بتن می تواند در یکی از سه مرحله زیر دچار ترک خوردگی شود:
1- در مرحله خمیری یا در وضعیت پلاستیک (زمانی که بتن بطور کامل در محل نهایی خود قرار نگرفته باشد).
2- در مرحله ی سخت شدگی، زمانی که بتن هنوز تازه است. (3 تا 4 هفته اول بتن ریزی)
3- در مرحله ی سفت شدگی (مقاوم شدگی) و در حال سرویس (بعد از 28 روز)
در مرحله ی پلاستیک (قبل و در حین جا دادن بتن)
بتن در این مرحله می تواند به یکی از علل زیر دچار ترک خوردگی شود:
- انقباض خمیری (جمع شدگی خمیری ی پلاستیک)
- نشست خمیری (نشست خمیری)
- نشست متفاوت در تکیه گاه ها
در مرحله ی سخت شدگی (در طی 3 تا 4 هفته اول بتن ریزی)
در این مرحله بتن ممکن است به دلایل زیر ترک بخورد:
- وجود مانع در مقابل تغییر شکل حرارتی اولیه
- وجود مانع در مقابل انقباض یا افت خشک شدن اولیه
- نشست متفاوت تکیه گاه ها
در مرحله سفت شدگی
در مرحله سفت (مقاوم) شدگی و در حالت سرویس بتن می تواند به یکی از دلایل زیر دچار ترک خوردگی شود:
- اضافه بار
- طراحی ضعیف یا دست پایین
- عدم دقت کافی در اجرا
- عدم دقت کافی در جزئیات
- نشست متفاوت در فونداسیون ها
- حمله سولفات در سیمان روی بتن
- ترک های ناشی از خوردگی فولاد
- ترک های در حین اجرا، حمل و نصب در قطعات پیش ساخته و پیش تنیده یا در اعضای بتن مسلح
- ترک های ناشی از آب و هوا
- ترک های بلند مدت انقباض یا افت خشک شدن
دسته بندی انواع متفاوت ترک در بتن
1) دسته بندی براساس علت اصلی بروز ترک
ترک های ایجاد شده در بتن براساس علت بروز ترک به شرح زیر طبقه بندی می شوند:
- ترکهای انقباض خمیری
- ترک های ناشی از نشست
- ترک های انقباض خشک شدن
- این نوع ترک ها دارای در دو دسته کلی ترک های الگودار (مانند ترک های نقشه ای) و ترکهای خطی (مانند ترک های طولی، عرضی، قطری) قرار دارند.
- ترک های سازه ای
- این نوع ترک ها عموما خطی می باشند، مانند ترک های ناشی از بار یا ترک های ناشی از تنش های حرارتی یا ترک های ناشی از نشست متفاوت و غیره.
2) دسته بندی براساس فعالیت ترک
انواع متفاوت ترک در بتن براساس فعالیت ترک در دو دسته کلی زیر قرار دارند:
- ترک های فعال
- این ترک ها عمدتا ناشی از تغییر شکل های حرارتی یا ناشی از بارگذاری هستند و خود در دو دسته سازه ای و حرارتی طبقه بندی می شوند.
- ترک های غیر فعال (خفته)
- این ترک ها به هیچ نوع تغییر شکل یا حرکتی در سازه منتسب نیستند.
3) دسته بندی براساس عرض ترک
- ترک های کوچک (با عرض حداکثر 3/0 میلیمتر)
- ترک های متوسط (با عرض 3/0 تا 5/0 میلیمتر)
- ترک های عریض (با عرض بیش از 5/0 میلیمتر)
عرض ترک
عوامل موثر در عرض ترک های خمشی در بتن مسلح عبارتند از:
- تنش های کششی در فولاد تسلیح
- ضخامت پوشش بتن
- سطح بتن دور هر کدام از آرماتورهای کششی
روش هایی براساس عوامل فوق تهیه شده است تا بتوان عرض ترک را پیش بینی کرد. به هر حال روش های کلی قابل قبولی جهت تعیین عرض ترک با یک محدوده قابل تغییر و قابل انعطاف در خمش، در برش و یا در پیچش وجود ندارد. مهندسان باید تجربه و قضاوت خود را در تعیین این حدود بکار گیرند. به عنوان یک راهنما برای مهندسان، حدود زیر برای عرض ترک ها معمولا مورد استفاده قرار می گیرد:
- ترک های خیلی کوچک (بسته): حداکثر 3/0 میلی متر
- ترک های متوسط: بین 3/0 تا 5/0 میلی متر
- ترک های باز یا عریض: بیش از 5/0 میلی متر
ترک های خیلی کوچک: این نوع ترک وجود خرابی در سازه را نشان نمی دهد. ترمیم بلافاصله لازم نیست. مشاهده و عکس برداری از ترک توصیه می شود.
ترک با عرض متوسط: خرابی و ضعف در ظرفیت سازه ای پیش بینی می شود اما در محدوده ای نیست که سازه را بلافاصله دچار شکست کند. عکس برداری و ترمیم های احتمالی ترک پیشنهاد می شود.
ترک یا عرض زیاد: ضعف قابل توجهی در ظرفیت سازه ای رخ می دهد. ترمیم سریع ترک ها پیشنهاد می شود.
بررسی انواع و علل وقوع ترک در بتن و قطعات بتنی
با مشاهده هر ترکی در قطعات و اجزای بتنی، اولین کار تشخیص نوع ترک و سپس علت ایجاد ترک می باشد. جدول 1 برای شناسایی سریع انواع متفاوت ترک در بتن کمک بسیار مناسبی خواهد بود. در شکل 1 نیز برخی از انواع متداول ترک نشان داده شده است.
شکل 1- نمونه هایی از ترک های واقعی در یک سازه ی بتنی که چگونگی و امکان وقوع هر ترک را نشان می دهد.
نوع ترک (به دلیلی بجز بارگذاری) | علامت (شکل1) | محل وقوع (مشخصه) | موقعیت شایع | دلیل اولیه | دلایل و عوامل ثانویه | علاج | زمان ظهور ترک |
ترک های نشست خمیری | A | بالای آرماتور | مقاطع عمیق | تعرق زیاد بتن | خشک شدن خیلی سریع بتن | کاهش تعرق در هوای محیط یا کنترل آن به آرامی | ده دقیقه تا 3 ساعت پس از بتن ریزی |
B | قوسها | بالای ستونها |
C | تغییر عمق | طاقهای دنده ای |
ترک های انقباض خمیری | D | قطری (معمولا در جهت باد) | راه ها و دال های بتن مسلح | خشک شدن خیلی سریع | نرخ تعرق پایین و تبخیر سریع از روی سطح | بهبود عمل آوری اولیه و ماله کشی | 30 دقیقه تا 6 ساعت پس از بتن ریزی |
E | با طرح تصادفی | دال های بتن مسلح | مثل قبل بعلاوه قرار گرفتن میلگرد نزدیک سطح |
F | روی شبکه آرماتور گذاری | دال های بتن مسلح |
ترک های واکنش حرارتی اولیه | G | در محل قیود خارجی | دیوارهای ضخیم | ایجاد گرمای شدید | خشک شدن سریع، عمل آوری با آب نسبتا سرد | کاهش گرما و یا ایزولاسیون | یک روز تا 2 یا 3 هفته پس از بتن ریزی |
H | در محل قیود داخلی | دال های ضخیم | ایجاد گرادیان حرارتی شدید |
ترک های انقباض خشک شدگی بلند مدت | I | ــ | دال های نازک (و دیوارها) | فقدان درزهای انبساط یا درزهای ناکافی | افت شدید و عمل آوری ناکافی | کاهش حجم آب و بهبود عمل آوری بتن | چندین هفته یا ماه |
ترک های موزائیکی (فقط در روی سطح) | J | در مقابل قالب بندی | بتن با سطح بسیار صاف و روشن | قالب بندی غیر قابل نفوذ | مخلوط های پرمایه، عمل آوری ضعیف | بهبود عمل آوری و عملیات پرداخت | یک تا 7 روز برخی اوقات کمی دیرتر |
K | بتن شناور | دال ها | روی قسمت ماله کشی شده |
ترک های ناشی از خوردگی آرماتور (انبساط درونی بتن) | L (و لکه های زنگ) | طبیعی، آهسته یا سریع اگر کلرید کلسیم موجود بیش از حد باشد | ستون ها و تیرها | کمبود پوشش و وجود نم | بتن با کیفیت ضعیف | جزئیات بعدی را ببینید | بیش از حدود 2 سال |
M (و لکه های زنگ) | بتن پیش ساخته | کلرید کلسیم و رطوبت بیش از حد |
ترک های ناشی از واکنش قلیا- سنگدانه (انبساط درونی بتن) | N (و ممکن است لکه های ژل مانند یا لکه های خشکیده در محل ترک دیده شود) | ــ | موقعیت های نمناک و مرطوب | واکنش سیلیکاتها و کربناتها در سنگدانه ها روی قلیای موجود در سیمان | ــ | جزئیات بعدی را ببینید | بیش از 5 سال |
جدول اطلاعات انواع ترک
ترک های انقباض خمیری (جمع شدگی خمیری)
ترک های ناشی انقباض خمیری بتن در حدود 1 ساعت پس از بتن ریزی اتفاق می افتد (اگر در بتن از افزودنی کندگیر استفاده شود این زمان بیشتر است) اگر چه این ترک ها ممکن است اغلب تا مدت زیادی ناشناخته و مخفی باشند. این ترک ها از سطوح در معرض دید و از محلی که تبخیر آب از سطح بتن اتفاق می افتد شروع می شوند و باعث بروز جمع شدگی (انقباض) در لایه های بتن خواهند شد. بتنی که در حالت الاستیک قرار دارد مقاومتی در برابر نیروهای کششی نداشته و با ایجاد ترک از میان شیره چسبنده بتن و اطراف سنگدانه ها و محل میلگرد گذاری و حرکت به سمت وجه مخالف، این نیروها را آزاد می کند. این ترک ها را نباید با ترک های طولانی مدت انقباض اشتباه کرد. ترک های انقباض خمیری معمولا در دال ها که مراقبت دقیقی از آنها بعمل نیامده است ایجاد می شوند. در دالهای بتنی که بطور دقیق ماله کشی شده اند قاعدتا نباید ترک های انقباض خمیری مشاهده شود، زیرا عمل ماله زدن حالتی از تراکم کردن مجدد است که این عمل باعث بستن این ترک ها می شود (البته این ماله کشی نمی تواند عمل درزگیری را در مخلوط جامد بتن انجام دهد و باعث بروز ترک های ناشی از نشست می گردد).
شکل و علت وقوع ترک های انقباض خمیری
ترک های انقباض خمیری معمولا در حالت های زیر رخ می دهند:
- ترک های قطری 45 درجه در گوشه های دال با 2/0 تا 2 متر طول و بطور مجزا. این ترک ها همچنین در جهت باد اتفاق می افتد زیرا انقباض در معرض باد بروز می کند.
- ترک های بسیار زیاد با طرح تصادفی.
- ترک هایی که از فرم قرار گیری میلگرد گذاری بصورت شبکه پیروی می کنند. (شبکه های ساخته شده از میلگردهای متعامد که به فرم شبکه قرار گرفته اند).
اگر چه این ترک ها می توانند خیلی عریض باشند (بالای 2 تا 3 میلیمتر)، لیکن عرض آنها با افزایش عمق کاهش می یابد. با این وجود در همه حالت ها بجز موارد جزیی، این ترک ها از تمام عمق دال های نازک می گذرند. در مقابل، اکثر انواع ترک های ناشی از نشست به این اندازه منتشر نمی شوند. اگر به زیر سقف دال ها توجهی نشود (زیر سقف دال ها به آسانی در دسترس نیستند) رطوبت موجود در بالای دال ممکن است به طور کامل در عمق دال نفوذ کند که گرفتن یک مغزه از بتن این موضوع را آشکار می کند.
شکل 97- ترک های انقباض خمیری در پلان سطح | شکل 98- نمونه واقعی ترک انقباض خمیری |
شکل 99- ترک های افت و انقباض در دال (دید در پلان) |
شکل 100- ترک های انقباض در پانل های دال عرشه پل |
شکل 101- ترک های انقباض خمیری در پوشش بتن مسلح خشن (اغلب در معرض باد) | شکل 102- ترک های انقباض خمیری با طرح تصادفی در یک دال عرشه |
شکل 103- یک نمونه بتنی بریده شده از داخل دال عرشه در معرض ترک شدید انقباض خمیری | شکل 104- ترک های انقباض خمیری |
ترک های ناشی از انقباض خمیری به ندرت به لبه های آزاد دال می رسند، زیرا این لبه ها قابلیت حرکت تحت انقباض خمیری را دارند. این راه مهمی برای تشخیص این ترک ها از ترک های طولانی مدت انقباض است (اگر زمان ایجاد این ترک ها نامعلوم باشد). البته ترک های ناشی از انقباض خمیری که در بالا تا لبه های دال شکل می گیرند در مقابل مرحله ی بتن ریزی قبلی پراکنده می وشند، مخصوصا اگر فولاد پیوسته باشد، زیرا بتن ریزی قبلی شبیه یک قید عمل می کند.
اگر ترک ها فرم قرارگیری میلگردهای فوقانی را دنبال کنند، ممکن است در ابتدا تشخیص آنها از دو حالت ترک های نشست یا ترک های انقباض مشکل باشد. اگر بتوان نشان داد که این ترک از داخل دال عبور کرده و از فرم قرارگیری فولاد تبعیت می کند، این ترک ها ترک های ناشی از انقباض خمیری هستند که توسط فولاد ردیابی می شوند.
دلیل بروز ترک های انقباض خمیری تبخیر سریع آب از سطح بتن است. بلافاصله پس از ریختن بتن و تشکیل حالت جامد در آن، بتن شروع به ته نشینی می کند. این مراحل موجب تولید یک لایه ای از آب در سطح بتن شده و چون آب به سمت بالا حرکت می کند مواد جامد ته نشین شده جایگزین آن می شوند. در بیشتر شرایط آب و هوایی، مقداری از آب سطح بتن تبخیر می شود. وجود آب بر روی سطح بتن ناشی از زمانی است که نرخ عرق کردن بتن از نرخ تبخیر تجاوز نماید. در این حالت لایه پیوسته ای از آب بر روی سطح بتن ایجاد می شود.
اگر شدت تبخیر از سطح بتن از میزان تعرق بتن تجاوز نماید این لایه درخشان ناپدید شده و سطح فوقانی دال در کشش قرار می گیرد. چون بتن تازه مقاومت کششی ناچیزی دارد، ترک هایی برای رهایی از دست این کشش شکل می گیرند. این ترک ها، ترک های انقباض خمیری هستند.
را مشخص می کنند درجه حرارت بتن، درجه حرارت هوا، نسبت رطوبت و سرعت باد در نزدیک سطح بتن می باشند. جدول 2 چگونگی اثر این پارامترها را نشان می دهد. ممکن است اینطور به نظر آید که با کاهش درصد رطوبت، تبخیر و سرعت باد و درجه حرارت بتن افزایش می یابد. در این موضوع اتفاق نظری وجود دارد. تبخیر سریع همانقدر که در هوای سرد مشکل ساز است در هوای گرم نیز مشکل ساز خواهد بود.
در این جدول به گروه 5 توجه نمایید که هنگامی که درصد رطوبت در هوای سرد 100% می باشد، اگر بتن گرم باشد ناشی از مقدار قابل توجهی تبخیر از سطح بتن است. برای تمام پارامترهای لیست شده در این جدول فقط درجه حرارت بتن قابل کنترل است. بنظر می رسد که یک میانگین مشخصی برای خنک کردن بتن موجود دارد. بتن باید در هنگام قرارگیری در هوای گرم تا جایی که امکان دارد خنک باشد و نباید در هوای سرد بیش از اندازه گرم شود. همچنین به گروه 7 توجه نمایید که با کم شدن درجه حرارت بتن از 80 به 60 درجه فارنهایت، 75% از تبخیر می تواند کاهش پیدا کند. همانطوری که شرایط آب و هوایی را نمی توان برای آینده کنترل نمود و همچنین چون پرسنل اجرا مقدار کمی قابلیت کنترل درجه حرارت بتن را دارند، اولین پایه امیدواری در جلوگیری از تشکیل ترک های انقباض خمیری را باید در تکنیک های اجرا قرار داد. برای گروه 8 به طور واضح بنظر می رسد که در هوای گرم نرخ تخیر سطحی بیشترین مقدار را با افزایش سرعت باد به خود اختصاص می دهد. در نتیجه، ترک انقباض خمیری می تواند خیلی شدید و به طور وسیع تحت شرایط اتمسفریک گرما و باد ایجاد شود.
حالت | شماره حالت | درجه حرارت بتن (°F) | درجه حرارت هوا (°F) | نسبت رطوبت (%) | نقطه شبنم (°F) | سرعت باد (mph) | تمایل خشک شدن رطوبت (Ibs of water/sq.ft/hr.) |
1- افزایش سرعت باد | 1 2 3 4 5 6 | 70 70 70 70 70 70 | 70 70 70 70 70 70 | 70 70 70 70 70 70 | 59 59 59 59 59 59 | 0 5 10 15 20 25 | 015/0 038/0 062/0 085/0 110/0 135/0 |
2- کاهش رطوبت نسبی | 7 8 9 10 11 | 70 70 70 70 70 | 70 70 70 70 70 | 90 70 50 30 10 | 67 59 50 37 13 | 10 10 10 10 10 | 020/0 062/0 100/0 135/0 175/0 |
3- افزایش درجه حرارت بتن و هوا | 12 13 14 15 16 17 | 50 60 70 80 90 100 | 50 60 70 80 90 100 | 70 70 70 70 70 70 | 41 50 59 70 79 88 | 10 10 10 10 10 10 | 026/0 043/0 062/0 077/0 110/0 180/0 |
4- بتن در °F70، کاهش درجه حرارت هوا | 18 19 20 21 | 70 70 70 70 | 80 70 50 30 | 70 70 70 70 | 70 59 41 21 | 10 10 10 10 | 000/0 062/0 125/0 165/0 |
5- درجه حرارت بتن مختلف و هوا °F40 و رطوبت نسبی 100% | 22 23 24 | 80 70 60 | 40 40 40 | 100 100 100 | 40 40 40 | 10 10 10 | 205/0 130/0 075/0 |
6- بتن در °F70 و هوا در °F40 و سرعت باد مختلف | 25 26 27 | 70 70 70 | 40 40 40 | 50 50 50 | 23 23 23 | 0 10 25 | 035/0 162/0 357/0 |
7- کاهش دمای بتن و هوا در °F40 | 28 29 30 | 80 70 60 | 70 70 70 | 50 50 50 | 50 50 50 | 10 10 10 | 175/0 100/0 045/0 |
8- بتن و هوا در دمای بالا، رطوبت نسبی 10% و سرعت باد مختلف | 31 32 33 | 90 90 90 | 90 90 90 | 10 10 10 | 26 26 26 | 0 10 25 | 070/0 336/0 740/0 |
جدول پارامترهای نرخ تبدیل