مقاومت فشاری بتن چیست؟ — تعریف، عوامل موثر، جدول و محاسبه | به زبان ساده

۲۲۳۶۰ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۱۴ آبان ۱۴۰۲
زمان مطالعه: ۴ دقیقه
مقاومت فشاری بتن چیست؟ — تعریف، عوامل موثر، جدول و محاسبه | به زبان ساده

بتن، پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که از ترکیب آب، سیمان و سنگدانه (شن و ماسه) ساخته می‌شود. خواص بتن، به دو دسته خواص «بتن تازه» (Fresh Concrete) و خواص «بتن سخت شده» (Hardened Concrete) تقسیم می‌شود. مقاومت فشاری، مهمترین ویژگی بتن سخت شده به حساب می‌آید. اهمیت مقاومت فشاری بتن به حدی زیاد است که می‌توان از آن به عنوان معیاری برای ارزیابی اولیه تمام خصوصیات بتن استفاده کرد. در این مقاله، به معرفی استحکام فشاری بتن، عوامل موثر و آزمایش‌های موجود برای تعیین این پارامتر مهم خواهیم پرداخت.

997696

مقاومت فشاری بتن

مقاومت فشاری، توانایی ماده یا سازه در تحمل بارهای وارده بدون رخ دادن ترک یا تغییرشکل است. مقاومت فشاری بتن به عنوان یکی از مهمترین نقاط مثبت این ماده شناخته می‌شود.

این ویژگی معمولا به عنوان معیاری برای ارزیابی کیفیت کلی بتن و همچنین توصیف ویژگی‌های دیگر آن نظیر روانی و یکنواختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورت ساخت اصولی مخلوط سیمانی، مقاومت فشاری آن می‌تواند به اندازه یک سنگ سخت طبیعی باشد.

ساختمان با اسکلت بتنی (مقاومت فشاری بتن)
استفاده از بتن به عنوان مصالح اصلی در ساخت یک سازه بزرگ بتنی

واحد مقاومت فشاری بتن

مقاومت فشاری با واحد مگاپاسکال (MPa) در سیستم SI و واحد پوند بر اینچ مربع (psi) در سیستم واحدهای اندازه‌گیری آمریکایی نمایش داده می‌شود. استحکام فشاری بتن در حالت معمولی در بازه 15 تا 30 مگاپاسکال تغییر می‌کند. البته برای سازه‌های صنعتی و تجاری سقف این بازه بیشتر خواهد بود.

رابطه مقاومت فشاری با سن بتن

استحکام فشاری بتن با گذشت زمان افزایش می‌یابد. بنابراین هرچه سن بتن بالاتر باشد، مقاومت فشاری آن نیز بیشتر خواهد بود. جدول زیر، روند افزایش استحکام فشاری بتن در طول زمان را نشان می‌دهد.

سن بتن (تعداد روز سپری شده از زمان ساخت بتن)درصد مقاومت فشاری
1 روز16 درصد
3 روز40 درصد
7 روز65 درصد
14 روز90 درصد
28 روز99 درصد

طبق جدول بالا، استحکام فشاری بتن پس از 28 روز به 99 درصد مقاومت واقعی خود می‌رسد. به همین دلیل، معمولا هنگامی که صحبت از استحکام فشاری بتن می‌شود، منظور مقاومت 28 روزه آن است.

عیار بتن

حداقل مقاومت فشاری 28 روزه مورد نیاز بتن برای ساخت یک سازه بتنی با عنوان «عیار بتن» (Grade of Concrete) شناخته می‌شود. نمایش این عیار به صورت ترکیبی از حرف انگلیسی M با عدد مقاومت فشاری مورد نیاز (بر حسب مگاپاسکال) است. به عنوان مثال، عیار بتنی با مقاومت فشاری 20 مگاپاسکال، M20 خواهد بود. بتن‌های دارای مقاومت فشاری پایین (M15 تا M25) معمولا برای ساخت سازه‌های کوچک و بتن‌های دارای مقاومت فشاری بالا ( M30 به بالا) برای ساخت سازه‌های بزرگ استفاده می‌شوند. در جدول زیر، رابطه بین عیار بتن با مقاومت فشاری 7 روزه و 28 روزه آن را نمایش داده شده است.

عیار بتنحداقل مقاومت فشاری 7 روزهمقاومت فشاری 28 روزه
M1510 مگاپاسکال15 مگاپاسکال
M2013.5 مگاپاسکال20 مگاپاسکال
M2517 مگاپاسکال25 مگاپاسکال
M3020 مگاپاسکال30 مگاپاسکال
M3523.5 مگاپاسکال35 مگاپاسکال
M4027 مگاپاسکال40 مگاپاسکال
M4530 مگاپاسکال45 مگاپاسکال

به دلیل محدودیت‌های زمانی انجام آزمایش در برخی از پروژه‌ها، از مقاومت فشاری 7 روزه به عنوان معیاری برای کنترل کیفیت استفاده می‌شود. توجه داشته باشید که در این حالت باید مقاومت فشاری 7 روزه را مطابق جدول بالا به مقاومت فشاری 28 روزه تبدیل کرد. به علاوه، برای اعتبارسنجی نتایج می‌توان چندین نمونه را در بازه‌های زمانی مشخص، مورد آزمایش قرار داد. عوامل متعددی بر روی مقاومت فشاری بتن تاثیرگذار هستند که در بخش بعدی به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.

عوامل موثر بر مقاومت فشاری بتن

عوامل متعددی بر روی میزان مقاومت فشاری بتن تاثیرگذار هستند. در ادامه، به معرفی برخی از این عوامل می‌پردازیم.

نسبت آب به سیمان

نسبت آب به سیمان، نحوه شکل‌گیری ساختار متخلخل بتن را مشخص می‌کند. فضای متخلخل درون بتن، به عنوان ضعیف‌ترین بخش آن شناخته می‌شود که به گسترش ترک در هنگام بارگذاری کمک می‌کند. هرچه نسبت آب به سیمان بیشتر باشد، استحکام فشاری بتن کمتر خواهد بود. در طرف مقابل، با بالا بودن نسبت آب به سیمان، زمان گیرش بتن طولانی‌تر می‌شود.

رطوبت

وضعیت رطوبت بتن در زمان انجام آزمایش، بر روی مقدار مقاومت به دست آمده تاثیرگذار است. به عنوان مثال، در صورت انجام آزمایش بر روی یک نمونه خشک، مقدار مقاومت فشاری به دست آمده نسبت به مقدار آن برای یک نمونه مرطوب (با ثابت در نظر گرفتن دیگر شرایط) بیشتر خواهد بود.

تراکم

مقاومت بتن به نحوه قرارگیری سنگدانه (شن و ماسه) در کنار یکدیگر بستگی دارد. اگر تراکم ذرات به خوبی صورت نگرفته باشد، فضای بتن دارای حفره‌های بیشتری خواهد بود. این مسئله، مقاومت فشاری بتن را کاهش می‌دهد.

ترکیبات شیمیایی سیمان

از بین ترکیبات سیمان، «تری‌کلسیم سیلیکات» (Tricalcium Silicate) یا به اختصار C3S و «دی‌کلسیم سیلیکات» (Dicalcium Silicate) یا به اختصار C2S، اهمیت بخصوصی در مقاومت بتن دارند. افزایش مقاومت بتن با گذشت زمان، پیش از هر چیزی به نسبت این دو ماده بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر ترکیبی دارای C3S بالا و C2S پایین باشد، در ابتدا مقاومت بیشتری خواهد داشت اما نرخ افزایش مقاومت آن با گذشت زمان کاهش خواهد یافت.

ابعاد ذرات سیمان

اندازه ابعاد ذرات سیمان بر روی نرخ رشد مقاومت بتن تاثیرگذار است. ریزتر بودن سیمان، سطح بیشتری را برای واکنش هیدارتاسیون فراهم می‌کند. این مسئله، شتاب انجام واکنش مذکور را افزایش می‌دهد.

شرایط عمل آوری

شرایط عمل آوری بتن، مخصوصا دمای حین این فرآیند، محیط را برای افزایش سرعت واکنش هیدراتاسیون و در نتیجه سخت شدن بتن فراهم می‌کنند. رطوبت محلی که بتن در آن نگهداری می‌شود بر روی مقاومت آن موثر است. در محیط‌های بسیار خشک، سطح بتن به میزان قابل توجهی خشک و سرعت فرآیند هیدراتاسیون بسیار کم می‌شود.

شرایط آزمایش

یکی دیگر از عوامل موثر بر مقاومت فشاری بتن، شرایطی است که نمونه بتنی در آن مورد آزمایش قرار می‌گیرد. برای جلوگیری از تاثیر قابل توجه این عامل بر روی نتایج به دست آمده، باید تمام نمونه‌ها را طبق یک استاندارد واحد آزمایش کرد.

آزمایش‌ مقاومت فشاری بتن

به منظور تعیین مقاومت فشاری بتن، معمولا از «دستگاه آزمایش یونیورسال» (Universal Testing Machine) یا اصطلاحاً «UTM» استفاده می‌شود. این دستگاه، ابزاری برای اجرای آزمایش مقاومت فشاری و کششی بر روی مواد مختلف است. برای انجام آزمایش استحکام فشاری بتن می‌توان از نمونه‌های مکعبی، استوانه‌ای یا منشوری شکل استفاده کرد. نمونه‌برداری، قالب‌بندی، عمل آوری، ابعاد نمونه‌ها و شرایط کلی آزمایش، به استانداردهای تعریف شده بستگی دارد. به عنوان مثال، در استاندارد «ASTM C39 / C39M - 20»، روش اجرای آزمایش مقاومت فشاری برای نمونه‌های استوانه‌ای بتن به طور کامل شرح داده شده است.

معمولا از نمونه‌های 7 روزه یا 28 روزه برای آزمایش تعیین استحکام فشاری بتن استفاده می‌شود. به طور خلاصه، روند آزمایش به این صورت است که ابتدا نمونه‌ها را درون دستگاه آزمایش یونیورسال یا هر دستگاه مناسب آزمایش با قابلیت اعمال فشار تک محوره قرار می‌دهند. سپس، بار فشاری را با نرخی معادل 0.23 مگاپاسکال بر ثانیه به نمونه وارد کرده و حداکثر بار فشاری قابل تحمل توسط هر نمونه (قبل از شکست) را اندازه‌گیری و ثبت می‌کنند.

بتن تحت فشار
نمونه مکعبی بتن تحت فشار

فرمول مقاومت فشاری بتن

از تقسیم حداکثر بار فشاری قابل تحمل به دست آمده از آزمایش بر مساحت سطح مقطع نمونه، مقاومت فشاری به دست می‌آید. به منظور کاهش خطا می‌توان آزمایش را چندین بار تکرار کرد و از مقادیر به دست آمده میانگین گرفت.

بر اساس رای ۶۶ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
Design and Control of Concrete MixturesThe Constructor
۹ دیدگاه برای «مقاومت فشاری بتن چیست؟ — تعریف، عوامل موثر، جدول و محاسبه | به زبان ساده»

سلام، آیا مهم است کدام وجه نمونه مکعبی را زیر جک قرار میدهیم؟

نیروی شکست رو بر سطح مقطع نمونه تقسیم کنید تا مقاومت رو بهتون بده برای مثال ظاهرا ۸۳۶۰۰ بر حسب کیلو گرم هستش که باید تقسیم بر سطح مقطع نمونه مکعبی یعنی ۲۲۵ شود (۱۵×۱۵) حاصل این کسر میشه عدد مقاومت بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع که بر ۱۰ تقسیم کنید واحد به مگاپاسکال تبدیل میشه

سلام مهندس لطفا نحوه محاسبه مقاومت فساری رو برام توضیح بدید که بتونم محاسبه کنم ممنون مثلا وقتی اعداد نمایشگر دستگاه ۸۳۶۰۰ هست بتونم حساب کنم چند مگا بهم میده.
تشکر

اگر بخواهیم بارگذاری زودهنگام روی نمونه انجام دهیم مثلا در زمان ۲۴ ساعت با بارگذاری ۷۵ درصد بار شکست، مقاومت ۲۸ روزه رو بدست آوریم؛ چه مقدار بار یا قوه باید وارید شود تا ۷۵ درصد بارشکست باشد؟

سلام مهندس
این اعداد و جدول ها مربوط به مقاومت نمونه استوانه ای هستش یا نمونه مکعبی شکل؟

با سلام و وقت بخیر؛

اعداد و جدول‌ها، مربوط به نمونه‌های استوانه‌ای هستند. البته در صورت استاندارد بودن نمونه‌های مکعبی، نتایج آن‌ها تفاوت چندانی با نمونه‌های استوانه‌ای نخواهد داشت. این نتایج شاید کمی بیشتر از اعداد نمونه‌های استوانه‌ای باشند.

از همراهی شما با مجله فرادرس سپاسگزاریم.

سلام وقت بخیر
رابطه مقاومت 7 روزه و 28 روزه در نشریات جدید (مبحث 9 سال 99 و آبا سال 1400) در کدام قسمت ارائه گردیده است؟
با تشکر

با سلام آیا در زمان بتن ریزی میتوان نتیجه مقاومت فشاری 28 روزه را با انجام آزمایشاتی تخمین دقیق زد که در صورت کاهش مقاومت بتن ، اقدامات اصلاحی صورت پذیرد ؟

سلام، وقت شما بخیر؛

تخمین مقاومت فشاری، فقط بازه احتمالی مقاومت را نمایش می‌دهد. عوامل زیادی بر روی این مقاومت تاثیرگذار هستند. در صورتی که داده‌های بتن‌ریزی‌های گذشته را در اختیار داشته باشید، مقاومت بتنی با مصالح، توزیع دانه‌بندی، اسلامپ و تراکم مشابه، تقریبا برابر نمونه‌های قبلی خواهد بود. اگر اسلامپ بتن تازه پیش از بتن‌ریزی مناسب کاربری مورد نظر باشد و تراکم و عمل آوری آن پس از بتن‌ریزی به خوبی انجام شود، مقاومت نیز رضایت‌بخش خواهد بود. با این حال، مقدار دقیق مقاومت بتن، فقط با مغزه‌گیری و اجرای آزمون‌های آزمایشگاهی امکان‌پذیر است.

از اینکه با مجله فرادرس همراه هستید از شما بسیار سپاسگزاریم.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *