دسته: فنی و مهندسی مقاله بررسی بتن و فولاد در 38 صفحه ورد قابل ویرایش
قیمت فایل فقط 3,500 تومان
مقاله بررسی بتن و فولاد در 38 صفحه ورد قابل ویرایش
آشنایی با بتن و فولاد
مقدمه
بتن یكی از مصالح ساختمانی است كه بوسیلة آمیختن مخلوط متناسبی از سیمان، مصالح سنگی (شن و ماسه) و آب بوجود می آید. آب و سیمان با تركیب شیمیائی خود مصالح سنگی را، كه قسمت اعظم بتن را تشكیل می دهند، به یكدیگر چسبانده و تودة سخت سنگی شكل بتن را ایجاد می نمایند.
بتن ماده ای است كه دارای مقاومت زیادی در فشار است و از اینرو استفاده از آن برای قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسیار مناسب است، لیكن علیرغم مقاومت فشاری قابل توجه، مقاومت كششی كم و شكنندگی نسبتاً زیاد بتن، استفاده از آن را برای قطعاتی كه تماماً یا بطور موضعی تحت كشش هستند محدود می نماید. برای رفع این محدودیت، اعضا بتنی تحت كشش هستند محدود می نماید. برای رفع این محدودیت، اعضا بتنی را با قرار دادن فولاد در آنها تقویت می‌كنند. ماده مركبی كه بدین ترتیب حاصل می‌شود بتن آرمه یا بتن مسلح نامیده می‌شود.
ایده اصلی در ایجاد بتن مسلح استفاده از بتن برای تحمل فشار و استفاده از فولاد، كه معمولاً آرماتور نامیده می شود، برای تحمل كشش است. برای روشن شدن بیشتر مسئله می توان رفتار یك تیر بتنی غیرمسلح را كه روی دو تكیه گاه ساده قرار دارد بررسی نمود.
در مقاطع مختلف این تیر، تنش های كششی در زیر صفحة خنثی و تنش های فشاری در بالای آن ایجاد می شوند. از آنجا كه مقاومت كشش بتن ناچیز است، این تیر دارای ظرفیت باربری كمی خواهد بود. در چنین تیری اصولاً مقاومت فشاری بتن نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد. حال اگر همین تیر در ناحیة كششی توسط فولادهایی، كه معمولاً بصورت میلگرد مستقیم می باشند، مسلح شود قادر خواهد بود باری به مراتب بیشتر از بار حالت قبل (مثلاً تا 20 برابر) را تحمل نماید. سایر اعضا بتنی، نظیر ستونها، كه عمدتاً در فشار كار می كنند، را نیز با میلگردهای فولادی مسلح می نمایند. وجود آرماتور در چنین اعضایی نیز سبب افزایش مقاومت آنها می گردد، زیرا فولاد علاوه بر كشش در فشار نیز مقاومت بالایی دارد. بدین ترتیب از اجتماع دو مادة فولاد و بتن، ماده تقریبا جدیدی بنام بتن مسلح ایجاد می‌شود كه امروزه حوزه كاربرد آن بدون هیچ مرزی در حال گسترش است.
اساس رفتار مشترك فولاد و بتن تركیب طبیعی دو خاصیت مهم فیزیكی و مكانیكی این دو ماده است: اول آنكه، بتن در اثر سخت شدن چسبندگی قابل ملاحظه ای با آرماتور فولادی ایجاد می‌كند كه در نتیجه آن در یك عضو بتن آرمه تحت اثر بار، هر دو مادة فولاد و بتن با هم تغییر شكل می دهند. دوم آنكه، بتن و فولاد دارای ضرائب انبساط حرارتی تقریباً یكسانی می باشند (مقدار این ضریب به طور متوسط برای بتن 000010/0 و برای فولاد 000012/0 بازاء هر درجه سانتیگراد است) و در نتیجه در اثر تغییرات درجه حرارت، تنش های اولیه قابل توجهی در هیچ یك از دو مادة ایجاد نشده و لغزشی بین فولاد و بتن رخ نمی دهد.
بتن مسلح علاوه بر اینكه دارای مقاومت نسبتاً بالایی است، در مقابل شرایط نامساعد محیطی نیز مقاومت خوبی دارد زیرا پوشش بتنی روی آرماتور، فولاد را در مقابل خوردگی و اثر مستقیم آتش سوزی محافظت می نماید. در رابطه با مقاومت در مقابل آتش سوزی شاید توجه به این نكته جالب باشد كه در حرارت حدود 1000 درجه سانتیگراد، حداقل یك ساعت طول می كشد كه دمای فولاد داخل بتن، كه با یك لایه بتنی به ضخامت 5/2 سانتیمتر پوشیده شده است، به 500 درجه سانتیگراد برسد. تجربه نشان داده است كه در آتش سوزی های با شدت متوسط، سازه های بتن آرمه تنها دچار خسارتهای سطحی می شوند و خللی در مقاومت و ظرفیت باربری آنها وارد نمی آید.
به علت خواص متنوع و با ارزش بتن آرمه، نظیر دوام (مقاومت در مقابل اثرات سوء ناشی از سیكل های انجماد و ذوب)، مقاومت در مقابل خورده‌گی، مقاومت در مقابل آتش، مقاومت زیاد در مقابل بارهای استاتیكی و دینامیكی، امكان ایجاد اشكال موردنظر از طریق شكل دادن به قالب عضو، و بالاخره مخارج نگهداری ناچیز در طول عمر سازه، امروزه از این ماده بعنوان یكی از مقاومترین مصالح ساختمانی در ساخت انواع سازه ها استفاده فراوان می‌شود. ساختمانهای مرتفع مسكونی و اداری، ساختمانهای صنعتی، نیروگاههای هسته ای، پل ها، سیلوها، تونل ها، انواع پوسته ها، سازه های هیدرولیكی و بسیاری سازه های دیگر از مواردی هستند كه بتن مسلح اسكلت اصلی و باربر آنها را تشكیل می دهد.
یكی از جنبه های خاص رفتار سازه های بتن آرمه تحت اثر بار، امكان ایجاد ترك در قسمت های كششی مقاطع است. البته باز شدن چنین تركهایی تحت بارهای معمولی وارد بر سازه، غالبا به قدری كم اهمیت است كه به هیچ وجه استفاده از سازه را تحت تأثیر قرار نمی دهند. اما چنانچه در موارد خاصی، با توجه به انتظاری كه از عملكرد سازه می‌رود، وجود این تركها بعنوان یك نقص تلقی شود و به عبارت دیگر لازم باشد از ایجاد ترك جلوگیری شود و یا میزان باز شدگی آن محدود گردد، می توان از ایدة پیش تنیدگی بتن استفاده نمود. در سازه های بتنی پیش تنیده، بوسیلة كشیدن كابلهای پیش تنیدگی، مقطع عضو بتنی را تحت فشار اولیة شدیدی قرار می دهند، تا بدین ترتیب پس از اعمال بارهای موردنظر، در هیچ مقطعی از عضو بتنی ایجاد كشش نشود.
از نظر تكنیك ساخت، اعضا و سازه های بتن آرمه یا پیش ساخته هستند، یا در جا ریخته شده و یا مركب. اعضا پیش ساخته اعضایی هستند كه در كارگاهها خاصی ساخته شده و برای نصب به محل موردنظر تحویل می شوند. اعضا با بتن ریزی در جا، همانطور كه از نامشان پیداست، در همان محل واقعی خود در سازه بتن ریزی می شودن و بالاخره اعضا مركب اعضایی هستند كه تركیبی از اجزای پیش ساخته و بتن ریزی در جا هستند. اعضا و سازه های بتن آرمه كه به روشهای فوق ساخته می شوند اگرچه در برخی موارد تفاوت های مختصری در رفتار و جزئیات محاسبات دارند، اصول كلی طراحی آنها یكسان است و آنچه سبب انتخاب هر یك از این روشها می‌شود مسائلی نظیر سرعت اجرا، دقت ساخت و توجیهات اقتصادی است.
مواد تشكیل دهنده بتن
مواد تشكیل دهنده بتن عبارتند از: سیمان، مصالح سنگی و آب و در برخی موارد مواد مضاف نیز بدانها اضافه می‌شود. خواص بتن تر (قبل از سخت شدن)، مانند روانی، كارآیی و زمان گیرش، همچنین خواص بتن خشك (بتن سخت شده)، نظیر مقاومت فشاری، مقاومت كششی، افت، خزش تو دوام بستگی به انتخاب و درصد مواد متشكله بتن دارد. از اینرو در این بخش بطور اختصار خواص و نقش هر یك از این مواد مورد بررسی قرار می گیرند.
سیمان- هر ماده ای كه دانه های مصالح سنگی را برای تشكیل یك توده توپر و یكپارچه بهم چسباند سیمان نام دارد. سیمانهایی كه در صنعت بتن و بتن آرمه به كار می روند سیمانهایی هستند كه در تركیب با آب موادی بوجود می آورند كه تقریبا غیرقابل حل در آب می باشند و از این رو به آنها سیمان هیدرولیكی گفته می‌شود. از بین انواع این سیمان نوعی كه بیشترین كاربرد را در بتن آرمه دارد سیمان پرتلند است.
پس از اینكه آب به سیمان افزوده می‌شود مواد در سطح دانه های سیمان بوسیله آب حل شده و یك ژل، كه در واقع یك توده متراكم از ذرات فوق العاده كوچك است، ایجاد می‌شود. این ماده به تدریج افزایش حجم و سختی پیدا می‌كند بطوری كه پس از چند ساعت سختی قابل ملاحظه ای در ملات ایجاد می‌شود. این عمل هیدراسیون نام دارد. هیدراسیون تدریجاً بیشتر به عمق دانه های سیمان نفوذ می‌كند و در نتیجه سبب افزایش سختی ملات می گردد. از نظر شیمیائی، برای هیدراسیون كامل یك مقدار معین سیمان، در حدود 25 درصد وزن سیمان آب لازم است، لیكن برای سهولت حركت آب در مخلوط و رسیدن به ذرات سیمان، آب موردنیاز 10 الی 15 درصد بیش از میزان ذكر شده می باشد. بنابراین حداقل نسبت وزنی آب به سیمان بین 35/0 و 4/0 است، با اینحال در عمل، مقدار آب مصرفی بیش از مقادیر حداقل فوق می باشد. این مقدار آب اضافی برای روان‌تر كردن و افزایش كارآیی بتن (یعنی افزایش قابلیت كار با بتن) لازم است. ولی باید توجه داشت كه آب مازاد بر نیاز هیدراسیون كامل، به صورت تركیب نشده در بتن باقی می ماند كه پس از سخت شدن بتن تدریجاً از آن خارج شده و سبب ایجاد حفره و در نتیجه نقصان مقاومت بتن می گردد. عمل هیدراسیون با تولید حرارت نیز همراه است و حرارت تولید شده را حرارت هیدراسیون می نامند. این گرمای آزاد شده، بخصوص در كارهای با بتن ریزی زیاد مثل سد سازی، باعث افزایش درجه حرارت و در نتیجه افزایش حجم بتن می گردد و می‌تواند پس از سرد شدن بتن سبب ترك خوردگی آن گردد، كه باید به نحو صحیحی از آن جلوگیری نمود.
آزمایشهای مقاومت فشاری
در برخی كشورهای دنیا، مانند آمریكا، نمونه های آزمایش مقاومت فشاری به شكل استوانه هایی هستند كه نسبت ارتفاع به قطر آنها برابر 2 می باشد. از سوی دیگر، در بسیاری كشورهای اروپائی از نمونه های مكعب شكل استفاده می‌شود. در ایران، هر دو نوع نمونه های استوانه ای و مكعبی مورد استفاده قرار می گیرند. آنچه در رابطه با شكل نمونه های آزمایشی مطرح است، این واقعیت است كه مقاومت های بدست آمده از این دو نوع نمونه معمولاً یكسان نیستند. این تفاوت به دو دلیل اساسی پدید می آید.
اول آنكه، در نمونه های استوانه ای، جهتی كه بار فشاری به نمونه وارد می‌شود منطبق است برجهتی كه نمونه ریخته می شود، در حالیكه در نمونه های مكعبی، جهت بارگذاری عمود بر جهت بتن ریزی نمونه است. چنانچه مخلوط بتن از كارآیی خوبی برخوردار باشد و به خوبی نیز متراكم و كوبیده شود، بتن حاصله تقریبا ایزوتوپ خواهد بود و این تفاوت اهمیت چندانی ندارد. لیكن، در غالب موارد این منظور تأمین نمی شود و در نتیجه تغییر شكل لایه های مختلف نمونه یكسان نبوده و این مسئله در مقادیر مقاومت های بدست آمده منعكس می گردد.
علت دوم در تفاوت مقادیر نمونه های استوانه ای و مكعبی را می توان در مسئله اصطكاك بین نمونه بتنی و صفحات فولادی ماشین آزمایش جستجو كرد. بدین ترتیب كه به علت تفاوت مقادیر مدول الاستیسیته و ضریب پواسون فولاد و بتن، نمونه بتنی و صفحه فولادی تمایل به تغییر شكل های جانبی یا مساوی دارند. لیكن بعلت وجود اصطكاك، حركت جانبی نسبی بین صفحه فولادی و نمونه بتنی در سطح تماس آنها مقدور نبوده و در نتیجه تنش های برشی در این سطح بوجود می آید. اثر این تنش ها در نمونة بتنی، با افزایش فاصله از صفحات فولادی كاهش می یابد بطوری كه از فاصله ای در حدود (B بعد جانبی نمونه است) قابل صرفنظر باشد. اثر این تنش ها را می توان در نمونه های استوانه ای استاندارد، كه تا حد گسیختگی تحت فشار قرار می گیرند، بخوبی مشاهده نمود. بدین ترتیب كه در هر انتهای نمونه یك مخروط تقریباً دست نخورده با ارتفاع باقی می ماند (D قطر استوانه است)، ولی در میان این مخروط ها تغییر شكل جانبی بطور آزاد قابل حصول است كه با پف كردن نمونه به سمت بیرون در قسمت میانی توجیه می‌شود. در نمونه های مكعبی نیز هرمهای دست نخورده بوجود می‌آیند، لیكن بعلت محدودیت ارتفاع این نوع نمونه ها، رئوس هرمها در یكدیگر تداخل نموده بطوری كه ناحیه ای كه در آن تغییر شكل جانبی می‌تواند آزاد باشد حذف می‌شود. در نتیجه، در نمونه های مكعبی نمی توان فشار تك محوری كه آزاد از برش باشد بوجود آورد. بنابراین، در شرایط مشابه از نظر كیفیت بتن، مقاومت به دست آمده از نمونه های مكعبی بیش از مقاومت حاصل از نمونه های استوانه ای است. همچنین، نتیجه گرفته می‌شود كه برای تعیین مقاومت بتن، كه تحت تأثیر مشخصات صفحات فولادی دستگاه پرس نباشد یا بعبارت دیگر، برای تعیین مقاومت فشاری تك محوری حقیقی بتن، باید از نمونه های استوانه ای با نسبت ارتفاع به قطر بزرگتر از 7/1 استفاده نمود. در استوانه‌های استاندارد، نسبت ارتفاع به قطر برابر 2 می باشد.
مقاومت فشاری بتن براساس نمونه استوانه ای با نشان داده می‌شود كه منظور از آن، مقاومت فشاری نمونه های استوانه ای به قطر 15 و ارتفاع 30 سانتیمتر است كه 28 روز پس از ساخت اندازه گیری می شوند. مقاومت فشاری نمونه های مكعبی به بعد 15 سانتیمتر را كه پس از 28 روز آزمایش می شوند با نشان می دهند. بطور متوسط، برای بتن های با وزن معمولی، مقاومت نمونه های استوانه ای 30*15 تقریباً 80 درصد مقاومت نمونه های مكعبی 20 سانتیمتری و 83 درصد مقاومت نمونه های مكعبی 15 سانتیمتری است. برای بتن های سبك، مقاومت نمونه های استوانه ای و مكعبی تقریباً یكسان می باشند.
مطلب قابل توجه دیگری كه در رابطه با شكل نمونه ها مطرح است اثر نسبت ارتفاع به قطر در نمونه های استوانه ای است. گاهی اوقات برای انجام آزمایش از نمونه های استوانه ای استفاده می‌شود كه نسبت ارتفاع به قطر آنها متفاوت از 2 است. بعنوان مثال، این مسئله در مورد كرهایی كه از سازه های ساخته شده بریده می شوند پیش می آید. در این موارد لازم است ضریب تصحیحی بر مقاومت های به دست آمده اعمال شود تا نتایج حاصل قابل مقایسه با مقاومت نمونه های استوانه ای استاندارد باشند.
جهت دریافت فایل مقاله بررسی بتن و فولاد لطفا آن را خریداری نمایید
قیمت فایل فقط 3,500 تومان
برچسب ها : تحقیق بررسی بتن و فولاد , پروژه بررسی بتن و فولاد , مقاله بررسی بتن و فولاد , دانلود تحقیق بررسی بتن و فولاد , بررسی بتن و فولاد , بتن , فولاد