طرح اختلاط بتن؛ تبدیل مقاومت استوانه ای به مکعبی همراه با حل 2 مثال کاربردی

1. مقاومت بتن چیست؟
   مقاومت یا همان مقاومت فشاری بتن به اصطلاح به نتیجه آزمایش تعیین مقاومت فشاری بتن گفته می‌شود. این آزمایش بر روی نمونه‌های استاندارد مکعبی و یا استوانه‌ای صورت می‌گیرد. میزان بار وارد بر روی نمونه در سن مشخص در هنگام شکست نمونه در هر سانتیمتر مربع، مقاومت بتن نامیده می‌شود. در شکل زیر دستگاه تعیین مقاومت فشاری بتن را برای دو نمونه مکعبی و استوانه‌ای مشاهده می‌کنید.

در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم) مقاومت بتن به این صورت تعریف می‌شود:

1. 1 نمونه‌های مکعبی بتن
   این نمونه‌ها معمولاً در قالب‌هایی به ابعاد 100×100×100، 150×150×150، 200×200×200، 250×250×250 و 300×300×300 میلی‌مترمکعب تهیه می‌شوند

1. 2 نمونه‌های استوانه‌ای بتن
   طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، نمونه استوانه‌ای استاندارد به ابعاد 300×150 میلی‌متر می‌باشد.

3 انواع سیمان و تأثیر در افزایش مقاومت فشاری بتن
ابتدا به طبقه‌بندی انواع سیمان پرداخته و سپس تأثیر آن‌ها را در افزایش مقاومت بتن بررسی می‌کنیم.

انواع سیمان به شرح زیر می‌باشد:

الف) سیمان پرتلند نوع 1: به عنوان سیمان پرتلند معمولی برای مصارف عمومی در ساخت ملات یا بتن به کار می‌رود.

ب) سیمان پرتلند نوع 2: به عنوان سیمان پرتلند اصلاح شده در برابر حمله سولفات‌ها، در مواردی که آب‌های زیرزمینی یا خاک حاوی مقدار کمی سولفات باشد مصرف می‌گردد و به علت گرمازایی کمتر در بتن‌ریزی‌های نسبتاً حجیم نیز مصرف می‌شود.

ج) سیمان پرتلند نوع 3: به عنوان سیمان پرتلند با مقاومت اولیه زیاد در شرایطی که مقاومت اولیه زیاد موردنظر باشد به کار می‌رود.

د) سیمان پرتلند نوع 4: به عنوان سیمان پرتلند با حرارت کم در شرایطی که حرارت هیدراتاسیون کم بتن موردنظر باشد به کار می‌رود.

ه) سیمان پرتلند نوع 5: به عنوان سیمان پرتلند ضد سولفات در شرایطی که مقاومت زیاد بتن در برابر سولفات‌ها موردنظر باشد به کار می‌رود.

نکته: به میزان حرارتی که در هر گرم از سیمان، در اثر ترکیب شیمیایی سیمان با آب در دمای معینی تولید می‌گردد، حرارت هیدراتاسیون گفته می‌شود.

تأثیر مشخصات سیمان بر مقاومت:

منظور از تأثیر مشخصات سیمان بر روی افزایش مقاومت بتن آن است که اگر در تهیه بتن از انواع مختلف سیمان مانند سیمان پرتلند نوع 1 و … (که در بالا توضیح داده شد) استفاده شود، چه تأثیری در افزایش مقاومت نهایی بتن دارد که در ادامه به آن می‌پردازیم.

با دانستن مقادیر نسبی واکنش زایی و محصولات هیدراته شدن ترکیبات جداگانه، طراحی سیمان‌هایی با مشخصات ویژه مانند مقاومت اولیه زیاد، حرارت هیدراته شدن کم، مقاومت سولفاتی زیاد و حرارت هیدراته شدن متوسط یا مقاومت سولفاتی متوسط امکان‌پذیر می‌باشد.

از آنجا که سرعت واکنش زایی هر یک از اجزای مختلف سیمان پرتلند با آب، به طور قابل‌توجهی با یکدیگر تفاوت دارند، لذا ممکن است که روند افزایش مقاومت سیمان را به سادگی از طریق ترکیب اجزای سیمان تغییر داد. برای مثال، اگر سیمان دارای مقادیر نسبتاً زیادی از تری کلسیم سیلیکات (C3S) و دی کلسیم سیلیکات (C2S) باشد، مقاومت‌های اولیه 3 و 7 و 22 روزه زیاد خواهند بود و اگر سیمان دارای نسبت زیادتری C2S باشد، مقاومت اولیه کم خواهد بود.

همچنین شکل 5 آهنگ رشد مقاومت بتن‌های ساخته‌شده با انواع سیمان را نشان می‌دهد. با اینکه این رشد مقاومت‌ها به میزان قابل‌ملاحظه‌ای متفاوت‌اند، اما اختلاف کمی بین مقاومت 90 روزه انواع سیمان وجود دارد. همه منحنی‌ها تقریباً در سن سه ماهه (90 روزه) همدیگر را قطع می‌کنند. بتن ساخته‌شده با سیمان زودگیر (نوع III) در سنین تا سه ماهه نسبتاً مقاومت بالایی را دارا است ولی پس از آن مقاومتش اندکی کمتر از بتن ساخته‌شده با سیمان معمولی (تیپ I) و به میزان قابل‌ملاحظه‌ای کمتر از بتن ساخته‌شده با سیمان اصلاح شده (نوع II) یا کم حرارت (نوع IV) یا سیمان ضد سولفات (نوع V) است.

بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که روند کسب مقاومت بتن‌هایی که با شرایط یکسان ولی با انواع مختلف سیمان پرتلند ساخته می‌شوند، یکسان نیست ولی در عین حال مقاومت 90 روزه تمامی آن‌ها با یکدیگر برابر بوده و مساوی 1/2 برابر مقاومت نمونه 28 روزه‌ای است که با سیمان نوع یک ساخته‌شده است. هم‌چنین به هیچ وجه نمی‌توان برای نسبت‌های رشد مقاومت بتن ساخته‌شده با یک نوع خاص سیمان و یا نسبت رشد مقاومت بتن‌های ساخته‌شده با انواع مختلف سیمان در نسبت آب به سیمان برابر و یا روانی برابر نسبت به یکدیگر قانون وضع کرد. علاوه بر آن چنان چه عیار سیمان، توزیع دانه‌بندی سیمان، روانی یا نسبت آب به سیمان و حتی دمای ساخت بتن تغییر نماید، این نسبت‌ها مسلماً تغییر خواهد کرد.

1. 4 تبدیل نمونه های مکعبی به استوانه ای
   نحوه تبدیل مقاومت نمونه‌های آزمایش مکعبی به استوانه‌ای طبق تفسیر آبا (آیین‌نامه بتن ایران) بدین‌صورت است:

مسئله: اگر مقاومت فشاری موردنیاز طبق نقشه‌های اجرایی 25 مگاپاسکال باشد، مقاومت فشاری نمونه مکعبی چقدر خواهد بود؟ (ابعاد نمونه استوانه‌ای 150×300 و ابعاد نمونه مکعبی 150×150×150 می‌باشد و مقادیر بر حسب میلی‌متر هستند.)

پاسخ: معمولاً مقاومت فشاری موردنیاز بتن که در نقشه‌های اجرایی ذکر می‌شود بر اساس نمونه استوانه‌ای استاندارد هست و در کارگاه‌های ساختمانی معمولاً نمونه‌ها مکعبی می‌باشند.

با توجه به جدول 6-5-1-1-الف:

1/20= ضریب تبدیل مقاومت نمونه استوانه‌ای به مکعبی

با توجه به جدول 6-5-1-1-ب:

1/00= ضریب تبدیل

در نتیجه:

مگاپاسکال 30=1/00×1/20×25 = مقاومت فشاری نمونه مکعبی

1. 5 رابطه مقاومت بتن و عمر آن بر حسب نوع سیمان مصرفی
   تأثیر نوع سیمان و سن بتن بر روی مقاومت بتن طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش چهارم) بدین شکل است:

با توجه به جدول فوق برای مثال مقاومت بتن با سیمان نوع II در مدت 7 روز 0/56 مقاومتی است که برای بتن 28 روزه و با سیمان تیپ یک در نظر گرفته شده است.

همچنین با توجه به جدول فوق می‌توان نتیجه گرفت که مقاومت بتن 1 روزه و 7 روزه ساخته‌شده با سیمان نوع III در مقایسه با سایر سیمان‌ها بیش‌تر بوده اما به‌صورت کلی مقاومت 90 روزه تمامی بتن‌های ساخته‌شده با انواع مختلف سیمان یکسان بوده و 1/20 برابر مقاومتی است که برای بتن 28 روزه و با سیمان تیپ یک در نظر گرفته شده است.

1. 6 نحوه تبدیل کارگاهی مقاومت به عیار
   برای تبدیل کارگاهی مقاومت به عیار می‌توان از روابط تجربی زیر استفاده کرد: (این رابطه تجربی است و نباید ملاک عمل برای سفارش بتن قرار گیرد. چون معمولاً عیار سیمان توسط طراح در نقشه‌های سازه مشخص می‌شود.)

رابطه اول:

fc=(w/10)-9

fc: مقاومت مشخصه بتن بر اساس آیین‌نامه بتن ایران و نمونه‌های استوانه‌ای استاندارد بر حسب مگاپاسکال

w: عیار سیمان بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب.

به عنوان مثال اگر مقاومت مشخصه بتن برابر 25 مگاپاسکال باشد، عیار سیمان حدوداً برابر 340 کیلوگرم بر مترمکعب می‌باشد.

25=w/10)-9)

34=w/10

w=340 kg/m3

رابطه دوم:

برای محاسبه عیار سیمان در بتن یک رابطه تقریبی دیگر هم وجود دارد. این روش به این شرح است که ابتدا باید مقاومت نمونه مکعبی بتن را به دست آورد. (بر حسب کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع) و حاصل را با 50 جمع کرد. (هر نیوتن بر میلی‌متر مربع 10 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است).

به عنوان مثال برای بتنی با مقاومت مشخصه 25 مگا پاسکال، مقاومت نظیر نمونه مکعبی برابر می‌شود با 30=25*2 /1(طبق تفسیر آبا، بند 6-5-1-1) پس مقاومت نمونه مکعبی برابر است با 300 که با 50 جمع می‌کنیم و عیار به دست می آید: 350kg/m3

هر دو رابطه بالا تقریبی هستند و همان‌طور که در ابتدا ذکر شد هیچ رابطه مشخص و تعریف‌شده‌ای بین رده مقاومت بتن و عیار همه بتن‌ها وجود ندارد.

ادامه دارد…

منبع: سبزسازه