آزمایش مقاومت کششی بتن یا تست برزیلی

آزمایش مقاومت کششی بتن یا تست برزیلی

این آزمایش با نام مقاومت کششی بتن به روش دو نیم کردن (splitting tensile strength) یا تست برزیلی در استاندارد ملی ایران 6047 ودت 606 و ASTM C496 و BS 1881-4 شرح داده شده است.

اگر چه معمولا بتن به گونه ای طراحی نمی گردد که تنش کششی مستقیم را تحمل نماید، ولی دانستن مقاومت کششی بتن در تخمین باری که ترک ها در آن توسعه می یابند، با ارزش است. عدم وجود ترک در حفظ تداوم سازه های بتنی و در بسیاری موارد در جلوگیری از خوردگی میلگردهای فولادی حائز اهمیتی قابل توجه است.

مقاومت در کشش همچنین در سازه های بتنی غیر مسلح مانند سدها تحت شرایط زلزله مورد توجه می باشد. سازه های دیگر مانند جاده ها و فرودگاه ها بر اساس مقاومت خمشی که در برگیرنده مقاومت کششی می شود طراحی می گیرند.

آزمایش تعیین مقاومت کششی معمولا بر روی نمونه استوانه ای (به ندرت مکعبی) انجام می گیرد. آزمایش مقاومت کششی بر روی نمونه های مکعبی در بخش 117 آیین نامه BS 1881-83 شرح داده شده است و نکته مهم اینکه نتایج بدست آمده در نمونه های استوانه ای و نمونه های مکعبی یکسان می باشد.

بر طبق بند 5-2 استاندارد شماره 6047 ایران” قطر آزمونه را با دقت 0.25 میلی متر از طریق محاسبه میانگین سه قطر که در نزدیکی دو انتها و وسط آزمونه در امتداد دو قطر نشانه گذاری شده اندازه گیری شده اند، تعیین نمایید. با دو بار اندازه گیری و با دقت 0.25 میلیمتر طول آزمونه در صفحه قطرهای نشانه گذاری شده در دو انتها و تعیین میانگین از آنها طول آزمونه را محاسبه نمایید.”

نمونه طوری بین صفحات دستگاه قرار می گیرد که محور آن افقی باشد و سپس بار افزایش می یابد تا گسیختگی به صورت دو نیم شدن در صفحه شامل قطر قائم نمونه به وجود آید این روش آزمایش در بخش 117 ASTM C496-71 و BS 1881-8371 (بازبینی شده در سال 1979 و 1990) توصیه شده است.

برای جلوگیری از تنش های فشاری موضعی خیلی بالا در خطوط بارگذاری بر طبق آیین نامه ASTM C496-90 نوارهای تخته سه لایی باریکی به ضخامت 3 میلی متر و به عرض 25 میلی متر و طولی برابر با طول قالب استفاده گردد.

در بخش 117 استاندارد BS 1881-8371 باید از نوارهای تخته فیبری به ضخامت 4 میلی متر و عرض 15 میلی متر و طولی برابر با طول قالب استفاده نمود.

بر طبق بند 3-1-2 استاندارد شماره 6047 ایران “دو نوار تکیه گاهی از جنس تخته چند لا با ضخامت اسمی 3.2 میلی متر، بدون ناصافی با عرض تقریبی 25 میلی متر و یا طولی برابر یا کمی بیشتر از طول آزمونه باید برای هر آزمونه آماده گردد.

این نوارها بایستی بین آزمونه و رکاب های بالا و پایین دستگاه آزمایش، یا بین آزمونه و صفحات تکیه گاهی مکمل (در صورت نیاز) قرار گیرند نوارهای تکیه گاهی نباید بیش از یکبار مصرف شوند.”

طبق بند 5-3 استاندارد شماره 6047 ایران “مرکز یکی از نوارهای چوبی چند لایه را بر مرکز رکاب پایین منطبق نمایید، آزمونه را روی نوار چوبی چند لایه طوری قرار دهید که خطوط قطری در انتهای آزمونه در امتداد عمود بر محور نوار چوبی و در وسط نوار چوبی باشند. وسط نوار چوبی دوم را نیز با توجه به خطوط قطری دو انتهای آزمونه روی آن قرار دهید.”

تحت این شرایط مقاومت فشاری افقی زیادی در بالا و پایین استوانه به وجود می آید اما چون این تنش با تنش فشاری قائمی با همان اندازه همراه می باشد حالتی از فشار تک محوری به وجود می آید به طوری که گسیختگی در این نقاط به وجود نمی آید در عوض گسیختگی در اثر تنش کششی افقی و یکنواخت در بقیه مقاطع استوانه به وجود می آید. در صورتی که از نوارهای چوبی استفاده نگردد مقاومت کششی ثبت شده استوانه در حدود 8 درصد کمتر خواهد شد.

مطابق شکل زیر با استفاده از گیره نگهدارنده نوارهای تکیه گاهی، آزمونه و میله تکیه گاهی را طوری در جای خودشان قراردهید که میله تکیه گاهی و محور آزمونه مستقیما زیر امتداد اعمال بار رکاب تکیه گاهی کروی قرار بگیرند.

بر طبق بند 5-5 استاندارد شماره 6047 ایران “بار به طور مداوم، یکنواخت و بدون تغییرات ناگهانی با سرعت ثابتی در حدود 400 تا 700 کیلو پاسکال بر دقیقه تا هنگام گسیختگی آزمونه، اعمال می شود. (برای استوانه های 300*150 میلیمتر  حدود سرعت اعمال تنشی کششی دو نیم شدن با اعمال بار در حدود 50 تا 100 کیلو نیوتن در دقیقه مطابقت می نماید.)

بیشترین بار اعمال شده در زمان گسیختگی که توسط دستگاه آزمایش نشان داده می شود را ثبت نموده و به نوع گسیختگی و ظاهر بتن نیز توجه شود. بر طبق بند 6-1 استاندارد شماره 6047 ایران مقاومت کششی دو نیم شدن آزمونه به کمک رابطه زیر محاسبه می شود.

T = مقاومت کششی دو نیم شدن کیلو پاسکال (کیلوگرم بر سانتی متر مربع)

P = حداکثر بار اعمال شده، کیلو نیوتن (کیلوگرم)

L = طول آزمونه، سانتی متر مربع

d = قطر آزمونه، سانتی متر

بر طبق BS 1881-83 بار با سرعت ثابت بین 0.2 الی 0.4 مگا پاسکال در ثانیه اعمال می گردد و بر طبق ASTM C496-71 بین 0.11 تا 0.23 مگاپاسکال در ثانیه اعمال می گردد و مقاومت کششی از رابطه بالا حساب می گردد.

بر طبق آیین نامه ACI 318-89 (تجدید نظر شده در سال 1992) و همچنین آبا آزمایش های مقاومت کششی بتن به روش دو نیم کردن نمونه های استوانه ای و به طور کلی هیچ نوع آزمایش کششی دیگر نباید مبنای پذیرش بتن در کارگاه باشد.”

در صورتی که آزمایش مقاومت کششی بر روی نمونه مکعبی مطابق شکل زیر صورت پذیرد مقدار تنش کششی از رابطه زیر محاسبه می گردد که در آن a ضلع مکعب می باشد.

این بدان معنا است که فقط بتن واقع شده در داخل استوانه محاطی در مکعب در مقابل بار وارده مقاومت خواهد نمود.

آزمایش تعیین مقاومت کششی بر روی نمونه های مکعبی فقط در کشورهایی مورد توجه قرار دارد که آزمایش تعیین مقاومت فشاری بتن نیز روی نمونه های مکعبی انجام می گیرد.

توسط روابط تجربی می توان مقاومت فشاری را به مقاومت کششی مربوط نمود رابطه زیر هرچند در آیین نامه بتن ایران (آبا) معرفی نشده است لیکن از لحاظ تجربی حاکی از دقت مناسب آن می باشد.

Fc مقاومت فشاری مشخصه

f_st مقاومت کششی مستقیم بتن

همانطور که رابطه بالا نشان می دهد با افزایش مقاومت فشاری مقاومت کششی نیز افزایش پیدا می کند ولیکن این ازدیاد با یک روند کندی صورت می گیرد.