انواع ترک ها در بتن

شکل 3-18 انواع ترک ها را که ممکن است در بتن، قبل از سخت شدن یا بعد از سخت شدن آن اتفاق بیفتد، نشان می دهد. از جمله ترک هایی که بعد از سخت شدن بتن اتفاق می افتند عبارتند از «ترک های جمع شدگی پلاستیک» و «ترک های نشست پلاستیک» که در اینجا متمایز می شوند، زیرا بعدا همراه با جزئیات مورد بررسی قرار خواهند گرفت. چنانکه شکل 3-18 نشان می دهد، سه دسته از انواع ترک های بتن به صورت طبیعی ممکن است پس از سخت شدن بتن اتفاق بیفتند: ترک های فیزیکی، شیمیایی و حرارتی، و همچنین ترک های سازه ای. «ترک های جمع شدگی ناشی از خشک شدن» و «ترک های انقباض حرارتی در سنین اولیه» که در اینجا مشخص می شوند نیز بعدا مورد بررسی قرار خواهند گرفت. جدول 3-1، محل، علل، راهکارهای علاج بخشی و زمان های وقوع ترک های طبیعی را فهرت می کند، در حالی که شکل 3-19 نمونه هایی را در یک سازه فرضی نشان می دهد.

انواع ترک (انجمن بتن انگلیس، 1992)

بررسی انواع مختلف ترک های طبیعی به صورت یک گروه به منظور کمک به تشخیص آنها، راحت تر می باشد. یک مبنا برای دسته بندی عبارت است از زمان وقوع ترک، مثلا ترک های جمع شدگی پلاستیک طی اولین ساعات بتن ریزی ایجاد می شوند، ترک های حرارتی در سنین اولیه بین یک روز تا سه هفته اتفاق می افتد و ترک های جمع شدگی ناشی از خشک شدن، پس از چندین هفته به وجود می آیند.
برخی ترک ها الزاما وابسته به زمان نیستند مثلا موی ترک های سطحی، در حالی که نوع دیگر به شرایط خاصی مربوط می شوند که ممکن است با توجه به دانش جاری به عنوان اجرای غلط محسوب شود مانند ترک خوردگی ناشی از واکنش قلیایی- سیلیسی یا استفاده بیش از حد کلرید سدیم که منجر به خوردگی آرماتور فولادی می شود.

جدول 3-1- طبقه بندی ترک های طبیعی

*فرض طراحی مجدد پایه غیر ممکن می باشد. در کلیه موارد، قیدها را کاهش دهید.

شکل 3-19- نمونه هایی از ترک های اصلی در یک سازه بتنی شماتیک

ترک خوردگی پلاستیک

هر دو نوع ترک های نشست پلاستیک و جمع شدگی پلاستیک بین یک تا هشت ساعت پس از بتن ریزی بر اثر فرآیند آب انداختن اتفاق می افتند که این فرآیند به معنای عمل بالا آمدن آب تا سطح کمی پس از تراکم می باشد. آب انداختن بر اثر وارد شدن نیروی رو به بالا به آب هنگام ته نشینی ذرات جامد سنگین تر، ایجاد می شود. آب بالا آمده تنها در صورتی بر روی سطح قابل مشاهده است که سرعت تبخیر کمتر از سرعت آب انداختن باشد و باید از شیره متمایز گردد که مخلوطی است از آب، سیمان و ذرات بسیار ریز. یک مخلوط مرطوب دارای آب انداختگی بیشتری نسبت به یک مخلوط خشک می باشد و بنابراین باید از مقادیر آب اضافی اجتناب نمود.

ترک خوردگی نشست پلاستیک

این نوع ترک خوردگی در صورت وجود مقدار زیاد آب انداختن و نشست و نیز وجود نوعی قید یا مانع در برابر حرکت آزاد، مطابق شکل 3-19 ایجاد می شود. ترک ها اساسا در محل تغییری در مقطع، در ستون ها و دیوارهای باریک بر اثر ایجاد قوس، و در دال های مشبک و شیبدار اتفاق می افتند؛ دیگر محل ها عبارتند از بست های پیچی قالب و آرماتورهای ثابت در نزدیکی بالای بتن یعنی محلی که امکان شکل گیری فضاهای خالی در زیر آرماتورها وجود دارد. ترک های نشست پلاستیک از طریق کاهش آب انداختن با استفاده از ایجاد حباب های هوا در بتن یا بکارگیری الیاف مسلح سازی قابل جلوگیری می باشد. در صورت امکان، کاهش قیدها و لرزاندن مجدد نیز از راه های جلوگیری یا برطرف نمودن ترک های نشست پلاستیک محسوب می شوند.

ترک خوردگی جمع شدگی پلاستیک

ترک خوردگی جمع شدگی پلاستیک

جمع شدگی پلاستیک بر اثر از بین رفتن آب از طریق تبخیر از سطح بتن تازه ریخته شده یا مکش بتن خشک زیرین، ایجاد می شود. در سطح بتن، زمانی که سرعت تبخیر از سرعت آب انداختن بیشتر می شود، جمع شدگی پلاستیک اتفاق می افتد. انقباض موجب ایجاد تنش کششی در لایه های سطحی می شود، زیرا این لایه ها توسط بتن داخلی غیر جمع شونده، مقید شده اند. از آنجا که بتن دارای مقاومت کششی پایین یا ظرفیت کرنشی پایین در حالت پلاستیک خود می باشد، ترک خوردگی می تواند به سادگی اتفاق بیفتد.
ترک های ناشی از جمع شدگی پلاستیک در دال ها بسیار متداول می باشند که به صورت تصادفی، قطری و بر روی آرماتورها اتفاق می افتند (شکل 3-19). جلوگیری از ترک خوردگی جمع شدگی پلاستیک، از طریق پوشاندن تا حد امکان زودتر سطح بتن و حفاظت آن در برابر بادهای خشک کننده، میسر می باشد.
تا زمانی که آب آزاد تبخیر نگردد، پاشیدن ترکیبات عمل آوری رزینی (مگر در حالت امولسیون) نمی تواند به صورت موثری انجام شود. بنابراین، حصول اطمینان از اینکه ترکیبات مورد نظر پیش از شروع به شکل گیری ترک های جمع شدگی پلاستیک اعمال شده باشند، دشوار می باشد. پوشاندن با صفحه پلی اتیلن موثرترین راه حل می باشد. بر روی جاده های بتنی و دیگر سطوح که بافت تمام شده ضروری می باشد، پوشش باید در فاصله ای نسبت به سطح معلق باشد. خطر ترک خوردگی همچنین با استفاده از الیاف مسلح سازی کاهش می یابد و ظرفیت کرنش کششی بتن در حالت پلاستیک آن افزایش می یابد. در برخی موارد، با لرزاندن مجدد بتن، و یا پرداخت با ماله ماشینی و ماله کشی سطوح صاف، می توان از ایجاد ترک ها جلوگیری نمود.

ایجاد ترک های حرارتی در سنین اولیه بتن

در اعضای بتنی بزرگ، سرعت حرارت زایی ناشی از هیدراسیون سیمان از ابتدا تا سه روز پس از قالب گیری بسیار محتمل است که از سرعت اتلاف حرارتی به محیط بیشتر شود که این حالت موجب افزایش دما در بتن می گردد. بنابراین، انبساط حرارتی اتفاق می افتد و پس از آن با سرد شدن بتن، انقباض حرارتی روی می دهد. تاریخچه های دمایی معمول در سنین اولیه در شکل 3-20 نشان داده شده اند که در آنها آثار افزایش مقدار سیمان و اندازه مقطع عضو در افزایش دمای حداکثر قابل مشاهده می باشد.

شکل 3-20- اثر مقدار سیمان و اندازه مقطع بر تاریخچه دمای بتن در سنین اولیه

تنش داخلی در بتن با توجه به قیدهای موجود در برابر جابجایی حرارتی تنظیم می شود به طوری که ساخت احجام بتنی بزرگ بدون قیدها امکان پذیر نمی باشد. آنها شکل های «قید داخلی» ناشی از سرعت های متفاوت گرم و سرد شدن بین هسته و سطح مقطع بتنی و نیز «قید خارجی» ایجاد شده بر اثر قالب ریزی بر روی و یا مجاور بتن سخت شده قبلی را به خود می گیرند. وجود فولاد آرماتورها نیز قید ایجاد می کند، اما این حالت م یتواند به جای آنکه مضر باشد، سودمند واقع شود. آرماتور گذاری که به طور یکنواخت توزیع شده و در نزدیکی سطح بتن واقع است می تواند برای کنترل عرض و تعداد ترک ها، مفید باشد.

قید داخلی در بتن

شکل 3-21 تنش ایجاد شده هنگام قرار گیری بتن در معرض تاریخچه دمایی در سنین اولیه را نشان می دهد. پس از ریختن حجم زیادی از بتن، افزایش دمای ناشی از حرارت هیدراسیون تولید شده موجب می شود که داخل بتن از لایه های سطحی آن که بجز در صورت کاملا عایق بودن، حرارت را به هوای محیط پس می دهند، گرم تر گردد. انبساط تفاضلی حاصل موجب می شود که مقطع داخلی توسط مقطع خارجی مقید گردد و تنش های فشاری در مقطع داخلی و تنش های کششی در مقطع سطحی به وجود آیند. مطابق شکل 3-22، این تنش ها تا حد زیادی بر اثر خزش مستهلک می شوند، زیرا در این مرحله به دلیل آنکه بتن جوان و در سنین اولیه است، خزش زیاد می باشد. در دمای حداکثر، بخش داخلی در فشار کمتری قرار خواهد گرفت، در حالی که اگر تنش کششی کاهش یافته از مقاومت کششی بتن جوان تجاوز نماید، سطح دچار ترک خوردگی می شود (شکل 3-22).

شکل 3-21- نمایش ایجاد تنش های القایی در یک مقطع بتنی بزرگ در معرض تاریخچه دمایی در سنین اولیه ناشی از گرمای هیدراسیون

شکل 3-22- الگوی شماتیک ایجاد ترک هنگامی که تنش کششی ناشی از حرکت مقید از طریق خزش آزاد می شود

همچنان که بتن شروع به سرد شدن می کند، مقطع داخلی بیش از مقطع خارجی تمایل به انقباض دارد به طوری که اثر این قید داخلی عبارت خواهد بود از کاهش فشار در مقطع داخلی و کاهش کشش یا بسته شدن ترک ها در مقطع خارجی. خزش باز هم تنش ها را کاهش خواهد داد اما تا حدی کمتر از مقدار مربوط به مدت زمان چرخه حرارت زایی، زیرا اکنون بتن بالغ تر شده است. سرانجام، به تدریج که دمای بتن به دمای محیط نزدیک می شود، تنش در مقطع داخلی می تواند از فشار به کشش تبدیل شود، همراه با خطر ترک خوردگی، در حالی که مقطع خارجی تحت فشار قرار خواهد گرفت.

مطالب بیشتری را مطالعه کنید!
مبانی طرح اختلاط بتن
جدول عیار بتن چیست؟
بتن چیست و انواع آن کدام است

در این وضعیت پیش رونده، واضح است که خزش می تواند علت ترک خوردگی احتمالی باشد که دلیل آن کاهش اولیه بسیار زیاد تنش فشاری در مدت چرخه حرارت زایی در مقایسه با کاهش تنش کششی در مدت چرخه سرد شدن می باشد.
کمیت قید داخلی را می توان برحسب ضریب مقید سازی، R، تعیین نمود که به صورت زیر تعریف می شود:

(3-9)

(ε_f-ε_a  )/ε_f  R =

که ε_f کرنش حرارتی آزاد و ε_a کرنش واقعی می باشد. بنابراین برای حالت عدم وجود قید، هنگامی که کرنش واقعی برابر کرنش آزاد باشد، R=0 و هنگامی که کرنش واقعی برابر صفر باشد، قید کامل وجود دارد یعنی R=1.
به طور کلی، ترک خوردگی ناشی از قید داخلی در یک حجم بتنی بزرگ در صورتی اتفاق می افتد که داشته باشیم:

(3-10). f_cr ≤ T. R. EeΔ = a. ơ_t

که ơ_t تنش کششی، a ضریب انبساط حرارتی، TΔ تفاضل دمایی در عرض مقطع، fcr مقاومت گسیختگی خزش کششی و Ee مدول موثر یا کاهش یافته ناشی از خزش می باشد، یعنی:

(3-11). E/(1+〖EC〗_s ) = 〖Eơ〗_t/(ơ_t+EC) = ơ_t/ơ_0  = Ee

که e0 کرنش الاستیک در بارگذاری، C خزش، Eمدول الاستیسیته و Cs خزش مخصوص می باشد.

باید توجه شود که مقاومت گسیختگی خزشی کششی، fcr، که تعیین کننده شرایط ترک خوردگی در موارد ترک خوردگی حرارتی در سنین اولیه و ترک خوردگی جمع شدگی ناشی از خشک شدن مقید شده می باشد، کمتر از مقدار تعیین شده د رآزمایشگاه تحت بارگذاری کوتاه مدت بوده و به صورت 60% مقاومت کوتاه مدت در نظر گرفته می شود.