نام فایل : آشنايي با بتن و فولاد1

فرمت : .doc

تعداد صفحه/اسلاید : 11

حجم : 149 کیلوبایت

آشنايي با بتن و فولاد
1-1- مقدمه
بتن يكي از مصالح ساختماني است كه بوسيله آميختن مخلوط متناسبي از سيمان، مصالح سنگي (شن و ماسه) و آب بوجود مي‌آيد. آب و سيمان با تركيب شيميائي خود مصالح سنگي از، كه قسمت اعظم بتن را تشكيل مي‌دهند، به يكديگر و توده سخت سنگي شكل بتن را ايجاد مي‌نمايند.
بتن ماده‌اي است كه داراي مقاومت زيادي در فشار است و از اينرو استفاده از آن براي قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسيار مناسب است ليكن عليرغم مقاومت فشاري قابل توجه، مقاومت كششي كم و شكنندگي نسبتاً زياد بتن، استفاده از آن براي قظعاتي كه تماماً يا بطور موضعي تحت كشش هستند محدود مي‌نمايد. براي رفع اين محدوديت اعضاء بتني را با قراردادن فولاد در آنها تقويت مي كنند. ماده مركبي كه بدين ترتيب حاصل مي‌شود بتن آرمه يا بتن مسلح ناميده مي‌شود.
ايده اصلي در ايجاد بتن مسلح استفاده از بتن براي تحمل فشار و استفاده از فولاد، كه معمولاً آرماتور ناميده مي‌شود، براي تحمل كشش است. براي روشن شدن بيشتر مسئله مي‌توان رفتار يك تير بتني غير مسلح را كه روي دو تكيه‌گاه ساده قرار دارد بررسي نمود (تصوير الف
–
1-1).
در مقاطع مختلف اين تير، تنش‌هاي كششي در زير صفحه خنثي و تنش‌هاي فشاري در بالاي آن ايجاد مي‌شوند. از آنجا كه مقاومت كششي بتن ناچيز است، اين تير داراي ظرفيت باربري كمي خواهد بود. درچنين تيري اصولاً مقاومت فشاري بتن نمي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. حال اگر همين تير در ناحيه كششي توسط فولادهايي كه معمولاً بصورت ميلگرد مستقيم مي‌باشند، مسلح شود قادر خواهد بود براي به مراتب بيشتر از بار حالت قبل (مثلاً تا 20 برابر) را تحمل نمايد (تصوير ب-1-1). ساير اعضاء بتني، نظير ستونها، كه عمدتاً در فشار كار ميكنند، را نيز با ميلگردهاي فولادي مسلح مي نمايند (تصوير ج
–
1-1). وجود آماتور در چنين اعضائي نيز سبب افزايش مقاومت آنها ميگردد. زيرا فولاد علاوه بر كشش در فشار نيز مقاومت بالايي دارد. بدين ترتيب از اجتماع دو ماده فولاد و بتن ماده تقريباً جديدي بنام بتن مسلح ايجاد مي‌شود كه امروزه حوزه كاربرد آن بدون هيچ مرزي در حال گسترش است.
اساس رفتار مشترك فولاد و بتن تركيب طبيعي دو خاصيت مهم فيزيكي و مكانيكي اين دو ماده است: اول آنكه، بتن در اثر سخت شدن چسبندگي قابل ملاحظه‌اي با آرماتور فولادي ايجاد مي‌كند كه در نتيجه آن در يك عضو بتن آرمه تحت اثربار، هر دو ماده فولاد و بتن با هم تغيير شكل ميدهند. دوم آنكه، بتن و فولاد داراي ضرائب انبساط حرارتي تقريباً يكساني مي‌باشند (مقدار اين ضريب بطور متوسط براي بتن 000010/0 و براي فولاد 000012/0 بازاء هر درجه سانتيگراد است) و در نتيجه در اثر تغييرات درجه حرارت، تنش‌هاي اوليه قابل توجهي در هيچيك از دو ماده ايجاد نشده و لغزشي بين فولاد و بتن رخ نميدهد.
بتن مسلح علاوه بر اينكه داراي مقاومت نسبتاً بالايي است، در مقابل شرايط نامساعد محيطي نيز مقاومت خوبي دارد زيرا پوشش بتني روي آماتور، فولاد در مقابل خوردگي و اثر مستقيم آ‎تش‌سوزي محافظت مي‌نمايد. در رابطه با مقاومت در مقابل آتش‌سوزي شايد توجه به اين نكته جالب باشد كه در حرارت حدود 1000 درجه سانتيگراد، حداقل يك ساعت طول ميكشد كه دماي فولاد داخل بتن، كه با يك لايه بتني به ضخامت 5/2 سانتيمتر پوشيده است، به 500 درجه سانتيگراد برسد. تجربه نشان داده است كه در آتش‌سوزي‌هاي با شدت متوسط، سازه‌هاي بتن آرمه تنها دچار خسارتهاي سطحي مي‌شوند و خللي در مقاومت و ظرفيت باربري آنها وارد نمي‌آيد.
به علت خواص متنوع و با ارزش بتن آرمه، نظير دوام (مقاومت در مقابل اثرات سوء ناشي از سيكل‌هاي انجماد و ذوب)، مقاومت در مقابل خورده‌گي، مقاومت در مقابل آتش، مقاومت زياد در مقابل بارهاي استاتيكي و ديناميكي، امكان ايجاد اشكال مورد نظر از طريق شكل دادن به قالب عضو، و بالاخره مخارج نگهداري ناچيز در طول عمر سازه، امروزه از اين ماده بعنوان يكي از مقاومترين مصالح ساختماني در ساخت انواع سازه‌ها استفاده فراوان مي‌شود. ساختمانهاي مرتفع مسكوني و اداري، ساختمانهاي صنعتي، نيروگاههاي هسته‌اي، پل‌ها، سيلوها، تونل‌ها، انواع پوسته‌ها، سازه‌هاي هيدروليكي و بسياري سازه هاي ديگر از مواردي هستند كه بتن مسلح اسكلت اصلي و باربر آنها را تشكيل ميدهد.
يكي از جنبه‌هاي خاص رفتار سازه‌هاي بتن آرمه تحت اثربار، امكان ايجاد ترك در قسمت‌هاي كششي مقاطع است. البته بازشدن چنين تركهايي تحت بارهاي معمولي وارد بر سازه، غالباً بقدري كم اهميت است كه بهيچوجه استفاده از سازه را تحت تأثير قرار نميدهند. اما چنانچه در موارد خاصي، با توجه به انتظاري كه از عملكرد سازه ميرود، وجود اين تركها بعنوان يك نقص تلقي شود و بعبارت ديگر لازم باشد از ايجاد ترك جلوگيري شود و يا ميزان بازشدگي آن محدود گردد، مي‌توان از ايده پيش تنيدگي بتن استفاده نمود. در سازه‌هاي بتني پيش تنيده بوسيله كشيدن كابلهاي پيش تنيدگي، مقطع عضو بتني را تحت فشار اوليه شديدي قرار ميدهند. تا بدين ترتيب پس از اعمال بارهاي موردنظر در هيچ مقطعي از عضو بتني ايجاد كشش نشود.
از نظر تكنيك ساخت، اعضاء و سازه‌هاي بتن آرمه يا پيش‌ساخته هستند، يا در جا ريخته شده ويا مركب. اعضاء پيش‌ساخته اعضائي هستند كه در كارگاههاي خاصي ساخته شده وبراي نصب به محل مورد نظر تحويل مي‌شوند. اعضاء با بتن ريزي در جا، همانطور كه از نامشان پيداست، در همان محل واقعي خود در سازه بتن‌ريزي مي‌شوند و بالاخره اعضاء مركب اعضايي هستند كه تركيبي از اجزاء پيش ساخته و بتن ريزي در جا هستند. اعضاء و سازه‌هاي بتن آرمه كه به روشهاي فوق ساخته مي‌شوند اگر چه در برخي موارد تفاوت‌هاي مختصري در رفتار و جزئيات محاسبات دارند، اصول كلي طراحي آنها يكسان است و آنچه سبب انتخاب هر يك از اين روشها مي‌شود مسائلي نظير سرعت اجراء، دقت ساخت و توجيهات اقتصادي است.
2-1- مواد تشكيل دهنده بتن
مواد تشكيل دهنده بتن عبارتند از: سيمان، مصالح سنگي و آب و در برخي موارد مواد مضاف نيز بدانها اضافه مي‌شود. خواص بتن‌تر (قبل از سخت شدن)، مانند رواني، كارآيي و زمان گيرش، همچنين خواص بتن خشك (بتن سخت شده)، نظير مقاومت فشاري، مقاومت كششي، افت، خزش و دوام بستگي به انتخاب و درصد مواد متشكله بتن دارد. از اينرو در اين بخش بطور اختصار خواص و نقش هر يك از اين مواد مورد بررسي قرار مي‌گيرند.
سيمان-
هر ماده‌اي كه دانه هاي مصالح سنگي را براي تشكيل يك توده توپر و يكپارچه بهم بچسباند سيمان نام دارد. سيمانهايي كه در صنعت بتن و بتن آرمه بكار ميروند سيمانهايي هستند كه در تركيب با آب موادي بوجود مي‌آورند كه تقريباً غيرقابل حل در آب مي‌باشند و از اينرو به آنها سيمان هيدروليكي گفته مي‌شود. از بين انواع اين سيمان نوعي كه بيشترين كاربرد را در بتن آرمه سيمان پرتلند است.
پس از اينكه آب به سيمان افزوده مي‌شود مواد درسطح دانه هاي سيمان بوسيله آب حل شده و يك ژل، كه در واقع يك توده متراكم از ذرات فوق‌العاده كوچك است، ايجاد مي‌شود. اين ماده به تدريج افزايش حجم و سختي پيدا مي‌كند بطوري كه پس از چند ساعت قابل ملاحظه‌اي در ملات ايجاد مي‌شود. اين عمل هيدراسيون نام دارد. هيدراسيون تدريجاً بيشتر به عمق دانه‌هاي سيمان نفوذ مي‌كند و در نتيجه سبب افزايش سختي ملات مي‌گردد. از نظر شيميائي، براي هيدراسيون كامل يك مقدار معين سيمان، در حدود 25 درصد وزن سيمان آب لازم است، ليكن براي سهولت حركت آب در مخلوط و رسيدن به ذرات سيمان، آب مورد نياز 10 الي 15 درصد بيش از ميزان ذكر شده مي‌باشد. بنابراين حداقل نسبت وزني آب به سيمان بين 35/0 و 4/0 است، با اينحال در عمل مقدار آب مصرفي بيش از مقادير حداقل فوق مي‌باشد. اين مقدار آب اضافي براي روان‌تر كردن و افزايش كارآيي بتن (يعني افزايش قابليت كار با بتن) لازم است. ولي بايد توجه داشت كه آب مازاد بر نياز هيدراسيون كامل، بصورت تركيب نشده در بتن باقي ميماند كه پس از سخت شدن بتن تدريجاً از آن خارج شده و سبب ايجاد حفره و در نتيجه نقصان مقاومت بتن ميگردد. عمل هيدراسيون با توليد حرارت نيز همراه است و حرارت توليد شده را حرارت هيدراسيون مي نامند. اين گرماي آزاد شده بخصوص در كارهاي بتن ريزي زياد مثل سدسازي، باعث افزايش درجه حرارت و در نتيجه افزايش حجم بتن ميگردد و مي‌تواند پس از سرد شدن بتن سبب ترك خوردگي آن گردد. كه بايد به نحو صحيحي از آن جلوگيري نمود.
همانطور كه قبلاً اشاره شد، سيماني كه بيشترين كاربرد را در بتن آرمه دارد سيمان پرتلند است. مشخصات انواع مختلف اين سيمان در
ASTM C150
داده شده است (از انجمن آمريكائي آزمايشات و مصالح:
ASTM
). متداولترين نوع اين سيمان، سيمان پرتلند تيپ
...