مقالات عمران با فرمت DOC صفحات 117
مولف
مهندس فرهاد مصباح ایراندوست
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
مقدمه
فصل اول - خمیر سیمان
آزمایش شماره 1 روش تعیین جرم حجمی سیمان
آزمایش شماره 2 روش تعیین درجه نرمی سیمان
آزمایش شماره 3 روش تعیین غلظت خمیر نرمال سیمان
آزمایش شماره 4 روش تعیین زمان گیرش اولیه و نهایی خمیر سیمان
آزمایش شماره 5 روش تعیین انبساط سیمان (سلامت سیمان)
فصل 2 - سنگدانه‌ها
آزمایش شماره 6 روش دانه بندی شن به وسیله الک
آزمایش شماره 7 روش تعیین درصد رطوبت کلی سنگدانه‌ها و درصد جذب آب
آزمایش شماره 8 روش دانه بندی ماسه توسط الک و تعیین ضریب نرمی
آزمایش شماره 9 روش تعیین وزن واحد و فضای خالی سنگدانه‌ها
آزمایش شماره 10 روش تعیین وزن مخصوص ظاهری و وزن مخصوص انبوهی شن و ماسه
آزمایش شماره 11 روش تعیین خاک رس لای و گرد و خاک در ماسه به روش SE
آزمایش شماره 12 روش آزمون کلوخه‌های رسی و ذرات خرد شونده در سنگدانه‌ها
آزمایش شماره 13 روش تعیین مصالح ریزتر از 75 میکرون
آزمایش شماره 14 روش تعیین درصد سائیدگی در مصالح سنگی به وسیله دستگاه لوس آنجلس
آزمایش شماره 15 روش تعیین ضریب تطویل و تورق سنگدانه‌ها
فصل 3 - بتن
آزمایش شماره 16 طرح اختلاط بتن بر اساس 882-BS- ACI-318-83
آزمایش شماره 17 روش نمونه برداری از بتن تازه
آزمایش شماره 18 روش تعیین ضریب شلی (اسلامپ) برای بتنهای خمیری
آزمایش شماره 19 روش تعیین کارایی بتن تازه (درجه تراکم) برای بتنهای با سنگدانه تا قطر 40 میلی متر
آزمایش شماره 20 روش تعیین کارایی بتن تازه (ضریب تراکم) برای بتنهایی با سنگدانه تا قطر 40 میلی متر
آزمایش شماره 21 استاندارد قالبهای آزمایشی بتن
آزمایش شماره 22 ساختن و عمل آوردن نمونه‌های آزمایشی در آزمایشگاه برای آزمونه‌های فشاری – خمشی – کششی
آزمایش شماره 23 روش تعیین درصد فضای خالی (هوا) در بتن خمیری
آزمایش شماره 24 روش تجزیه بتن تازه
پیشگفتار
هدف از تألیف این مجموعه آشنایی دانشجویان دانشگاهها (در مقطع کاردانی و کارشناسی) و دیگر مراکز آموزش عالی و با تکنولوژی بتن نگاشته شده است. گسیختگی و خرابی تعداد زیادی از سازه‌های بتنی در زلزله‌های اخیر ایران زلزله‌های ویرانگری مانند طبس – منجیل – رودبار – بیرجند – قائنات – بم … روشنگر این واقعیت است که مهندسین به اندازه کافی با بتن آشنا نمی باشند. در نتیجه این ناآگاهی در ارتباط صحیح اجزاء بتن برای رسیدن به مخلوط مناسب و همچنین اجرای صحیح کارهای بتنی دقت کافی صورت نمی گیرد. به نظر می‌رسد که گاهی اثرات آب، هوا، دما و شرایط محیطی به حساب آورده نمی شود و لذا اطمینانی در مورد پایایی و دوام سازه‌های بتنی به وجود نمی آید.
هم اکنون تولید سالیانه سیمان در کشور به 32 میلیون تن رسیده است (سرانه هر نفر تقریبا 500 کیلوگرم) و در نظر است تا پایان برنامه چهارم اقتصادی این میزان تولید به 80 میلیون تن برسد (سرانه هر نفر تقریبا 1000 کیلوگرم) این میزان تولید سیمان که بخش عمده آن در تولید بتن و فرآورده‌های بتنی مصرف می‌شود نشانگر اهمیت بتن به عنوان مصالح ساختمانی برتر قرن می‌باشد. در این راستا اجباری شدن تعدادی از استانداردهای مصالح ساختمانی از جمله سیمان – شن – ماسه – بتن آماده … به بهبود کیفیت سیمان و فرآورده‌های بتنی کمک فراوانی نموده است ولی متاسفانه هنوز تا رسیدن به مرحله بهره گیری کامل از کیفیت کامل بتنهای تولید شده و مصرف شده در کشور فاصله زیادی وجود دارد. سریعترین راه رسیدن به این هدف ارتقاء سطح دانش و فرهنگ عمومی استفاده از بتن به عنوان مصالح ساختمانی ممتاز می‌باشد. از این روست که تقریبا در تمامی دانشگاههای کشور مسابقات متعددی در زمینه بتن صورت می‌گیرد و به علاوه دو انجمن بزرگ بتن ICI (انجمن بتن ایران) و ACI (انجمن بتن امریکا) همه ساله به منظور آگاهی و آموزش و ترغیب مهندسین نسل‌های آینده اقدام برگزاری مسابقات متعددی می‌نماید گرچه اذعان دارم که هنوز برای کم کردن فاصله خود با استانداردهای جهانی در زمینه تولید علم راه طولانی در پیش داریم ولی در خصوص امر پژوهش و تحقیقات در زمینه بتن فعالیتهای خوب و چشمگیری در چند سال اخیر توسط اساتید و دانشجویان علاقه مند صورت گرفته است و دانشجویان دانشگاه آزاد اسلامی موفق به کسب رتبه‌های مناسبی در مسابقات کشوری و جهانی شده اند.
نگارش این مجموعه بر اساس سر فصلهای تعیین شده از طرف وزارت علوم تحقیقات و فن آوری صورت گرفته است در هر آزمایش ابتدا شرح مختصری از نکات و مزایای و اهمیت و کاربرد آزمایش داده شده و سپس روش آزمایش و استانداردهای آن قید شده است. در این مجموعه به استانداردهای آمریکا (ASTM , ACI) انگلستان (BS) ایران (استاندارد ملی ایران و دفتر امور فنی و تدوین معیارهای سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور (دت) توجه شده است.
تقسیم بندی نمرات آزمایشگاه تکنولوژی بتن
نمره درس آزمایشگاه تکنولوژی بتن بر مبنای 20 نمره محاسبه می‌گردد و شامل چهار قسمت می‌باشد. 1- امتحان کتبی پایان ترم که شامل سوال و مسئله می‌باشد (6 نمره) 2- کار عملی که به صورت مسابقه‌ای بین تمام دانشجویان آن ترم برقرار می‌گردد. آئین نامه هر مسابقه در ابتدای هر ترم به اطلاع دانشجویان رسانیده می‌شود ( 6 نمره) 3- گزارش کار:
گزارش کار مطابق با الگوی ذیل می‌باشد.
مقدمه – هدف – وسایل و مصالح مورد نظر – شرح آزمایش – ثبت برداشتها و انجام محاسبات – ثبت استانداردها و مقایسه با استانداردها – پاسخ به سوالات – نتیجه گیری نمرات این قسمت به ترتیب ذیل می‌باشد (هر آزمایش بر مبنای 20 در نظر گرفته می‌شود)
گزارش کار در سه فصل جداگانه نگارش می‌گردد.
فصل اول خمیر سیمان – فصل دوم پرکننده‌ها – فصل سوم بتن
در ابتدای هر فصل مقدمه‌ای کامل و جامع در مورد تمامی آزمایشات آن فصل و اهمیت و کاربرد آن و استانداردهای مختلف کشورهای مختلف در آن مورد را می‌باید بیان نمود که 6 نمره را از 20 نمره گزارش کار را به خود اختصاص می‌دهد.
هدف از انجام آزمایش و لوازم و مصالح مورد نیاز برای انجام آزمایش جمعا 1 نمره
شرح آزمایش و عملیات انجام شده به ترتیب انجام عملیات 2 نمره
ثبت نتایج و انجام محاسبات شامل کلیه پارامترهای بدست آمده از آزمایش ونحوه و تحلیل و روابط مورد استفاده همراه با محاسبات و ذکر واحدهای مورد استفاده شامل N یا kg یا متر یا سانتی متر و درجه سانتی گراد … 2 نمره
مقایسه اعداد بدست آمده با استانداردهای داده شده در جزوه و علت خطا یا اشتباه و تفاوت نتایج 1 نمره
پاسخ به سوالات که در حین آزمایشات از دانشجویان پرسیده می‌شود 3 نمره
نتیجه گیری با توجه به تعداد تمام آزمایشات صورت گرفته در هر فصل یک نتیجه گیری کلی در مورد مصالح مورد آزمایش جمعاً 4 نمره
ذکر منابع و مراجع مورد استفاده در تدوین گزارش کار با ذکر شماره صفحه کتاب 1 نمره
4- حضور غیاب و نظم در جلسه کلاسی (2 نمره)
1- کلیه دانشجویان موظفند قبلا آزمایش هر هفته را مطالعه نموده و اطلاعاتی در مورد تئوری آزمایش داشته باشند.
2- عملیات آزمایشگاهی به صورت گروهی انجام می‌گیرد و هر گروه بایستی عملیات آزمایشی را به نحوه مناسبی فی مابین خود تقسیم نمایند.
3- مهلت تحویل گزارش کار دو هفته پس از پایان هر فصل آزمایشی می‌باشد. (تکنولوژی بتن شامل سه فصل می‌باشد 1- فصل خمیر سیمان 2- فصل سنگدانه‌ها 3- فصل بتن) در صورت برخورد با تعطیلی اولین روز پس از تعطیلی روز تحویل گزارش کار خواهد بود.
4- در جلسات آزمایشگاه به صورت مرتب حضور داشته باشید و همراه در جلسات آزمایشگاهی دستور کار را به همراه داشته باشد. درب آزمایشگاه در زمان شروع کلاسها بسته خواهد شد.
حضور نامرتب – عدم مطالعه دستور کار – نداشتن دقت علمی و عملی در آزمایشگاه در نظر گرفته می‌شود.
5- در هنگام استفاده از وسایل در حفظ آن بکوشید و پس از انجام آزمایش لوازم آزمایش را تمیز و مرتب کنید.
مقدمه
مبحث تکنولوژی بتن برای اکثر اشخاص در ابتدا همانند دروس حفظ کردنی به نظر می‌رسد لیکن با اندکی تامل وتوجه عمیق تر به مطالب مختلف از جمله اجزای متشکله بتن و نحوه تاثیر آنها روی یکدیگر و نهایتا روی خواص بتن تازه و خواص بتن سخت شده مشخص می‌گردد که فقط با درک صحیح مبحث تکنولوژی بتن می‌توان به بتنی با کارایی و پایایی مناسب دست یافت. نظر به کاربردی بودن این تکنولوژی سوالات و مشکلات عمدتا در حین کار مطرح می‌شوند و لذا لازم است پاسخ این سوالات توسط مسئولین آزمایشگاههای بتن و یا کنترل کنندگان کیفیت بتن در کارگاه و یا مهندسین ناظر … و یا به طور کلی توسط تکنولوژیست‌های بتن پاسخ داده شود. مطالب این کتاب برگرفته شده از آئین نامه بتن ایران (آبا) و استاندارد ملی ایران می‌باشد.
بتن سنگ دج ساختگی است که از درهم آمیختن و بهم زدن مخلوط متناسبی از سیمان – شن – ماسه – آب و درصدی هوا که خواسته یا ناخواسته وارد بتن می‌گردد تشکیل شده است (امروزه برای کسب کارایی بهتر و پایایی بیشتر از انواع مواد افزودنی بتن استفاده می‌گردد)
توده اصلی بتن را سنگدانه‌های درشت و ریز (پرکننده‌ها) تشکیل می‌دهد. فعل و انفعال شیمیایی بین سیمان و آب (خمیر سیمان) که به صورت غشاء غلیظ اطراف سنگدانه‌ها را پوشانده باعث یکپارچه شدن و چسبیدن سنگدانه‌ها به یکدیگر می‌گردد که سنگ حاصله بتن نامیده می‌شود.
در این کتاب (آزمایشگاه تکنولوژی بتن) به ترتیب در هر قسمت مطابق با آئین نامه بتن ایران آزمایشاتی انجام می‌گردد و مطالب گسترده‌ای در مورد هر کدام از آزمایشات بیان می‌گردد.
بنابر مطالب گفته شده این کتاب به سه فصل کلی تبدیل می‌گردد.
فصل 1- خمیر سیمان (مخلوط آب و سیمان)
فصل 2- پر کننده‌ها مخلوط شن (درشت دانه) و ماسه (ریزدانه)
فصل 3 – بتن (خصوصیات بتن تازه و سخت شده)
با انتخاب تناسبات مختلفی از مصالح تشکیل دهنده بتن طیف وسیعی از مقاومتهای مختلف بتن به دست می‌آید. امروزه تولید انواع مختلف سیمان – انواع سنگدانه‌های خاص – روشهای مختلف نگهداری و عمل آوری بتن باعث کشف خواص گوناگونی از بتن شده است. در کنار خواص مکانیک مصالح مصرفی مهارت اجرا و نظارت دقیق عامل بسیار مهمی در کسب مقاومت بتن به شمار می‌آید عواملی که باعث مقبولیت عمومی در استفاده از بتن گردیده است عبارتند از:
1- شکل خمیری قبل از گیرش (که میتواند به هر شکل دلخواهی درون قالب قرار گیرد)
2- مقاومت خوب در برابر آتش سوزی و عوامل جوی
3- دسترس بودن مصالح آن
4- مقاومت فشاری خوب آن
در مقابل مزایای فوق عیب عمده بتن ضعف آن در مقابل کشش می‌باشد که این ضعف توسط میلگرد (بتن آرمه) برطرف گردیده است.
فصل اول - خمیر سیمان
در اثر واکنش شیمیایی که بین سیمان و آب (دوغاب سیمان) صورت می‌گردد. موجب سخت و محکم شدن بتن می‌گردد و باعث چسبندگی دانه‌های شن و ماسه (پرکننده‌ها) به یکدیگر می‌گردد.
خمیر سیمان عموما 20 الی 35 درصد کل حجم بتن را تشکیل می‌دهد و حجم سیمان معمولا 7 الی 15 درصد حجم بتن را تشکیل می‌دهد مطابق گراف زیر
همانگونه که بیان شده بین سیمان و آب فعل و انفعال شیمیایی صورت می‌گیرد که به آن هیدراتاسیون گویند و برای انجام هیدرتاسیون مقدار آب محدودی لازم است لیکن آب مصرفی در ترکیب بتن همیشه مقداری به مراتب بزرگتر از آن است (بین 3 الی 4 برابر) این آب اضافی به منظور ایجاد کارایی لازم در بتن برای پر کردن کامل کلیه زوایای قالب و گرفتن دور کلیه میلگردهای مسلح کننده بتن می‌باشد.
کمترین مقدار خمیر سیمان در بتن مقداری است که دوغاب سیمان دور تمام سنگدانه‌های مخلوط را اندود کند و اگر کمتر از این مقدار سیمان مصرف گردد دانه‌های سنگها به یکدیگر نچسبیده و باعث کاهش شدت مقاومت بتن می‌گردد و بیشترین مقدار خمیر سیمان در بتن به اندازه‌ای می‌باشد که علاوه بر اینکه دور دانه‌های سنگی را اندود کرده فضای خالی استخوان بندی سنگدانه‌ها را نیز پر کند. اگر چنانچه در ساختن بتن بیش از مقدار فوق (مقدار ماکزیمم) خمیر سیمان مصرف گردد گذشته از اینکه به نسبت افزوده شدن سیمان تاب بتن زیاد نمی شود. جنس گران قیمت و کم مقاومت سیمان جانشین جنس ارزان قیمت و پر مقاومت سنگ می‌گردد در نتیجه بتن گران تر و کم مقاومتر می‌گردد.
یکی از مهمترین عوامل در کیفیت بتن نسبت آب به سیمان می‌باشد. برخی از مزایای کاهش نسبت آب به سیمان به شرح زیر می‌باشد.
1- افزایش مقاومت فشاری و مقاومت خمشی
2- افزایش قابلیت آب بندی
3- کاهش جذب آب بتن
4- افزایش مقاومت نسبت به عوامل جوی
5- پیوستگی بهتر بین لایه‌های متوالی
6- چسبندگی بهتر میان فولاد و بتن
7- کاهش تغییرات حجمی در اثر خشک شدن (نشست)
مقدار آب لازم برای ساختن بتن بستگی به عوامل متعددی دارد مانند غلظت بتن (کارایی یا اسلامپ بتن) – درشتی دانه‌های مصالح سنگی – زبری مصالح سنگدانه‌ها – گرما – رطوبت هوا در هنگام ساخت بتن به طور کلی هر چه بتن غلیظ تر (اسلامپ کمتر) و دانه‌های سنگ درشت تر و هوا خنک تر و مطبوع تر و سطح دانه‌ها صاف تر و شکلشان کروی تر باشد برای ساختن بتن آب کمتری نیاز است.
ذکر این نکته در همینجا لازم است که سیمان به سه طریق بر روی مقاومت بتن اثر می‌گذارد.
1- مقدار سیمان در مخلوط بتن
2- نوع سیمان
3- کیفیت سیمان
سیمان
سیمان یک واژه یونانی است پرتلند نام جزیره‌ای واقع در انگلستان می‌باشد و به جهت اینکه سیمان پس از پختن به رنگ سبز شبیه جزیره پرتلند در می‌آید در تمام دنیا به نام سیمان پرتلند شناخته شده است.
در سال 1824 میلادی شخصی به نام ژوزف آسپدین (سنگ کار و معمار و بنای شهر لیدز) سیمان پرتلند را به ثبت رساند و نخستین نمونه سیمان پرتلند در سال 1845 (21 سال بعد) توسط ایزاک جانسون با حرات دادن مخلوط خاک رس و سنگ آهک تا مرز ذوب شدن و انجام واکنشهای لازم برای تشکیل ترکیبات چسباننده پر قدرت تهیه شد. نخستین سیمان پرتلند در ایران 153 سال بعد در سال 1312 با بهره برداری از کارخانه سیمان ری در جنوب تهران تولید شد.
البته در ایران زمین در زمان باستان با گرد آهک شکفته و گرد خاکستر ساروج می‌ساختند و برای اندود و رومالی و بدنه آبگیرها مصرف می‌گردند با گرد آهک شکفته و گرد آجر ملات سرخ رنگی می‌ساختند و کف درونی ساختمانها را با آن روکش می‌کردند کف قسمتهایی از کف تخت جمشید و کاخ شوش با این ملات سرخ رنگ روکش شده است و بعد از گذشت 2600 سال هنوز پابرجا می‌باشد. بعلاوه با گرد آهک زنده و سفیده تخم مرغ ملاتی می‌ساختند و برای درزگیری ساختمانهای آبی (سازهای هیدرولیکی) ترک خورده و بند زدن ظروف چینی شکسته مصرف می‌کردند.
دستورالعمل آزمایشگاه تکنولوژی بتن مطابق با استاندارد ایران و ذکر استانداردهای DIN – BS – ASTM – ACI