بررسی آزمایشگاهی مقاومت چسبندگی میان بتن خود تراکم و میلگرد فولادي آج دار با قطرهاي مختلف با استفاده از آزمایش بیرون کشیدگی (out-Pull)
چکیده
انتقال نیرو از طریق چسبندگی میان سطح میلگرد و بتن نقش اساسی در تعیین رفتار اعضاي بتن مسلح دارد. امـروزه بـا توجـه بـه پیشـرفت هـاي
چشمگیر در زمینه تکنولوژي بتن و نیاز روز افزون به طراحیهاي دقیقتر بر مبناي انواع نو ظهور بتن، لزوم بررسی مقاومت چسبندگی میـان سـطح
میلگرد و بتن دوچندان میشود. در این پژوهش با استفاده از آزمایش بیرون کشـیدگی میلگـرد (test Pullout ،(مقاومـت چسـبندگی میـان سـطح
میلگرد فولادي آجدار و بتن خود تراکم (SCC (مورد بررسی قرار گرفته است. میلگردها بـا قطرهـاي 8 ، 10 و 12 میلیمتـر در وسـط نمونـه هـاي
استوانهاي بتن خود تراکم با ابعاد 300×150 میلیمتر قرار داده شدند. در هر قطـر 4 نمونـه سـاخته و پـس از 28 روز عمـل آوري، آزمـایش بیـرون
کشیدگی میلگرد انجام شد. نتایج حاصل نشان میدهد که با افزایش قطر میلگرد، مقاومت چسبندگی کاهش مییابد. همچنین مقاومـت چسـبندگی
بتن خود تراکم اندکی بیشتر از بتن معمولی میباشد.
واژه هاي کلیدي:بیرون کشیدگی، بتن خودتراکم، مقاوت فشاري، مقاومت چسبندگی، نمونه استوانه اي
1 -مقدمه
بتن خودتراکم(SCC (فرآیندي است نوپا در عرصه مهندسی عمران که در اثر وزن خود و بدون جداشدن دانه ها جاري میشود. بتن خود
تراکم در سال هاي اولیه 1980 بوسیله اوکامورا و کالج ها در ژاپن توسعه یافت[1.[انگیزه براي این توسعه، کم بودن کارگران ماهر براي
انبار کردن و تحکیم بتن براي درست کردن سازه هاي با دوام بود[2 .[مانند تمامی محصولات بتن خود تراکم نیز با سرعت کمی مورد
توجه و محبوبیت قرار گرفته بود. بتن خود تراکم براي اولین بار در سال 1998 در مقیاس بزرگ در پل Kaikyo-Akashi مورد استفاده
قرار گرفت[3 .[این بتن ابتدا در آسیا و اروپا قبل از آمریکا توسعه یافت و در سال 2000 توانست به تایید آمریکا نیز در آید[3 .[بتن خود
تراکم داراي مزیت هایی متعددي است که باعث شهرت آن شده، از جمله این کاربردها می توان به قابلیت عبور در مقاطعی که تراکم
آرماتور وجود دارد اشاره کرد. همچنین مقاومت در برابر جداشدگی سنگدانه ها ، کم کردن سر و صدا، احتیاج نداشتن به ویبره، کم کردن
تجهیزات و غیره نیز از دیگر مزیت هاي این بتن است[4 .[
مطالعات بیشماري براي تعیین کردن عملکرد چسبندگی بتن خود تراکم (SCC (و بتن مرسوم و رایج(CC (جریان یافت. بعضی از
محققین [6,5 [براي مطاله بر روي مقاومت چسبندگی بتن خود تراکم، تست بیرون کشیدگی مستقیم نمونه ها را اجرا کردند، در حالی
که محققین دیگري [8,7 [از نمونه هاي تیر استفاده کردند. هر دو گروه به این نتیجه رسیدند که در زمینه مقاومت چسبندگی تفاوت
چندانی در بتن خود تراکم و بتن مرسوم (معمولی) نیست. هرچند که مطالعات دیگر [12,11,10,9 [نشان می دهند که بتن خود تراکم
داراي مقاومت چسبندگی بالاتري نسبت به بتن معمولی هستند. همچنین با افزایش قطر میلگرد مقاومت چسبندگی در بتن کاهش می
یابد. این اثر در بتن خود تراکم نسبت به بتن معمولی کمتر است. این اختلافات مستلزم تحقیقات بیشتري راجع به مقاومت چسبندگی
است.[13[
مقاومت چسبندگی براي سازه هاي بتن آرمه از موضوعات مهم و بحرانی است. نیروهاي بکار رفته در میان بتن و میلگردها بوسیله
چسبندگی ( عمل وابسته به خواص فیزیکی و شیمیایی اجسام)، اصطکاك و ظرفیت باربري ( عمل هاي مکانیکی ) انتقال پیدا می
کند[14 .[کیفیت بتن و نوع بتن، قطر میلگرد، نوع بارگذاري،پوشش بتن،محصور شدگی، هندسه و جهت قرارگیري میلگرد نقش مهمی
را در ایجاد مقاومت چسبندگی بازي می کند[14,13.[همچنین هر گونه تغییرات در طرح اختلاط، روش انبار کردن و نگهداري از بتن
نیز از عوامل تاثیر گذار بر روي پیوستگی است[13.[
در تحقیقاتی که در این زمینه انجام شده است[15 [مشاهده شد که با وجود طرح اختلاط هاي یکسان و نسبت c/w یکسان، مقاومت
چسبندگی نمونه هاي 28 روزه و 56 روزه از بتن خود تراکم در مقایسه با بتن معمولی (ویبره اي) اندکی بالاتر است.
همچنین محققین [16 [از مجموع 24 تست بیرون کشیدگی که با میلگردهاي مختلف با طول مدفون 100 و 200 میلیمتر صورت
پذیرفت و نیز پاسخ هاي بار- لغزش، مودهاي شکست و مقاومت چسبندگی ، بتن هاي سبک SCC و بتن هاي معمولی SCC را با
یکدیگر مقایسه کنند. آنها دریافتند که مقاومت چسبندگی میلگردهاي مختلف از بتن سبک خود تراکم، 16 -38 % کمتر از بتن هاي
خود تراکم معمولی (NWSCC) است.
در این تحقیق انجام شده 12 نمونه استوانه اي 30×15 سانتیمتري بوسیله آزمایش بیرون کشیدگی (out-Pull (مورد آزمایش قرار
گرفت. هدف از این تحقیق بدست آوردن مقاومت چسبندگی میان میلگرد فولادي با قطرهاي مختلف و بتن خود تراکم است.
1 -برنامه آزمایشگاهی
براي بدست آوردن مقاوت فشاري بتن، 4 نمونه شاهد استوانه اي 30×15 ساخته شده و پس از 28 روز نگه داري در آب توسط جک
فشاري ملات شکن شکسته شد. مقاومت فشاري 28روزه بتن براي هر نمونه اندازه گیري شده و میانگین آنها ملاك مقاومت فشاري
طرح اختلاط این آزمایش می باشد که معادل MPa 46 است.
1-1 -دانه بندي
دانه بندي طرح اختلاط این آزمایش در جدول زیر آمده است
3 -نام گذاري نمونه ها
این تحقیق داراي یک طرح اختلاط بوده است، که 4 دسته نمونه سه تایی با نام هاي D1 ، D2 ، ND1 ، ND2 ساخته و عمل آوري
شده است. همچنین مصالح مورد نیاز و نسبت هاي وزنی آن ها نیز در جدول زیر آمده است.
5 -آزمایش هاي انجام شده بتن خود تراکم در این تحقیق
در این تحقیق دو آزمایش اسلامپ cm T50 و جعبه L ) BOX L ( جهت تهیه بتن خودتراکم انجام پذیرفت. در ادامه نحوه آزمایش،
چگونگی تهیه و نتایج بدست آمده از این دو آزمایش توضیح داده شده است
.
5 -1 -آزمایش Flow Slump وآزمایش T50cm ) پهن شدگی اسلامپ–زمان50 سانتیمتري )
در آزمایش اسلامپ فلو ( پهن شدگی اسلامپ ) ، میزان پهن شدگی بتن در سطح افقی مشخص میشود و براي بتن هاي scc مناسب است .
در ابتدا این آزمایش در ژاپن و براي ارزیابی بتن هاي ترمی Tremie که در بتنریزي زیر آب مورد استفاده قرار میگیرد بکار رفت . نحوه انجام
آزمایش مانندآزمایش اسلامپ است اما بجاي اندازه گیري افت و فرو نشستن مخروط بتن ، قطر متوسط بتن پهن شده در سطح زمین اندازه
گیري میشود و قابلیت پر کردن ( قابلیت سیلان و جریان ) را نشان میدهد.
آزمایش نحوه- 1 -1 -5
6لیتر بتن که به روش استاندارد نمونه گیري شده است براي آزمایش لازم میباشد . سطح صفحه فلزي و درون مخروط ناقص اسلامپ را
مرطوب می نمائیم و مخروط را روي صفحه فلزي و در مرکز آن قرار می دهیم و با پا یا دست محکم آنرا در جهت قائم روي صفحه فشار می
دهیم. سپس بتن را با سرتاس درون مخروط ناقص ریخته و بدون اینکه بهآن ضربهاي بزنیم یا بلرزانیم ، پر می کنیم و بدون اعمال ضربه یا
لرزش بتن اضافی را با ماله یا خط کش بر می داریم و صاف می کنیم. بتن اطراف پاي مخروط را کاملاً تمیز نمائید . مخروط را بصورت قائم
بالا کشیده تا بتن به سهولت و بدون مایع روان شود . در صورتیکه قصد اندازه گیري براي آزمایش T50cm ) زمان 50 سانتی متري ) باشد، همزمان با بالا کشیدن قالب مخروط ناقص ، کرونومتر را بکار می اندازیم و زمان لازم براي رسیدن بتن به دایره 500میلیمتري را با دقت 1/0
ثانیه اندازه می گیریم .
براي تعیین پهن شدگی اسلامپ ( اسلامپ فلو ) لازمست پس از توقف بتن روي صفحه کف ، قطر نهائی و متوسط پهن شدگی را که براي دو
قطر عمود بر هم بدست آمده است با تقریب25 ± میلیمتر گزارش نمائیم.
5 -1 -2 -تفسیر و نتایج آزمایش
هر چه اسلامپ (SF ( بزرگتر باشد معرف قابلیت بیشتر پر کردن قالب و روان شدگی بتن تحت وزن خود میباشد . حداقل نتیجه 600 میلیمتر
براي بتن خودتراکم مورد نیاز است و توصیه شده است . معمولاً اختلاف نتیجه 50 ±میلیمتر در آزمایشهاي مختلف براي یک بتن قابل توجیه
است . این آزمایش سریع و ساده است و کاربرد آن در دنیا وسعت زیادي پیدا نموده است . هر چند “بخوي قابلیت پر کردن “را نشان میدهد اما
قابلیت عبور از بین میلگردها بدون انسداد را نمیتواند به نمایش گذارد . این آزمایش تا حدود زیادي مقاومت به جدا شدگی را نشان میدهد . براي
تکمیل این آزمایش سعی کردهاند که محدودیتهائی را در اطراف آن با قفس میلگرد و وسایل مشابه ایجاد نمایند و قابلیت عبور را نیز بسنجند .
همزمان با این آزمایش میتوان آزمایش T50cm را با همان وسایل و امکانات ( بجز کرونوتر ) بدست آورد . زمان کمتر نشانه قابلیت روانی و
سیلان بیشتر است . مؤسسه تحقیقاتی نروژي Ram Eu Brite] 18,17 [مقادیر 3 تا 10 ثانیه را بعنوان حدود قابل قبول در کاربردهاي
مهندسی عمران و 2 -7ثانیه را براي کاربردهاي پیشرفته پیشنهاد نموده است .
لازم بذکر است در تحقیق انجام شده پرکنندگی و روانی بتن در عرض 5 ثانیه صورت پذیرفت و بتن به مرز 50cm یا 500mm رسید و قطر
نهائی 620میلیمتر بود.. بتن مورد نظر جز طبقه بندي 2 SF قرار گرفت [18.[
5 -2 -2 -نتایج و تفسیر آزمایش
این آزمایش بر اساس یک طرح ژاپنی براي بتن زیر آب ( ترمی ) بنا نهاده شده است و توسط Petersson مورد استفاده قرار گرفته و تشریح
شده است . این آزمایش روانی بتن را مورد ارزیابی قرار میدهد و همچنین تا حدي قابلیت انسداد بتن را در برابر میلگردها نشان میدهد . وسیله
مورد نظر شامل یک جعبه با مقطع مستطیل و به شکل یک L میباشد و داراي یک بخش افقی و یک قسمت قائم است که توسط یک دریچه
متحرك از یکدیگر جدا شده اند . در جلوي دریچه میلگردهائی بصورت قائم قرار دارد که پس از باز شدن دریچه بتن بخش قائم میتواند از
دریچه و میلگردها عبور کرده و به بخش افقی وارد شود . با توقف جریان ارتفاع بتن در انتهاي بخش افقی و بتن باقیمانده بخش قائم بدست
میآید و از تقسیم ایندو برهم ، شیب بتن در حالت سکون را نشان میدهد و قابلیت عبور از میله ها را به نمایش میگذارد . بخش افقی میتوانددر
فواصل 200 و 400 میلیمتري دریچه علامت گذاري شود و زمانهاي رسیدن بتن به این نقاط اندازه گیري گردد . این زمانها بعنوان زمان
T20,T40 شناخته میشود و مشخصه اي براي قابلیت پر کردن (روانی ) است .
آزمایش نحوه- 1 -2 -5
حدود14 لیتر بتن مورد نیاز را که طبق استاندارد نمونه گیري شده است باید مورد استفاده قرار داد . ابتدا وسیله را روي سطح محکم و تراز
( افقی ) قرار می دهیم . مطمئن شده کهدریچه کشوئی بخوبی کار میکند و براحتی بالا و پائین میرود و دریچه را می بندیم. داخل قسمت قائم
را آب ریخته و دریچه را باز می کنیم تا آب خارج شود و بخش افقی نیز مرطوب گردد . آب را از جعبه خارج کرده، دریچه را بسته و بخش قائم
را با بتن پر می کنیم . اجازه می دهیم بمدت یک دقیقه بتن در این قسمت باقی بماند . سپس دریچه را باز کرده تا بتن به بخش افقی وارد شود
ارتفاع H1,H2 ) در ابتدا و انتهاي بتن ) را اندازهگیري می نمائیم . نسبت H1/H2 را محاسبه کرده و این نسبت را ضریب انسداد یا نسبت . همزمان باید کرونومتر را بکار اندازیم و زمان رسیدن بتن به علامت 200 و400میلیمتري اندازه گیري نمائم وقتی بتن از حرکت باز ماند
بلوکه شدن مینامیم . تمام آزمایش باید ظرف 5دقیقه انجام شود .
5 -2 -2 -نتایج و تفسیر آزمایش
اگر بتن همچون آب جریان یابد ١= H1/H2 میگردد . هر چه بتن نتواند بخوبی جریان یابد و از میلگردها رد شود نسبت مزبور از1 فاصله
میگیرد . گروه تحقیقات EU] 17 [حداقل نسبت انسداد را 8/0پیشنهاد داده است این نسبت مشخصه اي براي سهولت جریان را نشان میدهد.
در این تحقیق روان شدن بتن با کرنومتر اندازه گیري شد و نسبت 9.0= H1/H2 محاسبه گردید. نتیجه بدست آمده در این آزمایش، بتن را
.[18,19,20] داد قرار PA 2 طبقه در
6 -ساخت نمونه ها
پس از بدست آوردن مقاومت فشاري بتن، ساخت نمونه ها با استفاده از قالب هاي استوانه اي 30×15 ، بطوري که میلگرد در وسط آن
قرار گرفته شده اند انجام شد. قطر میلگردهاي فولادي استفاده شده در این تحقیق به ترتیب 8 ، 10 و 12 میلیمتر می باشد و براي هر
قطر، 4 نمونه آماده شد که در مجموع 12 نمونه استوانه اي تهیه گردید.
(Pull out) کشیدگی بیرون- 7
پس از عمل آوري نمونه ها و 28 روز نگه داري در آب، نمونه ها تحت بارگذاري یکنواخت و یک طرفه ، توسط دستگاه کشش مستقیم
میلگرد که تحمل KN 100 فشار را دارد قرار گرفته شد و عمل بیرون کشیدگی میلگردهاي فولادي از داخل بتن خود تراکم صورت
پذیرفت.
لازم به ذکر است که میلگردها در فاصله 5d از طول میلگرد و استوانه هاي 30×15 سانتیمتري داراي چسبندگی بوده اند و مدفون شده
بودند. پس براي میلگرد فولادي با قطر 8 میلیمتر، چسبندگی 5d از طول مدفون شده از 30سانتیمتر بوده است، یعنی 4 سانتیمتر. به
همیت ترتیب براي میلگرد به قطر 10 میلیمتر، 5 سانتی متر و میلگرد 12 ، 6 سانتی متر چسبندگی ایجاد شده بود.
نمونه هاي تست آزمایش بیرون کشیدگی است.
ا استفاده از این آزمایش، از هر تست بیرون کشیدگی، مقدار بیشینه ي نیروي بین میلگردهاي فولادي با قطرهاي مختلف را از بتن
خود تراکم بدست آمد. همچنین با تعمیم دادن از رابطه زیر، می توان به میانگین تنش چسبندگی میلگردهاي فولادي و بتن خود تراکم
براي هر نمونه دست یافت.
رابطه (1= (
که در آن تنش چسبندگی ( ) ، p نیروي کششی(N ، (d قطر میلگرد (mm (و c ‘f مقاومت فشاري (MPa (است.
در زیر تعدادي از تصاویر نمونه هاي تست بیرون کشیدگی در این آزمایش را که تحت بارگذاري استاتیکی قرار گرفته اند مشاهده می
فرمائید
8 -نتیجه گیري
با استفاده از نتایج بدست آمده از تست هاي بیرون کشیدگی در این تحقیق، نشان داده شدکه با افزایش قطر میلگرد مقاومت چسبندگی
کاهش یافته است. ولی این کاهش نسبت به همین شرایط در بتن هاي معمولی کمتر است .همچنین با استناد از تحقیقات به عمل آمده
می توان نتیجه گیري کرد که با وجود طرح اختلاط هاي یکسان در بتن SCC و بتن CC) معمولی) و وجود نسبت c/W یکسان،
مقاومت چسبندگی 28 روزه و 56 روزه بتن هاي خود تراکم اندکی بالاتر از بتن هاي ویبره اي (معمولی) است.لازم بذکر است که در
در بتن خود تراکم معمولی(NWSCC ( است. تحقیقات نشان داده شده است که مقاومت چسبندگی فولاد با قطرهاي مختلف و بتن سبک خود تراکم16-38 % کمتر از همین حالت
