عوامل تاثیر گذار بر مقاومت بتن و آزمون های بتن

مقدمه

مقاومت یک ماده به توانایی و مقاومت آن در برابر تنش ها، بدون بروز شکست در آن، اتفاق می شود. شکست در پاره ای از مواقع با ظاهر شدن ترک ها اتفاق می افتد. به هر حال بایستی توجه داشت که بتن برخلاف بسیاری از مصالح ساختمانی حتی قبل از قرار گرفتن در زیر بارهای خارجی دارای ریز ترک هایی می باشد بنابراین در بتن، مقاومت به تنش مورد نیاز برای شکست آن گفته می شود که در واقع مترادف با درجه گسیختگی است که در آن تنش وارده به حداکثر خود می رسد.
در نمونه های کششی شکست قطعه آزمایشی اغلب به صورت گسیختگی است، در حالی که در فشار، قطعه تحت آزمایش موقعی به شکست می رسد که هیچگونه علامتی از گسیختگی خارجی در آن مشهود نبوده ولی ترک های داخلی آنقدر پیشرفت نموده اند که نمونه دیگر قادر به تحمل باری بالاتر از بار وارد نیست. در طرح و کنترل کیفیت بتن، مقاومت خاصیتی است که اغلب، مقدار آن مشخص می گردد.

دلیل این امر آن است که در مقایسه با سایر خواص، مقاومت بتن به آسانی قابل آزمایش و اندازه گیری است. علاوه بر این بسیاری از خواص بتن نظیر مدول ارتجاعی، ضد آب بودن یا نفوذ ناپذیری و مقاومت در مقابل هوازدگی و عوامل ایجاد کننده آن، نظیر آب مستقیماً با مقاومت مربوط بوده و می توان از نتایج مقاومت به آن خواص پی برد. در ادامه این مقاله به بررسی عوامل تاثیرگذار بر مقاومت بتن و آزمون های بتن خواهیم پرداخت.

عوامل تاثیرگذار بر مقاومت

نسبت آب به سیمان

در بتن های با مقاومت پایین تا متوسط ساخته شده با سنگدانه های معمولی، هم تخلخل ناحیه انتقال و هم تخلخل خمیر، تعیین کننده هستند و رابطه مستقیمی بین نسبت آب به سیمان و مقاومت وجود دارد. (شکل ۷-۱). به نظر نمی رسد که این رابطه در حالت بتن های با مقاومت بالا (با نسبت آب به سیمان خیلی پایین) کاملاً صادق باشد. برای مخلوط های با نسبت آب به سیمان زیر ۰/۳ افزایش متناسب مقاومت بر اثر تغییر بسیار جزئی نسبت آب به سیمان حاصل می شود. این پدیده به بهبود مقاومت ناحیه انتقال در آب به سیمان های پایین نسبت داده می شود. استدلال دیگر آن است که با کاهش نسبت آب به سیمان اندازه بلورهای هیدروکسید کلسیم نیز کوچک تر می گردد.

تاثیر نسبت آب به سیمان و عمل آوری مرطوب بر مقاومت بتن

یکی از محدودیت های قانونی نسبت W/C در شکل (۷-۲) به تصویر کشیده شده است به این نکته باید توجه شود که اگر نسبت آب به سیمان به حدی پایین باشد که بتن نتواند خوب متراکم شود، این عدم تراکم مناسب باعث مقاومت پایین می گردد؛ زیرا بتنی که به خوبی متراکم نشده باشد حاوی منافذ بزرگ است که مربوط به تخلخل آن می باشد. بنابراین در نسبت های کمی آب به سیمان که تراکم کامل به دشواری انجام می شود، ما شاهد با مقاومت پایین هستیم. در جایی که این واقعیت رخ می دهد مقاومت تابع روش های تراکم است که به کار گرفته می شود. در این رابطه، بهتر است اشاره شود که بعضی روش های پیچیده تراکم (معمولاً در عملیات پیش تنیده به کار می رود) و استفاده از فوق روان کننده ها این امکان را فراهم می کند که بتن های مقاومت با استفاده از مقادیر معمول سیمان تولید شوند. به عبارت دیگر، اگر تراکم کامل بتواند به دست آید، حتی در نسبت های خیلی کم  W/Cمقاومت بالایی حاصل می گردد.

ارتباط بین مقاومت فشاری و نسبت W/C

آخرین مطالب تکمیلی کلینیک بتن ایران را در این بخش دنبال نمایید
تست های مقاومت فشاری بتن
افزایش مقاومت بتن با عمل آوری
بررسی انواع گروت های اپوکسی روان با مقاومت زیاد

نوع سیمان

اثر سیمان پرتلند بر مقاومت بتن تابع ترکیبات شیمیایی و نرمی سیمان است. مقاومت خمیر سیمان سرد شده عمدتا از C3S (مقاومت زودتر) و C3S (مقاومت دیرتر) تامین می شود و این اثرات در تمام درون بتن انتقال می یابد. بتن ساخته شده با مقادیر بالاتر C3S، خیلی سریع تر مقاومت کسب می کنند. اما ممکن است با کمی مقاومت کمتر در سنین دیرتر مواجه شود. مقاومت های نسبی به دست آمده با پنج نوع استاندارد سیمان پرتلند در شکل (۷-۳) نشان داده شده اند هرچند اختلافات قابل توجهی در کسب مقاومت تا حدود یک ماه وجود دارد، در سنین دیرتر اختلاف بین پنج نوع استاندارد سیمان از اهمیت کمتری برخوردار می شود. سیمان هایی که آهسته تر هیدراته می شوند به دلیل تغییرات در ترکیبات، شرایط عمل آوری و یا استفاده از مواد افزودنی است. این سیمان ها معمولاً تمایل بیشتر به کسب مقام نهایی دارند.

مقاومت فشاری بتن با سیمان های مختلف نسبت به زمان

اثرات نرمی سیمانی بر مقاومت بتن نیز قابل توجه هست؛ زیرا با افزایش نرمی، نرخ هیدراتاسیون افزایش می یابد و منجر به کسب مقاومت با نرخ زیادتر می شود؛ مانند آنچه در شکل (۷-۴) به نمایش گذاشته شده است معمولاً اندازه ذرات سیمان حداکثر حدود ۵۰ میکرون است، اگر چه در سیمان های آسیاب شده یا نرمی بیشتر، کسب مقاومت سریع تر است. اما باید از آسیاب کردن خیلی نرم اجتناب شود. با ذرات خیلی نرم، کلوخه شدن بیش از حد معمول ممکن است در بتن به نواحی موضعی با نسبت زیاد W/C منجر شود. از طرف دیگر، معلوم شده است که ذرات با قطر بزرگ تر از ۶۰ میکرومتر سهم کمتری در مقاومت دارند.

در طول سال ها، تمایل به سمت تولید سیمان های پرتلند با افزایش نرمی بوده است. باید قبول کرد که متغیرهای ذاتی در سیمان منجر به متغیرهای نظیر در مقاومت بتن می شود در نتیجه نیاز به مقاومت میانگین طرح بالاتر خواهد بود. نه تنها سیمان هایی که به عنوان یک نوع  ASTMتقسیم شده اند از کارخانه ای به کارخانه دیگر متفاوت اند بلکه ور یک کارخانه معین خصوصیات سیمان به دلیل تغییرات مواد اولیه شرایط پخت و غیره در طول زمان متغیر می باشد. تخمین زده شده است که تغییرات در کیفیت سیمان منجر به ضریب تغییرات در مقاومت های بتن در حدود ۵ درصد می شود.

اثر نرمی سیمان بر مقاومت - نسبت آب به سیمان ۰/۴

سنگدانه

با وجود آنکه نسبت  W/Cمهم ترین عامل اثر گذاری در مقاومت است، نمی توان از خصوصیات سنگدانه به خصوص خواص کششی و شکست بتن صرف نظر کرد. برای بتن های با مقاومت معمولی، پارامترهای سنگدانه که مهمترین هستند شامل شکل، بافت و اندازه حداکثر سن سنگدانه می باشد. در نسبت های W/C سنگ های شکسته منجر به مقاومت بالاتر بتن می شوند؛ زیرا پیوستگی مکانیکی بهتر می باشد. اما با افزایش یافتن نسبت W/C این اثر محو می شود. هرچند اگر مخلوط ها برپایه کارایی مساوی در نظر گرفته می شوند، این اختلاف بی اهمیت می شود؛ زیرا به دلیل آب کمتر مورد نیاز سنگدانه صاف، نسبت W/C خمیر کمتر می شود، اثر پیوستگی کمتر را تعدیل می کند.

استفاده از سنگدانه با اندازه بزرگ تر به چند طریق در مقاومت اثر گذار است. تحت بار فشاری، ذرات بزرگ تر سنگدانه تمایل به ایجاد تمرکز بیشتر تنش دارند و در نتیجه مقاومت فشاری کاهش می یابد. همچنین ذرات سنگدانه بزرگ تر قید بیشتری را برای تغییرات حجم خمیر ایجاد می کنند و بنابراین احتمال وجود تنش های اضافی در خمیر بیشتر است، که محتمل ضعیف شدن بتن می گردد. در شکل (7-5) اثر اندازه حداکثر سن سنگدانه در مقاومت بتن با سه نسبت مختلف W/C را نشان می دهد. برای مخلوط های نشان داده شده در این شکل، کارآیی بتن با افزایش یافتن اندازه سنگدانه درشت، افزایش می یابد.

هرچند، اگر با مقدار ثابت سیمان، آب مخلوط کاهش یابد، اثرات منفی ناشی از افزایش یافتن اندازه سنگدانه درشت در مقاومت تعدیل می شود همان طور که در شکل (۷-6) نشان داده شده است، نتیجه شاید این باشد که برای کارایی ثتبت، چه بسا مقاومت بتن برای مخلوط ها با مقادیر کم سیمان واقعاً افزایش یابد و فقط برای مخلوط های غنی تر کاهش یابد. بتن های ساخته شده با سنگدانه های درشت تر تمایل به نشان دادن نوسان بیشتری دارند که احتمالاً ناشی از مقداری تمایل به جداشدگی ذرات می باشد.

شکل 7-5- اندازه حداکثر سنگدانه در مقاومت بتن برای سه نسبت W/C

در بازه مقادیر سنگدانه که معمولاً مواجه هستیم، حجم دقیق سنگدانه فقط اهمیت ثانوی در تعیین کردن مقاومت بتن دارد. البته تغییرات عمده در مقدار سنگدانه نسبت به مقدار سیمان (همچنین تغییرات در اندازه سنگدانه درشت) می تواند اثر قابل توجهی در مقاومت بتن داشته باشد. هرچند اگر این کارایی ثابت تامین شود، مقاومت بتن اساساً تابع مقدار سیمان است (شکل 7-6). زیرا با افزایش یافتن اندازه سنگدانه، آب مورد نیاز کاهش می یابد. این حقیقت برای هر بتن معمولی با مواد هوازا و یا بدون مواد هوازا صادق است. برخلاف مقاومت فشاری، افزایش در مقدار و اندازه سنگدانه درشت منتج به افزایش در مقاومت کششی و انرژی شکست می شود که این خود ناشی از تمایل بیشتر به پل زدن به مسیر طولانی تر، ترک در زمان است که ترک ها از پیرامون ذرات سنگدانه می گذرند. اگر چه در مورد شکست، این ترک ها نسبت به خواص مکانیکی سنگدانه اهمیت کمتری دارند. مقاومت زیادتر سنگدانه منتج بهبود خواص شکست می گردد.

شکل 7-6- تاثیر اندازه سنگدانه بر مقاومت فشاری ۲۸ روزه بتن با مقادیر متفاوت سیمان

افزودنی های بتن

افزودنی های بتن به دو دسته کلی «مواد مضاعف شیمیایی» و «مواد مضاف معدنی» تقسیم می شوند. مواد مضاف شیمیایی آن دسته از افزودنی ها هستند که با یک ترکیب شیمیایی ویژه تنظیم شده به مقدار جزئی و احتمالاً در حد چند دهم درصد (تا حداکثر ۲ درصد) وزنی سیمان به بتن اضافه می شوند و خصوصیات قابل توجهی در آن ایجاد می کنند. در مقابل مورد مضاف معدنی پودرهای معدنی، هستند که به مقدار بسیار بیشتر مثلاً در محدوده ۱۰ تا ۲۰ درصد وزنی سیمان و یا حتی بیش از ۲۰ درصد، به بتن اضافه می شوند تا مقاومت، دوام و کارایی بتن را بهبود بخشند. پوزولان ها و سرباره عنوان افزودنی های معدنی به حساب می آیند.

استفاده از مواد افزودنی معدنی منتج به اصلاح ساختار خمیر سیمان سخت شده، می شود و ممکن است به تغییرات در محدوده ناحیه لایه مرزی منجر شود. برای بتن هایی با مقاومت معمولی، مواد افزودنی مانند خاکستر بادی و سرباره کوره ذوب آهن با جایگزینی سیمان پرتلند، با اثر کم در مقاومت، قابل استفاده است. هرچند نرخ کسب مقاومت اولیه ممکن است کاهش یابد، درحالی که مقاومت دراز مدت افزایش خواهد داشت. یکی از پوزولان های مهم، دوده سیلیس است که به طور کلی برای افزایش مقاومت استفاده می شود و حتی با نسبت  W/Cیکسان، اینگونه عمل می کند.

مقاومت بتن

دوده سیلیس نه فقط با هیدروکسید کلسیم به دست آمده از هیدراتاسیون C3S و C2S ترکیب می شود، بلکه منافذ بین ذرات سیمان را پر می کند و اندازه نقص موجود برای شروع ترک کاهش می دهد. ترکیب پوزولانی و اثر پر کنندگی دوده سیلیس همچنین مقاومت را در مقایسه با آنچه از بتن های بدون مواد افزودنی حاصل می شود، افزایش می دهد و همچنین تا حد زیادی تخلخل ناحیه لایه مرزی را کاهش می دهد. مواد افزودنی شیمیایی به خودی خود اثر کمی در مقاومت بتن دارند، مگر آنکه آنها بر نسبت W/C یا تخلخل بتن اثر بگذارند. برای مثال، مواد هوازا اساساً به دلیل افزایش در تخلخل بر مقاومت بتن موثر هستند؛ مانند آنچه که در شکل (۷-۷) نشان داده شده است.

در این مورد کاهش مقدار آب که با استفاده از هوازا قابل دسترسی است، برای بتن هایی با مقادیر کم سیمان که برای کارایی ثابت طراحی شده اند ممکن است در واقع به افزایش مقاومت منتج شود. مواد افزودنی کاهنده آب، به خصوص فوق روان کننده ها، ممکن است افزایش در مقاومت را حتی با نسبت یکسان W/C تامین کنند که این امر ناشی از هیدراتاسیون بیشتر سیمان است که این نیز خود منتج از بهبود پراکندگی ذرات سیمان و حذف منافذ بزرگ که چه بسا مانند عیوب داخلی عمل می کنند، است. مواد افزودنی شیمیایی بیشترین اثر خود ر در کسب نرخ مقاومت، با تسریع کردن یا کند کردن هیدراتاسیون سیمان، می گذارند. هر چند در این رابطه ارزش دارد این مطلب تکرار شود که کاهش در نرخ اولیه کسب مقاومت بتن به طور کلی منجر به قدری افزایش مقاومت های دراز مدت می شود، درحالی که افزایش نرخ اولیه کسب مقاومت (مانند آنچه با تسریع کننده به دست می آید) همیشه منتج به کاهش در مقابل دراز مدت بتن می شود.

شکل ۷-۷-رابطه بین مقاومت فشاری و مقدار سیمان برای مقادیر متفاوت هوازا

آب اختلاط

اصولاً از دیرباز یک قاعده ساده جهت قبول آب برای مصرف در بتن وجود داشته است؛ اگر آب بتن قابل آشامیدن بوده و برای مصرف انسان مناسب باشد، برای مصرف در بتن نیز مناسب است. به بیان دیگر اگر آب بدون رنگ، طعم و بی بو بوده و در هنگام تکان دادن از آن گاز به کف خارج نشود، دلیلی ندارد که با مصرف در بتن مشکلی برای آن ایجاد کند. با این وجود، بعضی از آب های نامناسب برای آشامیدن نیز ممکن است برای مصرف در بتن مناسب باشند. بنابراین بهترین راه برای تعیین مناسب بودن آب ناشناخته برای ساخت بتن رجوع به بخش «آب غیر آشامیدنی» مبحث نهم، مقررات ملی ساختمان شود.

مقاومت فشاری

مقاومت فشاری یکی از اصلی ترین خصوصیات مکانیکی بتن سخت شده محسوب می شود. روند کسب مقاومت بتن هایی که با شرایط یکسان ولی با انواع مختلف سیمان پرتلند ساخته می شوند یکسان نیست. ولی در عین حال، مقاومت ۹۰ روزه تمامی اینها با یکدیگر برابر بوده و مساوی ۱/۲ برابر مقاومت نمونه ۲۸ روزه است که با سیمان نوع یک ساخته شده است. اگر چه غالباً رسد مقاومت بتن در سنین مختلف و از جمله ۱ روزه، ۷ روزه، ۲۸ روزه و ۹۰ روز مورد مطالعه و توجه قرار می گیرد ولی مقاومت فشاری ۲۸ روزه بتن، اصلی ترین مشخصه مکانیک بتن است. آزمایش نمونه مکعبی بتن در واقع یک ایده کلی از تمامی مشخصات بتن به ما ارائه می دهد.

با همین آزمایش می توان تشخیص داد که بتن به حد کافی مناسب کار ما است یا خیر. مقاومت فشاری بتن بر عوامل مختلفی همچون نسبت آب به سیمان، مقاومت سیمان، کیفیت مواد بتن، کنترل کیفیت در طول تولید بتن و غیره بستگی دارد. آزمایش مقاومت فشاری بتن بر روی قطعه های مکعب شکل از بتن انجام می شود. به همین دلیل آزمایش نمونه مکعبی نامیده می شود. این آزمایش بر روی قطعه های استوانه ای بتن نیز مرسوم است. بسته به اندازه سنگدانه های مورد استفاده در بتن از مکعب های ۱۰ × ۱۰ × ۱۰ سانتی متر یا ۱۵ × ۱۵×۱۵ سانتی متر استفاده می شود.

مقاومت کششی بتن

برای عمل آوری، قطعات بتن را بیست و چهار ساعت در هوای مرطوب قرار می دهند. سپس آنها را علامت گذاری کرده و در هوای تازه قرار می دهند تا زمان انجام آزمایش اصلی بر روی آنها فرا برسد. آب مورد استفاده در عمل آوری بتن باید هر هفت روز یکبار چک شود. همچنین دمای این آب باید حدود ۲۷ درجه سانتی گراد (دو درجه بیشتر یا کمتر) باشد. نمونه های بتن را پس از هفت یا بیست و هشت روز عمل آوری در ماشین های آزمایش مقاومت فشاری قرار می دهند. در این ماشین ها، بارگذاری به صورت دقیقه ای ۱۴۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع افزایش می یابد تا نمونه شکسته شود. مقدار بارگذاری در لحظه شکست بتن، میزان مقاومت فشاری بتن را به ما می گوید. حداقل از هر نمونه و در هر سن، بایستی ۳ نمونه بتن آزمایش شود. اگر در نتیجه مشاهده شود که مقاومت آنها بیش از ۱۵ درصد با یکدیگر اختلاف دارد، نتایج آزمایش رد می شود و بایستی دوباره انجام گیرد. در غیر اینصورت، میانگین مقاومت فشاری آن سه نمونه، مقاومت فشاری بتن محسوب خواهد شد.

شکل ۷-۸-آزمایش مقاومت فشاری بتن

مقاومت کششی

مقاومت کششی بتن بسیار کمتر از مقاومت فشاری است؛ زیرا ترک ها تحت بارهای کششی به راحتی قادر به توسعه می باشند. معمولاً مقاومت کششی بتن در طراحی در نظر گرفته نمی شود (اغلب فرض می شود که صفر است) هر چند خاصیت مهمی است، زیرا ترک خوردگی در بتن اغلب ناشی از تنش های کششی است که تحت بار رخ می دهد یا ناشی از تغییرات محیطی است. گسیختگی بتن در کشش همراه با ریز ترک خوردگی، به خصوص مربوط به ناحیه مرزی بین سیمان و ذرات سنگدانه است. ضعیف ترین رفتار بتن در کشش ظاهر می شود؛ به طوری که مقاومت کششی بتن در حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد مقاومت فشاری آن است.

در اکثر مواقع مقاومت کششی بتن با استفاده از آزمایش همش بررسی می شود که در آن بتن ساده تحت همش بارگذاری می شود و یا آزمایش دو نیم شدن استوانه که در آن نمونه استوانه از وجه جانبی قرار داده شده و در فشار قطری بارگذاری می شود، تا کشش طولی ایجاد شود. با توسعه یافتن ترک در میان بتن، لبه جلو رونده آن اغلب شامل چندین شاخه ریز ترک است که با افزایش جابه جایی کششی سرانجام ترک ها در یک ترک بزرگ منفرد ادغام می شوند.

ظاهر ماکروسکوپی سطح گسیختگی ممکن است صاف یا زبر باشد که به مقاومت کششی نسلی ملات، سنگدانه و ناحیه لایه مرزی بستگی دارد. نسبت کم مقاومت سنگدانه به مقاومت ناحیه لایه مرزی منجر به سطح گسیختگی نسبتاً صاف می شود. با افزایش مقاومت نسبی سنگدانه، سطح گسیختگی به مرور، ناهموارتر و معمولاً منجر به مقاومت کششی بیشتر می شود و خواص گسیختگی بهبود می یابد. از آنجا که مقاومت فشاری از خاصیت اساسی مصالح است و برای بتن سخت شده اندازه گیری می شود، رابطه بین مقاومت کششی و فشاری از اهمیت خاصی برخوردار است.

شکل 7-9- آزمایش مقاومت کششی بتن یا تست برزیلی

در آزمایش مقاومت خمشی بتن، در واقع ما به صورت غیر مستقیم همان مقاومت کششی بتن را اندازه گیری می کنیم. در این آزمایش، مقاومت بتن در برابر نیروهای عمودی وارد بر آن سنجیده می شود. به طور ساده تر می توان گفت مقاومت بتن در برابر خم شدن اندازه گیری می شود. مقاومت خمشی بتن به عنوان مدول گسیختگی و یا یکای مگاپاسکال (MPa) یا psi به دست می آید. آزمایش مقاومت خمشی بتن معمولاً با استفاده از روش بار سه نقطه ای (ASTM C78) یا روش بار مرکزی (ASTM C293) انجام می شود. ذکر این نکته ضروری است که عدد به دست آمده از طریق روش بار مرکزی، حدود ۱۵ درصد کمتر از عدد به دست آمده از روش بار سه نقطه ای است. همچنین در آزمایش ها مشاهده زمانی که میزان بار افزایش پیدا می کند، این اختلافبیشتر می شود. به همین دلیل آزمایش بار سه نقطه ای بیشتر معمول است. درجه گسیختگی یا مقاومت خمشی بتن معمولاً ۱۰ تا ۱۵ درصد مقاومت فشاری بتن است.

مواد مخلوطی در بتن، کیفیت و اندازه سنگدانه ها از عوامل تاثیرگذار در میزان مقاومت خمشی بتن هستند. مقاومت خمشی بتن یکی از مقادیر بسیار مهم است که طراحان سازه برای طراحی قطعاً به مقدار آن احتیاج دارند. عوامل زیادی در مقاومت خمشی بتن تاثیر دارند که از مهم ترین آنها می توان به رطوبت هوا در هنگام عمل آوری و شیوه عمل آوری بتن به طور کلی اشاره کرد. برای آزمایش و به دست آوردن مقدار مقاومت خمشی، به نمونه مکعب مستطیل احتیاج داریم که در استانداردهای مختلف اندازه های مختلفی برای آن ذکر شده است. اما؛ معمول ترین اندازه ای که استفاده می شود و معمولاً مورد ترجیح مهندسان عمران است، نمونه ای با اندازه ی ۱۵۰ × ۱۵۰ × ۷۵۰ میلی متر می باشد. آزمایش بایستی بلافاصله پس از خارج کردن بتن از عمل آوری صورت بگیرد تا هیچگونه جمع شدگی در سطح بتن رخ ندهد. آزمایش مقاومت خمشی بتن در دستگاه صورت می گیرد که تصویر آن را در ذیل مشاهده می کنید.

شکل 7-10- دستگاه آزمایش خمشی بتن

مقاومت پیچشی

مقاومت پیچشی بتن به مدول گسیختگی آن و ابعاد عضو بتنی بستگی دارد.

مقاومت خستگی

خستگی به پدیده ای اطلاق می گردد که توسط آن، مصالح با اعمال تکراری بارها که به آن اندازه هم بزرگ نیستند با یک مرتبه اعمال باعث گسیختگی ره و سبب شکست مصالحه می ود. این پدیده اشاره به آن دارد که تحت تنش تکرار شده، تغییر پیش رونده دائمی داخلی در بتن ایجاد می شود. این تغییر که ممکن است به آسیب خستگی ارتباط داده شود، نه تنها شامل رشد ریز ترک ها، بلکه همچنین شامل جریانی ویسکوز  یا خزش می باشد. معلوم شده است که خستگی تحت بارگذاری فشاری، کششی و خمشی رخ می دهد. مانند فلزها، همان عواملی که بر مقاومت استاتیک بتن اثر دارند، اثر مشتبه بر خستگی دارند. اگر یک عضو بتنی تحت بارهای متناوب و تکراری قرار گیرد، به طوری که هر کدام از آن بارها از مقاومت فشاری عضو کمتر باشد، ممکن است به ناگهان تحت باری کوچک تر از مقاومت عضو گسیخته شود؛ به این بار، بار خستگی و به مقاومت متناظر، مقاومت خستگی می گویند. اصولاً مقاومت خستگی بتن فقط برای اعضای بتنی که تحت بارهای تکراری قرار می گیرند نظیر پل ها و یا پی های بتنی مربوط به ماشین آلات ارتعاشی، حائز اهمیت می باشد.

مقاومت ضربه ای

تحقیقات نشان داده است که هر چه مقاومت فشاری استاتیکی بتن بیشتر باشد، مقدار انرژی جذب شده در هر ضربه قبل از ترک برداشتن آن کمتر است؛ اگر مقاومت فشاری ثابت باشد هر چه در ساخت بتن از سنگدانه های درشت، گوشه دارتر و با سطوح ناصاف تر استفاده شده باشد، بتن مقاومت بیشتری در مقابل ضربه خواهد داشت. کاهش اندازه بزرگترین بعد دانه های مصرفی و استفاده از سنگدانه ها و مدول الاستیسیته و ضریب پواسون کوچک تر و نیز محدود کردن مقدار سیمان به حداکثر مقدار سیمان به حداکثر ۴۰۰ کیلوگرم در متر مکعب  تاثیرات مثبتی بر افزایش مقاومت بتن در مقابل ضربه از خود نشان داده است. بعضی از تحقیقات نشان داده است که مصرف مقدار بیشتر ماسه و نیز استفاده از ماسه خشن تر، مقاومت ضربه ای بهتری برای بتن فراهم می کند.

تاثیر شرایط نگهداری بتن بر مقاومت ضربه ای آن، تا حدودی متفاوت از تاثیر شرایط نگهداری بر مقاومت فشاری بتن است؛ مقاومت در مقابل ضربه برای بتنی که در آب نگهداری شده باشد، کمتر از مقاومت ضربه ای بتن خشک است؛ اگر چه بتن در آب نگهداری شده، می تواند ضربه های بیشتری را قبل از ترک خورد تحمل کند. همچنین تحت بارگذاری ضربه ای یکنواخت، مقاومت ضربه ای بتن به صورت چشمگیر بیش از مقاومت فشاری استاتیکی آن است؛ این بدان معناست که بتن قابلیت خوبی در جذب انرژی کرنشی تحت ضربه یکنواخت دارد.

رفتار ارتجاعی

خواص ارتجاعی مصالح در حقیقت شاخصی از سختی آن هاست، علی رغم رفتار غیر خطی بتن، تخمین مدول ارتجاعی بتن، برای تعیین تنش های ایجاد شده بر اثر کرنش های ناشی از اثرات محیطی، ضروری می باشد. همچنین این ضریب برای محاسبه تنش های طراحی ناشی از بار در اجزای ساده و نیز محاسبه ی لنگرها و تغییر شکل ها در سازه های پیچیده، لازم می باشد.

باتوجه به منحنی های تنش کرنش برای سنگدانه، خمیر سیمان و بتن تحت فشار تک محوری نشان داده شده در شکل (7-11)، کاملاً مشهود است که بتن در مقایسه با سنگدانه و خمیر سیمان ماده ای ارتجاعی نیست. نه تنها کرنش ایجاد شده در بتن بر اثر بار آنی با تنش وارد شده به طور مستقیم رابطه ای ندارد؛ بلکه در باربرداری نیز کرنش ها کاملاً به حالت اولیه بر نمی گردند. در حال حاضر روشن شده است که حتی قبل از اعمال بار خارجی به بتن، ترک های ریزی در ناحیه انتقال بین خمیر سخت شده و شن وجود دارد. در شرایط عمل آوری معمولی به علت تفاوت ضرائب ارتجاعی، کرنش متفاوتی مابین خمیر و شن اتفاق می افتد که عامل ایجاد ترک ها در ناحیه انتقال می باشند. در بارهای کمتر از ۳۰ درصد بار نهایی، ترک ها در ناحیه انتقال پایدار مانده و در نتیجه منحنی تنش - کرنش خطی باقی می ماند. ولی در بارهای بیش از ۳۰ درصد نهایی منحنی تنش - کرنش از حالت خط راست خارج می شود. به هر حال تا تنش های حدود ۵۰ درصد تنش نهایی منحنی تنش نهایی می توان فرض کرد که حالت پایداری از ریز ترک ها در ناحیه انتقال وجود دارد و در این حالت ترک های ایجاد شده در خمیر سیمان قابل ملاحظه نیستند.

شکل 7-11- رفتار تنش - کرنش خمیر سیمان، سنگدانه و بتن

ضرایب پواسون

برای موادی که تحت بار محوری ساده قرار می گیرند نسبت تغییر شکل های نسبی (کرنش) جانبی به کرنش های محوری در محدوده ارتجاعی، ضریب پواسون نام دارد. ضریب پواسون اغلب برای بیشتر محاسبات طراحی بتن مورد نیاز نیست. در بتن های مختلف ضریب پواسون اغلب بین ۰/۱۵ تا ۰/۲ تغییر می کند. بررسی ها نشان می دهند که ارتباط ثابتی بین ضریب پواسون و مشخصات بتن، نظیر نسبت آب به سیمان، سن عمل آوری و دانه بندی سنگدانه وجود ندارد. به هر حال ضریب پواسون در بتن هایی با مقاومت زیاد، کمتر و در بتن های خیس و اشباع و بتن هایی که تحت بارگذاری دینامیکی قرار دارند بیشتر است.

مقاومت و افزودنی های بتن

نرخ بارگذاری

وقتی که نرخ بارگذاری افزایش می یابد، مقاومت های کششی و فشاری افزایش می یابد. اثر پاسخ فشاری در شکل (7-12) نشان داده شده است. حساسیت نرخ کرنش بتن به درجه اشباع شدن ارتباط نزدیکی دارد، بر این اساس بتن های خیس نسبت به بتن های خشک حساسیت کمتری به نرخ کرنش نشان می دهند.

شکل 7-12-  منحنی تنش - کرنش برای نرخ های مختلف کرنش تحت بارگذاری فشاری