انواع جمع شدگی بتن: بررسی کامل دلایل ایجاد هر کدام و عوامل موثر بر آن ها

جمع شدگی بتن

تأثیرات تنشهای ناشی از کرنش‌های جمع شدگی و کرنش‌های ویسکو ارتجاعی یکسان نیستند، با این وجود در هر دو پدیده، علل مؤثر و عوامل کنترل کننده مشترک فراوانی مشاهده میشود. در این مطلب، همچنین عوامل موثر بر جمع شدگی و خزش نظیر مقدار سنگدانه، سختی و مقاومت سنگدانه، میزان آب، میزان سیمان، مدت زمان قرارگیری در معرض محیط، رطوبت نسبی و‌اند ازه و شکل نمونه بتنی توضیح داده می‌شود.

جمع شدگی حرارتی مسأله مهمی در اجزای بتنی حجیم و بزرگ است. میزان این جمع شدگی با کنترل کردن ضریب انبساط حرارتی سنگدانه، نوع و مقدار سیمان و دمای مصالح تشکیل دهنده بتن قابل مهار است. علاوه بر اینها، مفاهیم قابلیت افزایش طول، و ظرفیت کرنشی کششی و اهمیت آنها در ترک خوردگی بتن مورد بحث قرار می‌گیرد.

جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

بنا به دلایل مختلف، دو پدیده جمع شدگی ناشی از خشک شدن و پدیده ویسکوالاستیک با هم مورد بحث قرار میگیرند. اولا، هم جمع شدگی ناشی از خشک شدن و هم خزش هر دو از یک منبع واحد، که همانا خمیر سیمان هیدراته شده است، ناشی می‌شوند. ثانیا، منحنی کرنش – زمان هر دوی آنها خیلی به هم شبیه است. ثالثا، عوامل مؤثر بر جمع شدگی ناشی از خشک شدن، بر خرش هم به همان طریق اثر می‌گذارند. چهارم آنکه، کرنش ایجاد شده در بتن، که در حدود  است، در هر یک از دو پدیده بزرگ بوده و در طراحی سازه‌ها نباید فراموش شوند. پنجم آنکه، هر دو پدیده تا حدی برگشت پذیر می‌باشند.

علل جمع شدگی بتن

همانطور که در فصل دوم بیان گردید، خمیر سیمان اشباع هنگامی که در رطوبت محیط معمولی قرار می‌گیرد از لحاظ ابعادی پایدار نمی ماند و در این محیط غیراشباع، به علت آنکه ژل C-S-H مقداری از آب جذب شده خود را از دست می‌دهد، لذا تغییر شکل ناشی از جمع شدن پیدا میکند شبیه این پدیده، هنگامی که خمیر سیمان هیدراته شده تحت تنش ثابتی قرار می‌گیرد، بسته به میزان و مدت اعمال این تنش، ژل C-S-H مقدار زیادی آب فیزیکی از دست داده و لذا خمیر، کرنش خزشی پیدا میکند.

البته این، تنها دلیل ایجاد خزش در بتن نیست لیکن کاهش آب فیزیکی بر اثر فشارهای وارده مهمترین عامل ایجاد کننده خزش می‌باشد. به طور خلاصه کرنش‌های ایجاد شده بر اثر جمع شدگی و خزش، به خروج آب جذب شده و حرکت آن از خمیر سیمان هیدراته شده نسبت داده می‌شود. تفاوت این دو پدیده در این است که در جمع شدگی، اختلاف رطوبت بین بتن و محیط خارج عامل اصلی است، ولی در خزش، تنش ثابت اعمال شده عامل محرک می‌باشد. همانطور که در فصل ۲ بیان گردید علت فرعی جمع شدگی سیستم در نتیجه خشک شدن یا تنش اعمال شده، حرکت و خارج شدن آب در فضاهای مویینه خمیر سیمان هیدراته شده بر اثر کشش هیدرواستاتیکی است.

علل ایجاد پدیده خزش در بتن پیچیده‌تر است. در حال حاضر محققین معتقدند که علاوه بر حرکت رطوبت عوامل دیگری نیز در پدیده خزش مؤثرند. رفتار غیر خطی تنش – کرنش، به ویژه در سطح تنشی بیش از ۳۰ تا ۴۰ درصد تنش نهایی، به وضوح نشان دهنده تأثیر ریز ترکهای ناحیه انتقال بر روی پدیده خزش می‌باشد. هنگام قرارگیری همزمان بتن در معرض شرایط خشک شئن،

همواره کرنش ناشی از خزش آن افزایش پیدا میکند. این امر ناشی از ریز ترکهای اضافی‌ای است که بر اثر جمع شدگی حاصل از خشک شدن، در ناحیه انتقال ایجاد شده‌اند .

پدیده عملکرد ارتجاعی تأخیری سنگدانه علت دیگر وقوع پدیده خزش در بتن است. از آنجا که خمیر سیمان و سنگدانه به هم پیوسته‌اند ، لذا با انتقال بار به سنگدانه تنش وارد بر خمیر کاهش می‌یابد، و با افزایش انتقال بار به آن، تغییر شکل ارتجاعی در آن ایجاد میشود. در نتیجه کرنش ارتجاعی تأخیری در سنگدانه بر روی خزش کل در بتن اثر می‌گذارد.

تأثیر شرایط بارگذاری و رطوبت بر روی جمع شدگی ناشی از خشک شدن و رفتار ویسکوالاستیک

در عمل، جمع شدگی ناشی از خشک شدن و رفتار ویسکوالاستیک با هم رخ می‌دهند. در جدول (۳-۴) ترکیبات مختلف بارگذاری، قیود و شرایط رطوبتی آورده شده است. اعمال تنش ثابت به نمونه بتنی تحت رطوبت نسبی ۱۰۰ درصد، سبب افزایش کرنش با گذشت زمان می‌شود، که بدان خزش پایه گفته می‌شود. این شرایط، اغلب در سازه‌های بتنی حجیم، که در آنها جمع شدگی ناشی از خشک شدن قابل ملاحظه نیست، اتفاق می‌افتد. حال بجای اعمال تنش ثابت، حالتی را که کرنش ثابتی در نمونه بتنی اعمال می‌شود را بررسی می‌کنیم.

هنگامیکه کرنش ایجاد می‌شود، نمونه بتنی تنش ارتجاعی آنی‌ای را از خود نشان میدهد که به هر حال این تنش بر اثر پدیده وادادگی تنش با گذشت زمان کاهش می‌یابد. هر دو پدیده خزش و وادادگی می‌توانند با به کارگیری تنش در مدل فنر و کمک فنر مشاهده شوند (فنرها و کمک فنرها، که یا به صورت سری و یا به صورت موازی به هم متصل شده‌اند در فصل ۱۲ مورد بحث قرار می‌گیرند).

با قراردادن نمونه بتنی بدون قید در محیطی با رطوبت نسبی کم، در آن جمع شدگی ناشی از خشک شدن اتفاق می‌افتد که با گذشت زمان افزایش می‌یابد. به هر حال در صورتی که نمونه مقید شود، یعنی اگر از حرکت آزادانه آن جلوگیری شود، کرنش در آن صفر خواهد بود ولی تنشهای کششی‌ای در آن ایجاد می‌شود که با گذشت زمان گسترش می‌یابند. چنین پدیده‌ای علت بروز ترک بر اثر خشک شدن می‌باشد.

چنین مشاهده شده است که هنگامی که بتن در یک محیط با رطوبت نسبی پایین تحت بار قرار می‌گیرد، کل کرنش ایجاد شده در آن از حاصل جمع کرنش ارتجاعی، کرنش ناشی از جمع شدگی آزاد (کرنش جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن بدون بار)، و کرنش خزشی پایه (بدون خشک شدن) بیشتر است. خزش اضافی‌ای که در نمونه تحت بار، در هنگام خشک شدن آن، ایجاد می‌گردد به خزش ناشی از خشک شدن معروف است. خزش کل برابر با حاصل جمع خزش پایه و خزش ناشی از خشک شدن است. با این وجود، در عمل معمول آن است که از توزیع بین خزشهای پایه و خشک شدن صرف نظر میکنند و برای سادگی، به تغییر شکل تحت بار به علاوه کرنش ارتجاعی و کرنش جمع شدگی ناشی از خشک شدن، خزش میگویند.

اندرکنش بین کرنش جمع شدگی مقید شده و وادادگی تنش ناشی از رفتار ویسکوالاستیک بتن، در شکل (۱-۴) و نیز در جدول (۴-۳) نشان داده شده است. به علت شرایط مرزی، کرنش صفر بوده و مقدار تنشهای کششی حاصل از جمع شدگی ناشی از وادادگی تنش کاهش می‌یابد. بایستی توجه داشت که مقادیر خزش با عبارات و تعاریف مختلفی بیان می‌شود. به عنوان مثال خزش ویژه میزان کرنش ناشی از خزش برای واحد تنش وارده، و ضریب خزش نسبت بین کرنش‌های ناشی از خزش و کرنش ارتجاعی می‌باشد.

برگشت پذیری

در شکل (۴-۸)، رفتار بتن در خشک شدن و مرطوب شدن مجدد و یا در بارگذاری و باربرداری نشان داده شده است. هر دو پدیده جمع شدگی و خزش در بتن تا حدی برگشت ناپذیر بوده و این امر در عمل اهمیت دارد. همانطور که در شکل (۸-۴) مشهود است بعد از اولین خشک شدن، در هنگام مرطوب شدن مجدد، بتن به ابعاد اولیه خود بر نمی گردد. بنابراین جمع شدگی ناشی از خشک شدن را می‌توان به دو دسته تقسیم نمود، جمع شدگی برگشت پذیر که قسمتی از جمع شدگی کل است که در

ترکیب شرایط مختلف بارگذاری ، قید و رطوبت
ترکیب شرایط مختلف بارگذاری ، قید و رطوبت

چرخه‌های‌تر و خشک می‌تواند مجددا بوجود آید و جمع شدگی برگشت ناپذیر که بخشی از جمع شدگی کل در اولین بار خشک شدن است و در چرخه‌های‌تر و خشک بعدی ایجاد نمی گردد. جمع شدگی برگشت ناپذیر احتمالا بر اثر ایجاد پیوستگی شیمیایی در ساختار C-S-Hدر نتیجه خشک شدن بوجود می‌آید. بهبود یافتن پایداری ابعادی بتن در نتیجه اولین خشک شدن، به عنوان یک مزیت در ساخت قطعات پیش ساخته بتنی مطرح است.

منحنی خزش نمونه بتنی غیر مسلحی که تحت بار فشاری تک محوری به مدت ۹۰ روز قرار گرفته و سپس باربرداری شده است، در شکل (۸-۴ ب) نمایش داده شده است. هنگامی که نمونه باربرداری می‌شود، کرنش ارتجاعی آنی برگشتی، تقریبا به همان میزان کرنش ارتجاعی در اولین بارگذاری است. پس از برگشت آنی، کاهش تدریجی کرنش صورت میگیرد که آن را برگشت خزش می‌نامند. اگرچه برگشت خزش خیلی سریعتر از خود خزش اتفاق می‌افتد لیکن میزان آن به‌اند ازه خزش نیست. این پدیده همانند آنچه که برای جمع شدگی ناشی از خشک شدن بیان گردید (شکل۸-۴ الف) به خزشهای برگشت پذیر و برگشت ناپذیر تقسیم می‌شود. قسمتی از خزش برگشت پذیر به کرنش ارتجاعی تاخیری در سنگدانه ها، که کاملا برگشت پذیر است، نسبت داده می‌شود.

عوامل موثر بر جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

در عمل، جابه جایی رطوبت در خمیر سیمان هیدراته شده، که اساسا کنترل کننده کرنش‌های جمع شدگی و خزشی در بتن می‌باشد، تحت تأثیر عوامل متقابل همزمان متعددی قرار دارد. ارتباط بین این عوامل کاملا پیچیده بوده و درک آن کار ساده‌ای نیست. در زیر، عوامل مختلف دسته بندی شده و مورد بحث قرار می‌گیرند. این امر تنها بمنظور درک اهمیت نسبی هر یک از آنها است.

مصالح و نسبتهای اختلاط

– اصلی‌ترین منبع تغییر شکلهای وابسته به رطوبت در بتن، خمیر سیمان هیدراته شده می‌باشد. لذا کوشش شده است که ارتباط بین خزش و جمع شدگی ناشی از خشک شدن با حجم خمیر سیمان هیدراته شده در بتن به دست آید (حجم خمیر هیدراته شده از روی مقدار سیمان و درجه هیدراتاسیون تعیین می‌شود). اگرچه هم جمع شدگی ناشی از خشک شدن و هم خزش، تابعی از مقدار خمیر سیمان هیدراته شده هستند اما تناسب مستقیمی بین آنها موجود نیست و این موضوع به دلیل قیودی است که کنترل کننده تغییر شکل بوده و تأثیر زیادی بر میزان تغییر شکل می‌گذارند.

بیشتر بخوانید  مقاومت بتن : از سیر تا پیاز مقاومت فشاری بتن و عوامل موثر بر آن
برگشت پذیری جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش
برگشت پذیری جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

در بیشتر روابط نظری‌ای که برای پیش بینی جمع شدگی و خزش بتن بیان شده‌اند فرض بر این است که مدول ارتجاعی بتن به میزان کافی قید کنترل کننده تغییر شکلها را فراهم می‌سازد و به عنوان اولین تقریب، فرض می‌شود که مدول ارتجاعی سنگدانه، مدول ارتجاعی بتن را تعیین می‌کند. هنگامی که مدول ارتجاعی سنگدانه، به عنوان جزیی از یک رابطه ریاضی در نظر گرفته می‌شود، مرسوم آن است که کرنشهای حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن و کرنشهای خزش را به جای درصد خمیر سیمان، به درصد سنگدانه موجود در بتن ارتباط می‌دهند. این عمل براحتی انجام می‌پذیرد زیرا حاصل جمع آن دو مقداری ثابت است.

پاورز (۴) در تحقیقات خود در مورد جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن، از دو سنگدانه مختلف و دو نسبت آب به سیمان مختلف ۳۵ / ۰و ۰/۵ استفاده کرده است. با استفاده از نتایج داده شده در شکل ۹-۴) الف)، ارتباط بین نسبت جمع شدگی بتن (Sc) به جمع شدگی خمیر سیمان ((Sp با نسبت حجمی سنگدانه (g) بتن به صورت زیر بیان میگردد:

S_c/S_(P ) =〖(۱-g)〗^n

لرمیت (۵)، مقادیر مختلف n را بین۱/۲ تا۱/۷ ، برای سنگدانه‌های با مدول ارتجاعی مختلف به دست آورده است. از نقطه نظر اجزای عامل جمع شدگی و اجزای کنترل کننده جمع شدگی در بتن، پاورز پیشنهاد میکند که سیمان هیدراته نشده می‌تواند به عنوان بخشی از سنگدانه منظور شود(شکل ۹-۴ الف).

شکل (۹-۴ب) نشان می‌دهد که بین حجم سنگدانه موجود در بتن و خزش آن نیز رابطه مشابهی وجود دارد. در رابطه نویل (Neville)(۶) پیشنهاد شده است که خزش بتن (Cp) می‌تواند به مجموع مقادیر سنگدانه (g) و سیمان هیدراته نشده ( ) ربط داده شود:

(۲-۴)

log⁡〖C_P/C_C 〗=α log⁡〖۱/(۱-g-μ)〗

در یک بتن بخوبی عمل آورده شده، با صرفنظر کردن از بخشی از سیمان هیدراته نشده ( ) رابطه فوق می‌تواند به صورت زیر بازنویسی گردد:

(۳-۴)

C_c/C_(P ) =〖(۱-g)〗^a

لذا روابط جمع شدگی و خزش یکسان می‌باشند.

عواملی نظیر دانه بندی، حداکثر‌اند ازه سنگدانه، شکل و بافت سنگدانه‌ها نیز در میزان خزش و جمع شدگی موثر بوده‌اند . اکثر محققین معتقدند که مدول ارتجاعی سنگدانه مهمترین عامل می‌باشد و خواص دیگر سنگدانه به صورت غیر مستقیم، یعنی یا از طریق تأثیرشان بر روی میزان سنگدانه بتن و یا از طریق تأثیرشان بر روی تراکم پذیری مخلوط بتن، موثر خواهند بود.

تاثیر خواص سنگدانه‌ها و بخصوص مدول ارتجاعی آنها، در مطالعاتی که تروکسل (Troxel) و همکارانش (۷) بر روی خزش و جمع شدگی بتن تا سن ۲۳ سال انجام داده‌اند ، تایید شده است (شکل ۱۰-۴). از آنجا که مدول ارتجاعی سنگدانه بر روی تغییر شکل ارتجاعی بتن موثر است، لذا بین تغییر شکلهای ارتجاعی بتن و مقادیر جمع شدگی و خزش ارتباط خوبی به دست آمده است. در یک

تأثیر میزان سنگدانه بر (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن و (ب) خزش
تأثیر میزان سنگدانه بر (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن و (ب) خزش

طرح اختلاط ثابت، مقادیر جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن‌های دارای سنگدانه‌های کوارتز و سنگ آهک پس از ۲۳ سال به ترتیب برابر با ۱۰×۵۵۰ و ۱۰×۶۵۰ بوده است. در همین مدت، بتن‌های دارای شن و ماسه سنگ، جمع شدگی‌هایی به ترتیب برابر با ۱۱۴۰ و ۱۰×۱۲۶۰ از خود نشان داده‌اند . تغییر شکل ارتجاعی بتن‌های دارای کوارتز یا سنگ آهک تقریبا ۱۰-۶۸ ×۲۲۰ و از آن بتن‌های دارای شن یا ماسه سنگ تقریبا ۲۸۰ ۱۰ بوده است. مقادیر خزش برابر با ۶۰۰، ۸۰۰، ۱۰۷۰ و ۱۵۰۰ (همگی )، به ترتیب برای بتن‌های دارای سنگ آهک، کوارتز، شن و ماسه سنگ بوده است. اهمیت مدول ارتجاعی سنگدانه در کنترل تغییر شکلهای بتن از نتایج به دست آمده در تحقیقات تروکسل کاملا مشهود است. وی در این تحقیق نشان داده است که خزش و جمع شدگی بتن، بر اثر تعویض سنگدانه با مدول ارتجاعی بالا با سنگدانه با مدول ارتجاعی پایین، ۲/۵ برابر شده است.

اگرچه تأثیر نوع سنگدانه در خزش و جمع شدگی تقریبا یکسان است لیکن توجه دقیقتر به نتایج نشان داده شده در شکل (۱۰-۴)، اختلاف جزیی بین آنها را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، از مقایسه کرنش‌های ناشی از جمع شدگی با کرنشهای خزشی، مشاهده شده است که مقادیر خزش بتن‌های دارای بازالت و کوارتز نسبتا بیشتر بوده است. یک توضیح احتمالی در مورد علت این اختلاف می‌تواند وجود ریز ترکهای زیاد در ناحیه انتقال بتنهایی باشد که در آنها سنگدانه‌های نسبتا غیر فعال وجود دارد. این مسأله روشن می‌سازد که خزش بتن توسط مکانیزم‌های مختلفی تحت کنترل قرار میگیرد.

تأثیر نوع سنگدانه بر روی جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش
تأثیر نوع سنگدانه بر روی جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

تغییراتی چون ریزی و ترکیبات سیمان پرتلند، در داخل محدوده‌های مربوطه، سرعت هیدراتاسیون را تغییر می‌دهد، ولی در حجم و مشخصات محصولات هیدراتاسیون تاثیری ندارد. بنابراین بسیاری از محققین مشاهده کرده‌اند که تغییرات طبیعی در ریزی و ترکیبات سیمان، که بر جمع شدگی نمونه‌های کوچک خمیر سیمان و ملات تأثیر می‌گذارند، بر خود بتن اثر قابل ملاحظه‌ای ندارند. در یک مخلوط بتنی با سنگدانه مشخص اگر نوع سیمان در مقاومت بتن در هنگام بارگذاری موثر باشد، خزش چنین بتنی نیز تحت تأثیر قرار می‌گیرد. بتن دارای سیمان پرتلند معمولی هنگامی که در سنین اولیه بارگذاری شود، خزشی بیش از خزش بتن مشابه با سیمان با مقاومت اولیه بالا نشان میدهد (شکل ۱۱-۴ ب). بتن‌های دارای سیمان‌های سر باره‌ای و سیمان‌های پوزولانی نیز خزش بیشتری در سنین اولیه، نسبت به بتن‌های دارای سیمان نوع یک، نشان می‌دهند.

به طور کلی تأثیر مقادیر سیمان و آب بتن در خزش و جمع شدگی مستقیم نیست، زیرا افزایش حجم خمیر سیمان به معنای کاهش میزان سنگدانه (g) بوده و در نتیجه موجب افزایشی در تغییر شکلهای وابسته به رطوبت بتن خواهد شد. با یک مقدار سیمان ثابت، افزایش نسبت آب به سیمان سبب افزایش جمع شدگی و خزش میشود. کاهش مقاومت (و بنابراین مدول ارتجاعی) و افزایش تراوایی بتن احتمالا می‌توانند دلایل بروز پدیده فوق باشند. از نتایج نشان داده شده در شکل (۱۱-۴ الف) می‌توان دریافت که برای یک نسبت آب به سیمان ثابت، خزش و جمع شدگی با افزایش مقدار سیمان افزایش می‌یابند. این افزایش می‌تواند به دلیل افزایش خمیر سیمان در مخلوط باشد، اگرچه

(الف) تأثیر میزان آب بر جمع شدگی و خزش، (ب) تأثیر نوع سیمان بر خزش،(ج) تأثیر مقدار سیمان بر جمع شدگی و خزش
(الف) تأثیر میزان آب بر جمع شدگی و خزش، (ب) تأثیر نوع سیمان بر خزش،(ج) تأثیر مقدار سیمان بر جمع شدگی و خزش

اغلب در عمل به این نحو اتفاق نمی افتد.

نتایج اغلب تحقیقات آزمایشگاهی نشان داده است که تحلیلهای نظری قبلی برای جمع شدگی مناسب است اما برای خزش همواره این چنین نیست. نتایج آزمایشهای مختلف در بتن‌های با مقاومتهای مختلف نشان داده است که خزش معکوسا متناسب با مقاومت بتن در هنگام بارگذاری است. بنابراین، به نظر میرسد که تأثیری که کاهش میزان سنگدانه بر روی افزایش احتمالی خزش می‌گذارد، بیش از مقداری است که به علت کاهش خزش همراه با افزایش مقاومت بتن جبران می‌شود. منحنی‌های شکل (۱۱-۴ج) نشان دهنده تأثیر مقدار سیمان بر جمع شدگی و بر خزش بتن‌های با نسبت‌های آب به سیمان ثابت می‌باشند.

مواد افزودنی بتن نظیر کلرورکلسیم، سرباره و پوزولانها سبب افزایش حجم حفرات ریز در محصولات ناشی از هیدراتاسیون سیمان می‌شوند. از آنجا که جمع شدگی و خزش در بتن مستقیما وابسته به آب محبوس شده در حفرات ریز در محدوده ۳ تا ۲۰ نانومتر (nm) می‌باشند، لذا بتن‌های حاوی افزودنیهای ایجاد کننده حفرات ریز، معمولا جمع شدگی و خزش بیشتری را نشان میدهند. کاهش دهنده‌های آب و دیرگیرکننده‌های بتن، که قادرند موجب پراکندگی بهتر ذرات سیمان بی آب شوند، وضعیت منافذ محصولات ناشی از هیدراتاسیون را نیز بهبود می‌بخشند. چنین انتظار می‌رود که افزودنی‌هایی که جمع شدگی را افزایش می‌دهند خزش را نیز زیاد کنند.

زمان و رطوبت

– تراوش آب جذب شده و آب نگهداشته شده در حفرات ریز (کوچکتر از ۵۰ نانومتر) توسط کشش مویینگی خمیر سیمان هیدراته شده بطرف فضاهای مویینه بزرگتر یا بطرف خارج سیستم، یک عمل وابسته به زمان است که در طی زمان طولانی به وقوع می‌پیوندد. تروکسل و همکارانش در تحقیقات خود در مورد جمع شدگی و خزش بتن‌های با نسبتهای اختلاط مختلف، و با انواع سنگدانه‌ها و شرایط مختلف محیطی و بارگذاری، در آزمایشهای ۲۰ ساله دریافتند که ۲۰ تا ۲۵ درصد جمع شدگی ۲۰ ساله در ۲ هفته، ۵۰ تا ۶۰ درصد آن در ۳ ماه و بالاخره ۷۰ تا ۸۰ درصد آن در یک سال اتفاق می‌افتد (شکل ۱۲-۴ الف ). نتایج مشابهی نیز برای میزان خزش به دست آمده که در شکل (۱۲-۴ب) نشان داده شده است.

وابستگی زمانی (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن (ب) خزش
وابستگی زمانی (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن (ب) خزش

افزایش رطوبت محیط سبب کاهش سرعت نسبی خروج رطوبت از قسمتهای داخلی به سطح بتن می‌گردد. کمیته اروپایی – بین المللی بتن CEB(۸) برای یک شرایط محیطی مفروض، تأثیرات رطوبت نسبی هوا را بر کرنش ناشی از جمع شدگی (شکل ۱۳-۴ الف) و ضریب خزش (شکل ۱۳-۴ب) در نمودارهایی نشان داده است. جمع شدگی (Ec) در رطوبت نسبی (RH) صددرصد، برابر با صفر فرض می‌شود.

این جمع شدگی در رطوبت نسبی ۸۰ درصد به ۱۰×۲۰۰ میکروکرنش، و در رطوبت نسبی ۴۵ درصد تا ۱۰×۴۰۰ میکروکرنش نیز می‌رسد. شبیه به نتایج بالا را در مورد ضریب خزش، که یکی از پنج ضریب جزیی موثر بر کل خزش می‌باشد، داریم. این ضریب، از ۱ برای ۱۰۰ درصد رطوبت نسبی تا ۲ برای رطوبت نسبی ۸۰ درصد و تا عدد ۳ در رطوبت نسبی ۴۵ درصد افزایش می‌یابد. نتایج اخیر کمیته اروپایی – بین المللی بتن، که نشان دهنده تأثیر رطوبت و ضخامت قطعه بتنی بر جمع شدگی و خزش می‌باشد، در شکل (۱۴-۴) آورده شده است.

تأثیر رطوبت نسبی بر (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن، (ب) خزش
تأثیر رطوبت نسبی بر (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن، (ب) خزش

هندسه عضو بتنی

– به علت مقاومتی که در خروج آب از داخل بتن به محیط خارج وجود دارد، آهنگ خروج آب بستگی به طولی دارد که باید آب از داخل به سطح بتن طی کند و این آبی است که در طی جمع شدگی و خزش از بتن خارج می‌گردد. در یک رطوبت نسبی ثابت،‌اند ازه و شکل قطعه بتنی تعیین کننده میزان جمع شدگی و خزش در بتن می‌باشند. مرسوم آن است که‌اند ازه و شکل فقط با یک عدد، که به عنوان ضخامت مؤثر با ضخامت تئوریک بیان می‌شود، نشان داده شوند. این پارامتر برابر با خارج قسمت سطح مقطع به نصف محیط در معرض تماس با اتمسفر می‌باشد. در شکلهای  ۱۴-۴)الف) و  ۱۴-۴)ب)رابطه بین ضخامت تئوریک و جمع شدگی و خزش که توسط CEB  عنوان شده، آورده شده‌اند .

بیشتر بخوانید  9 عاملی که باعث میشود مقاومت بتن تغییر کند چیست؟
(الف)تاثیر‌اند ازه نمونه و رطوبت نسبی بر ضریب خزش،(ب)تاثیر زمان قرارگیری در معرض محیط و‌اند ازه نمونه بر ضریب جمع شدگی ناشی از خشک شدن
(الف)تاثیر‌اند ازه نمونه و رطوبت نسبی بر ضریب خزش،(ب)تاثیر زمان قرارگیری در معرض محیط و‌اند ازه نمونه بر ضریب جمع شدگی ناشی از خشک شدن

سایر عوامل موثر بر خزش

– تاریخچه عمل آوری بتن، دمای قرارگیری در معرض محیط و بزرگی تنش وارده از عواملی هستند که بیشتر بر روی خزش ناشی از خشک شدن تأثیر دارند تا جمع شدگی ناشی از خشک شدن. علت این امر تأثیر بیشتر این عوامل بر ناحیه انتقال (مثل تخلخل، ریز ترکها و مقاومت ناحیه انتقال (می باشد. بسته به تاریخچه عمل آوری عضو بتنی، کرنشهای خزشی واقعی در عمل ممکن است با کرنشهای خزشی‌ای که در آزمایشگاه در شرایط رطوبت ثابت به دست می‌آید متفاوت باشد. به عنوان مثال، تکرار خشک شدن می‌تواند ریز ترکها را در ناحیه انتقال افزایش داده و در نتیجه سبب افزایش خزش گردد. به همان دلیل فوق، اغلب مشاهده شده است که تغییر رطوبت محیط بین دو محدوده مشخص، سبب ایجاد خزش بیشتری در نمونه، نسبت به حالتی که نمونه در همان محدوده تحت رطوبت ثابت قرار بگیرد، می‌شود.

دمایی که نمونه در آن محیط قرار میگیرد می‌تواند دو اثر متقابل بر خزش آن داشته باشد. در حالتی که یک عضو بتنی در محیطی با دمای بیشتر از دمای طبیعی قرار می‌گیرد، به عنوان بخشی از مرحله عمل آوری قبل از بارگذاری، مقاومت آن افزایش یافته و خزش آن از حالتی که همان نمونه در دمای پایین تری نگهداری شود کمتر می‌شود. اما از طرف دیگر، قرار دادن نمونه در دمای بالا در طول مدت بارگذاری سبب افزایش خزش آن می‌شود. ناصر و نویل (۹) در تحقیقات خود و در محدوده دمای۲۱-۷۱ ( ۷۰-۱۶۰  ) دریافتند که خزش ۳۵۰ روزه بر اثر افزایش دما، تقریبا به میزان۳/۵برابر افزایش یافته است (شکل ۱۵-۴). تأثیر دما بر خزش، در سازه‌ها و راکتورهای هسته‌ای بتنی پیش تنیده، به علت جذب اشعه گاما که سبب افزایش دما می‌شود، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند (به فصل ۱۱ مراجعه کنید).

تاثیر دمای بتن بر خزش
تاثیر دمای بتن بر خزش

در مورد اثر شدت تنش وارده، تروکسل و همکارانش رابطه مستقیمی را بین بزرگی تنش وارده و میزان خزش بتنی با نسبت آب به سیمان ۶۹/. (مقاومت فشاری اسمی ۲۰MPa) به دست آورده‌اند . به عنوان مثال، در نمونه‌های بتنی‌ای که بمدت ۹۰ روز عمل آورده شده و سپس به مدت ۲۱ سال بارگذاری شده‌اند ، برای سطوح تنش برابر با ۴، ۶ و MPa۸، کرنش ناشی از خزش به ترتیب برابر با ۶۸۰، ۱۰۰۰ و ۱۴۵۰ (همگی ۱۰) مشاهده شده است (شکل  (۱۶-۴

این تناسب تا جایی که تنش وارده در محدوده خطی تنش-کرنش باشد صادق خواهد بود (یعنی ۰/۴ برابر نسبت تنش به مقاومت در آزمایش مقاومت فشاری)، در نسبت‌های تنش – مقاومت بالا، می‌باید از ضریب تصحیحی که از شکل (۱۷-۴) به دست می‌آید، استفاده شود.

تاثیر بزرگی تنش وارده بر خزش-ضریب تصحیح برای محاسبه ضریب خزش در مقادیر تنش زیاد
تاثیر بزرگی تنش وارده بر خزش-ضریب تصحیح برای محاسبه ضریب خزش در مقادیر تنش زیاد

 

جمع شدگی حرارتی

مواد به طور کلی بر اثر گرم شدن منبسط و بر اثر سرد شدن منقبض می‌گردند. کرنش ایجاد شده بر اثر تغییرات دما به ضریب انبساط ماده و میزان افزایش یا کاهش دما بستگی دارد. به جز در شرایط آب و هوایی خیلی سخت، سازه‌های بتنی معمولی بر اثر تغییرات دما در محدوده دمای طبیعی دچار تنش و خرابی نمی شوند. با این وجود، در سازه‌های بتنی حجیم، اثر توأم حرارت حاصل از واکنش‌های سیمان و ضعف انتقال حرارت بتن سبب افزایش درجه حرارت بتن به میزان قابل ملاحظه ای، ظرف مدت چند روز پس از بتن ریزی می‌گردد. سپس سرد شدن بتن تا دمای محیط سبب بروز ترک در بتن می‌شود. از آنجا که در طراحی سازه بتنی حجیم سعی بر این است که سازه یکپارچه و بدون ترک ساخته شود لذا کوشش میشود که دمای بتن با انتخاب مصالح مناسب، طرح اختلاط مناسب، عمل آوری و اجرای سازه، کنترل گردد (به فصل ۱۱ مراجعه کنید).

در مصالحی با مقاومت کششی کم، نظیر بتن، کرنش جمع شدگی ناشی از سرد شدن اهمیت بیشتری نسبت به انبساط ناشی از حرارت هیدراتاسیون سیمان دارد. دلیل این امر آن است که بسته به مدول ارتجاعی، درجه قید، و وادادگی تنش ناشی از خزش، تنشهای کششی ایجاد شده آنقدر زیاد هستند که منجر به ترک می‌شوند. به عنوان مثال، به فرض آنکه ضریب انبساط حرارتی بتن ( ) برابر با x10 -6۱۰ بر درجه سانتیگراد و افزایش دما نسبت به دمای محیط ( )، بر اثر حرارت هیدراتاسیون، برابر با ۱۵  باشد، جمع شدگی حرارتی ناشی از افت دمای  برابر یا۱۰× ۱۵۰ میشود. مدول ارتجاعی بتن معمولی (E) می‌تواند برابر با ۱۰۶Kg/cm2× ۲۱/. فرض شود. اگر عضو بتنی کاملا مقید باشد (۱=Kr) ، آنگاه سرد شدن سبب ایجاد تنش کششی معادل  در آن می‌شود. از آنجا که مقاومت کششی ارتجاعی بتن معمولی کمتر از میباشد در صورتی که هیچگونه وادادگی تنشی موجود نباشد، احتمال ترک خوردگی زیاد خواهد بود (شکل۱-۴).

با این وجود، همواره وادادگی تنش ناشی از خزش وجود دارد. با داشتن ضریب خزش می‌توان تنش کششی ( ) را از رابطه زیر محاسبه نمود:

 

σ_t=K_r E/(1+∅) a∆T

 

که در آن  تنش کششی، درجه قید، E مدول ارتجاعی، aضریب انبساط حرارتی،  تغییر دما و  ضریب خزش می‌باشد.

عوامل موثر بر مدول ارتجاعی و خزش بتن در بخش قبلی مورد بحث قرار گرفت. تحلیل سایر عواملی که در معادله بالا موثرند و می‌توانند تنش‌های حرارتی را تغییر دهند در زیر خواهد آمد.

عوامل موثر بر تنش‌های حرارتی

درجه قید ( K_r)

– یک عضو بتنی اگر بتواند آزادانه حرکت کند هیچگونه تنشی به علت تغییرات حرارتی ناشی از سرد شدن در آن ایجاد نمی شود. با این وجود، در عمل، بدنه بتن یا توسط قید خارجی، نظیر پی سنگی، و یا توسط قید داخلی، نظیر تغییر شکلهای تناسلی در نواحی مختلف بتن به علت وجود گرادیان حرارتی، مقید می‌گردد. به عنوان مثال در یک پی صلب، قید کاملی در فصل مشترک بتن و سنگ بستر وجود دارد (۱ = ) ، و همانطور که در شکل (۱۸-۴) مشهود است با افزایش فاصله از ناحیه فصل مشترک، میزان قید کاهش می‌یابد. همین دلیل برای تعیین قید بین لایه‌های مختلف بتن ریزی برقرار است. اگر پی صلب نباشد درجه قید کاهش خواهد یافت. در

ضریب زیر در برای پی‌های غیر حلب توصیه شده است:

(۵-۴)

ضریب=۱/(۱+(A_g E)/(A_f E_f ))

در این رابطه  مساحت سطح مقطع بتن، مساحت پی یا عضو مقید کننده (برای بتن حجیم روی بستر سنگی مقدار  می تواند برابر با ۲/۵ در نظر گرفته شود)،  مدول ارتجاعی پی یا عضو مقید کننده و E مدول ارتجاعی بتن می‌باشد.

تغییرات دما ( ∆T)

– واکنش‌های ترکیبات سیمان یک پدیده گرمازا است که حرارت حاصل از آن سبب افزایش دمای توده بتن می‌گردد. حرارت سبب انبساط می‌گردد و انبساط اگر مقید گردد باعث بوجود آمدن تنش‌های فشاری می‌گردد. به هر حال در سنین اولیه، مدول ارتجاعی بتن کم و وادادگی تنش آن زیاد بوده و بنابراین حتی در نقاطی با قید کامل، تنش فشاری خیلی کوچک خواهد بود. در طراحی و در شرایط محافظه کاری فرض می‌شود که تنش اولیه فشاری وجود ندارد. تغییر دما ( ) در معادله (۴-۴) اختلاف بین دمای نقطه اوج بتن و دمای بهره برداری سازه است که در شکل (۱۹-۴) نشان داده شده است. تغییر دما به صورت زیر نیز بیان میگردد:

افت دما در اثر افت حرارت – دمای محیط با بهره برداری – افزایش دمای آدیاباتیکی + دمای بتن ریزی =∆T

درجه قید کششی در مقطع مرکزی
درجه قید کششی در مقطع مرکزی

 

کنترل دمای بتن ریزی یکی از بهترین روش‌های جلوگیری از ایجاد ترکهای حرارتی است. خنک کردن بتن تازه روش متداول کنترل افت دمای بعدی است. اغلب با کاربرد سنگدانه خنک شده و خرده یخ در مخلوطهای بتن حجیم، دمای بتن تازه را به  ۱۰ و کمتر از آن محدود می‌کنند. در هنگام مخلوط نمودن، گرمای لازم برای ذوب یخ از سایر مصالح بتن گرفته شده و به این طریق دما به گونه‌ای مؤثر پایین می‌آید.

آیین نامه  پیشنهاد می‌کند که دمای بتن ریزی در حدی نگهداشته شود که کرنش کششی ایجاد شده بر اثر افت دما از ظرفیت کرنشی کششی بتن بیشتر نشود. این امر با رابطه زیر قابل بیان است:

(۶-۴)

T_i=T_f+C/(αK_r )-T_r

تغییرات دما با زمان
تغییرات دما با زمان

 

در این رابطه  دمای بتن در هنگام بتن ریزی،  دمای نهایی پایدار بتن، C ظرفیت کرنشی کششی بتن،  درجه قید،  ضریب انبساط حرارتی بتن و  افزایش دمای اولیه بتن می‌باشد.

سرعت و بزرگی افزایش دمای آدیاباتیکی بتن تابعی از مقدار، ترکیب و ریزی سیمان و دمای آن در حین هیدراتاسیون می‌باشد. سیمانهای با ریزی بالا با سیمانهای با مقدار نسبی بیشتر C3 A و C3 S، حرارت هیدراتاسیون بیشتری نسبت به سیمانهای درشت‌تر و سیمانهای با مقادیر کم C3 A و C3 S ایجاد می‌کنند (به فصل ۶مراجعه کنید). در شکل (۲۰-۴) منحنی‌های افزایش دمای آدیاباتیکی (بی در رو) بتن دارای  از هر یک از سیمانهای پرتلند ۵ گانه نشان داده شده است. از این نتایج می‌توان دریافت که اختلاف افزایش دما بین سیمان نوع I و سیمان با گرمازایی کمتر (نوع IV) در طی مدت ۷ روز در حدود ۱۳  و در مدت ۹۰ روز در حدود  ۹ می‌باشد. بایستی توجه داشت که کل افزایش دمای آدیاباتیکی، بیش از ۳۰  حتی برای سیمان نوع IV با گرمازایی کم، است.

از شکلهای (۲۰-۴) و (۲۱-۴) می‌توان دریافت که ترکیب سیمان و دمای بتن ریزی عمدتا بر سرعت ایجاد حرارت تأثیر دارند تا بر کل حرارتی که تولید می‌شود. شکل (۲۲-۴) تأثیر نسبت حجم به سطح بتن در افزایش دمای آدیاباتیکی در دماهای مختلف بتن ریزی را نشان میدهد.

افزایش دمای آدیاباتیکی در بتن حجیم شامل  از انواع مختلف سیمان پرتلند- تأثیر دمای بتن ریزی برافزایش دمای بتن حجیم دارای سیمان نوع یک
افزایش دمای آدیاباتیکی در بتن حجیم شامل  از انواع مختلف سیمان پرتلند- تأثیر دمای بتن ریزی برافزایش دمای بتن حجیم دارای سیمان نوع یک

 

روش مناسب دیگر برای تقلیل افزایش دمای آدیاباتیکی استفاده از پوزولانها و جایگزینی آنها به جای بخشی از سیمان می‌باشد. در شکل (۲۳-۴) نتایج بررسیهای کارلسون( Cirlson) و همکارانش (۱۰) بر افزایش دمای آدیاباتیکی بتن حجیم دارای مقادیر مختلف سیمانهای مختلف

افزایش دمای اعضای بتنی دارای  سیمان
افزایش دمای اعضای بتنی دارای  سیمان

 

پوزولانی نشان داده شده است. در یک بتن دارای سیمان، جایگزینی سیمان نوع ۲ با سیمان نوع ۱ افزایش دمای آدیاباتیکی ۲۸ روزه را از ۳۷  به ۳۲  تقلیل داده است. همچنین جایگزینی پوزولان به میزان ۳۰ درصد حجمی (۲۵ درصد وزنی) سیمان نوع ۲، افزایش دما را تا حد کاهش داده است.

بیشتر بخوانید  خوردگی فلزات (فولاد، روی، آلومینیوم، سرب و مس) در بتن

افت حرارت

– افت حرارت به خواص حرارتی بتن و تکنولوژی ساخت بستگی دارد. یک سازه بتنی می‌تواند حرارت را از سطح خود از دست بدهد. میزان این حرارت از دست رفته تابعی از محیطی است که بلافاصله در تماس با سطح بتن است. در جدول (۴-۴) ضرائب انتقال سطحی برای محیط‌های عایق مختلف نشان داده شده است. روشهای عددی محاسبه توزیع دما در بتن حجیم در فصل ۱۲ آورده شده است.

تأثیر مقادیر سیمان و پوزولان بر افزایش دمای بتن-ضریب انتقال حرارت محیط‌های عایق مختلف
تأثیر مقادیر سیمان و پوزولان بر افزایش دمای بتن-ضریب انتقال حرارت محیط‌های عایق مختلف

 

خواص حرارتی بتن

مطابق تعریف، ضریب انبساط حرارتی ( ) تغییر طول واحد طول ماده به ازای تغییر دما به میزان یک درجه می‌باشد. انتخاب سنگدانه با ضریب انبساط حرارتی پایین، در صورت اقتصادی بودن و در دسترس بودن، می‌تواند تحت شرایط معین عامل مهمی برای جلوگیری از ترک در بتن حجیم باشد. دلیل این امر آن است که کرنش انقباضی حرارتی با توجه به میزان افت دما و نیز ضریب خطی انبساط حرارتی تعیین می‌شود. ضریب خطی انبساط حرارتی بتن نیز در ابتدا توسط ضریب خطی انبساط حرارتی سنگدانه، که از اجزای اولیه بتن است، کنترل می‌گردد.

مقادیر ضریب خطی انبساط حرارتی خمیر سیمان پرتلند اشباع با نسبتهای مختلف آب به سیمان، برای ملاتهای شامل نسبت ۱ به ۶ سیمان به ماسه سیلیسی طبیعی، و برای بتن‌های با انواع مختلف سنگدانه ها، تقریبا بترتیب برابر ۱۸، ۱۲ ، و ۶ تا ۱۲ ( ) بر درجه می‌باشد. ضریب انبساط حرارتی سنگها و کانیهای مصرفی در بتن از میزان ۵  بر درجه برای سنگ آهک و گابرو تا   بر درجه برای ماسه سنگ، شن طبیعی و کوارتزیت تغییر می‌کند. از آنجا که ضریب انبساط حرارتی می‌تواند از روی میانگین وزنی اجزای تشکیل دهنده بتن، با فرض آنکه میزان سنگدانه در مخلوط بتن در حدود ۷۰ درصد است، تخمین زده شود، لذا مقادیر محاسبه شده این ضریب برای سنگهای مختلف (اعم از اینکه سنگدانه‌های حاصل از سنگ مزبور، ریزدانه یا درشت دانه باشند)، در شکل (۲۴-۴) نشان داده شده است. مقادیر به دست آمده در شکل فوق تقریبا

تاثیر نوع سنگدانه بر ضریب انبساط حرارتی بتن
تاثیر نوع سنگدانه بر ضریب انبساط حرارتی بتن

 

نزدیک به مقادیر به دست آمده از آزمایش‌هایی است که در گزارشهای مختلف در مورد آزمایش‌های  بتن در شرایط مرطوب آورده شده‌اند . این شرایط، نشان دهنده شرایط متعارف بتن حجیم است.

گرمای ویژه، بر طبق تعریف، میزان حرارت لازم برای افزایش دمای واحد جرم ماده به میزان یک درجه می‌باشد. گرمای ویژه بتن معمولی، چندان تحت تأثیر نوع سنگدانه، دما و سایر عوامل نیست. مقادیر گرمای ویژه بتن معمولا در محدوده ( ۰/ ۲۲ – ۰ / ۲۵Btu/Ib∙F∙) می‌باشد.

هدایت حرارتی بر طبق تعریف میزان گرمای عبوری از واحد سطح ماده‌ای است که اختلاف دمای دو طرف آن برابر با یک درجه می‌باشد. هدایت حرارتی بتن به مشخصات کانیهای سنگدانها، رطوبت نسبی، چگالی و دمای بتن بستگی دارد. در جدول (۵-۴ الف) مقادیر مختلف هدایت حرارتی بتن با سنگدانه‌های مختلف آورده شده است.

نفوذدهی حرارتی بتن نیز براساس رابطه زیر به دست می‌آید:

(۷-۴)

k=K/Cρ

که در آن ، نفوذدهی حرارتی بر حسب    (یاm2/h )،K هدایت حرارتی بر حسب  (یا (،Cگرمای ویژه بر حسب  ( ( و  چگالی بتن بر حسب   )  می باشد.

حرارت از میان بتن با نفوذ حرارتی بیشتر، راحت‌تر عبور میکند. در بتن با وزن معمولی، این هدایت حرارتی است که اغلب کنترل کننده نفوذ حرارتی است، زیرا چگالی و گرمای ویژه چندان تغییری نمی کنند. در جدول (۵-۴ ب) مقادیر معمول نفوذ حرارتی بتن‌های ساخته شده با سنگدانه‌های درشت مختلف آورده شده است.

مقادیر هدایت حرارتی بتن با سنگدانه‌های مختلف
مقادیر هدایت حرارتی بتن با سنگدانه‌های مختلف

 

مقادیر نفوذ دهی حرارتی بتن با درشت دانه‌های مختلف
مقادیر نفوذ دهی حرارتی بتن با درشت دانه‌های مختلف

 

قابلیت افزایش طول، و ترک خوردگی

همانگونه که قبلا نیز بیان شد، اولین موضوع مهم در مورد تغییر شکلهای ناشی از تنشهای وارده و نیز ناشی از عوامل وابسته به دما یا رطوبت در بتن، این است که آیا‌اند رکنش بین این تغییر شکلها منجر به ترک خوردگی بتن می‌شود یا خیر. بنابراین، بزرگی کرنش‌های ناشی از جمع شدگی، تنها یکی از عوامل موثر در بروز ترک در بتن می‌باشد. با توجه به شکل (۱-۴)، سایر عوامل موثر عبارتند از:

مدول ارتجاعی

– هر چه مدول ارتجاعی کوچکتر باشد میزان تنش کششی ارتجاعی ایجاد شده برای یک میزان جمع شدگی کمتر خواهد بود.

خزش

– هر چه خزش بیشتر باشد، میزان رهایی تنش بیشتر و تنش کششی خالص کمتر خواهد بود.

 مقاومت کششی

– هر چه مقاومت کششی بیشتر باشد، احتمال خطر اینکه تنش کششی از مقاومت فراتر رفته و منجر به ترک خوردگی شود، کمتر خواهد بود.

مجموعه عواملی که برای کاهش ترک خوردگی در بتن مطلوبیت دارند می‌توانند با عبارت ساده قابلیت افزایش طول بیان گردند. در صورتی که بتن بتواند تغییر شکلهای بزرگی را بدون ترک خوردگی تحمل کند دارای درجه قابلیت افزایش طول بالایی است. واضح است که برای به حداقل رسانیدن احتمال خطر ترک خوردگی در بتن، نه تنها بتن می‌باید جمع شدگی کمی را تحمل کند، بلکه می‌باید قابلیت افزایش طول زیادی (یعنی مدول ارتجاعی کم، خزش زیاد و مقاومت کششی زیادی) را نیز داشته باشد.

به طور کلی احتمال ترک خوردن بتن‌های با مقاومت زیاد بیشتر است و این امر به دلیل جمع شدگی حرارتی بزرگتر و رهایی تنش کمتر در آنها است. از طرف دیگر، بتن‌های با مقاومت کم تمایل به ترک خوردن کمتری دارند و این موضوع به دلیل انقباض حرارتی کمتر و رهایی تنش بیشتر در آنها است. بایستی توجه داشت که بیان اخیر برای اعضای بتن حجیم کاربرد دارد، و برای مقاطع نازک تأثیر کرنش جمع شدگی ناشی از خشک شدن اهمیت بیشتری دارد.

بایستی توجه داشت که عوامل زیادی که در جمع شدن ناشی از خشک شدگی بتن مؤثرند، در کاهش قابلیت افزایش طول آن نیز مؤثرند. مثلا افزایش میزان سنگدانه یا افزایش سختی آنها، سبب تقلیل جمع شدگی ناشی از خشک شدن می‌شود ولی در عین حال، سبب کاهش میزان وادادگی تنش و قابلیت افزایش طول نیز می‌شود. این مسأله، مشکلات ناشی از در نظر گرفتن نکات نظری خالص را در عمل در تکنولوژی بتن نشان میدهد.

رفتار ترک خوردگی بتن در سازه واقعی، پیچیده‌تر از آن چیزی است که در شکل (۱-۴) نشان داده شده است. در حقیقت، سرعت جمع شدگی و رهایی تنش، شبیه آنچه که در شکل نشان داده شده است، نیست. به عنوان مثال، در بتن‌های حجیم، تنشهای فشاری در سنین اولیه بتن که دما بالا می‌رود افزایش می‌یابد ولی تنش‌های کششی تا مدت زمانی بعد که دما شروع به کاهش می‌کند، افزایش نمی یابد. با این وجود، به علت مقاومت کم بتن در سنین اولیه، بیشتر مقدار رهایی تنش درطول هفته اول بعد از بتن ریزی اتفاق می‌افتد. بدین طریق بتن اکثر ظرفیت رهایی تنش خود را، قبل از اینکه برای جلوگیری از ترک ناشی از تنش‌های کششی بدان نیاز باشد، از دست میدهد.

در ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی حرارتی، چه مربوط به عوامل وابسته به دمای داخلی در بتن حجیم باشد و چه اینکه ناشی از عوامل مرتبط با دمای خارجی در محیط‌های سخت و فوق العاده باشد، اهمیت ظرفیت کرنش کششی را (که به صورت کرنش گسیختگی تحت کشش تعریف می‌شود) نباید فراموش نمود. نظریه کلی این است که گسیختگی بتن تحت فشار تک محوری اساسا به علت گسیختگی کششی است.

همچنین نشانه‌هایی موجود است که مقاومت کششی محدود بتن عامل کنترل کننده و تعیین کننده مقاومت گسیختگی بتن تحت بار استاتیکی نیست، بلکه محدودیت در کرنش کششی آن است که تعیین کننده می‌باشد. هوتن (Houghton)(۱۱) بر این اساس، روش ساده‌ای را برای تعیین کرنش کششی نهایی در بارگذاری سریع، از طریق در نظر گرفتن یک نسبت بین مدول گسیختگی به مدول ارتجاعی در حالت فشاری، ارائه نموده است. از آنجا که مدول گسیختگی در حدود ۲۰ تا ۴۰ درصد بزرگتر از مقاومت کششی واقعی است و مدول ارتجاعی در فشار نیز به همان میزان بزرگتر از نسبت تنش به کرنش است، لذا ادعا می‌شود که این روش، مقدار واقعی کرنش ارتجاعی نهایی را برای بارگذاری سریع به دست می‌دهد.

با اضافه کردن کرنش ناشی از خزش در بارگذاری آهسته به کرنش فوق، میزان تخمینی ظرفیت کرنش کششی بتن به دست می‌آید. پیشنهاد شده است که برای تحلیل خطرپذیری ترک خوردگی حرارتی، تعیین ظرفیت کرنش کششی، معیار بهتری از تبدیل کرنش حرارتی به تنش ارتجاعی ایجاد شده می‌باشد. روش کلی محاسبه تنش در مواد ویسکوارتجاعی، که از جمله شامل روش اجزای محدود برای محاسبه انتشار دما در بتن حجیم است، در مطالب بعدی آورده خواهد شد.

فهرست منابع و توضیحات

    <li “>Exothermic reactions between cement compounds and water tend to raise the temperature of concrete (see Chapter 6) <li “>T. C. Hsu, F. O. Slate, G. M. Sturman, and G. Winter, J. ACI, Proc., Vol. 60, No. 2, pp.209-23, 1963; S. P. Shah and F. O. Slate, Proceedings of a Conference on Structure of oncrete, Cement and Concrete Association, Wexham Springs, Slough, U. K.; editors: A. E. Brooks and K. Newman, pp 82-92, 1968. <li “>J. Glucklich, Proceedings of a Conference on the Structure of Concrete, Cement and Concrete Association, Wexham Springs, Slough, U. K., pp.17-89, 1968.. <li “>T. C. Powers, Rev. Mater. Construct. (Paris), No. 545, pp.79-85, 1961. <li “>L’Hermite, Proc. Fourth Int. Symp. Chemistry of Cements, National Bureau of Standards, Washington, D. C., 1962, pp.659-94. <li “>A. M. Neville, Mag. Concr. Res. (London), Vol. 16, No. 46, pp.21-30, 1964.
  1. G.E. Troxell, J. M. Rahpael, and R. E. Davis, Proc. ASTM, Vol. 58, pp.1101-20, 1958.
  2. <li “>International Recommendations for the Design and Construction of Concrete Structures. CEB/FIP, 1976. <li “>K. W. Nasser and A. M. Neville, J. ACI, Proc., Vol. 64, No. 2, pp.97-103, 1967. <li “>R. W. Carlson, D. L. Houghton, and M. Polivka, J. ACI, Proc., Vol. 76, No. 7, pp.821-37, 1979. <li “>D. L. Houghton, J. ACI, Proc., Vol. 73, No. 12, pp.691-700, 1976.

دیدگاهتان را بنویسید

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

پیام در واتساپ
به کمک نیاز دارید؟
سلام
چطور میتونم کمکتون کنم؟