مقاومت سایشی بتن: چیستی، محاسبه و راهکارهای افزایش

سایش بتن به معنی از دست دادن تدریجی جرم بتن در اثر تخریب مکانیکی است. این رویداد در اثر عواملی مانند اصطکاک، ضربه، خرد شدن موضعی، حرکت وسایل نقلیه، تردد عابر پیاده و… ایجاد می‌شود. بیشترین سایش مربوط به مسیرهای بتنی است که از آن وسایل نقلیه سنگین با لاستیک‌های زنجیری (میخ‌دار) عبور می‌کنند. البته کف‌های بتنی موجود در ساختمان‌ها نیز از سایش در امان نیستند و چنانچه در معرض بارهای ضربه‌ای و خراشیدگی قرار گیرند، به سرعت دچار سایش می‌شوند. در این مقاله از بلاگ رامکا با شما هستیم تا ضمن معرفی انواع سطوح ساییدگی، به بررسی دقیق عوامل مؤثر بر مقاومت سایشی بتن و راهکارهای افزایش این مقاومت بپردازیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

انواع سطوح ساییدگی بتنی

در طول دهه‌ها و حتی قرن‌ها پیش، الگوهای آسیب‌دیدگی بتن در نتیجه سایش متفاوت بوده است. بسته به اینکه سطح بتن در معرض حرکت ماشین‌ها باشد یا در اثر سایش و عوامل ضربه‌ای مانند گرادیان‌های هیدرولیکی دچار آسیب‌دیدگی شود، اقدامات مقابله با آن نیز متفاوت خواهد بود. بنابراین لازم می‌دانیم پیش از بررسی نقش مقاومت سایشی و عوامل مؤثر بر آن، به معرفی انواع سطوح ساییدگی بتنی بپردازیم.

سطوح سایشی در مقاومت سایشی بتن

سایش یکی از الگوهای آسیب‌دیدگی سطوح بتنی به دلیل عبور و مرور است. گذرگاه‌های عابر پیاده، جاده‌هایی که از آن وسایل نقلیه سبک عبور می‌کنند و سطوحی که اشیاء روی سطح بتنی کشیده می‌شوند، از جمله مکان‌هایی هستند که دچار این سری الگوهای سایشی می‌شوند.

سایش همراه با خراش و برخورد

یکی از مهم‌ترین الگوهای آسیب‌دیدگی سایشی در خشکی، تفاوت بین بارهای حرکت ماشین‌ها در ترافیک جاده‌ای و ترافیک سنگین (به‌خصوص زمانی که از زنجیر استفاده می‌کنند) است. در این نوع از ترافیک‌ها، مقدار وزن و نوع چرخ‌ها، عامل مهم و تأثیرگذار بر میزان بار سایشی است.

سایش بتن همراه با خراش

سایش و خراشیدن سازه‌های زیر آبی توسط جریان‌های ساینده که معمولاً حاوی بار رسوبی هستند، یکی از مهم‌ترین الگوهای آسیب‌دیدگی سایشی زیر آب است. میزان این سری از سایش‌ها توسط عواملی مانند سرعت جریان آب، مقدار و نوع رسوبی همراه آب کنترل می‌شود.

برخورد در مقاومت سایشی بتن

یکی از مخرب‌ترین انواع سایش‌ها، سایش‌های برخوردی است که در آن سازه‌های هیدرولیکی در معرض گرادیان‌های هیدرولیکی زیاد قرار گرفته و پدیده خلأزایی را تجربه می‌کنند. خلأزایی یا کاویتاسیون، در اثر تغییر ناگهانی سرعت و جهت آب ایجاد می‌شود.

این رویداد باعث کاهش مقدار فشار آب و تشکیل حباب‌های بخار بزرگ می‌شود. این حباب‌ها به محض رسیدن به نواحی با فشار بالاتر با فشار ضربه‌ای بزرگی می‌شکند. حال اگر این رویداد اطراف سازه‌های هیدرولیکی اتفاق افتد، ضربات ناشی از فشار ضربه‌ای در زمان شکست حباب‌های هوا باعث ایجاد حفره‌ها و سوراخ‌هایی در سطح بتن می‌گردد.

نمونه‌هایی از این رویداد را می‌توان در کانال‌ها یا فضاهای بسته‌ای مشاهده کرد که آب با سرعت حداقل ۷٫۵ متر بر ثانیه در آن جریان دارد. در این فضاها، معمولاً بتن بدنه حالت آبله‌رویی به خود می‌گیرد.

عوامل مؤثر بر مقاومت سایشی بتن

یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر مقاومت سایشی، مقدار مقاومت فشاری بتن است، اما مقاومت به تنهایی پارامتری برای تخمین رفتار سایشی نیست، بلکه عوامل دیگری مانند نسبت سنگدانه، نوع عمل‌آوری، اجرای صحیح بتن‌ریزی، میزان تخلخل، نوع پرداخت سطح بتنی، میزان افزودنی‌ها و بسیاری عوامل دیگر بر این نوع مقاومت مؤثر هستند. در ادامه به بررسی هر یک از این عوامل می‌پردازیم.

مقاومت فشاری

مقاومت سایشی مانند مقاومت فشاری، به سختی خمیر سیمان، مقاومت سنگدانه و پیوندهای بین خمیر سیمان و سنگدانه وابسته است. بنابراین می‌توان گفت هر چه مقاومت فشاری بتن بیشتر باشد، مقاومت سایشی آن نیز بیشتر خواهد بود؛ برای مثال، بتنی با مقدار مقاومت فشاری ۵۰ مگاپاسکال، مقاومت سایشی بالایی را نشان می‌دهد. در یک رابطه کلی، این مقاومت با افزایش مقاومت فشاری تا حدود ۴۲ مگاپاسکال شروع به افزایش می‌کند.

اجرای بتن‌ریزی

بالا آمدن ریزدانه‌ها به سمت سطح در اثر لرزش بیش از حد در زمان بتن‌ریزی، یکی از فاکتورهای مهم و مؤثر تفکیک دانه‌بندی و آب‌انداختگی بتن است. این ویژگی‌ها باعث کاهش مقاومت سایشی می‌شود، بنابراین اجرای صحیح و عالی بتن‌ریزی از فاکتورهای مهم افزایش مقاومت سایشی است.

نوع عمل‌آوری

Dhir در مطالعات خود پی برد عمل‌آوری یکی از متغیرهای مهم بر مقاومت سایشی است. کیورینگ صحیح از میزان تخلخل سطح کاسته و باعث افزایش مقاومت لایه‌های بتن، بخصوص در لایه سطحی می‌شود. بر این اساس هر چه زمان عمل‌آوری افزایش یابد و کیورینگ به صورت باکیفیت‌تری انجام شود، میزان مقاومت سایشی افزایش می‌یابد.

میزان تخلخل

تخلخل لایه رویی، یکی دیگر از مهم‌ترین فاکتورهای کنترل‌کننده سایش در بتن است. هرچه تراکم لایه بتنی بالایی بیشتر و میزان تخلخل در بتن کمتر باشد، مقاومت سایشی سطح افزایش می‌یابد. در صنعت راه‌سازی برای ایجاد چنین سطحی، معمولاً از مواد انعطاف‌پذیر (قیر) استفاده می‌کنند، در حالی که در صنعت ساختمان‌سازی از پوزولان‌های مختلف، مانند ذرات ریز سیلیسی برای افزایش مقاومت سایشی بهره می‌گیرند.

امروزه ثابت شده که استفاده از ۳۰% خاکستر بادی باعث افزایش مقاومت سایشی می‌شود. در واقع، مقاومت سایشی سطح را می‌توان به طور قابل توجهی با افزودن میکروسیلیس افزایش داد.

بیشتر بخوانید: ۷ عامل مؤثر بر مقاومت سایشی بتن

پرداخت سطح

پرداخت و ماله‌کشی زودهنگام و زیاد سطح بتن، باعث می‌شود ملات بسیار خیس با دانه‌های زیاد ماسه در سطح بتن ایجاد شود. این موضوع باعث کاهش مقاومت سایشی بتن می‌گردد. بنابراین لازم است به منظور جلوگیری از ایجاد ملات بسیار خیس با ماسه بسیار زیاد در سطح بتن، فرآیند پرداخت و ماله‌کشی سطح بلافاصله و به دفعات انجام نشود.

نسبت سنگدانه

در مطالعه‌ای گسترده که توسط Dhir انجام شد، مشخص گردید که اندازه سنگدانه متغیری اصلی کنار مقاومت فشاری است که بر مقاومت سایشی اثر مستقیم دارد؛ برای مثال هر چه اندازه ذرات سنگدانه کوچک‌تر باشد، بتن کمتر در معرض سایش ناشی از بارگذاری ضربه‌ای خواهد بود.

نسبت آب به سیمان

مقاومت سایشی سیمان هیدراته، به‌خصوص زمانی که مخلوط سیمانی حاوی آب بالایی باشد، کمتر از مقاومت سایشی سنگدانه است. با کاهش نسبت آب به سیمان، تخلخل سیمان هیدراته کاهش یافته و پیوند با سنگدانه بهبود می‌یابد. در نهایت، این امر باعث افزایش مقاومت سایشی کل مخلوط بتن می‌شود.

افزودن الیاف فولادی و پلی پروپیلن

حضور الیاف پلی پروپیلن یا فولادی در بافت بتن، باعث افزایش مقاومت خمشی، بهبود ظرفیت کاری بتن، افزایش مقاومت خمیر سیمان سخت شده، افزایش میزان چسبندگی خمیر سیمان با سنگدانه‌ها و… می‌شود. هر یک از این عوامل به تنهایی بر افزایش مقاومت سایشی تأثیر مستقیم دارند.

میزان حباب هوا

تأثیر میزان حباب هوا درون بتن روی مقاومت سایشی، مانند تأثیر آن روی مقاومت فشاری است. پس برای داشتن مقاومت سایشی مناسب، حباب هوا نباید بیش از ۴% باشد.

تست‌های مقاومت سایشی بتن

تست‌های بسیاری برای تعیین مقاومت سایشی بتن انجام می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها به شرح ذیل است:

1. EN 13892= BS 8204 Part 2
2. ASTM C418, C779 and C944
3. BS-8204 Part 2 (BIS 1999c)

در نهایت باید بگوییم اطلاعات مربوط به مقاومت سایشی محدود است، ولی بتنی با نسبت آب به سیمان پایین و حداقل اندازه سنگدانه‌های ریز سازگار که مراحل بتن‌ریزی و عمل‌آوری را به درستی پشت سر گذاشته باشد، می‌تواند از نظر مقاومت سایشی در جایگاه مناسبی قرار گیرد.

در این مقاله سعی کردیم ضمن بررسی عوامل مؤثر بر مقاومت سایشی بتن، به معرفی انواع سطوح سایشی که در نتیجه ضعف مقاومت سایشی در بتن ایجاد می‌شود، بپردازیم. خوشحال می‌شویم با ارائه نظرات خود در پایین صفحه، ما را در بهبود کیفیت مقالات یاری رسانید.

منبع + +