การทดสอบแรงยึดเหนี่ยวของคอนกรีตต่อเหล็กเสริม...
Post on 24-Feb-2016
231 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
การทดสอบแรงยดึเหน่ียวของคอนกรตีต่อเหล็กเสรมิ
(BOND STRENGTH)
บทนำ�
การทดสอบนี้มวีตัถปุระสงค์เพื่อทดสอบแรงยดึเหนี่ยวสงูสดุของเหล็กเสรมิชนิดกลมและชนิดขอ้อ้อยท่ีฝังในก้อนคอนกรตีตัวอยา่งด้วยวธิกีาร
ดึง (Pull-Out Test) ทัง้นี้เพราะโครงสรา้งคอนกรตีทัว่ไปสว่นใหญ่มกัมกีารเสรมิเหล็กเพื่อ
ชว่ยในการรบัแรง ไมว่า่จะเป็นการเสรมิเหล็ก ธรรมดาหรอืลวดเหล็กก็ตาม ดังนัน้กำาลังในการ
ยดึเหนี่ยว (Bond Strength) ของคอนกรตีกับเหล็กเสรมิที่เพยีงพอจงึเป็นสิง่สำาคัญที่ต้อง
พจิารณา เพื่อใหโ้ครงสรา้งคอนกรตีเสรมิเหล็กสามารถรบัแรงได้เต็มประสทิธภิาพตามท่ีออกแบบไว้
ทฤษฏีท่ีเก่ียวขอ้ง
กำาลังในการยดึเหน่ียว (Bond Strength) เกิดจากการ ยดึติด (Adhesion) และแรงเสยีดทาน (Friction)
ของเหล็กเสรมิกับซเีมนต์เพสท์ที่แขง็ตัวแล้ว แต่มคีวาม ยากในการวดัค่าที่แท้จรงิ ทัง้นี้เพราะมปีัจจยัหลายประการ
ท่ีเก่ียวขอ้ง เชน่- ขณะที่คอนกรตีได้รบัการบม่และแขง็ตัวจะเกิดการหด
ตัว ทำาใหพ้ื้นที่ผิวสมัผัสระหวา่งเหล็กเสรมิและคอนกรตีลดลงสง่ผลใหแ้รงยดึเหน่ียวลดลง- คอนกรตีมกีารแตกรา้วหรอืนำ้าซมึผ่านได้ง่ายก็จะทำาให้เกิดการกัดกรอ่นเหล็กเสรมิทำาใหแ้รงยดึเหนี่ยวลดลง
- ตำาแหน่งในการเสรมิเหล็ก เชน่ บรเิวณใต้ เหล็กบนอาจมชีอ่งอากาศเนื่องจากการเยิม้
ทำาใหแ้รงยดึเหนี่ยวลดลง- การใสส่ารผสมเพิม่ เชน่ สารกักกระจายฟอง
อากาศ ทำาใหแ้รงยดึเหนี่ยวลดลง
(รูป แสดงการเกิด Bond และ Adhesion ในโครงสรา้งคอนกรตีเสรมิเหล็ก)
ด้วยเหตผุลดังกล่าว จงึยงัไมม่วีธิกีารวดักำาลัง ในการยดึเหนี่ยว (Bond Strength) ที่เป็น
มาตรฐานแต่อยา่งไรก็ตามการทดสอบด้วยการดึง(Pull-Out Test), ASTM C 234) ถือเป็นวธิหีน่ึงท่ีได้รบัความนิยมในการเปรยีบเทียบค่ากำาลังในการ
ยดึเหนี่ยวของคอนกรตีซึ่งทำาโดย การหล่อก้อน ตัวอยา่งคอนกรตีทรงลกูบาศก์ขนาด 15 X 15 X
15 ซม. แล้วฝังเหล็กเสรมิไวต่้อจากนัน้ทำาการดึง เหล็กเสรมิออก ด้วยเครื่องทดสอบแรงดึงเพื่อหาแรง
ยดึเหนี่ยวสงูสดุของคอนกรตี กับเหล็กเสรมิ โดย กำาลังในการยดึเหนี่ยวสงูสดุ (Maximum Bond
Strength) สามารถหาได้จากแรงดึงสงูสดุหารด้วยพื้นที่ของเหล็กเสรมิที่สมัผัสกับคอนกรตี
ในทางปฏิบติันัน้ถือวา่กำาลังยดึเหนี่ยวของ คอนกรตี (Bond Strength) มคีวามสมัพนัธกั์บ
กำาลังอัดของคอนกรตี คือ เมื่อกำาลังอัดของคอนกรตีเพิม่ขึ้นกำาลังยดึเหนี่ยวของคอนกรตีจะ
เพิม่ตาม และกำาลังยดึเหนี่ยวของเหล็กขอ้อ้อยจะ มากกวา่เหล็กกลม ดังรูปท่ี 1 และพบวา่กำาลังใน
การยดึเหนี่ยวลดลงอยา่งมากเมื่ออุณหภมูสิงูขึ้นทัง้นี้เพราะสมัประสทิธิก์ารขยายตัวท่ีไมเ่ท่ากันของเหล็กและคอนกรตี
ความสมัพนัธร์ะหวา่งกำาลังยดึเหน่ียวกับกำาลังอัดของคอนกรตี
รูปท่ี 1 ความสมัพนัธร์ะหวา่งกำาลังยดึเหนี่ยวกับกำาลังอัดของคอนกรตี ( จากหนังสอืConcrete Structure,Properties, and Materials; Mehta & Monteiro)
ก�รทดสอบแรงยดึเหนี่ยวของคอนกรตีต่อเหล็กเสรมิ
ม�ตรฐ�นท่ีใช้ASTM C 234Standard Test Method for
Comparing Concrete on the Basis of the Bond Developed with Reinforcing Steel
เครื่องมอืท่ีใชใ้นก�รทดสอบ(UNIVERSAL TESTING MACHINE)
(รูปท่ี2อุปกรณ์ทดสอบแรงยดึเหนี่ยวและเครื่องทดสอบแรงดึง)
วธิกี�รทดสอบ
1. หล่อก้อนตัวอยา่งคอนกรตีทรงลกูบาศก์ขนาด15 X 15 X 15 ซม. แล้วฝังเหล็กขอ้อ้อยหรอื
เหล็กกลมท่ีต้องการทดสอบลงไป เมื่อก้อน ตัวอยา่งแขง็ตัวแล้ว 24 ซม. จงึถอดแบบและบอ่ม
ภายในหอ้งบม่ เพื่อรอการทดสอบที่ 28 วนัต่อไป2. วดัเสน้ผ่านศูนยก์ลางเหล็กเสรมิโดยMicrometer และระยะท่ีฝังเหล็กลงไปในก้อนตัวอยา่งคอนกรตีด้วยไมบ้รรทัดเหล็ก
3.ติดตัง้อุปกรณ์ทดสอบแรงยดึเหน่ียวเขา้กับก้อนตัวอยา่ง
4.ติดตัง้ก้อนตัวอยา่งเขา้กับหวัจบัเครื่องทดสอบ กำาลังดึง และ Dial Micrometer เพื่อวดั
ระยะเล่ือนของเหล็กเสรมิ
5.วดัความยาวของเหล็กท่ีปลายจนถึงสว่นที่ปลายอีกด้านท่ีสมัผัสคอนกรตีและจากหวัจบัถึงด้านท่ีสมัผัสคอนกรตี
6. เปิดเครื่องเพื่อดึงเหล็กเสรมิ โดยควบคมุแรง ดึงใหไ้มเ่กิน 5.78 กก./ตร.ซม./วนิาที
7.ทำาการทดสอบจนกวา่แรงท่ีใชด้ึงเหล็กเสรมิถึง จุดสดุสดุ หรอืเมื่อคอนกรตีเริม่ชำารุดแยกออก
จากกันหรอืเมื่อระยะล่ืนมค่ีามากกวา่ 2.5 มม. บนัทึกค่าแรงดึงสงูสดุ
8. คำานวณหากำาลังยดึเหนี่ยวสงูสดุ (Maximum Bond Stress)
กำาลังยดึเหนี่ยวสงูสดุ = แรงดึงสงูสดุ พื้นท่ีเหล็กเสรมิท่ีสมัผัส
คอนกรตี
9.ทำาการทดสอบเปรยีบเทียบผลระหวา่งเหล็กขอ้อ้อยกับเหล็กกลม
ผลก�รทดสอบ
ผลการทดสอบพบวา่ในการหากำาลังยดึเหน่ียวของเหล็ก เสรมินัน้ เป็นไปตามท่ีกำาหนดไวคื้อ
- เหล็กขอ้อ้อยจะ ไมม่กีารครูดหรอืล่ืนไถลเมื่อมกีาร ทดสอบ
-สว่นเหล็กเสน้กลมนัน้มกีารล่ืนไถลเล็กน้อยเมื่อมกีาร ทดสอบ
- ซึ่งถ้าหากมกีารเพิม่ คณุภาพคอนกรตีใหม้ค่ีากำาลังอัดท่ีมากขึ้นก็จะสามารถทำาใหค่้าของกำาลังยดึเหน่ียวในเหล็กเสรมิเพิม่มากขึ้นด้วย
-เหล็กเสรมิขอ้อ้อยมค่ีาหน่วยแรงยดึเหนี่ยวสงู กวา่ในเหล็กเสน้กลมเรยีบ เท่ากับ 60 %
- และเหล็กเสรมิขนาดเสน้ผ่านศูนยก์ลาง 25 มม. มค่ีาหน่วยแรงยดึเหนี่ยวสงูกวา่เหล็กเสรมิ
ขนาดเสน้ผ่าน ศูนยก์ลาง 19 มม. เท่ากับ 30 %
เทคโนโลยคีอนกรตีท่ีสามารถ
เพิม่แรงยดึเหน่ียวใหกั้บคอนกรตี
ก�รใชเ้สน้ใยสงัเคร�ะห์ในคอนกรตีSYNTHETIC FIBERS FOR CONCRETE
ซึ่งเสน้ใยสงัเคราะหบ์างชนิดสามารถใชเ้พื่อเพิม่แรงดึงและแรงยดึเหนี่ยวใหกั้บคอนกรตีนอกเหนือจากการเสรมิเหล็กได้
-เสน้ใยสงัเคราะหถ์กูผลิตขึ้นโดยเฉพาะเพื่อใช้ สำาหรบังานวศิวกรรมคอนกรตี ซึ่งสงัเคราะหจ์ากวสัดุ
ท่ีสามารถทนต่อสภาวะท่ีเป็นด่างสงูของคอนกรตีได้ ในระยะยาวซึ่งต่างกับเสน้ใยธรรมชาติท่ีไมค่งทน
-เราสามารถใสเ่สน้ใยสงัเคราะหเ์พิม่ลงไปในระหวา่งการผสมคอนกรตีในปรมิาณท่ีเหมาะสมตามคำาแนะนำาจากผู้ผลิตโดยไมต้่องทำาการเปล่ียนแปลงสว่นผสมคอนกรตีที่ได้ออกแบบไว้
แล้ว โดยเสน้ใยสงัเคราะหส์ามารถผสมรว่มกับ สารผสมเพิม่อ่ืนๆ ได้ไมว่า่จะเป็น นำ้ายาผสม
คอนกรตี, ซลิิก้าฟูม หรอืปูนซเีมนต์พเิศษต่างๆ
เสน้ใยสงัเคร�ะห์ทำ�หน้�ท่ีอย�่งไรในสภ�วะอ�ยุคอนกรตีเริม่ต้น
คอนกรตีเป็นสาเหตท่ีุทำาใหผ้ิวหน้าของ คอนกรตีอ่อนแอและเกิดรอยรา้วขึ้น
เนื่องจากแรงเค้น (Stress) ท่ีเกิดขึ้นมเีกิดมีมากกวา่กำาลังที่คอนกรตีจะรบัได้ในขณะนัน้ รอยแตกรา้วที่มขีนาดเล็กจะถกูหยุดการขยายตัวโดยคณุสมบติัทางกายภาพของ
เสน้ใยสงัเคราะห์ อีกทัง้เสน้ใยสงัเคราะหย์งัชว่ยยบัยัง้การพฒันาการเกิดรอยแตกรา้วจากการทรุดตัวของคอนกรตี
เสน้ใยสงัเคราะหท์ี่กระจายตัวอยา่งสมำ่าเสมอนัน้จะชว่ยลดการเกิดโพรงอากาศที่เรยีงตัวต่อ
เนื่องในทิศทางเดียวกัน (Capillary Pores) ซึ่งเป็นสาเหตท่ีุทำาใหเ้กิดการคายนำ้าขึ้นมาบนผิว
หน้าของคอนกรตีสด โดยเสน้ใยสงัเคราะหจ์ะ ทำาใหค้วามสามารถในการซมึผ่านของนำ้าตำ่าลง
สง่ผลใหช้ว่ยลดการเกิดรอยแตกรา้วแบบ พลาสติก รวมทัง้สามารถลดการเยิม้
(Bleeding) ของคอนกรตีสดลงได้
เสน้ใยสงัเคร�ะห์ทำ�หน้�ท่ีอย�่งไรในสภ�วะท่ีคอนกรตีแขง็ตัวแล้ว
การใชเ้สน้ใยสงัเคราะหม์สีว่นทำาให้ คณุสมบติัของคอนกรตีที่แขง็ตัวแล้วดีขึ้นด้วย
โดยคอนกรตีท่ีผสมเสน้ใยสงัเคราะหจ์ะมี คณุสมบติัในการลดการซมึผ่านของนำ้า เพิม่
ความทนทานต่อการขดัสแีละต้านทานการแตก รา้วจากแรงกระแทก
ความสามารถในการต้านทานต่อการแตกรา้วจากแรงกระแทกจะถกูปรบัปรุงเพิม่ขึ้นโดยสงัเกตจากคอนกรตีธรรมดาที่ไมไ่ด้ผสมเสน้ใยสงัเคราะหเ์มื่อได้รบัแรงอัดจะชำารุดและแตกเป็น
ชิน้เล็กชิน้น้อยตามแนวที่เริม่แตกรา้ว สว่นคอนกรตีท่ีผสมเสน้ใยสงัเคราะหจ์ะสามารถป้องกันผลกระทบจากการแตกละเอียดเนื่องจากเสน้ใยที่ผสมอยูภ่ายในเนื้อคอนกรตีจบัตัวกันอยา่งซบัซอ้นและเหนียวแน่นทานการ
แตกรา้วจากแรงกระแทก
ก�รประยุกต์ก�รใชง้�นท่ีเหม�ะสม เพื่อลดรอยแตกรา้วเน่ืองจากการแตกรา้วแบบพลาสติก เป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการออกแบบเพื่อทดแทนเหล็ก
เสรมิรบัการแตกรา้วเนื่องจากอุณหภมูิ (Wire Mesh) เพิม่คณุสมบติัในการยดึเกาะตัวใหกั้บคอนกรตีท่ีต้องเทในท่ี
ลาดชนัสงู อาทิเชน่ Shotcrete หรอืงาน Slipform ลดรอยแตกรา้วท่ีเกิดจากการทรุดตัวของคอนกรตีสด เพิม่คณุสมบติัในการลดการซมึผ่านของนำ้าใหต้ำ่าลง เป็นวสัดผุสมคอนกรตีท่ีสามารถทนทานต่อด่างและสาร
เคมไีด้ดี
เอกสารอ้างอิง
http://www.cte.kmutt.ac.th:8080/civillabpro/pdf/M16.pdf
http://www.cte.kmutt.ac.th:8080/civillabpro/MatLab16.htm
http://library.kmutnb.ac.th/projects/edu/TTC/ttc0105t.html
http://www.cpacacademy.com/index.php?tpid=0131
top related