۱۰ دلیل تغییر حجم بتن تازه و سخت شده: جمع‌شدگی، انقباض و انبساط بتن

تغییر حجم بتن از جمله عوامل مهمی است که باید در پروژه‌های مختلف مورد توجه قرار گیرد. این مسأله که انبساط یا انقباض بتن نام دارد، در صورت عدم توجه منجر به مشکلاتی نظیر ترک‌خوردگی‌ بتن، ایجاد تنش‌های اضافی در بتن و… می‌شود. در این مطلب از بلاگ رامکا قصد داریم ۸ دلیل تغییر حجم بتن سخت شده و ۲ دلیل تغییر حجم بتن تازه را بیان کنیم و علت هر یک را تشریح نماییم. پس تا انتها همراه ما باشید.

۸ دلیل تغییر حجم بتن سخت شده

۱) تأثیر هیدراتاسیون سیمان

تغییرات حجم ناشی از هیدراتاسیون سیمان که تغییرات مرتبط با رطوبت، دما یا تنش را در بر نمی‌گیرد، تغییرات حجمی ذاتی نام دارد. این تغییرات ممکن است شامل انبساط یا انقباض باشد که منشأ آنها یکی از دو عامل نسبتاً مهم و متضاد است:

• انبساط ژل سیمان در اثر جذب آب منفذی آزاد
• انقباض ژل سیمان در اثر تقطیر آن، توسط سیمان باقی‌مانده هیدراته نشده

عموماً انبساط اولیه حاصله طی چند ماه اول از ۰٫۰۰۳ درصد تجاوز نمی‌کند، در حالی که انقباض نهایی حادث شده پس از چندین سال از ۰٫۰۱۵ درصد فراتر نمی‌رود. این نوع تغییر حجم بتن، به ویژه در داخل بتن حجیم، هنگامی ‌که تغییر در کل مقدار رطوبت اندک یا هیچ باشد، حائز اهمیت است. نتایج آزمایش‌ها حاکی از این است که تغییرات حجمی ‌ذاتی، تحت‌تأثیر عواملی چون ترکیب و ریزی سیمان، مقدار آب مخلوط نسبت‌های اختلاط، شرایط عمل آوری بتن و زمان قرار دارد.

واضح است مقدار تغییر حجم بتن ذاتی با افزایش ریزی سیمان و مقدار سیمان جهت حصول روانی مشخص افزایش می‌یابد. به نظر می‌رسد انقباض نهایی سیمان‌های کم حرارت (نوع IV)، قدری بیشتر از سیمان پُرتلند معمولی باشد. بیشترین جمع‌شدگی ذاتی نیز معمولاً بین ۶۰ تا ۹۰ روز پس از بتن‌ریزی اتفاق می‌افتد.

۲) تأثیر تغییرات دما در تغییر حجم بتن

بتن مقید نشده با بالا رفتن دما منبسط و با پایین آمدن آن منقبض می‌شود. مقدار میانگین ضریب انبساط حرارتی بتن (نرخ بروز تغییر حجم بتن حرارتی) برابر با 10 × ^۶-۱۰ بر درجه سانتی‌گراد است که خوشبختانه نزدیک به مقدار ضریب مربوط به فولاد است. غالباً ضریب انبساط حرارتی بتن نزدیک به میانگین فوق است، ولی بسته به پرمایگی مخلوط، میزان رطوبت و ضریب انبساط حرارتی سنگدانه‌ها، ضریب مربوط بین ۹ × ^۶-۱۰ تا ۱۲٫۶ × ^۶-۱۰ درجه سانتی‌گراد تغییر می‌کند. نمونه‌های خشک شده در کوره و اشباع بر خلأ، ضرایب مشابه دارند، ولی نمونه‌های حاوی مقدار رطوبت متوسط ضرایب دو برابر دارند.

انبساط حرارتی بتن به مقدار زیادی تحت‌تأثیر نوع سنگدانه‌ها است، زیرا اولاً انواع مختلف سنگدانه‌ها خواص حرارتی بسیار متفاوتی دارند و ثانیاً سنگدانه‌ها ۷۰ تا ۸۰% حجم کل بتن را به خود اختصاص می‌دهند. سنگدانه‌های سیلیسی، مانند: چرت، کوارتزیت و ماسه سنگ، ضرایب انبساط حرارتی بین ۸ × ^۶-۱۰ تا ۱۱٫۷ × ^۶-۱۰ بر درجه سانتی‌گراد دارند، در حالی که ضرایب مربوط به سنگ آهک خالص، بازالت، گرانیت و گنایس بین 8.1 × ^۶-۱۰ تا ۲٫۲ × ^۶-۱۰ بر درجه سانتی‌گراد است.

به علاوه کریستال‌های تک کانی ممکن است در امتداد سه محور مختلف ضرایب متفاوتی داشته باشند؛ برای مثال فلدسپار در جهت سه محور مختلف دارای مقادیر ۱۷٫۵ و ۰٫۹ و ۲ میلیونیم بر درجه سانتی‌گراد است. مقدار تقریبی ضریب انبساط حرارتی بتن را می‌توان با محاسبه میانگین وزنی ضرایب مربوط به سنگدانه‌ها و خمیر سیمان سخت شده تعیین نمود.

امکان بروز تنش‌های داخلی مهمی در اثر تغییرات دما به علت اختلاف بین ضرایب حرارتی خمیر سیمان و سنگدانه‌ها وجود دارد. اهمیت نسبی این عدم سازگاری حرارتی و تأثیر آن روی دوام بتن قدری مورد تردید است. تغییرات حرارت در بتن حجیم از طریق استفاده از سیمان‌های پُرتلند کم حرارت، خنک کردن مصنوعی و سایر روش‌های ویژه تا حد امکان پایین نگاه داشته می‌شود تا از بروز ترک‌خوردگی حین سرد شدن بتن از حداکثر دما تا دمای پایدار محیط ممانعت شود.

تغییرات دما در روسازی‌ها نیز مهم است. گرادیان‌های حرارتی متغیر در شب می‌تواند باعث کوتاه شدن سطح فوقانی نسبت به سطح تحتانی، تمایل به بلند شدن انتهای دال‌ها روی زیر اساس و کاهش قابلیت تحمل بارهای ترافیکی بدون‌ خوردگی دال شود.

۳) تأثیر نگهداری مداوم مرطوب

بتن نگهداری شده در شرایط مرطوب پس از جمع‌شدگی ناشی از گیرش، شروع به انبساط می‌کند و تحت شرایط نگهداری همراه با رطوبت، با نرخ کاهشی ادامه می‌یابد. انبساط نهایی معمولاً کمتر از ۰٫۰۲۵% بوده و تغییر اندکی پس از ۱۰ سال نگهداری مرطوب از خود نشان می‌دهد. حداکثر انبساط ناشی از نگهداری مرطوب، معمولاً یک چهارم تا یک سوم جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن در هوا است. انبساط حاصله از سیمان نوع I بیشتر از سیمان‌های نوع II، III، IV و V می‌باشد.

جایگزینی سیمان با مواد پوزولانی معمولاً به مقدار جزئی، انبساط تحت نگهداری مرطوب مداوم را افزایش می‌دهد. اما مقدار مواد سیمانی به مراتب مهم‌تر از نوع آن است، زیرا خمیرهای سیمان خالص حدود دو برابر ملات‌های معمولی و ملات‌ها حدود دو برابر بتن معمولی منبسط می‌شوند.

۴) تأثیر جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن

جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن و جمع‌شدگی ناشی از کربناتاسیون (در اثر فعل و انفعال بین دی‌اکسیدکربن و اجزای سیمان) همزمان با هم اتفاق می‌افتند. معمولاً این دو نوع جمع‌شدگی در نتایج گزارش شده از هم جدا نبوده و کل آنها به نام جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن خوانده می‌شود. بتن سازه‌ای ساخته شده با شن و ماسه که دائماً خشک یا تر باشد، فقط مقدار کمی ‌جمع‌شدگی ناشی از کربناتاسیون خواهد داشت، ولی این نوع جمع‌شدگی در بتن متخلخل خشک شده در هوا با رطوبت نسبی ۵۰% ممکن است به میزان جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن برسد.

جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن بتن سخت شده، معمولاً در اثر خشک شدن و انقباض ژل سیمان حاصله از هیدراتاسیون سیمان پُرتلند پدید می‌آید و اساساً تحت‌تأثیر میزان آب واحد بتن است. عوامل دیگر مؤثر بر جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن، عبارتند از: ترکیبات سیمان، مقدار سیمان، مقدار و کیفیت خمیر، مشخصات و مقدار مواد افزودنی مورد استفاده، ترکیبات معدنی و حداکثر اندازه سنگدانه‌ها، نسبت‌های اختلاط، اندازه و شکل توده بتنی، مقدار و توزیع آرماتورها، شرایط عمل‌آوری، رطوبت محیط اطراف حین دوره خشک شدن و طول مدت خشک شدن. در زیر به تشریح برخی عوامل موثر بر جمع‌شدگی می‌پردازیم.

مصالح

نوع سیمان مصرفی روی جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن تأثیر می‌گذارد. به طور کلی سیمان‌های ریزتر به مقدار جزئی جمع‌شدگی بیشتری دارند. سه کلسیم آلومینات، بیشترین و سه کلسیم سیلیکات، کمترین مشارکت را در جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن دارند. گچ تأثیر زیادی روی این نوع جمع‌شدگی داشته و برای یک سیمان معین به نظر می‌رسد مقدار بهینه‌ای که کمترین جمع‌شدگی را باعث می‌شود، وجود داشته باشد. ذرات سنگدانه درگیر در خمیر سیمان، جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن را محدود می‌کنند. سنگدانه‌های با دانه‌بندی خوب با حداکثر اندازه زیاد، جمع‌شدگی را کاهش می‌دهند، زیرا مقادیر آب پایین و خمیر کمتری نیاز دارند و باعث مهار ترک‌خوردگی بین ذرات می‌شوند.

در شرایط یکسان از لحاظ مقدار سیمان و اسلامپ، جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن بتن با حداکثر اندازه سنگدانه‌ها برابر ۹٫۵ میلی‌متر معمولاً ۱۰ تا ۲۰% بیشتر از بتن با حداکثر اندازه سنگدانه برابر با ۱۹ میلی‌متر و از ۲۰ تا ۳۵% بیشتر از بتن با حداکثر اندازه سنگدانه برابر با ۳۸ میلی‌متر خواهد بود.

مقادیر واقعی به متغیرهای زیادی بستگی دارد. مقایسه محدود مقادیر جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن برای سیمان خالص، ملات و بتن که به ترتیب از ۰٫۲۵ تا ۰٫۳، ۰٫۰۶ تا ۰٫۱۲ و ۰٫۰۳ تا ۰٫۰۸ درصد تغییر می‌کنند، گواه تأثیر اندازه سنگدانه‌ها روی این نوع جمع‌شدگی است. سنگدانه‌های با مدول الاستیسیته بالا و بافت سطحی زبر و خشن، مقاومت بیشتری در مقابل جمع‌شدگی از خود نشان می‌دهند. بتن ساخته شده با ماسه سنگ، تخته سنگ، هورن بلند و پیروکسین تا حدود دو برابر بتن ساخته شده با گرانیت، کوارتز، دولومیت و سنگ آهک امکان انقباض دارند. ماسه‌های کثیف و سنگدانه‌های درشت نشسته که دارای رس آلوده هستند، باعث افزایش جمع‌شدگی می‌شوند.

جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن بتن سبک می‌تواند نسبتاً زیاد باشد، ولی انتخاب دقیق مصالح و توجه به طرح اختلاط صحیح ممکن است میزان آن را به حد جمع‌شدگی بتن معمولی برساند. مقادیر جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن بتن سبک سازه‌ای، معمولاً بین ۰٫۰۴ تا ۰٫۱۵% تغییر می‌کند و احتمالاً برای بتن شامل سنگدانه‌های با جذب زیاد و مقادیر سیمان زیاد به منظور افزایش مقاومت مشخص‌تر است.

محصولات اسفنجی نگهداری مرطوب شده ساخته شده با سیمان خالص به وزن مخصوص بین ۱۶۰ تا ۳۲۰ کیلوگرم بر مترمکعب، ممکن است بین ۰٫۳۰ تا ۰٫۶۰%، جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن داشته باشد. محصولات اسفنجی نگهداری شده در اتوکلاو که شامل مواد سلیسی ریز هستند، ممکن است وزن مخصوصی برابر با ۶۴۰ کیلوگرم بر متر مکعب و جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن بین ۰٫۰۲ تا ۰٫۱% را داشته باشند.

واضح است مواد افزودنی تأثیرات متفاوتی روی جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن دارند. در مواردی که جمع‌شدگی حائز اهمیت است، مواد افزودنی باید با دقت و ترجیحاً پس از ارزیابی در شرایط کارگاهی مورد استفاده قرار گیرند. مواد افزودنی که میزان آب واحد بتن را افزایش می‌دهند، باعث افزایش جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن می‌شوند، ولی موادی که میزان آب واحد بتن را کاهش می‌دهند، کاهش جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن را در پی ندارند.

با جایگزینی مواد پوزولانی به جای سیمان، مانند پومیسیت یا خاک‌های دیاتمه خام، معمولاً جمع‌شدگی افزایش می‌یابد، ولی جایگزینی سیمان با خاکستر بادی بسیار ریز و کم کربن، منجر به جمع‌شدگی برابر یا اندکی کمتر می‌گردد. ترکیباتی که غالباً به منظور افزایش نرخ کسب مقاومت به کار می‌روند، مانند کلرید کلسیم و تری اتانولامین به مقدار قابل ملاحظه‌ای جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن را افزایش می‌دهند. هوای عمدی در بتن در محدوده مصرف معمولی، تأثیر اندکی روی جمع‌شدگی دارد. آرماتورها جمع‌شدگی را محدود می‌کنند، ولی از آن جلوگیری نمی‌کنند.

جمع‌شدگی سازه‌های مقید نشده مسلح، در بتن ایجاد کشش و در فولاد ایجاد فشار می‌کند. افزایش میزان آرماتورها باعث کاهش انقباض شده و تنش کششی در بتن را افزایش می‌دهد. با بکارگیری آرماتورهای کافی، گیرداری حاصله ممکن است به اندازه‌ای باشد که باعث ترک‌خوردگی بتن شود. سازه‌های بتن آرمه با مقادیر معمولی آرماتور، در حدود ۰٫۰۲ تا ۰٫۰۳% جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن خواهند داشت.

نسبت‌های اختلاط

اهمیت کیفیت و کمیت خمیر سیمان در رابطه با جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن از این حقیقت آشکار می‌شود که اگر خمیر سیمان در بتن توسط سنگدانه‌ها محدود نشود، بتن ۵ تا ۱۵ برابر جمع‌شدگی خواهد داشت. اما مهم‌ترین عامل منفرد مؤثر بر این نوع جمع‌شدگی در بتن، مقدار آب واحد حجم بتن است. علت تأثیر اندازه سنگدانه‌ها و دانه‌بندی آنها، نسبت‌های اختلاط، عیار سیمان، اسلامپ، دمای بتن تازه و سایر عوامل مؤثر بر جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن، اساساً از این‌جا ناشی می‌شود که این عوامل روی مقدار کل آب در واحد حجم بتن تأثیر می‌گذارند.

شکل زیر رابطه بین جمع‌شدگی، مقدار سیمان و مقدار آب را ارائه داده و به وضوح نشان می‌دهد جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن، اساساً توسط مقدار آب واحد حجم بتن کنترل می‌شود.

اندازه و شکل

در اعضای بتنی بزرگ، تغییرات حجم دیفرانسیلی با بیشترین انقباض ناشی از خشک شدن در نزدیکی و روی سطح اتفاق می‌افتد. به علت تغییرات زیاد رطوبت از مرکز تا سطح، تنش‌های کششی در نزدیکی و روی سطح به وجود می‌آید، در حالی که در داخل تنش‌های فشاری ایجاد می‌شود. در صورتی که تنش‌های کشش خیلی زیاد باشد، ممکن است ترک‌های سطحی ایجاد شود. اما امکان دارد خزش از ترک‌خوردگی جلوگیری کند و باعث افزایش طول دائمی ‌تارهای تحت کشش و کاهش طول دائمی‌ تارهای تحت فشار گردد.

نرخ جمع‌شدگی و مقدار نهایی آن برای یک توده بتنی بزرگ از مقادیر متناظر برای نمونه‌های بتنی کوچک کمتر است؛ گرچه برای توده بزرگ، پدیده در دوره زمانی طولانی‌تری ادامه می‌یابد. دال‌های بتنی سازه‌ای با آرماتور کششی، تمایل به اعوجاج دارند، زیرا بتن نزدیک به سطح فوقانی تحت فشار به دلیل جمع شدن آب در سطح، ضمن بتن‌ریزی و همچنین مقاومت آرماتور موجود در ناحیه کششی در مقابل جمع‌شدگی، دارای انقباض بیشتری است.

شرایط محیطی

عمل‌آوری مرطوب بتن ورای آنچه مستلزم کسب مقاومت است، تأثیر اندکی روی جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن دارد. عمل‌آوری تحت بخار با فشار زیاد در دمای حدود ۱۷۷ درجه سانتی‌گراد به منظور کاهش جدی جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن در کارگاه‌های تولید بتن پیش‌ساخته و بلوک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

طول دوره خشک شدن و رطوبت هوای اطراف، عوامل مهمی روی جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن هستند. بررسی نمونه‌های کوچک خمیر سیمان خالص نشان داده است که حداقل تا ۲۰ سال جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن با لگاریتم سن افزایش می‌یابد. جمع‌شدگی ملات‌ها و بتن‌ها معمولاً به مدت ۳ سال پس از خشک شدن کم است. کاهش رطوبت نسبی هوای پیرامونی باعث افزایش نرخ و مقدار جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن می‌گردد و افزایش جریان هوای نزدیک عضو بتنی، افزایش نرخ جمع‌شدگی را به دنبال دارد.

خمیرها، ملات‌ها و بتن‌هایی که تحت شرایط خشک شدن به تعادل رسیده‌اند، در صورت کاهش رطوبت نسبی پس از خشک شدن، بیشتر منقبض می‌شوند و در صورت افزایش آن منبسط می‌گردند. با پوشش بتن با مواد نفوذناپذیر که مانع از دست دادن رطوبت آن می‌شود، جمع‌شدگی بتن در هوای خشک به مقدار قابل توجهی کند می‌شود.

بیشتر بخوانید: تغییر مقاومت بتن و دلایل آن

اثر مرکب عوامل نامساعد

بررسی‌های آزمایشگاهی حاکی از این است که اثر جمع شونده عوامل منفرد که باعث افزایش انقباض می‌شوند، می‌تواند بسیار بزرگ باشد و اثر ترکیبی آنها به جای جمع تأثیر عوامل منفرد به صورت حاصلضرب آنها بروز می‌کند. همان‌گونه که در جدول زیر مشهود است، با بکارگیری روش‌های اجرایی با مطلوبیت کمتر، مانند دمای بتن‌ریزی ۲۷ درجه سانتی‌گراد به جای ۱۶ درجه سانتی‌گراد، اسلامپ ۱۵ تا ۱۷٫۵ سانتی‌متر به جای ۷٫۵ تا ۱۰ سانتی‌متر، حداکثر اندازه سنگدانه‌ها به میزان ۱۹ میلی‌متر به جای ۳۷٫۵ میلی‌متر و مدت زمان مخلوط کردن و انتظار بسیار طولانی، افزایش جمع‌شدگی به میزان ۶۴% قابل انتظار است.

به علاوه در صورت استفاده از سیمان با مشخصات انقباضی بالا، سنگدانه‌های کثیف یا ذاتاً ضعیف از نظر کیفیت انقباضی و مواد افزودنی افزایش‌دهنده انقباض، جمع‌شدگی نهایی می‌تواند در مقایسه با حالتی که بهترین مواد انتخاب شده‌اند، تا ۵ برابر افزایش یابد.

عامل	افزایش معادل در جمع‌شدگی (%)	اثر تجمعی
دمای تخلیه بتن تا ۲۷ درجه سانتی‌گراد مجاز شناخته شده، در حالی که با تمهیدات اصولی باید دما در حد ۱۶ درجه سانتی‌گراد نگه داشته شود	۸	۱٫۰۰ × ۱٫۰۸ = ۱٫۰۸
داشتن اسلامپ ۱۵ تا ۱۷٫۵ سانتی‌متر در جایی که اسلامپ ۷٫۵ تا ۱۰ سانتی‌متر باید استفاده شود	۱۰	۱٫۰۸ × ۱٫۱۰ = ۱٫۱۹
استفاده از حداکثر اندازه سنگدانه به میزان ۱۹ میلی‌متر در شرایطی که باید ۳۷٫۵ میلی‌متر باشد	۲۵	۱٫۱۹ × ۱٫۲۵ = ۱٫۴۹
طولانی شدن انتقال مخلوط‌کن و مدت انتظار در کارگاه و تغییر بسیار زیاد در سرعت مخلوط کردن	۱۰	۱٫۴۹ × ۱٫۱۰ = ۱٫۶۴
استفاده از سیمان دارای خواص انقباضی نسبتاً زیاد	۲۵	۱٫۶۴ × ۱٫۲۵ = ۲٫۰۵
زیاد کثیف بودن سنگدانه‌ها، ناشی از شستن ناکافی یا آلودگی حین حمل	۲۵	۲٫۰۵ × ۱٫۲۵ = ۲٫۵۶
استفاده از سنگدانه‌های ذاتاً ضعیف از نظر کیفیت در رابطه با جمع‌شدگی	۵۰	۲٫۵۶ × ۱٫۵۰ = ۳٫۸۴
استفاده از ماده افزودنی که جمع‌شدگی زیاد ایجاد می‌نماید	۳۰	۳٫۸۴ × ۱٫۳۰ = ۵٫۰۰

۵) تأثیر تر و خشک شدن متناوب

همان‌گونه که نگهداری بتن در هوای خشک باعث جمع‌شدگی می‌شود، نگهداری آن در هوای مرطوب یا در آب نیز انبساط را به دنبال خواهد داشت. در صورتی که نگهداری به صورت تر و خشک شدن متناوب در دمای محیط باشد، تورم و انقباض متناوب منجر به جمع‌شدگی پسماند یا دائمی می‌گردد. این جمع‌شدگی معمولاً حین سیکل‌های اولیه افزایش می‌یابد و سپس ثابت می‌گردد. در نتیجه جمع‌شدگی پس از سیکل‌های اولیه ممکن است کاملاً برگشت‌پذیر باشد. هنگامی‌ که سیکل‌های تر و خشک شدن با درجه حرارت‌های پایین و بالای متناوب همراه شود، انبساط‌های دائمی یا پسماند که با تعداد سیکل‌ها افزایش می‌یابند، ایجاد می‌شود. این انبساط‌ها ممکن است کاملاً بزرگ باشد.

در یک سری آزمایش‌ها با ۱۲۰ سیکل شامل ۹ ساعت خشک شدن در کوره در ۸۲ درجه سانتی‌گراد و به دنبال آن ۴۸ ساعت غوطه‌وری در آب در دمای ۲۱ درجه سانتی‌گراد و سپس ۱۵ ساعت نگهداری در هوا در دمای ۲۱ درجه سانتی‌گراد برای مخلوط‌های بتنی ساخته شده با انواع سیمان، نسبت‌های آب به سیمان و روش‌های بتن‌ریزی مختلف، انبساط‌های ۰٫۱ ال ۰٫۲۵% حاصل شده است.

۶) تأثیر کربناتاسیون در تغییر حجم بتن

وقتی بتن در معرض هوای دارای دی اکسیدکربن قرار گیرد، از نظر وزن زیاد می‌شود و جمع‌شدگی برگشت‌ناپذیر ناشی از کربناتاسیون را متحمل می‌شود که ممکن است به بزرگی جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن در هوای ۲۱ درجه سانتی‌گراد و ۵۰% رطوبت نسبی از حالت اشباع باشد. ظاهراً تحت شرایط ایده‌آل، کلیه اجزای تشکیل‌دهنده سیمان در معرض پدیده کربناتاسیون هستند. سرعت و گستردگی کربناتاسیون، به عوامل متعددی از جمله: مقدار رطوبت و دانسیته بتن، درجه حرارت، غلظت دی‌اکسیدکربن، زمان اندازه عضو، روش عمل‌آوری و تواتر خشک شدن و کربناتاسیون بستگی دارد.

پدیده کربناتاسیون به کُندی پیشرفت می‌کند و معمولاً تحت مقادیر رطوبت نسبی کمتر از ۲۵% یا نزدیک به اشباع، جمع‌شدگی اندکی ایجاد می‌نماید و تحت رطوبت نسبی حدود ۵۰% بیشترین تأثیر ظهور می‌کند. محصولات بتنی با تراکم کمتر مانند بلوک‌های ساختمانی ساخته شده با بتن سبک نسبت به محصولات بتنی متراکم، استعداد بیشتری برای کربناته شدن دارند.

از آن‌جا که مقادیر جمع‌شدگی از کربناتاسیون بزرگ بوده و ضمناً برگشت‌ناپذیر هستند، سعی شده است بلوک‌های ساختمانی بتنی قبل از کار گذاشتن در دیوار کربناته گردند. در نظر داشته باشید موفقیت‌های چندی با رفتار پیش کربناته‌سازی از طریق قرار دادن بلوک در معرض گازهای سوخته داغ پس از عمل‌آوری حاصل شده است. همچنین نشان داده شده که پیش کربناته‌سازی امکان بهبود پایداری حجمی مقابل تغییرات بعدی رطوبت را نیز فراهم می‌نماید.

۷) تأثیر حمله شیمیایی و مکانیکی نامطلوب

انواع زیادی از حملات شیمیایی و مکانیکی، باعث کوتاه شدن عمر مفید بتن می‌شوند. این در حالی است که مکانیزم تخریب متفاوت است و ممکن است کاملاً پیچیده باشد. معمولاً علامت رفتاری ابتدایی به صورت انبساط است و با ادامه مکانیزم عملکرد، انبساط افزایش یافته و به تجزیه و فروپاشی می‌انجامد.

برخی از عوامل تخریب رایج و شایع عبارتند از: فاضلاب حاوی مقدار زیاد اسید یا سولفیت، آب‌های سولفاتی، تجزیه الکتریکی (الکترولیز)، آب دریا، آتش، یخ زدن و آب شدن، هیدراتاسیون آهک یا اکسید منیزیم ترکیب نشده یا هر دو، واکنش قلیایی سنگدانه‌ها و فعل و انفعال قلیایی‌های موجود در سیمان با سایر انواع سنگدانه‌ها. از چنین تغییرات حجمی نامطلوبی باید در حد امکان از طریق کنترل دقیق مصالح مورد استفاده، طرح اختلاط صحیح، روش‌های اجرایی مطلوب و کنترل شرایط محیطی اجتناب شود. ممانعت از واکنش‌های نامطلوب، بسیار مؤثرتر از درمان‌های قابل تردید پس از شروع انبساط است.

۸) ترک‌خوردگی

ترک‌های بتن در اثر تغییرات حجم مقید شده، بستگی زیادی به درجه حرارت مقاومت در مقابل جمع‌شدگی نیروهای داخلی و خارجی دارد. توانایی بتن به منظور مقاومت در مقابل ترک‌خوردگی به درجه گیرداری مقدار جمع‌شدگی ناشی از کربناتاسیون، خشک شدن و اثرات حرارتی، تنش موجود در بتن، مقدار تنش رها شده ناشی از خزش و مقاومت کششی بتن وابسته است.

جهت داشتن مقاومت کافی در مقابل ترک‌خوردگی، باید مقادیر مدول الاستیسیته در درازمدت، ضریب انبساط حرارتی، جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن و جمع‌شدگی ناشی از کربناتاسیون بتن تا حد امکان پایین و مقاومت کششی آن تا حد امکان بالا باشد. درزهای انبساط در نظر گرفته شده در محل مناسب برای دیوارهای بتنی طویل به کاهش مقدار و شدت ترک‌خوردگی کمک می‌کند.

۲ دلیل تغییر حجم بتن تازه

۱) آب انداختن و جمع‌شدگی ناشی از گیرش

بتن تازه در حالت پلاستیک، تغییرات حجم مهمی را متحمل می‌شود که ناشی از جذب آب، ته‌نشینی (آب انداختن)، هیدراتاسیون سیمان و تغییرات دما است و تحت‌تأثیر دما و رطوبت موجود در محیط پیرامونی نیز قرار دارد. جذب آب توسط سنگدانه‌ها و صعود آب آزاد به سطح فوقانی بتن (آب انداختن)، هنگامی ‌که از قالب‌ها خارج می‌شود، باعث جمع‌شدگی می‌گردد.

آب انداختن، مدت کوتاهی پس از ریختن بتن آغاز شده و تا زمانی که تراکم حداکثر مواد جامد، ممانعت سنگدانه‌ها یا گیرش باعث توقف آن شود، ادامه می‌یابد. معمولاً بخش عمده ای از جمع‌شدگی ناشی از جذب و آب انداختن حین یک ساعت اول پس از ریختن اتفاق می‌افتد. آب انداختن زیاد به همراه تبخیر سریع یا قالب‌های نشت، باعث ایجاد جمع‌شدگی زیاد به میزان حدود ۱%می‌گردد. از آن‌جا که ضمن آب انداختن، بتن در حالت پلاستیک یا نیمه‌پلاستیک است، هیچ تنش محسوسی در اثر جمع‌شدگی زیاد حادث نمی‌شود.

جمع‌شدگی حاصل از گیرش را می‌توان با استفاده از سنگدانه‌های اشباع، مقدار سیمان کم، طرح اختلاط صحیح مخلوط‌های بتنی، شرایط سرد و مرطوب برای ریختن قالب‌های محکم و غیرجاذب و بتن‌ریزی در لایه‌های کم عمق در حد پایین نگاه داشت.

۲) جمع‌شدگی خمیری (پلاستیکی)

جمع‌شدگی خمیری و ترک‌های خمیری پس از مدت کوتاهی از ریختن بتن و در حالی که هنوز حالت خمیری دارد، در سطح بتن تازه ایجاد می‌شود. سبب اصلی این نوع جمع‌شدگی، خشک شدن سریع سطح بتن است. البته شرایط تغییر هوا که سرعت تبخیر سطحی را افزایش می‌دهد نیز در این امر دخالت دارد. در مواقعی که رطوبت نسبی هوا پایین است، دمای بتن و هوا زیاد است، دمای بتن از دمای هوا بیشتر است و باد شدید روی سطح بتن می‌وزد، بیشترین نرخ تبخیر وجود خواهد داشت.

ترکیب چنین وضعیت‌هایی که باعث می‌شود از دست دادن رطوبت در سطح بتن سریع‌تر از جایگزینی آن توسط آب انداختن معمولی صورت گیرد، غالباً در تابستان ایجاد می‌شود. اما به هر حال خشک شدن سریع حتی در هوای سرد نیز ممکن است؛ البته در صورتی که دمای بتن در مقایسه با دمای هوا بیشتر باشد. ترک‌های جمع‌شدگی خمیری معمولاً کم عمق بوده (حدود ۳۷٫۵ تا ۵۰ میلی‌متر)، ۳۰ تا ۴۵ سانتی‌متر طول دارد و غالباً عمود بر مسیر وزش باد است. همچنین ممکن است به حالت زاویه‌ V شکل باشد. اقدامات اصلاحی به منظور ممانعت از بروز ترک‌های جمع‌شدگی خمیری، تماماً به سمت کاهش سرعت تبخیر یا کاهش کل مدت زمانی که طی آن تبخیر اتفاق می‌افتد، جهت داده می‌شود.

همان‌طور که گفته شد تغییر حجم بتن تازه و سخت شده بنا به دلایل مختلف رخ می‌دهد که از جمله آن می‌توان به تأثیر هیدارتاسیون سیمان، تغییرات دما، خشک‌شدگی، ترک‌خوردگی، نگهداری مداوم و مرطوب، حملات شیمیایی، کربناتاسیون، تر و خشک‌ شدن‌های متناوب و… اشاره کرد. در این مقاله از رامکا تلاش شد تمام این دلایل به طور کامل معرفی شده و علل هر یک شرح داده شود. امیدواریم با مطالعه این مقاله توانسته باشید ، اطلاعات کامل و کاربردی به دست آورید.