ترک بتن ناشی از وجود قید در برابر انقباض (افت) خشک شدن اولیه و بلند مدت

در این مقاله قصد داریم به بررسی ترک بتن ناشی از وجود قید در برابر انقباض (افت) خشک شدن اولیه و بلند مدت بپردازیم ؛ با ما همراه باشید.

هنگامی که فرآیند انقباض بتن توسط قسمت های دیگری از سازه یا توسط مصالح بتن مقید می شود تنش های کششی ایجاد خواهند شد و هنگامی که این تنش ها از مقاومت کششی بتن تجاوز کنند ترک ایجاد می شود. همچنین در عناصر بتنی عظیم ، تنش های کششی مضاعفی ناشی از اختلاف انقباض سطح و مرکز بتن ایجاد می شوند. انقباض بیشتر در سطح باعث رشد ترک شده که ممکن است به مرور زمان در بتن به صورت عمیق تری نفوذ نماید.

افت یا انقباض ناشی از خشک شدن ، ممکن است به صورت کاهش در حجم بتن ناشی از دست دادن فیزیکی و شیمیایی آب در طی مراحل سخت شدن و در معرض هوای غیر اشباع رخ دهد. انقباض زمانی رخ می دهد که قسمتی از آب خمیر سیمان در اثر تبخیر و قسمتی دیگر در اثر ترکیب شیمیایی هیدراسیون سیمان از بین رود و به واسطه ی کاهش حجم ، ترک هایی در بتن ایجاد می شود و در صورتی که بتن در یک جهت مقید باشد ، از مقاومت کششی بتن تجاوز می کند.

در بسیاری از اعضای بتنی که ممکن است به دلایل تئوری انتظار ترک وجود داشته باشند هیچ ترکی رخ نمی دهد یا اندازه ترک ها کوچک تر از آنچه مورد انتظار است می باشد. این موضوع ممکن است به دلیل داده های زیادی که مهندسین از کارهای تحقیقاتی بر روی بلورهای کوچک غیر مسلح با حداکثر سایز مصالح به دست می آورند باشد. همچنین نسبت رطوبت و درجه حرارت در نمونه های آزمایشی معمولا با آنچه در شرایط محل به کار می رود متفاوت است. علاوه بر این ، ابعاد عضو اثر مهمی در نرخ کاهش آب بتن دارد. همچنین کرنش ناشی از انقباض خشک شدن در کل ابعاد اعضای بتنی ، نرخی آرام داشته که در آسودگی ناشی از خزش می تواند سودمند و مفید واقع گردد.

کرنش های ایجاد شده ناشی از اندرکنش حرارتی اولیه از کرنش های ناشی از انقباض خشک شدن بلند مدت خیلی بیشتر هستند و علت عمده برای بروز ترک های اولیه در دیوارهای برگشتی و مشابه آن در سازه های پل های بتن مسلح ، همین کرنش ها می باشند. اندازه گیری های بلند مدت در برخی سازه های بتن مسلح بزرگ نشان می دهند که کرنش های ناشی از انقباض خشک شدن بعد از 5 سال به حدود 30*10^-6 می رسد. چون ظرفیت کرنش کششی در بتن سخت شده در محدوده 80-150*10^-6 است واضح است که انقباض خشک شدن بلند مدت به تنهایی نمی تواند مقدمه ای برای بروز ترک بدون در نظر گرفتن بارهای وارده باشد.

اگر میلگرد گذاری دقیق و تعبیه درزهای انبساط به طور موثر و کافی انجام گیرد سهم حرکت انقباض ناشی از خشک شدن در انتشار ترک ، اغلب کوچک خواهد بود. هنگامی که ترک های انقباض خشک شدن بلند مدت به صورت غیر قابل قبول ایجاد شود این ترک ها را معمولا می توان به طرح اختلاط ، خواص و نسبت در اجزای اصلی و اجرای عملی نسبت داد. همچنین انقباض در یک مخلوط بتنی ، متاثر از عوامل دیگری از جمله تاریخچه ی درجه حرارت ، روش های عمل آوری بتن ، نسبت رطوبت و نسبت سطح واقع شده در نما می باشد. آبی که در معرض تبخیر از سطح بتن قرار دارد تمایل بیشتری به ایجاد انقباض ناشی از خشک شدن دارد.

نوع و ریزی سیمان اثر کمی بر ایجاد ترک های انقباض خشک شدن دارد. جدا از مزایای آشکار اقتصادی استفاده از مصالح ، استفاده بیشتر از آن در مخلوط بتن اثر کاهنده ی بیشتری در انقباض خشک شدن سیمان های با چسبندگی بالا دارد زیرا مقدار مواد ریز دانه را در واحد حجم کاهش می دهد. حجم آب بتن و در نتیجه ، انقباض ناشی از خشک شدن بلند مدت را می توان با استفاده از مواد افزاینده کارایی (برای یک مقدار کارائی معلوم) و مصالح با کمترین سطح مخصوص به حداقل رسانید. (در این رابطه ، مصالح گرد گوشه بهتر هستند) وجود چنین مخلوطی در انقباض خشک شدن تاثیر می گذارد زیرا برای همان کارائی ، مقدار آب لازم در مخلوط را کاهش می دهد. کاهش در حجم آب معمولا امکان پذیر است ولی در کلی ترین حالت ، کاهش آب و استفاده از مواد دیرگیر در مخلوط ها نتیجه ی کاهنده ای در انقباض خشک شدن نخواهد داشت. به عنوان مثال کلرید کلسیم شبیه یک افزودنی زودگیر کننده ، انقباض خشک شدن و به میزان زیادی خطر فساد و خوردگی آرماتور را افزایش می دهد. در حقیقت مواد موجود در مخلوط ها متفاوت بوده و در انواع مشخص در مخلوط بتن توصیه می شوند و همیشه باید از راه تولید به دست آیند.

از دست رفتن آب به واسطه ی تبخیر ، علت عمده ی انقباض خشک شدن است. بنابراین نسبت رطوبت در هوای اطراف بتن نقش عمده ای در این تبخیر به عهده دارد. همانگونه که نسبت رطوبت کاهش می یابد نرخ و میزان آب از دست رفته از سطح بتن افزایش می یابد.

همچنین در شرایط وزش باد ، این نرخ بیشتر افزایش می یابد. این مکانیزم ادامه داشته و تا وقتی که درصد رطوبت به حدود 95% برسد برعکس می شود ؛ اگر درصد رطوبت در حدود 95% باقی بماند بتن ممکن است آب را جذب کرده و به جای انقباض ، انبساط پیدا کند.

معنای عمل آوردن بتن ، نگهداری یا لااقل به تاخیر انداختن خشک شدن رطوبت طبیعی داخل خلل و فرج بتن است که به هر دو عمل هیدراسیون (و بنابراین به دست آوردن مقاومت کششی و فشاری) و نیز به تاخیر انداختن انقباض بتن کمک می کند. در تاخیرهای حالت دوم (انقباض) ، قالب مقاومت لازم برای حصول پایداری در کشش را به بتن می دهد. بنابراین واضح است که عمل آوری اولیه به اندازه ی کافی بسیار مهم است.

با زیاد شدن فاصله ی سطح بتن تا مرکز هسته ، نرخ کاهش رطوبت خیلی سریع کم می شود. بنابراین یک مقطع خیلی ضخیم ، آب بیشتری برای پریودهای زمانی طولانی تر نسبت به یک دال نازک را در خود نگه می دارد.

حدود پیشگیرانه برای کنترل و کاهش ترک های انقباض خشک شدن :

استفاده از مقدار آب حداقل و به کار بردن مواد کارا ساز برای جبران کاهش کارائی
استفاده از بیشترین حجم مصالح ممکن
استفاده از بیشترین سایز مصالح ممکن
استفاده از بتن با کارایی تا حد ممکن پایین همراه با سهولت در قرارگیری بتن و به دست آوردن تراکم کامل
جلوگیری کافی و عمل آوری اولیه در سطوح واقع در دید مخصوصا در سطوح مسطح و تخت
رفع قیود خارجی تا حد ممکن ، مخصوصا با تعبیه درزهای انبساط در جاهای قابل کاربرد
تهیه میلگردهای فولادی با فواصل کافی (حدود 15 سانتیمتر در دال ها) به منظور کنترل عرض ترک

برای مشخص نمودن نوع و شیوه ی مرمت یک ترک غیر قابل قبول از نوع انقباض خشک شدن ، کافیست که علت اصلی آن مشخص شود و احتمال اینکه در آینده این ترک عریض تر خواهد شد یا خیر. در تعمیر این ترک ها استفاده از مصالح صلب و سخت باید به وضعیت ها و جاهایی که یک نقص اساسی در ساخت مشاهده می شود ، محدود گردد. ترک ها را می توان بر اساس روش تعمیر ترک های خفته (غیر فعال) (Dormant Cracs) یا ترک های زنده (فعال) (Live Cracks) و بسته به حالتی که ممکن است ظاهر شوند ، تعمیر نمود.