کاهش جمع شدگی در بتن

بتن در معرض تغییرات حجمی یا القایی قرار می گیرد. این تغییرات را اصطلاحا جمع شدگی بتن می گویند. تغییر حجم یکی از مضرترین خواص بتن است. از نگاه مهندسی، جنبه تغییر حجم بتن از این نظر حائز اهمیت است که باعث ایجاد ترک های نامناسب در بتن می شود. این ترکها بر استحکام و دوام طولانی مدت آن تاثیر گذار است. به عبارت دیگر انقباض بتن (Concrete Shrinkage) عبارتست از تغییر حجم بتن در طول زمان به نحوی که باعث کاهش ابعاد بتن شود. جمع شدگی نتیجه از دست رفتن رطوبت بتن سخت شده است. در اثر خالی شدن منافذ ریز در بتن، فشار مویرگی منفی ایجاد می شود که باعث کاهش حجم بتن می شود.

کاهش جمع شدگی در بتن

جمع شدگی خاصیت ذاتی بتن است. اصطلاح جمع شدگی برای توصیف جنبه های مختلف تغییرات حجمی در بتن است. این مورد به دلیل از دست دادن رطوبت در مراحل مختلف به دلایل گوناگون استفاده می شود. انواع جمع شدگی عبارتست از: جمع شدگی پلاستیک، جمع شدگی به صورت خشک شدن، جمع شدگی خودبخودی و جمع شدگی کربناسیون در بتن.

1. جمع شدگی پلاستیک در بتن (Plastic Shrinkage)

جمع شدگی پلاستیک در سطح بتن تازه ایجاد می شود. نتیجه تبخیر آب از سطح بتن تازه یا جذب در قالب بتن یا بستر است. این یک انقباض در حجم به دلیل حرکت آب از بتن در حالی که هنوز در حالت پلاستیک یا قبل از گیرش است. این حرکت آب می تواند در طول فرآیند هیدراتاسیون یا از شرایط محیطی باشد که منجر به تبخیر آب موجود در سطح بتن مرطوب می شود. بنابراین، هر چه بتن بیشتر خونریزی کند، انقباض پلاستیک باید بیشتر باشد. این نوع از انقباض به عیار سیمان وابسته است. بر اساس مطالعات با نسبت w/c [نسبت وزنی آب به سیمان مصرفی در مخلوط بتن] نسبت معکوس دارد.

یکی از دلایل ایجاد ترک های ناشی از جمع شدگی پلاستیک، جذب آب بتن توسط سنگدانه ها است. ذرات سنگدانه ها یا آرماتورها ته نشین می شوند و به همین دلیل در سطح سازه یا به صورت داخلی در اطراف سنگدانه ها ترک ایجاد می شود. در کف ها و روسازی هایی که سطح بیشتری در معرض باد و نور خورشید است، سطح به سرعت خشک می شود و انقباض پلاستیک رخ می دهد. برای جلوگیری از جمع شدگی پلاستیک می توان از روش های زیر استفاده کرد:

• با پوشاندن سطح به کمک ورق پلی اتیلن می توان از خروج آب از سطح جلوگیری کرد.
• ویبره مناسب بتن می تواند از این فرآیند جلوگیری کند.
• انقباض پلاستیک در سازه های بتنی را می توان با استفاده از پودر آلومینیوم کاهش داد.
• استفاده از سیمان بیشتر نیز می تواند به کنترل انقباض پلاستیک کمک کند.

2. جمع شدگی  به صورت خشک شدن (Drying Shrinkage)

انقباض خشک شدن به دلیل از بین رفتن آب جذب شده سطحی از ژل هیدرات سیلیکات کلسیم (C-S-H) و  از بین رفتن کشش هیدرواستاتیک در منافذ کوچک ایجاد می شود. تورم پدیده مخالف انقباض است. این انقباض عمدتاً به دلیل تغییر شکل خمیر است. اگرچه سختی سنگدانه نیز بر آن تأثیر می گذارد. اکثر انواع انقباضات خشک شدن در چند ماه اول عمر سازه بتنی صورت می گیرد. خروج آب از بتن که در حفره های هوای غیراشباع ذخیره می شود باعث انقباض خشک می شود. بخشی از این انقباض ایجاد شده را می توان با غوطه ور کردن بتن در آب  جبران کرد. به این کار انتقال رطوبت گفته می شود .  می توان آن را با استفاده از فرمول Schorer محاسبه کرد:

Es = 0.00125 (0.90 -h)

در این فرمول Es نشان دهنده کرنش جمع شدگی و h رطوبت نسبی است. سرعت این جمع شدگی با مرور زمان کاهش می یابد . حدود 14 تا 34 درصد از این جمع شدگی در 2 هفته‌ی اول است.40 تا 70 درصد از آن در 3 ماه اول عمر بتن است. حدود 80% از جمع شدگی هم در سال اول عمر بتن ایجاد خواهد شد. انتخاب مصالح، شرایط محیطی، نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، سنگدانه ها و نوع سیمان مورد استفاده در مخلوط از جمله عواملی  است که بر جمع شدگی خشک شدن بتن موثر است.

3. جمع شدگی خودبخودی (Autogenous shrinkage)

این انقباض تغییر حجمی است که حتی پس از سخت شدن بتن نیز ادامه می یابد. درواقع این نوع جمع شدگی پس از گیرش اولیه بتن به دلیل هیدراتاسیون رخ می دهد. این فرآیند به آب نیاز دارد و بنابراین باعث کاهش آب آزاد داخلی می شود.  این پدیده ممکن است به صورت انقباض یا به شکل تورم رخ دهد. هنگامی که آب وجود دارد، هیدراتاسیون تسهیل می شود. هنگامی که رطوبت برای این هیدراتاسیون وجود نداشته باشد، تورم در بتن رخ می دهد. این نوع انقباض در نتیجه خروج آب از سوراخ های مویینی داخل بتن است. فرآیند هیدراتاسیون باعث خروج این آب از منافذ مویینی می شود.

به‌طورکلی، جمع‌شدگی خودبخودی در بتن با کارایی بالا بسیار قابل توجه است، اما استفاده از سیمان با حرارت کم، میکروسیلیکا، عوامل کاهنده انقباض، سنگدانه های سبک و الیاف می تواند این مشکل را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

کاهش جمع شدگی در بتن

4. جمع شدگی کربناسیون در بتن (Carbonation Shrinkage)

دی اکسید کربن موجود در جو در حضور آب با سیمان هیدراته واکنش نشان می دهد. هیدروکسید کلسیم [Ca(OH)2] به کربنات کلسیم تبدیل می شود. و همچنین برخی دیگر از ترکیبات سیمان تجزیه می شوند. چنین تجزیه کاملی از ترکیب کلسیم در سیمان هیدراته حتی در فشار کم دی اکسید کربن در اتمسفر معمولی امکان پذیر است. کربناته به آهستگی فراتر از سطح در معرض بتن نفوذ می کند. میزان نفوذ دی اکسید کربن نیز به رطوبت بتن و رطوبت نسبی محیط بستگی دارد. کربناته شدن با افزایش وزن بتن و انقباض همراه است.

انقباض کربناته به دلیل حل شدن کریستال های هیدروکسید کلسیم و رسوب کربنات کلسیم در جای خود ایجاد می شود. از آنجایی که حجم محصول جدید کمتر از محصول جایگزین شده است، انقباض صورت می گیرد. کربناته شدن بتن همچنین منجر به افزایش استحکام و کاهش نفوذپذیری می شود. احتمالاً به این دلیل که آب آزاد شده توسط کربناته باعث افزایش فرآیند هیدراتاسیون می شود . همچنین کربنات کلسیم باعث کاهش حفره های موجود در خمیر سیمان می شود. این فرآیند باعث جمع شدگی سطح می شود. ممکن است این فرآیند در طول دوره ی بهره برداری سازه ی بتنی اتفاق افتد. جمع شدگی کربناسیون در مناطقی دیده می شود که رطوبت متوسطی دارند.

کاهش جمع شدگی در بتن

عوامل موثر بر جمع شدگی بتن

1. نسبت آب به سیمان : نسبت آب به سیمان نیز بر میزان انقباض تأثیر می گذارد . رابطه بین میزان آب و انقباض بتن خطی است.  یعنی هر چه آب بیشتر شود، جمع شدگی بتن نیز بیشتر جمع می شود. افزایش یک درصدی آب باعث افزایش سه درصدی انقباض می شود. میزان افت بتن به شرایط محیطی از جمله رطوبت نسبی، دما و گردش هوا بستگی دارد. رطوبت بیشتر و تبخیر کندتر در دمای پایین باعث کاهش اثر انقباض بتن می شود.

2. دما: عامل  دیگری که بر نیاز آبی بتن و در نتیجه انقباض آن تأثیر می گذارد، دمای بتن تازه است. بتن ریزی در زمستان معتدل نسبت به ماه های گرم تابستان تمایل به ترک خوردگی بسیار کمتری دارد.

3. رطوبت نسبی: اگر نمونه بتن برای مدت زمان طولانی در رطوبت نسبی 100% نگهداری شود، انقباض ایجاد میشود.

4. درصد دانه های سنگی : هرچه درصد دانه های سنگی در بتن بیشتر باشد افت بتن کمتر میشود.

5. نوع سنگدانه ها : هر چه مصالح سنگی با کیفیت بیشتری در بتن استفاده شود، افت بتن کمتر می شود.

6. عمر بتن : انقباض با گذشت زمان به سرعت کاهش می یابد. بیشترین مقدار افت بتن ۹۰ درصد درسال اول رخ می دهد.
استفاده از آرماتور در بتن: در قطعات بتن آرمه، آرماتورها از جمع شدن قطعه بتن جلوگیری می کند .نتیجه این عمل به وجود آوردن نیروهای فشاری در فولاد است.

7. نوع سیمان مصرفی در مخلوط: به دلیل استفاده از سیمان های مختلف، انقباض بتن های مختلف نیز متفاوت است. سیمان سریع گیر به سرعت سخت می شود، بنابراین انقباض آن در شرایط مشابه بیشتر از سیمان پرتلند معمولی است.

8. افزودنی های بتن: افزودن کلرید کلسیم به عنوان یک افزودنی به مخلوط بتن باعث افزایش انقباض می شود. اما زمانی که آهک را جایگزین آن کنیم این میزان تجمع کاهش می یابد.

راه های جلوگیری از جمع شدگی

هنگام بحث در مورد این که انقباض در بتن چیست، به اهمیت رطوبت اشاره کردیم. به همین دلیل بهترین راه برای جلوگیری از انقباض بتن مخلوط کردن آب کمتر در بتن است. بنابراین با کاهش میزان آب مخلوط بتن و یا با افزایش حجم سنگدانه ها (به ویژه ماسه) می توان میزان ترک های ناشی از انقباض را کاهش داد .تا حجم خمیر سیمان به حداقل برسد. روش دیگری  برای کاهش تأثیر انقباض  افزودن اتصالات حرکتی (میلگرد یا الیاف) است. اتصالات ترک را در بتن مهار میکنند. به این معنی که وقتی بتن به دلیل جمع شدگی شروع به ترک خوردن می کند، در امتداد درزهای کنترلی ترک می خورد.

بهترین راه خلاص شدن از شر ترکهای محتمل در بتن استفاده از پوزولانها است. این مواد از یک سو ریسک واکنش کرربناسیون را با کاهش قلیایها کاهش میدهند. از یک سوی طس واکنش با هیدروکسید کلسیم، ژل ثانویه ایجاد کرده و تمام حفرات مویینه را پر میکنند. از طرفی با کاهش میزان آب مورد نیاز، ترکهای پلاستیک را مهار خواهند کرد. پوزولانها ضمن کاهش دمای بتن تازه ریسک بروز ترکهای پلاستیک در فصول سرد سال را بسیار کم میکنند. عملکرد کلی این افزونه ها جمع شدگی ذاتی بتن را کاهش میدهد. این مجموعه سالهاست در زمینه عرضه با کیفیت ترین پوزولانهای طبیعی و صنعتی در کشور فعالیت دارد. این مواد ضمن بهبود خصوصیات دوامی و مقاومتی بتن، ریسک ترک خوردگی و شوره را کاهش داده و منجر به کاهش جذب آب بتن میگردد.

دسترسی سریع:

• جهت سفارش سوپر پوزولان سیمان سبز (سرباره فعال سازی شده) این لینک را دنبال کنید.
• جهت سفارش پودر سرباره آهن این لینک را دنبال کنید
• جهت سفارش سوپر پوزولان میکروسیلیکا این لینک را دنبال کنید.
• جهت سفارش ژئولیت این لینک را دنبال کنید.
• جهت سفارش پلیمر سفید کننده جایگزین تیتان این لینک را دنبال کنید.