آزمایش مقاومت کششی بتن یکی از روش های رایج برای بررسی استحکام کششی این ماده است. تست برزیلی که در مکانیک سنگ برای تعیین غیرمستقیم استحکام کششی سنگ ها استفاده می شود، برای بتن نیز قابل اجراست. آزمایش مقاومت کششی بتن اهمیت بالایی در طراحی پروژه های ژئوتکنیکی دارد، زیرا این نوع مقاومت به مراتب کمتر از مقاومت فشاری بتن است. به عبارت دیگر، بتن توان تحمل فشارهای بسیار بالایی را دارد، اما در برابر کشش ضعیف تر عمل می کند. به همین دلیل، آزمایش مقاومت کششی بتن از طریق تست برزیلی، نشان داده است که برای جبران این ضعف، از آرماتورهای فولادی جهت افزایش ظرفیت کششی استفاده می شود.
مقاومت کششی یک سنگ یا بتن عمدتاً با دو روش آزمایش به دست می آید:
- تست مقاومت کششی مستقیم
- تست برزیلی
در ادامه این مطلب می خوانید
تست مقاومت کششی مستقیم
آزمایش مقاومت کششی مستقیم به عنوان مناسب ترین روش برای به دست آوردن ظرفیت کششی یک نمونه در نظر گرفته می شود. با این حال، این روش معمولا مورد استفاده قرار نمی گیرد، زیرا آماده سازی بتن برای این تست چالش برانگیز است و نوع شکست هم معمولاً نامعتبر است (نمونه باید از قسمت میانی خود شکست بخورد تا آزمایش قابل اعتماد باشد).
به همین دلیل، تست برزیلی به طور گسترده ای جایگزین آن شده است، زیرا آماده سازی نمونه و روش آزمایش بسیار کارآمدتری دارد.
برای کسب اطلاعات در خصوص قالب های لایت فرم می توانید با مراجعه به این صفحه با مشاوران ما تماس گرفته و از این اطلاعات برخوردار شوید.
تست برزیلی
مراحل انجام آزمایش برزیلی برای سنجش مقاومت کششی بتن به شرح زیر است
1-آماده سازی نمونه
آزمایش برزیلی بر روی نمونه های دیسکی انجام می شود که برش داده شده و صیقل داده شده اند، به طوری که ناصافی در سطح آنها کمتر از 0.25 میلی متر باشد. دو سطح نمونه نیز باید کاملا موازی با هم (با دقت 0.25 درجه) باشند.
نمونه ها باید به گونه ای انتخاب شوند که نماینده بتنی باشند که قصد بررسی مقاومت کششی آن را دارید. انتخاب را می توان از طریق مشاهده بصری انجام داد. نمونه انتخاب شده باید عاری از هرگونه نقصی مانند ترک یا سوراخ باشد.
قطر نمونه نباید کمتر از 54 میلی متر باشد و ضخامت آن باید بین 0.2 تا 0.75 برابر قطر آن و در حالت بهینه تقریباً برابر با نصف قطر باشد. میزان خطا در اندازه گیری قطر و ضخامت با حداقل سه اندازه گیری باید به 0.25 میلی متر محدود گردد.
محتوای آب، اندکی بر نتایج تست برزیلی تأثیر می گذارد. بنابراین توصیه می شود که نمونه ها بر اساس رطوبت واقعی که در ساخت و ساز استفاده می شود، نگهداری و آزمایش شوند.
2-سلول تست برزیلی
نمونه استوانه ای آماده شده، در یک سلول طراحی شده مخصوص قرار می گیرد که از دو قسمت فولادی تشکیل شده است که با هم مونتاژ شده اند تا در دو انتهای مخالف با نمونه تماس پیدا کنند. فک بالا حاوی یک دهانه کروی است که در آن یک بلبرینگ نیمه توپ دایره ای قرار داده شده است. شماتیکی از پیکربندی تست برزیل در شکل زیر ارائه شده است.
3-روش تست
نمونه در داخل سلول قرار می گیرد و نوار ماسک (masking tape) (چسب کاغذی 0.2-0.4 میلی متری) دور سطح آن پیچیده می شود. سپس سیستم در دستگاه فشار قرار می گیرد که نرخ بارگذاری ثابتی را اعمال می کند تا نمونه در عرض 30-15 ثانیه بشکند. حداکثر بار ثبت می شود.
دستگاه های فشار معمولی طراحی شده برای تست برزیلی حداکثر ظرفیت فشار 100 کیلو نیوتن را دارند. با این وجود، دستگاه های مورد استفاده برای تست های فشرده سازی تک محوری نیز می توانند تا زمانی که توانایی اعمال نرخ فوق الذکر را داشته باشند، مورد استفاده قرار گیرند. نمونه باید در امتداد قطر خود شکست بخورد تا آزمایش معتبر تلقی شود، در غیر این صورت آزمایش معتبر نیست و لازم است مجددا انجام شود.
4-محاسبات
برای بدست آوردن مقاومت کششی یک نمونه بتن از معادله زیر استفاده می شود:
σₜ = (2 × P) / (π × D × t)
در این معادله:
σt: استحکام کششی نمونه است.
P: بار ثبت شده است.
D: قطر نمونه است.
t: عرض نمونه است
معادله 1 با استفاده از تئوری الاستیسیته برای محیط های همسانگرد با در نظر گرفتن شرایط بارگذاری و مرزی در طول آزمایش برزیلی به دست آمده است. تنش شکست (مقاومت کششی) زمانی در مرکز دیسک تعیین می شود که بار اعمال شده برابر با P و بردار آن عمود بر قطر بارگذاری باشد.
توزیع تنش در امتداد محور بارگذاری نمونه ها در شکل زیر نشان داده شده است. درحالی که انتهای نمونه تحت تنش فشاری است، بقیه قطر بارگذاری تحت تنش کششی با حداکثر مقدار آن در قسمت مرکزی نمونه است.
توزیع تنش های فشاری و کششی در امتداد محور بارگذاری یک نمونه در طول تست برزیلی
برای به دست آوردن یک نتیجه قابل اعتماد در مورد مقاومت کششی یک نمونه بتن، حداقل 10 تست برزیلی باید انجام شود. با این حال، اگر نتایج دارای تنوع قابل توجهی نباشد (ضریب تغییرات باید کمتر از 5٪ باشد)، می توان از تعداد کمتری نمونه استفاده کرد.
مثال محاسبه تست برزیلی
فرض کنید که ۱۰ نمونه دیسکی برای تست برزیلی آماده شده اند. قطر و ضخامت نمونه ها مطابق با استانداردهای مربوطه به دقت اندازه گیری و کنترل می شود. سپس این نمونه ها در سلول آزمایش قرار گرفته و در دستگاه بارگذاری جای می گیرند. نرخ بارگذاری به گونه ای تنظیم می شود که هر نمونه در مدت زمانی بین ۱۵ تا ۳۰ ثانیه دچار شکست شود و مقدار حداکثر بار اعمال شده ثبت گردد.
اگر مقاومت کششی بتن قبلاً اندازه گیری شده باشد، می توان نرخ مناسب بارگذاری را بر اساس آن محاسبه کرد. در غیر این صورت، نرخ بارگذاری اولیه با توجه به خواص مواد و اطلاعات تجربی موجود به صورت تقریبی تعیین می شود.
| شماره نمونه | قطر نمونه (mm) | ضخامت نمونه (mm) | بار شکست (kN) | مقاومت کششی (MPa) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 150 | 50 | 12.4 | 1.05 |
| 2 | 150 | 50 | 13.0 | 1.10 |
| 3 | 150 | 50 | 12.8 | 1.08 |
| 4 | 150 | 50 | 13.2 | 1.12 |
| 5 | 150 | 50 | 12.6 | 1.06 |
| 6 | 150 | 50 | 13.4 | 1.14 |
| 7 | 150 | 50 | 12.9 | 1.09 |
| 8 | 150 | 50 | 13.1 | 1.11 |
| 9 | 150 | 50 | 13.3 | 1.13 |
| 10 | 150 | 50 | 12.7 | 1.07 |
| میانگین مقاومت کششی | 1.10 MPa | |||
در یک نمونه فرضی از آزمایش، تمام نمونه ها در بازه زمانی مجاز شکسته اند که نشان دهنده انتخاب صحیح نرخ بارگذاری است. با فرض معتبر بودن نتایج تمام شکست ها، میانگین مقاومت کششی نمونه ها به عنوان مقاومت کششی بتن گزارش می شود. این مقدار میانگین از ۱۰ آزمایش به دست می آید و مبنایی برای تحلیل های بعدی خواهد بود.
سخن آخر
تست برزیلی یک آزمایش ژئوتکنیکی برای اندازه گیری غیرمستقیم مقاومت کششی سنگ ها است. این تست به دلیل سادگی و کارایی، یکی از متداول ترین روش های آزمایشگاهی در بررسی ژئوتکنیکی سنگ ها است. این آزمایش گاهی اوقات برای بتن نیز استفاده می شود. مقاومت کششی یک ویژگی مهم مواد برای تعیین عملکرد مکانیکی آنها است. این ویژگی در حقیقت توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر پاره شدن در اثر کشش است. مقاومت کششی برای انواع مصالح مانند سیم، طناب، تیرهای فلزی و غیره نیز کاربرد دارد.