مقاومت مکانیکی سیمان سخت شده خاصیتی از سیمان است که شاید بیش از هر خاصیت دیگر از لحاظ کاربرد سازهای مورد نیاز می باشد. بنابراین، تعجب آور نیست که آزمایش های مقاومت در کلیه استانداردهای ویژگی های سیمان تجویز شده اند.

مقاومت ملات یا بتن به چسبانندگی خمیر سیمان، چسبندگی سیمان به سنگدانه ها و تا حدی به مقاومت خود سنگدانه ها بستگی دارد. در این مرحله عامل اخیر مورد بررسی قرار نمی گیرد و از طريق مصرف سنگدانه های استاندارد شده، اثر این عامل بر مقاومت سیمان ثابت نگاه داشته می شود.

به دلیل مشکلات مربوط به در قالب ریختن و آزمایش نمودن، که منجر به پراکندگی زیادی در نتایج آزمایش ها می گردد، انجام آزمایش های مقاومت بر روی نمونه های خمیر خالص سیمان صورت نمی گیرد. ملات ماسه سیمان و در پاره ای موارد بتن با نسبت های تجویز شده، که از مصالح معین و تحت شرایط دقیقا کنترل شده ساخته می شوند را، به منظور تعیین مقاومت سیمان به کار می برند.

چندین نوع آزمایش مقاومت وجود دارند: کشش مستقیم، فشاری مستقیم و خمش. آزمایش آخر در واقع مقاومت کششی در حالت خمش را می سنجد، زیرا همان طور که به خوبی شناخته شده است، مقاومت خمیر سیمان هیدراته شده در فشار بیشتر از مقاومت آن در کشش می باشد.

در گذشته آزمایش کشش مستقیم بر روی خشت های بریکت بسیار متداول بود، اما اعمال کشش خالص، قدری مشکل است، به طوری که نتایج چنین آزمایشی پراکندگی نسبت زیادی دارد. به علاوه، از آنجا که معمولا روش های طراحی سازه ها به نحوی می باشند تا از مقاومت مناسب بتن در حالت فشاری بهره برداری گردد، مقاومت کششی مستقیم سیمان کمتر از مقاومت فشاری مورد توجه قرار دارد.

به صورت مشابه مقاومت خمشی بتن عموما کمتر از مقاومت فشاری آن مورد توجه قرار گرفته، گو اینکه در روسازیها، دانستن مقاومت کششی بتن حائز اهمیت است. در نتیجه امروزه مقاومت فشاری سیمان، به عنوان عامل اصلی در نظر گرفته می شود، و عقیده بر آن است که مناسب ترین آزمایش برای تعیین مقاومت سیمان، آزمایش ملات ماسه - سیمان است.

استاندارد اروپایی EN 196-1:1987 آزمایش تعیین مقاومت فشاری نمونه ملات را تجویز نموده  است. نمونه های مکعبی ۴۰mm معادل (به دست آمده از منشورهای ۴۰ در ۴۰ در mm ۱۶۰)، که ابتدا در خمش به دو نیم می شوند، و یا اینکه به دو قسمت شکسته می شوند، مورد آزمایش قرار می گیرند. لذا انجام آزمایش خمش بر روی یک دهانه ۱۰۰mm با بار متمرکز در وسط آن اختیاری است.

آزمایش بر روی نمونه های ملات با ترکیب معین که با «ماسه استاندارد CEN» ساخته می شود، انجام می گیرد. (CEN مخفف اسم فرانسوی کمیته اروپایی استانداردها می باشد.) ماسه از نوع طبیعی، سیلیسی، و گرد گوشه است که می توان آن را از منابع مختلفی تهیه نمود. برخلاف ماسه Leighton Buzzard (به زیر رجوع شود)، این ماسه اندازه یکنواختی ندارد، اما بین ۸۰μm و 1.6mm دانه بندی شده است. نسبت ماسه به سیمان برابر است با ۳ و نسبت آب به سیمان 0.50، می باشد. ملات را در یک مخلوط کن پخت شیرینی، مخلوط می نمایند و بر روی صفحه میزی که با سقوط ۱۵mm هر بار ضربه ایجاد می نماید، متراکم می شود، می توان از یک میز لرزاننده نیز استفاده کرد به شرط آنکه تراکم مشابهی را ایجاد نماید. نمونه ها پس از ۲۴ ساعت نگاه داری در محیط مرطوب از قالب خارج شده و سپس در آب با دمای ۲۰^oC عمل آورده می شوند.

از آنجا که آزمایش های اولیه بریتانیایی یا آزمایش های مشابه در بعضی از کشورها مورد استفاده قرار می گیرند، ممکن است شرح مختصری از این آزمایش ها، مناسب باشد. اساسا دو روش استاندارد بریتانیایی برای آزمایش تعیین مقاومت فشاری سیمان وجود دارد که در یکی از آنها از ملات و در دیگری از بتن استفاده می شود.

در آزمایش ملات، یک مخلوط ۱ به ۳ سیمان به ماسه به کار برده می شود. ماسه در این آزمایش از نوع ماسه استاندارد Leighton Buzzard بوده که از معادن نزدیک شهری به همان اسم در منطقه Bedfordshire انگلستان به دست می آید. این ماسه به صورت تک اندازه می باشد. آب مخلوط ۱۰ درصد جرم مواد خشک می باشد که این مقدار آب متناظر با نسبت جرمی آب به سیمان 0.4 است. عمل مخلوط کردن بر طبق روش استاندارد توصیه شده در بخش ۴-۳ آیین نامه BS 4550:1978 صورت می گیرد و نمونه های مکعبی به ضلع 70.7mm با استفاده از میز لرزاننده با فرکانس ۲۰۰Hz که در ۲ دقیقه اعمال می گردد، ساخته می شوند. مکعب ها را پس از ۲۴ ساعت از قالب خارج نموده و تا هنگام آزمایش در آب عمل می آورند و با سطح مرطوب مورد آزمایش قرار می دهند.

از آزمایش ملات لرزانده شده، نتایج نسبتا قابل اطمینانی حاصل می گردد، وليكن پیشنهاد شده است که ملات ساخته شده با سنگدانه های تک اندازه منجر به پراکندگی بیشتری در مقادیر مقاومت به دست آمده، در مقایسه با بتن ساخته شده تحت همان شرایط می گردد. می توان استدلال نمود که عملکرد سیمان در بتن و نه در ملات، به ویژه ملاتی که با سنگدانه های تک اندازه ساخته می شود و هرگز در عمل مورد استفاده قرار نمی گیرد، مورد توجه است. به این دلایل در استانداردهای بریتانیایی آزمایش بر روی بتن معرفی گردیده است.

در آزمایش بتن یکی از نسبت های آب به سیمان 0.60، 0.55 و یا 0.45 را با توجه به نوع سیمان می توان به کار برد. مقادیر سنگدانه درشت و ریزی که باید از معادن ویژه ای تهیه شوند در بخش های چهارم و پنجم آیین نامه BS 4550:1978 داده شده اند. مخلوط ها برای نمونه های مکعبی به ابعاد ۱۰۰mm با روش تجویز شده، تحت شرایط معینی با دست ساخته می شوند. دما و شرایط رطوبتی اتاق مخلوط کردن، محفظه عمل آوردن، اتاق آزمایش فشار و دمای مخزن آب عمل آوردن مشخص شده اند. علاوه بر ارضای حداقل مقاومت در عمرهای مشخص، مقاومت عمرهای بعدی باید زیادتر از مقاومت عمرهای قبلی باشد، زیرا ممکن است سیر نزولی مقاومت، نشانه ای از عدم سلامت یا معایب دیگری در سیمان باشد. لازمه افزایش مقاومت با عمر، در مورد مکعب های ملات لرزانده شده نیز صادق است. این الزامات در آیین نامه ENV 197-1:1992 ارائه نشده اند. روش آیین نامه ASTM برای آزمایش مقاومت سیمان در آیین نامه ASTM C 109-93 تجویز گردیده که در آن نمونه های مکعبی شکل به ابعاد ۵۰mm با نسبت 1 به 2.75 ماسه استاندارد دانه بندی شده با نسبت آب به سیمان 0.485 آزمایش می شود.

ممکن است توجه به این سوال که آیا آزمایش های مقاومت سیمان باید بر روی نمونه های خمیر سیمان، ملات یا بتن صورت گیرد، بی مناسبت نباشد. قبلا بیان شد که ساخت نمونه های خمیر خالص سیمان مشکل است. تا آنجا که به بتن مربوط می شود محیط مناسبی برای آزمایش ها فراهم می آید.

اما مقاومت نمونه های بتنی تحت تاثیر خواص سنگدانه های به کار برده شده در آن قرار می گیرد. به کار بردن سنگدانه های استاندارد در آزمایش های بتن در قسمتهای مختلف کشور (صرف نظر از کشورها) مشکل یا حتی غیرعملی خواهد بود. استفاده از ملات با سنگدانه های استاندارد شده یک سازش منطقی به نظر می رسد. در هر حال کلیه آزمایش ها به جای سنجش مستقیم مقاومت فشاری خمیر هیدراته شده سیمان، دارای ماهیت مقایسه ای می باشند. به علاوه تاثیر سیمان بر خواص ملات و بتن از نظر کیفیت یکسان است و رابطه بین مقاومتهای نمونه های متناظر ساخته شده از دو نوع مصالح خطی است. برای مثال، این موضوع در شکل ۲۷-۱ منعکس گردیده است. ملات و بتن با نسبت های ثابت و هرکدام با نسب آب به سیمان 0.65 به کار برده شدند. مقاومت ها برای هر زوج از نمونه ها یکسان نیستند که حداقل، قسمتی به دلیل متفاوت بودن شکل و اندازه نمونه های به کار برده شده می باشد، ولیکن ممکن است اختلافات ذاتی کیفیت بین مقاومتهای ملات و بتن ناشی از مقدار بیشتر هوای محبوس شده در ملات نیز باشد.

مقایسه درخور توجه دیگر می تواند بین مقاومت بتن ساخته شده طبق بخش ۴-۳ آیین نامه BS 4550:1978 با نسبت آب به سیمان 0.60 و مقاومت ملات ساخته شده طبق آیین نامه EN 196-1:1978 با نسبت آب به سیمان 0.50 باشد. نه فقط نسبت آب به سیمان، بلکه شرایط دیگر نیز بین این آزمایش ها متفاوت است، به طوری که مقادیر مقاومت منتجه نیز با یکدیگر متفاوت اند.

شکل ۲۷-۱: رابطه بین مقاومت های بتن و ملات با نسبت آب به سیمان یکسان^37-1

Harrison ^1-88به رابطه زیر پی برد:

Log_e (M/C) = 0.28/d + 0.25

که در آن

C = مقاومت فشاری نمونه های مکعبی بتن طبق آیین نامه BS 4550 بر حسبMPa ،

=M مقاومت فشاری منشورهای ملات طبق آیین نامه BS 196 بر حسب MPa و

d= عمر در هنگام آزمایش بر حسب روز.

می توان به صورت آسان تر نسبت M/C را به صورت زیر جدول بندی نمود.

 

عمر(روز)	2	3	7	28
نسبت (M/C)	1.48	1.41	1.34	1.30

علاوه بر مشخصه های نمونه های آزمایشی، تفاوت مهم دیگری بین مفهوم مقاومت به دست آمده طبق استاندارد اروپایی EN 196-1:1987 و آیین نامه قدیمی بریتانیا و اغلب استانداردهای دیگر وجود دارد که به معنای عبارت، «حداقل مقاومت» مربوط می شود. در استانداردهای متعارف باید کلیه نتایج از حداقل مقدار تجویز شده ، بیشتر باشند. از طرف دیگر در استاندارد EN 196-1:1987 حداقل مقدار مقاومت، معرف مقدار مشخصه ای است که ۹۵ درصد از کلیه نتایج، باید از این مقدار بیشتر باشند، به علاوه مقدار مطلقی مشخص گردیده است که مقاومت مشخص شده نباید در کمتر از این مقدار واقع شود.

 

بازگشت به فهرست