چرا بتن ترک می خورد؟

ترک خوردگی سازه ­های بتن مسلح برای سال های متمادی موضوع بسیاری از مطالعات بوده است. ترک خوردن از موضوعات مهم می باشد زیرا منجر به تخریب زودرس سازه و خوردگی آرماتورها و در نهایت زوال مقاومت در سازه می گردد. سالیانه مبالغ بسیار زیادی جهت مقاوم سازی و بازسازی سازه های بتن مسلح ترک خوده هزینه میشود. برای طراحی یک طرح اختلاط مناسب برای سازه های بتن مسلح بدون ترک مطالعه ی تحقیقات پیشین ضروری می باشد.

این مقاله با بررسی ترکیبات مختلف مواد تشکیل دهنده بتن و همچنین روش های مورد استفاده برای کاهش و کنترل ترک های سازه های بتنی

به طور سنتی، طراحان سازه های بتن مسلح تنها به مقاومت بتن اهمیت می دادند؛ اما امروزه آن ها می دانند که دوام بتن نیز نقش اساسی در طراحی سازه های بتن مسلح ایفا می کند. به عبارت دیگر عمر بهره برداری یکی از عوامل اصلی در طراحی سازه های بتن مسلح جدید می باشد.

ترک های بتن را می توان به ترک های زیر دسته بندی کرد:

۱.ترک های زودهنگام:

این ترک های بلافاصله پس از گیرش اولیه بتن پدیدار می شوند و عمدتا به دلیل انقباظ بتن هستند.

۲.ترک های مقاومتی:

این ترک ها به دلیل ضعف مقاومت بتن در برابر بار های وارده می باشد

۳.ترک های شیمیایی

این ترک ها به دلیل تهاجم سولفات ها و کلراید و همچنین کربناتاسیون و یا واکنش های قلیایی سنگدانه ها ( سرطان بتن می باشد).
این ترک ها عمدتا بعد از ۵ الی ۱۵ سال نمایان می شوند و بسیار خطرناک هستند. در مواردی که بتن در تماس دراز مدت با خاک و یا آب باشد تشکیل این ترک ها بسیار قریب الوقوع می باشد. نمونه های این ترک ها در اسکله ها ، جزایر، جداول کنار خیابان و بسیار از فونداسیون های ساختمان ها قابل مشاهده است.

علاوه بر آن که وقوع ترک های شیمیایی به تنهایی موضوع مهم است، خوردگی و زنگ زدگی آرماتور ها که در نتیجه ترک خوردن بتن روی می دهد بسیار خطرناک تر و جدی تر است. و این موضوع در بتن های پیش تنیده اهمیت و خطر دوچندان دارد، چرا که فولاد و کابل تحت تنش بسیاری هستند.

روش تشخیص این ترک ها انجام آزمایش های شیمیایی و به دست آوردن میزان کلر موجود در بتن است.

روش جلوگیری از بروز این ترک ها:

1. کنترل کیفی مصالح (سنگدانه، آب و…) از نظر میزان سولفات ها
2. استفاده از سیمان تیپ ۵ و ۲
3.  عمل آوری کافی، مناسب و درست
4. استفاده از بتن با کیفیت بالا ( نسبت آب به سیمان پایین و تراکم  زیاد)
5. حفاظت کاتدی
6. استفاده از پوزولان های مناسب در بتن
7. استفاده از میلگرد های FRP به جای میلگرد های فولادی
8. استفاده از غشاء های آب بند

ترک های مکانیکی

این ترک ها حاصل سایش، فرسایش (در محل های عبور و مرور ) و خلاءزایی (در سازه های هیدرولیکی و سدها) در بتن می باشد

مطالعات گسترده نشان داده اند که ترک های مویی بتن قابل پیشگیری نمی باشند اما می توانند کنترل و کاهش داده شوند. ترک خوردگی زود هنگام در سازه های بتن مسلح یکی از نگرانی های اصلی می باشد زیرا منجر به تخریب ( برای مثال،خوردگی)زودرس سازه می گردد. ترک جمع شدگی (Shinkage) یک مشکل رایج است که مخصوصاٌدر سازه هایی با نسبت سطح به حجم بالا همانند عرشه پل به چشم می خورد.

برای مثال پل های دره آتش واکوواش در دریاچه مید در منطقه تفریحی آمریکا پس از گذشت شش ماه از تکمیل ساخت و سازش دچارترک خوردگی زود هنگام شدند.به ترتیب ۱۳۳ و ۹۱ ترک در بخش فوقانی و زیرین عرشه پل دره آتش وجود داشت. برای عرشه پل اکوواش تعداد ترک بیشتری(۱۵۰ ترک در بخش فوقانی و ۱۵۰ ترک در بخش زیرین )مشاهده شد.

عرض ترک خوردگی ها بین ۰۲۵ ، ۰ تا ۱،۱۴میلی مترو طول آن ها میان ۰،۲۵ تا ۶،۹ میلی مترمتغیر بودند.هزینه اضافی در مرحله اولیه ساخت و ساز(همانند الیاف و ماده افزودنی کاهنده جمع شدگی )به منظورجلوگیری از ترک خوردن در مقایسه با هزینه ی تعمیرات که اجرای آن نیز دشوار می باشد نسبتا کم می باشد بنابر این جلوگیری از زوال و تخریب از ابتذا بهتر خواهد بود.

برای مثال ، هزینه نگهداری سالانه عرشه ( درزگیری کردن ترک های عرشه با متاکریلات ) برای وزارت حمل و نقل کالیفرنیا به تنهایی تقریباٌ ۵۰ میلیون دلار می باشد، در حالی  که تنها با پرداخت  ۲ میلیون دلار بیشتر هنگام ساخت این عرشه ها می توان این معضل راحل نمود.

درک نمودن مکانیزم جمع شدگی اولین گام برای یافتن راه حل برای این موضوع می باشد. سه گونه ی رایج جمع شدگی بتن که توسط محققین متعددی مورد مطالعهعبارتند از جمع شدگی خود به خودی ، پلاستیک و خشک شدن. جمع شدگی خود به خودی به دلیل فرآیند هیدراته شدن سیمان( جمع شدگی بدون از دست دادن آب ) رخ می دهد. زمانی که نرخ از دست دادن آب از سطح از نرخ بالا زدگی آب تجاوز کند جمع شدگی پلاستیک رخ می دهد و جمع شدگی خشک شدگی به علت از دست دادن رطوبت اتفاق می افتد.صادق وزیری و حدیدی بررسی جامعی بر روی علت کنترل ترک

خوردگی عرشه پل از دیدگاه ترکیبات مواد و طراحی اختلاط انجام دادند.

در این مطلب مطالعات منتشر شده از سال ۱۹۷۰ تا ۲۰۱۷ را جهت تهیه پیشنهادات کاربردی به منظور کاهش ترک خوردگی زودرس در سازه های بتن مسلح را گردآوری نموده است .

توصیه برای طراحی عملی جهت کنترل ترک ها

بخش پیش رو لیستی از پیشنهادات برای رسیدن به بتن با ترک های کم تر در اجرا ارائه می نماید:

• به کارگیری سنگدانه ها با بزرگترین اندازه ممکن و جمع شدگی کمینه
• حداکثر سازی حجم سنگدانه
• استفاده از سنگدانه های درشت دانه و ریز دانه با وزن مخصوص بالا و با قدرت جذب به ترتیب کمتر از ۰،۵ و ۱،۵ درصد
• استفاده از سیمان تیپ
• میزان سیمان کمتر(۳kg/m 400)
• نسبت آب به سیمان کمتر ( کمتر از ۰،۴۵)
• استفاده از مواد افزودنی کاهنده جمع شدگیSRA ( 2 درصد- ۱ درصد)
• استفاده از الیاف های فولادی و مصنوعی ( کمتر از ۱ درصد)
• میزان هوای بیشتر ( حداقل ۶ درصد) و استفاده از مواد حباب هوازا
• اسلامپ کمتر( حداکثر mm70 )
• حداکثر درجه حرارت بتن ب از سطحآآ۲۷ سانتی گراد
• حداقل دمای محیط ۷ سانتی گراد
• دمای بتن حداقل ۵ تا ۱۰ درجه سانتی گراد سردتر از دمای محیط
• تفاوت دمایی حداقل C12 برای حداقل ۲۴ ساعت
• دهانه طولانی را به صورت طولی تقسیم کرده و بتن ریزی نوارها بصورت یک در میان
• شروع بتن ریزی از دهانه های میانی در تیرهای پیوسته
• بتن ریزی در سطح بالایی از رطوبت
• بتن ریزی در شرایط باد با سرعت کم
• بتن ریزی در عصر و شب
• مدت زمان عمل آوری بالا ( ۱۴ روز برای سیمان تیپ ۲)
• استفاده از عرشه های پل با دهانه ساده