دلایل تغییر حجم بتن تازه چیست؟ همانطور که می دانید ثابت ماندن حجم بتن از عوامل حیاتی در دوام و پایداری بلندمدت سازه می‌باشد. اما گاهی تغییراتی در حجم بتن تازه دیده می شود که منجر به ایجاد ترک‌هایی در سازه شده که اغلب اوقات دیده نمی شوند. این ترک‌ها در نهایت تهدیدی برای پایداری بتن و سازه‌ها به حساب می‌آیند. از این رو در این مقاله، به بررسی انواع تغییر حجم بتن، عوامل موثر و راهکارهای کنترلی آن پرداخته خواهد شد. این موضوع اساسی برای طراحان و مهندسان سازه است تا سازه‌هایی با عمر طولانی و پایداری مطمئن ایجاد کنند.
خسارات ناشی تغییر حجم بتن تازه
تغییر حجم بتن تازه، مخصوصاً انقباض بتن، می‌تواند به مشکلات و خسارات مختلف منجر شود. برخی از این خسارات عبارتند از:
- ترک‌ها و ترک‌های سطحی: تغییر حجم بتن می‌تواند به ایجاد ترک‌های سطحی یا عمیق در ساختمان منجر شود. این ترک‌ها ممکن است منشأ نشتی آب یا ورود آب و رطوبت به داخل ساختمان باشند.
- ضررهای سازه‌ای: تغییر حجم بتن می‌تواند به تغییرات ابعادی و انقباض قطعات سازه منجر شود، که ممکن است عملکرد سازه را تحت تأثیر قرار دهد. این تغییرات می‌توانند به کمربندها، بالکن‌ها، و غیره کمک کنند.
- خسارت‌های زیبایی: ترک‌ها و تغییرات ابعادی در بتن می‌توانند به خسارت‌های زیبایی ساختمان منجر شوند و ظاهر کلی ساختمان را تخریب کنند.
- آسیب به مواد دیگر: تغییرات حجم بتن می‌تواند به مواد دیگر مانند سرامیک، چوب، یا چسب‌ها نیز آسیب بزند.
- مشکلات عملیاتی: در مواردی که تغییر حجم بتن به عنوان یک عامل زمان بندی مهم در پروژه‌ها نادیده گرفته می‌شود، ممکن است به تأخیر در اجرای پروژه، مشکلات در پایان دادن و تحویل پروژه منجر شود.
انواع تغییر حجم بتن تازه
- جمع‌شدگی پلاستیک (Plastic Shrinkage): این نوع جمع‌شدگی در زمان ریزی بتن و در حالت پلاستیک اتفاق می‌افتد، زمانی که آب از بتن به دلیل تبخیر سریع یا جذب توسط مواد در محیط خشک می‌شود. این نوع جمع‌شدگی به نسبت آب به سیمان بیشتر متوجه می‌شود.
- خشک‌شدگی (Drying Shrinkage): وقتی بتن به خشکی خشک می‌شود، این نوع جمع‌شدگی رخ می‌دهد. این افت حجم به علت از دست رفتن آب آزاد در بتن در طول زمان رخ می‌دهد.
- خودگیری (Autogenous Shrinkage): این نوع جمع‌شدگی به علت واکنش‌های شیمیایی درون بتن، به ویژه در محیطهای بدون رطوبت اتفاق می‌افتد و بدون نیاز به خشک شدن خارجی رخ می‌دهد.
- کربناسیون (Carbonation Shrinkage): این افت حجم به علت واکنش کربن دی‌اکسید موجود در هوا با آب موجود در بتن رخ می‌دهد. این واکنش می‌تواند به کربنات تبدیل شود که حجم بیشتری دارد.
این انواع جمع‌شدگی یا به عبارتی تغییر در حجم بتن به عنوان چالش‌های مهمی در طراحی و استفاده از بتن در سازه‌ها مطرح می‌شوند. اما برای کاهش اثرات منفی شناخت کافی از دلایل ایجاد آن می‌تواند از بروز آن جلوگیری نماید. از این رو برای دانستن دلایل تغییرات حجم بتن تازه، ادامه این مطلب را از دست ندهید.
5 دلیل تغییر حجم بتن تازه
همانطور که ذکر شد تغییر حجم بتن تازه یک مسئله کلیدی و چالش برانگیز در مهندسی ساختمان است که برای دوام و پایداری سازه‌ها اهمیت دارد. در ادامه مطلب به مهمترین دلایل تغییر ایجاد در حجم بتن را ذکر می‌کنیم.
-
جمع‌شدگی خمیری (پلاستیکی)بتن
جمع‌شدگی خمیری (پلاستیکی) در بتن تازه از تغییر حجم ناشی از عوامل مختلف، به خصوص خشک شدن سریع سطح بتن در شرایط مخصوصی ناشی می‌شود. این نوع تغییر حجم می‌تواند ترک‌هایی به شکل ترک‌های خمیری در سطح بتن ایجاد کند.
- خشک شدن سریع سطح بتن : این نوع ترک‌ها اساساً ناشی از خشک شدن سریع سطح بتن در شرایط خشکی و گرمی است. وقتی که رطوبت نسبی هوا پایین است و دمای هوا و بتن بالاست، می‌تواند منجر به خشک شدن سریع زیرسطح بتن شود.
- تغییرات دما : تغییرات دما نیز می‌تواند تأثیری در ایجاد ترک‌های خمیری داشته باشد. وقتی دمای بتن نسبت به دمای محیط بالا باشد و در معرض باد شدید قرار بگیرد، نرخ تبخیر آب از سطح بتن افزایش می‌یابد و می‌تواند ترک‌های خمیری را ایجاد کند.
-
هیدراتاسیون سیمان
تغییر حجم بتن بعد از سخت شدن ناشی از هیدراتاسیون سیمان و تغییرات ذاتی دارد. این تغییرات حجمی به علت هیدراتاسیون سیمان واقع می‌شوند و تحت تأثیر عوامل مختلفی هستند. این تغییرات می‌توانند شامل انبساط و یا انقباض باشند و منشأ آنها به دو عامل مهم و متضاد برمی‌گردد:
- انبساط ژل سیمان به دلیل جذب آب منفذی آزاد: هنگامی که سیمان هیدراته می‌شود، ژل سیمانی تشکیل می‌شود که به دلیل جذب آب، انبساط ایجاد می‌کند. این انبساط اولیه که در چند ماه اول رخ می‌دهد، تحت تأثیر عوامل مختلف نظیر نوع سیمان و ترکیب بتن، مقدار آب مخلوط، شرایط عملیاتی و زمان قرار دارد. انبساط اولیه به نسبت آب به سیمان نیز تعیین می‌شود و عمدتاً تغییرات حجم بتن در این مرحله اهمیت دارد.
- انقباض ژل سیمان به دلیل تقطیر آب: پس از اینکه ژل سیمان انبساط اولیه را تجربه کرد، در مراحل بعدی تقطیر آب از آن منجر به انقباض می‌شود. این انقباض نهایی به مرور زمان رخ می‌دهد و اغلب چندین سال بعد از ریزی بتن اتفاق می‌افتد.
نوع سیمان نیز تأثیر زیادی بر حرارت هیدراتاسیون دارد. سیمان‌های کم حرارت، مانند نوع IV، ممکن است انقباض نهایی بیشتری داشته باشند نسبت به سیمان‌های پورتلند معمولی. انقباض نهایی بتن معمولاً بعد از حدود ۶۰ تا ۹۰ روز از ریختن بتن رخ می‌دهد.
-
تغییرات دما موثر بر تغییر حجم بتن
تغییرات دما در بتن و روسازی‌ها اهمیت دارند و می‌توانند به مشکلات مختلفی منجر شوند. بتن مقید نشده با افزایش دما منبسط و با کاهش دما منقبض می‌شود. این تغییر حجم به عنوان تغییر حرارتی شناخته می‌شود و تأثیر مهمی در روی ترک‌خوردگی و دوام بتن دارد. لازم به ذکر است که ضریب انبساط حرارتی بتن بستگی به نوع سنگدانه‌ها و مقدار آب موجود در بتن دارد. نوع سنگدانه‌ها می‌تواند تأثیر زیادی بر ضریب انبساط حرارتی داشته باشد. به طور مثال بتن با سنگدانه‌های سیلیسی ممکن است ضریب انبساط حرارتی بالاتری داشته باشد نسبت به بتن با سنگدانه‌های آهکی.
-
نوع و میزان مواد سیمانی
نوع سیمان متاثر کننده‌ای بر تغییرات حجم ناشی از نگهداری مرطوب دارد. برخی سیمان‌ها، مانند سیمان نوع1، معمولاً انبساط بیشتری در این شرایط نشان می‌دهند. مقدار مواد سیمانی در بتن تأثیر مهمی بر تغییر حجم آن دارد. خمیرهای سیمان خالص به مراتب منبسط‌تر از ملات‌ها و بتن‌های معمولی هستند.
-
مواد افزودنی بتن و نگهداری مدام مرطوب
جایگزینی سیمان با مواد پوزولانی می‌تواند تأثیرات تغییرات حجم ناشی از نگهداری مرطوب را افزایش دهد. این مواد معمولاً انبساط بیشتری را در این شرایط ایجاد می‌کنند. با این حال، مقدار مواد سیمانی نیز اهمیت دارد. هم چنین مدت زمان نگهداری مرطوب در تأثیرات تغییرات حجم بتن اهمیت دارد. تغییرات حجم ناشی از نگهداری مرطوب ممکن است پس از چندین سال تداوم داشته و تغییرات اندکی نشان دهد.
راه های جلوگیری از ایجاد ترک‌های خمیری:
– مراقبت از شرایط زمینه: تنظیم شرایط محیطی، از جمله رطوبت و دما، می‌تواند به جلوگیری از ایجاد ترک‌های خمیری کمک کند. در شرایط گرم و خشک، از روش‌هایی مانند افزایش رطوبت نسبی محیطی یا استفاده از پوشش‌های محافظ مانند نوارهای رطوبتی برای حفظ رطوبت سطح بتن استفاده می‌شود.
– استفاده از مواد افزودنی: افزودن مواد افزودنی به مخلوط بتن می‌تواند تغییر حجم بتن و ایجاد ترک‌های خمیری را کاهش دهد. برخی از مواد افرزودنی مانند لیتیم نیتریت، لیتیم کربنات، لیتیم هیدروکسید، لیتیم آلومینیوم سیلیکات و نمک‌های باریم از موادی هستند که در آزمایش‌ها نشان داده شده باعث کاهش ترک در بتن می‌شوند.
– مدیریت خشک کردن و تراکم: ترک‌های خمیری معمولاً در مراحل ابتدایی تراکم بتن ایجاد می‌شوند. برای جلوگیری از آنها، می‌توان از روش‌هایی مانند مراقبت از مخلوط بتن تا زمان کافی پس از ریختن، مراقبت از بتن در برابر شرایط نامناسب محیطی و استفاده از روش‌های کنترل خشک کردن بتن استفاده کرد.
با این رویش‌ها و تدابیر، می‌توان از ایجاد ترک‌های خمیری در بتن تازه جلوگیری کرد و پایداری بتن و سازه‌ها را افزایش داد.
آب انداختن بتن و جمع‌شدگی ناشی از گیرش و جلوگیری از آن
بتن تازه در حالت پلاستیک تغییرات حجم مهمی را تجربه می‌کند که ناشی از چندین عامل است از جمله جذب آب، ته‌نشینی (آب انداختن)، هیدراتاسیون سیمان و تغییرات دما. این تغییرات حجم تحت تأثیر دما و رطوبت محیط پیرامونی قرار می‌گیرند. هنگامی که بتن جذب آب می‌کند و آب وارد ساختار بتن می‌شود (آب انداختن)، این عمل باعث جمع‌شدگی می‌شود. آب انداختن زیاد به همراه تبخیر سریع می‌تواند باعث جمع‌شدگی تا حدود 1 درصدی بشود. این خود دلیلی است که برای کنترل جمع‌شدگی زیاد، مهم است که توجه ویژه‌ای به عملیات آب انداختن و مدت زمان تازه‌سازی بتن داشته باشیم.
آب انداختن باید در مدت کوتاهی پس از ریختن بتن آغاز شود و تا زمانی که تراکم حداکثر مواد جامد، ممانعت سنگدانه‌ها یا گیرش باعث توقف آن نشود، ادامه یابد. بیشترین بخش از جمع‌شدگی ناشی از جذب و آب انداختن به طور معمول در یک ساعت اول پس از ریختن بتن اتفاق می‌افتد. آب انداختن زیاد به همراه تبخیر سریع یا وجود قالب‌های نشکنده، می‌تواند منجر به ایجاد جمع‌شدگی زیاد تا حدود 1 درصد شود. با توجه به وضعیت پلاستیک یا نیمه‌پلاستیک بتن در این مرحله، تنش قابل توجهی در نتیجه این جمع‌شدگی به وجود نمی‌آید.
برای جلوگیری از جمع‌شدگی ناشی از گیرش، می‌توان از روش‌هایی مانند استفاده از سنگدانه‌های اشباع، کم کردن مقدار سیمان، طراحی مخلوط‌های بتنی مناسب، و ریختن بتن در لایه‌های کم عمق با سرباره کمی استفاده کرد. این اقدامات از ایجاد جمع‌شدگی ناشی از گیرش جلوگیری می‌کنند و به پایداری بتن و سازه‌ها کمک می‌کنند.
کلام آخر
در نهایت، تغییرات حجمی ذاتی بتن تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارند و توسط مهندسان بتن باید در طراحی و اجرای سازه‌ها در نظر گرفته شوند. انتخاب نوع سیمان، ترکیب بتن، مقدار آب مخلوط، و شرایط اجرای بتن می‌تواند تأثیرات مختلفی بر روی تغییر حجم بتن داشته باشد.