تخریب بتن در هوای سرد

امتیاز کاربران برای این صفحه | امتیاز 5 از 5 (از 1202 رای)
امتیاز شما :

بتن و ترکیبات سیمانی، مصالح با دوامی بوده و انتظار عمر بهره برداری بلندمدت از آنها، غیرمنطقی نمی باشد. دماهای بالا و پایین در آب و هواهای گرما و سرد به خودی خود تهدیدی محسوب نمی شوند، زیرا بتن خشک دارای ضریب انبساط حرارتی به اندازه قابل قبول پایینی بوده و جابجایی های متوسط را می توان در طراحی در نظر گرفت. اما هنگامی که بتن مرطوب در آب و هوای سرد در معرض چرخه های دمایی متناوبی قرار گیرد که موجب یخ زدن و ذوب شدن آب حفره ای گردد، در این صورت تهدید دوامی به وجود می آید. تعداد چرخه ها نسبت به مقدار مطلق دمای حداقل، مهم تر می باشد. انبساط بتن مرطوب می تواند قابل ملاحظه بوده و تنش های ایجاد شده در داخل بتن ممکن است غیر قابل قبول باشند.
این مقاله به موضوعات اساسی مربوط به تولید بتن مقاوم در برابر یخ زدن- ذوب شدن می پردازد. ابتدا تاریخچه این پدیده مرور شده و سپس عوامل موثر بر آن مورد بررسی قرار می گیرد و اثرات ویژه مواد یخ زدا مورد توجه قرار می گیرد. هوای محبوس دارای اهمیت می باشد که این موضوع به همراه جزئیات بررسی می گردد. روش های آزمایش و راهکارهای تشخیصی مرتبط کنونی و آتی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. همچنین چشم انداز حرکت به سوی مشخصات و طراحی براساس عملکرد مربوط به دوام، مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت.

تخریب بتن در هوای سرد

تخریب بتن در هوای سرد

موضوعات مهم تخریب بتن در هوای سرد

یخ زدن آب همراه با انبساط می باشد. یک ظرف بسته با حداقل حجم پر 7/91% در هنگام یخ زدن، فشاری را بر جداره ها تجربه می کند. این حالت را می توان به عنوان تقریبی از «حد اشباع بحرانی» تصور نمود که پس از آن یخ زدن ممکن است منجر به آسیب در یک ماده ترد متخلخل گردد.
این نظریه ساده به اندازه کافی کلیه جنبه های آنچه را که هنگام یخ زدن بتن اتفاق می افتد، توضیح نمی دهد اما مفهوم پدیده یخ زدن بخشی از آب حفره ای در خمیر سیمانی، یا رطوبت در سنگدانه جاذب که ممکن است منجر به انبساط نامطلوب گردد را نشان می دهد. انبساطی که قابل جایدهی باشد، مشکلی محسوب نمی شود، اما قید موجود در برابر جابجایی موجب افزایش تنش های کششی می گردد. این تنش ها ممکن است از ظرفیت کششی ماده تجاوز نموده و منجر به ترک خوردگی گردند.
این اثر نامطلوب دارای حالت تجمعی می باشد. به این ترتیب، ممکن است چرخه مضری ایجاد شود که موجب آن بتن ترک خورده، آب بیشتری را در ساختار حفره ای حین ذوب شدن یخ جای داده و حجم یخ حین انجماد افزایش یافته و این امر منجر به تنش ها و ترک خوردگی بیشتری می گردد.

پرطرفدارترین مطالب کلینیک بتن ایران را از دست ندهید!

اعضای آسیب پذیر عموما عبارتند از سایبان ها، جدول پیاده روها، جان پناه ها، قرنیز دیوارها، طاقچه ها و پیش آمدگی ساختمان ها. زیرساخت های آسیب پذیر عبارتند از روسازی ها، مخزن، سدها، سیستم های ذخیره آب و دیگر سازه های آبی. شرایط ویژه ای نیز ممکن است در سازه ها به وجود آید مانند یخدان ها و تاسیسات ذخیره سازی مایعات با دمای بسیار پایین. البته باید اشاره گردد که بخش هایی از یک سازه حتی در کشورهایی که در آنها تعداد سالانه چرخه های یخ زدن- ذوب شدن قابل ملاحظه می باشد، از این مشکل ایمن می باشند. حفاظت در برابر باران و جلوگیری از قرارگیری در معرض آب، حجم آب را در زیر سطوح بحرانی نگه می دارد. پی ها معمولا به میزان کافی حفاظت می شوند که علت آن عمق پوشش می باشد. اعضای سازه ای که بیشتر در معرض خطر قرار دارند آنهایی هستند که در زمان یخ زدن، اشباع می باشند.
مشکلات مربوط به یخ زدن- ذوب شدن عموما در خمیر سیمان بتن اتفاق می افتد، اما برخی سنگدانه های متخلخل نیز چنانکه در مقالات کلینیک بتن ایران بحث شد، جزء عوامل کمک کننده محسوب می شوند. اما تاثیر سنگدانه های متخلخل در صورتی می تواند مثبت باشد که این سنگدانه ها به اندازه کافی محکم باشند تا در برابر فشارهای انبساطی مقاومت نموده و در عین حال فضای بیشتر مورد نیاز جهت جایگیری یخ و آب حفره ای باز توزیع شده را فراهم نمایند.

اثرات نامطلوب یخ زدن- ذوب شدن

گسیختگی بتن با مشخصات مناسب که در معرض یخ زدن و ذوب شدن پی در پی قرار دارد، ممکن است منجر به انواع مختلفی از صدمات داخلی و نزدیک سطح گردد، اما تمایزهای موجود میان این پدیده ها اغلب تا حدی دلخواه و قراردادی می باشد. نشانه های مرسوم موجود عبارتند از:

(1)ترک خوردگی در مجاورت اتصالات (معروف به ترک خوردگی D یا خط D)
(2)لایه لایه شدن با پوسته شدن کلی سطح
(3)بیرون پریدگی های موضعی.

ترک خوردگی خط D

ترک خوردگی خط D ممکن است در دال های روسازی مشاهده گردد. این طرح ترک ها در ناحیه مجاور درزها و لبه های آزاد اتفاق می افتد. ترک ها تقریبا به صورت موازی با درزها در هر دو راستای طولی و عرضی جهت گیری می شوند. این ترک ها ابتدا در نزدیکی لبه روسازی یا درز ظاهر می شوند. بعدا چرخه های یخ زدن- ذوب شدن ممکن است ترک های بیشتری را به وجود آورند که بر روی سطح به صورت پیش رونده نسبت به محل درز ظاهر می شوند. این حالت ممکن است منجر به ایجاد الگوی شماتیک نشان داده شده در شکل 8-1 (و تصویر نشان داده شده در شکل 7-1) گردد.

آسیب یخ زدن- آب شدن، ترک خوردگی خط D

شکل 8-1- آسیب یخ زدن- آب شدن، ترک خوردگی خط D

این پدیده بر اثر انبساط ذرات سنگی درشت دانه در عمق به وجود می آید و تابعی از حداکثر اندازه سنگدانه (Dmax) می باشد. هرچه اندازه سنگدانه ها بزرگ تر باشد، احتمال این اثر نامطلوب افزایش می یابد.

لایه لایه شدن و پوسته پوسته شدن

ورقه ورقه شدن سطح خود را به صورت پوسته شدن سطح نشان داده و یا به واسطه رفتار تفاضلی لایه های بالایی و پایینی ناحیه یخ زده و یا از طریق تشکیل لایه های نازک یخ ایجاد می گردد. لایه های مرطوب بالایی بتن ممکن است همراه با لایه های یخ زده پیش رونده موازی با سطح، یخ بزنند. در مورد روسازی های بتنی، یک اثر فتیله ای سپس ممکن است آب را از خاک پایین روسازی کشیده و فرآیند یخ زدن را تغذیه نماید. انبساط لایه های یخ زده ممکن است منجر به لایه لایه شدن گردد، یعنی پدیده ای مشابه پدیده بالاآمدگی یخ در خاک ها. سناریو دیگری نیز وجود دارد که منجر به لایه لایه شدن روسازی های در معرض دمای پایین در مدت طولانی می گردد. لایه های پایینی ممکن است برای روزها به حالت یخ زده باقی بمانند، درحالی که یخ لایه های سطحی در طول روز ذوب شود. دماهای زیر صفر در شب ممکن است منجر به ایجاد یک جبهه یخ در سطح شوند که این جبهه به سمت لایه های یخ زده پایینی پیشروی می نماید. لایه های نازک (لنز) آب به دام افتاده بین دو ناحیه یخ زده ممکن است یخ بزند، انبساط یافته و منجر به ایجاد تنش هایی گردد که یک لایه سطحی را مطابق شکل 8-2 جدا نماید.

فرآیند ورقه ورقه شدن بر اثر افت دمای هوا از T1°C به T2°C- تا T3°C- در حالیکه

شکل 8-2- فرآیند ورقه ورقه شدن بر اثر افت دمای هوا از T1°C به T2°C- تا T3°C- در حالیکه بخش داخلی زیر نقطه یخ زدن در دمای -T0°C می باشد.

مشکل مربوط به پوسته شدن نیز ممکن است به طور موضععی برای ذرات سنگدانه نزدیک سطح نیز بوجود بیاید. در صورتی که یخ، از آب خارج شده از سنگدانه های در حال یخ زدن تشکیل گردد، لایه نازک و ضعیف پوشش بتن بر روی ذرات سنگی درشت دانه، مطابق شکل 8-3 در معرض لایه لایه شدن قرار می گیرد.

پوسته پوسته شدن سطح بر اثر افت دمای هوا به اندازه t °C از یک سطح یخ زدن اولیه T°C

شکل 8-3- پوسته پوسته شدن سطح بر اثر افت دمای هوا به اندازه t °C از یک سطح یخ زدن اولیه T°C

بیرون پریدگی

واژه «بیرون پریدگی» برای توصیف جدا شدن تکه های مخروطی شکل کوچک از سطح به کار می رود. این پدیده ممکن است در جایی اتفاق بیفتد که مصالح سنگی درشت دانه آسیب پذیر در برابر یخ زدن- ذوب شدن مورد استفاده قرار گیرند. ذرات سنگی بسیار جاذب نزدیک سطح ممکن است اشباع شده و بر اثر یخ زدن، شکسته شوند. تنش ها ممکن است پوشش بتن روی این ذرات سنگی را ترک دهند. سپس تکه های مخروطی شکل بتن از سطح جدا شده و سنگدانه های شکسته شده در پایین ناحیه بیرون پریدگی، مطابق شکل 8-4 نمایان می شوند.

آسیب موضعی –بیرون پریدگی- بر اثر افت دمای هوا به اندازه t°C از یک سطح یخ زدن اولیه T°C

شکل 8-4- آسیب موضعی –بیرون پریدگی- بر اثر افت دمای هوا به اندازه t°C از یک سطح یخ زدن اولیه T°C

به حداقل رساندن خطر خرابی

راهکارهای مناسبی را می توان برای به حداقل رساندن خطر کاهش دوام ناشی از یخ زدن و ذوب شدن به کار گرفت. کلیه بتن های تازه ریخته شده در صورتی که دماهای یخ زدن در دوره پس از قالب ریزی محتمل باشد، باید حفاظت شوند. غالب گیری بتن هنگامی که دما به مقدار کمتر از C°2 کاهش یابد، توصیه نمی شود، مگر آنکه ملاحظات ویژه برای بتن ریزی در هوای سرد، در نظر گرفته شود. تولید بتن سخت شده با دوام کافی در شرایط قرارگیری در معرض یخ زدن و ذوب شدن، شامل کنترل یک پارامتر مهم یا ترکیبی از اقدامات کنترلی می باشد. موارد مهم عبارتند از مقدار آب در بتن، توانایی شبکه حفرات در جایدهی انبساط و مشخصات سنگدانه ها خصوصا جذب آب آنها. این مقاله به مرور فرآیند یخ زدن در مصالح متخلخل، عوامل موثر، تشدید آسیب بر اثر مواد یخ زدا، استفاده از مواد هوازا (حباب ساز)، روش های آزمایش و موضوعات تشخیص می پردازد.
تولید بتن با دوام در اقلیم های سرد به سادگی قابل دستیابی است، اما این امر مستلزم دارا بودن دانش مربوط به این پدیده و راهکارهای کنترلی مناسب در موارد مورد نیز می باشد.

نویسنده : کلینیک بتن ایران
تاریخ ثبت : 1400/08/23
سایر مقالات
اثرات و عوامل هوازا بر سیستم آب به سیمان در بتن
اثرات و عوامل هوازا بر سیستم آب به سیمان در بتن
مطالعات بر روی اثر افزوده شدن عوامل هوازا بر خمیرهای سیمان صورت پذیرفته که ما را قادر می کند تا دیدگاهی نسبت به مکانیسمی که طی آن این مواد ایجاد سیستم...
ادامه مطلب
ویژگی های گیرش بتن تازه حاوی افزودنی های بتن کاهنده آب
ویژگی های گیرش بتن تازه حاوی افزودنی های بتن کاهنده آب
اثر مخلوط و فاکتورهای محیطی بر ویژگی های گیرش بتن در حضور افزودنی ها که باعث یک اثر کندگیر کنندگی می شود، در بخش بعدی مورد بحث قرار می گیرد....
ادامه مطلب
نحوه اتصال دیوار به ستون بتنی یا وال پست چگونه است ؟
نحوه اتصال دیوار به ستون بتنی یا وال پست چگونه است ؟
وال پست wall post، نگهدارنده دیوارهای غیر سازه ای است. انواع وال پست ها به روش های مختلفی اجرا می شوند که در این مقاله باهم نحوه اجرا و اتصال وال پست...
ادامه مطلب
بتن های پر مقاومت
بتن های پر مقاومت
بتن پر مقاومت بتنی است دارای مقاومتی برابر یا بیش از 41 مگاپاسکال باشد نسبت آب به سیمان در این بتن ها از 0/25 برای مقاومت بیش از 80 مگا پاسکال در سن...
ادامه مطلب

نظرات کاربران

به این صفحه امتیاز دهید
با تشکر امتیاز شما به این صفحه می باشد