کاهش جمع شدگی در بتن | 7 راهکار + راهنمای کامل

بتن در معرض تغییرات حجمی یا القایی قرار می‌گیرد. این تغییرات را اصطلاحاً جمع شدگی بتن می‌گویند.

تغییر حجم یکی از مضرترین خواص بتن است. از نگاه مهندسی، این تغییر حجم باعث ایجاد ترک‌های نامناسب در بتن می‌شود.

این ترک‌ها بر استحکام و دوام طولانی‌مدت بتن تأثیرگذار است.

به عبارت دیگر، انقباض بتن (Concrete Shrinkage) عبارت است از تغییر حجم بتن در طول زمان به نحوی که باعث کاهش ابعاد بتن شود.

در این مقاله، به بررسی جامع کاهش جمع شدگی در بتن و راهکارهای جلوگیری از آن می‌پردازیم.

کاهش جمع شدگی در بتن چیست؟

جمع شدگی خاصیت ذاتی بتن است. اصطلاح جمع شدگی برای توصیف جنبه‌های مختلف تغییرات حجمی در بتن استفاده می‌شود.

این پدیده به دلیل از دست دادن رطوبت در مراحل مختلف و به دلایل گوناگون رخ می‌دهد.

جمع شدگی نتیجه از دست رفتن رطوبت بتن سخت شده است.

در اثر خالی شدن منافذ ریز در بتن، فشار مویرگی منفی ایجاد می‌شود که باعث کاهش حجم بتن می‌شود.

انواع جمع شدگی عبارت است از: جمع شدگی پلاستیک، جمع شدگی به صورت خشک شدن، جمع شدگی خودبخودی و جمع شدگی کربناسیون در بتن.

شناخت این انواع، اولین گام در کاهش جمع شدگی در بتن است.

۱. جمع شدگی پلاستیک در بتن (Plastic Shrinkage)

جمع شدگی پلاستیک در سطح بتن تازه ایجاد می‌شود. 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 می‌تواند در طول فرآیند هیدراتاسیون یا از شرایط محیطی باشد.

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.

دلایل ایجاد ترک‌های پلاستیک

یکی از دلایل ایجاد ترک‌های ناشی از جمع شدگی پلاستیک، جذب آب بتن توسط سنگدانه‌ها است.

ذرات سنگدانه‌ها یا آرماتورها ته‌نشین می‌شوند و به همین دلیل در سطح سازه ترک ایجاد می‌شود.

در کف‌ها و روسازی‌هایی که سطح بیشتری در معرض باد و نور خورشید است، سطح به سرعت خشک می‌شود.

راه‌های جلوگیری از جمع شدگی پلاستیک

• پوشاندن سطح با ورق پلی‌اتیلن برای جلوگیری از خروج آب
• ویبره مناسب بتن
• استفاده از پودر آلومینیوم
• استفاده از سیمان بیشتر

۲. 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) ایجاد می‌شود.

همچنین از بین رفتن کشش هیدرواستاتیک در منافذ کوچک، باعث این نوع جمع شدگی می‌شود.

تورم پدیده مخالف انقباض است. این انقباض عمدتاً به دلیل تغییر شکل خمیر است. اگرچه سختی سنگدانه نیز بر آن تأثیر می‌گذارد.

اکثر انواع انقباضات خشک شدن در چند ماه اول عمر سازه بتنی صورت می‌گیرد.

خروج آب از بتن که در حفره‌های هوای غیراشباع ذخیره می‌شود باعث انقباض خشک می‌شود.

بخشی از این انقباض ایجاد شده را می‌توان با غوطه‌ور کردن بتن در آب جبران کرد. به این کار انتقال رطوبت گفته می‌شود.

می‌توان آن را با استفاده از فرمول Schorer محاسبه کرد:

Es = 0.00125 (0.90 – h)

در این فرمول Es نشان‌دهنده کرنش جمع شدگی و h رطوبت نسبی است.

سرعت این جمع شدگی با مرور زمان کاهش می‌یابد. حدود ۱۴ تا ۳۴ درصد از این جمع شدگی در ۲ هفته اول است.

۴۰ تا ۷۰ درصد از آن در ۳ ماه اول عمر بتن است. حدود ۸۰٪ از جمع شدگی هم در سال اول عمر بتن ایجاد خواهد شد.

انتخاب مصالح، شرایط محیطی، نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، سنگدانه‌ها و نوع سیمان از جمله عواملی است که بر جمع شدگی خشک شدن بتن موثر است.

در کاهش جمع شدگی در بتن، کنترل این عوامل نقش کلیدی دارد.

۳. جمع شدگی خودبخودی (Autogenous Shrinkage)

این انقباض تغییر حجمی است که حتی پس از سخت شدن بتن نیز ادامه می‌یابد.

در واقع این نوع جمع شدگی پس از گیرش اولیه بتن به دلیل هیدراتاسیون رخ می‌دهد.

این فرآیند به آب نیاز دارد و بنابراین باعث کاهش آب آزاد داخلی می‌شود. این پدیده ممکن است به صورت انقباض یا به شکل تورم رخ دهد.

هنگامی که آب وجود دارد، هیدراتاسیون تسهیل می‌شود. هنگامی که رطوبت برای این هیدراتاسیون وجود نداشته باشد، تورم در بتن رخ می‌دهد.

این نوع انقباض در نتیجه خروج آب از سوراخ‌های مویینی داخل بتن است.

به‌طورکلی، جمع‌شدگی خودبخودی در بتن با کارایی بالا بسیار قابل توجه است.

اما استفاده از سیمان با حرارت کم، میکروسیلیکا، عوامل کاهنده انقباض، سنگدانه‌های سبک و الیاف می‌تواند این مشکل را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

این راهکارها در کاهش جمع شدگی در بتن بسیار موثر هستند.

۴. جمع شدگی کربناسیون در بتن (Carbonation Shrinkage)

دی‌اکسید کربن موجود در جو در حضور آب با سیمان هیدراته واکنش نشان می‌دهد.

هیدروکسید کلسیم [Ca(OH)2] به کربنات کلسیم تبدیل می‌شود. همچنین برخی دیگر از ترکیبات سیمان تجزیه می‌شوند.

چنین تجزیه کاملی از ترکیب کلسیم در سیمان هیدراته حتی در فشار کم دی‌اکسید کربن در اتمسفر معمولی امکان‌پذیر است.

کربناته به آهستگی فراتر از سطح در معرض بتن نفوذ می‌کند. میزان نفوذ دی‌اکسید 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 کریستال‌های هیدروکسید کلسیم و رسوب کربنات کلسیم در جای خود ایجاد می‌شود.

از آنجایی که حجم محصول جدید کمتر از محصول جایگزین شده است، انقباض صورت می‌گیرد.

کربناته شدن بتن همچنین منجر به افزایش استحکام و کاهش نفوذپذیری می‌شود.

احتمالاً به این دلیل که آب آزاد شده توسط کربناته باعث افزایش فرآیند هیدراتاسیون می‌شود.

همچنین کربنات کلسیم باعث کاهش حفره‌های موجود در خمیر سیمان می‌شود.

این فرآیند باعث جمع شدگی سطح می‌شود. ممکن است این فرآیند در طول دوره بهره‌برداری سازه بتنی اتفاق افتد.

جمع شدگی کربناسیون در مناطقی دیده می‌شود که رطوبت متوسطی دارند.

عوامل موثر بر کاهش جمع شدگی در بتن

راه‌های جلوگیری از کاهش جمع شدگی در بتن

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 سنگدانه‌ها (به ویژه ماسه) می‌توان میزان ترک‌های ناشی از انقباض را کاهش داد.

هدف این کار، به حداقل رساندن حجم خمیر سیمان است.

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 می‌کند، در امتداد درزهای کنترلی ترک می‌خورد.

نقش پوزولان‌ها در کاهش جمع شدگی در بتن

بهترین راه خلاص شدن از شر ترک‌های محتمل در بتن، استفاده از پوزولان‌ها است.

این مواد از یک سو ریسک واکنش کربناسیون را با کاهش قلیاها کاهش می‌دهند.

از سوی دیگر با 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 افزودنی‌ها، کاهش جمع شدگی در بتن را به همراه دارد.

پوزولان‌ها با بهبود خصوصیات دوامی و مقاومتی بتن، ریسک ترک خوردگی و شوره را کاهش داده و منجر به کاهش جذب آب بتن می‌گردند.

از مهم‌ترین پوزولان‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سوپر پوزولان سیمان سبز (سرباره فعال‌سازی شده) — کاهش حرارت هیدراتاسیون
• پودر سرباره آهن (کوره بلند) — افزایش دوام در برابر سولفات
• سوپر پوزولان میکروسیلیکا — کاهش نفوذپذیری
• پودر زئولیت — بهبود کارایی و کاهش ترک
• پلیمر سفیدکننده بتن (جایگزین تیتان) — بهبود ظاهر و دوام

استفاده از این پوزولان‌ها یکی از مؤثرترین روش‌های کاهش جمع شدگی در بتن است.

سوالات متداول درباره کاهش جمع شدگی در بتن

جمع شدگی در بتن چیست؟

جمع شدگی به تغییر حجم بتن در طول زمان گفته می‌شود که اغلب به دلیل از دست رفتن رطوبت رخ می‌دهد و می‌تواند باعث ترک‌خوردگی شود.

چند نوع جمع شدگی در بتن وجود دارد؟

چهار نوع اصلی: جمع شدگی پلاستیک، جمع شدگی خشک شدن، جمع شدگی خودبخودی و جمع شدگی کربناسیون.

مهم‌ترین راه کاهش جمع شدگی در بتن چیست؟

کاهش نسبت آب به سیمان، استفاده از پوزولان‌ها مانند سرباره و میکروسیلیکا، و افزودن الیاف یا آرماتور.

آیا پوزولان‌ها در کاهش جمع شدگی بتن موثرند؟

بله، پوزولان‌ها با پر کردن منافذ مویینه، کاهش آب مورد نیاز و کاهش حرارت هیدراتاسیون، به‌طور قابل توجهی کاهش جمع شدگی در بتن را به همراه دارند.

چه عواملی بر جمع شدگی بتن اثر می‌گذارند؟

نسبت آب به سیمان، دما، رطوبت نسبی، درصد و نوع سنگدانه، عمر بتن، نوع سیمان و افزودنی‌ها.

آیا نمونه آزمایشگاهی برای تست پوزولان‌ها ارسال می‌کنید؟

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

محصولات مرتبط بنابنیان

• پودر سرباره فعال شده (سیمان سبز)
• پودر سرباره آهن (کوره بلند)
• میکروسیلیس
• پودر زئولیت
• پلیمر سفیدکننده بتن (P920)
• الاستوکریت

منابع معتبر خارجی

• ASTM C157 — Length Change of Hardened Concrete
• ACI 209 — Prediction of Creep and Shrinkage
• ScienceDirect — Concrete Shrinkage

نتیجه‌گیری

کاهش جمع شدگی در بتن یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های مهندسان عمران است.

با شناخت انواع جمع شدگی و عوامل موثر بر آن، می‌توان راهکارهای مناسبی برای جلوگیری از ترک‌خوردگی اتخاذ کرد.

استفاده از پوزولان‌ها مانند سرباره، میکروسیلیکا و زئولیت، یکی از مؤثرترین روش‌های کاهش جمع شدگی 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.