خرابی بتن پیش تنیده

اغلب سازه های بتن پیش تنیده که طی 50 سال اخیر ساخته شده و طراحی و اجرای آنها تحت بهترین شرایط صورت گرفته است، دوام بالایی را از خود نشان داده اند. بررسی مشکلات موردی نشان داده است که گسیختگی های جدی به نسبت حجم فولادهای پیش تنیدگی مورد استفاده در سراسر دنیا، اندک بوده اند. طی 40 سال گذشته، نمونه های موردی از گسیختگی جدی در اعضای پس تنیده و پیش تنیده وجود داشته است (شکل 6-1). این گسیختگی ها که هم پیش از بتن ریزی اعضای کششی (حین ساخت) و هم حین استفاده بعدی اتفاق افتاده اند، ناشی از خوردگی و به عبارت دقیق تر ناشی از ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنش در فولاد پیش تنیدگی با مقاومت بالا بوده اند.

در سال های اخیر، چندین مورد گسیختگی مربوط به خوردگی به وقوع پیوسته و مشکلات مربوط به دوام سازه های بتن پیش تنیده، به موضوع بحث جدیدی در میان کلیه افراد و سازمان های مرتبط با فرآیند ساخت و ساز، تبدیل شده است. مهم ترین عواملی که دوام را کاهش داده اند عبارتند از طراحی ضعیف (اجرای ضعیف)، اجرای غیرصحیح طراحی برنامه ریزی شده (ضعف نیروی اجرایی)، مصالح ساختمانی با پایه معدنی نامناسب، و استفاده از اعضای نامناسب سیستم پیش تنیدگی شامل انواع نامناسب فولاد پیش تنیدگی. طراحی ضعیف و ضعف نیروی اجرایی بدان معنی است که کنترل خوردگی موثر نخواهد بود.

این اعضا بر اثر تاثیرات محیطی مانند کربناسیون یا ورود یون کلر، تخریب خواهند شد و عمر مفید پیش بینی شده آنها، کاهش می یابد. مصالح ساختمانی نامناسب نیز خوردگی و ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی را تسریع خواهند نمود. فولادهای پیش تنیدگی حساس حتی قادر نیستند شرایط معمول محل ساخت را بدون خطر گسیختگی حین استفاده، تحمل نمایند.

شکل 6-1- فرو ریختن بام خارجی جنوبی سالن کنگره برلین

اغلب مشکلات خوردگی بر اثر آب ایجاد می شوند که به داخل نواحی متخلخل بتن یا نواحی آسیب پذیر مانند حفرات، درزها و ترک های غیر آب بند نفوذ می کند. این آب سپس در شبکه مجاری، بسته به کیفیت بتن با ملات، جریان می یابد. تهدید عمده، خوردگی ناشی از کلریدها است که هم از نمک های یخ زدایی و هم از آب دریا ناشی می شوند.

به عنوان یک قانون، شکست های صورت گرفته در فولاد پیش تنیدگی و گسیختگی های مربوط به سازه های بتن گیش تنیده می تواند به ترک ناشی از خوردگی نسبت داده شود. مکانیزم این گسیختگی ها اغلب به خوبی شناخته شده نمی باشد، بنابراین تعیین توصیه های لازم برای طراحی، مصالح ساختمانی و سیستم های پیش تنیدگی که از مشکلات آتی جلوگیری نمایند، دشوار می باشد.

دیگر مقالات کلینیک بتن را در این بخش دنبال نمایید
چسب رزین اپوکسی چیست
اسلب بتنی یا دال بتنی چیست
نمونه مکعبی و استوانه ای بتن

این فصل به بررسی خرابی بتن پیش تنیده با محوریت ویژگی های زیر می پردازد:

• توسعه حالت های پیش و پس تنیده در ساخت و ساز
• انواع مشخصات متالوژیکی تاندون های پیش تنیدگی
• حالت ها و مکانیزم های گسیختگی ناشی از خوردگی در فولادهای پیش تنیدگی
• دلایل وقوع گسیختگی در فولاد پیش تنیدگی و حالت های گسیختگی شدید در سازه ها با تاکیدی ویژه بر تاندون های پس تنیدگی
• پیشرفت های صورت گرفته در راهکارهای کنترل خوردگی برای فولاد پیش تنیده و روش های پایش سلامت سازه ها

حالت های اجرای بتن پیش تنیده

دو روش مختلف برای سوار نمودن و پیش تنیده نمودن تاندون های فولادی وجود دارد:

(1) پیش کشیدگی که در آن تاندون های پیش تنیده مستقیما توسط بتن احاطه می شوند و

(2) پس کشیدگی که در آن فولادهای پیش تنیدگی در امتداد مجاری عبور داده می شوند که بعدا این مجاری توسط تزریق ملات پر می شود. روش سوم یعنی تاندون های غیرپیوسته در مجاری روغن کاری شده، روش جدیدی است که نسبت به پس تنیدگی معمولی دارای پیوستگی، مزایای متعددی را دارا می باشد.

اجرای پس تنیدگی سال ها به عنوان یک تکنیک بسیار مهم خصوصا در ساخت پل ها و مخازن ذخیره سازی به شمار رفته است که دلیل آن، مزایای عمده فنی و اقتصادی می باشد. مزایای عمده پس تنیدگی عبارتند از:

• طرح های دقیق که امکان صرفه جویی قابل ملاحظه ای را در بتن و فولاد در مقایسه با بتن مسلح، فراهم می آورند.
• خیزهای کوچکتر نسبت به فولاد و بتن مسلح
• رفتار ترک مناسب که تمایل به حفاظت از فولاد در برابر خوردگی دارد
• خدمت پذیری نسبتا بدون تغییر حتی پس از تحمل بارهای قابل ملاحظه، زیرا ترک های موقتی پس از باربرداری دوباره بسته می شوند و
• مقاومت خستگی بالا، زیرا دامنه تغییرات تنش در فولاد پیش تنیدگی تحت بارهای متناوب بسیار کوچک است.

به دلایل فوق، پس تنیدگی در بسیاری از بخش های اجرای ساختمان، مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر ویژگی های کلی اجرای پس تنیدگی، دال های پس تنیده دارای مزایای متعددی نسبت به دال های بتن مسلح می باشند که عبارتند از:

• سازه ها به دلیل استفاده از فولادهای پیش تنیدگی با یک مقاومت کششی بسیار بالا به جای فولادهای مسلح سازی معمولی، اقتصادی تر می باشند.
• دهانه های بزرگ تر و لاغری بهتر؛ که مورد اخیر منجر به کاهش بار مرده می گردد که همچنین دارای اثر بهتری بر ستون ها و پی ها بوده، ارتفاع کلی ساختمان ها را کاهش داده و امکان وجود طبقات بیشتری را در ساختمان های با یک ارتفاع مشخص، فراهم می نماید.
• رفتار بسیار خوب تحت بار ثابت از نظر خیز و ترک خوردگی
• مقاومت برشی سوراخ کننده بیشتر با تنظیم مناسب تاندون ها و
• کاهش قابل ملاحظه در زمان ساخت بر اثر استفاده از اعضای از پیش شکل دهی شده

مرور تاریخچه

اگر چه برخی سازه های دال پس تنیده اولیه در اروپا ساخته شدند، اما اولین توسعه حقیقی این روش در آمریکا و استرالیا صورت گرفت. اولین دال های پس تنیده در سال 1955 در آمریکا با استفاده از پس تنیدگی بدون پیوستگی ساخته شدند. در سال های بعد، دال های پس تنیده متعددی برای استفاده به روش اجرای بالا بردن دال، طراحی و ساخته شدند. پس تنیدگی موجب می گردد که وزن بالا برده شده کاهش یافته و رفتار و خیز ترک خوردگی بهبود یابد. مطالعات تئوری و آزمایشات در مورد ضخامت پس تنیده انجام شد و تلاش های مشترک محققین، مهندسین طراحی و شرکت های پیش تنیده سازی منجر به ارائه استانداردها و توصیه هایی گردید که به تسریع استفاده روزافزون این شکل اجرا در آمریکا و استرالیا، کمک نمود. تاکنون، بیش از 50 میلیون متر مربع از دال ها تنها در آمریکا پس تنیده شده اند.

در اروپا در اوایل دهه 1970، علاقه مجدد به ین شکل اجرا به وجود آمد و برخی سازه ها در انگلستان، هلند و سوئیس کامل گردید. کار تحقیقاتی وسیعی به ویژه در سوئیس، هلند و دانمارک و اخیرا در آلمان، دانش ما از رفتار این سازه ها را گسترش داده است. این مطالعات، اساس استانداردهای کنونی موجود یا در دسته تهیه در چندین کشور می باشد. این روش هم اکنون در اروپا کاملا شناخته شده می باشد و در حال حاضر به ویژه در هلند، انگلستان، سوئیس و آلمان، کاربرد قابل ملاحظه ی یافته است.