تغییر شکل سازه در اثر بارگذاری پایدار با نام خزش بتن شناخته می‌شود. اگر بتن تحت فشار یا بار دائمی قرار گیرد، شکل آن تغییر می‌کند. این تغییر شکل، اغلب در جهت نیروی اعمال شده رخ می‌دهد. فشرده‌سازی ستون بتنی یا خمش تیر، نمونه‌هایی از این تغییر شکل‌ها محسوب می‌شوند. اما سؤال این‌جاست که آیا خزش در بتن اثرات دیگری هم دارد و چه عواملی می‌تواند بر میزان خزش تأثیر بگذارد؟ اگر به دنبال پاسخی برای این سؤالات هستید، تا انتهای این مقاله ما را همراهی کنید.
خزش در بتن چیست؟
بتن همیشه در اثر خزش شکست نمی‌خورد. هنگامی که باری به بتن وارد می‌شود، کرنش الاستیک آنی ایجاد می‌شود که در صورت تداوم بار، به کرنش خزشی تبدیل می‌شود. منحنی تنش-کرنش بتن، خط مستقیمی نیست و در مقداری مشخص، کرنش بدون افزایش قابل توجهی در تنش به افزایش خود ادامه می‌دهد. جزء وابسته به زمان تنش که در نتیجه تنش ایجاد می‌شود، به عنوان خزش بتن نیز شناخته می‌شود.
انتقال آهسته تنش از بتن به فولاد در ستون‌های RCC به دلیل ویژگی خزشی بتن سودمند است. به دلیل خزش، شرایط دمایی داخلی و سطحی باعث ایجاد شکاف داخل یک سازه بتنی انبوه مانند سد می‌شود. کشف شده است خزش بتن، تابع خطی تنش و ۳۰ تا ۴۰% مقاومت آن است.
جز فلزات در آخرین مراحل تسلیم پیش از فروپاشی، مرتبه بزرگی خزش در بتن به طور قابل ملاحظه‌ای بیش از سایر مواد کریستالی است. در نتیجه، از آن‌جا که خزش چندین برابر بیشتر از فشار وارد بر بار است، در ساخت ساختمان‌های بتنی ملاحظه‌ای حیاتی است.
هنگامی که بار پایدار پس از مدتی برداشته می‌شود، کرنش به همان میزان کرنش الاستیک کاهش پیدا می‌کند. از آن‌جا که مدول الاستیسیته با افزایش سن بیشتر می‌شود، این کرنش به طور معمول کمتر از کرنش الاستیک اولیه خواهد بود.
خزش نیز ممکن است 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 آن رابطه خاصی دارد، ولی در سازه‌های حجیم که خشک شدن در آن اتفاق نمی‌افتد یا کم است نیز خزش اهمیت زیادی دارد. اعتقاد بر این است که در این سازه‌ها، عمده خزش ناشی از جریان آب جذب شده از ژل (تراوش) در اثر فشار خارجی است.
به منظور تصور اثرات تغییر شکل‌های ارتجاعی و خزشی در زمان مشخص، می‌توان از مدول الاستیسیته دائمی که به صورت نسبت تنش دائمی ثابت به مجموع تغییر شکل‌های ارتجاعی و خزشی تعریف می‌شود، استفاده نمود.
خزش برخلاف جمع‌شدگی که عموماً نامطلوب است، ممکن است بسته به شرایط و مقتضیات، مطلوب یا غیرمطلوب باشد؛ برای مثال در مواردی که توزیع بهتر تنش‌ها در سازه‌های بتن آرمه اتفاق می‌افتد، مطلوب بوده و در مواردی که تغییر مکان‌ها و تغییرشکل‌های بیش از حد ایجاد می‌شود که مستلزم انجام تعمیرات پُرهزینه است و همچنین وقتی در اعضای بتن پیش‌تنیده افت‌های زیاد پیش‌تنیدگی ایجاد می‌شود، نامطلوب است.
عوامل مؤثر بر خزش بتن
کیفیت سنگدانه‌ها
سنگدانه‌ها سرعت خزش بسیار پایینی داشته و تأثیر محدودکننده‌ای بر میزان خزش دارند که بر خزش بتن تأثیر می‌گذارد. خمیری که تحت بار خزش می‌کند، با سنگدانه‌های غیر خزنده مهار می‌شود. هر چه استحکام سنگدانه بیشتر باشد، اثر مهاری بیشتر و در نتیجه میزان خزش کمتر می‌شود.
ترکیبات معدنی سنگدانه‌ها نیز مهم است و معمولاً با استفاده از سنگدانه‌های با منشاً سنگ آهک، کوارتز، گرانیت، بازالت و ماسه سنگ، افزایش خزش انتظار می‌رود. در صورتی که مقدار حجمی سنگدانه از ۶۵ به ۷۵% افزایش یابد، خزش تا ۱۰% کاهش پیدا می‌کند.
یکی از مهم‌ترین پارامترهای تعیین‌کننده خزش، مدول الاستیسیته کل است. به راحتی می‌توان تصور کرد هر چه مدول الاستیسیته بالاتر باشد، خزش کمتر است. سرعت خزش سنگدانه‌های سبک وزن، به طور قابل توجهی بیشتر از وزن سنگدانه‌های معمولی است.
ابر روان کننده بتن تایتان TITAN
حفظ اسلامپ طولانی، ویژه بچینگ و بتن‌ریزی در هوای گرم
ابر روان کننده بتن
ابر روان کننده بتن فیوژن پلاس +FUSION
افزاینده مقاومت بتن و کاهنده آب قوی در مدت کم
ابر روان کننده بتن
ابر روان کننده بتن نئون پلاس +NEON
افزایش اسلامپ بتن با نسبت آب به سیمان پایین در کوتاه‌مدت
نسبت اختلاط بتن
مهم‌ترین عامل تعیین‌کننده خزش، کمیت و کیفیت مواد خمیری است. یک مخلوط ضعیف بتن، منجر به خزش‌های بیش از حد می‌شود که با افزایش نسبت آب به سیمان با مقاومت بتن نسبت معکوس دارد. تمام پارامترهای اضافی که بر نسبت آب به سیمان مؤثرند، بر میزان خزش تأثیر می‌گذارند.
به طوری که در مقایسه دو مخلوط با نسبت آب به سیمان یکسان، مخلوطی که بیشترین حجم خمیر سیمان را داشته باشد، بیشترین خزش را نشان می‌دهد. بدین‌ترتیب مخلوط‌های بتنی کم‌مایه به میزان قابل ملاحظه‌ای خزش بیشتری دارند، زیرا تأثیر نسبت آب به سیمان بر افزایش خزش برای مخلوط‌های کم مایه بیشتر از تأثیر خمیر بر کاهش خزش است.
با پیشرفت هیدراتاسیون سیمان، تمایل بتن به خزش کم می‌شود. در نتیجه بتنی که در آب تحت مراقبت قرار گرفته، باید کمتر از بتن مراقبت شده در هوا خزش داشته باشد. بدین‌ترتیب، نمونه‌هایی که تحت عمل‌آوری مرطوب قرار گرفته‌اند، نسبت به نمونه‌های نگهداری شده در هوای خشک تحت بار فشاری خزش بیشتری قرار دارند.
خواص سیمان
نوع اثر سیمان بر مقاومت بتن در هنگام اعمال بار تأثیر دارد. ظرافت سیمان تأثیر اولیه‌ای بر رشد استحکام و در نتیجه خزش دارد. هر چه سیمان ریزتر باشد، گچ بیشتری مورد نیاز است، زیرا آسیاب مجدد سیمان در آزمایشگاه بدون گچ، منجر به ایجاد سیمانی نامناسب با عقب‌ماندگی با خزش قابل توجه می‌شود.
بتن حاوی سیمان کم حرارت، به دلیل تأثیر بر درجه هیدراتاسیون بیش از بتن حاوی سیمان معمولی خزش دارد. این ویژگی مطلوب، آزادی نسبی سازه‌های بتنی حجیم در مقابل ترک خوردگی را زمانی که در حال خنک شدن تا رسیدن به دمای محیط هستند، تعبیر می‌کند.
تأثیر دما بر خزش بتن
دمای بتن ممکن است تأثیر ضد خزش داشته باشد. در طول فرآیند عمل آوری بتن پیش از بارگذاری، هنگامی که عضو بتنی در معرض دمایی بیشتر از دمای معمولی قرار گیرد، مقاومت افزایش می‌یابد و کرنش خزشی کاهش پیدا می‌کند. از سوی دیگر، دمای بالا در طول دوره بار می‌تواند باعث خزش شود. تأثیر دما بر خزش در کشتی‌های راکتور هسته‌ای نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.
سطح تنش
خزش و تنش اعمال شده رابطه متناسبی دارند. از آن‌جا که تنش‌های جامد حتی در سطوح کم‌تنش خزش دارند، حد پایین‌تری از تناسب وجود ندارد. بتن زمانی که تحت کشش بیشتری قرار می‌گیرد، خزش بیشتری ایجاد می‌شود.
رطوبت
میزان رطوبتی که از بتن تراوش می‌شود، تحت‌تأثیر رطوبت هوا است. با افزایش سطح رطوبت، میزان از دست دادن رطوبت کاهش یافته و تراوش کمتر می‌شود. در نتیجه، هر چه رطوبت نسبی کمتر باشد، خزش برای بتنی خاص بیشتر خواهد بود. خزش زمانی افزایش پیدا می‌کند که در شرایط تنش خشک شود.
سن بتن هنگام بارگذاری
بزرگی خزش تحت‌تأثیر سنی است که در آن یک قطعه جامد بارگذاری می‌شود. مقادیر ضریب خزش در سنین مختلف بارگذاری، عبارتند از:
| سن بارگیری | ضریب خزش |
| ۷ روز | ۲٫۲ |
| ۲۸ روز | ۱٫۶ |
| یک سال | ۱٫۱ |
آرماتورها
ستون‌های آرمه نیز تحت بارهای فشاری دائمی دارای خزش هستند. در اثر پدیده انقباض و خزش، تمایل تنش اضافی جهت انتقال به فولاد و در نتیجه کاهش در تنش ایجاد می‌شود.
در بعضی آزمایشات انجام شده روی ستون‌های بتن آرمه در هوا، تنش فشاری در فولاد از سه تا پنج برابر مقدار طراحی افزایش پیدا می‌کند، در حالی که تنش‌های فشاری در بتن، اساساً کاهش یافته و در برخی موارد به تنش‌های کششی کم تغییر پیدا می‌کند. ستون‌های بتنی در آب نیز در طول زمان تغییرات تنش بسیار کمتری از خود نشان می‌دهند.
تیرها و دال‌هایی که فقط آرماتور کششی دارند و بارگذاری نشده‌اند، معمولاً دچار اعوجاج می‌شوند، زیرا فولاد نزدیک به سطح تحتانی در مقابل جمع‌شدگی مقاومت می‌کند و در ضمن، سطح فوقانی بتن به دلیل آب‌انداختگی بیشتر از سطح پایینی منقبض می‌شود. به طور کلی تغییر شکل‌ها و کرنش‌های فشاری تیرها و دال‌ها تحت بار دائمی با نرخ کاهشی افزایش می‌یابد، این در حالی است که کرنش در تراز فولاد کششی در طول زمان تغییرات نسبتاً اندکی از خود نشان می‌دهد.
با افزایش نسبت طول دهانه به عمق کل، تغییر شکل‌های خزشی به سرعت افزایش می‌یابد. استفاده از آرماتورهای فشاری برای مقطع لنگر، حداکثر در تیرهای بتن آرمه با تکیه‌گاه‌های ساده در کاهش خزش مؤثر است.
بیشتر بخوانید: مدول الاستیسیته بتن
اثرات خزش در بتن
اگر بخواهیم تأثیرات عمده خزش را بیان کنیم، باید به موارد ذیل بپردازیم:
- خزش در طول زمان، انحراف تیرهای بتن مسلح را افزایش می‌دهد و می‌تواند باعث کمانش در ستون‌های دارای بار غیرمرکز شود.
- خزش ممکن است تمرکز تنش ناشی از انقباض، تغییرات دما یا حرکت پشتیبانی را در سازه‌های استاتیکی نامشخص و اتصالات ستون و تیر کاهش دهد. تمام سازه‌های بتنی از خاصیت خزشی بتن برای کاهش تنش‌های داخلی ناشی از بارهای غیریکنواخت یا انقباض محدود بهره می‌برند.
- به دلیل تفاوت شرایط دمایی در داخل و سطح سازه‌های بتنی انبوه، خزش مضر بوده و ممکن است باعث ایجاد ترک داخل سدها شود. در نتیجه، تمام اقدامات احتیاطی باید صورت گیرد تا فضای داخلی یک ساختمان بتنی انبوه، افزایش دما را تجربه نکند.
- خزش باعث افت پیش‌تنیدگی در سازه بتنی پیش‌تنیده می‌شود.
- اعضای بتنی در سنین پایین، در نتیجه اقدامات ساخت و ساز سریع، تحت‌تأثیر بارهایی به اندازه بارهای طراحی قرار می‌گیرند. این امر می‌تواند منجر به انحراف به دلیل ترک خوردگی و مدول الاستیک پایین در سنین پایین شود. بدین‌ترتیب در صورت پیش‌بینی نادرست، خزش تأثیر قابل توجهی بر یکپارچگی سازه و همچنین تأثیر اقتصادی آن دارد.
همان‌طور که گفته شد اجزای تشکیل‌دهنده، نسبت‌های اختلاط، آرماتورها و شرایط محیطی در میزان خزش مؤثرند. در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد ضمن بررسی مفهوم خزش در بتن، عوامل کلی مؤثر بر آن نیز مورد بررسی قرار گیرد و اثرات خزش در بتن تبیین شود.
امیدواریم با مطالعه این مقاله، به اطلاعات کافی و کارامدی در زمینه خزش در بتن دست یافته باشید. خواهشمندیم با بیان نظرات و پیشنهادات کاربردی خود، ما را در ارتقای کیفیت مقالات یاری رسانید.
منبع +
اشتراک‌ها: درباره انواع چسبها و اجزای تشکیل دهنده آنها چه می‌دانید؟ | تکنو پخش
خیلی استفاده کردیم
مایه افتخار ماست🌹