Upload
vienna
View
91
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
การเปลี่ยนรูป ( Deformation ). นางสาวกัลยาทิพย์ บัวทอง รหัสนักศึกษา 5310110034 นางสาวกานต์ชนก สาเหลา รหัสนักศึกษา 5310110036 นายการัณย์ บิลละ รหัสนักศึกษา 5310110038 ภาควิชาวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์. การเปลี่ยนรูป ( DEFORMATION). - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
การเปลี่ยนรูป ( Deformation )นางสาวกัลยาทิพย ์บวัทอง รหสันักศึกษา 5310110034นางสาวกานต์ชนก สาเหลา รหสันักศึกษา 5310110036นายการณัย ์ บลิละ รหสันักศึกษา 5310110038
ภาควชิาวศิวกรรมโยธามหาวทิยาลัยสงขลานครนิทร์
คอนกรตีในสภาพใชง้านอาจมกีารเปล่ียนรูป (DEFORMATION) โดยสาเหตท่ีุสำาคัญ 2 ประการคือ
1. การเปล่ียนรูปท่ีขึน้อยูกั่บนำ้าหนักบรรทกุ (Load Dependent deformation) ได้แก่ Elastic Strain และ Creep
2. การเปล่ียนรูปท่ีไมข่ึน้กับนำ้าหนัก (Load Independent Deformation) ได้แก่ Shrinkage และ Thermal Expansion
การเปล่ียนรูป (DEFORMATION)
1.ความเครยีดยดืหยุน่ (Elastic Strains)
เมื่อใสแ่รงลงในคอนกรตีจะเกิดหน่วยการหดตัวหรอืความเครยีด (STRAIN) ซึง่จะพบวา่คอนกรตีไมใ่ชว่สัดท่ีุมคีวามยดืหยุน่ท่ีแท้จรงิ หน่วยแรง (STRESS) ไมไ่ด้แปรผันโดยตรงกับความเครยีด ในคอนกรตี
กราฟ STRESS-STRAIN ของคอนกรตี
โมดลัูสยดืหยุน่ของคอนกรตี
โมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตี (MODULUS OF ELASTICITY), Ec เป็นตัวแสดงถึงความต้านทานต่อการเสยีรูป (DEFORMATION) ของคอนกรตีเมื่อมแีรงกดอัดมากระทำา จากการทดสอบจะพบวา่
โมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตีมค่ีาแปรเปล่ียนตามกำาลังของคอนกรตี หน่วยนำ้าหนักของคอนกรตี ตลอดจนขนาด และระยะเวลาท่ีรบั
นำ้าหนักบรรทกุ เมื่อคอนกรตีรบันำ้าหนักบรรทกุอยูใ่นชว่งใชง้าน และกระทำาในชว่งเวลาสัน้ ๆ
ซึง่อาจจะสมมติให้คอนกรตีเป็นวสัดยุดืหยุน่ (ELASTIC MATERIALS) ได้ โดยมคีวามเครยีด (ELASTIC STRAIN) เป็นสดัสว่นโดยตรงกับหน่วยแรงอัดท่ีกระทำา แต่เมื่อคอนกรตีรบันำ้าหนักบรรทกุคงค้างเป็นเวลานาน ๆ (LONG-TERM LOADING) ต้องพจิารณารวมความเครยีดแบบพลาสติก (PLASTIC STRAIN) ด้วย เพราะโมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตีจะลดลงทำาให้คอนกรตีเกิดการเสยีรูปมากขึน้
โมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตี (ต่อ)
รูปแสดงวธิกีารหาค่าโมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตี (CHU-KIA WANG, 1992)
การคำานวณหาค่าโมดลัูสยดืหยุน่
โมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตี หาได้จากอัตราสว่นของ หน่วยแรงอัดต่อความเครยีด หากำาลังต้านทานแรงอัดของคอนกรตี โดยทั่วไปความสมัพนัธน์ี้มลีักษณะเป็นรูปโค้งพาราโบลาซึง่การหาค่าโมดูลัสยดืหยุน่ของคอนกรตีนัน้ มาตรฐาน ACI และ ว.ส.ท. ใชว้ธิ ีSECANT MODULUS ซึง่คำานวณจากความลาดเอียงของเสน้ท่ีลากจากจุดเริม่ต้นกับจุดใด ๆ ท่ีต้องการหา ซึง่มกัพจิารณาท่ีจุดซึง่มีหน่วยแรงอัดเท่ากับ 45% ของหน่วยแรงอัดสงูสดุ ( 0.45 fc′ ) บนเสน้สมัพนัธร์ะหวา่ง หน่วยแรงอัดกับความเครยีด
โดยถือวา่ค่าโมดลูัสยดืหยุน่ท่ีหาโดยวธิกีารน้ีเป็นค่าโมดลูัสยดืหยุน่ท่ีแท้จรงิของคอนกรตีในชว่งใชง้าน เนื่องจากได้พจิารณารวมถึงความเครยีดแบบพลาสติกเขา้ไปด้วยมาตรฐาน ACI และ ว.ส.ท. กำาหนดสตูรสำาหรบัหาค่าโมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตี โดยให้ขึน้กับกำาลังต้านทานแรงอัดสงูสดุและหน่วยนำ้าหนักของคอนกรตี ดังสมการ
Ec= 4,270 w1.5 kg/cm2
หรอื Ec= 0.043 w1.5 MPa …….สมการท่ี 1
'cf
'cf
เมื่อEc คือ โมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตี (kg/cm2)W คือ หน่วยนำ้าหนักของคอนกรตี (ton/m3)fc′ คือ กำาลังอัดสงูสดุของคอนกรตีรูปทรงกระบอกเมื่ออายุ
28วนั (kg/cm2)
ดังนัน้ สำาหรบัคอนกรตีธรรมดา ท่ีมหีน่วยนำ้าหนัก W = 2,323 kg/m3 จะได้ตามสมการท่ี 2
Ec = 15,100 kg/cm2
Ec = 4,700 MPa ………..สมการท่ี 2
'cf
'cf
สำาหรบัการทดสอบกำาลังรบัแรงกดอัดของคอนกรตี สามารถหาค่าโมดลัูสยดืหยุน่ของคอนกรตีได้จาก อัตราสว่นระหวา่งหน่วยแรงกดอัดกับความเครยีดกดอัด บนกราฟความสมัพนัธร์ะหวา่งหน่วยแรงกดอัดและความเครยีดกดอัดของคอนกรตี ในชว่งท่ีคอนกรตีมีพฤติกรรมแบบยดืหยุน่เชงิเสน้ (LINEAR ELASTIC) ซึง่มาตรฐานASTM C469-94 ได้กำาหนดสมการในการคำานวณหาค่าโมดลูัสยดืหยุน่ของคอนกรตี ดังสมการท่ี 3 Ec = (S2 − S 1 ) /( -0.000050) ………..สมการท่ี 3
เมื่อ S1 คือ หน่วยแรงท่ีตัวอยา่งทดสอบเกิดความเครยีดกดอัดเท่ากับ 50× 10-6
mm/mm
S2 คือ หน่วยแรงท่ีมค่ีาประมาณ 40 เปอรเ์ซน็ต์ของหน่วยแรงกดอัดสงูสดุ
Ε2 คือ ความเครยีดกดอัดท่ีเกิดจากหน่วยแรง S2
2
ค่าโมดลัูสยดืหยุน่ (MODULUS OF ELASTICITY) ชนิดต่างๆ ของคอนกรตีมดัีงน้ี 1. โมดลัูสสมัผัสเบื้องต้น (Initial Tangent Modulus) คือ ค่าความลาดเอียงของเสน้สมัผัสกับโค้งตรงจุดเริม่ ซึง่เป็นค่าโมดลัูสท่ีใกล้เคียงโมดลัูสยดืหยุน่ท่ีสดุ2. โมดลัูสเสน้เชื่อมจุดเริม่กับจุดบนสว่นโค้ง (Secant Modulus ) นับเป็นค่าโมดลัูส ท่ีทำางานได้ดีในทางปฏิบติั 3. โมดลัูสสมัผัส (Tangent Modulus)
คือ ความลาดเอียงของเสน้สมัผัสกับจุดใดๆ บนเสน้สมัพนัธ์ระหวา่งหน่วยแรง และหน่วยการหดตัว
การวดัค่าโมดลัูสยดืหยุน่
ปัจจยัท่ีมผีลต่อโมดลัูสยดืหยุน่ (Ec )• อัตราการให้นำ้าหนัก- การให้นำ้าหนักท่ีเรว็ จะสง่ผลให้ ค่าโมดลูัสสงูขึน้• ระดับของหน่วยแรง- SECANT MODULUS ลดลง เมื่อหน่วยแรง
เพิม่ขึน้• กำาลังของคอนกรตี- SECANT MODULUS มค่ีามากขึน้ เมื่อกำาลัง
อัดสงูขึน้
• สภาพของก้อนตัวอยา่ง- ก้อนตัวอยา่งท่ีอยูใ่นสภาพเปียก จะให้ค่าโมดลัูสท่ี
สงูกวา่ตัวอยา่งท่ีอยูใ่นสภาพแห้ง
• คณุสมบติัของมวลรวม- มวลรวมท่ีมค่ีาโมดลัูสสงู จะสง่ผลให้ค่าโมดลัูสของ
คอนกรตีณ ระดับกำาลังอัดท่ีเท่ากับโมดลัูสยดืหยุน่ของคอนกรตีเบา จะมค่ีาเพยีง 40-50% ของคอนกรตีปกติ
ปัจจยัท่ีมผีลต่อโมดลัูสยดืหยุน่ (Ec )
Poisson’s Ratio (µ)
POISSON’S คือ อัตราสว่นของ หน่วยการหดตัวด้านขา้ง (LATERAL STRAIN) ต่อหน่วยการหดตัวในแนวแกนท่ีรบันำ้าหนัก (AXIAL STRAIN)เมื่อมกีารให้นำ้าหนัก คอนกรตีปกติจะมีค่า 0.15-0.20 คอนกรตีท่ีมค่ีาความแขง็แรงสงูจะมค่ีา POISSON’S RAITO ตำ่า
2. การคืบ (Creep)
การคืบของคอนกรตี คือ การเปล่ียนรูปของคอนกรตีภายใต้นำ้าหนักหรอืแรงกดท่ีบรรทกุค้างไวเ้ป็นเวลานาน โดยมขีอ้สนันิษฐานวา่ การคืบของคอนกรตีเกิดจาก การหดตัวของชอ่งวา่งภายในเน้ือคอนกรตี การไหลของซเีมนต์เพสต์ (VISCOUS FLOW) การไหลของผลึก (CRYSTALLINE FLOW) ในวสัดผุสม และจากการซมึของนำ้าจาก Gel เมื่อมนีำ้าหนักภายนอกกระทำาต่อคอนกรตี
รูปแสดงการคืบของคอนกรตี
ภายใต้แรงกด P
พจิารณาก้อนตัวอยา่งคอนกรตีรูปทรงกระบอกรบัแรงกด P แท่งคอนกรตีจะหดตัวทันที โดยระยะหดตัวเริม่แรก (Elastic Deformation) เป็น เมื่อปล่อยให้แรงกด P ค้างเป็นเวลานานจะพบวา่แท่งคอนกรตีจะหดตัวเพิม่อีกเป็นระยะ
ซึง่เป็นผลเน่ืองจากการคืบของคอนกรตี (Creep)
e
p
ความสมัพนัธร์ะหวา่งระยะหดตัวกับเวลา
1 .ชนิดของปูนซเีมนต์- การคืบจะเพิม่ขึน้เมื่อใชปู้นซเีมนต์ท่ีพฒันากำาลังอัดชา้
2. นำ้ายาผสมคอนกรตี - นำ้ายาลดนำ้าและลดนำ้าจำานวนมาก การคืบจะ
ใกล้เคียงกับคอนกรตีทั่วๆไป3. วสัดทุดแทนปูนซเีมนต์ - PFA และ GGBS จะชว่ยลดการคืบ
ปัจจยัท่ีมผีลต่อการคืบ
PFA หรอื Fly Ash ใชใ้นการผสมคอนกรตีเพื่อเพิม่คณุสมบติัของคอนกรตีให้ดีขึน้ PFA เป็นของแขง็เมด็กลมละเอียด ลอยขึน้มาพรอ้มกับอากาศรอ้นท่ีเกิดจากการเผาถ่านหินบดละเอียด (PULVERIZED COAL) ในโรงไฟฟา้
GGBS หรอื ตะกรนัเหล็ก (Ground Granular Blast Furnace Slag)ตะกรนัเหล็กเป็นของเหลือ (BY-PRODUCT) ของกระบวนการผลิตเหล็กโดยใชเ้ตาหลอม ตะกรนัท่ีเกิดขึน้เป็นผลจากการหลอมตัวของแคลเซยีมออกไซด์จากหินปูนกับซลิิกอนและ อะลมูนิาจากแท่งเหล็กและถ่านโค้ก (COKE)
•เพิม่เติม
4. ชนิดของมวลรวม - การคืบเกิดเนื่องจากซเีมนต์เพสต์ ดังนัน้ชนิดของ
มวลรวมมผีลต่อการคืบน้อย - หนิท่ีมคีวามแขง็มาก จะก่อให้เกิดการคืบน้อย5.ปรมิาณของมวลรวม - ยิง่ให้ปรมิาณมวลรวมมาก การคืบจะยิง่น้อย6.อัตราสว่นของหน่วยแรงต่อกำาลัง - การคืบจะผันแปรโดยตรงต่ออัตราสว่นนี้ในทกุๆ อายุ
ของคอนกรตี7.อัตราสว่นนำ้าต่อซเีมนต์ - สำาหรบัซเีมนต์เพสต์ท่ีคงท่ี อัตราสว่นนำ้าต่อซเีมนต์ท่ี
ตำ่าลงจะสง่ผลให้ การคืบลดลง
ปัจจยัท่ีมผีลต่อการคืบ(ต่อ)
8. อายุ ณ เวลารบันำ้าหนัก - สำาหรบัคอนกรตีท่ีกำาหนดให้ การคืบจะลดลง เมื่ออายุคอนกรตี ณ เวลารบันำ้าหนักท่ีเพิม่ขึน้9. ขนาดตัวอยา่ง- การเพิม่ขนาดจะก่อให้เกิดการลดลงของการคืบ ณ จุดท่ีอัตราสว่นของหน่วยแรงต่อกำาลังคงท่ี10. ความชื้น - ความชื้นสมัพทัธท่ี์สงู จะก่อให้เกิดการคืบลดลง11. อุณหภมูิ- อุณหภมูท่ีิสงูขึน้ จะก่อให้เกิดการคืบมากขึน้
ปัจจยัท่ีมผีลต่อการคืบ(ต่อ)
คือ การเปลี่ยนแปลงปรมิาตรของคอนกรตีเมื่อเกิดการสญูเสยีนำ้าหรอืเกิดปฏิกิรยิาเคมขีองสว่นผสม
3. การหดตัว (SHRINKAGE)
แบง่ออกเป็น 4 ประเภท
Plastic Shrinkage
Autogenous Shrinkage
Carbonation Shrinkage
Drying Shrinkage
• สาเหตุเกิดจากการจมตัวลงของสว่นท่ีเป็นของแขง็ในสว่นผสมและ
การสญูเสยีนำ้าจากคอนกรตีสด • ลักษณะ
จะเกิดก่อนซเีมนต์เพสต์แขง็ตัว โดยมลีักษณะแตกท่ีผิวหน้า
และจะลึกลงไปในเน้ือคอนกรตี จะเกิดในคอนกรตีท่ีเทเป็นบรเิวณกวา้ง
เชน่ ถนนคอนกรตี พื้น
Plastic Shrinkage
• เวลาการเกิดก่อนซเีมนต์เพสต์แขง็ตัว
• การป้องกัน1. ลดการสญูเสยีนำ้า2. เปลี่ยนสดัสว่นผสมเพื่อให้เกิดการยดึเกาะกันดี3. ไมค่วรทำาการเขยา่ซำ้า (REVIBRATION)
Plastic Shrinkage(ต่อ)
อ้างอิง http://www.donan.com/june-2011-newsletter
อ้างอิงhttp://buildingresearch.com.np/services/srr/srr2.php
Plastic Shrinkage
อ้างอิง http://www.cement.org/tech/faq_cracking.asp
อ้างอิงhttp://civil-engg-world.blogspot.com/2011/04/plastic- shrinkage-cracking-in-concrete.html
Plastic Shrinkage
• สาเหตุปฏิกิรยิาระหวา่งนำ้ากับปูนซเีมนต์ ก่อให้เกิดการลดลงของปรมิาตร คือ ปรมิาตรของสิง่ท่ีได้จากปฏิกิรยิาไฮเดรชัน่น้อยกวา่ปรมิาตรของนำ้ากับซเีมนต์ท่ีผสมกัน
Autogenous Shrinkage
• เวลาการเกิดในคอนกรตีท่ีก่อตัวแล้ว
• การป้องกันเปล่ียนสดัสว่นผสม โดยคอนกรตียิง่เหลวมากจะเกิดการหดตัว
ประเภทน้ีมาก
Autogenous Shrinkage(ต่อ)
Figure 1 – Chemical shrinkage and autogenous shrinkage volume changes of fresh concrete. Not to scale.
อ้างอิงhttp://www.cement.org/tech/cct_cracking.asp
• สาเหตุเกิดจากแคลเซยีมไฮดรอกไซด์ทำาปฏิกิรยิา กับ ก๊าซคารบ์อนไดออกไซด์ในอากาศ ดังสมการ
จากปฏิกิรยิานี้ก่อให้เกิดการลดลงของปรมิาตรของเพสต์และเกิดการหดตัวเกิดในคอนกรตีท่ีแขง็ตัวแล้ว
Carbonation Shrinkage
• การเกิดเกิดในคอนกรตีท่ีแขง็ตัวแล้ว
• ปัจจยัท่ีมผีล1 .ความเขม้ขน้ของก๊าซคารบ์อนไดออกไซด์2 .ความพรุนของเพสต์3 .ปรมิาณความชื้น จุดท่ีเหมาะสมท่ีสดุคือ เมื่อ
ความชื้นสมัพทัธ ์ 50-60%
Carbonation Shrinkage(ต่อ)
• การป้องกัน1 .ใชค้อนกรตีท่ีมเีน้ือแน่นมาก2. เลือกสดัสว่นท่ีอัตราสว่นนำ้าต่อซเีมนต์ตำ่า
(W/C ตำ่า)3. ทำาการบม่คอนกรตีท่ีดี
Carbonation Shrinkage(ต่อ)
Carbonation Shrinkage
อ้างอิงhttp://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/pccp/01165/03.cfm
• สาเหตุการสญูเสยีนำ้าทั้งจาก CAPILLARY และจาก GEL PORE
• การเกิดเกิดในคอนกรตีท่ีแขง็ตัวแล้ว อัตราการหดตัวชว่งแรกจะสงูและไมส่ามารถคืนกลับได้ (IRREVERSIBLE) แต่อัตราในชว่งหลังจะเกิดน้อยลง และเป็นประเภทที่กลับคืนได้ (REVERSIBLE)
Drying Shrinkage
• การลดความเสีย่งของการแตกรา้วเน่ืองจากการหดตัวทำาได้โดย1. ลดปรมิาณซเีมนต์ในสว่นผสม2. ทำาการบม่ให้เหมาะสมทั้งวธิกีารและชว่งเวลา3. ทำาแนวต่อให้เหมาะสม4. เลือกใชปู้นซเีมนต์ประเภท SHRINKAGE COMPENSATE
Drying Shrinkage (ต่อ)
Drying Shrinkage
อ้างอิง http://www.cement.org/tech/faq_cracking.asp อ้างอิง
http://leadstates.transportation.org/asr/library/C315/c315c.stm
การวดัความกวา้งของรอยแตกคอนกรตี
“ รอยแตกรา้วบนกำาแพงคอนกรตีลดความงดงามทาง
สถาปัตยกรรมของอาคารไปและยงัเป็นสาเหตใุห้เกิดการรัว่
ซมึของนำ้าฝนหรอืนำ้าใต้ดิน ยิง่ไปกวา่นัน้รอยแตกยงัเป็น
สญัญาณบอกเหตกุารณ์วบิติัซึง่อาจเกิดตามมา ดังนัน้เมื่อเกิด
รอยแตกควรจะทำาการตรวจสอบ ”
การตรวจสอบรอยรา้วนัน้ ควรจะเก็บขอ้มูลต่อไปน้ี• ตำาแหน่งของรอยรา้วในโครงสรา้ง• รูปแบบรอยแตก (แนวราบ, แนวด่ิง, แนวเฉียงทแยง
มุม,กระจายทั่ว)• ความยาว• ความกวา้ง (ลึกถึงผิวสทีา, ถึงผิวปูนฉาบ,ทะลท้ัุงกำาแพง)• อายุ• รอยรา้วยงัไมห่ยุดหรอืเคลื่อนตัว (ACTIVE,
MOVING) หรอื รอยรา้วหยุด (DORMANT)
เครื่องมอืท่ีใชใ้นการวดัรอยแตก
บรรทัดเปรยีบเทียบ (CRACK
COMPARATOR)
กล้องขยายวดัรอยแตก (GRADUATED
MAGNIFYING DEVICE)อ้างอิง http://www.civilclub.net/webboard/index.php?topic=6309.0
ปัจจยัท่ีมผีลต่อการหดตัว
4. การเปลี่ยนรูปเน่ืองจากความรอ้น
(Thermal Movement)คณุสมบติันี้ นำาไปใชป้ระโยชน์สำาหรบัการออกแบบงานฐานรากแผ่นขนาดใหญ่เชน่ เขื่อน หรอืคอนกรตีท่ีต้องสมัผัสกับอุณหภมูสิงูมากหรอืตำ่ามาก คณุสมบติัท่ีสำาคัญมดัีงนี้ 1. THERMAL CONDUCTIVITY คือ ความสามารถของคอนกรตี ท่ีจะนำาความรอ้น หน่วย : J/s/m2
ปัจจยัท่ีมผีลกระทบ:– ความหนาแน่นของคอนกรตี– อัตราสว่นนำ้าต่อซเีมนต์
ยิง่มชีอ่งวา่ง (AIR VOID) มาก คอนกรตีจะนำาความรอ้นตำ่า เชน่ คอนกรตีเบาท่ีมชีอ่งวา่งสงู จะมกีารนำาความรอ้นตำ่า เชน่ เหมาะสำาหรบังานฉนวนความรอ้น
Air Void
อ้างอิงhttp://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/pccp/01165/03.cfm
2. COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSIONคือการเปลี่ยนแปลงปรมิาตรของคอนกรตีท่ีอุณหภมูเิปลี่ยนไป
ปัจจยัท่ีมผีลกระทบ :1) สดัสว่นผสม2) ปรมิาณความชื้นคอนกรตี ณ ท่ีความชื้น
60 % จะมกีารขยายตัวสงูสดุ3) คณุภาพและคณุสมบติัของมวลรวม
4. การเปล่ียนรูปเน่ืองจากความรอ้น(ต่อ)
(Thermal Movement)
5. สรุปปัจจยัท่ีมอิีทธพิลต่อคณุสมบติัของคอนกรตี
เราได้กล่าวมาทั้งคณุสมบติัของคอนกรตีเหลวและคอนกรตีแขง็ตัวแล้ว ในหัวขอ้น้ีจะสรุปปัจจยัท่ีมอิีทธพิลต่อคณุสมบติัของคอนกรตี ซึง่แสดงได้ดังตาราง
THE END