مقاله تحلیلی: انواع جمع شدگی در بتن و روش‌ های جلوگیری از وقوع آن‌ ها

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

انواع جمع شدگی در بتن

• جمع شدگی پلاستیک
• جمع شدگی به‌صورت خشک شدن
• جمع شدگی خودبه‌خودی
• جمع شدگی کربناسیون

جمع شدگی پلاستیک در بتن

گاهی بعد از بتن‌ریزی، آب مورد نیاز برای کسب مقاومت بتن از روی سطح سازه تبخیر و وارد اتمسفر می‌شود.

این موضوع ترک‌هایی را در سطح سازه ایجاد خواهد کرد. دلیل دیگر ترک‌های ناشی از جمع شدگی پلاستیک، جذب آب بتن توسط سنگ‌دانه‌ها است.

ذرات سنگ‌دانه‌ها یا آرماتورها دچار نشست می‌شوند و به همین دلیل ترک‌ها در سطح سازه‌یا به‌صورت داخلی در اطراف سنگ‌دانه‌ها شکل می‌گیرند.

در کف‌ها و روسازی‌ها که سطح بیشتری در معرض باد و نور خورشید قرار می‌گیرد، سطح به‌سرعت خشک شده و جمع شدگی پلاستیک رخ می‌دهد.

در حالتی که طرح اختلاط، نسبت آب به سیمان بالایی داشته باشد، آب جریان پیدا می‌کند و آب افتادگی اتفاق می‌افتد. آب اضافی در سطح دال جمع خواهد شد. این آب در شرایط آب و هوایی خشک باعث خشک‌شدگی سطح و شکل‌گیری ترک‌هایی در آن می‌شود.

جلوگیری از جمع شدگی الاستیک

تدابیر زیر را می‌توان برای جلوگیری از جمع شدگی پلاستیک اتخاذ کرد:

1. می‌توان سطح را با کمک ورقه‌های پلی‌اتیلن پوشاند و از این طریق از خروج آب از سطح دال جلوگیری کرد. جلوگیری از تبخیر آب مانع جمع شدگی پلاستیک می‌شود.
2. ویبره‌ی مناسب بتن می‌تواند از جمع شدگی پلاستیک جلوگیری کند.
3. می‌توان با استفاده از پودر آلومینیوم از جمع شدگی پلاستیک در سازه‌های بتنی کاست.
4. استفاده از سیمان انبساطی هم می‌تواند در کنترل جمع شدگی پلاستیک مؤثر باشد.

جمع شدگی به‌صورت خشک شدن بتن

این جمع شدگی 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 می‌افتد. تورم پدیده‌ی مخالف جمع شدگی است.

این جمع شدگی عمدتاً به دلیل تغییر شکل خمیر رخ می‌دهد، بنابراین سختی سنگ‌دانه‌ها هم بر آن اثرگذار است. اکثر انواع جمع شدگی به‌صورت خشک شدن، در اولین ماه‌های عمر سازه‌ی بتنی اتفاق می‌افتند.

خروج آب از بتن که در حفرات هوای غیراشباع ذخیره شده است، باعث ایجاد این نوع جمع شدگی می‌شود. 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 می‌گویند.

این مقدار را می‌توان با فرمول زیر محاسبه کرد:

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

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

عوامل مؤثر بر جمع شدگی به‌صورت خشک شدن بتن

عوامل زیر مهم‌ترین عواملی است که بر جمع شدگی خشک شدن بتن تأثیر می‌گذارند:

۱- انتخاب مصالح

عناصر تشکیل‌دهنده‌ی بتن باید کیفیت خوبی داشته باشند تا از عدم جمع شدگی اطمینان حاصل شود. مشخصات کیفی عناصر تشکیل‌دهنده‌ی بتن باید مطابق با آیین‌نامه‌ها و استانداردهای محلی باشد.

۲- نسبت آب به سیمان

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

۳- شرایط محیطی

رطوبت نسبی محل، نقش مهمی در جمع شدگی به‌صورت خشک شدن در سازه‌ی بتنی ایفا می‌کند. با افزایش رطوبت در محیط پیرامون سازه، جمع شدگی هم کاهش پیدا می‌کند.

۴- مقدار سیمان

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

۵- سنگ‌دانه‌ها

اندازه‌ی سنگ‌دانه‌ها هم بر وقوع جمع شدگی به‌صورت خشک شدن تأثیر می‌گذارد. افزایش اندازه‌ی سنگ‌دانه‌ها، جمع شدگی را کاهش می‌دهد.

شکل سنگ‌دانه تأثیر محسوسی بر مشخصات جمع شدگی بتن نخواهد داشت. سنگ‌دانه‌هایی که سطح خشنی دارند، در برابر جمع شدگی مقاومت می‌کنند.

۶- نوع سیمان مورد استفاده در مخلوط

با توجه به اینکه از سیمان‌های مختلفی استفاده می‌شود، جمع شدگی بتن‌های مختلف هم متفاوت است. سیمان زود گیر به‌سرعت سخت خواهد شد، بنابراین جمع شدگی آن در شرایط مشابه نسبت به سیمان پورتلند معمولی بیشتر است.

سیمان زود گیر نیازمند آب و ریزدانه‌ی بیشتری است که باعث جمع شدگی بیشتری خواهد شد. استفاده از سیمان ضد جمع شدگی می‌تواند به کاهش یا حذف ترک‌های جمع شدگی کمک کند.

۷- افزودنی‌های بتن

اضافه کردن کلسیم کلرید به‌عنوان 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.

۸- دیگر عوامل

روش عمل‌آوری با بخار اثر کمی بر جمع شدگی دارد؛ اما زمانی که در فشارهای بالا انجام شود، اثر خود را نشان می‌دهد.

جمع شدگی خودبه‌خودی در بتن

این جمع شدگی تغییر حجمی است که حتی بعد از سخت شدن بتن هم ادامه پیدا می‌کند. این پدیده ممکن است به شکل جمع شدگی یا به شکل تورم رخ دهد. وقتی آب وجود داشته باشد، هیدراسیون تسهیل می‌شود.

هنگامی که رطوبتی برای این هیدراسیون وجود نداشته باشد، در بتن تورم ایجاد می‌شود.

این نوع جمع شدگی نتیجه‌ی 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 خودبه‌خود نامیده می‌شود.

این جمع شدگی در داخل اعضای بتنی رخ می‌دهد. مقدار جمع شدگی خودبه‌خودی در حدود  است.

عوامل مؤثر بر جمع شدگی خودبه‌خودی

۱- دما

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

۲- مقدار سیمان

هر چه مقدار سیمان در مخلوط بتنی بیشتر باشد، جمع شدگی خودبه‌خودی هم بیشتر خواهد بود. صرف‌نظر از مقدار آب موجود در مخلوط، فرآیند هیدراسیون تا هیدراته شدن سیمان غیر هیدراته‌ی موجود ادامه پیدا خواهد کرد. هر چه مقدار سیمان بیشتر باشد، سیمان بیشتری هم هیدراته خواهد شد.

۳- ترکیب سیمان

سیمانی که دارای مقدار زیادی‌تری کلسیم آلومینات (C3A) و تترا کلسیم آلومینو فریت (C4AF) باشد، آب رفتگی خودبه‌خودی را افزایش می‌دهد. این ترکیب خاص شکل‌گیری فرآورده‌های هیدراسیون را تسهیل می‌کند.

۴- افزودنی‌های معدنی

اضافه کردن افزودنی‌های معدنی فرآیند هیدراسیون را افزایش داده و در نتیجه جمع شدگی خودبه‌خودی را هم افزایش می‌دهد.

افزودنی‌های معدنی نظیر خاکستر آتش‌فشانی سطح بیشتری داشته و واکنش بیشتری نشان می‌دهند و در نتیجه فرآورده‌های هیدراسیون باکیفیت تولید می‌شوند.

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 دی‌اکسید واکنش نشان دهد. این واکنش در حضور رطوبت انجام می‌گیرد. این واکنش به تشکیل کربنات منجر می‌شود.

کلسیم هیدروکسید در بتن که فرآورده‌ی جانبی واکنش هیدراسیون سیمان است به وفور در بتن یافت می‌شود. این کلسیم هیدروکسید با کربن دی‌اکسید هوا واکنش داده و ایجاد کلسیم کربنات می‌کند. این کار منجر به کربناته شدن سطح بتن یا اسیدی شدن آن می‌شود. این فرآیند کربناسیون نامیده می‌شود.

این فرآیند باعث جمع شدگی سطح می‌شود. ممکن است این فرآیند در طول دوره‌ی بهره‌برداری سازه‌ی بتنی اتفاق بیافتد. جمع شدگی کربناسیون در مناطقی دیده می‌شود که رطوبت متوسطی دارند.

فرآیند کربناسیون به تجزیه‌ی بعضی از ترکیبات سیمانی منجر خواهد شد. کربنات‌هایی که در کربناسیون شکل گرفته‌اند حفرات را پر کرده و در نتیجه نفوذپذیری بتن را کاهش خواهند داد.

با کاهش نفوذپذیری، مقاومت افزایش پیدا می‌کند؛ اما وقتی جمع شدگی کاملاً یا تا حدودی به دلیل محدودیت‌های داخلی یا خارجی محدود شود، ترک‌خوردگی ایجاد می‌شود. این ترک‌ها ناشی از تنش‌های کششی هستند.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.