌بخشد (البته برای تأمین نظرات فوق می‌توان از مواد مضاف هوا دهنده، که در موقع مخلوط کردن بتن به انواع عادی سیمان پرتلند اضافه می‌شوند استفاده نمود). برای مشخص کردن سیمان پرتلند هوا دهنده، حرف A همراه شماره تیپ‌های سیمان پرتلند جدول ۱-۱ آورده می‌شود، مانند سیمان پرتلند هوا دهنده نوع IIA, IA و III A.

سیمان پرتلند سرباره کوره بلند و سیمان پرتلند- پوزولان نیز سیمانهایی هستند که از مخلوط کردن برخی مواد طبیعی یا مصنوعی با سیمان پرتلند معمولی بدست می‌آیند. مزیت مهم این سیمانها حرارت کم هیدراسیون آنها می‌باشد. که در نتیجه برای کارهای بتنی حجیم مانند سد سازی بسیار مناسب می‌باشند. علاوه بر این، بتن‌های ساخته شده با سیمان پرتلند- پوزولان مقاومت خوبی در مقابل آبهای سولفاته و اسیدی نشان میدهند و از اینرو برای اجرای کارهای دریائی کاربرد زیادی دارند. سیمان پرتلند سرباره کوره بلند و سیمان پرتلند- پوزولان، به ترتیب بوسیله حروف s و p که همراه شماره تیپ سیمان پرتلند معمولی قید می‌شوند مشخص میگردند، مانند سیمان نوع IS و IP . همچنین، چنانچه از مواد هوا دهنده در ساخت این سیمانها استفاده شود حرف A نیز به نام این سیمانها اضافه می‌شود. مانند سیمان نوع IS-A.

مشخصات این سیمانها را می توان از ASTM C595 (مشخصات استاندارد برای سیمانهای هیدرولیکی مخلوط شده) بدست آورد.
مصاح سنگی- مصالح سنگی بین ۶۰ تا ۷۵ درصد حجم بتن را تشکیل میدهند و از اینرو نقش بزرگی را در رفتار بتن دارا هستند. بسیاری از خواص بتن، قبل یا بعد از سخت شدن، نظیر کارآئی، مقاومت، مدول الاستیسیته، افت، خزش و دوام، متاثر از مشخصه‌های مصالح سنگی می‌باشند.

مصالح سنگی بتن به دو دسته ریز دانه و درشت دانه تقسیم می‌شوند. مصالح سنگی را که از الک نمره ۴ (الک ۴۷۶۰ میکرونی) عبور می‌کنند مصالح ریزدانه و مصالح سنگی را که روی این الک باقی میمانند مصالح درشت دانه می‌نامند. ماسه‌های سیلیسی طبیعی منبع اصلی مصالح ریز دانه هستند، با اینحال، در صورتی که ماسه‌های طبیعی در دسترس نباشند از ماسه‌های ساخته شده، که بوسیله خرد کردن سنگ بدست می‌آیند. نیز استفاده می‌شود. برای مصالح درشت دانه معمولاً شن رودخانه‌ای، گرانیت خرد شده، بازالت، ماسه سنگ و همچنین مواد دانه‌ای سبک متداولترین مصالح می‌باشند.

از نظر اندازه مصالح سنگی درشت‌ دانه باید گفت که بطور کلی برای هر کار مورد نظر بهتر است حداکثر اندازه مجاز بکار رود، زیرا علاوه بر مسائل اقتصادی، بکاربردن دانه‌های درشت‌تر سبب کاهش افت بتن می‌گردد. حداکثر اندازه مجاز مصالح سنگی درشت دانه تابع ضخامت مقطع عضو بتنی، فاصله بین آرماتورها و وسائل مورد استفاده برای ساخت و جا دادن بتن در قالب می‌باشد مطابق آئین نامه اندازه دانه‌های سنگی نباید از یک پنجم کوچکترین بعد اعضاء، یک سوم ضخامت دالها، و سه چهارم کوچکترین فاصله آزاد بین میلگردها تجاوز نماید. مسئله دیگری که در رابطه با اندازه مصالح سنگی (درشت دانه و ریزدانه) مطرح است، دانه‌بندی این مصالح است. اگر تمام دانه‌های سنگی از نظر اندازه یکسان باشند، یا از یک اندازه خاص در مخلوط دانه‌های سنگی به مقدار زیادی استفاده شده باشد.

فضای خالی بزرگی ایجاد می‌شود و در نتیجه ملات سیمان بیشتری برای پر کردن فضای خالی لازم میگردد. از نظر اقتصادی، یک دانه‌بندی ایده‌آل برای مصالح سنگی بتن دانه‌بندی است که منجر به حداقل فضای خالی شود، لیکن این روش ممکن است بهترین کارآیی را برای بتن بهمراه نداشته باشد، لذا معمولاً لازم است از مخلوط‌های آزمایشی برای تعیین حدود دانه بندی استفاده شود. در ASTM C335 , ASTM C33 حدود دانه بندی به ترتیب برای مصالح سنگی معمولی و مصالح سبک پیشنهاد شده‌اند.

مقاومت مصالح سنگی اثر قابل ملاحظه‌ای بر مقاومت بتن ندارد، زیرا که مواد سنگی معمولاً دارای مقاومت های زیادی هستند. آنچه در مقاومت فشاری و همچنین مقاومت کششی بتن اثر مهمتری دارد مقاومت چسبندگی ملات سیمان به مصالح سنگی است. دانه‌های سنگی تیز گوشه که دارای سطوح زبر و ناصافی هستند از دانه‌های سنگی گرد گوشه‌ که دارای سطوح صاف و صیقلی هستند چسبندگی بعنری با ملات سیمان دارند و معمولاً از مقاومت بیشتری برخوردارند (البته توجه این مطلب لازم است که بتن‌های ساخته شده با دانه‌های سنگی تیز گوشه کارآیی کمتری نسبت به بتن‌های ساخته شده با دانه‌های سنگی گرد گوشه دارند).

در غالب کارهای بتنی از مصالح سنگی طبیعی استفاده می‌شود. وزن بتن ساخته با چنین مصالحی تقریباً برابر ۲۳۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد. هنگامی که آرماتور فولادی به بتن اضافه می‌شود وزن بتن مسلح تقریباً برابر ۲۴۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشد. علاوه بر بتن‌های معمولی بتن‌های سبکتر یا سنگین‌تر از بتن معمولی نیز ساخته می‌شوند.

بتن سبک سازه‌ای بتنی است که با استفاده از مصالح دانه‌ای سبک ساخته می‌شود. مصالح دانه‌ای که در ساخت‌ بتن‌های سبک سازه‌ای بکار میروند یا از انواع سنگ‌های متخلخل با وزن حجمی کم، مانند پومیس و یا از مواد مصنوعی مانند سرباره کوره بلند می‌باشند. وزن چنین بتن‌هایی معمولاً بین ۱۱۰۰ تا ۱۸۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است. البته بتن‌هایی معمولاً با وزن کمتر از ۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب نیز ساخته می‌شوند. این بتن‌ها. که گاهی به آنها بتن ایزولاسیون نیز گفته می‌شود، بتن غیرسازه‌ای هستند و دارای مقاومت‌های ناچیزی می‌باشند.

چنانچه در ساخت بتن سبک سازه‌ای، برای تمام مصالح دانه ای (درشت دانه و ریزدانه) از مواد سبک استفاده شود، بتن حاصله بتن تماماً سبک نامیده می‌شود، در حالیکه اگر فقط مصالح درشت دانه از مواد سبک باشند و برای مصالح ریزدانه از ماسه طبیعی استفاده شود به بتن حاصله بتن سبک با ماسه گفته می‌شود. گاهی در ارتباط با بتن‌های سبک، عبارت «جایگزینی ماسه» بکار میرود، که منظور این است که تمام یا قسمتی از مصالح ریزدانه سبک بوسیله ماسه جایگزین می‌شود.
بتن سنگین غالباً برای محافظت در مقابل تشعشات گاما و ایکس در رآکتورهای هسته‌ای بکار میرود. برای ساخت این بتن از انواع طبیعی سنگ آهن، باریت و برخی مواد دیگر، که در اندازه مورد نظر خرد می‌شوند تا بعنوان مصالح سنگی عمل کنند، استفاده می‌شود. بتن‌های سنگین دارای وزنی بین ۳۰۰۰ تا ۴۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب می‌باشند.

آب- آبی که برای تهیه بتن بکار میرود باید عاری از مقدار مضر روغن‌ها، اسیدها، بازها، نمک ها، موادآلی، یا هر ماده دیگری که برای فولاد و بتن مضر است، باشد. ناخالصی‌های آب، در صورتی که بیش از حدود مجاز باشند، ممکن است بر زمان گیرش، مقاومت و دوام بتن اثر منفی بگذارند و ممکن است سبب خوردگی آرماتور نیز بشوند. معمولاً آبی که کمتر از ppm 2000 مواد جامد غیر محلول داشته باشد برای ساخت بتن قابل قبول است. با اینحال، حداکثر مجاز مواد مختلف در آب را می‌توان با مراجعه به استانداردهای موجود بدست آمده و معیار قبول یا در آب مورد نظر برای ساخت بتن قرار داد. بطور کلی آبی که برای آشامیدن مناسب است برای ساخت بتن نیز مناسب می‌باشد. از آب غیرآشامیدنی نیز می‌توان برای تهیه بتن استفاده نمود مشروط بر آنکه دو شرط تأمین شوند: اول آنکه، انتخاب نسبت‌های اختلاط بتن بر اساس مخلوط‌های بتنی باشد که آب آنها از همان آب غیرآشامیدنی تأمین شده باشد، و دوم آنکه، مقاومت‌های ۷ و ۲۸ روزه نمونه‌های مکعبی ملات ساخته شده با آب غیرآشامیدنی حداقل برابر ۹۰ درصد مقاومت‌های نمونه‌های مشابه ساخته شده با آب مقطر (یا آب آشامیدنی مناسب) باشند.

مواد مضاف- مواد مضاف به موادی گفته می‌شود که در هنگام ساخت بتن به آن اضافه می‌شود تا برخی خواص فیزیکی یا مکانیکی مورد نظر را در بتن بوجود آورند. برخی از موارد مهمتر بکار بردن مواد مضاف عبارتند از:
– افزایش دوام (مقاومت در مقابل اثرات سوء ناشی از سیکل‌های انجماد و ذوب)
– افزایش کارآ‎ئی
– تسریع در کسب مقاومت در زمان کوتاه
– کند کردن گیرش بتن و در نتیجه کاهش داده حرارت هیدراسیون
– افزایش مقاومت
– کاهش نفوذ‌پذیری آب در بتن

از بین انواع مواد مضاف، مواد هوا دهنده (هوازا) بیشترین کاربرد را دارند. این مواد سبب ایجاد حبابهای بسیار کوچک هوا در بتن می‌شوند، حبابهای ایجاد شده از یکدیگر مجزا بوده و در سراسر بتن بطور یکنواخت پخش می‌شوند (اندازه حبابهای هوا در حدود ۰۵/۰ میلیمتر و فاصله آنها از یکدیگر کمتر از ۲/۰ میلیمتر است). در اثر هوا دادن، کارآیی بتن بهبود یافته و جدا شدن دانه‌ها و خروج شیره بتن کاهش می‌یابد. علاوه بر آن بتن هوا داده شده پس از سخت شدن، مقاومت چشمگیری در مقابل اثرات سوء ناشی از یخ زدن و ذوب‌شدن‌های متوالی کسب می‌کند. اگر چه بکار بردن مواد هوا دهنده باعث کاهش مختصری (کمتر از ۱۵ درصد) در مقاومت بتن می‌شود، خواصی که در اثر بکار بردن این مواد در بتن تقویت یا ایجاد می‌شوند گاهی بمراتب مهمتر و لازم‌تر از مقاومت می‌باشند و از اینرو این مواد در برخی موارد از عناصر اصلی و لاینفک بتن محسوب می‌شوند. (لازم به تذکر است که هوای داده شده، که عمداً توسط مواد هوازا داخل بتن می‌شود. به هوای محبوس که بطور ناخواسته در ضمن مخلوط کردن و جا دادن در بتن باقی می‌ماند. متفاوت است. هوای محبوس در بتن نه تنها اثر مثبتی بر خواص بتن ندارد بلکه سبب کاهش مقاومت آن نیز می‌گردد. بتن‌های معمولی بطور متوسط دارای ۱ تا ۲ درصد محبوس می‌باشند).

۳-۱- خواص مکانیکی و فیزیکی بتن
بتن ماده‌ای است که اگر چه از برخی جهات بصورت الاستیک رفتار میکند، اساساً یک ماده غیرالاستیک محسوب می‌شود. شاید بتوان گفت که جنبه های رفتاری غیرالاستیک بتن کمک بزرگی به موفقیت و توسعه استفاده از آن نیز نموده است. بعنوان مثال می‌توان از تغییر شکلهای غیرالاستیک بتن در مناطقی از سازه‌های نامعین یاد کرد که در آنها در اثر باز توزیع تنش‌ها وضعیت متعادل‌تری از نظر نیروها بوجود میآید. همچنین، شاید بتن از این نظر که خواص سازه‌ای آن بستگی به زمان و شرایط رطوبتی و حرارتی محیط دارد نیز منحصر به فرد باشد. بنابراین برای افرادی که مسئولیت طراحی یا اجرای سازه‌های بتن آرمه را بعهده دارند، تنها اتکاء بر مقادیری که از جداول محاسباتی بدست می‌آیند کافی نبوده و اطلاع از خواص مکانیکی و فیزیکی بتن بسیار ضروری است.
در این بخش برخی خواص بتن، نظیر مقاومت، تغییر شکل، خستگی، افت و خزش، و اثر عوامل مؤثر بر آنها مورد بررسی و مطالعه قرار می‌گیرد.

۱-۳-۱- عوامل مؤثر بر مقاومت بتن
مهمترین عوامل مؤثر بر مقاومت بتن عبارتند از:
– نسبت آب به سیمان
– نسبت مصالح سنگی به سیمان
– دانه‌بندی، شکل، درجه زبری سطح، مقاومت و سختی دانه های سنگی
– حداکثر اندازه مصالح سنگی
هنگامی که حداکثر اندازه مصالح سنگی بین ۵/۳ تا ۵/۴ سانتیمتر است عوامل سوم و چهارم اهمیت کمتری دارند، و هنگامی که نسبت مصالح سنگی به سیمان از ۴ بیشتر است (که معمولاً در بتن‌های سازه‌ای چنین است) عامل دوم چندان مهم نمی‌باشد.
از میان عوامل فوق، نسبت آب به سیمان، مهمترین نقش را در مقاومت بتن دار است. تصویر ۲-۱ تأثیر نسبت آب به سیمان را در مقاومت بتن برای دو نوع بتن عادی و بتن هوا داده شده نشان میدهد. ( در این تصویر، منحنی‌های ترسیم شده، میانگین مقادیر مقاومت فشاری ۲۸ روزه را برای بتن‌های ساخته شده با سیمان پرتلند نوع I نشان می‌دهند. حداکثر مقدار هوا برای بتن هوا داده شده ۵ تا ۶ درصد می‌باشد). همانطور که از این تصویر دیده می‌شود هر قدر نسبت آب به سیمان کمتر باشد مقاومت فشاری بیشتری برای بتن بدست می‌آید. البته همانطور که در بخش ۲-۱ نیز اشاره شد، برای افزایش کارآیی بتن لازم است مقدار آب بیشتری بکار رود که این مقدار آب مازاد بر نیاز سبب کاهش مقاومت می‌شود.

در رابطه با تأثیر اندازه مصالح سنگی بر مقاومت بتن نتایج آزمایشات نشان داده‌اند که وجود مصالح سنگی با اندازه بزرگ ممکن است سبب کاهش مقاومت گردد. این مسئله احتمالاً در اثر کاهش کل سطح تماس این مصالح با ملات می باشد. اما از سوی دیگر بکار بردن مصالح سنگی درشت منجر به استفاده از آب کمتری برای دستیابی به کارآیی موردنظر می‌شود و در نتیجه مقاومت بیشتری برای بتن حاصل می‌گردد. بدین ترتیب دیده می‌شود که وقتی از مصالح سنگی درشت استفاده می‌شود. تأثیر نهائی اندازه دانه های درشت بر مقاومت بتن بستگی به نسبت‌های اختلاط بتن پیدا می‌کند. بطور کلی مصالح سنگی با اندازه بزرگ، اثر منفی بیشتری روی مقاومت بتن‌های پرسیمان نسبت به بتن‌های کم سیمان دارند.
مسئله دیگر در مورد تأثیر مصالح سنگی درشت بر مقاومت بتن در رابطه به شکل و جنس سطح این دانه‌ها مطرح است. بدین ترتیب که بتن های ساخته شده با مصالح سنگی گرد و صیقلی دارای مقاومت کمتری از بتن‌های ساخته شده با مصالح سنگی شکسته هستند و این تأثیر در مورد مقاومت کششی بیشتر از مقاومت فشاری است.
در اینجا لازم است اشاره‌ای نیز به تأثیر زمان بر مقاومت بتن بشود. از لحظه‌ای که بتن شروع به گرفتن و سخت شدن می‌کند مقاومت آن نیز با زمان افزایش می یابد. این افزایش مقاومت در روزهای اولیه بسیار سریع است ولی به مرور از سرعت آن کاسته می‌شود بطوری که پس از چند ماه عملاً متوقف می‌گردد. بعنوان مثال مقاومت نمونه‌های بتنی ساخته شده با سیمان پرتلند نوع I پس از ۲۸ روزتنها بین ۳/۱ تا ۷/۱ مقاومت نمونه های ۷ روزه است(درغالب موارد این نسبت قدری بیش از ۵/۱ می باشد)

۲-۳-۱-آزمایشهای مقاومت فشاری
دربرخی کشورهای دنیا، مانند آمریکا، نمونه های آزمایش مقاومت فشاری به شکل استوانه هایی هستند که نسبت ارتفاع به قطر آنها برابر ۲ می باشد. ازسوی دیگر، دربسیاری کشورهای اروپائی از نمونه های مکعب شکل استفاده می شود. درایران، هردو نوع نمونه های استوانه ای و مکعبی مورد استفاده قرار می گیرند، آنچه دررابطه با شکل بدست آمده از این دو نوع معمولاً یکسان نیستند. این تفاوت بدودلیل اساسی پدید می آید.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 33 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد