آزمایش کنید
وسایل و مواد: مقوا، ماسه، سیمان، تشتک، آب، سیم یا توری فلزی
روش آزمایش:
۱. چهار قوطی مقوایی مکعبی شکل به ابعاد $\text{50} \times \text{50} \times \text{10}$ سانتی‌متر بسازید و آن‌ها را شماره‌گذاری کنید.
۲. دو تشتک جداگانه بردارید. در اولی $\text{5}$ پیمانه لیوان ماسه و $\text{1}$ پیمانه لیوان سیمان و مقدار کافی آب و در دومی $\text{5}$ پیمانه لیوان ماسه، $\text{2}$ پیمانه لیوان سیمان و مقدار کافی آب بریزید و خوب هم بزنید.
۳. در قوطی شماره (۱)، بتن به دست آمده در تشتک اول و در قوطی شماره (۲) از بتن تشتک دوم بریزید. سپس بگذارید تا یک هفته به حال خود باقی بمانند و خشک شوند.
۴. در هر یک از قوطی‌های شماره (۳) و (۴)، ابتدا $\text{2}$ عدد سیم یا توری فلزی با قطرهای یکسان، قرار دهید و آن‌ها را از بتن‌ها پر کنید. اجازه دهید تا یک هفته به حال خود باقی بمانند و کاملاً خشک شوند.
۵. پس از یک هفته با طراحی یک آزمایش، استحکام بتن‌های خشک‌شده را بررسی و مقایسه کنید.
توجه: قطعه‌های بتنی را هر روز با آب خیس کنید.
پاسخ و توضیح آزمایش کنید صفحه ۴۲ علوم هفتم
این آزمایش یک پروژه عالی برای درک دو مفهوم مهم در مهندسی ساختمان است: **نقش سیمان** در مخلوط بتن و **تقویت بتن** با فلز (آرماتور). 🧱
### ۱. مقایسه نسبت سیمان به ماسه (قوطی‌های ۱ و ۲)
* **قوطی ۱:** نسبت سیمان به ماسه: $\text{1}$ به $\text{5}$ (سیمان کمتر)
* **قوطی ۲:** نسبت سیمان به ماسه: $\text{2}$ به $\text{5}$ (سیمان بیشتر)
* **مشاهده و مقایسه استحکام:** انتظار می‌رود **بتن قوطی شماره $\text{2}$ استحکام و سختی بیشتری** داشته باشد. سیمان مانند **چسب** عمل می‌کند؛ هر چه مقدار سیمان نسبت به ماسه بیشتر باشد، ذرات ماسه محکم‌تر به هم متصل شده و بتن نهایی سخت‌تر می‌شود.
### ۲. مقایسه بتن معمولی و بتن مسلح (قوطی‌های ۱ و ۳)
* **قوطی ۱:** بتن معمولی (بدون سیم فلزی).
* **قوطی ۳ (یا ۴):** **بتن مسلح** (بتن همراه با سیم یا توری فلزی).
* **نکته کلیدی:** بتن در برابر **فشار** بسیار مقاوم است، اما در برابر **کشش** (نیرویی که آن را می‌خواهد بکشد یا خم کند) ضعیف است. فلز (آهن) در برابر کشش بسیار مقاوم است.
* **مشاهده و مقایسه استحکام:** اگر هر دو قطعه را خم کنید یا تلاش کنید بکشید، **بتن مسلح قوطی $\text{3}$ مقاومت بسیار بیشتری در برابر شکستن** نشان می‌دهد. سیم فلزی در داخل بتن، نیروی کششی را تحمل می‌کند و مانع از شکستن ناگهانی آن می‌شود.
### ۳. اهمیت رطوبت (توجه)
* **دلیل خیس کردن:** در طول یک هفته، واکنش شیمیایی اصلی سیمان (هیدراسیون) که باعث سختی و چسبندگی آن می‌شود، به **آب** نیاز دارد. **هیدراسیون سیمان** یک واکنش شیمیایی است که $\text{Ca}_3\text{Si}\text{O}_5$ و آب با هم واکنش داده و هیدرات‌های کلسیم سیلیکات تولید می‌کنند. اگر آب تبخیر شود، این واکنش کامل نشده و استحکام بتن کاهش می‌یابد. بنابراین، خیس کردن بتن باعث می‌شود به **حداکثر استحکام** خود برسد. 💧
