هنگامی‌که بتن تحت بارگذاری واقع می‌شود، بلافاصله تغییر شکل‌ها بروز می‌کنند. وقتی بتن تحت اثر بار دائمی‌باشد، تغییر شکل‌های غیرارتجاعی با زمان افزایش می‌یابد. نتیجتاً از آنجا که بتن غالباً تحت اثر بارهای مرده قرار دارد، معمولاً هر دو نوع تغییر شکل مذکور را دارا است. تغییر شکل غیرارتجاعی با خزش در حین دوره بارگذاری با نرخ کاهشی  افزایش می‌یابد. بخش عمده خزش در ضمن چند ماه اول پس از بارگذاری اتفاق می‌افتد و ممکن است تا ۲۵ سال افزایش داشته باشد. در مقاطع بتنی با ابعاد متوسط، تقریباً   تا  خزش نهایی طی ماه اول و حدود  تا  آن طی شش ماه اول بارگذاری مداوم اتفاق می‌افتد. اگر بار مداوم از روی بتن برداشته شود، قدری برگشت تغییر شکل وجود خواهد داشت ولی معمولاً بتن بطور کامل به حالت اولیه بر نمی‌گردد. شکل زیر اطلاعات ثبت شده در مورد نمونه بارگذاری شده در سن یک ماه و باربرداری شده در شش ماه بعد را ارائه می‌دهد. میزان برگشت تغییر شکل‌های ارتجاعی و خزشی به علت بالا رفتن سن بتن در زمان باربرداری، کمتر از تغییر شکل ایجاد شده در اثر بارگذاری است.

خزش ممکن است تا اندازه ای ناشی از بسته شدن حفره‌های داخلی، جریان لزج خمیر سیمان – آب، جریان کریستالی در سنگدانه‌ها و جریان آب خارج از ژل سیمان در اثر خشک شدن و بار خارجی باشد. مقدار و نرخ خزش در اکثر سازه‌های بتنی با سرعت خشک شدن ارتباط خاصی دارد ولی در سازه‌های حجیم که خشک شدن اتفاق نمی‌افتد یا کم است، نیز خزش مهم است. اعتقاد  بر این است که در این سازه‌ها، عمده خزش ناشی از جریان آب جذب شده از ژل (تراوش) در اثر فشار خارجی است.

تغییر شکل‌های ارتجاعی و خزشی بتن حجیم در اثر اعمال بار ثابت و متعاقب آن باربرداری(2).
تغییر شکل‌های ارتجاعی و خزشی بتن حجیم در اثر اعمال بار ثابت و متعاقب آن باربرداری(۲).

مقدار نهایی خزش براساس تنش واحد (N/mm2) معمولاً از ۶-۱۰× ۲۸٫۶ تا ۶-۱۰× ۲۸۶ تغییر می‌کند و به طور عادی برابر با ۶-۱۰× ۱۴۳ بر واحد طول است. این مقدار حدود سه برابر تغییر شکل ارتجاعی بتن با مدول الاستیسیته سکانت برابر با MPa 6-10× ۲٫۱ می‌باشد.

به منظور تصور اثرات تغییر شکل‌های ارتجاعی و خزشی در یک زمان مشخص، می‌توان از مدول الاستیسیته دائمی‌که به صورت نسبت تنش دائمی‌ثابت به مجموع تغییر شکل‌های ارتجاعی و خزشی تعریف می‌شود، استفاده نمود. آزمایش‌ها نشانگر این واقعیت هستند که مدول بتن پس از ۲ سال بارگذاری دائمی‌بین ۱/۵ تا ۱/۲ مدول الاستیسیته ابتدایی سکانت تغییر می‌نماید. جهت در نظر گرفتن خزش در طراحی غالباً یک مقدار کاهش یافته سکانت کوتاه مدت یایا مدول الاستیسیته وتری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خزش برخلاف جمع شدگی که عموماً نامطلوب است، امکان دارد بسته به شرایط و مقتضیات، مطلوب یا غیرمطلوب باشد. در مواردی که توزیع بهتر تنش‌ها در سازه‌های بتن آرمه را موجب می‌گردد، مطلوب و در مواردی که تغییر مکان‌ها و تغییرشکل‌های بیش از حد ایجاد می‌کند که مستلزم انجام تعمیرات پُرهزینه است و همچنین وقتی در اعضای بتنی پیش تنیده افت‌های زیاد پیش تنیدگی را باعث می‌شود، نامطلوب است.

اثرات اجزای تشکیل دهنده، نسبت‌های اختلاط و ساخت

بتن حاوی سیمان کم حرارت به علت تأثیر آن بر درجه هیدراتاسیون بیش از بتن حاوی سیمان معمولی خزش دارد. این ویژگی مطلوب آزادی نسبی سازه‌های بتنی حجیم در مقابل ترک خوردگی (حداقل تا اندازه ای) وقتی در حال خنک شدن تا رسیدن به دمای محیط هستند، را تعبیر می‌نماید. تأثیر ریزی سیمان بر روی خزش متنوع می‌نماید. افزودنی‌های پوزولانی به سیمان عموماً خزش را افزایش می‌دهند به نظر می‌رسد مواد حباب هوازا در مقادیر صحیح تأثیر محسوسی بر روی خزش نداشته باشند. در مواردی که خزش عامل مهمی‌به شمار می‌آید، ترکیبات خاصی نباید در بتن استفاده نمود مگر اینکه اثرات آنها قبلاً ارزیابی شده باشد.

بیشتر بخوانید  المان‌های کارآیی و چسبندگی بتن

در شرایط قابل مقایسه، خزش و جمع شدگی عموماً در صورت استفاده از سنگدانه‌های با دانه بندی مناسب و حفرات کم و همچنین با افزایش حداکثر اندازه درشت دانه کاهش می‌یابند. مقادیر کم جمع شدگی و خزش را با به کار بردن سنگدانه‌های سخت، متراکم، با جذب پایین و مدول الاستیسیته بالا می‌توان حاصل نمود. ترکیبات معدنی سنگدانه‌ها مهم است و معمولاً با استفاده از سنگدانه‌های با منشاً سنگ آهک، کواتز، گرانیت، بازالت و ماسه سنگ افزایش خزش انتظار می‌رود.

همانگونه که در شکل زیر مشاهده می‌شود، با افزایش نسبت آب به سیمان خزش بتن زیادتر می‌شود. به علاوه به نظر می‌رسد در مقایسه دو مخلوط دارای نسبت آب به سیمان یکسان، مخلوطی که بیشترین حجم خمیر سیمان را داراست، بیشترین خزش را نشان می‌دهد. به طور کلی مخلوط‌های بتنی کم مایه نسبت به مخلوط‌های بتنی پُرمایه به میزان قابل ملاحظه خزش بزرگتری را دارا هستند، زیرا اثر نسبت آب به سیمان بر افزایش خزش برای مخلوط‌های کم مایه بیشتر از تأثیر خمیر بر کاهش خزش است.

رابطه خزش بتن ب نسبت آب به سیمان و شدت بار اعمال شده(2).
رابطه خزش بتن ب نسبت آب به سیمان و شدت بار اعمال شده(۲).

با پیشرفت هیدراتاسیون سیمان، تمایل بتن به خزش کم می‌شود. در نتیجه بتن عمل آوری شده در آب باید کمتر از بتن نگهداری شده در هوا خزش داشته باشد. اما جمع شدگی یا تورم ایجاد شده در ضمن دوره اولیه نگهداری نیز بر روی خزش تأثیر می‌گذارد.

نمونه‌های از پیش منبسط شده (عمل آوری مرطوب) نسبت به نمونه‌های از پیش منقبض شده (نگهداری شده در هوای خشک) تحت بار فشاری خزش بیشتری دارند. تأثیر ابعاد نیز در عمل آوری مهم است، زیرا نمونه‌های کوچک سریعتر از اعضای بتنی بزرگ در مقابل تغییرات رطوبت عکس العمل نشان می‌دهند.

تحقیق بر روی بتن توانمند (بیش از MPa99) شامل فوق روان کننده‌ها میزان خزش پس از ۸۰۰ روز را حدود ۱/۴ تا  ۱/۵ بتن با مقاومت معمولی نشان داده است.

تأثیر شرایط محیطی و بارگذاری

با کاهش رطوبت جوی مقدار نهایی و نرخ خزش افزایش می‌یابد. رابطه بین رطوبت نسبی و خزش خطی نیست. بتن تحت بارگذاری دائمی‌در هوای با ۷۰ درصد رطوبت نسبی حدود دو برابر بتن در هوای با ۱۰۰ درصد رطوبت نسبی خزش نهایی خواهد داشت. خزش نهایی در هوای با ۵۰ درصد رطوبت نسبی حدوداً سه برابر بزرگی خواهد داشت. حفاظت اعضای بتنی در مقابل خشک شدن سریع، در کاهش مقدار نهایی و نرخ خزش مفید است.

بیشتر بخوانید  جداشدگی در بتن

با بزرگ شدن ابعاد اعضای بتنی، عموماً مقدار و نرخ خزش کاهش می‌یابد. خزش بتن حجیم تقریباً حدود  خزش مربوط به نمونه‌های کوچک نگهداری شده در هوای مرطوب است. مادامی‌که هیدراتاسیون ادامه دارد، برای مصالح و بار دائمی‌مشخص با افزایش سن بتن در زمان اعمال بار دائمی، نرخ و مقدار خزش کاهش می‌یابد. همان طور که در شکل زیر ملاحظه می‌شود، در محدوده تنش‌های سرویسی، رابطه خزش با تنش دائمی‌تقریباً خطی است. برای تنش دائمی‌بالاتر از تنش‌های سرویسی، با افزایش مقدار تنش دائمی‌پیشرفت خزش سریعتر می‌باشد.

اکثر اطلاعات خزشی بتن غیرمسلح برای بارهای فشاری دائمی‌به دست آمده است. اما اطلاعات آزمایشگاهی در مورد خزش تحت کشش، خمش، پیچشو شرایط تنش‌های دومحوری و سه محوری دائمی‌عموماً همان الگوی رفتاری را نشان می‌دهد. خزش کششی نهایی براساس تنش واحد، حدوداً مشابه خزش فشاری نهایی براساس تنش واحد است.

یک روش آزمایشگاهی برای محاسبه مشخصات خزشی استوانه‌های بتنی تحت بار فشاری طولی دائمی‌در استاندارد ASTM C512 ارائه شده است. این روش جهت مقایسه نمونه‌های بتنی آزمایش شده تحت شرایط کنترل شده توسعه داده شده است، ولی ابزار محاسبه تغییر شکل‌ها در اعضای بتن آرمه در سازه را فراهم نمی‌نمایند. تغییر شکل نسبی کل (€) به ازای واحد تنش(۴) به صورت رابطه زیر داده شده است:

که در آن:

€ = کل تغییر شکل نسبی بر واحد تنش

E = مدول الاستیسیته آنی (MPa)

(K)F = نرخ خزش، محاسبه شده به عنوان شیب خط مستقیم نمایانگر منحنی خزش به صورت رسم نیمه لگاریتمی‌(محور لگاریتمی‌زمان را نشان می‌دهد)

I = زمان پس از بارگذاری (روز)

مقدار ۱/E کرنش ارتجاعی  اولیه به ازای تنش واحد (MPa) و بخش دوم رابطه نشانگر کرنش خزشی به ازای تنش واحد در هر سن مورد نظر است.

تأثیر آرماتورها

ستون‌های بتن آرمه نیز تحت بارهای فشاری دائمی‌دارای خزش هستند. در اثر پدیده انقباض و خزش، تمایل تنش اضافی جهت انتقال به فولاد و نتیجتاً کاهش در تنش بتن وجود دارد. در برخی آزمایش‌ها بر روی ستون‌های بتن آرمه در هوا، تنش فشاری در فولاد از سه تا پنج برابر مقدار طراحی افزایش می‌یابد، در حالی که تنش‌های فشاری در بتن اساساً کاهش می‌یابد و در برخی موارد به تنش‌های کششی کم تغییر می‌یابند. ستون‌های بتنی در آب تغییرات تنش بسیار کمتری در زمان از خود نشان می‌دهند.

بیشتر بخوانید  6 عامل موثر بر مقاومت بتن

تیرها و دال‌هایی که فقط آرماتور کششی دارند و بارگذاری نشده‌اند، معمولاً دچار اعوجاج می‌شوند، زیرا فولاد نزدیک به سطح تحتانی در مقابل جمع شدگی مقاومت می‌کند و ضمناً سطح فوقانی بتن به دلیل آب انداختن بیشتر از سطح پایینی منقبض می‌شود. در نتیجه تیرها و دال‌های تحت‌های بارگذاری دائمی‌دارای تغییر شکل در اثر اعوجاج به علاوه بارگذاری خواهند بود. به طور کلی تغییر شکل‌ها و کرنش‌های فشاری تیرها و دال‌ها تحت بار دائمی‌با نرخ کاهشی افزایش می‌یابد، در حالی که کرنش در تراز فولاد کششی تغییرات نسبتاً اندکی در طول زمان از خود نشان می‌دهند. با افزایش نسبت طول دهانه به عمق کل، تغییر شکل‌های خزشی به سرعت افزایش می‌یابد. استفاده از آرماتورهای فشاری به مقدار دلخواه و نه مورد نیاز از نظر مقاومت طراحی، برای مقطع لنگر حداکثر در تیرهای بتن آرمه با تکیه گاه‌های ساده در کاهش خزش مؤثر است. آزمایش‌ها نشان داده اند که استفاده از آرماتورهای فشاری معادل مقدار فولاد کششی باعث کاهش کرنش‌ها و تغییر‌ها و تغییر شکل‌های خزشی به حدود  تا  خواهند شد. نتیجتاً واضح است که هنگامی‌که ترکیبی از نسبت بالای طول به عمق و بار دائمی‌بزرگ (که باعث می‌شود تنش‌های فولاد و بتن به مقادیر حدی طراحی طبق ACI نزدیک شوند) وجود داشته باشد، آرماتورهای فشاری را می‌توان به منظور کنترل خزش به کار برد. در سازه‌های قاب بندی شده یا تبرهای یک سره غالباً اما نه همیشه خزش ممکن است باعث توزیع تنش مطلوب تری بشود.

در جریان ساخت تیرهای بتنی پیش تنیده به منظور جلوگیری از افت زیاد در مقدار پیش تنش باید دقت زیادی نمود تا جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش به حداقل برسد. در شرایط ضعیف اجرایی، افت پیش تنش ممکن است به بزرگی MPa 350 باشد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap