رفتار فیزیکی بتن

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 21 دی ، 1399

رفتار و عملکردی که بتن در طول زمان و در اثر تغییر و تحول داخلی و جابجایی آب در حفره های مویینه خمیر سیمان و احتمالاً خروج آن از خمیر سیمان هیدراته شده از خود نشان می دهد، رفتار فیزیکی بتن، خوانده می شود. رفتار فیزیکی بتن عمدتاً شامل پدیده های جمع شدگی، تغییر شکل کشسان و ناکشسان (تحت نرخ های بارگذاری زیاد) و خزش می شود.

تغییر شکل کشسان و ناکشسان

کرنش فشاری

در منحنی های شکل (۶-۱) مقدار تنش و کرنش فشاری را که به طور آنی بر اثر بارگذاری بتن غیر مسلح پدید می آیند، مشاهده می کنید. سه منحنی بالایی نشان می دهند که برای نسبت های آب به سیمان ۵۰ درصد یا کمتر و کرنش های تا یک میزان متناسب با تنش است. به بیان دیگر، بتن در این محدوده تقریباً کشسان است. منحنی ها یا بخش هایی از منحنی ها که در خارج این محدوده قرار داشته باشند، نمایانگر رفتار ناکشسان بتن هستند. منحنی های مربوط به بتن با مقاومت بالا دارای نقاط اوج نوک تیزی اند، در حالیکه منحنی های مربوط به بتن های با مقاومت پایین تر از ناحیه ی اوج طولانی و نسبتاً همواری برخوردارند.

شکل 6-1- منحنی تنش- کرنش برای آزمایش فشاری

شکل 6-1- منحنی تنش- کرنش برای آزمایش فشاری

آخرین مطالب تکمیلی کلینیک بتن ایران را در این بخش دنبال نمایید

تست ها و آزمایش های غیر مخرب بتن

آزمایش هافسل بتن یا پتانسیل خوردگی در بتن

آشنایی با روش های تعمیر و مقاوم سازی سازی های بتنی

وقتی از بتن در ناحیه ی ناکشسان باربرداری معمولاً با مسیر اصلی بارگذاری اولیه موازی نخواهد بود. بنابراین مقدار تغییر شکل ماندگار پس از باربرداری با توجه به مقدار تغییر شکل ناکشسان بتن، تغییر خواهد داشت (شکل 6-2). اصطلاح «کشسان یا الاستیک» برای توصیف کلی رفتار بتن مناسب به نظر نمی رسد؛ زیرا کرنش غالباً ممکن است در ناحیه ی ناکشسان قرار داشته باشد. به همین دلیل، اغلب برای توصیف رفتار بتن از واژه «کرنش لحظه ای» استفاده می شود.

منحنی تعمیم یافته ی تنش- کرنش برای بتن

شکل 6-2- منحنی تعمیم یافته ی تنش- کرنش برای بتن

کرنش برشی

بتن تحت نیروهای برشی مثل سایر مصالح دیگر، تغییر شکل می دهد. کرنش برشی برای تعیین مسیرهای بار یا نحوه ی توزیع نیروهای در آره های نامعین، مانند موردی که هم دیوارها و هم ستون های یک قاب ساختمانی بتنی در تحمل بار جانبی سهم داشته باشند، دارای اهمیت است. هر چند که مقدار جابجایی برش خیلی زیاد نیست ولی در اعضای کوتاه و چاق مقدار آن قابل توجه است، در اعضای بزرگ تر مقدار کرنش برشی بسیار کوچک تر از کرنش های خمشی است و جابه جایی برشی تحت الشعاع جابجایی های خمشی قرار می گیرد.

رفتار بتن

رفتار بتن

کرنش پیچشی

پیچش نیز می تواند باعث خرابی اعضای بتنی غیر مسلح مستطیل شکل شود. پیچش ر امتداد محور عضو باعث ایجاد خمش در حول محوری موازی با وجه بزرگتر عضو و تحت زاویه ۴۵ درجه نسبت به محور طولی عضو می شود که در نهایت می توان انهدام عضو انجامد. با وجودی که بتن تا مقدار نهایی لنگر پیچشی کشسان تا حد قابل قبولی رفتار ارتجاعی دارد ولی ریز ترک ها در لنگرهای پیچشی پایین پدید می آیند.

جمع شدگی

افت یا انقباض که به نام های آب رفتگی و یا جمع شدگی بتن نیز خوانده می شود، در حقیقت جمع شدگی و کاهش حجم بتن است که با خارج شدن آب جذب شده در ساختار داخلی بتن اتفاق می افتد در حقیقت نسبت آب به سیمان افزون بر ۰/۲۵ آب اضافی در خمیر سیمان ایجاد می کند که ظرفیت جذب برای انجام واکنش های شیمیایی را ندارد. این آب در فضای داخلی خمیر سیمان ایجاد حفره و روزنه های مویین می کند ولی با خشک شدن تدریجی بتن، از آن خارج شده و تمایل به جمع کنی بتن را ایجاد می نماید. از طرفی برای بتن به دلیل قیود متعددی که آن را فرا گرفته است امکان جمع شدگی وجود ندارد و بنابراین تمایل به جمع شدگی، در بتن ایجاد تنش های کششی کرده و منجر به ترک خوردگی ناشی از انقباض می شود. بسته به اینکه پدیده جمع شدگی در چه مرحله ای از عمر بتن اتفاق بیفتد، انواع مختلفی از جمع شدگی واکسیناسیون و جمع شدگی حرارتی تعریف می شود.

رابطه بین توزیع رطوبت نسلی محیط، جمع شدگی حین خشک شدن و کاهش وزن

شکل 6-3- رابطه بین توزیع رطوبت نسلی محیط، جمع شدگی حین خشک شدن و کاهش وزن

خزش در بتن

بتن، آثار خزش (جمع شدگی) از خود به نمایش می گذارد. این خزش عبارت از تغییر شکل در فشار ثابت است که با گذشت زمان افزایش می یابد. جمع شدگی بتن (جمع شدگی پایه) را می توان با استفاده از روش  ASTM C512تحت فشار اندازه گیری نمود. دو نوع خزش (جمع شدگی) وجود دارد: جمع شدگی پایه که در آن نمونه تحت شرایط رطوبت ثابت است و جمع شدگی ناشی از خشک شدن که نمونه در طی یک دوره تحت بار، خشک گردیده است.

جمع شدگی خمیر سیمان با یک نرخ کاهش تدریجی، افزایش می یابد. این نرخ نزدیک به مقداری چندین برابر بزرگ تر از تغییر الاستیک است (شکل ۶-۴). بخشی از جمع ذگی، همان طور که در انقباض خشک دیده می شود قابل برگشت مجدد نیست. در باربری، تغییر شکل ناشی از برگشت الاستیک سریعاً کاهش می یابد. این برگشت سریع، با کاهش تدریجی تری در تغییر شکل ناشی از جمع شدگی طی می شود. باقی مانده تغییر شکل، تحت شرایط تعادل «خزش غیرقابل برگشت» نامیده می شود. جمع شدگی با افزایش نسبت آب به سیمان زیاد می شود و به رطوبت نسبی و میزان آب مخلوط بسیار حساس است.

جمع شدگی و برگشت خمیر سیمان در حالت تعادل با محیط اطراف

شکل 6-4- جمع شدگی و برگشت خمیر سیمان در حالت تعادل با محیط اطراف

رطوبت محیط هر چه بالاتر باشد و یا مقاومت بتن افزایش یابد، میزان خزش کاهش خواهد یافت. در مقابل با افزایش تنش فشاری، میزان خزش نیز افزایش می یابد. اصولاً تا ۳ ماه پس از بارگذاری بر بتن، حدود ۵۰ درصد از کل خزش و تا یک سال پس از آن حدود ۸۵ درصد کل خزش انجام می شود. در دراز مدت، کرنش ناشی از هر می تواند تا دو برابر کرنش پلاستیک اولیه باشد. از مواردی که خزش در سازه های بتن آرمه تاثیر گذار است، می توان به تغییر شکل یا خیز تیرها اشاره کرد؛ به طوری که خیز دراز مدت تیرهای بتن آرمه ممکن است تا دو برابر خیز آنی آنها باشد. به همین دلیل ممکن است در اثر چنین تغییر شکل های وابسته به زمان در اعضای خمشی بتن آرمه، ترک خوردگی هایی در نازک کاری و گچ بری زیر آنها با گذشت زمان مشاهده گردد.

رفتار بتن تازهرفتار بتن تازه

عوامل موثر در خزش

نسبت آب به سیمان

تغییر در نسبت آب به سیمان بتن به معنی تغییر در مقدار سیمان و مقاومت بتن می باشد. وقتی این عوامل منظور شوند، معلوم خواهد شد که با افزایش یافتن نسبت W/Cخزش افزایش خواهد یافت (شکل 6-5). بر همین اساس، ممکن است این انتظار باشد که خزش بتن باید تابع مقاومت فشاری آن باشد؛ زیرا یکی از عوامل مهم مقاومت فشاری نسبت آب به سیمان است.

اثر نسبت W/Cدر خزش بتن

شکل 6-5- اثر نسبت W/Cدر خزش بتن

اثر سنگدانه

نقش سنگدانه در خزش، مشابه جمع شدگی است. آنها به عنوان قید، عمل می کنند تا پتانسیل تغییر شکل های خمیر سیمان را کاهش دهند. بنابراین، مقدار سنگدانه و مدول الاستیسیته (شکل ۶-۶)  مهم ترین پارامترهای تاثیر گذار خزش بتن است. اندازه، دانه بندی و بافت سطح سنگدانه اثر کمی دارند.

اثر مدول سنگدانه در خزش

شکل ۶-۶- اثر مدول سنگدانه در خزش

هندسه آزمونه

مادامی که آزمونه تحت بار است وقتی که خشک شدگی رخ می دهد، عواملی مانند اندازه و شکل آزمونه اهمیت پیدا می کنند. بنابراین نسبت حجم به سطح و ضخامت آزمونه بر کل خزش اثر می گذارند به همان ترتیب که بر جمع شدگی، خشک شدگی اثر گذار هستند. (شکل 6-7)

اثر حجم به سطح در خزش عضو بتنی

شکل 6-7- اثر حجم به سطح در خزش عضو بتنی

رفتار فیزیکی بتن

رفتار فیزیکی بتن

6LejitwhAAAAANvn8APaMURvuVWIRBhNqoFP0e9r