آزمایش استحکام خمشی گچ

مقدمه:

منظور از استحکام خشک، استحکام مواد بعد از شکل­گیری و خشک شدن و قبل از پخت است. اهمیت استحکام خشک بدنه­های خام هنگامی مشخص می­شود که به مراحل بعدی تولید (پس از خشک شدن فرآورده­ها) توجه شود. بدنه­های خام پس از خشک شدن یا در خلال آن نباید پرداخت شود. احتمالاً به یکدیگر چسبانده و به نقاط دیگر حمل بشوند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به یک بدنه خام است. بنابراین بدیهی است که بدنه­ی خام باید استحکام کافی جهت تحمل تنش­های وارده باشد. استحکام خشک مواد بستگی عمیقی به خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد و هرچه پلاستیسیته بیشتر باشد استحکام خشک بیشتر بیشتر است. بنابراین عوامل مؤثر در  پلاستیسیته عوامل مؤثر در استحکام خشک است. از طرفی جایگزینی H+ به وسیله Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه­ی استحکام می­شود و افزایش استحکام خشک ناشی از تغییر در بافت ذرات رسی و در نتیجه افزایش تراکم بدنه­ی خام است. در ضمن جهت حداقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام برای استحکام خشک مقدار مشخصی ارائه نمی­گردد. بستگی به شکل، ضخامت و چگونگی حمل و نقل دارد. پس کلیه­ی ترک­ها و شکست­های بدنه خام ناشی از کمبود استحکام خشک نیست. بلکه طراحی نامناسب قطعه باعث ایجاد تنش در حین خشک شدن ایجاد ترک می­کند هم چنین سریع خشک شدن نیز باعث ایجاد ترک حتی در حین حمل و نقل می­شود. جهت اندازه­گیری استحکام خشک روش­های مختلفی وجود دارد که ساده­ترین آن ساخت نمونه با مقطع مستطیل است که آن را روی دو تکیه گاه قرار می­دهیم و نیروی مشخصی روی آن اعمال می­کنیم و به مرور افزایش می­دهیم تا بالاخره نمونه می­شکند.

 

 با توجه به مقدار بار، شکل نمونه، فاصله­ی تکیه­گاهها، ضریب گسیختگی که بیان­گر استحکام خشک است از رابطه زیر محاسبه می­شود:

ضریب گسیختگی (مقطع مستطیل)

ضریب گسختگی (مقطع کروی)

w : بار مورد نیاز برای شکست نمونه

L : فاصله­ی بین دو تکیه­گاه

D : قطر میله

b : عرض نمونه

h : ارتفاع نمونه (ضخامت)

عوامل مؤثر بر استحکام:

1- نسبت گچ به آب: تغییرات در نسبت گچ به آب در میزان جذب آب با استحکام و ساختار قالب تغییراتی را موجب می­شود.

2- نوع فازهای تشکیل دهنده: نوع  دارای بالاترین استحکام می­باشد.  استحکام کمتری دارد.

3- نوع گچ یا فرآوری

- اثر دما بر فرآوری گچ:     انیدرید

انیدرید III : بسیار ناپایدار است، یعنی به سرعت با آب هیدراته می­شود.

انیدرید II : به سختی در آب حل می­شود. اگر در مجاورت آب، دما را افزایش دهیم مقداری انحلال دارد. اگر دما را  تا  درجه افزایش دهیم انیدرید II داریم که کاملاً نامحلول در آب است. اگر دما بالای  باشد انیدرید I تشکیل می­دهد ولی چون تجزیه کامل نیست هم­چنان CoSo4 داریم. انیدرید I کاملاً نامحلول در آب است.

4- پارامترهای مختلف کنترل

5- دانه­بندی (ریزتر  استحکام بالاتر)

6- اندازه­ی نمونه: احتمال وجود عیوب در سطح مقطع بزرگ بیشتر از کوچک است. در استحکام 4 نقطه­ای چون سطح مقطع­های بیشتری از لحاظ ترک بررسی می­شوند، دقت بیشتری دارد ولی عدد استحکام کوچکتری را می­دهد. که این ناشی از دقت بیشتر است.

7- افزودنی­ها: کند کننده­ با افزایش نسبت گچ به آب، باعث افزایش استحکام می­شوند. شتاب دهنده‌ها باعث کاهش استحکام می­شوند.

8- میزان تخلخل

یک ترکیب برای محصول قاب گچی رطوبت ناپذیر شامل ترکیبی از اجزای اصلی زیر:

a)     گچ

b)    فلز قلیایی آلکیل سیلیکات یا پنیل سیلیکات

c)     کلسیم هیدروکسید یا کلسیم اکسید

میزان C برای خنثی کردن تنزل در استحکام محصول کافی می­باشد. محصولات، مقاومت آسته عالی، خواص آدیاباتیک و هم­چنین استحکام بالایی دارند. آنها مخصوصاً به عنوان فلزات ساختمانی مفید هستند هرچه محصولات قالب گچی نمی­توانند برای یک مکان باز برای بارندگی بکار می­روند هم‌چنین به عنوان سقف، دیوار بیرون، حمام، آشپزخانه و توالت زیرا خواص رطوبت­پذیری محصولات صرفاً برای یک مکان هم چون کف اتاق و دیوار داخلی بکار می­رود.

به تازگی میزان زیادی از گچ محصولی بود به عنوان یک محصول فرعی در گوگردزدایی گاز لوله اگزوز و افزایش استفاده مؤثر از گچ لازم می­باشد.

-      مقدار آب و گچ مصرفی در مخلوط یا دوغات در تمامی خواص مهم گچ از جمله استحکام مؤثر است. مقدار تخلخل و در نتیجه وزن مخصوص و استحکام و نهایتاً عمر قالب­ها و مقدار جذب آب قالب­ها در هنگام استفاده از آنها در خط تولید، مقدار انبساط و زمان گیرش تماماً از نسبت آب و گچ متأثرند. در عمل نسبت آب و گچ به طور کلی 75 الی 85 درصد وزنی آب به صد قسمت گچ می­باشد. این نسبت معمولاً برای قالب­های ریخته­گری بیشتر است (حدود 85 الی 90 درصد). برای تولید قالب­های مگن در خط تولید لازم است نسبت آب و گچ تا حد امکان ثابت نگه داشته شود. یک روش عملی برای تعیین نسبت گچ و آب بدین صورت است که بدون توزین به مقدار مشخصی آب مقداری گچ اضافه شود که بخشی از گچ به صورت جزیره در خارج از سطح آب قرار گیرد. به صورت همگن و یکنواخت صورت گیرد که در این شرایط نسبت آب و گچ به مقدار عادی و مناسب خود رسیده است.

 

 

-      یکی دیگر از عوامل مؤثر در زمان گیرش نحوه هم زدن دوغاب گچ و آب می­باشد. محوه اختلاط در مقدار تخلخل و استحکام مؤثر است.

 

شرح آزمایش:

هدف از این آزمایش اندازه­گیری استحکام خمشی و میزان جذب آب و درصد تخلخل است. ابتدا مقدار معینی گچ در آب می­ریزیم که برای این آزمایش 37/1 می­باشد توزین شود و با هم مخلوط گردد. دوغاب را آماده می­کنیم و بلافاصله در قالب­های گچی مخصوص ساخت خط­کشی­های استحکام می­ریزیم. پس از سفت شدن خط­کش­ها را از قالب خارج و به مدت 24 ساعت در خشک­کن با دمای  قرار می­دهیم. در گام بعدی خط­کش­ها را بر روی یک تکیه­گاه دو نقطه­ای قرار می­دهیم و بدین ترتیب حداکثر نیرویی که خط­کش­ها قادر به تحمل آن بوده و با افزایش آن بشکنند را بررسی می­کنیم. پس از شکستن نمونه­ها خط­کش­ها را از ضخامت و عرض با کولیس اندازه­گیری می­کنیم.

از رابطه­ی زیر استحکام را حساب می­کنیم:

 

 بر حسب MPa و P بر حسب نیوتن (نیروی وارد)

l (فاصله دو تکیه­گاه) بر حسب m

b (قاعده متوسط) بر حسب m

h (ارتفاع متوسط) بر حسب m

مرحله بعد به اندازه­گیری میزان جذب آب و دانسیته بالک است که به صورت زیر انجام می­شود:

ابتدا قطعات شسکته را شماره­گذاری می­کنیم و وزن خشک آن­ها را اندازه و سپس تک تک آنها را با نخ بسته و به ترازو متصل می­کنیم در ظرف حاوی آب غوطه­ور می­کنیم در این قسمت وزن غوطه‌وری آنها بدست می­آید. در گام بعدی پس از اندازه­گیری وزن غوطه­وری به مدت 20 دقیقه در آب قرار می­دهیم تا در اثر نفوذ آب، تمام حفرات آن توسط آب پر شوند و اصطلاحاً از آب اشباع شوند وزن اشباع قطعات را هم می­گیریم.

 

 

 

L(cm)

 

 (MPa)

P(kg)

(cm) 

(cm)

شماره ی قطعه

20

0.0004

0.32

5kg+700g

13.9

26.5

نمونه ی  یک

20

0.0001

0.33

5kg+700g

13.07

25.55

نمونه ی دو

20

0.0016

0.38

6kg+700g

13.93

26.125

نمونه ی سه

-

-

-

-

-

-

نمونه ی چهار

  • نمونه ی چهار ما دارای ترک بوده و در آزمایش استحکام استفاده نشد
 

 

 

0.0324 =S

 

نتایج سایر گروه ها:

%P

نسبت گچ به آب

استحکام

 

53.3%

1.15

0.36 3.9

A

49.3%

1.27

0.415 4.1

C

42.05%

1.32

0.43 3.15

D

38.08%

1.42

0.32 5.8

E

نمودارها:

 

نمودار بالا نمودار درصد جذب آب به نسبت گچ به آب است و نمودار پایین نمودار استحکام به نسبت گچ به آب است.

 

مقایسه:

افزایش نسبت گچ به آب باعث کاهش تخلخل و افزایش استحکام و کاهش جذب آب می شود. اعمال بار چون پیوسته صورت نمی گیرد، ممکن است سبب خستگی در قطعه و پایین آمدن دقت آزمایش شود. خطا در ریخته گری و عدم یکنواختی منجر به نمونه های غیر همگن می شود. استحکام از خواص ذاتی ساده نیست. با افزایش ضخامت قطعه و آّ مصرفی کم افزایش می یابد.

عوامل خطا:

1-   خطا در توزین گچ و آب

2-   خطا در اختلاط

3-   خطا در ریخته گری

4-   عدم پیوستگی اعمال بار

 

منابع:

Gypsum US10

1. تکنولوژی سرامیکهای ظریف :مهران متین- افسون رحیمی

 

فیروز رضائی ; ۱٠:۳٠ ‎ق.ظ ; ۱۳٩٠/۱٠/۱٢