آزمایش ضریب پواسون و مدول الاستیسیته (الاستیسیته) بتن
هدف آزمایش
تعیین مدول الاستیسیته (E) و ضریب پواسون (ν) بتن سخت‌شده برای محاسبات سازه‌ای، تحلیل‌های بارگذاری سرویس، طراحی تیر/دال/ستون، ارزیابی تغییرشکل‌ها و مدل‌سازی رفتار کشسانی-لاستیکی بتن.
استانداردها و مرجع‌ها
ASTM C469 — Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression (روش استاتیک با اندازه‌گیری کرنش‌های طولی و جانبی).
EN 12390‑13 — Testing hardened concrete — Determination of secant modulus of elasticity in compression.
ASTM C215 — Standard Test Method for Fundamental Transverse, Longitudinal, and Torsional Resonant Frequencies of Concrete Specimens (روش دینامیک/رزونانس برای مدول دینامیکی).
استانداردهای ملی ایران مرتبط و آیین‌نامه‌های طراحی (در صورت نیاز، روش مرجع پروژه قابل انتخاب است).
نمونه‌ها و تجهیزات لازم
نمونه‌های استاندارد: استوانه‌ای (مثلاً Ø150×300 mm) یا مکعب/هسته‌های تراشیده شده با سطح صیقلی.
دستگاه بارگذاری یونیورسال/پرس هیدرولیک با دقت کنترل بار و نرخ بارگذاری قابل تنظیم.
تجهیزات اندازه‌گیری کرنش طولی و جانبی: الاستومتر (extensometer) یا LVDT برای کرنش طولی و کرنش‌سنج‌های حلقوی/پانل (strain gauges) یا LVDTهای جانبی برای کرنش عرضی.
دیتالاگر/نرم‌افزار ثبت بار–کرنش. (برای مدول دینامیکی: دستگاه فرکانس‌سنج/ریزونانس و چکش ضربه‌ای مخصوص ASTM C215).
روش اجرای مرسوم (استاتیک — ASTM C469 خلاصه)
آماده‌سازی نمونه‌ها: سطح صاف، تراز، نصب حلقه‌های محافظ در محل چسباندن کرنش‌سنج یا قرار دادن قالب‌های الاستومتر. ثبت ابعاد و وزن.
قرار دادن نمونه در دستگاه و اعمال بار محوری با نرخ ثابت تا رسیدن به بار مرجع (معمولاً تا حدود 40% از مقاومت فشاری نهایی موردانتظار یا طبق استاندارد).
اندازه‌گیری کرنش طولی و کرنش عرضی در مراحل بارگذاری مشخص؛ ثبت چند نقطه بار–کرنش برای محاسبه شیب.
محاسبه مدول: معمولاً به‌صورت مدول سکنت یا مدول بین دو سطح تنش مشخص بر اساس استاندارد (slope تنش–کرنش در محدوده تعیین‌شده).
محاسبه ضریب پواسون: ν = −(ε_transverse / ε_longitudinal) در محدوده خطی بارگذاری (میانگین چند دور اندازه‌گیری).
گزارش شامل: نمودار تنش–کرنش، E محاسبه‌شده، ν میانگین، مشخصات نمونه، روش کیورینگ و سن نمونه، شرایط آزمایش و عدم قطعیت‌ها.
روش دینامیک (ASTM C215) — اختیاری و مکمل
تعیین مدول دینامیکی از فرکانس‌های طبیعی ارتعاش (بدون بارگذاری فشاری یا با بار اندک). سریع و غیرمخرب، مناسب برای کنترل کیفی و مقایسه‌ای؛ ولی مدول دینامیکی معمولاً بزرگ‌تر از مدول استاتیک و باید در تفسیر طراحی رعایت شود.
نکات کیفی و اجرایی مهم
دقت اندازه‌گیری کرنش‌ها (انتخاب الاستومتر مناسب) تعیین‌کننده دقت E و ν است.
سن نمونه، روش کیورینگ و درجه مرطوبی اثرگذارند — همه شرایط باید در گزارش ذکر شوند.
برای نمونه‌های هسته‌ای، اثر برش و سطح قطعه‌بندی را مستندسازی کنید.
برای استفاده در محاسبات آیین‌نامه‌ای، مرجع استاندارد پروژه را رعایت نمایید (secant یا tangent modulus).
مزایا تعیین E و ν برای پروژه
ورودی دقیق برای تحلیل سازه‌ای خطی و غیرخطی و محاسبات تغییرشکل و بهره‌برداری.
بررسی کیفیت تولید بتن و انطباق با طرح اختلاط مورد انتظار.
کمک به تشخیص تغییرات خواص ماده بر اثر سن، گرما، تماس با محیط خورنده یا آسیب‌های حرارتی/شیمیایی.
مبنایی برای آنالیز ترک‌خوردگی، برشی و طراحی تقویت‌ها.
محدودیت‌ها
مدول استاتیک وابسته به محدوده بارگذاری و سن نمونه است؛ نتایج باید با شرایط طراحی تطبیق یابد.
نتایج دینامیکی و استاتیک قابل‌مقایسه مستقیم نیستند؛ تبدیل نیاز به ضریب تجربی دارد.
معرفی مرکز آزمایشگاهی پژوهشی بتن و مصالح خواجه نصیرالدین طوسی — خدمات ارائه‌شده
اجرای آزمایش مدول الاستیسیته و ضریب پواسون مطابق ASTM C469 و EN 12390‑13 با تجهیزات کالیبره، ثبت دقیق بار–کرنش و تهیه نمودارهای کامل.
ارائه آزمون مدول دینامیکی (ASTM C215) به‌عنوان مکمل برای ارزیابی سریع و غیرمخرب.
نمونه‌برداری هسته‌ای در محل، برش/آماده‌سازی نمونه و حمل ایمن به آزمایشگاه.
ارائه گزارش رسمی فنی شامل: مشخصات نمونه، روش اجرا، نمودارها، محاسبات E و ν، عدم قطعیت‌ها و تفسیر مهندسی قابل ارائه به کارفرما/ناظر/منابع مناقصه.
خدمات مشاوره‌ای جهت انتخاب مدول مناسب برای تحلیل سازه‌ای و تطبیق نتایج آزمایش با آیین‌نامه‌های طراحی.
پرسنل متخصص، دستگاه‌های کالیبره و امکان صدور گواهی/تاییدیه کیفیت تست برای مستندات پروژه.