آزمایش تعیین مقاومت خمشی ملاتهای سیمان هیدرولیکی
خلاصه مطالب:
استاندارد: ASTM C348 8 1. هدف این روش آزمایش تعیین مقاومت خمشی ملاتهای سیمان هیدرولیکی را شامل می شود. 2. استانداردهای ASTM ASTM C109 – روش آزمایش برای تعیین مقاومت فشاری ملاتهای سیمان هیدرولیکی (با استفاده از نمونه های مکعبی 2 اینچی یا 50 میلیمتری) ASTM C190 – روش آزمایش برای تعیین مقاومت کششی ملاتهای […]
استاندارد: ASTM C348 8
1. هدف
این روش آزمایش تعیین مقاومت خمشی ملاتهای سیمان هیدرولیکی را شامل می شود.
2. استانداردهای ASTM
ASTM C109 – روش آزمایش برای تعیین مقاومت فشاری ملاتهای سیمان هیدرولیکی (با استفاده از نمونه های مکعبی 2 اینچی یا 50 میلیمتری)
ASTM C190 – روش آزمایش برای تعیین مقاومت کششی ملاتهای سیمان هیدرولیکی
ASTM C230 – مشخصه ای برای جدول روانی جهت استفاده در آزمایش های سیمان هیدرولیکی
ASTM C249 – روش آزمایش برای تعیین مقاومت فشاری ملاتهای سیمان هیدرولیکی ( با استفاده بخشهایی از نمونه که در خمش شکسته می‌شوند)
ASTM C670 – دستورالعمل تهیه دقت و انحراف برای روشهای آزمایش مصالح ساختمانی
ASTM C778 – مشخصه ماسه استاندارد
3. خلاصه روش آزمایش
ملات مورد استفاده از یک قسمت سیمان و 2.75 قسمت وزنی ماسه ساخته می شود. سیمانهای پرتلند با پرتلند هوازا با نسبتهای آب به سیمان مشخصی مخلوط می شوند. مقدار آب سیمانهای دیگر باید به اندازه ای باشد که روانی 5±110 را در 25 ضربه نیزسیلان بدست دهد. نمونه های آزمایش منشورهایی به ابعاد 3.6×1.575×1.575 اینچ (40x40x160 میلیمتر) می باشند که در دو لایه قالب گیری و کوبیده می شوند نمونه ها یک روز در قالب و سپس تا موقع آزمایش خارج از قالب نگهداری می شوند.
4. اهمیت و کاربرد
این روش آزمایش، وسیله ای را برای تعیین مقاومت خمشی ملاتهای سیمانهای هیدرولیکی فراهم می آورد. بخشهایی از نمونه های ملات که در خمش مطابق با این روش آزمایش می شوند ممکن است برای تعیین مقاومت فشاری مطابق با روش آزمایش C349مورد استفاده قرار گیرند. مقادیر تعیین شده از این روش آزمایش صرفا به منظور تحقیق می باشد و برای تطبیق با مشخصات خاصی به کار نمی روند.
5. وسایل آزمایش
1-5- خط کش، ترازو، الک، ظروف شیشه ای مدرج، مخلوط کن، پیاله و بیلچه که باید به لوازم مورد نیازی که در روش آزمایش C 109 مشخص گردید، اضافه می شود.
2-5- میزسیلان و قالب روانی که مطابق با مشخصات C 230 باشد.
3-5- قالبهای ساخت نمونه- قالبها برای ساخت نمونه های منشوری 3.6×1.575×1.575 اینچ (40x40x160 میلیمتر) طرح شده است. هر قالب باید دارای سه قسمت برای ساخت سه نمونه منشوری بوده و طوری طراحی شده باشد که محورهای طولی نمونه ای طولی نمونه های قالب گیری شده در حالت افقی قرار گیرند. قالب ها باید از فلز سختی ساخته شده باشند که به ملات سیمان نچسبند. عدد سختی راکول فلز نباید کمتر از HRB 55 باشد. قسمتهای قالب باید به خوبی به یکدیگر چفت و محکم شوند. اضلاع قالب باید به اندازه کافی صلب باشند تا از خمیدگی یا تابیدگی آن جلوگیری شود. سطوح داخلی قالب باید صاف و مسطح باشد، طوری که در روی خطی به طول 2 اینچ (50 میلیمتر) برای قالب های نو 0.001 اینچ (0.03 میلیمتر) و برای قالبهای مستعمل 0.002 اینچ (0.05 میلیمتر) تغییرات وجود داشته باشد. فاصله بین وجوه مقابل درقالبهای نو 0.005± 1.575 اینچ (0.13 ±40 میلیمتر) و در قالبهای مستعمل 0.01±1.575 اینچ (0.3±40 میلیمتر) می باشد. ارتفاع قالبها 1.575 اینچ با خطای مجاز 0.01 +اینچ و 0.005- اینچ برای قالبهای نو و 0.01+ اینچ و 0.015- برای قالبهای مستعمل می باشد. طول داخلی قالبها باید 0.10± 6.3 اینچ (2.5±160 میلیمتر) می باشد.
4-5- تخماق- از ماده ای نفوذ ناپذیر و مقاوم در برابر سائیدگی مانند ترکیبات لاستیک که سختی آن را با درومتر 
یا چوب بلوط پوست شده غیر جاذب که با غرقاب آن بمدت 15 دقیقه در پارافین با دمای 
اندود شده است. سطح تخماق باید ابعاد 
اینچ (83X22میلیمتر) داشته باشد. راهنمای تخماق از فلزی که به ملات سیمان نچسبد ساخته می شود همانند برنج که سختی راکول کمتر از 
ندارد. راهنمای تخماق به صورت تخت روی قالب قرار می گیرد. راهنمای تخماق نباید بیش از 0.015 اینچ (0.38 میلیمتر) از لبه های داخلی قالب بیرون بزند. ارتفاع راهنمای تخماق 1.0 اینچ (25 میلیمتر) می باشد.
شکل 1 – تخماق
شکل 2 –راهنمای تخماق
6-5- ماله- ماله باید سطح فلزی 
اینچ (256X114 میلیمتر) داشته و لبه های آن مستقیم باشد.
7-5- دستگاه آزمایش خمش -روش بارگذاری در وسط نمونه برای ایجاد خمش روی نمونه های منشوری استفاده می شود. دستگاه باید طوری طراحی شود که نیرو ها به طور قائم و بدون خروج از مرکزیت به نمونه اعلام شود. بدین منظور دو نوع دستگاه وجود دارد، یکی از آن ها ماشینی است که در آزمایش فشار به کار می رود و دیگری ماشین آزمایش briquette که در اشکال 3 و4 نشان داده شده است. دستگاهی که برای آزمایش خمش ملات سیمان بکار می رود باید مطابق با اصول زیر طراحی شده باشد.
شکل 3 – قطعات مربوط به دستگاه فشار
1-7-5-فاصله بین تکیه گاهها و نقاط اعمال بار باید در دستگاه بارگذاری ثابت بماند.
2-7-5- بار باید عمود بر سطح بارگذاری شده نمونه و به نحوی که خروج از مرکزیت پیدا نکند، اعمال شود.
3-7-5- جهت عکس العمل ها باید در تمام طول آزمایش موازی بار اعمال شده باشد.
4-7-5- بار باید با سرعت یکنواخت و بدون تغییرات ناگهانی اعمال شود.
8-5- ماشین آزمایش فشار- ماشین آزمایش که برای آزمایش خمش بکار می رود، چنانکه در شکل 3 نشان داده شده است باید از نوع هیدرولیکی بوده و فاصله بین فکهای آن (سطح تکیه گاه بالا و پایین) کافی باشد.
اکثر ماشین های فشاری هیدرولیکی برای شکستن نمونه ها های مکعبی 2 اینچ (50 میلیمتر) طراحی شده اند که قطر نسبتا کوچکتری از صفحه تکیه گاهی پایینی دارند و مستقیما در زیر مرکز نشیمنگاه کروی بالایی قرار می گیرند، بطوری که پدالهایی با ارتفاع مناسب برای شکستن نمونه های مکعبی 2 اینچ و 4×2 اینچ (50×100 میلیمتر) با استوانه های 6×3 اینچ (150x 75 میلیمتر) گذاشته می شود. صفحه تحتانی دستگاه آزمایش خمشی در شکل 3 نشان داده است. این صفحه برای قرار گرفتن پدال پایینی که برای آزمایشات استوانه های 6×3 اینچ باشد طراحی شده است.
عدم داشتن تجهیزات خود در مرکز کردن در ماشینهای با سطوح تکیه گاهی پائین تر بزرگ، مرکز این سطح مستقیما زیر مرکز نشیمنگاه کروی بالایی با دقت قرارداده خواهد شد. یک دایره یا دوایر متحد المرکز با قطرهای مناسب باید روی تکیه گاه پایینی اطراف این نقطه حکاکی شود. پدال استوانه ای با قطرو ارتفاع مناسب ایجاد می شود. رویه های انتهایی پدال باید صفحه ای و موازی و زاویه 90 درجه با محور استوانه داشته باشد. رویه بالایی باید قطری برابر 3.05 اینچ ( 77.5 میلیمتر) داشته باشد.
9-5- ماشین آزمایش بریکت تغییر یافته؛ این آزمایش که به همراه وسایل آزمایش خمشی بکار می رود باید دارای مشخصات توصیف شده در بند 4-6 روش آزمایش C 190 باشد که که تغییراتی مطابق شکل 4 در آن داده شده است.
تعدادی از انواع ماشینهای آزمایش بریکت فضای کافی بین گیره های ماشین بریکت و قاب ماشین جهت تجهیزات عریض تر که برای آزمایش خمش نمونه های منشوری لازم است را دارا نمی باشند،چنانکه در شکل 4 نشان داده شده است.تمایل آزمایشگاهها برای تبدیل ماشین های بریکت جهت این استفاده باید این ابعاد قبل از درخواست با تجهیزات قابل انطباق کنترل شوند.
6. مصالح
ماسه استاندارد دانه بندی شده؛ ماسه مورد استفاده برای ساخت نمونه های آزمایش باید ماسه سیلیکانی طبیعی با مشخصات زیر C 788 ماسه استاندارد دانه بندی شده باشد.
7. تعداد نمونه ها
برای هر مرحله آزمایش باید سه نمونه یا بیشتر ساخته شود.
8. آماده کردن قالب های نمونه
1-8- سطوح داخلی قالب که با ملات در تماس است و سطوحی از قالب که با هم در تماس است و سطوحی از قالب که با هم در تماس هستند را با قشر نازکی از روغن معدنی یا گریس پوشش دهید. بعد از سوار کردن قطعات قالب، روغن یا گریس اضافی را از روی سطوح داخلی قالب های بالا یا پایین آنها پاک نمایید. قالب ها را روی صفحات پایه غیر جاذب رطوبت که با قشر نازکی از روغن یا گریس پوشیده اند قراردهید. برای آب بندی کردن درزهای بین قالب و صفحه قالب، مخلوطی از سه قسمت وزنی پارافین و پنج قسمت رزین یا واکس میکرو کریستالی که در دمای بین 230 و248 درجه فارانهایت (110 و120 درجه سانتیگراد) گرم شده است، مورد استفاده قرار می گیرد. مواد مزبور را بر روی درزهای خارجی بین قالب و صفحه قالب بمالید.
قید اصلاحی و آببندی نمودن بین قالب و صفحه تحتانی ممکن است با نگهداری ته قالب و صفحه تحتانی دور از روغن یا گریس تا بعد از استفاده با مخلوط پارافین -رزین حاصل شود، اما باید دقت شود در روغن مالی صفحه تحتانی دور از روغن یا گریس تا بعد از اتمام روغن اضافی در گوشه های زوایای بین جوانب قالب و صفحه تحتانی پاک شود.
قالبهای آببندی شده- مخلوط پارافین و رزین مشخص شده برای آببندی نمودن درز بین قالبها و صفحه تحتانی ممکن است مشکلاتی در بر داشتن آنها زمانی که قالب ها تمیز می شوند، وجود اشته باشد. استفاده از پارافین خالص اگر درز آببند تامین شود مجاز می باشد، اما چونکه مقاومت پارافین کم است، باید فقط وقتی که قالب با صفحه توسط پارافین تنها جای نمی گیرد، استفاده شود. درز آببند ممکن است با پارافین تنها توسط گرم نمودن تدریجی قالب و صفحه قبل از پاک کردن درز تامین شود. قالبهایی که اینچنین مرمت می شوند باید قبل از استفاده اجازه داده شود به دمای مشخص شده برگردند.
9. روش آزمایش
1-9- نسبت اجزاء، غلظت و اختلاط ملات- نسبت های اجزاء، غلظت و نحوه اختلاط ملات استاندارد باید مطابق با روش آزمایش C109 باشد.
2-9- تعیین سیلان-سیلان باید مطابق با روش آزمایش C109 باشد.
3-9- قالب گیری نمونه ها:
1-3-9- فورا بعد از اتمام آزمایش سیلان، ملات را از میز سیلان به داخل جام مخلوط کن برگردانید. بسرعت ملات اطراف ظرف را به داخل آن بتراشید و سپس بمدت 15 ثانیه ملات را با دور متوسط مخلوط نمایید. بعد از اتمام مخلوط کردن، پره های مخلوط کن باید لرزانده شوند تا ملات اضافی را به جا مخلوط کن برگرداند.
2-3-9- وقتی برای تهیه نمونه های بیشتر مجددا ملات می سازید، می توانید آزمایش سیلان را حذف کنید. در این مورد مدت 90 ثانیه ملات را بدون سر پوش در داخل مخلوط کن بهم بزنید و طی این مدت هر 15 ثانیه ملات را با سرعت مخلوط نمایید.
3-3-9- بعد از مخلوط کردن ملات، لایه ای به ضخامت 
اینچ (19 میلیمتر) از آن را در هر سه قالب به طور یکنواخت پخش کنید. در این حالت راهنمای تخماق را روی قالب قراردهید و سپس به کمک تخماق ملات را با 12 ضربه و طی سه مرحله، چهار ضربه ای مطابق شکل 5 بکوبید. 12 ضربه را حدودا باید در 15 ثانیه اعمال نمایید. برای هر ضربه، سر تخماق را به حالت افقی در فاصله حدود 1 اینچی (25 میلیمتر) بالای سر ملات قرارداده و آن را مستقیما به طرف پایین پرتاب کنید. نیروی پرتاب باید به اندازه ای باشد که مقدار کمی از ملات از زیر تخماق بیرون بزند. بقیه قالب نیز به لایه با لایه دیگر مثل لایه اول پر کرده و بکوبید. سپس راهنمای تخماق را از روی قالب برداشته و با لبه تخت ماله روی قالبها را یکمرتبه در جهت (با بالا آمدن تدریجی لبه) طولی قالبها صاف کنید. ملات بالای قالبها را با لبه مستقیم ماله (ماله تقریبا عمود بر قالبها نگهداشته می شود) با یک حرکت برشی در طول قالبها بردارید. برای ترمیم بریدگی هایی که در سطوح فوقانی ملات ایجاد شده با دو یا سه ضربه سبک ماله بر روی سطح ملات، سطح آن را صاف نمایید.
4-9- نگهداری نمونه ها- نونه های آزمایش باید مطابق با روش آزمایش C 109 نگهداری شوند.
5-9- تعیین مقاومت خمشی:
1-5-9- نمونه هایی که باید در سن 24 ساعته آزمایش شوند، محض خارج کردن از اتاق رطوبت و نمونه های دیگر را بعد از بیرون آوردن از مخزن آب، مورد آزمایش قراردهید. تغییرات مجاز زمان شکستن نمونه ها که باید سن مشخصی شکسته شوند، بصورت زیر باشد:
وقتی که قسمتهایی از نمونه های منشوری که مورد آزمایش قرار گرفته اند، به صورت مکعبهایی مطابق با روش آزمایش C 349 در آورده می شوند، باید منشورها زودتر آزمایش شوند تا مکعب های اصلاح شده در محدوده زمانهای فوق شکسته شوند. اگر بیش از نمونه برای آزمایش 24 ساعته از اطاق رطوبت خارج شود، نمونه ها را تا هنگام آزمایش زیر یک پوشش پلاستیکی نگهداری کنید. در مورد نمونه هایی که برای آزمایش در سن های بیشتر از منبع آب خارج می شوند، اگر تعداد نمونه ها بیش از یکی باشد، نمونه ها را تا هنگام آزمایش در آبی با دمای 3±73.4 درجه فارانهایت (1.7±23 درجه سانتیگراد) و عمق کافی که هر نمونه تا هنگام آزمایش کاملا مستغرق باشد.
مقاومت خمشی نمونه های منشوری سریعا با خشک کردن تغییر می کنند بطوری که پوسته کششی در نمونه ها ایجاد می شود و منجر به مقاومتهای پایین می گردد. بنابرین نمونه های برای آزمایش 24 ساعته ترجیحا در همان سن باید از قالبها بیرون آورده شده و فورا آزمایش شوند. اگر تاخیری در آزمایش باشد، نمونه ها باید در پلاستیک ضد آب قرارداده شده و در اطاق مرطوب تا بلافاصله قبل از آزمایش قرار گیرند. بعد از شکستن دوباره در پلاستیک قرار گیرند تا زمانی که آزمایش فشاری انجام شود.
2-5-9- نمونه های منشوری را خشک نموده و دانه ها و ذرات سست چسپیده به سطوحی از نمونه را که با تکیه گاهها و نقاط اعمال بار تماس پیدا می کنند، پاک نمایید. بوسیله یک تیغه مستقیم صاف، سطوح را کنترل کنید. اگر انحناهای قابل توجهی روی سطوح وجود دارد با سمباده ناصافی آنها را برطرف نموده یا نونه را از رده خارج کنید. پارچه هایی که برای خشک کردن نمونه های 24 ساعته استفاده می شود نباید بیش از حد کمی مرطوب باشند.
3-5-9- پایه را در مرکز صفحه تکیه گاهی دستگاه درامتداد محور قسمت کروی فوقانی آن قرارداده و صفحه تکیه گاهی را مجموعا روی پایه سوار کنید. سپس دستگاه بارگذاری مرکزی را به قست کروی متصل نمایید. نمونه را روی وجوهش بچرخانید تا سطوح صافی که مجاور دیواره های قالب بوده اند با فکهای دستگاه تماس پیدا کنند. خط مرکزی طولی نمونه باید مستقیما در بالای نقطه وسط دو تکیه گاه قرار بگیرد. دستگاه بارگذاری مرکزی را طوری تنظیم نماییدکه تیغه بارگذاری آن دقیقا عمود برطول منشور و موازی با سطح فوقانی آن باشد. مرکز تیغه بارگذاری دستگاه باید مستقیما در بالای خط مرکزی نمونه منشوری و در وسط دهانه آن قرار داده شود. باید اطمینان حاصل نمود که تماس تیغه بارگذاری دستگاه و نمونه هنگام اعمال بار پیوسته است. بارگذاری را با سرعت 25±600 پوند (110±2640 نیوتن) در دقیقه انجام دهید دقت قرائت بار از روی دستگاه در حدود 1± درصد صفحه نمایشگر مدرج باشد. فاصله بین درجات نباید بیش از 10 پوند (44 نیوتن) باشد. حداکثر باری که نمونه تحمل می کند را با دقت 5 پوند (22 نیوتن) تخمین بزنید.
10. محاسبات
1-10- حداکثر بار مشخص شده بوسیله ماشین آزمایش را ثبت کنید و مقاومت خمشی (برای نمونه ای با ابعاد و شرایط مشخص شده در این آزمایش) را بصورت زیر بر حسب پوندد بر اینچ مربع محاسبه کنید:
که در آن:
: مقاومت خمشی برحسب پوند براینچ مربع
P: حداکثر بار اعمال شده برحسب پوند است.
برحسب واحدهای SI:
که در آن :: مقاومت خمشی برحسب کیلو پاسکال
P: حداکثر بار اعمال شده برحسب نیوتن است.
11. نمونه های معیوب و آزمایش مجدد
نمونه های آزمایش که به طور آشکار معیوب بوده یا اینکه مقاومت آنها بیش از 10 درصد با مقدار میانگین مقاومت نمونه های کم سن خود که از یک نمونه ساخته شده اند تفاوت دارد نباید در تعیین مقاومت خمشی در نظر گرفته شوند. بعد از کنار گذاشتن نمونه ها با مقادیر مقاومتهای غیر قابل قبول اگر کمتر از 2 مقدار مقاومت برای تعیین مقاومت خمشی در سن داده شده، باقی بماند آزمایش باید تجدید شود.
12. دقت و انحراف
12-1- دقت:
12-1-1- بیان دقت زیر وقتی که نتیجه آزمایش میانگین آزمایشهای مقاومت خمشی سه نمونه منشوری برای ملاتهای ساخته شده و در یک زمان آزمایش شده است قابل استفاده می باشد. این دقتها قابل استفاده برای ملاتهای ساخته شده با سیمانهای تیپ I، IA، IS یا III که در سنین 3، 7 یا 28 روزه آزمایش شده اند، می باشد. (7،3،1 روزه برای سیمان تیپ III).
2-1-12 دقت چند آزمایشگاهی – ضریب تغییرات چند آزمایشگاهی 8.4 درصد می باشد. بنابرین نتایج آزمایشات انجام شده روی یک پیمانه ساخت توسط دو آزمایشگاه محتلف نباید بیش از 23.8 درصد میانگین آنها تفاوت نماید. این اعداد به ترتیب حدود (1S درصد) و 
را که در دستورالعمل C 670 توصیف شده را نشان می دهند.
3-1-12- دقت آزمایشگاه تکی -ضریب تغییرات آزمایشگاه تکی 5.1 درصد می باشد. بنابرین نتایج دو آزمایش انجام شده از یک ظرف ملات ساخته شده با مصالح یکسان در یک روز یا در حدود همان هفته نباید بیش از 14.4 درصد از میانگین آنها تفاوت نماید.
