محاسبه مقاومت نمونه های مکعبی بتن و تحلیل شیتهای آزمایشگاهی شامل مراحل استاندارد زیر است:
1. آماده‌سازی و آزمایش نمونه‌ها (طبق استاندارد BS EN 12390 یا ASTM C39)
اندازه نمونه: معمولاً مکعب‌های ۱۵۰ میلی‌متر (یا ۱۰۰ میلی‌متر با اعمال ضریب تصحیح).
شرایط عمل‌آوری: نمونه‌ها تا سن آزمایش (معمولاً ۷، ۲۸ یا ۹۰ روز) در آب اشباع یا محیط کنترل‌شده (دمای ۲۰±۲°C) نگهداری می‌شوند.
آزمایش فشار: نمونه در دستگاه فشار سنج با نرخ بارگذاری ثابت (۰.۵ تا ۱.۰ مگاپاسکال/ثانیه) تا شکست بارگذاری می‌شود.
2. محاسبه مقاومت فشاری (بر حسب MPa)
فرمول محاسبه:
fc=FmaxAfc=AFmax
fc: مقاومت فشاری (MPa)
Fmax: حداکثر بار ثبت‌شده (نیوتن)
A: سطح مقطع نمونه (mm²)
برای مکعب A=150×150=22,500mm2
مثال:
اگر Fmax=675,000N و A=22,500mm2:
fc=22,500/675,000=30MPa
3. تحلیل شیت آزمایشگاه (نکات کلیدی)
در گزارش آزمایشگاه به این موارد توجه کنید:
الف) مشخصات نمونه‌ها:
سن آزمایش (۲۸ روزه استاندارد)
ابعاد نمونه
تاریخ ساخت و آزمایش
شرایط عمل‌آوری
ب) نتایج عددی:
مقاومت فشاری تک‌تک نمونه‌ها
میانگین مقاومت گروه نمونه‌های هم‌سن
اختلاف مقاومت نسبی (%) بین نمونه‌ها
ج) معیارهای پذیرش (طبق استاندارد BS EN 206):
میانگین مقاومت n نمونه ≥ fck+4MPa
هیچ نمونه‌ای کمتر از fck−4MPa نباشد.
مثال: بتن C30 → حداقل نمونه مجاز: 30−4=26 MPa.
د) شاخص‌های کیفیت:
نسبت آب به سیمان (w/c): تأثیر مستقیم بر مقاومت (w/c پایین‌تر → مقاومت بالاتر).
کارایی بتن: عدد اسلامپ یا VE-Beam.
چگالی بتن: (معمولاً ۲۳۰۰–۲۵۰۰ kg/m³).
4. تشخیص مشکلات احتمالی
| مشاهده | علت احتمالی | اقدام اصلاحی |
|---|---|---|
| مقاومت پایین | w/c بالا، عمل‌آوری ضعیف، مصالح نامرغوب | بهینه‌سازی طرح مخلوط، کنترل کیفیت مصالح |
| پراکندگی بالا | اختلاط ناهمگن، خطای آزمایش | آموزش اپراتور، کالیبراسیون دستگاه‌ها |
| شکست غیرمعمول | تراز نبودن نمونه در دستگاه | بررسی روش قرارگیری نمونه |
5. اقدامات پس از آزمایش
اگر بتن رد شد:
آزمایش نمونه‌های هسته‌گیری شده (Core Test) از سازه.
تحلیل آماری نتایج (طبق ACI 214).
تأیید کیفیت: صدور گواهی پذیرش برای بتن.
نکات فنی تکمیلی
ضریب تبدیل نمونه‌های غیراستاندارد:
مقاومت نمونه ۱۰۰mm ≈ ۰.۹۷ × مقاومت نمونه ۱۵۰mm.
تأثیر دمای آزمایش: انحراف دمای دستگاه بیش از ±۲°C مجاز نیست.
پیرسازی نمونه‌ها (در صورت تأخیر آزمایش): ذخیره در دمای ۲۰°C تا زمان آزمایش.
با تحلیل دقیق شیت آزمایشگاه و تطبیق نتایج با الزامات پروژه، می‌توان کیفیت بتن را به‌طور علمی ارزیابی کرد.
هنگام استفاده از فوق‌روان‌کننده (Superplasticizer) در بتن، روش محاسبه مقاومت فشاری نمونه‌های مکعبی تغییر نمی‌کند، اما پارامترهای مؤثر بر مقاومت و تحلیل نتایج نیاز به توجه ویژه دارند. در ادامه مراحل کلیدی توضیح داده می‌شود:
۱. تأثیر فوق‌روان‌کننده بر بتن
کاهش آب اختلاط: فوق‌روان‌کننده‌ها بدون کاهش کارایی، آب را تا ۳۰% کم می‌کنند → کاهش نسبت آب به سیمان (w/c) → افزایش مقاومت فشاری.
افزایش چگالی: کاهش آب موجب افزایش چگالی بتن (معمولاً ۲۴۰۰–۲۵۵۰ kg/m³).
تغییر زمان گیرش: برخی فوق‌روان‌کننده‌ها (نوع کندگیر) ممکن است مقاومت اولیه (۷ روزه) را کاهش دهند.
۲. محاسبه مقاومت فشاری (بدون تغییر فرمول)
فرمول مقاومت فشاری همان است:
fc=FmaxAfc=AFmaxمثال: بار گسیختگی
۷۵۰,۰۰۰ Nبرای نمونه ۱۵۰mm:
۳. نکات حیاتی در تحلیل شیت آزمایشگاه
الف) ثبت دقیق مشخصات طرح اختلاط:
نوع و دوز فوق‌روان‌کننده (مثلاً: پلی‌کربوکسیلاتی، ۰.۶% وزن سیمان).
نسبت آب به سیمان (w/c) پس از افزودن فوق‌روان‌کننده.
چگالی بتن (باید اندازه‌گیری شود، چون بالاتر از بتن معمولی است).
ب) ارزیابی مقاومت:
مقاومت ۲۸ روزه بتن با فوق‌روان‌کننده حدود ۱۰–۲۵% بیشتر از بتن معمولی با همان عیار سیمان است.
مثال:
بتن معمولی (w/c=0.5) → مقاومت ۳۰ MPa
بتن با فوق‌روان‌کننده (w/c=0.35) → مقاومت ۳۵–۳۷ MPa
ج) تطابق با استانداردها (مثل ACI 318 یا EN 206):
اگر w/c کاهش یابد، حداقل مقاومت طراحی (f'c) باید مطابق جدول زیر اصلاح شود:
نسبت w/c حداقل مقاومت ۲۸ روزه (MPa) ۰.۴۵ ≥ ۳۰ ۰.۴۰ ≥ ۳۵ ۰.۳۵ ≥ ۴۰
۴. تشخیص مشکلات احتمالی
| مشکل | علت مرتبط با فوق‌روان‌کننده | راه حل |
|---|---|---|
| مقاومت کمتر از انتظار | دوز اضافی ➜ هوازایی بیش از حد | کنترل دوز دقیق افزودنی |
| پراکندگی نتایج | اختلاط ناقص ➜ توزیع ناهمگن افزودنی | افزایش زمان اختلاط (حداقل ۲ دقیقه) |
| کاهش مقاومت اولیه | استفاده از فوق‌روان‌کننده کندگیر | افزودن زودگیر کننده |
۵. ملاحظات ویژه آزمایشگاهی
آزمایش اسلامپ: اسلامپ بتن با فوق‌روان‌کننده باید بلافاصله پس از ساخت آزمایش شود (افزودنی‌ها ممکن است اثر با گذشت زمان کاهش یابد).
دمای نمونه‌ها: نمونه‌ها باید در دمای ۲۰±۲°C عمل‌آوری شوند، چون برخی فوق‌روان‌کننده‌ها به دما حساسند.
تأیید کیفیت:
اگر مقاومت نمونه‌ها ۱۰% بیشتر از طرح اختلاط هدف باشد، بتن قابل قبول است.
مثال: بتن طرح C40 → میانگین نمونه‌ها ≥ ۴۴ MPa.
۶. جداول کاربردی
جدول تأثیر دوز فوق‌روان‌کننده بر مقاومت (مثال):
| دوز (% وزن سیمان) | کاهش آب (%) | افزایش مقاومت ۲۸ روزه (%) |
|---|---|---|
| ۰.۵ | ۱۵–۲۰ | ۱۰–۱۵ |
| ۱.۰ | ۲۰–۳۰ | ۱۵–۲۵ |
نکته: این مقادیر بسته به نوع سیمان، سنگدانه‌ها و برند افزودنی متغیر است.
نتیجه‌گیری:
محاسبه مقاومت نمونه‌های مکعبی همان فرمول استاندارد را دارد، اما تحلیل شیت آزمایشگاه باید با توجه به کاهش w/c، افزایش چگالی و ثبت دقیق دوز افزودنی انجام شود. مطمئن شوید:
دوز فوق‌روان‌کننده دقیقاً مطابق داده‌های سازنده باشد.
نمونه‌ها در شرایط دمایی پایدار عمل‌آوری شوند.
چگالی و اسلامپ در هر سری آزمایش ثبت شود.
با رعایت این موارد، بتن با کارایی بالا و مقاومت مطلوب حاصل می‌شود.
