یکی از آزار دهنده ترین مسائل ساخت و سازهای بتنی، ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی می باشد. بعضی از سازه ها همچون عرشه پل ها، پارکینگ ها، سازه های آبی و کف های صنعتی که در اغلب آنها ترک ها به علت جمع شدگی ناشی از خشک شدن رخ می دهد، نتایج جدی و ناگواری می تواند به بار بیاید.
آسیب پذیری بتن به ترک خوردگی به دلیل ترک خوردگی ناشی از خشک شدگی بستگی به مقید یا غیر مقید بودن بتن دارد. چنانچه بتن غیر مقید باشد، می تواند آزادانه جمع شده و حجم آن بدون ایجاد ترک خوردگی تغییر کند. با این وجود، چون بیشتر بتن ها با زیر اساس ها، پی ها، آرماتور یا اعضای متصل کننده مقید هستند، اغلب تنش های کششی آن قدر بالا می رود که منجر به ترک خوردگی شود. چندین عامل دیگر نیز بر ترک خوردگی تاثیر می گذارد. از جمله آنها سرعت جمع شدگی، خصوصیات خزشی، مدول الاستیته و مقاومت کششی بتن می باشد. مطابق با نظریه حاکم (نظریه کشش مویین) که مکانیسم جمع شدگی خشک را توصیف می کند، یکی از دلایل اصلی جمع شدگی خشک عبارت از کشش سطحی ایجاد شده در حفره های کوچک خمیر سیمان بتن می باشد. هنگامی که این افزودنی ها رطوبت را از دست می دهند، قالب های مقعر در حد فاصل هوا یا آب تشکیل می شود. کشش سطحی در این تقعر دیواره های حفره به درون هل داده شده و بتن با جمع شدگی به این نیروهای داخلی پاسخ می دهد (شکل 6-22).
روان ساز بتن آب بند
مکانیسم جمع شدگی تنها در حفرات در یک بازه اندازه ای ثابت رخ می دهد. در حفره های بزرگتر از mm50 نیروی کششی در آب کوچکتر از آن است که موجب جمع شدگی قابل توجه شود و در حفرات کوچکتر از nm5/2 تقعر نمی تواند شکل بگیرد. مقدار جمع شدگی خمیر سیمانی ایجاد شده با کشش سطح عمدتا وابسته به نسبت آب به سیمان است، اما با عواملی همچون نوع سیمان و نرمی آن و دیگر اجزاء (همچون افزودنی ها، و مواد سیمانی مکمل) نیز تحت تاثیر واقع می شود که بر توزیع اندازه حفرات در خمیر سخت شده اثر می گذارد.
شکل 6-22 اثر تقعر حفره و کشش سطح بر روی جمع شدگی خشک ملات
برخی تدابیر اتخاذ شده برای کاستن ترک خوردگی جمع شدگی عبارت از کاربرد کاهنده های آب رده بالا برای رسیدن به نسبت های آب به سیمان خیلی پایین می باشد. کاربرد افزودنی منبسط شونده و سیمان های تیپ k جبران کننده جمع شدگی است. افزودنی مایع جدیدی به نام افزودنی کاهنده جمع شدگی (SRA)، در آمریکای شمالی در سال 1995 به بازار معرفی شد که گفته می شود به لحاظ شیمیایی مکانیسم جمع شدگی را بدون انبساط تغییر می دهد. بر طبق اسناد منتشر شده ترکیب عمومی SRA به عنوان R1O(AO)nR2 تلقی می شد که A یک پلیمر آلکالن دارای زنجیره کربن به کربن 4-2 تایی یا انواع گوناگون گروه های آلکالین، R2, R1 از گروه های هیدروژن، هیدروکسیل، آلکلیل، فنیل و سایکو آلکیل می باشد. نماد n عددی است بین 2 و 10 که حاکی از درجه پلیمر شدن است.
SRA جمع شدگی را با کاستن کشش سطحی آب در حفرات با قطر بین 2.5 و 50 نانومتر می کاهد. SRA به آب اندازه گیری شده اختلاط اضافه شده و بتن به هنگام اختلاط پراکنده می شود. پس از اینکه بتن سخت شده و افزودنی در سیستم حفره ای باقی می ماند، کاهش اثرات کششی سطحی ادامه می یابد که بدین ترتیب در جمع شدگی ناشی از خشک شدن مشارکت می نماید. در آزمایش های میدانی و آزمایشگاهی بتن های مختلف حوی افزودنی ها، زمانیکه فرآورده بیشترین تاثیر را دارد که با نرخ 1.5 الی 2 درصد وزن سیمان اضافه شود. اما این پیمانه های 1.5 الی 2 درصدی می تواند برای یافتن سطح مطلوب جمع شدگی بدون اثرات جانبی زیان بار استفاده گردد. گرچه اثر اساسی SRA درباره جمع شدگی خشک کاهش یافته است، افزودنی بر دیگر خصوصیات بتن تازه و سخت شده تاثیر می گذارد. این موارد در قسمت بعدی مورد بحث قرار می گیرند.
شکل 6-23 رابطه میان کشش سطح و جمع شدگی ناشی از خشک شدن
اثرات روی خصوصیات بتن تازه
وقتی پیمانه مصرفی افزودنی به میزان %2 وزن سیمان به مخلوط بتنی با چگالی kg/m3460 سیمان اضافه شود، بدون آنکه تنظیمی در مورد حجم آب صورت بپذیرد، اسلامپ و تخلخل بتن افزایش می یابد. با این وجود، هنگامی که با حجم مشاوی آب جایگزین گردد SRA اثر بسیار اندکی روی اسلامپ بتن دارد. قطعا SRA دارای تاثیر دیرگیر کنندگی اندکی روی سرعت هیدراتاسیون بوده و ممکن است زمان گیرش تا حدود یک ساعت نیز امتداد یابد. این افزودنی همچنین بر میزان هوای بتن تازه اثر می گذارد. وقتی از افزودنی در بتن با هوای محبوس استفاده شود، پیمانه مصرفی افزودنی هوازا باید افزایش یافته تا به یک میزان هوای مشخص برسد.
اثرات روی خصوصیات بتن سخت شده
ترک ناشی از جمع شدگی
میزان کاهش جمع شدگی وابسته به نسبت آب به سیمان (W/C) افزودین ااست. معمولا هر چه نسبت کمتر باشد، درصد کاهش جمع شدگی که می توان به آن دست یافت بیشتر خواهد بود. برای اختلاط های با <0/6 w/c، کاهش در جمع شدگی 28 روزه به اندازه %80 یا بیشتر است، و در جمع شدگی 56 روزه به میزان %70 به دست می آید. در اختلاط های با =0/68 w/c سطح کاهش جمع شدگی در 28 روز و 56 روز به ترتیب برابر %37 و %36 بود.
مقاومت فشاری
تحقیقات پیشین نشان داده است که افزودن SRA به بتن تا اندازه %2 پیمانه مصرفی می تواند مقاومت را در 28 روز را تا %15 کاهش دهد. عموما کاهش مقاومت در بتن های با نسبت های آب به سیمان پایین تر، کمتر می باشد. کاهش مقاومت می تواندب ا استفاده از یک فوق روان کننده و کاهش اندک پیمانه مصرفی SRA، خنثی شود. تولید کنندگان توصیه می کنند که اضافه شدن فوق روان کننده کافی را برای کاستن آب اختلاط به میزان %10-7 در شرایطی که میزان سیمان ثابت است صورت پذیرد.
ترک خوردگی حرارتی
درصد بالایی از ترک ها را می توان به اثرات حرارتی نسبت داد. دو علت اصلی ترک خرودگی حرارتی عبارت از اختلاف دما در مقاطع حجیم بتن و تغییر حجم کلی مقاطع کم ضخامت تر بتن می باشد. SRA ها به دلیل اثر دیرگیر کنندگی که بر هیدراتاسیون و کاهش موجود در دماهای بیشینه دارند می تواند ترک حرارتی را به واسطه انقباض حرارتی کاسته شده در خنک کننده کاهش دهد. افزودن SRA به نوعی منجر به کاهش مقاومت شده که نیاز است با کاهش در نسبت آب به سیمان از طریق کاربرد فوق روان کننده یا افزایش در میزان سیمان موجود خنثی گردد.
ترک خوردگی حراراتی سطحی
ترک خوردگی حرارتی سطحی دال های بتنی با خشک شدن و جمع شدگی سریع تر سطح بالایی از مغزه بتن نتیجه می شود. در مقیاس آزمایشگاهی، نمونه های دال بتنی SRA, (2/4m×1/2m)8ft×4ft تمایل چشمگیری به کاهش ترک خرودگی حرارتی سطحی ار خود نشان می دهد. این خصوصیت افزودنی در یک آزمون میدانی که توسط وزارت حمل و نقل ایالت Virginia جایی که 5/1 گالن (US) (7/5 لیتر) از SRA در یک روکش آزمایشی برای پل Lenser استفاده می شد، مورد بررسی قرار گرفت.
ه- پارامترهای هوای منفذی و مقاومت ذوب- انجماد
بتن هایی که میزان هوایی بیش از %6 دارند، عموما فاکتورهای فاصله گذاری کافی (mm3/0-1/0) را دارند. با این وجود، بعضی روکنشگرهای مورد استفاده به عنوان SRAها، گرچه فاکتورهای فاصله گذاری مناسبی را ارایه می کنند ولی موجب می شوند بتن به حالت اشباع برسد، که در نتیجه به حمله ذوب- انجماد آسیب پذیرتر می شود. احتمال اینکه این روکنشگرها به عنوان عامل های خیس کنندگی عمل کنند و جذب کلوییدی آب به بتن را بالا ببرند، وجود دارد.
پربازدیدترین مطالب ما را دنبال کنید!
فاکتورهای موثر بر عملکرد افزودنی های کاهنده جمع شدگی
الف- اثر نسبت آب به سیمان
پیش از این اثر نسبت آب به سیمان مخلوط بتنی روی درجه کاهش جمع شدگی حاصل مورد بحث قرار گرفت. این کاهش برای نسبت های آب به سیمان کمتر، بیشتر می باشد.
ب- اثر نوع سیمان و مواد سیمانی ترکیب شده
آزمایش های انجام گرفته بر اختلاط های ملات حاوی طیفی از مواد سیمانی (شامل هفت سیمان مختلف و و ترکیبات سیمان پرتلند یا خاکستر بادی و سیمان پرتلند یا سرباره)، نشان می دهد که کاهش های جمع شدگی دراز مدت در محدوده 25 تا %38 می باشد. این آزمایش ها بر اهمیت تعیین سطوح کاهش جمع شدگی SRA با مواد محلی تاکید دارند.
ج- اثر عمل آوری مرطوب
عمل آوری مرطوب طولانی مدت بازدهی افزودنی را به خصوص در سنین اولیه بتن افزایش می دهد. سطوح نهایی جمع شدگی هم با دوره های طولانی عمل آوری مرطوب کاهش می یابد. شکل 6.24 مقایسه ای از جمع شدگی حاصل شده در پیمانه های مصرفی و با رژیم های عمل آوری متفاوت را نشان می دهد.
شکل 6-24 مقایسه جمع شدگی حاصل در دو پیمانه مصرفی با رژیم های عمل آوری متفاوت
اگر چه در ASTM هنوز در مورد SRA مطلبی موجود نسبت ، نتایج حاصل از آزمایشات صورت گرفته مطابق 92-494ASTM C حاکی از آن است که پارامترهای اختلاط های حاوی افزودنی مقادیری مرتبط با بتن بدون افزودنی را دارند و در نتیجه با همه الزامات استاندارد همخوانی دارد. اعمال این مواد شیمیایی برای کاربرد به عنوان افزودنی ها محدود نمی شود. محققان ژاپنی در آزمون های میدانی و آزمایشگاهی خود با اعمال SRA به سطح بتن سخت شده بتن به این نتیجه رسیدند که این مواد اثراتی مشابه با هنگامی دارند که به عنوان افزودنی در بتن استفاده می گردند.