جمع شدگی به خودی خود به معنی ترک خوردن بتن نیست. زمانی که تغییر شکل بتن به دلیل شرایط عضو یا اتصال به بخش های دیگر محدود شود، تنش ایجاد شده میتواند به ترک منجر شود. بنابراین، شناخت انواع جمع شدگی و عوامل موثر بر آن، اولین قدم برای کنترل این پدیده است.
جمع شدگی بتن چیست و چرا اتفاق میافتد؟
جمع شدگی بتن به کاهش حجم یا ابعاد بتن بدون اعمال بار خارجی گفته میشود. این تغییر شکل میتواند در سنین مختلف بتن و با مکانیسم های متفاوت اتفاق بیفتد.
یکی از عوامل اصلی، تغییرات آب و ساختار خمیر سیمان است. پس از اختلاط، هیدراتاسیون سیمان آغاز میشود و واکنش های شیمیایی، ساختار خمیر سیمان و وضعیت آب موجود در آن را تغییر میدهند. از طرف دیگر، خروج آب از بتن در اثر تبخیر نیز میتواند باعث کاهش ابعاد آن شود.
بنابراین، جمع شدگی بتن فقط نتیجه خشک شدن نیست و عواملی مانند نوع سیمان، نسبت آب به سیمان، مقدار خمیر، سنگدانه ها و شرایط عمل آوری نیز در آن نقش دارند. همچنین باید آن را از خزش بتن جدا دانست؛ جمع شدگی میتواند بدون بار خارجی رخ دهد، در حالی که خزش به تغییر شکل وابسته به زمان تحت بار پایدار مربوط است.
5 نوع جمع شدگی بتن؛ از جمع شدگی پلاستیک تا کربناسیون
جمع شدگی بتن بر اساس زمان وقوع و مکانیسم ایجاد، انواع مختلفی دارد. پنج نوع مهم آن شامل جمع شدگی پلاستیک، خشک شدگی، خودزا، کربناسیون و شیمیایی است. شناخت تفاوت این موارد اهمیت دارد، زیرا روش کنترل هر نوع جمع شدگی یکسان نیست.
| انواع جمع شدگی بتن | ||||
| نوع جمع شدگی | معادل انگلیسی | زمان وقوع | علت اصلی | ویژگی مهم |
| جمع شدگی پلاستیک | Plastic Shrinkage | بتن تازه | تبخیر سریع آب از سطح | بیشتر در شرایط گرم، خشک و بادخیز رخ میدهد |
| جمع شدگی خشک شدگی | Drying Shrinkage | بتن سخت شده | از دست دادن رطوبت | به رطوبت محیط و ویژگی های بتن وابسته است |
| جمع شدگی خودزا | Autogenous Shrinkage | پس از گیرش و در حین هیدراتاسیون | کاهش رطوبت داخلی و خودخشکی | در بتن با نسبت آب به سیمان پایین اهمیت بیشتری دارد |
| جمع شدگی کربناسیون | Carbonation Shrinkage | بتن سخت شده | واکنش دی اکسید کربن با محصولات هیدراتاسیون | معمولا در لایه های در معرض محیط بیشتر مطرح است |
| جمع شدگی شیمیایی | Chemical Shrinkage | حین واکنش های هیدراتاسیون | کاهش حجم ناشی از واکنش شیمیایی | در مقیاس داخلی و میکروسکوپی رخ میدهد |
چه عواملی باعث جمع شدگی بتن میشوند؟
میزان جمع شدگی بتن فقط به یک عامل وابسته نیست و ترکیبی از ویژگی های طرح اختلاط، شرایط محیطی و نحوه اجرا آن را تعیین میکند. به همین دلیل، تغییر یک جزء از بتن بدون توجه به سایر عوامل، لزوما باعث کاهش جمع شدگی نمیشود.
در طرح اختلاط بتن، نسبت آب به سیمان، مقدار آب، مقدار خمیر سیمان، نوع و دانه بندی سنگدانه ها و عیار سیمان اهمیت دارند. افزایش آب و نسبت آب به سیمان معمولا پتانسیل جمع شدگی خشک شدگی را افزایش میدهد، در حالی که سنگدانه مناسب میتواند تغییر شکل خمیر سیمان را محدود کند. نوع سیمان و استفاده از افزودنی بتن نیز میتواند رفتار بتن را تحت تاثیر قرار دهد.
شرایط محیطی مانند رطوبت نسبی، دمای محیط، دمای بتن، باد و هوای خشک نیز به ویژه بر سرعت از دست رفتن رطوبت اثر میگذارند. در مرحله اجرا نیز زمان بندی بتن ریزی، پرداخت سطح و شروع به موقع عمل آوری بتن اهمیت دارد. هرچه شرایط برای تبخیر سریع آب نامساعدتر باشد، احتمال بروز جمع شدگی پلاستیک و خشک شدگی بیشتر میشود.
رابطه جمع شدگی بتن و ترک خوردگی چیست؟
جمع شدگی بتن لزوما به معنی ترک خوردن آن نیست. اگر بتن بتواند آزادانه تغییر حجم دهد، این تغییر شکل ممکن است بدون ایجاد ترک قابل توجه اتفاق بیفتد. ترک زمانی محتمل میشود که جمع شدگی توسط اجزای اطراف یا شرایط عضو محدود شود.
در این حالت، محدود شدن تغییر شکل بتن باعث ایجاد تنش کششی در عضو میشود. اگر این تنش از ظرفیت کششی بتن بیشتر شود، ترک ایجاد خواهد شد. بنابراین، شدت جمع شدگی به تنهایی برای پیش بینی ترک کافی نیست و میزان قیدشدگی نیز اهمیت دارد.
عوامل مهم در این فرایند عبارتند از:
- میزان و سرعت جمع شدگی بتن
- میزان قیدشدگی عضو
- هندسه و ابعاد عضو
- آرماتور و اتصالات
- شرایط محیطی و رطوبتی
- کیفیت و زمان شروع عمل آوری
بنابراین نمیتوان هر ترک در بتن را به جمع شدگی نسبت داد. نوع ترک، زمان ایجاد و شرایط عضو نیز باید برای تعیین علت آن در نظر گرفته شود. ترک های ناشی از جمع شدگی میتوانند مسیر نفوذ آب و عوامل مهاجم به داخل بتن را فراهم کنند و در بلندمدت بر دوام بتن و آرماتورها اثر بگذارند.
چگونه از جمع شدگی بتن جلوگیری و آن را کنترل کنیم؟
کنترل جمع شدگی بتن با یک اقدام واحد انجام نمیشود و باید از مرحله طرح اختلاط تا اجرا و عمل آوری مورد توجه قرار گیرد. مهم ترین اقدامات عبارتند از:
- کنترل آب و نسبت آب به سیمان: استفاده از مقدار آب مناسب در طرح اختلاط بتن میتواند پتانسیل جمع شدگی را کاهش دهد.
- انتخاب سنگدانه مناسب: سنگدانه با کیفیت و دانه بندی مناسب میتواند تغییر شکل خمیر سیمان را محدود کند.
- کنترل عیار سیمان و مقدار خمیر: افزایش بی دلیل مقدار خمیر میتواند بر جمع شدگی اثر بگذارد؛ بنابراین عیار سیمان باید متناسب با نیاز طرح انتخاب شود.
- کنترل شرایط بتن ریزی: در هوای گرم، خشک یا بادخیز باید از تبخیر سریع آب سطح بتن جلوگیری شود.
- شروع به موقع عمل آوری: اجرای صحیح عمل آوری بتن به حفظ رطوبت و کاهش جمع شدگی ناشی از خشک شدن کمک میکند.
- کنترل دما: کاهش اختلاف دمای بتن و محیط و جلوگیری از تغییرات شدید دمای بتن میتواند تغییرات حجمیرا محدود کند.
- استفاده از درزهای کنترلی: درز بتن میتواند محل تغییر شکل و ترک های ناشی از جمع شدگی را در بخش های مشخص کنترل کند.
نقش الیاف و افزودنی ها در کنترل جمع شدگی بتن
در کنار اصلاح طرح اختلاط و اجرای صحیح عمل آوری، برخی افزودنی ها و الیاف میتوانند برای کنترل جمع شدگی یا ترک های ناشی از آن مورد استفاده قرار گیرند. البته کاهش مقدار جمع شدگی با کنترل ترک یکسان نیست. بنابراین انتخاب بین افزودنی کاهنده جمع شدگی و انواع الیاف بتن باید بر اساس نوع جمع شدگی، شرایط بتن و هدف مورد نظر انجام شود. به طور کلی، الیاف بتن مانند الیاف فولادی یا الیاف PP بیشتر برای کنترل و محدود کردن ترک های ناشی از تغییر شکل بتن به کار میروند، در حالی که افزودنی های کاهنده جمع شدگی با هدف کاهش خودِ میزان جمع شدگی استفاده میشوند. انتخاب هر روش باید بر اساس نوع جمع شدگی، شرایط بتن و هدف مورد نظر انجام شود.
| مقایسه نقش الیاف و افزودنی ها در کنترل جمع شدگی بتن | ||
| روش | نقش اصلی | نکته مهم |
| افزودنی کاهنده جمع شدگی | کاهش میزان جمع شدگی، به ویژه جمع شدگی خشک شدگی | جایگزین طرح اختلاط مناسب و عمل آوری نیست |
| الیاف پلی پروپیلن PP | کنترل ترک های اولیه، به ویژه در بتن تازه | بیشتر برای کاهش بازشدگی ترک ها کاربرد دارد |
| الیاف فولادی | افزایش ظرفیت کششی و کنترل ترک | اثر آن به نوع، مقدار و نحوه توزیع الیاف بستگی دارد |
مقدار جمع شدگی بتن چقدر است و چگونه اندازه گیری میشود؟
مقدار جمع شدگی بتن یک عدد ثابت نیست و به شرایط طرح و محیط بستگی دارد. عواملی مانند نسبت آب به سیمان، نوع و مقدار سیمان، سنگدانه ها، رطوبت محیط، ابعاد عضو و نحوه عمل آوری میتوانند مقدار جمع شدگی را تغییر دهند.
جمع شدگی معمولا به صورت کرنش جمع شدگی و در مقیاس microstrain بیان میشود. برای اندازه گیری آن، تغییر طول نمونه در یک دوره مشخص ثبت و نسبت تغییر طول به طول اولیه محاسبه میشود.
برای اندازه گیری تغییر طول بتن سخت شده، استاندارد ASTM C157 یکی از روش های شناخته شده است. در این روش، تغییر طول نمونه در شرایط مشخص اندازه گیری میشود. برای بررسی جمع شدگی خودزا نیز روش های آزمایشگاهی جداگانه مانند ASTM C1698 مورد استفاده قرار میگیرند.
| عوامل موثر بر مقدار جمع شدگی بتن | |
| عامل | تاثیر بر مقدار جمع شدگی |
| نسبت آب به سیمان | نسبت بالاتر معمولا پتانسیل جمع شدگی بیشتری ایجاد میکند |
| مقدار و نوع سنگدانه | سنگدانه مناسب میتواند تغییر شکل خمیر سیمان را محدود کند |
| رطوبت محیط | رطوبت پایین تر معمولا جمع شدگی خشک شدگی را افزایش میدهد |
| عمل آوری | عمل آوری مناسب میتواند از کاهش سریع رطوبت جلوگیری کند |
| ابعاد عضو | ضخامت و اندازه عضو بر سرعت و میزان خشک شدن اثر میگذارد |
جمع شدگی بتن چه تفاوتی با خزش دارد؟
جمع شدگی و خزش هر دو از تغییر شکل های وابسته به زمان بتن هستند، اما علت ایجاد آنها متفاوت است. جمع شدگی بتن میتواند بدون اعمال بار خارجی رخ دهد، در حالی که خزش بتن به تغییر شکل تدریجی عضو تحت بار پایدار مربوط است.
بنابراین، اگرچه هر دو پدیده میتوانند بر تغییر شکل و رفتار بلندمدت بتن اثر بگذارند، نباید جمع شدگی را با خزش بتن یکسان در نظر گرفت.
| مقایسه جمع شدگی بتن و خزش بتن | ||
| ویژگی | جمع شدگی بتن | خزش بتن |
| علت اصلی | تغییرات رطوبتی و داخلی بتن | اعمال بار پایدار |
| نیاز به بار خارجی | ندارد | دارد |
| نوع تغییر شکل | کاهش حجم یا ابعاد | تغییر شکل تدریجی تحت بار |
| عوامل موثر | رطوبت، طرح اختلاط، دما و عمل آوری | مقدار بار، سن بتن، رطوبت و شرایط عضو |
جمع شدگی بتن چه مشکلاتی ایجاد میکند؟
جمع شدگی بتن در صورت کنترل نشدن میتواند علاوه بر تغییر ابعاد، باعث ایجاد ترک و کاهش دوام عضو شود. شدت این مشکلات به مقدار جمع شدگی، میزان قیدشدگی و شرایط محیطی بستگی دارد.
مهم ترین پیامدهای جمع شدگی بتن عبارتند از:
- ایجاد ترک در بتن و آسیب به ظاهر سطح
- تغییر ابعاد و ایجاد تغییر شکل در اعضای بتنی
- افزایش نفوذپذیری و ورود رطوبت و عوامل مهاجم
- افزایش احتمال کربناسیون بتن و در ادامه خوردگی میلگرد و آرماتور
- کاهش دوام بتن در صورت گسترش و بازشدگی ترک ها
- ایجاد مشکلات بیشتر در اعضایی که تغییر شکل آنها توسط اتصالات یا اجزای اطراف محدود شده است
بنابراین، کنترل جمع شدگی فقط برای جلوگیری از ترک های ظاهری اهمیت ندارد و میتواند در حفظ دوام و عملکرد بلندمدت عضو بتنی نیز موثر باشد.
جمع بندی
جمع شدگی بتن یک تغییر شکل طبیعی است که میتواند در مراحل مختلف و به دلایل متفاوتی مانند از دست دادن رطوبت، هیدراتاسیون و تغییرات داخلی بتن رخ دهد. شناخت نوع جمع شدگی و عوامل موثر بر آن، در انتخاب روش مناسب برای کنترل این پدیده اهمیت دارد.
کنترل نسبت آب به سیمان، طرح اختلاط مناسب، انتخاب سنگدانه، اجرای صحیح بتن ریزی و عمل آوری، کنترل شرایط محیطی و استفاده متناسب از الیاف و افزودنی ها میتواند به کاهش جمع شدگی یا کنترل ترک های ناشی از آن کمک کند. در نهایت، جمع شدگی به تنهایی به معنی ترک خوردن بتن نیست و میزان قیدشدگی عضو و شرایط اجرایی نیز باید در ارزیابی آن در نظر گرفته شود.
