مقاومت کششی تک محوره بتن و ارتباط بین مقاومت فشاری و مقاومت کششی
مقاومت کششی تک محوره بتن:
مقاومت کششی بتن ممکن است تحت کشش خالص (کشش مستقیم) و یا کشش ناشی از خمش اندازه گیری شود. بسته به نوع مقاومت کششی تعریف شده، مقاومت کششی بتن (f’t) در محدودهء 8 تا 15 درصد مقاومت فشاری آن متغیر خواهد بود. دلیل کمتر بودن چشم گیر مقاومت کششی بتن نسبت به مقاومت فشاری آن، وجود ریز ترک های فراوان در جسم بتن حتی قبل از شروع آزمایش است. چنین ریز ترک هایی در کششی شده و منجر به گسیختگی زودرس آن نمونه تحت تنش کششی می شوند.
مقاومت کششی بتن تحت کشش خالص:
ایجاد تنش کششی خالص به صورت مستقیم در یک نمونهء بتنی در آزمایشگاه چندان آسان نیست؛ زیرا اساسا وسایل نگه داشتن نمونه، تنش های ثانویه ای تولید می کنند که نمی توان اثرات آنها را نادیده انگاشت. استاندارد ASTM C496 برای سنجش مقاومت کششی بتن تحت کشش خالص، آزمایش شکافت کششی یا آزمایش شکافت استوانه (Splitting Tension Test or Split Cylinder Test) را معرفی می کند و مقاومت کششی حاصله را با fct نمایش می دهد. این آزمایش به نام آزمایش برزیلی نیز خوانده می شود.
در آزمایش شکافت استوانه، نمونهء بتنی استوانه ای استاندارد با ابعاد 150*300 mm، از پهلو در طول دو خط محوری مخالف تحت فشار قرار می گیرد. بار به صورت پیوسته با سرعت ثابت و در محدودهء 0.7 تا 1.4 Mpa/sec وارد می شودتا نمونه شکسته شود. تنش فشاری وارد بر این نمونه، تنش کششی متعامدی ایجاد می کند که در طول قطر عمودی تقریبا یکنواخت است. شکل زیر نحوهء اعمال بار بر نمونه و تنش های ایجاد شده در جهت متعامد را نشان می دهد.
تنش کششی شکافت خوردگی در آزمایش برزیلی از رابطهء زیر محاسبه می شود:
در این رابطه P بار وارده در لحظهء شکست، l طول استوانه (300 mm) و D قطر استوانه (150 mm) است. آزمایش کششی شکاف خوردگی در مقایسه با کشش مستقیم، 10 تا 15 درصد مقاومت کششی بتن را بیشتر ارزیابی می کند.
مقاومت کششی بتن تحت کشش ناشی از خمش:
استاندارد ASTM C78 برای سنجش مقاومت کششی بتن تحت کشش ناشی از خمش، بارگذاری خمشی متمرکز در یک سوم دهانهء تیر بتنی با ابعاد 150*150*500 mm را پیشنهاد می کند. این تیر با سرعت اعمال تنش در محدودهء 0.8 تا 1.2 MPa/sec، و تا لحظهء ترک خوردگی و شکست تیر بارگذاری می شود. تنش کششی لحظهء ترک خوردگی (شکست) تیر به نام مدول گسیختگی (Modulus of Rupture or Flexural Strength) و یا مقاومت خمشی نامیده شده و با fr نمایش داده می شود. این تنش بر اساس محاسبات تنش های ناشی از خمش از رابطه ء زیر محاسبه می شود.
در این رابطه b، d و l به ترتیب عرض، ارتفاع و طول تیر بوده و p کل بار است که در دو نقطه به فاصلهء یک سوم از تکیه گاه ها (در هر نقطه p/2) وارد شده است.
رابطه بالا فقط وقتی معتبر است که شکست در سطح کششی، در یک سوم میانی طول دهانه باشد. اگر شکست خارج از یک سوم میانی ولی نه بیشتر از 5 درصد طول دهانه خارج باشد می توان مدول گسیختگی را از رابaطهء اصلاح شده زیر بدست آورد.
در این رابطه a برابر با فاصله متوسط بین خط شکست و نزدیک ترین تکیه گاه بوده که این فاصله روی سطح کششی تیر اندازه گیری می شود. وقتی که شکست در فاصله ای بیش از 5 درصد طول نمونه خارج از یک سوم میانی اتفاق بیفتد، نتایج آزمایش قابل قبول نخواهد بود.
