دانلود تحقیق رابطه بین مقاومت بتن مغزه و نمونه 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 28 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  450 بر اساس مطالعات آزمایشگاهی می باشد.    

تاریخچه :  

در اوایل دهه 60 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[4]. 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 [4]. آقای Bloem در سال 1968 به این نتیجه رسید که در صورت عمل آوری خوب و ایده آل مقاومت فشاری مغزه ها به طور متوسط %10 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 %20 برسد [4]. 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 7/0 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]1].

       در سال 1971، Petersons پیشنهاد کرد که برای شرایط معمولی افزایش در مقاومت پس از سه ماه در مقایسه با مقاومت 28 روزه حدود %10 و برای عمر 6 ماه %15 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 28 روز افزایش کمی در مقاومت حاصل می نماید[1].

     در سال 1977 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 %10 کمتر از مغزه های با قطر mm 100 می باشد [1]. گزارشهای مختلف در سال 1977 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 %70 تا %85 مقاومت نمونه های آزمایشهای استاندارد باشد [1]. در سال 1979، 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 [3]. آزمایشهای ژاپنی ها در سال 1979 نشان داد که آزمایش در حالت خشک نتایجی را که حدود %10 بیش از نتایج آزمایش در حالتی که مغزه مرطوب باشد به دست می دهد [1]. در سال 1984، 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[3]. در سال 1992 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 758 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 1 تا 2 نسبت به مقاومت نمونه استاندارد با 2= را به دست دهد. اطلاعات ایشان بیان می کند که رطوبت مغزه و مقاومت آن به شدت بر ضرایب اصلاح فوق تاثیر می گذارند [8].

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 [9].

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 [10]. 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 9 نمونه استوانه ای استاندارد 30 * 15 ساخته شد. پس از عمل آوری مغزه هایی به قطر حدود cm 10 گرفته شد. تعداد مغزه ها در هر مرحله 3 عدد بوده است که همزمان با 3 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 649/1 و مدول نرمی ماسه 2/3 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 (1) قطر مغزه طبق استانداردهای موجودحتی الامکان بزرگتر یا مساوی    cm 10 و(2) با توجه به پیشنهادات استاندارد ASTM  نسبت طول به قطر 2 دز نظر گرفته شده است. بنابراین نمونه بتنی، تیرهای بتنی با ابعاد مقطع  cm 20×18 انتخاب شد. عرض تیرها نیز cm 20  بود. ابعاد مغزه ها cm20×10 و نمونه های استوانه ای استاندارد نیز cm 30×15 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 24 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.