بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
عنوان : مروري بر بررسي ترک هاي زود هنگام در بتن جوان و روشهاي حذف يا کاهش آن
چکيده :
ترک هاي متعدد ناشي از عوامل مختلفي در طول عمر بتن مي توانند به وجود بيايند و دسته بندي شوند اما ترک هايي که در سنين اوليه در بتن به وجود مي آيند به سه بخش تقسيم مي شوند:
ترک هاي حرارتي که معمولا در بتن ريزي هاي حجيم اتفاق مي افتد و در طول فرايند هيدراسيون سيمان مي تواند ايجاد گردد.
ترک هاي جمع شدگي خودزا که بعد از گيرش اوليه زماني که بتن هنوز در قالب است اتفاق مي افتد که ناشي از تغيير حجم در بتن و بستگي به جمع شدگي شيميايي و هيدراسيون سيمان دارد. ترک ها ناشي از نشست خميري، زماني تشکيل مي شود که نرخ تبخير بالاتر از نرخ آب انداختگي باشد معمولا در ساعات اوليه تا ٨ساعت بعد از بتن ريزي احتمالا وقوع اين ترک ها بسيار بالاست . در اين تحقيق روش هاي مختلف که براي کاهش ترک ها يا جلوگيري از آن ها توسط محققين مختلف استفاده شده است مورد ارزيابي قرار مي گيردکه از آن جمله مي توان به کنترل دماي بتن ، عمل آوري داخلي با سبکدانه ليکا و سوپر جاذب ها، استفاده از کاهنده جمع شدگي، سيمان منبسط شونده و الياف را نام برد.کنترل دماي بتن براي جلوگيري از ترک هاي حرارتي و عمل آوري داخلي بر ترک هاي خميري و البته بيش تر خودزا مناسب است .کاهنده جمع شدگي و سيمان منبسط شونده هر دو بر ترک هاي خودزا و الياف بيشتر بر ترک خميري موثر است .
کلمات کليدي: جمع شدگي حرارتي، جمع شدگي خودزا، جمع شدگي خميري، هيدارسيون ، عمل آوري داخلي .
١-مقدمه
از زمان تهيه مواد اوليه جهت توليد بتن تا مراحل بهره برداري از آن ممکن است عيوب مختلفي باعث تغييرات در رفتار فيزيکي و يا مکانيکي و شيميايي بتن گردد. يکي از عوامل موثر بر رفتارفيزيکي، مکانيکي مطرح شده در بتن ترک ها هستند. ترکها بوسيله عوامل مختلفي بوجودآمده وعمدتا دونوع ترک فعال وغيرفعال وجود دارد. ترک هاي غيرفعال مثل ترک ناشي از تغييرات حجمي که در اثر از دست دادن آب بتن بوجود آمده و ترک فعال ، ترک هايي هستند که در اثر بارگذاري ايجاد شده و همواره افزايش طول ترک بطور مستمر مي تواند ادامه داشته باشد، تا اينکه بتن به حالت شکست نزديک شود. ترک خوردگي بتن از جمله معايب شايع بتن هاي مورد استفاده در کارهاي مختلف مي باشد وقوع ترک ها در تمام طول عمر بتن مي تواند موجب بروز مشکلاتي در آن گردد که از جمله آنها مي توان به ايجاد مشکلات ظاهري در سطح بتن ، افزايش نفوذپذيري و در نتيجه آن کاهش دوام بتن اشاره نمود(مهدوي م ، و همکاران ، ١٣٩٠).
ترک هاي متعدد ناشي از عوامل مختلفي در طول عمر بتن مي توانند به وجود بيايند و دسته بندي شوند اما ترک هايي که در سنين اوليه در بتن به وجود مي آيند به سه بخش تقسيم مي شوند: ترک هاي حرارتي که معمولا در بتن ريزي هاي حجيم اتفاق مي افتد و در طول فرايند هيدراسيون سيمان مي تواند ايجاد گردد.
ترک هاي جمع شدگي خودزا،که بعد از گيرش اوليه زماني که بتن هنوز در قالب است اتفاق مي افتد که ناشي از تغيير حجم در بتن و بستگي به جمع شدگي شيميايي و هيدراسيون سيمان دارد.
ترک ها ناشي از نشست خميري،زماني تشکيل مي شود که نرخ تبخير بالاتر از نرخ آب انداختگي باشد معمولا در ساعات اوليه تا
٨ساعت بعد از بتن ريزي احتمالا وقوع اين ترک ها بسيار بالاست .
روش هاي مختلفي توسط دانشمندان جهت کاهش يا جلوگيري از افزايش بيشتر اين ترک ها مورد بررسي قرار گرفته است که از آن جمله مي توان به عمل آوري داخلي، کاهنده جمع شدگي و غيره اشاره نمود که مي تواند موثر بر يک يا همه انواع ترک ها باشد که درادامه توضيح داده خواهد شد.
٢-روش هاي کاهش ترک ها
شيوه هاي طراحي نا مناسب مي تواند عامل ترک خوردگي در سنين اوليه باشد. براي جلوگيري از ايجاد ترک ها در سنين اوليه عوامل زيادي موثر هستند که بعضي عوامل جز تاثيرات مثبت مي تواند پارامترهاي ديگر بتن را به خطر بيندازد( ,Bentz, D.P .(2009
٢-١-مخلوط مناسب
افزايش درجه حرات نيمه بي دررو١ و جمع شدگي خودزا در آزمايش ها به شدت وابسته به فاصله بين ذرات و چسبندگي سطحي سيماني است که در معرض آب قرار دارد. از سال ١٩٥٠روند عمومي در توليد سيمان ، توليدسيمان ريز تر با تري سيليکلات کلسيم بالاتر (و احتمالابا محتواي آلومينات کلسيم ) است و باعث افزايش محتواي قليايي محصولات خواهد شد.
افزايش واکنش پذيري در سنين اوليه نيز باعث افزايش جمع شدگي خودزا مي گردد. به گونه اي که در زمان کم تاثير مفيدي بر خزش و تنش آزاد دارد به حدي که جبران تنش و کرنش خودزا را مي نمايد.
همانطور که در جدول (١) نشان داده شده است ايجاد تغييرات در ويژگي هاي اختلاط مي تواند منجر به کاهش جمع شدگي خودزا و ممانعت از افزايش درجه حرارت نمايد. با افزايش نسبت آب به سيمان از ٠.٣٥ به ٠.٤، استفاده از سيمان دانه درشت ، يا جايگزيني سيمان پرتلند همراه با سنگ آهک هرکدام موثر در انجام اين هدف مي باشند.
جدول ١: رابطه بين مقاومت ٢٨روزه ملات ، رسيدن به حداکثر درجه حرارت در آزمايش نيمه بي درروي خمير سيمان ،(min-max ) در ملات ٧روزه (٢٠٠٩ ,Bentz, D.P)
با اين حال ، در هر مورد کاهش مقاومت ٢٨ روزه وجود دارد اما مقاومت در سنين اوليه افزايش مي يابد که مي تواند از ايجاد ترک هاي احتمالي در سنين اوليه جلوگيري نمايد البته بايد درراستاي اين هدف توجه به تعادل در به کار بردن مواد افزودني در ويژگي هاي طراحي مد نظر قرار گيرد.
٢-٢-کاهش در روند افزايش درجه حرارت و گراديان حرارتي
انواع فن آوري ها براي کاهش افزايش درجه حرارت حداکثر و گراديان دما در ساختار جرمي بتن به اثبات رسيده اند که از آن جمله مي توان به مواردي چون استفاده از يخ به عنوان بخشي از اختلاط آب ، لوله هاي خنک کننده ، عايق کاري ، استفاده از خاکستر آتش فشاني و اختلاط تغيير در فاز مواد در مخلوط بتني و بتن ريزي در شب را نام برد. اين روش ها به طور کلي با کاهش نرخ هيدراسيون و يا افزايش ظرفيت حرارتي بتن ، باعث کاهش درروندافزايش درجه حرارت مي گردد( ,Bentz, D.P .(2009
طبق مبحث نهم مقررات ملي ساختمان ويرايش ٩٢دماي مخلوط بتن نبايد از بيشتر از ٣٢درجه سلسيوس براي بتن معمولي و ١٥ درجه سلسيوس براي بتن حجيم باشد.
دماي مخلوط بتني بايد با سرد کردن مصالح مصرفي، کاهش يابد. اما قبل از هرگونه اقدام در جهت کاهش دماي بتن مخلوط بتن ، ابتدا بايد با اندازه گيري دما و جرم مصالح مقدار دماي مخلوط طبق رابطه (١) محاسبه شود. درصورتي که دماي محاسبه شده بيشتر از دماي بتن طبق بند بالا باشد، بايد آب مخلوط بتن سرد شود. زيرا سرد کردن آب آسان تر از ديگر مصالح است . با درنظر گرفتن دماي آب سرد، بايد مجدد نسبت به محاسبه دماي مخلوط بتن طبق رابطه اقدام شود. اگر دماي مورد نظر تامين گرديد، بايد فقط به سرد کردن آب اکتفا شود.
که در آن Tدماي مخلوط بتن (درجه سلسيوس )
Ta و Tc و Tw و Twa به ترتيب دماي سنگدانه ، سيمان ، آب مخلوط و آب مخلوط شده در سنگدانه ، به درجه سلسيوس
Ma و Mc و Mw و Mwa به ترتيب جرم سنگدانه ، سيمان ، آب مخلوط و آب مخلوط شده در سنگدانه بر حسب کيلوگرم مي باشد(مقررات ملي ساختمان مبحث نهم ، ١٣٩٢).
٢-٣-عمل آوري داخلي
در قرن بيست و يکم ، عمل آوري داخلي به عنوان يک تکنولوژي جديد که نويد بخش بتن مقاوم در مقابل ترک خوردگي در سنين اوليه و دوام بهتر مي باشد، پديد آمده است . در سال ٢٠١٠، موسسه بتن آمريکا تعريف عمل آوري داخلي را در راهنماي واژگان فني خود به اين صورت در آورده است :"تامين آب از طريق سنگدانه هاي سبک وزن از پيش مرطوب شده که همچون مخازني در سراسر مخلوط سيماني تازه در قالب ريخته شده پخش شده اند و به آساني آب مورد نياز براي هيدراسيون يا رطوبت مورد نياز براي جايگزين شدن رطوبت از دست رفته از طريق تبخير يا خود خشک شدگي را آزاد مي کنند"( American ٢٠١٠ ,Concrete Institute).اين تعريف به طور خلاصه دو هدف عمده عمل آوري را مشخص مي کند، به حداکثر رساندن هيدراسيون و به حداقل رساندن خود خشک شدگي و تنش هاي همراه آن که ممکن است باعث ترک هاي زود هنگام در بتن شود.
به عنوان مثال ، رابطه (٢) يک واکنش شيميايي به طور کلي پذيرفته شده را براي هيدراسيون تري سيليکات کلسيوم ، مهم ترين فاز سيمان پرتلند، نشان مي دهد
با توجه به حجم هاي مولي که در زير معادله آن نشان داده شده است ، مي توان محاسبه کرد که هيدراسيون تري سيليکات کلسيوم شامل يک کاهش حجم ٩.٦درصدي يا تقريبا ٠.٠٧ ميلي ليتر بر گرم C3S(٧درصد بر مبناي جرم آب مورد نياز نسبت به جرم C3S) مي باشد(١٩٩٧ ,Bentz, D).
٢-٤-عمل آوري داخلي توسط سبکدانه ليکا
