مقاومت بتن؛ عوامل تاثیرگذار تا اهمیت
بررسی مقاومت بتن به عنوان یکی از مهمترین شاخصه های کیفیت بتن
مقاومت بتن یکی از مهمترین شاخصه های کیفیت بتن در بین طراحان و مهندسان کنترل کیفیت بتن محسوب می شود. در مواد جامد رابطه تخلخل و مقاومت به صورت معکوس، به عنوان یک اصل مهم به شمار می رود. بنابراین در بتن یا سایر مواد ترکیبی شبیه آن، تخلخل هر بخش یا جز تشکیل دهنده، روی مقاومت نهایی محصول به دست آمده تاثیر بسیاری دارد.
موادی مانند سنگدانه ها به صورت متراکم بوده و از مقاومت بسیار برخوردار هستند که ترکیب آن با مواد بتن سبب سخت شدن تخلخل سیمان می شود. در واقع ناحیه انتقال بین سنگدانه ها از مشخصه های بارز و عوامل تعیین کننده استحکام بتن معمولی محسوب می شود.
عواملی همانند نسبت آب به سیمان در تعیین درصد تخلخل خمیر و استحکام بتن نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند ولی نمی توان از نقش بسیار تاثیرگذار عواملی مانند تراکم و شرایط عمل آوری، اندازه سنگدانه ها، مواد افزودنی، اندازه و اشکال نمونه مورد نظر، میزان رطوبت و سرعت بارگذاری روی این مقاومت غافل شد.
سایر عواملی که در مقاومت و استحکام بتن نقش دارند که مهمترین آنها عبارتند از:
- تراکم و عمل‌آوری بتن
- اندازه و کانی‌های سنگدانه‌ها
- مواد افزودنی
- ابعاد و شکل نمونه
- شرایط رطوبت
- نوع تنش و سرعت بارگذاری
مقاومت بتن به چه معناست؟
اگر یک ماده در برابر انواع آسیب ها توانایی و مقاومت بالایی داشته باشد و به‌راحتی شکست نخورد، به معنای مقاومت آن ماده نسبت به عوامل محیطی است. در واقع شکست بتن با ایجاد ترک هایی روی سطح آن، خود را نشان می دهد، ولی این نکته را نباید فراموش کرد که بتن برخلاف سایر مواد و مصالح ساختمانی بدون اینکه زیر بارهای خارجی قرار گیرد، می توان ترک های بسیار ریزی را روی آن مشاهده کرد. از همین رو زمانی که بتن در مقابل انواع تنش ها از خود مقاومت نشان دهد و آنها را شکست دهد، مقاومت و استحکام بتن خوب است.
اهمیت مقاومت بتن
در کنترل کیفیت بتن، مقاومت از جمله خاصیت های مهم آن قلمداد می‌شود، چراکه به استحکام سازه کمک می کند. آزمایش و اندازه گیری مقاومت بتن، نسبت به سایر مصالح ساختمانی بسیار راحت تر انجام می‌شود. در حقیقت بسیاری از خواص بتن مانند نفوذناپذیری، مدول ارتجاعی، ضدآب بودن و مقاومت بالا در مقابل هوازدگی با استحکام بتن ارتباط مستقیمی دارند و می‌توان با فهمیدن درجه استحکام بتن، به این خواص پی برد.
خواص مصالحی که مقاومت بتن را افزایش می‌دهند
برای اینکه یک بتن با مقاومت بالا تولید کرد، نخستین نکته مهم، انتخاب مصالح مناسب و تعیین نسبت آنها به همدیگر است. البته بسیاری از عوامل طرح اختلاط به یکدیگر وابسته‌اند و نمی‌توان تاثیر آنها را به صورت جداگانه مورد آزمایش قرار داد. در ادامه این نسبت ها مورد بررسی قرار می گیرد:
- نسبت آب به سیمان
با در نظر گرفتن عوامل تاثیرگذار روی مقاومت خمیر سیمان و موثر بودن این دو عامل روی تخلخل در درجه هیدراتاسیون سیمان، رابطه نسبت آب به سیمان می‌تواند از ضعف خمیر باشد. ضعف خمیر سیمان به دلیل تخلخل زیاد سیمان است و در اثر افزایش نسبت آب به سیمان سرچشمه می‌گیرد.
- تاثیر نوع آب در بتن
آبی که به منظور اختلاط در بتن مورد استفاده می شود، باید فاقد هرگونه ناخالصی باشد، زیرا آب دارای ناخالصی روی مقاومت بتن تاثیر گذاشته و در آینده باعث ایجاد مشکلاتی همچون شوره در سطح بتن و خوردگی میلگرد می‌شود. به طور کلی ایجاد ناخالصی در آب اختلاط، از عوامل مهم و تاثیرگذار استحکام بتن به شمار نمی رود و باید تنها به این موضوع کفایت کرد که آب مورد نظر برای اختلاط، باید تمام ویژگی‌های آب آشامیدنی را دارا باشد.
به صورت معمول آب‌های شهری به ندرت از مواد محلول بیش از ۱۰۰۰ppm برخوردار هستند. در واقع بهترین روش برای تعیین آب مناسب از آب دارای ناخالصی، این است که ابتدا با آب موردنظر ملات‌ها و بتن‌های مکعبی ساخته شود و سپس زمان گیرش آنها در نظر گرفته شود. بدین ترتیب می‌توان آب تمیز را از آب دارای ناخالصی به راحتی تشخیص داد.
- میزان هوای موجود در بتن
در بسیاری از موارد نسبت آب به سیمان سبب ایجاد تخلخل در سیمان در درجات معینی از هیدراتاسیون می‌شود. در هر صورت زمانی که به علت عدم تراکم مورد نیاز مخلوط، یا در اثر نوع کاربرد مواد حباب هوازا در آن، حباب هایی از هوا ایجاد شود، می‌توان تاثیر آن را در افزایش تخلخل و مقاومت بتن مشاهده کرد.
- سنگدانه‌ها
سنگدانه ها نیز روی مقاومت تاثیرگذار هستند، اما موضوعی است که به فراموشی سپرده شده و به اندازه کافی به آن توجه نشده است. البته سختی و میزان مقاومت سنگدانه‌ها را نمی‌توان از عوامل مهم مقاومت بتن دانست و بیشتر سنگدانه‌ها به غیر از سنگدانه‌های سبک از قدرت مقاومت بیشتری نسبت به خمیر ناحیه انتقال در یک بتن برخوردار هستند. مقاومت سنگدانه ها در بتن نمی‌تواند تاثیر آنچنانی روی استحکام بتن داشته باشد، زیرا شکست یا گسیختگی بتن از دو عامل مهم دیگر سرچشمه می‌گیرد، ولی سایر خواص سنگدانه‌ها همچون ابعاد و شکل ظاهری، اندازه، نوع بافت سطحی، دانه‌بندی و کانی های سنگدانه ها تاثیر بسزایی در استحکام بتن دارد.
- افزودنی بکار رفته در بتن
مواد افزودنی که برای مقاومت بتن به کار گرفته می شوند، مانند مواد افزودنی کند گیرکننده و اثر گیرکننده می‌توانند روی افزایش استحکام بتن تاثیرگذار باشند، ولی در واقع این گونه از مواد روی مقاومت نهایی بتن تاثیر آنچنانی ندارند. بر اساس مطالعات صورت گرفته، میزان استحکام بتن در زمان های اولیه گیرش کند شود، میزان مقاومت آن در مراحل نهایی افزایش می‌یابد.
- ترکیبات شیمیایی سیمان
از بین ترکیبات سیمان، «تری‌کلسیم سیلیکات» (C3S) و «دی‌کلسیم سیلیکات» (C2S) اهمیت ویژه‌ای در مقاومت بتن دارند. افزایش مقاومت بتن با گذشت زمان، پیش از هر چیزی به نسبت این دو ماده بستگی دارد. برای نمونه، اگر ترکیبی دارای C3S بالا و C2S پایین باشد، در ابتدا مقاومت بیشتری خواهد داشت، ولی نرخ افزایش مقاومت آن با گذشت زمان کاهش می‌یابد.
- شرایط عمل‌آوری بتن
مجموعه عملیاتی که به منظور ادامه واکنش‌های سیمان، بعد از ریختن بتن در قالب‌های مختلف انجام می‌شود، «عمل‌آوری بتن» می‌گویند که موارد مختلفی همچون کنترل زمان، درجه حرارت و رطوبت را شامل می‌شود. در حقیقت اگر در دماهای معمولی عملیات ریختن آب روی سیمان انجام گیرد، می‌توان شاهد شروع واکنش‌های اساسی آن بود، ولی اگر دانه‌های سیمان هیدراته نشده توسط محصولات هیدراتاسیون پوشانیده شود، این واکنش‌های مورد نظر تا حد بسیاری کاهش خواهند یافت.
شرایط عمل آوری بتن
شرایط عمل آوری بتن به عوامل مختلفی بستگی دارد که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.
- زمان
به ازای یک نسبت آب به سیمان، افزایش مدت زمان عمل آوری در محیط‌های دارای رطوبت سبب افزایش مقاومت نهایی بتن می‌شود. ولی در صورتی این اتفاق می‌افتد که واکنش های دانه های سیمان هیدراته نشده قطع نشود و همچنان ادامه داشته باشد.
- رطوبت موجود در بتن
براساس تحقیقات اگر در شرایط آب و هوایی کاملا مرطوب به ازای یک نسبت آب به سیمان معین عمل آوری بتن انجام گیرد، پس از ۱۸۰ روز می‌توان مشاهده کرد که مقاومت بتن در شرایط دمایی کاملا مرطوب حدود سه برابر بیشتر از محیط‌هایی با دمای عادی است.
- شرایط آب و هوایی و دمای هوا
در شرایط دمای زیر ۵ درجه امکان بتن ریزی وجود دارد، هرچند توصیه می شود در چنین شرایطی بتن ریزی انجام نگیرد، ولی در صورتی اجبار به بتن ریزی، باید همواره حرارت بتن را در دمای بالای ۵ درجه حفظ کرد. در شرایط هوای سرد، هیدراسیون در بتن به کندی صورت می گیرد و در دمای صفر درجه نیز این فرآیند به کلی متوقف می گردد.
این عملکرد موجب خرد شدن سریع بتن، پس از باز شدن قالب می‌شود. دلیل این امر نیز تشکیل نشدن خمیر سیمان است. به صورت کلی در دمای زیر ۵ درجه، واکنش بین آب و سیمان در مخلوط بتن به کندی صورت می‌گیرد و این امر موجب کاهش دوام و مقاومت بتن می‌شود. بنابراین پس از بتن ریزی در چنین شرایطی باید به خوبی از بتن ریخته شده مراقبت به عمل آورد.
