وسیله تعیین مدول الاستیسیته و ضریب پواسن بتن چیست؟

اگر بخواهیم مدول الاستیسیته را خیلی ساده تعریف کنیم می‌توان گفت که تغییر شکلی که در یک جسم بر اثر نیروی فشاری یا کششی در آن ایجاد می‌شود باعث ایجاد تنش کششی و کرنش کششی در آن جسم می‌شود که مفاهیم اولیه مدول الاستیسیته در ذهن به وجود می‌آورد. که اگر در یک خط باشد مدول طولی و به صورت کششی باشد مدول کششی و اگر در سه جهت انجام شود مدول حجمی یا «مدول یکنواختی» (K) گفته می‌شود.

برای تعیین مدول الاستیسیته و ضریب پواسن بتن، معمولاً از آزمایش‌های استفاده می‌شود. برای مدول الاستیسیته بتن معمولاً از آزمون فشار استفاده می شود. در این آزمون، نمونه بتن به شکل استوانه یا مکعب تحت فشار قرار می گیرد و تغییرات فشار و تغییر شکل آن نمونه اندازه گیری می شود. از نتایج این آزمون می‌توانم مدول الاستیسیته را محاسبه کنم.

برای تعیین ضریب پواسن بتن نیز معمولاً از آزمون کشش بتن استفاده می شود. در این آزمون، نمونه بتن به شکل تیر یا میله تحت کشش قرار می گیرد و تغییرات کشش و کرنش آن نمونه اندازه گیری می شود. از نتایج این آزمون می‌توان ضریب پواسن را محاسبه کرد.

برای تعیین مدول الاستیسیته و ضریب پواسن بتن، از آزمایش‌های مختلفی استفاده می‌شود. دو روش رایج عبارت‌اند از:

آزمایش فشار محوری

• مدول الاستیسیته: نمونه‌های بتنی به شکل استوانه یا مکعب در دستگاه آزمایش فشار قرار می‌گیرند و تحت فشار قرار داده می‌شوند. نمودار تنش-کرنش رسم می‌شود و شیب اولیه این نمودار برابر با مدول الاستیسیته است.
• ضریب پواسن: در حین انجام آزمایش فشار، تغییرات طولی و عرضی نمونه ثبت می‌شود. ضریب پواسن از نسبت کرنش عرضی به کرنش طولی محاسبه می‌شود.

آزمایش خمش

در این آزمایش، نمونه‌های بتنی به شکل تیر در دستگاه آزمایش خمش قرار می‌گیرند و نیروی خمشی به آن‌ها اعمال می‌شود. با استفاده از داده‌های این آزمایش، مدول الاستیسیته و ضریب پواسن محاسبه می‌شوند

هر دو آزمایش به دستگاه‌ها و ابزارهای خاصی نیاز دارند که شامل:

• دستگاه آزمایش فشار یا خمش
• گیج‌های کرنش
• ابزار اندازه‌گیری دقیق تغییرات طول و عرض نمونه

به طور کلی، انتخاب روش و ابزار مناسب بستگی به شرایط و نیازهای خاص پروژه دارد.

به سه طریق می توان مدول الاستیسیته بتن را تعریف کرد:

1. شیب اولیه نمودار تنش کرنش بتن (مدول الاستیسیته اولیه)
2. شیب خط متصل‌کننده مبدا به نقطه تنش دلخواه مانند B (مدول الاستیسیته سکانتی)
3. شیب خط مماس بر نمودار در هر نقطه دلخواه (مدول الاستیسیته مماسی)

عامل موثر بر دستگاه مدول الاستیسیته بتن؟

دستگاه مدول الاستیسیته بتن یک وسیله آزمایشگاهی است که برای اندازه گیری مدول الاستیسیته بتن استفاده می شود. عوامل موثر بر دستگاه مدول الاستیسیته بتن ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• نسبت آب به سیمان : این نسبت یکی از عوامل مهم در تعیین مدول الاستیسیته بتن است. افزایش این نسبت ممکن است به کاهش مدول الاستیسیته و افزایش ترک‌خوردگی منجر شود.
• نوع و کیفیت مواد اولیه: نوع سیمان، مصالح مربوطه و سایر مواد مصرفی بر مدول الاستیسیته بتن دارند. از مواد با کیفیت بالا می‌توان مدول الاستیسیته را افزایش داد.
• نوع و مقدار مواد پرکننده: استفاده از مواد پرکننده مانند سنگدانه‌های خرد شده و مصالح مقاوم می‌تواند به افزایش مدول الاستیسیته بتن کمک کند.
• نحوه تولید و آماده‌سازی بتن: فرآیند تولید بتن و نیز روش‌های آماده‌سازی آن نقش مهمی در مدول الاستیسیته آن ایفا می‌کنند.
• روند تراکم و ریزدانه‌بندی: تراکم صحیح بتن و ریزدانه‌بندی مناسب نیز می‌تواند به افزایش مدول الاستیسیته بتن کمک کند.
• انواع سنگدانه‌ها: هر چه حجم سنگدانه‌ها در مخلوط بتن بزرگتر باشد مدول الاستیسیته بتن نیز بیشتر می‌شود.
• نرخ بارگذاری: هرچه سرعت بارگذاری بیشتر شود مقاومت فشاری نیز افزایش یافته و باعث می‌شود که مدول الاستیسیته بتن نیز بالاتر رود.
• افزودنی‌های شیمیایی: شاید به طور مستقیم این نوع عامل بر مدول الاستیسیته تاثیر نداشته باشد، اما افزودنی‌های شیمیایی‌هایی که باعث می‌شوند که پراکندگی سیمان در مخلوط بیشتر شود و به همین دلیل مقاومت فشاری و مدول الاستیسیته بالاتر می‌روند.
• شرایط نگهداری یا کیورینگ بتن: نمونه‌هایی که بوسیله رطوبت خشک می‌شوند مقاومت بیشتری نسبت به مخلوط‌هایی که به صورت عادی خشک می‌شوند دارند.

این عوامل به طور ترکیبی بر مدول الاستیسیته بتن هستند و در طراحی و تولید بتن باید به آنها توجه ویژه داده شود.

مدول الاستیسیته بتن چه کاربردهایی دارد؟

مدول الاستیسیته بتن یکی از ویژگیهای مهم و حیاتی برای مهندس عمران و سازه‌سازی است که در زمینه‌ها کاربرد دارد. برخی از کاربردهای اصلی مدول الاستیسیته بتن عبارتند از:

• طراحی سازه ها : مدول الاستیسیته بتن برای طراحی و انتخاب سازه های ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد. این ویژگی مهم در انجام رفتارهای مختلف است.
• ارزیابی و تحلیل سازه ها : مدول الاستیسیته بتن برای ارزیابی و تحلیل رفتار مکانیکی سازه ها و پیش بینی عملکرد آنها در شرایط مختلف استفاده می شود. این ویژگی به مهندسان کمک می‌کند تا سازه‌ها را بهینه‌تر طراحی و اجرا کنند.
• انجام آزمایشات مکانیکی : مدول الاستیسیته بتن برای انجام آزمایشات مکانیکی بر روی بتن و ارزیابی خصوصیات مکانیکی آن می‌شود. این آزمایشات می‌توانند به تعیین ویژگی‌های مکانیکی بتن و پیش‌بینی رفتار آن در برابر بارگذاری‌های مختلف کمک کنند.
• بهبود کیفیت بتن : اندازه‌گیری مدول الاستیسیته بتن می‌تواند به بهبود کیفیت و خصوصیات مکانیکی بتن کمک کند. با اندازه گیری و کنترل مدول الاستیسیته، می توان کارهای لازم را در تولید بتن انجام داد.

به طور کلی، مدول الاستیسیته بتن یک حیاتی است که در طراحی، انتخاب، ارزیابی سازه ها و بهبود کیفیت بتن مورد استفاده قرار می گیرد.