ترک خوردگی در بتن
بتن در طول عمر خود در معرض تعداد نامحدودی از درز‌ها و ترکها خواهد بود. طی سالیان متمادی، پژوهشگران عرصه تکنولوژی، انواع علل ترک خوردگی در بتن را معرفی نموده و راهکارهای جلوگیری از گسترش آن‌ها را نیز ارائه نموده اند. رایج ترین علل بروز ترک در بتن عبارتند از:
- نشست پلاستیک (Plastic Settlement)
- جمع شدگی (انقباض) پلاستیک (Plastic Shrinkage)
- انقباض حرارتی اولیه (Early Thermal Contraction)
- انقباض طولانی مدت ناشی 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)
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، آب تنداختگی بتن سطح آن را می‌پوشاند در حالی که سنگدانه و سیمان تحت نیروی گرانش ته نشین می‌شوند. این امر لایه ضعیف‌تری از بتن را در نزدیکی سطح تشکیل میدهد. این نوع ترک ها قبل از گیرش بتن روی سطح ایجاد می‌شوند.
راهکار:
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 سفید کننده بتن (p920) ضمن جلوگیری از جدا شدگی ذرات از آب انداختگی بتن ممانعت کند.
ترک در بتن ناشی از جمع شدگی (انقباض) پلاستیک
ترک‌های ناشی از جمع شدگی 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 در 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 رخ میدهد.
در صورتیکه بتن سریع خشک شود دچار انقباض و ترک خوردگی میشود. ممکن است به علت ریز بودن تا چندین روز مشاهده نشوند (مشابه ترک خاک رسی در هنگام خشک شدن). این ترکها ممکن است به صورت تصادفی ایجاد شوند یا در یک الگوی تقریباً موازی ظاهر شوند. ترک ها اغلب مستقیم هستند و طول آن‌ها از ۲۵-۲ میلی متر است. معمولاً به طول ۶۰۰-۳۰۰ میلی متر طول و عرض ۳-۱ میلی متر می‌باشند.
ترک در بتن ناشی از انقباض حرارتی اولیه
در مقاطع بتنی بزرگ و در سنین پایین بتن به علت تولید گرمای اضافی در دیوارهای ضخیم بتنی و گرادیان‌های دمایی اضافی در دال‌های بتنی، ترک خوردگی ناشی از انقباض حرارتی رخ میدهد. این نوع ترک حرارتی در دیوارهای کنسولی رایج هستند که اغلب در مخازن، سدها، مخازن بتنی، دیوارهای حائل، پایه پل‌ها و زیرزمین‌ها مشاهده می شوند. همچنین در سایر بتن ریزی‌های وسیع با عرض بیش از ۲ متر مانند روسازی‌ها، رایج هستند. تغییرات حجمی ناشی از تغییرات دما و رطوبت در طول فرآیند گیرش یکی از دلایل اصلی ترک خوردن بتن در سنین پایین است.
راهکار:
جهت جلوگیری از این نوع ترک، استفاده از انواع پوزولان با نسبت جایگزینی زیاد را پیشنهاد میدهیم. پودر سرباره آهن، میکروسیلیس و سیمان سبز از جمله این مواد هستند.
ترک‌های موزاییکی
ترک‌های موزاییکی یا ترک پوست سوسماری در واقع ترک های تصادفی ریز روی سطح بتن است که در اثر جمع شدگی لایه سطحی و خشک شدن سطح ایجاد میشود به ویژه زمانی که سطح در معرض رطوبت کم، دمای بالا قرار گرفته باشد. شکاف‌ها معمولاً مانند الگوهای شش ضلعی نامنظم هستند که عرض آن‌ها ۱۰۰-۵۰ میلی متر میباشد. عمق آن‌ها به ندرت بیش از ۳ میلی متر است و بیشتر روی سطوح شناور یا فولادی قابل مشاهده است.
متداول‌ترین مناطقی که در معرض فرسودگی قرار دارند بر روی بتن با نمای خوب و یا جایی که از مخلوط‌های غنی استفاده شده است، است. همچنین بر روی دال‌های بتنی شناور به دلیل ماله کشی بیش از حد و یا عمل آوری ضعیف مشاهده میشود. جدا از تاثیر بر ظاهر سازه، ترک‌های موزاییکی معمولاً بر یکپارچگی ساختاری بتن تأثیر نمی‌گذارند، اما میتواند 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 بی کیفیت استفاده میشود. خوردگی آرماتور نیز معمولاً در بتن‌های پیش ساخته قدیمی یافت می‌شوند 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 تقویت کننده 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 شایع ترین عوامل خوردگی می‌توان به کربناته شدن و یا با ورود کلریدها (نمک ها) اشاره کرد. جهت جلوگیری از این پدیده هم 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 واکنش پذیر در سنگدانه، قلیاییت قابل توجه و رطوبت باعث تشدید این واکنش میگردد.
واکنش قلیایی سنگدانه در بتن به دو دسته طبقه بندی میگردد:
- واکنش قلیایی سیلیس (ASR)
- واکنش آلکالی کربنات (ACR)
واکنش آلکالی کربنات
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
برخی از سنگدانه ها که حاوی سیلیس شیشه ای (دی اکسید سیلیکون غیر کریستالی) هستند. این مواد با هیدروکسیدهای قلیایی موجود در بتن واکنش می دهند. در نتیجه یک ژل قلیایی سیلیکات ایجاد میشود که با جذب رطوبت متورم میشود. با گذشت زمان، انبساط ژل باعث ایجاد ترک در بتن میشود.
راهکار:
اولین راه استفاده از سنگدانه های با کیفیت است. ماسه سیلیسی با خلوص مناسب و پودر سنگ کریستال میتواند بخش زیادی ازین مشکل را رفع کند. در صورت عدم توجیح 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.
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 انیساط میشود. در مناطق گرم، به علت گرمای هوا، بتن دچار انبساط شده است. هنگامی که در اطراف آن موادی موجود داشته باشند که قابلیت شکل پذیری یا جابجایی نداشته باشند (مانند قاب پنجره، در یا دیوار) یک تنشی در بتن بوجود 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. بنابراین، بتن به راحتی میتواند منبسط شود و مانعی برای انبساط آن بوجود نمی‌آید و در نتیجه تنشی نیز در بتن شکل نمی‌گیرد.
ترک ناشی از بلند شدن بتن
یکی دیگر از انواع ترکها و درز‌ها در بتن، درز و ترک ناشی ار بلند شدن بتن می‌باشند. بلند شدن بتن میتواند در شرایط مختلفی روی دهد. به طور مشخص، هنگامی زمین زیر دال بتنی، دچار یخ زدگی میشود، منبسط شده و بالا می‌آید. در ادامه، هنگامی که هوا گرم میشود، یخ زدگی زمین از بین رفته و خاک به حالت عادی باز میگردد. در این حالت اگر دال بتنی روی خاک قادر به حرکت با خاک و زمین نباشد، دچار ترک میشود. هم چنین هنگامی که اجسام سخت در زیر دال بتنی وجود داشته باشند و قادر به حرکت باشند نیز ترک بتن محتمل میباشد. به عنوان مثال، هنگامی که ریشه درختان رشد می‌کنند، باعث فشار به دال بتنی شده و میتواند دال بتنی را بلند کنند. این پدیده، سبب ایجاد تنش در بتن میشود. جهت جلوگیری از بروز درز و ترک، نیاز به مصالح ترمیم بتن می باشد.
ترک ناشی از نشست سازه
از انواع دیگر ترک و درز در بتن، ترک خوردگی بتن ناشی از نشست سازه میباشد. 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 اصطلاحا ترک ناشی از نشست سازه میگویند. هم چنین ممکن است هنگامی که درخت تنومند کنار دال بتنی برداشته شود و محل حفر شده با خاک مناسب پر و متراکم نشود. دال یا دیوار بتنی نشست کرده و ترک ناشی از نشست در بتن تشکیل میشود.
