در مقالات پیشین شاهین فلز سپاهان به بررسی و معرفی کامل یکی از مصالح ساختمانی تحت عنوان بتن پرداختیم. بتن ماده‌ای است که از ترکیب آب، ماسه و سیمان حاصل می‌گردد و مقاومت کلی سازه را افزایش می‌دهد. با این حال چنان‌چه با مقاطعی همچون میلگرد تقویت نشود، دچار آسیب و یا مشکلاتی همچون خزش می‌شود. اما تعریف دقیق خزش در بتن چیست و این مشکل چگونه به‌وجود می‌آید؟ در ادامه مطلب این موارد را به تفصیل بررسی خواهیم کرد. تا انتهای این مطلب کاربردی ما را همراهی نمایید.
خزش در بتن چیست؟
نیروهای تنشی با تغییر شکل نسبی بتن در ارتباط هستند که تغییر شکل آن‌ها تابع زمان است. بنابراین به تغییرات شکل نسبی بتن تحت بارهای وارد شده در مرور زمان، خزش در بتن گفته می‌شود. در حقیقت خزش خاصیتی از بتن به حساب می‌آید که به علت وجود آن، بتن در اثر بارهای طولانی مدت تحت یک نیروی تنشی ثابت در محدوده قابل قبول الاستیک تغییر شکل پیدا می‌کند.
این محدوده داری fc کمتر از نیم است. هنگامی که مدت زمان بارگذاری افزایش یابد، این نوع تغییر شکل غیر الاستیک نیز بیش‌تر خواهد شد و میزان کل تغییرات ایجاد شده چند برابر تغییر شکلهای کوتاه مدت الاستیک می‌باشد که اثر تخریبی بر سازه می‌گذارد.
با این وجود با گذشت زمان تا حدودی سرعت تغییر شکل کمتر می‌شود. اما از آن‌جایی که تغییر شکلهای به وجود آمده در بتن در طولانی مدت میتواند بسیار بیش‌تر از تغییر شکلهای نسبی در زمان بارگذاری شده باشد، پدیده خزش در بتن اهمیت بسیار ویژه‌‌ای برای سازه های بتنی پیدا می‌کند؛ چراکه بتن تنها در برابر بارهای کوتاه مدت به صورت الاستیک رفتار می‌کند و در صورت بارگذاری در طولانی مدت به عنوان مصالح، خاصیت غیرالاستیکی پیدا می‌کند.
چه دلایلی منجر به ایجاد خزش در بتن می‌شود؟
دلایل مختلفی بر ایجاد و افزایش میزان خزش بتن تاثیرگذار هستند که در ادامه مطلب این موارد را بررسی کرده‌ایم:
- جنس و مقدار مصالح سنگی
در بتن مورد استفاده برای ساخت سازه بتنی هر قدر میزان مصالح سنگی بیشط‌تر از سیمان مورد استفاده برای ساخت بتن باشد و سنگدانههای موجود در آن سختی بیشتری داشته باشند، میزان خزش به علت مقاومت مصالح پایین‌تر خواهد بود.
به عنوان مثال افزایش حجم سنگ دانهها از 65 درصد به 75 درصد میتواند میزان خزش در بتن را در حدود 10 درصد کاهش دهد که از لحاظ مهندسی میزان قابل توجهی است. از جمله خصوصیات دیگر مصالح که در کنار مقدار مصالح سنگی بر میزان خزش تاثیر می‌‌گذارند، میتوان به دانه بندی سنگ دانه ها، شکل ظاهری سنگ دانه، حداکثر اندازه سنگ دانه در بتن، تخلخل آن ها، عوامل مؤثر بر میزان خزش و مدول الاستیسیته سنگ دانه در بتن اشاره کرد.
- سن بتن در هنگام بارگذاری و مدت زمان بارگذاری بتن
مهندسان اجرایی باید توجه داشته باشند که تاخیر در بارگذاری می تواند باعث کاهش خزش در بتن شود. خزش یک فرایند تدریجی است که می تواند مدت ها ادامه پیدا کند. جالب است بدانید طولانی مدت ترین آزمایش انجام شده در این زمینه 30 سال بوده است. بعد از این مدت به دلیل تداخل اثر کربناته شدن نمونه ها به دلیل خزش، آزمایش متوقف شده است.
- میزان مقاومت فشاری در بتن
خزش در بتن با مقاومت فشاری رابطه معکوس دارد. بنابراین می توان گفت با نسبت آب به سیمان رابطه مستقیم خواهد داشت. در نتیجه چون میزان سیمان می تواند مقاومت فشاری بتن را تغییر دهد، ممکن است باعث تغییر در میزان خزش نیز شود. اما به این نکته توجه داشته باشید که نوع سیمان تا جایی بر خزش موثر است که بر مقاومت بتن در زمان بارگذاری اثر می گذارد.
- دما و رطوبت موجود در محیط
به طور کلی هر قدر میزان رطوبت نسبی هوا کمتر باشد، مقدار خزش بیش‌تر خواهد بود.
- شدت تنش وارده شده بر بتن
پر واضح است که هر چه نیروهای تنشی وارد شده بر بتن کمتر باشند، میزان خزش نیز کمتر خواهد بود.
راه های پیشگیری از خزش بتن کدام است؟
یکی از مهم‌ترین راه‌ها برای جلوگیری از وقوع پدیده خزش در بتن، استفاده از بتن مسلح است. بتن مسلح که به نام بتن آرمه هم شناخته می‌شود، ترکیبی از بتن با میلگرد یا الیاف است که الاستیسیته بیشتری نسبت به بتن معمولی دارد و میتواند در برابر فشارها و نیروهای وارد، مقاومت بیشتری از خود نشان دهد.
استفاده از میلگرد یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای ساخت بتن مسلح به شمار می‌آید. میلگرد در انواع مختلف میله، مش و کابل و با هدف افزایش مقاومت در ساخت بتن مسلح استفاده می‌شود. میلگردهای استفاده شده در بتن مسلح معمولا فولادی هستند؛ اما از میلگردهای شیشه‌ای و پلیمری هم برای تقویت بتن استفاده می‌شود.
با توجه به این که ضریب انبساط حرارتی فولاد و بتن شبیه به یکدیگر است، استفاده از فولاد نه تنها از ترک خوردن بتن جلوگیری می‌کند، بلکه به تقویت بتن و کاهش ضعف‌های آن منجر شده و یکی از بهترین و کاربردی‌ترین مصالح ساختمانی را تشکیل می‌دهد.
میلگرد در جلوگیری از خزش در بتن چه نقشی دارد؟
برای خنثی کردن تنش کششی ناشی از خزش و افت در بتن، از آرماتور استفاده می‌شود. استفاده از حداکثر مقدار مجاز میلگرد، مخصوصا آرماتورهای افت و حرارت، منجر به آن می‌شود که نیروهای کششی به آرماتور انتقال گردد و بتن از ترک‌خوردگی‌های سطحی محفوظ بماند.
سایر روش‌های مقابله با خزش بتن، شامل موارد زیر است:
- رطوبت کافی
- استفاده از سیمان و سنگدانههای مرغوب
- رعایت نسبت آب به سیمان
- کنترل تنش های وارد شده بر سازه
جمع شدگی بتن چیست؟
به تغییر حجم بتن در اثر از دست دادن آب، جمع شدگی گفته می‌شود. جمع شدگی با نام‌های افت بتن یا انقباض بتن نیز شناخته می‌شود. با از دست رفتن آب موجود در ساختار بتن، حجم آن با درجات مختلفی کاهش پیدا می‌یابد. هر چه میزان آب بتن بیش‌تر باشد، تغییر حجم و افت آن افزایش خواهد داشت.
از جمله عوامل تاثیرگذار در افت یا جمع شدگی بتن، میتوان به مقدار آب اولیه موجود در خمیر بتنی، میزان تبخیر آب و ابعاد و نحوه آرایش سنگدانه‌ها اشاره کرد. به طور کلی، انواع جمع شدگی در بتن در ۴ دسته زیر تقسیم می‌شود:
- جمع شدگی پلاستیک
- افت ناشی از خشک شدن
- افت خودبه‌خودی
- افت کربناسیون
چگونه میتوان از جمع شدگی بتن جلوگیری کرد؟
برای آن‌که بتوان از این نوع جمع شدگی در بتن جلوگیری کرد، میتوان از راهکارهای زیر استفاده نمود:
- میتوان سطح بتن را با استفاده از ورقه‌‌های پلی اتیلن پوشاند و با این کار از خروج آب از سطح دال جلوگیری کرد؛ در نتیجه از تبخیر سریع آب جلوگیری شده و جمع شدگی پلاستیک اتفاق نمی‌افتد.
- چنان‌چه پیش از استفاده از بتن مورد نظر یعنی در هنگام ساخت بتن، به خوبی ویبره و یکدست شود، میتوان تا مقدار زیادی از جمع شدگی پلاستیک جلوگیری نمود.
- در بعضی موارد از پودر آلومینیوم برای کاهش جمع شدگی پلاستیک در بتن استفاده می‌شود که هزینه نسبتا بالایی دارد.
- میتوان از سیمان‌های انبساطی استفاده کرد که تاثیر زیادی در کنترل و کاهش جمع شدگی پلاستیک دارند.
- استفاده از سیمان انبساطی نیز میتواند در کنترل جمع شدگی پلاستیک اثرگذار باشد.
تفاوت جمع شدگی و خزش بتن چیست؟
جمع شدگی و خزش بتن، دو ویژگی فیزیکی بتن هستند که با یکدیگر متفاوت هستند؛ اما از آن‌جایی که عوامل به وجود آورنده خزش در بتن با عوامل موثر بر جمع شدگی بتن تقریبا مشابه هستند، در مواردی این دو با یک دیگر اشتباه گرفته می‌شوند. در ادامه مطلب تفاوت‌ها و شباهت‌های جمع شدگی و خزش در بتن را بررسی خواهیم کرد.
تفاوت های خزش بتن و جمع شدگی بتن
تفاوت‌های این دو پدیده به شرح زیر می‌باشد:
- جمع شدگی، یک ویژگی ذاتی و طبیعی در تمامی انواع بتن‌های ساخته شده با سیمان پرتلند می‌باشد. به آن معنا که تقریبا تمامی بتن‌ها پس از خشک شدن، به علت خروج آب، دچار درجاتی از جمع شدگی می‌شوند. در صورتی که خزش در بتن، پدیده‌ای غیرعادی به حساب می‌آید و نشان دهنده فشار بالا بر سازه است.
- جمع شدگی، ناشی از خشک شدن بتن به وجود می آید، این در حالی است که خزش در اثر نیروهای خارجی وارده بر عضو بتنی به وجود تشکیل می‌شود.
شباهت های خزش بتن و جمع شدگی بتن
این دو پدیده شباهت‌هایی نیز با یکدیگر دارند که در ادامه به این موارد اشاره کرده‌ایم:
- اندازه یا به عبارتی نسبت حجم به سطح، در هر دو پدیده تاثیرگذار است.
- در هر دو مورد، سنگ دانهها به عنوان عامل مهم در کیفیت خمیر سیمان و در نتیجه، سختی و ضریب الاستیسیته و تمرکز حجمی آن تاثیرگذار هستند.
- منحنی تغییر شکل-زمان هر دو پدیده شبیه به هم هستند.
- مواد افزودنی کاهنده افت یا جمع شدگی، بر خزش ناشی از خشک شدن بتن نیز تاثیر دارد.
- هر دو پدیده تقریبا برگشت پذیر هستند.
جمع بندی
به تغییرات شکل نسبی بتن تحت بارهای وارد شده در مرور زمان، خزش در بتن گفته می‌شود. به علت وجود خزش، بتن در اثر بارهای طولانی مدت تحت یک نیروی تنشی ثابت در محدوده قابل قبول الاستیک تغییر شکل پیدا می‌کند. جنس و میزان مصالح، میزان مقاومت فشاری، دما، رطوبت و غیره از علل ایجاد خزش در بتن هستند که میتوان با استفاده از بتن مسلح تا حد زیادی از وقوع آن جلوگیری نمود.
منبع(Resource): What is creep of concrete
سوالات متداول
خزش چیست؟
به تغییرات شکل نسبی بتن تحت بارهای وارد شده در مرور زمان، خزش در بتن گفته می‌شود.
جمع شدگی و خزش بتن چه تفاوتی دارند؟
جمع شدگی بر اثر خشک شدن و خزش در بتن در اثر نیروهای خارجی بوجود می‌آید.
