انواع جمع شدگی بتن و روش های جلوگیری از آن

جمع شدگی خصوصیت ذاتی بتن است. جمع شدگی بتن را می توان به صورت تغییرات حجم در بتن به دلیل از دست دادن رطوبت در مراحل مختلف به دلایل مختلف تعریف کرد.

انواع جمع شدگی بتن به شرح زیر می باشد :

• جمع شدگی پلاستیک
• جمع شدگی به صورت خشک شدن
• جمع شدگی خودبخودی
• جمع شدگی کربناسیون

جمع شدگی پلاستیک بتن

گاهی بعد از بتن ریزی، آب مورد نیاز برای کسب مقاومت بتن از روی سطح سازه تبخیر و وارد اتمسفر می شود. این موضوع ترک هایی را در سطح سازه ایجاد خواهد کرد. دلیل دیگر ترک های ناشی از جمع شدگی پلاستیک، جذب آب بتن توسط سنگدانه ها است. ذرات سنگدانه ها یا آرماتورها دچار نشست می شوند و به همین دلیل ترک ها در سطح سازه یا به صورت داخلی در اطراف سنگدانه ها شکل می گیرند. در کف ها و روسازی ها که سطح بیشتری در معرض باد و نور خورشید قرار می گیرد، سطح به سرعت خشک شده و جمع شدگی پلاستیک رخ می دهد.

در حالتی که طرح اختلاط، نسبت آب به سیمان بالایی داشته باشد، آب جریان پیدا می کند و آب افتادگی اتفاق می افتد. آب اضافی در سطح دال جمع خواهد شد. این آب در شرایط آب و هوایی خشک باعث خشک شدگی سطح و شکل گیری ترک هایی در آن می شود.

پیشنهاد مطالعه : انواع افزودنی شیمیایی بتن

شکل 1- جمع شدگی پلاستیک بتن

جلوگیری از جمع شدگی پلاستیک بتن

تدابیر زیر را می توان برای جلوگیری از جمع شدگی بتن به صورت پلاستیک اتخاذ کرد:

1- میتوان سطح را با کمک ورقه های پلی اتیلن پوشاند و از این طریق از خروج آب از سطح دال جلوگیری کرد. جلوگیری از تبخیر آب مانع جمع شدگی پلاستیک می شود.

2- ویبره ی مناسب بتن می تواند از جمع شدگی پلاستیک جلوگیری کند.

3- می توان با استفاده از پودر آلومینیوم از جمع شدگی پلاستیک در سازه های بتنی کاست.

4- استفاده از سیمان انبساطی هم می تواند در کنترل جمع شدگی پلاستیک مؤثر باشد.

جمع شدگی به صورت خشک شدن بتن

این نوع از جمع شدگی بتن به دلیل از دست رفتن آب جذب سطحیِ ژل کلسیم سیلیکات هیدرات (C-S-H) و همچنین به دلیل کاهش  تنش هیدرواستاتیک در حفرات ریز اتفاق می افتد. تورم پدیده ی مخالف جمع شدگی است. این جمع شدگی عمدتا به دلیل تغییر شکل خمیری رخ می دهد، بنابراین سختی سنگدانه ها هم بر آن اثرگذار است. اکثر انواع جمع شدگی به صورت خشک شدن، در اولین ماه های عمر سازه ی بتنی اتفاق می افتند. خروج آب از بتن که در حفرات هوای غیراشباع ذخیره شده است، باعث ایجاد این نوع جمع شدگی می شود. بخشی از این جمع شدگی ایجاد شده را میتوان با غرق کردن بتن در آب به مدت مشخص جبران کرد. به این کار انتقال رطوبت می گویند.

این مقدار را می توان با فرمول زیر محاسبه کرد:

(𝐸𝑠 = 0.00125 (0.90 − ℎ

که در آن 𝐸𝑠 کرنش جمع شدگی و h رطوبت نسبی است.

سرعت این جمع شدگی به مرور زمان کاهش پیدا می کند. حدود 14 تا 34 درصد از این جمع شدگی در 2 هفته ی اول و 40 تا 70 درصد از آن در 3 ماه اول عمر بتن اتفاق می افتد. حدود 80% از جمع شدگی هم در سال اول عمر بتن ایجاد خواهد شد.

شکل 2- جمع شدگی به صورت خشک شدن بتن

عوامل مؤثر بر جمع شدگی به صورت خشک شدن بتن

عوامل زیر مهمترین عواملی است که بر جمع شدگی خشک شدن بتن از انواع جمع شدگی بتن تأثیر می گذارند:

1- انتخاب مصالح

عناصر تشکیل دهنده ی بتن باید کیفیت خوبی داشته باشند تا از عدم جمع شدگی اطمینان حاصل شود. مشخصات کیفی عناصر تشکیل دهنده ی بتن باید مطابق با آیین نامه ها و استانداردهای محلی باشد.

2- نسبت آب به سیمان

نسبت آب به سیمان بالاتر، احتمال وقوع جمع شدگی را افزایش می دهد. با افزایش نسبت آب به سیمان، مقاومت خمیر و سختی کل کاهش پیدا می کند؛ بنابراین جمع شدگی با افزایش آب افزایش پیدا میکند.

3- شرایط محیطی

رطوبت نسبی محل، نقش مهمی در جمع شدگی به صورت خشک شدن در سازه ی بتنی ایفا می کند. با افزایش رطوبت در محیط پیرامون سازه، جمع شدگی هم کاهش پیدا می کند.

4- مقدار سیمان

سرعت جمع شدگی با افزایش مقدار سیمان، افزایش پیدا خواهد کرد.

5- سنگدانه ها

اندازه ی سنگدانه ها هم بر وقوع جمع شدگی به صورت خشک شدن تأثیر می گذارد. افزایش اندازه ی سنگدانه ها، جمع شدگی را کاهش می دهد. شکل سنگدانه تأثیر محسوسی بر مشخصات جمع شدگی بتن نخواهد داشت. سنگدانه هایی که سطح خشنی دارند، در برابر جمع شدگی مقاومت می کنند.

6- نوع سیمان مورد استفاده در مخلوط

با توجه به اینکه از سیمان های مختلفی استفاده می شود، جمع شدگی بتن های مختلف هم متفاوت است. سیمان زود گیر به سرعت سخت خواهد شد، بنابراین جمع شدگی آن در شرایط مشابه نسبت به سیمان پورتلند معمولی بیشتر است. سیمان زودگیر نیازمند آب و ریزدانه ی بیشتری است که باعث جمع شدگی بیشتری خواهد شد. استفاده از سیمان ضد جمع شدگی می تواند به کاهش یا حذف ترک های جمع شدگی کمک کند.

7- افزودنی های بتن

اضافه کردن کلسیم کلرید به عنوان افزودنی به مخلوط بتنی، جمع شدگی را افزایش خواهد داد؛ اما این میزان جمع شدگی زمانی که آهک را جایگزین آن کنیم، کاهش پیدا خواهد کرد.

8- دیگر عوامل

روش عمل آوری با بخار، اثر کمی بر جمع شدگی دارد؛ اما زمانی که در فشارهای بالا انجام شود، اثر خود را نشان می دهد.

پیشنهاد مطالعه : انواع افزودنی معدنی بتن و تاثیر آنها بر بتن

جمع شدگی خود به خودی در بتن

این نوع از جمع شدگی بتن تغییر حجمی است که حتی بعد از سخت شدن بتن هم ادامه پیدا می کند. این پدیده ممکن است به شکل جمع شدگی یا به شکل تورم رخ دهد. وقتی آب وجود داشته باشد، هیدراسیون تسهیل می شود. هنگامی که رطوبتی برای این هیدراسیون وجود نداشته باشد، در بتن تورم ایجاد می شود.

این نوع جمع شدگی نتیجه ی خارج شدن آب از حفرات مویینی است که در داخل بتن وجود دارند. فرآیند هیدراسیون عامل خروج این آب از حفرات مویینی است. آب برای هیدراسیون سیمان هیدرولیکی ضروری است. این فرآیند جذب آب از حفرات مویینه برای انجام هیدراسیون سیمان، خشک شدن خود به خود نامیده می شود.

این جمع شدگی در داخل اعضای بتنی رخ می دهد. مقدار جمع شدگی خود به خودی در حدود 100 در x 10^-6است.

شکل 3- جمع شدگی خود به خودی بتن

عوامل مؤثر بر جمع شدگی خود به خودی

1- دما

با افزایش دما، نرخ جمع شدگی خود به خودی که به فرآیند هیدراسیون وابسته است، افزایش پیدا میکند.

2- مقدار سیمان

هر چه مقدار سیمان در مخلوط بتنی بیشتر باشد، جمع شدگی خود به خودی هم بیشتر خواهد بود. صرف نظر از مقدار آب موجود در مخلوط، فرآیند هیدراسیون تا هیدراته شدن سیمان غیر هیدراته ی موجود ادامه پیدا خواهد کرد. هر چه مقدار سیمان بیشتر باشد، سیمان بیشتری هم هیدراته خواهد شد.

3- ترکیب سیمان

سیمانی که دارای مقدار زیادتری کلسیم آلومینات (C3A) و تترا کلسیم آلومینو فریت (C4AF) باشد، آب رفتگی خود به خودی را افزایش می دهد. این ترکیب خاص شکل گیری فرآورده های هیدراسیون را تسهیل می کند.

4- افزودنی های معدنی

اضافه کردن افزودنی های معدنی فرآیند هیدراسیون را افزایش داده و در نتیجه جمع شدگی خود به خودی را هم افزایش می دهد. افزودنی های معدنی نظیر خاکستر آتشفشانی سطح بیشتری داشته و واکنش بیشتری نشان می دهند و در نتیجه فرآورده های هیدراسیون با کیفیت تولید می شوند. در این صورت نیاز به آب بیشتری از حفرات مویین وجود خواهد داشت؛ بنابراین تغییر حجم بتن به دلیل جمع شدگی افزایش پیدا خواهد کرد.

جمع شدگی کربناسیون در بتن

احتمال بالایی وجود دارد که بتن با گازهای جوی مانند کربن دی اکسید واکنش نشان دهد. این واکنش در حضور رطوبت انجام می گیرد. این واکنش به تشکیل کربنات منجر می شود. کلسیم هیدروکسید در بتن که فرآورده ی جانبی واکنش هیدراسیون سیمان است به وفور در بتن یافت می شود. این کلسیم هیدروکسید با کربن دی اکسید هوا واکنش داده و ایجاد کلسیم کربنات می کند. این کار منجر به کربناته شدن سطح بتن یا اسیدی شدن آن می شود. این فرآیند کربناسیون نامیده می شود. این فرآیند باعث جمع شدگی سطح می شود. ممکن است این فرآیند در طول دوره ی بهره برداری سازه ی بتنی اتفاق افتد. جمع شدگی کربناسیون در مناطقی دیده می شود که رطوبت متوسطی دارند.

شکل 4- جمع شدگی کربناسیون بتن

فرآیند کربناسیون به تجزیه ی بعضی از ترکیبات سیمانی منجر خواهد شد. کربنات هایی که در کربناسیون شکل گرفته اند حفرات را پر کرده و در نتیجه نفوذپذیری بتن را کاهش خواهند داد. با کاهش نفوذپذیری، مقاومت افزایش پیدا می کند؛ اما وقتی جمع شدگی کاملا یا تا حدودی به دلیل محدودیت های داخلی یا خارجی محدود شود، ترک خوردگی ایجاد می شود. این ترک ها ناشی از تنش های کششی هستند.

منبع :

از مقالات تحلیلی گروه آموزشی 808، ترجمه توسط مهندس علی اکبر خلیلی