آزمایش مقاومت بتن، مجموعه روش‌های مستقیم و غیر مستقیمی است که به منظور اندازه‌گیری مقاومت فشاری، کششی و خمشی بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد. آزمایش مقاومت بتن، مطابق با استانداردهای ملی یا بین‌المللی و به صورت آزمایشگاهی یا برجا اجرا می‌شود.
مقاومت فشاری بتن چگونه تعیین می‌شود؟
آزمایش‌های مختلفی برای تعیین مقاومت فشاری بتن وجود دارند. این آزمایش‌ها هم در محیط آزمایشگاه و هم به صورت برجا قابل اجرا هستند. از استانداردهای تعیین مقاومت فشاری بتن در آزمایشگاه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- استاندارد 6048 ایران مطابق با ASTM C39 برای نمونه‌های استوانه‌ای
- استاندارد 3-1608 ایران مطابق با BS EN 12390-3 برای نمونه‌های مکعبی و استوانه‌ای
- استاندارد 8985 ایران مطابق با ASTM C873 برای نمونه‌های استوانه‌ای درجا قالب‌گیری شده
با وجود متفاوت بودن شکل نمونه‌ها (استوانه‌ای، مکعبی یا منشوری) و نحوه برداشت آن‌ها (نمونه‌برداری برجا یا ساخت در آزمایشگاه)، روند اجرای آزمایش مقاومت فشاری بتن در اکثر استانداردها مشابه یکدیگر است. مراحل کلی این آزمایش عبارت هستند از:
- اندازه‌گیری ابعاد نمونه
- جانمایی نمونه در دستگاه آزمایش یونیورسال یا دستگاه‌های مشابه
- بارگذاری تا لحظه شکست نمونه
- یادداشت بار لحظه شکست
مقاومت فشاری نمونه بتن، از تقسیم بار لحظه شکست بر مساحت سطح مقطع تحت بارگذاری به دست می‌آید.
- σ: مقاومت فشاری بر حسب مگاپاسکال
- P: بار لحظه شکست بر حسب نیوتون
- A: مساحت مقطع بارگذاری بر حسب سانتی‌متر مربع
اندازه و شکل نمونه مورد آزمایش بر روی مقاومت به دست آمده تاثیرگذار است. اگر فرض کنیم که یک نمونه استوانه‌ای با ابعاد استاندارد 15*30 سانتی‌متر (نسبت طول به قطر 2) بیانگر 100 درصد از مقاومت فشاری بتن باشد، نمونه‌ای با قطر 15 سانتی‌متر و طول 22 سانتی‌متر بیانگر 104 درصد از مقاومت فشاری بتن خواهد بود. در شکل زیر می‌توان مشاهده کرد که با ثابت بودن نسب طول به قطر (نسبت 2)، مقاومت نمونه‌های استوانه‌ای با افزایش قطر کاهش می‌یابد.
به منظور حذف تاثیر ابعاد نمونه، باید مقاومت به دست آمده از نمونه غیر استاندارد را در ضرایب اصلاح ضرب کرد. ضرایب اصلاح مقاومت‌های فشاری به دست آمده از روش‌های استاندارد در جدول زیر آورده شده‌اند. برای تعیین ضریب اصلاح هر نسبت دلخواه می‌توانید از روش درونیابی خطی استفاده کنید.
| نسبت طول به قطر | ضریب اصلاح |
| 2 | 1 |
| 1.75 | 0.98 |
| 1.50 | 0.96 |
| 1.25 | 0.93 |
| 1.00 | 0.87 |
علاوه بر روش‌های آزمایشگاهی، مقاومت فشاری بتن با استفاده از روش‌های برجا نیز اندازه‌گیری می‌شود. از پرکاربردترین استانداردهای مورد استفاده برای تعیین برجای مقاومت فشاری بتن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- استاندارد ASTM C805 برای تعیین مقاومت فشاری بتن با استفاده از آزمایش غیر مخرب چکش اشمیت
- استاندارد ASTM C900 برای تعیین مقاومت فشاری بتن با استفاده از آزمایش نیمه مخرب بیرون‌کشیدگی
- استاندارد ASTM C597 برای تعیین غیر مستقیم مقاومت فشاری بتن با استفاده از آزمایش غیر مخرب سرعت پالس فراصوت یا UPV
علاوه بر موارد بالا، مقاوت بتن با استفاده از روش جدیدی به نام آزمایش بلوغ نیز قابل محاسبه است. این آزمایش مطابق با استاندارد ASTM C1074 اجرا می‌شود. مبنای آزمایش بلوغ بتن، اندازه‌گیری مقاومت با توجه به اثرات ترکیبی زمان و دما است. آزمایش بلوغ در محیط آزمایشگاه اجرا می‌شود اما مانند روش‌های آزمایشگاهی قبلی، باعث تخریب نمونه نمی‌شود.
مقاومت کششی بتن چگونه تعیین می‌شود؟
به طور کلی، مقاومت کششی بتن توسط سه روش کشش مستقیم، خمش مستقیم و فشار قطری تعیین می‌شود. از آنجایی که مقاومت کششی بتن نسبت به مقاومت فشاری آن بسیار پایین است، روش مستقیم نتایج دقیقی را به همراه نخواهد داشت. به همین دلیل، روش‌های غیر مستقیم کاربرد بیشتری دارند. یکی از پرکاربردترین روش‌های تعیین غیر مستقیم مقاومت کششی بتن، استاندارد 6047 ایران یا ASTM C496 با عنوان «آزمایش مقاومت کششی دو نیم کردن» یا اصطلاحا آزمایش برزیلی است. تصویر زیر، اجرای آزمایش برزیلی را نمایش می‌دهد.
در آزمایش برزیلی، یک نمونه استوانه‌ای مانند شکل بالا تحت فشار قرار می‌گیرد (روش فشار قطری). پس از تعیین بار فشاری در لحظه شکست، مقدار مقاومت کششی با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
- T: مقاومت کششی بر حسب کیلوپاسکال
- P: حداکثر بار اعمال شده بر حسب کیلوپاسکال
- L: طول نمونه
- D: قطر نمونه
استفاده از آزمایش‌های برجا در تعیین مستقیم مقاومت کششی بتن مرسوم نیست. اجرای این نوع آزمایش‌ها دشوار بوده و نتایج به دست آمده از آن‌ها قابل اعتماد نیستند.
مقاومت خمشی بتن چگونه تعیین می‌شود؟
مقاومت خمشی بتن یا مدول گسیختگی، مطابق با استاندارد 490 ایران یا ASTM C78 تعیین می‌شود. در آزمایش معرفی‌شده در این استاندارد، علاوه بر مقاومت خمشی بتن می‌توان مقاومت کششی آن را نیز به طور غیر مستقیم محاسبه کرد؛ چراکه در مواد همگن، مقاومت خمشی و کششی با هم برابر هستند. مشخصات نمونه و تجهیزات مورد استفاده برای آزمایش مقاومت خمشی با آزمایش‌های مقاومت فشاری و کششی تفاوت دارد. تصویر زیر، دستگاه آزمایش مقاومت خمشی را نمایش می‌دهد.
آزمایش تعیین مقاومت خمشی بتن، معمولا بر روی یک نمونه با مقطع مستطیلی به ابعاد 53*15*15 سانتی‌متر انجام می‌شود. این آزمایش به صورت سه نقطه‌ای (اعمال بار به مرکز) و چهار نقطه‌ای (تصویر زیر) قابل اجرا است.
مراحل کلی اجرای آزمایش تعیین مقاومت خمشی بتن عبارت هستند از:
- آماده‌سازی نمونه
- جانمایی نمونه در دستگاه (رعایت فواصل دو طرف و محور بارگذاری)
- اعمال بارگذاری
- یادداشت بار در لحظه شکست و محل رخ دادن شکست
در صورت رخ دادن شکست در یک‌سوم میانی دهانه تیر، مقاومت خمشی برابر است با:
- P: بار لحظه شکست
- L: طول دهانه (فاصله بین دو تکیه‌گاه)
- b: عرض
- d: ضخامت
در صورت رخ دادن شکست بیرون از یک‌سوم میانی، مقاومت خمشی از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
