ترک خوردگی در بتن | 11 نوع ترک + راهکار پیشگیری

بتن در طول عمر خود در معرض تعداد نامحدودی از درزها و ترک‌ها خواهد بود.

طی سالیان متمادی، پژوهشگران عرصه تکنولوژی بتن، انواع علل ترک خوردگی در بتن را معرفی نموده و راهکارهای جلوگیری از گسترش آن‌ها را ارائه نموده‌اند.

در این مقاله، ۱۱ نوع اصلی ترک خوردگی در بتن را بررسی می‌کنیم و راهکارهای علمی پیشگیری از آن‌ها را ارائه می‌دهیم.

انواع ترک خوردگی در بتن — مرور کلی

رایج‌ترین علل بروز ترک خوردگی در بتن عبارتند از:

• نشست پلاستیک (Plastic Settlement)
• جمع‌شدگی (انقباض) پلاستیک (Plastic Shrinkage)
• انقباض حرارتی اولیه (Early Thermal Contraction)
• انقباض طولانی‌مدت ناشی از خشک شدن (Long-term Drying Shrinkage)
• ترک‌های موزاییکی (Crazing)
• خوردگی آرماتور (Corrosion of Reinforcement)
• واکنش قلیایی-سنگدانه (Alkali-aggregate Reaction)
• ترک انبساطی (Expansion crack)
• ترک ناشی از بلند شدن بتن (Heaving crack)
• ترک ناشی از نشست سازه (Settling crack)

طبق استاندارد ACI 224R، عرض مجاز ترک در سازه‌های بتنی معمولاً بین ۰.۱ تا ۰.۴ میلی‌متر است.

ترک خوردگی در بتن ناشی از نشست پلاستیک

ترک‌های نشست پلاستیک زمانی که بتن هنوز در ناحیه پلاستیکی است، در طول گیرش اولیه بتن ایجاد می‌شود.

در این حالت، آب‌انداختگی بتن سطح آن را می‌پوشاند، در حالی که سنگدانه و سیمان تحت نیروی گرانش ته‌نشین می‌شوند.

این امر لایه ضعیف‌تری از بتن را در نزدیکی سطح تشکیل می‌دهد. این نوع ترک‌ها قبل از گیرش بتن روی سطح ایجاد می‌شوند.

راهکار پیشگیری از ترک نشست پلاستیک

جهت جلوگیری از این پدیده باید ضمن اصلاح طرح مخلوط، نسبت آب به سیمان را با استفاده از افزودنی‌های مناسب پایین آورد.

همچنین با استفاده از سنگدانه و فیلرهای مناسب از جدا شدگی ذرات جلوگیری کرد.

پلیمر سفیدکننده بتن (P920) ضمن جلوگیری از جدا شدگی ذرات، از آب‌انداختگی بتن ممانعت می‌کند.

ترک خوردگی در بتن ناشی از جمع‌شدگی پلاستیک

ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی پلاستیک به دلیل خشک شدن سریع بتن و میزان رطوبت کم، در زمانی که بتن در ناحیه پلاستیکی است (نگرفته) ایجاد می‌شود.

ترک پلاستیک بتن در اعضای سازه‌ای که نسبت سطح به حجم بیشتر دارند، مانند دال‌ها و روسازی‌ها ایجاد می‌شود.

عواملی مانند دمای هوا و بتن، سرعت باد، عمل گرم شدن و خشک شدن، و رطوبت نسبی نقش مهمی در میزان تبخیر رطوبت حاصل از گیرش بتن دارند.

زمانی که سرعت تبخیر از سطح، از سرعتی که رطوبت به آن می‌رسد بیشتر شود، ترک خوردگی در بتن رخ می‌دهد.

در صورتی که بتن سریع خشک شود، دچار انقباض و ترک خوردگی می‌شود. ممکن است به علت ریز بودن، تا چندین روز مشاهده نشوند.

این ترک‌ها ممکن است به صورت تصادفی ایجاد شوند یا در یک الگوی تقریباً موازی ظاهر شوند.

ترک‌ها اغلب مستقیم هستند و طول آن‌ها از ۲۵-۲ میلی‌متر است. معمولاً ۳۰۰-۶۰۰ میلی‌متر طول و ۱-۳ میلی‌متر عرض می‌باشند.

ترک خوردگی در بتن ناشی از انقباض حرارتی اولیه

در مقاطع بتنی بزرگ و در سنین پایین، بتن به علت تولید گرمای اضافی در دیوارهای ضخیم و گرادیان‌های دمایی اضافی در دال‌ها، دچار ترک خوردگی ناشی از انقباض حرارتی می‌شود.

این نوع ترک حرارتی در دیوارهای کنسولی رایج هستند که اغلب در مخازن، سدها، دیوارهای حائل، پایه پل‌ها و زیرزمین‌ها مشاهده می‌شوند.

تغییرات حجمی ناشی از تغییرات دما و رطوبت در طول فرآیند گیرش، یکی از دلایل اصلی ترک خوردن بتن در سنین پایین است.

راهکار پیشگیری

جهت جلوگیری از این نوع ترک، استفاده از انواع پوزولان با نسبت جایگزینی زیاد پیشنهاد می‌شود.

پودر سرباره آهن، میکروسیلیس و سیمان سبز از جمله این مواد هستند.

ترک‌های موزاییکی (Crazing) در بتن

ترک‌های موزاییکی یا ترک پوست سوسماری، در واقع ترک‌های تصادفی ریز روی سطح بتن است که در اثر جمع‌شدگی لایه سطحی و خشک شدن سطح ایجاد می‌شود.

این ترک‌ها به ویژه زمانی رخ می‌دهند که سطح در معرض رطوبت کم و دمای بالا قرار گرفته باشد.

شکاف‌ها معمولاً مانند الگوهای شش‌ضلعی نامنظم هستند که عرض آن‌ها ۵۰-۱۰۰ میلی‌متر می‌باشد.

عمق آن‌ها به ندرت بیش از ۳ میلی‌متر است و بیشتر روی سطوح شناور یا فولادی قابل مشاهده است.

متداول‌ترین مناطقی که در معرض فرسودگی قرار دارند، بتن با نمای خوب یا جایی که از مخلوط‌های غنی استفاده شده است.

همچنین روی دال‌های بتنی شناور به دلیل ماله‌کشی بیش از حد یا عمل‌آوری ضعیف مشاهده می‌شود.

جدا از تأثیر بر ظاهر سازه، ترک‌های موزاییکی معمولاً بر یکپارچگی ساختاری بتن تأثیر نمی‌گذارند، اما می‌توانند منجر به تخریب بتن شوند که نیازمند ترمیم بتن است.

ترک خوردگی در بتن ناشی از خوردگی آرماتور

یکی از رایج‌ترین مکان‌هایی که بتن دچار خوردگی می‌شود، در ستون‌ها و تیرها می‌باشد که پوشش بتنی مناسب وجود ندارد یا بتن بی‌کیفیت استفاده می‌شود.

خوردگی آرماتور نیز معمولاً در بتن‌های پیش‌ساخته قدیمی یافت می‌شود که در آن کلرید کلسیم اضافی به مخلوط بتن اضافه شده است تا به سریع سخت شدن بتن کمک نماید.

هنگامی که بتن با مقاومت کششی که میلگردهای تقویت‌کننده ایجاد می‌کند تقویت می‌شود، ماده کامپوزیت نه تنها در برابر فشار، بلکه در برابر خمش و سایر اعمال کششی مقاومت می‌کند.

سازه‌های بتن مسلح با گذشت زمان و قرار گرفتن در معرض محیط، به ویژه محیط‌های سولفاتی، تخریب می‌شوند.

از شایع‌ترین عوامل خوردگی می‌توان به کربناته شدن یا ورود کلریدها (نمک‌ها) اشاره کرد. جهت جلوگیری از این پدیده، استفاده از انواع پوزولان در حین ساخت بتن پیشنهاد می‌شود.

ترک خوردگی در بتن ناشی از واکنش قلیایی-سنگدانه

واکنش قلیایی-سنگدانه به واکنش انبساط مخرب در بتن اطلاق می‌شود که در مدت زمان طولانی (بیش از ۵ سال) در بتن رخ می‌دهد.

وجود سیلیس واکنش‌پذیر در سنگدانه، قلیاییت قابل توجه و رطوبت باعث تشدید این واکنش می‌گردد.

واکنش قلیایی-سنگدانه در بتن به دو دسته طبقه‌بندی می‌گردد:

• واکنش قلیایی-سیلیس (ASR)
• واکنش آلکالی-کربنات (ACR)

واکنش آلکالی-کربنات (ACR)

این واکنش یک اتفاق بسیار نادر در بتن است. این واکنش ناشی از تبلور مجدد سنگ دولومیت یا سنگ آهک دولومیتی است.

این واکنش با انبساط همراه است و باعث تخریب بتن می‌شود. استفاده از سنگ‌های دولومیتی به دلیل واکنش قلیایی-کربناته اجتناب می‌شود.

واکنش قلیایی-سیلیس (ASR)

برخی از سنگدانه‌ها که حاوی سیلیس شیشه‌ای (دی‌اکسید سیلیکون غیرکریستالی) هستند، با هیدروکسیدهای قلیایی موجود در بتن واکنش می‌دهند.

در نتیجه، یک ژل قلیایی-سیلیکات ایجاد می‌شود که با جذب رطوبت متورم می‌شود. با گذشت زمان، انبساط ژل باعث ایجاد ترک خوردگی در بتن می‌شود.

راهکار پیشگیری از ASR

اولین راه، استفاده از سنگدانه‌های با کیفیت است. ماسه سیلیسی با خلوص مناسب و پودر سنگ کریستال می‌تواند بخش زیادی از این مشکل را رفع کند.

در صورت عدم توجیه اقتصادی تهیه سنگدانه مناسب و جهت کاهش ریسک بروز این نوع از ترک‌ها، استفاده از سوپر پوزولان سیمان سبز پیشنهاد می‌گردد.

این افزودنی ضمن کاهش سطح آهک آزاد بتن، قلیاییت محیط را کم کرده و ریسک واکنش سیلیسی-قلیایی را به شدت کاهش می‌دهد.

ترک‌های سازه‌ای در بتن

ترک ناشی از انبساط

یکی دیگر از ترک‌های رایج، ترک انبساطی بتن می‌باشد. بتن نیز مانند هر ماده دیگری هنگامی که در معرض گرما قرار گیرد، دچار انبساط می‌شود.

در مناطق گرم، به علت گرمای هوا، بتن دچار انبساط می‌شود. هنگامی که در اطراف آن موادی موجود باشند که قابلیت شکل‌پذیری یا جابجایی نداشته باشند (مانند قاب پنجره، در یا دیوار)، یک تنش در بتن به وجود می‌آید.

این تنش منجر به فشار به بتن شده و ترک‌هایی که ترک‌های انبساطی نامیده می‌شوند، در بتن شکل می‌گیرد.

یکی از راه‌های جلوگیری از گسترش ترک انبساطی، ایجاد مفاصل انبساطی می‌باشد. این مفاصل در واقع فواصل هستند که بتن را از نواحی اطراف آن جدا (isolate) می‌کند.

ترک ناشی از بلند شدن بتن (Heaving)

بلند شدن بتن می‌تواند در شرایط مختلفی رخ دهد. به طور مشخص، هنگامی که زمین زیر دال بتنی دچار یخ‌زدگی می‌شود، منبسط شده و بالا می‌آید.

در ادامه، هنگامی که هوا گرم می‌شود، یخ‌زدگی زمین از بین رفته و خاک به حالت عادی بازمی‌گردد. در این حالت اگر دال بتنی روی خاک قادر به حرکت با خاک و زمین نباشد، دچار ترک می‌شود.

همچنین هنگامی که اجسام سخت در زیر دال بتنی وجود داشته باشند و قادر به حرکت باشند، ترک خوردگی در بتن محتمل می‌باشد.

به عنوان مثال، هنگامی که ریشه درختان رشد می‌کنند، باعث فشار به دال بتنی شده و می‌توانند دال بتنی را بلند کنند.

ترک ناشی از نشست سازه

در این نوع ترک، زمین یا زیرساخت زیر دال یا دیوار بتنی تا حدی حفاری می‌شود.

از آنجا که در این حالت بتن دچار نشست می‌شود، تنشی در داخل بتن گسترش می‌یابد. به این ترک اصطلاحاً ترک ناشی از نشست سازه می‌گویند.

همچنین ممکن است هنگامی که درخت تنومند کنار دال بتنی برداشته شود و محل حفره شده با خاک مناسب پر و متراکم نشود، دال یا دیوار بتنی نشست کرده و ترک ناشی از نشست در بتن تشکیل می‌شود.

جدول مقایسه انواع ترک خوردگی در بتن

راهکارهای پیشگیری از ترک خوردگی در بتن

مهم‌ترین راهکارهای پیشگیری از ترک خوردگی در بتن عبارتند از:

۱. استفاده از پوزولان‌ها

پوزولان‌ها با پر کردن منافذ مویینه و کاهش نفوذپذیری، ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی را کاهش می‌دهند.

پودر سرباره آهن، میکروسیلیس و سیمان سبز از مهم‌ترین پوزولان‌ها هستند.

۲. کنترل نسبت آب به سیمان

کاهش نسبت آب به سیمان، مهم‌ترین عامل در کاهش ترک‌های پلاستیک و جمع‌شدگی است.

۳. عمل‌آوری صحیح

عمل‌آوری بلافاصله پس از پرداخت، تبخیر آب سطح را کاهش می‌دهد و از ترک‌های پلاستیک جلوگیری می‌کند.

۴. استفاده از الیاف

الیاف فولادی یا پلی‌پروپیلن، ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی را مهار می‌کنند.

۵. طراحی مفاصل انبساطی

مفاصل انبساطی، تنش‌های ناشی از انبساط حرارتی را جذب می‌کنند.

سوالات متداول درباره ترک خوردگی در بتن

شایع‌ترین علت ترک خوردگی در بتن چیست؟

شایع‌ترین علت، جمع‌شدگی پلاستیک و انقباض ناشی از تبخیر سریع آب در سنین پایین بتن است.

چگونه می‌توان از ترک خوردگی در بتن جلوگیری کرد؟

با کاهش نسبت آب به سیمان، استفاده از پوزولان‌ها (سرباره، میکروسیلیکا، سیمان سبز)، عمل‌آوری صحیح و افزودن الیاف.

تفاوت ترک پلاستیک و ترک حرارتی چیست؟

ترک پلاستیک در بتن تازه (قبل از گیرش) رخ می‌دهد. ترک حرارتی در بتن سخت‌شده در سنین پایین به دلیل گرادیان دما رخ می‌دهد.

آیا پوزولان‌ها در کاهش ترک خوردگی بتن موثرند؟

بله. پوزولان‌ها با پر کردن منافذ، کاهش آب مورد نیاز و کاهش حرارت هیدراتاسیون، ترک خوردگی در بتن را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهند.

ترک موزاییکی چیست و آیا خطرناک است؟

ترک موزاییکی یا Crazing، ترک‌های ریز سطحی هستند که معمولاً بر یکپارچگی ساختاری بتن تأثیر نمی‌گذارند. اما می‌توانند منجر به تخریب سطحی شوند.

آیا نمونه آزمایشگاهی برای تست پوزولان‌ها ارسال می‌کنید؟

بله، شرکت بنابنیان نمونه آزمایشگاهی برای تست در محل شما ارسال می‌کند.

محصولات مرتبط بنابنیان

• سیمان سبز (سرباره فعال‌سازی‌شده)
• پودر سرباره آهن (کوره بلند)
• میکروسیلیس گرید A
• پلیمر سفیدکننده بتن (P920)
• الاستوکریت

منابع معتبر خارجی

• ACI 224R — Control of Cracking in Concrete Structures
• ASTM C157 — Length Change of Hardened Concrete
• ScienceDirect — Concrete Cracking

نتیجه‌گیری

ترک خوردگی در بتن یکی از مهم‌ترین چالش‌های مهندسان عمران است.

با شناخت انواع ترک و علل بروز آن‌ها، می‌توان راهکارهای مناسبی برای پیشگیری اتخاذ کرد.

استفاده از پوزولان‌ها مانند سرباره آهن، میکروسیلیکا و سیمان سبز، یکی از مؤثرترین روش‌های کاهش ترک خوردگی در بتن است.

این مواد با پر کردن منافذ، کاهش آب مورد نیاز و کاهش حرارت هیدراتاسیون، دوام و مقاومت بتن را افزایش می‌دهند.

شرکت بنابنیان زیست فناور با عرضه باکیفیت‌ترین پوزولان‌های طبیعی و صنعتی، آماده همکاری با پروژه‌های عمرانی شماست.