مقاله رابطه بین مقاومت بتن مغزه ونمونه استاندارد

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله رابطه بین مقاومت بتن مغزه ونمونه استاندارد دارای ۱۴ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله رابطه بین مقاومت بتن مغزه ونمونه استاندارد  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله رابطه بین مقاومت بتن مغزه ونمونه استاندارد،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله رابطه بین مقاومت بتن مغزه ونمونه استاندارد :

رابطه بین مقاومت بتن مغزه ونمونه استاندارد

چکیده
در بسیاری موارد نیاز به اندازه گیری مقاومت بتن یک عضو سازه ای می باشد. در این موارد مغزه گیری به عنوان یکی از روشهای تخمین مقاومت قسمتهای داخلی یک عضو می تواند به کار رود. با توجه به عوامل مؤثر بر مغزه، مقاومت مغزه با مقاومت نمونه های استوانه ای معمول برابر نیست. لذا یک برنامه آزمایشگاهی جهت بررسی مقاومت مغزه تهیه شد و در دانشگاه صنعتی شریف به اجرا درآمد. هدف از این برنامه تعیین ضرایبی جهت ارتباط بین مقاومت مغزه و مقاومت نمونه استوانه ای می باشد.

در این راستا نمونه هایی به صورت تیر و استوانه برای سه مقاومت مختلف بتن ساخته شدو پس از عمل آوری از تیرها مغزه هایی گرفته شد. مغزه ها همراه با نمونه های استوانه ای استاندارد تحت آزمایش فشاری قرار گرفتند. بر اساس نتایج حاصل از آزمایش ها،روابطی برای تعیین مقاومت بتن بر اساس مقاومت مغزه به دست آمد.

کلید واژه ها: آزمایشهای بتن، مغزه، مغزه گیری، مقاومت بتن، نمونه های استوانه ای استاندارد

مقدمه
معمول ترین آزمایش بر روی بتن، آزمایش مقاومت فشاری است زیرا به هر حال بتن یک مصالح سازه ای است و از طرفی آزمایشهای مربوط به اندازه گیری مقاومت ساده هستند. نمونه های این آزمایش از بتن تازه و قبل از ریختن آن در قالب گرفته می شود. درحقیقت این آزمایش ، مقاومت موجود در عضو سازه ای را به دست نمی‌دهد زیرا در آن اثرات انتقال، تراکم و عمل آوری بتن با وضع موجود در سازه متفاوت است. به علاوه از آنجا که تعیین مقاومت نمونه های

استاندارد معمولا در سن ۲۸ روزه انجام می‌شود، نمی‌توان از آن برای تعیین مقاومت در سنین کمتر استفاده کرد.گاهی اوقات ممکن است اطلاعات لازم در مورد یک سازه ساخته شده موجود نباشد یا اینکه اطلاعات موجود بنابر دلایلی مورد تردید واقع شوند یا برای بررسی علل خرابی یک ساختمان پس از خرابی آن نیاز به اندازه گیری مقاومت بتن باشد.در همه این موارد آزمایشهای در محل مورد نیاز می‌باشند.

مغزه گیری به عنوان یکی از دقیق ترین و مهمترین آزمایشهای در محل مطرح می‌باشد. هر چند مغزه گیری بین آزمایشهای در محل جزء آزمایشهای پر هزینه و با سرعت کند محسوب می‌گردد اما دقت و قابلیت اعتماد مناسب آن انجام این آزمایش را توجیه می‌کند . در بسیاری موارد با توجه به عدم دقت سایر آزمایشهای در محل، نیاز به مغزه گیری وجود دارد اگرچه آنها در کاهش تعداد مغزه های مورد نیاز موثر می‌باشد. شایان ذکر است که بررسی دقیق و هوشمندانه باید همواره همراه آزمایشهای غیر مخرب باشدکه مغزه گیری را نیز دربرمی گیرد.

جهت ارزیابی نتایج این آزمایشها باید رابطه بین نتایج در محل و مقاومت بتن تعیین گردد. هدف از این مقاله ارائه ضرایبی برای ارتباط دادن مقاومت مغزه و مقاومت نمونه استوانه ای استاندارد برای مقاومتهای کمتر از Kg/cm² ۴۵۰ بر اساس مطالعات آزمایشگاهی می باشد.
تاریخچه :
در اوایل دهه ۶۰ میلادی و در اوایل شروع تحقیقات بر روی مقاومت مغزه در مقاله ای توسط آقایان Tynes و Mather بیان شد که برای افزایش دقت نمونه های مغزه گیری علاوه بر افزایش تعداد مغزه ها باید ابعاد آنها را نیز بزرگ تر در نظر گرفت[۴]. در همان دهه افراد مختلف کارهای آزمایشگاهی و تجربی زیادی در این زمینه انجام دادند. آنها نیز به این نتیجه رسیدند که نتایج آزمایش مقاومت فشاری مغزه ها دارای انحراف معیار بیشتری نسبت به نمونه های استاندارد می

باشند [۴]. آقای Bloem در سال ۱۹۶۸ به این نتیجه رسید که در صورت عمل آوری خوب و ایده آل مقاومت فشاری مغزه ها به طور متوسط %۱۰ کمتر از مقاومت نمونه های استوانه ای استاندارد عمل آوری شده تحت شرایط میدانی می باشد در حالی که برای عمل آوری ضعیف این مقدار ممکن است به %۲۰ برسد [۴]. در همان سال Petersons نیز اعلام کرد که نسبت مقاومت مغزه به مقاومت استوانه استاندارد (در عمر یکسان) همواره از یک کمتر است و این نسبت با افزایش سطح مقاومت استوانه کاهش می یابد. او مقادیر تقریبی این نسبت را قدری کمتر از یک برای وقتی که مقاومت استوانه استاندارد حدود MPa 20 باشد و ۷/۰

برای وقتی که مقاومت نمونه استوانه ای استاندارد Mpa 60 باشد به دست آورد . او همچنین نشان داد با افزایش عمق زیر سطح فوقانی، مقاومت مغزه افزایش می یابد]۱].
در سال ۱۹۷۱، Petersons پیشنهاد کرد که برای شرایط معمولی افزایش در مقاومت پس از سه ماه در مقایسه با مقاومت ۲۸ روزه حدود %۱۰ و برای عمر ۶ ماه %۱۵ درنظر گرفته شود هر چند سه سال بعد توسط Plowman و همکارانش شواهدی به دست آمد که نشان می دهند بتن در جا ریخته شده در کارگاه پس از ۲۸ روز افزایش کمی در مقاومت حاصل می نماید[۱].

در سال ۱۹۷۷ Bentur و Bungey به این نتیجه رسیدند که در مورد سنگدانه هایی با حداکثر اندازه mm 20، مغزه های با قطر mm 50 دارای مقاومتی حدود %۱۰ کمتر از مغزه های با قطر mm 100 می باشد [۱]. گزارشهای مختلف در سال ۱۹۷۷ توسط Malhotra و Murphy پیشنهاد می کنند که حتی در شرایط ایده آل در قالب ریختن و به عمل آوردن بتن غیر محتمل است که مقاومت مغزه ها بیش از %۷۰ تا %۸۵ مقاومت نمونه های آزمایشهای استاندارد باشد [۱]. در سال

۱۹۷۹، Bungey رابطه بین تغییرات مقاومت مغزه با تغییرات l/d را به دست آورد و همچنین ضرایبی جهت تعیین مقاومت مکعبی بتن از مقاومت مغزه های کوچک (با قطر mm44) ارائه داد [۳]. آزمایشهای ژاپنی ها در سال ۱۹۷۹ نشان داد که آزمایش در حالت خشک نتایجی را که حدود %۱۰ بیش از نتایج آزمایش در حالتی که مغزه مرطوب باشد به دست می دهد [۱]. در سال ۱۹۸۴، آقایان Munday و Dhir اثر l/d را برمقاومت بررسی نمودند. آنها همچنین روابطی تجربی برای به

دست آوردن مقاومت مکعبی بتن از مقاومت مغزه پیشنهاد نمودند[۳]. در سال ۱۹۹۲ Lee et al پیشنهاد کرد که از مقاومت مغزه های استاندارد به عنوان پایین ترین حدمقاومت واقعی بتن در ساختمان استفاده گردد.

از آزمایشهای جدیدی که در مورد بررسی رفتار مغزه ها انجام شده است می توان به آزمایشها و بررسیهای آقایان Bartlett و MacGregor در دانشگاه آلبرتا اشاره نمود. در یکی از این آزمایشها با استفاده از ۷۵۸ مغزه اثر نسبت طول نمونه به قطر آن را بر مقدار و دقت مقاومت فشاری آنها بررسی کرده اند. آنها ضرایب اصلاح مختلفی به دست آورده اند تا مقاومت مغزه با بین ۱ تا ۲ نسبت به مقاومت نمونه استاندارد با ۲= را به دست دهد. اطلاعات ایشان بیان می کند که رطوبت مغزه و مقاومت آن به شدت بر ضرایب اصلاح فوق تاثیر می گذارند [۸].

در مقاله دیگری Bartlett و MacGregor نشان دادند که مقاومت بتن در محل و ظرفیت عضو سازه ای می تواند با دقت مناسب از مقاومت مغزه به دست آید به شرطی که آثار خرابی مربوط به حفاری و شرایط رطوبت مغزه ها مدنظر قرارگیرند [۹].

در حال حاضر با وجود انحراف معیارزیاد درآزمایشهای مربوط به مغزه ها، این آزمایش به عنوان یکی ازدقیق ترین و مهمترین انواع آزمایشهای غیرمخرب مطرح می باشد. مطالعات گسترده انجام شده، مخصوصاً مطالعات تجربی و آزمایشگاهی به نوبه خود نشان از اهمیت این آزمایش دارد. با این وجود هنوز اطلاعات بسیاری در مورد مغزه ها، در پرده ابهام وجود دارد. به عنوان مثال هنوز تفاوت بین مقاومت مغزه های استاندارد و بتن واقعی موجود در کارگاه به طور کامل بررسی نشده است [۱۰]. از طرفی گسترش روزافزون استفاده از این آزمایش در کارهای ساختمانی و روسازی های بتنی، لزوم انجام تحقیقات بیشتر در این زمینه را می رساند.

برنامه آزمایش ها
با توجه به حساسیت زیاد مقاومت مغزه به شرایط نمونه گیری، شرایط رطوبت و فرآیند آزمایشگاهی از ابتدای آزمایش، داشتن یک برنامه منظم که تحت شرایط یکسان صورت گیرد مد نظر بوده است. به طور کلی برنامه بدین صورت بودکه برای سه مقاومت مختلف بتن(پایین،متوسط و بالا)، تیرهایی با مقطع
cm20 cm18 و به طول m2/1 همراه با ۹ نمونه استوانه ای استاندارد ۳۰ * ۱۵ ساخته شد. پس از عمل آوری مغزه هایی به قطر حدود cm 10 گرفته شد. تعداد مغزه ها در هر مرحله ۳ عدد بوده است که همزمان با ۳ نمونه استوانه أی استاندارد تحت آزمایش فشاری قرار داده شدند. پس از اتمام آزمایش ها مقاومت مغزه ها با نمونه های استوانه ای استاندارد مقایسه گردید و نمودارهای مورد نظر به دست آمد.

مصالح مصرفی
مصالح سنگی شامل شن و ماسه طبیعی رودخانه ای، با نسبتهای اختلاط مختلف همراه سیمان و آب و گاهی روان ساز استفاده ‌شدند. چگالی میله خورده شن ۶۴۹/۱ و مدول نرمی ماسه ۲/۳ اندازه گیری شد. حداکثر اندازه دانه شن نیز mm 5/12 بوده است.سیمان مصرفی از نوع تیپ I محصول کارخانه سیمان تهران و آب مصرفی آب شرب بوده است.

در انتخاب مقطع مناسب برای تیرمعیارهای (۱) قطر مغزه طبق استانداردهای موجودحتی الامکان بزرگتر یا مساوی cm 10 و(۲) با توجه به پیشنهادات استاندارد ASTM نسبت طول به قطر ۲ دز نظر گرفته شده است. بنابراین نمونه بتنی، تیرهای بتنی با ابعاد مقطع cm 20×۱۸ انتخاب شد. عرض تیرها نیز cm 20 بود. ابعاد مغزه ها cm20×۱۰ و نمونه های استوانه ای استاندارد نیز cm 30×۱۵ می‌باشد.

بتن ریزی و عمل آوری
بتن ریزی برای سه مقاومت به طور جداگانه صورت گرفت. بتن ریزی نمونه های استوانه ای استاندارد مطابق استاندارد ACI – C39 در انجام شد. مسئله قابل ذکر در مورد بتن ریزی تیرها، ویبره کردن بتن می‌باشد که به وسیله میله زدن تیر انجام شد. به طوری که فاصله هر دو نقطه میله خورده حدود cm 5/2 بود.
تیرها تا سه روز به وسیله پلاستیک و گونی مرطوب نگه داشته ‌شده، پس از انجام اولین مغزه گیری درون آب قرار می‌گرفتند. هر قطعه تیر ۲۴ ساعت قبل از مغزه گیری از آب خارج می‌شد و پس از مغزه گیری در صورت نیاز دوباره در آب قرار می‌گرفت. نمونه های استوانه ای روز بعد از بتن ریزی از قالب خارج شده و در آب قرار می‌گرفتند و تا قبل از کلاهک گذاری و آزمایش در آب عمل آوری شدند.

جدول ۱- طرح اختلاط بتن های با مقاومت پایین، متوسط و بالا
طرح اختلاط f”(c)
Kg/cm^2 شن
Kg/m^3 ماسه

Kg/m^3 آب
Kg/m^3 سیمان
Kg/m^3 w/c
– روان ساز
Kg/m^3

مقاومت پایین ۲۵۰ ۸۶۰ ۸۷۵ ۲۱۵ ۳۶۰ ۶/۰ –
مقاومت متوسط ۳۵۰ ۸۶۰ ۷۷۵ ۲۱۵ ۴۶۰ ۴۷/۰ –
مقاومت بالا ۴۵۰ ۱۱۰۰ ۶۵۰ ۱۷۰ ۵۱۰ ۳۳/. ۷/۷

دستگاه آزمایش و مغزه گیری
دستگاهی که این آزمایش به وسیله آن انجام شد یک مغزه گیر از سری EL – ۳۵ – ۵۰۱ میباشد‌. مته های دستگاه به صورت استوانه ای و دارای سر الماسه می‌باشند که برای خنک کردن آنها حین کار از آب استفاده می‌شود. طبق راهنمای استفاده از این دستگاه سرعت آب مورد نیاز ۳ لیتر بر ثانیه می‌باشد ] ۶ [ ، هر چند در عمل به صورت تجربی می‌توان مقدار آب لازم را تنظیم کرد. در این آزمایش با توجه به زمان بر بودن تهیه کف قوی و نبودن امکانات مهار محور از بالا،دستگاه با قرار دادن باری نزدیک به kg 200 بر روی پایه آن مهار شد که در حد این آزمایشها کارایی لازم را داشت.

مغزه گیری از قسمت میانی عرض تیر انجام شد و جهت مغزه گیری هم جهت با بتن ریزی بود. هر سه مغزه مربوط به یک سن به طور متوالی و در یک بازه یک ساعته گرفته شده‌اند و به طور معمول هر مغزه گیری ۸ تا ۱۲ دقیق طول کشیده است. .
شکستن نمونه ها

برای شکستن نمونه ها نمونه های استوانه ای فقط از یک طرف کپینگ شدند ولی مغزه ها در دو انتها کلاهک گذاری شدند. طبق استاندارد ACI ضخامت لایه کپینگ باید در کمترین مقدار ممکن باشد ( در حدود ۲ میلیمتر) ولی متاسفانه به دلیل وجود مقدار زیادی ناخالصی ماسه در پودر کپینگ این ضخامت گاهی به mm 5 می‌رسید که ممکن است در نتایج آزمایشها تاثیر گذار باشد. .نمونه ها پس از خشک شدن در هوای آزاد مطابق تمهیدات ASTM C42 – ۹۰ شکسته

شدند. جهت شکستن نمونه های استوانه ای در راستای بتن ریزی و در مورد مغزه ها در جهت مغزه گیری بوده است. از آنجا که نمونه های استوانه ای و تیرهای بتنی هر دو در آب عمل آوری شدند. همزمان با مغزه گیری نمونه های استوانه أی نیز از آب بیرون آورده شده و در هوای آزاد قرار می‌گرفتند. مغزه ها پس از جدا شدن ازسازه بتن در هوای آزاد خشک شده در روز بعد همزمان با نمونه های استاندارد شکسته شدند.

نتایج آزمایش ها و بحث درباره آنها
گزارش نتایج آزمایشها
خلاصه نتایج آزمایشها در جدول ۲ ارائه شده است.در این جدول نتایج مربوط به میانگین مقاومت نمونه های استاندارد و مغزه نشان‌داده شده است.. حروف L,M,H به ترتیب برای مقاومت های بالا,متوسط وپایین به کار رفته اند. حروف SC برای نمونه های استاندارد و حروف CC نیز برای مغزه ها به کار رفته اند. اعداد به کار رفته نیزاز چپ به راست نمایانگر سن (۱،۲و۳ به ترتیب نشان گر۳،۷و۲۸ روز)وشماره نمونه( ۱ تا ۳ )می باشند.

داده هایی که با علامت «*» مشخص شده اند داده هایی هستند که بررسی ها بدون آنها انجام شده است. این حذف در بررسی ها بنا به مشاهداتی نظیرکج بودن کپنیگ و عدم تقارن در بارگذاری، کنده شدن قسمتی ازگوشه نمونه( به گونه ای که سطح مقطع به طور کامل و یکنواخت تحت بارگذاری قرار نگیرد.)و…بوده است.

جدول ۲-خلاصه نتایج آزمایشها
Specimens f (ave) Ratio Specimens f (ave) Ratio
LSC11-LSC13 113.36 HSC11-HSC13 * 339.95
LCC11-LCC13 68.33 0.6 HCC11-HCC13 249.95 0.73

LSC21-LSC23 188.75 HSC21-HSC23 365.25
LCC21-LCC23 129.48 0.68 HCC21-HCC23 * 336.05 0.92
LSC31-LSC33 241.62 HSC31-HSC32 * 447.84
LCC31-LCC33 211.97 0.87 HCC31-HCC32 384.69 0.85
MSC11-MSC13 146.61

MCC11-MCC13 88.86 0.6
MSC21-MSC23 232.69
MCC21-MCC23 128.07 0.55
MSC31-MSC33 296.49
MCC31-MCC33 * 233.57 0.78

منحنی های R ( نسبت مقاومت مغزه به مقاومت نمونه استوانه ای استاندارد)بر حسب سن
این منحنی ها برای مقاومتهای مختلف در شکل ۱ رسم شده است. بررسی منحنی نشان می دهد در مورد مقاومتهای LSC و MSC افزایش مقاومت موجب کاهش نسبت R شده است. در حالی‌که در مورد مقاومت MSC این افزایش مقاومت منجر به افزایش نسبت R شده است باتوجه به اینکه مقاومت در طرح اختلاط LSC وMSC باهم اختلاف کمتری نسبت به اختلاط MSC دارند به نظر می رسد این تناقض ناشی از تعداد کم داده های آماری می باشد وچنانچه نمونه

های بیشتری در مقاومتهای LSCوMSC وجودداشت این رابطه شفاف تر می شد. اگر نمونه های دو مقاومت LSC و MSCاز یک جامعه آماری در نظرگرفته شود (باتوجه به اختلاف کم مقاومت آنها)وبانمونه های مقاومتHSC مقایسه شوند,می توان به این نتیجه رسید که افزایش مقاومت (درمحدوده زیرkg/cm2 450 ) موجب افزایش نسبت R خواهد شد

شکل ۱-منحنی های R بر حسب سن(رگرسیون خطی )
نمودار مقاومت نمونه های استاندارد برحسب مقاومت مغزه ها

برای رسم نمودار ارتباط دهنده مقاومت مغزه ها به مقاومت نمونه های استاندارد در ابتدا به نظر می رسد برای سنین مختلف باید نمودارهای متفاوتی رسم کرد . چنین نموداری در شکل ۲ به وسیله رگرسیون خطی به دست آمده است . همان طور که مشاهده می شود ,این سه خط بسیار به هم نزدیک می باشند به گونه ای که به نظر می رسد بتوان برای تمام نقاط موجود یک خط واحد با تقریب مناسب رسم کرد .

شکل ۲- نمودار مقاومت نمونه های استاندارد برحسب مقاومت مغزه ها(رگرسیون خطی)
در شکل ۳ این خط برروی همه نقاط برازش داده شده است. ممکن است به نظر آید ملات بتن سه روزه از نظر میزان گیرش باملات بتن ۲۸ روزه متفاوت است واین تفاوت در مقدار نسبت R مؤثر است ودر نتیجه باید برای سنین مختلف نمودارهای مختلف ارائه کرد. اما نمودارهای این قسمت نشان می دهد ,نسبت R به مقاومت بتن بیش از سن آن وابسته است. به عنوان مثال نسبت R برای بتن ۲۸ روزه بامقاومت حدود kg/cm2 240 نزدیک به مقدار R برای بتن ۷روزه باهمان مقاومت می باشد. علت این پدیده رامی توان بدین صورت بیان کرد که مقدارR تابعی از میزان زیان وارده به مغزه درحین مغزه گیری می باشد و این زیان به مقاومت وچسبندگی بتن در حین مغزه گیری وابسته است.

شکل۳- نمودار مقاومت نمونه های استاندارد برحسب مقاومت مغزه ها(رگرسیون خطی )

شکل۴-مقایسه با نتایج سایر محققین
مقایسه با نتایج سایر محققین
شکل ۴ نتایج آزمایشهای محققین ذکر شده در ذیل خودرادربر دارد. خط رگرسیون بدست آمده از این آزمایش ها نیز پس از تبدیل واحد به صورت نقطه چین رسم شده است. مقایسه نتایج نشان می دهد که نسبت R به دست آمده از این آزمایش ها از متوسط نتایج سایر آزمایش ها کمی پایین تر است. اما آنچه که تفاوت بیشتری رانشان می دهد آن است که در سایر آزمایش ها با افزایش مقاومت R کاهش یافته است در حالی که در خط مربوط به این آزمایش ,چنین افزایشی دیده نمی شود.درحقیقت این نتیجه با نتیجه ای که در مرجع ]۱۰[ وجوددارد همخوانی بیشتری دارد. درآن مرجع ذکرشده است:” گزارش شده است که نسبت مقاومت در محل به آزمایش نمونه استاندارد درسن یکسان باافزایش مقاومت کاهش می یابد. درحالی که این آزمایش چنین وابستگی رانشان نمی دهد.“