مقاومت خمشی بتن، یکی از معیارهای مقاومت کششی بتن غیر مسلح است. این اصطلاح به توانایی تیر یا دال بتنی برای مقاومت در برابر خمش در هنگام آزمایش اشاره دارد.
مقاومت خمشی بتن در مدول پارگی (MR) اندازه‌گیری می‌شود که برای اطلاع رسانی طراحی محصولات بتنی استفاده می‌شود. همانند مقاومت فشاری، مقاومت خمشی بتن نیز یکی دیگر از ویژگی‌های مهم آن است که قبل از استفاده در پروژه‌های ساختمانی باید به‌طور کامل آزمایش شود. به‌دلیل تمایل زیاد بتن به ترک‌خوردن، مقاومت خمشی بتن معمولاً بسیار کمتر از مقاومت فشاری آن است (بین 10 تا 20 درصد مقاومت فشاری).
بیایید نگاهی دقیق‌تر به اهمیت و نحوه اندازه‌گیری مقاومت خمشی داشته باشیم.
اهمیت مقاومت خمشی بتن
بسیاری از اجزای سازه در معرض خمش هستند، مانند روسازی، تیرها و دال‌ها. مهم است که مخلوط‌های بتن دارای استحکام خمشی باشد که بتواند در برابر نیروهای خمشی یا کششی مقاومت کند. با این حال، مقدار دقیق مقاومت خمشی مورد نیاز بر اساس نقش بتن در مقاومت سازه متفاوت است.
محل یک عنصر سازه‌ای بتنی درجه اهمیت مقاومت خمشی را تعیین می‌کند. برای مثال بتن مورد استفاده در ستون‌های طبقه اول باید مقاومت خمشی بسیار بالاتری نسبت به بتن مورد استفاده در دیوارهای غیر باربر داشته باشد. آیین نامه‌های ساختمانی حداقل مقاومت مورد نیاز در قسمت‌های مختلف سازه را مشخص می‌کنند. محاسبه مقاومت خمشی مناسب بتن در مکانیک سازه بسیار مهم است، زیرا تضمین می‌کند که سازه با قوانین ساختمانی مطابقت دارد و امنیت عمومی را تهدید نمی‌کند.
نحوه آزمایش مقاومت خمشی بتن
تست‌های خمشی (Bend) معمولاً برای تعیین مدول خمشی یا مقاومت خمشی یک ماده استفاده می‌شوند. تست خمشی مقرون به صرفه‌تر از تست کشش است و نتایج تست هم کمی متفاوت است. بتن به صورت افقی روی دو نقطه تماس پایینی دستگاه قرار می‌گیرند و سپس نیرویی از طریق یک یا دو نقطه تماس بالایی دستگاه به بالای بتن وارد می‌شود. این فشار تا زمانی ادامه پیدا می‌کند که ماده بشکند. حداکثر نیروی ثبت شده، مقاومت خمشی آن نمونه خاص است.
استحکام خمشی به عنوان حداکثر تنش در بیرونی‌ترین فیبر در سمت فشار یا کشش نمونه تعریف می‌شود.
بر خلاف تست فشار یا تست کشش، آزمایش مقاومت خمشی بتن خاصیت‌های پایه بتن را اندازه‌گیری نمی‌کند. هنگامی که یک نمونه تحت بار خمشی قرار می گیرد، سه تنش اساسی وجود دارد: کششی، فشاری و برشی. بنابراین خواص خمشی یک بتن نتیجه اثر ترکیبی هر سه تنش و همچنین هندسه نمونه و میزان بار اعمال شده (اگرچه به میزان کمتر) است.
اگرچه مقاومت فشاری را می‌توان به‌طور مستقیم اندازه‌گیری کرد، مقاومت خمشی باید به‌طور غیرمستقیم اندازه‌گیری شود. این به این دلیل است که هنوز دستگاهی ساخته نشده است که اجازه دهد نیروی کششی به‌طور یکنواخت در نمونه توزیع شود. در نتیجه اندازه‌گیری مقاومت خمشی بتن، با استفاده از آزمایش «بارگذاری یک نقطه» یا «بارگذاری دو نقطه» اندازه‌گیری می‌شود.
انواع مختلف تست مقاومت خمشی بتن
دو نوع متداول تست خمش وجود دارد: تست خمش سه نقطه‌ای و چهار نقطه‌ای. آزمایش خمش سه نقطه‌ای شامل نمونه‌ای است که به صورت افقی روی دو نقطه قرار می‌گیرد و نیرویی که از طریق یک نقطه به بالای نمونه وارد می‌شود به‌طوری که نمونه به شکل “V” خم می‌شود.
آزمایش خمش چهار نقطه‌ای تقریباً شبیه نوع قبلی است با این تفاوت که به‌جای نیروی اعمال شده از طریق یک نقطه در بالا، نیرو از طریق دو نقطه اعمال می‌شود. در این روش تماس در چهار نقطه مختلف است و بتن بیشتر به شکل “U” خم می‌شود.
تست خمش سه نقطه‌ای برای آزمایش یک نقطه خاص از نمونه ایده‌آل است، درحالی‌که تست خمش چهار نقطه‌ای برای آزمایش بخش بزرگی از نمونه مناسب است. این روش، عیوب بتن را بهتر از روش سه نقطه‌ای نشان می‌دهد.
فرمول محاسبه مقاومت خمشی بتن
مشاهدات حاصل از آزمایش در فرمول زیر قرار داده می‌شود تا مقاومت خمشی محاسبه گردد:
fb = Pl/bd2
fb = 3Pa/bd2
a = فاصله بین خط شکست و نزدیکترین تکیه‌گاه، اندازه‌گیری شده در خط مرکزی سمت کششی نمونه (سانتی‌متر)
b = عرض نمونه (سانتی‌متر)
d = عمق نقطه شکست (سانتی‌متر)
l = طول پشتیبانی شده (سانتی‌متر)
P = حداکثر بار گرفته شده توسط نمونه (کیلوگرم)
فرمول اول وقتی استفاده می‌شود که a> 13.3 سانتی‌متر باشد و فرمول دوم برای زمانی است که a کمتر از 13.3 سانتی‌متر است.
مقاله علمی با محوریت سقف فوم لس برای مطالعه بیشتر
مشکلات تست خمشی
تست‌های خمشی نسبت به آماده‌سازی، جابجایی و عمل‌آوری نمونه بسیار حساس هستند. تیرها بسیار سنگین هستند و هنگام جابجایی و انتقال از محل به آزمایشگاه آسیب می‌بینند. خشک شدن بتن، استحکام کمتری را به‌همراه خواهد داشت. تیرها باید به روشی استاندارد آماده شوند و در حالت مرطوب آزمایش شوند. برآورده‌کردن همه این الزامات بسیار دشوار است و اغلب منجر به حاصل‌شدن مقادیر غیرقابل اعتماد و عموماً پایین MR می‌شود. یک دوره کوتاه خشک‌شدن می‌تواند باعث کاهش شدید مقاومت خمشی شود.
بنابراین اگرچه آزمایش مقاومت خمشی بتن ابزار مفیدی در تحقیقات و ارزیابی آزمایشگاهی مواد و نسبت‌های بتن است، اما به اندازه‌ای حساس به تغییرات آزمایشی است که نمی‌تواند به عنوان مبنایی برای پذیرش یا رد بتن در فیلد باشد.
برای اهداف طراحی می‌توان از تست خمش استفاده کرد، اما برای سفارش و پذیرش بتن باید از مقاومت فشاری مربوطه استفاده کرد. هم آزمون‌های خمشی و هم فشاری باید انجام شوند تا بتوان یک همبستگی برای کنترل بتن در فیلد ایجاد کرد.
سطح تنش، اندازه، سن و محدودیت به عضو خمشی بتن از مواردی هستند که بر مقاومت خمشی تاثیر می‌گذارند.
ملاحضات امنیتی
- در زمان انجام آزمایش از دستکش استفاده کنید.
- بعد از تست دستگاه را خاموش کنید.
- تمام قسمت‌های فلزی در معرض دید را چرب کنید.
- روی پایه و صفحه بالایی، میله‌های راهنما را محکم ثابت نگه دارید.
- قبل از آزمایش و بعد از آزمایش تجهیزات باید تمیز شوند.
راهنمای جامع برای خرید یونولیت سقفی و قیمت آن
سخن آخر
بتن یکی از مصالح ساختمانی همه‌کاره و بادوام است، اما همه مخلوط‌های بتن به یک اندازه کارایی ندارند. مخلوط‌های مختلف بتن دارای مقادیر متفاوتی از مقاومت فشاری و خمشی هستند که باعث می‌شود برخی از مخلوط‌ها برای کاربردهایی خاص مناسب‌تر از بقیه باشند. کیفیت بتن تا حد زیادی بر اساس مقاومت بتن قضاوت می‌شود. مقاومت خمشی به حداکثر میزان بار کششی که بتن می‌تواند قبل از شکست تحمل کند، اشاره دارد که اساساً به این معنی است که بتن تا چه حد می‌تواند قبل از شکستن یا ترک‌خوردگی خم یا کشیده شود. بتن استحکام کششی بسیار کمی دارد زیرا برای خم شدن طراحی نشده است. ترک در جاده‌های بتنی، پیاده‌روها و دال‌ها عمدتاً به‌دلیل کشش یا خمش است.
https://www.testresources.net/applications/test-types/flexural-test/
https://bestconcretemix.com/flexural-strength-concrete
