روش تعیین مقدار هوای موجود در بتن های خمیری(روش فشاری)

[Amir R. Haddadi 9164]

عنوان آزمایش : روش تعیین مقدار هوای موجود در بتن های خمیری(روش فشاری)

مقدمه:

همواره مقاومت فشاری بتن ارتباط مستقیم با تراکم بتن دارد و نسبت معکوس با حجم منافذ آن دارد.هرچه بتن متراکم تر باشد تاب فشاری آن بیشتر است همانطور که قبلا نیز عنوان شده بود بتن تشکیل شده است از دانه های درشت شن و بین این دانه های درشت دانه های متوسط ماسه جای می گیرند و بین این دانه های متوسط دانه های ریز سیمان قرار می گیرد.البته شن و ماسه نیز خودشان به دانه های درشت و متوسط و ریز تقسیم می گردد.با توجه به نوع دانه بندی و تراکم بتن هنوز فضای خالی در بتن قرار می گیرد البته ذکر این نکته در اینجا لازم است که میزان آب آزاد در بتن بعد از خشک شدن تبدیل به فضای خالی می گردد.درصد زیاد سنگدانه های درشت در مخلوط بتن منجر به افزایش درصد فضای خالی می گردد.حتی درصد زیاد سنگدانه های ریز در مخلوط بتن همین اثر را دارد ولی به مراتب کمتر از سنگدانه های درشت.

 

در این آزمایش هدف ما بدست آوردن فقط فضای خالی در بتن خمیری است.

بیشتر فضای خالی بتن ریزه سوراخهایی است که از هوا پر شده است.این ریزه سوراخهای به یک شکل و یک اندازه نیستند و به یکدیگر راه دارند لذا آب در آنها نشت می کند.مقدار نشت آب بستگی به گشادی و زیادی این ریزه سوراخها دارد.یکی از بزرگترین پیشرفتهای تکنولوژی بتن اساسا به منظور بهبود مقاومت آن در برابر یخ زدن و آب شدن انجام می گیرد.بتن با حباب هوا با استفاده از یک سیمان حباب زا یا اضافه کردن یک ماده افزودنی حباب را در حین اختلاط تولید می گردد.

 

 

بر طبق بند3-6-3-1 آیین نامه بتن ایران (آبا) مواد افزودنی حباب زا موادی هستند.که سبب تشکیل حباب های بسیار ریز هوا به طور یکنواخت در حجم بتن یا ملات توزیع شده اند می گیرند.این حبابها باید پس از سخت شدن یتن یا ملات در آن باقی بمانند.حبابهای هوا پایایی بتن را در برابر رطوبت و یخ زدن و آب شدن های مکرر افزایش می دهند و مقاومت بتن را در برابر پوسیده شدن سطحی ناشی از یخ زداهای شیمیایی زیاد می کند.

 

 

همچنین با مصرف این مواد کارایی بتن تازه و نفوذ ناپذیری بتن سخت شده به میزان قابل توجه بیشتر می شود و نیز جدا شدن دانه ها و آب انداختن بتن کاهش می یابد.مشخصات مواد افزودنی حباب ساز باید با مشخصات مواد افزودنی برای بتن دت 402 مطابقت داشته باشد.

 

 

مهمترین تفاوتهای حبابهای هوا در بتنهای معمولی با حبابهای هوا در بتنهای با مواد حباب زا به شرح زیر است.حبابهای هوا در بتن با حباب هوا از نظر اندازه بسیار کوچکترند به طوری که حدود 90 درصد آنها قطری برابر یا کوچکتر از 0.1 میلیمتر دارند.در بتن بدون حباب هوا قطر حبابها بسیار متغیر است و قطر تعداد بسیار کمی از آنها به بزرگی تا 2 میلیمتر هم می رسد.

 

 

در بتن با حباب هوا حبابها به یکدیگر مرتبط نیستند بلکه در سرتاسر خمیر سیمان به خوبی توزیع شده اند در حالی که در بتن بدون حباب هوا حبابها به هم راه دارند.

 

حبابهای هوا در بتن با حباب هوا از نظر توزیع حبابهای هوا در کل بتن یکسان می باشند در حالی که در بتن بدون مواد حباب زا این توزیع یکنواخت نمی باشد.

 

با تولید حباب هوا در بتن ساختن –ریختن- عمل آوردن بتن آسان می گردد زیرا حبابهای هوا در بتن مانند ساچمه عمل می کنند و ضمنا می توان آب لازم برای ساختن بتن در هر متر مکعب را 10 الی 15 لیتر کمتر نمود.

 

 

بتن با حباب هوا بهتر به فولاد می چسبد و در برابر گرمای زیاد و سرمای زیاد و یخبندان و اثرات شیمیایی مقاومتر است.

 

با توجه به مطالب فوق می توان چنین نتیجه گیری نمود:

 

 

چنانچه هوای داخل بتن به صورت حبابهای مستقل باشد بتن دارای خواص بهتری که ذکر شد می گردد.ولی اگر این هوای موجود در داخل بتن به صورت ریزه سوراخهایی به یکدیگر راه داشته باشند بتن پوک خواهد شد و مقاومت آن کم می شود و در برابر عوامل جوی پایدار نخواهد بود.

 

بتن بدون حباب هوا در صورتی که خوب مخلوط شده باشد و متراکم شده باشد معمولا 0.5 الی 3 درصد فضای خالی دارد.بتن با فضای خالی بیش از 4 الی 4.5 درصد خلل و فرج پوک است و مقاومت فشاری آن به طور آشکاری کم می شود.به عنوان مثال بتنی که حدود 5 درصد فضای خالی داشته باشد مقاومت فشاری آن تا حدود 30 درصد کاهش پیدا می کند.با اضافه شدن درصد حبابهای هوا بدون هیچ گونه تغییری در خصوصیات مخلوط –کاهش مقاومتی متناسب پیدا می کند. در حالی که با استفاده از مواد حباب زا روانی بتن به شدت افزایش می یابد و در صورت ثابت بودن روانی کاهش آب را در پی خواهد داشت و در صورت ثابت بودن مقدار سیمان مصرفی افزایش مقاومت را در پی دارد به عبارت دیگر قسمتی از کاهش مقاومت نشان داده شده در نمودار جبران می گردد.کاهش مقاومت مخلوطهای پر سیمان بیش از مخلوطهای کم سیمان می باشد زیرا در مخلوطهای پر سیمان حباب زایی به مقدار کمتری روانی را افزایش می دهد.در بتنهای حجیم که کاهش گرمای هیدراتاسیون نسبت به مقاومت از اهمیت بیشتری برخوردار است استفاده از مواد حباب زا در بتن امکان استفاده از سیمان کمتر را فراهم می سازد و در نتیجه دمای کمتری تولید می گردد.

 

 

استفاده از مواد حباب زا در بتن در کاهش خطر آب انداختگی موثر است.

 

استفاده از مواد حباب زا در سازه های بتنی وزن مخصوص بتن را کاهش می دهد در نتیجه می توان سازه ای با ابعاد کوچکتر را طراحی نمود.در بتن با حباب هوا میزان حجم هوای موجود بین 4 الی 8 درصد است.

 

گاهی در کارگاهها بتنهایی خیلی روان و پر آب می سازند تا اینکه به سهولت در قالب ریخته و جابجا شود.این چنین بتنی بعد از تراکم میزان هوای کمی را نشان می دهد.حدود 1٪ این دلیل بر خوب بودن بتن نیست چون فضای خالی بتن توسط آب اضافی پر شده است و در اثر خشک شدن بتن آب اضافی تبخیر شده و بتن دارای مقاومت مکانیکی پایینی می گردد.

 

 

در این روش آزمایشی هدف تعیین مقدار هوای موجود در بتن تازه بوده که با مشاهده تغییر حجم بتن در اثر تغییر فشار تعیین می گردد.این روش در بتنها و ملاتهایی کاربرد دارد که سنگدانه های آن نسبتا متراکم بوده و برای بتنهای سبک با سنگدانه های متخلخل کاربرد ندارد.

 

وسایل مورد نیاز آزمایش:

 

1-بتن مورد آزمایش حدود 6 لیتر (0.006 مترمکعب)

 

 

2-تلمه دستی باد

 

3-میله ترکم: یک میله مستقیم فولادی به قطر 16 میلیمتر و طول تقریبی 600 میلیمتر که انتهای مخصوص کوبیدن آن به شکل نیمکره به قطر 16 میلیمتر می باشد.

 

4-چکش مخصوص: چکشی که سر آن از لاستیک و یا چوب بوده و دارای وزن تقریبی 250±500 گرم می باشد.

 

5-میله صاف کننده

 

6-دستگاه هواسنج بتن: بر طبق بند 2 استاندارد 3520 ایران دو نوع هواسنج که از لحاظ طرح اساسی از قانون بویل ماریوت استفاده می کنند موجود است که برای سهولت در این استاندارد آنها را به هواسنج های نوع A و نوع B می نامیم.

 

دستگاه هواسنج بتن نوعA: شامل یک مخزن A که دارای حجم حداقل 5 لیتر می باشد و یک سرپوش B و میله تراکم C می باشد. درقسمت فوقانی سرپوش B درجه تعیین درصد فضای خالی بتن-فشارسنج و سه شیر و والو جهت فشرده کردن هوای داخل دستگاه هواسنج بتن.همچنین چهار پیچ اتصال برای متصل نمودن مخزن A به سرپوش B‌وجود دارد روی سرپوش B سه عدد شیر وجود دارد یک شیر در پایین ترین نقطه سرپوش برای کنترل سطح آب (سطح آب باید روی درجه صفر دستگاه تنظیم باشد) شیر بالاتر از پایین ترین شیر دستگاه در بالای سرپوش برای کنترل فشار هوای داخل سرپوش (میزان فشار هوای داخل سرپوش باید روی 1.5 بار ثابت باشد) و بالاترین شیر دستگاه برای ریختن آب مورد نیاز به داخل دستگاه هواسنج بتن مورد استفاده قرار می گیرد.

 

بر طبق بند2 استاندارد 3520 ایران طرز کار این دستگاه به طور مختصر بدین گونه می باشد که مقداری آب به ارتفاع مشخص بر روی بتن مورد آزمایش ریخته و آنرا تحت فشار معینی قرار می دهند.سپس کاهش حجم هوای موجود در بتن را با افت سطح آب در اثر فشار وارده بر آن اندازه بگیرید.درصد هوای موجود در بتن بر حسب عدد بدست آمده محاسبه می گردد.

 

روش آزمایش:

 

آماده نمودن آزمونه

 

آزمونه باید از بتن تازه مخلوط شده طبق استاندارد ملی ایران به شماره3201 آماده گردد.در صورتیکه در بتن تازه از سنگدانه های درشت که از الک 37.5 میلیمتری عبور نکند وجود داشته باشد باید به مقدار بیشتری بتن الک نمود تا برای پر کردن کاسه اندازه گیری کافی باشد.مراحل الک نمودن باید با حداقل دست خوردگی ملات انجام گرفته و به هیچ وجه نباید ملات چسبیده به سنگدانه های درشت باقی مانده بر روی الک را پاک و به بتن اضافه کرد.

 

ریختن و متراکم کردن نمونه آزمایشی

 

مقداری از نمونه بتن را در کاسه اندازه گیری در لایه های مساوی ریخته و هر لایه را مطابق با یکی از روشهای میله زنی و یا ارتعاش متراکم نمایید که ما در آزمایشگاه روش میله زنی را انجام دادیم.

 

میله زنی: بتنی را در سه لایه تقریبا هم حجم در کاسه اندازه گیری ریخته و با استفاده از میله تراکم هر لایه از بتن را با 25 ضربه متوالی به طور یکنواخت بر سطح کاسه متراکم نمایید. پس از میله زدن هر لایه با استفاده از چکش مخصوص (چکش لاستیکی) 10 الی 15 ضربه سریعا به دیواره کاسه بزنید تا حفره های ایجاد شده به وسیله میله زن کاملا پر شود و هیچ گونه حباب هوایی بزرگی بر روی سطح میله خورده موجود نباشد.لایه زیرین باید تا انتهایش میله زده شود و دقت گردد که میله محکم به کف کاسه اندازه گیری زده نشود و در میله زنی لایه دوم و آخر باید فشار میله به اندازه ای باشد که حداکثر نفوذ آن در لایه قبلی حدود 25 میلیمتر بوده و آخرین لایه بتن باید طوری اضافه گردد که از پر کردن بیش از حد کاسه جلوگیری شود.

 

روش آزمایش هواسنج نوع A به شرح زیر می باشد:

 

بعد از پر کردن قالب از بتن مطابق روش میله زنی لبه یا دور کاسه و درپوش را کاملا تمیز نموده تا بعد از چفت و بست کردن آنها کاملا نفوذناپذیر گردد.پس از بستن دستگاه توسط لوله آنقدر آب به داخل آن بریزید تا ارتفاع ستون آب روی بتن حدودا تا نصف ارتفاع لوله ایستاده برسد.سپس دستگاه را حدود 30 درجه از خط عمودی منحرف کرده و با استفاده از کف کاسه به عنوان محور آنرا چندین بار بدور خود بچرخانید و همزمان با آن به درپوش به آرامی چندین بار ضربه وارد کرده تا حبابهای احتمالی هوای باقیمانده در بالای سطح بتن از بین برود.سپس دستگاه را به حالت اولیه خود برگردانید و در حالیکه ضربه هایی آرام به کناره کاسه وارد می کنید مقدار آب در داخل لوله ایستاده ریخته تا سطح آب از درجه صفر کمی بالاتر رود.کف موجود بر روی سطح ستون آب را به وسیله یک سرنگ و یا پاشیدن الکل بر طرف نمایید تا سطح آب به وضوح دیده شود.قبل از بستن شیر تخلیه هوای بالای ستون آب سطح آب را تا درجه صفر پایین بیاورید.

 

بوسیله تلمبه دستی-فشاری-کمی بیشتر از فشار مورد لزوم آزمایش بر بتن وارد نمایید.برای رفع هر نوع گرفتگی موضعی ضربه های سریعی به دستگاه اندازه گیری بزنی.با باز کردن شیر تنظیم هوا درجه فشارسنج را دقیقا برابر فشار آزمایش قرار دهید. وقتی درجه بندی فشارسنج دقیقا فشار آزمایش را نشان می دهد ارتفاع h1 آب را روی لوله مدرج و یا درجه شیشه ای لوله ایستاده با حدودی نزدیک به اولین درجه بندی و یا نصف درجه بندی را بخوانید و آنرا یادداشت نمایید برای مخلوطهای بسیار سخت و خشن لازم است که ضربه هایی با شدت بیشتر به دستگاه وارد نموده تا زمانی که ضربه های اضافی تغییری در مقدار هوای اندازه گیری شده در بتن ایجاد نکند.

 

بتدریج فشار هوا را از طریق شیر تخلیه هوای بالای ستون آب کم کنید و به مدت یک دقیقه ضربه هایی آرام به دیوار کاسه بزنید.سپس ارتفاع h2 را تا نزدیکترین درجه بندی و یا نصف درجه بندی یادداشت نمایید.

 

ثبت محاسبات و عملیات:

 

مقدار هوای ظاهری موجود در بتن برابر است با:

 

A1=h1-h2

 

که با اختلاف ارتفاعهایی که از دستگاه خوانده شد مقدار هوای ظاهری موجود در بتن ٪3 بود.

 

متاسفانه به کمبود وقت و اتمام وقت کلاس و بی دقتی اعضای گروه متوجه ارتفاعهای خوانده شده توسط مسئول آزمایشگاه نشدیم و فقط متوجه مقدار هوای ظاهری موجود در بتن که توسط مسئول آزمایشگاه بیان شد شدیم.

 

نتیجه گیری:

 

با توجه به این مطلب که به ازاي هر 1٪ تخلخل مقاومت فشاري در حدود 6٪ كاهش مي دهد و با 3٪ هوای موجود در بتن حدود 18٪ از مقاومت بتن ما کم می کند.

 

مقاومت هفت روزه نمونه بتنی که توسط ما ساخته شد به مقدار 12.83584N/mm2 بود که با توجه به 3٪ هوای موجود در بتن مقاومت نمونه هفت روزه بتنی به میزان 2.3104512N/mm2 کاهش می یابد و باعث می شود مقاومت نهایی ما 10.52539N/mm2 بشود.

 

منابع و رفرنسها:

 

1-تکنولوژی بتن و آزمایشگاه نوشته فرهاد مصباح ایراندوست

 

2-استاندارد بتن ایران (آبا)