رابطه بین مقاومت و تخلخل

به طور کلی رابطه اساسی معکوسی بین مقاومت و تخلخل یک جسم جامد برقرار است. به عنوان مثال در یک ماده همگن این رابطه به صورت

(1-3)

S=S0 e-kp

می باشد که در آن  S مقاومت ماده دارای تخلخل p ، .S مقاومت ذاتی ماده در حالت تخلخل صفر، و  kمقدار ثابتی است. برای بسیاری از مصالح، رابطه بین    و تخلخل از یک شکل منحنی تبعیت می کند. به عنوان مثال منحنی نشان داده شده در شکل (۳- الف) برای سیمانهایی با عمل آوری معمولی و سیمانهای اتوکلاو شده و با سنگدانه های مختلف به دست آمده است. در واقع رابطه بین مقاومت و تخلخل برای محدوده وسیعی از مواد نظیر آهن، فولاد زنگ نزن، گچ کشته، آلومین تف جوش و زیرکونیا صادق می باشد. (شکل ۳-۱-ب). پاورز (۱) در تحقیقاتش بین مقاومت فشاری ۲۸ روزه  fcسه مخلوط متفاوت ملات از یک سو، و نسبت بین ژل به فضای خالی، و یا بین محصولات جامد ناشی از هیدراتاسیون در سیستم و کل فضای خالی، رابطه زیر را به دست آورد:

(2-3)

fc=ax3

که در آن (a) مقاومت ذاتی مواد در تخلخل ( p) برابر با صفر، و (x) نسبت بین جامد و فضای خالی یا میزان مواد جامد در سیستم است که برابر با (p-1) می باشد. نتایج آزمایشهای پاورز در شکل (3- 1 – ج) نشان داده شده است. او میزان ضریب a را برابر MPa ۲۳۴ به دست آورده است. شباهت سه منحنی شکل (3-۱) رابطه عمومی بین تخلخل و مقاومت جسم جامد را تأیید می کند.

رابطه ساده ای که بین تخلخل و مقاومت در حجم یا ملات سیمان سخت شده موجود است در بتن پیچیده تر است. وجود ریز ترکها در ناحیه انتقال و فصل مشترک بین خمیر سیمان و درشت دانه ها پیش بینی مقاومت را از روی ارتباط دقیق تخلخل – مقاومت مشکل می سازد. بهر حال اعتبار عمومی رابطه تخلخل – مقاومت قابل استناد است زیرا که تخلخل اجزای و بتن از جمله تخلخل ناحیه انتقال نیز در محدودیت مقاومت شرکت دارد. در بتن دارای سنگدانه های با مقاومت بالا و تخلخل کم، مقاومت مواد وابسته به مقاومت خمیر سخت شده و مقاومت ناحیه انتقال می باشد. عموما در سنین اولیه، مقاومت ناحیه انتقال از مقاومت خمیر کمتر است و در دراز مدت این پدیده معکوس می گردد.

شکل3-1-(الف)رابطه تخلخل و مقاومت در جامدات ؛(ب)سیمانهای عمل آوری شده به صورت معمولی،اتوکلاو شده،وسنگدانه ها(ب) آهن ، فولاد زنگ نزن،گچ،آلومینا و زیرکونیا(ج)ملاتهای سیمان پرتلند با نسبتهای اختلاط متفاومت