عوامل موثر بر تغییرات حجمی بتن
بعد از این‌که بتن فرموله شده و ریزش آن صورت گرفت؛ ممکن است بعد از گذشت یک یا چند هفته، تغییر حجمی در آن صورت گیرد؛ بنابراین باید تمام عوامل موثر بر تغییرات حجمی بتن را بشناسید.
عوامل موثر بر تغییرات حجمی بتن
بعد از فرموله شدن بتن باید تمامی عوامل موثر بر تغییر حجم بتن را بررسی کرد؛ اگر بعد از ریزش بتن، جمع شدگی، انقباض یا افت بتن ایجاد شود؛ حجم بتن ریخته‌شده، تغییر خواهد کرد. از طرفی هیدراتاسیون سیمان یک واکنش گرمازا است و می‌تواند سبب افزایش شدید دما شود. وقتی سطح بتن گرمای زیادی را از دست بدهد، شیب حرارتی تغییر می‌کند و اگر در جریان سرد شدن، دوباره تغییراتی پیش بیاید؛ بتن ترک‌های عمیقی خواهد خورد. اگر حجم بتن در آغاز گیرش تا زمان سخت شدن، تغییر کند، به آن انقباض بتن می‌گویند.
افت بتن کاهش حجم در اثر گذشت زمان، رخ می‌دهد. یکی دیگر از موارد تغییر حجم بتن، خزش است به هر صورت تغییر حجم بتن در دو هفته اول ممکن است حدود 15-35 درصد باشد؛ سپس در ماه‌های اول تا سوم ممکن است به 40 تا 50 درصد هم برسد؛ در نهایت حجم بتن در سال اول ممکن است از 65-90 درصد هم تغییر کند. در نتیجه توجه دقیق و تخصصی به عوامل تغییرات حجم بتن، در ابتدای برنامه‌ریزی پروژه اهمیت دارد؛ این 8 عامل را در ادامه بخوانید.
عوامل موثر بر تغییر حجم بتن
با تغییرات دما و تاثیر واکنش‌های فیزیکی و شیمیایی، بعد از گذشت 1 هفته تا 1 سال، حجم بتن، دچار تغییرات کاهش می‌شود؛ به همین دلیل لازم است که به این 8 عامل تغییر حجم بتن توجه ویژه‌ای شود:
- هیدراتاسیون سیمان
- تغییر دما
- نگهداری مداوم مرطوب
- خشک شدن
- محیط خشک و مرطوب
- کربناتاسیون
- حمله شیمیایی و مکانیکی نامطلوب
- ترک خوردگی
1) هیدراتاسیون سیمان
اگر تغییر حجم سیمان بر اساس هیدراتاسیون باشد؛ به این تغییر حجم؛ تغییر حجم ذاتی بتن می‌گویند. این تغییرات می‌توانند ناشی از انبساط و انقباض باشند. این تغییر حجم می‌تواند به یکی از این دو علت باشد:
- جذب آب منفذی آزاد منجبر به انبساط ژل سیمان
- تقطیر ژل سیمان به دلیل باقی مانده هیدراته نشده منجر به انقباض ژل سیمان
عوامل تغییر حجم ذاتی بتن
میزان انبساط اولیه ماکزیمم سه هزارم درصد است. با این حال انقباض نهایی بتن می‌تواند به پانزده هزارم درصد برسد. اگر میزان رطوبت محیط در طول بهره‌برداری سازه کم باشد؛ خصوصا در بتن‌های حجیم لازم است که این مقدار کنترل شود. عوامل موثر بر تغییرات حجمی ذاتی بتن عبارت‌اند از:
- ترکیب و ریزش سیمان
- مقدار آب
- نسبت‌های اختلاط مواد روان کننده بتن
- شرایط عمل‌آوری بتن
- زمان
فواید بررسی تغییر حجم ذاتی بتن
با دقت بر این عامل تغییر حجم می‌توان اندازه ذرات و مقدار سیمان را کنترل کرد. باید دقت کرد که بیشترین تغییر حجم ذاتی بتن، 60-90 روز بعد از بتن ریزی است.
1) تاثیر دما بر تغییر حجم بتن
اگر دمای محیط بالا برود بتن مقید نشده منبسط می‌شود و در مقابل کاهش دما، حجم بتن را کم می‌کند. برای این منظور باید ضریب انبساط حرارتی بتن را محاسبه کرد. این ضریب به عوامل زیر بستگی دارد:
- پرمایگی مخلوط
- میزان رطوبت
- ضریب انبساط حرارتی سنگدانه‌ها
تنش‌های داخلی بتن در اثر تغییرات دما می‌توانند به علت اختلاف ضرایب حرارتی خمیر سیمان و سنگدانه‌ها باشند. به این منظور می‌توان از سیمان پرتلند استفاده کرد تا حرارت سیمان پایین نگاه داشته شود و ترک خوردگی به حداقل برسد. دقت داشته باشید که عامل حرارت در روسازی پروژه‌ها نیز اهمیت دارد و از بلند شدن یا خوردگی مواد جلوگیری می‌کند.
2) نگهداری مداوم مرطوب
اگر بتن در شرایط مرطوب نگهداری شود؛ بعد از گیرش امکان دارد که انبساط کند سپس به تدریج با نرخ کاهشی ادامه یابد. به طوری‌که می‌توان درصد انبساط نگهداری مرطوب را در 10 سال محاسبه کرد. یادتان باشد که انبساط ناشی از این عامل در سیمان نوع 1 از تیپ‌های II، III، IV و V بیشتر است.
3) جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن
وقتی بتن در اثر فرآیندهای کربناتاسیون جمع شود؛ نوعی حالت خشک شدن پدید می‌آید. کم‌ترین تغییر حجم ناشی از خشک شدن در سازه بتنی شن و ماسه ایجاد می‌شود. با این حال بتن متخلخل خشک شده با رطوبت نسبی 50 درصد محیط می‌تواند تغییر حجم مشابهی داشته باشد. علت این پدیده انقباض ژل سیمان ناشی از هیدراتاسیون سیمان پرتلند است و به میزان آب واحد بتن بستگی دارد. دیگر عوامل موثر بر این نوع تغییر حجم عبارت‌اند از:
- ترکیبات سیمان
- مقدار سیمان
- کیفیت خمیر
- مقدار مواد افزودنی بتن
- ترکیبات معدنی
- اندازه سنگدانه‌ها
- نسبت‌های اختلاط
- اندازه و شکل توده بتنی
- توزیع آرماتورها
- شرایط عمل‌آوری
- رطوبت محیط
- طول مدت خشک شدن
۵ ) تر و خشک شدن متناوب
نگهداری بتن در محیط خشک سبب جمع شدن یا انقباظ آن خواهد شد؛ از طرفی نگهداری بتن در هوای مرطوب یا محیط آبی، سبب انبساط آن می‌شود. اگر نگهداری در شرایط تر و خشک به صورت متناوب باشد؛ تغییر حجم انبساطی و انقباضی بتن، نوع جمع شدگی یا پس آمد دائمی را ایجاد خواهد کرد. این تغییرات در سیکل‌های ابتدایی افزایشی هستند سپس ثابت می‌شوند.
6) کربناتاسیون
اگر هوای اطراف بتن دارای دی اکسید کربن باشد؛ وزن این ترکیب زیاد می‌شود و نوعی جمع شدن یا انقباض برگشت‌ناپذیر در بتن رخ می‌دهد. این تغییر حجم در حدود دمای 21 درجه و رطوبت 50 درصد هوا می‌تواند رخ دهد. تمامی اجزای سازه بتنی در معرض چنین تغییر حجمی هستند. البته سرعت و گستردگی کربناتاسیون تحت اثر عوامل زیادی است؛ از جمله:
- مقدار رطوبت و دانسیته بتن
- درجه حرارت
- غلظت دی‌اکسیدکربن
- روش عمل‌آوری
- تواتر خشک شدن و کربناتاسیون
به خاطر داشته باشید که محصولات بتنی با تراکم کمتر مثلا بلوک‌های ساختمانی بتنی نسبت به سایز سازه‌های متراکم، استعداد بیشتری برای کربناته شدن و تغییر حجم دارند.
7) حمله شیمیایی و مکانیکی نامطلوب
انواع حمله‌های فیزیکی و شیمیایی می‌توانند سبب تغییر حجم بتن و کاهش عمر و دوام آن شوند. مکانیزم تخریب در تاثیر هر کدام از این عوامل متفاوت است؛ ابتدا انبساط به صورت تدریجی گسترش می‌یابد؛ سپس منجر به فروپاشی خواهد شد. این عوامل عبارت‌اند از:
- فاضلاب حاوی مقدار زیاد اسید یا سولفیت
- آب‌های سولفاتی
- تجزیه الکتریکی (الکترولیز)
- آب دریا
- آتش
- یخ زدن و ذوب شدن
- هیدراتاسیون آهک
- اکسید منیزیم
- واکنش قلیایی سنگدانه‌ها
- واکنش‌هیا قلیایی
8) ترک‌خوردگی
آخرین عامل تغییرات حجمی بتن، ناشی از ترک‌های حین مقید شدن است. عوامل داخلی و خارجی زیادی سبب این مشکل می‌شوند؛ از جمله: مقاومت در مقابل ترک‌خوردگی، خشک شدن، درجه حرارت و انواع تنش. رای مقابله با این تغییر حجم بتن باید مقدار مدول الاستیسیته را بررسی کرد.
جمع‌بندی
در بالا به عوامل مهم تغییرات حجمی بتن اشاره کردیم؛ حرارت هیدراتاسیون سیمان، تغییرات دما، نگهداری مرطوب، جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن، تر و خشک شدن متناوب، کربناتاسیون، حمله‌های شیمیایی یا مکانیکی نامطلوب و ترک خوردگی همگی فاکتورهایی قابل کنترل هستند اما بی‌توجهی در مدارا با آنها تخریب شدیدی را به سازه بتنی وارد می‌کند. شما می‌توانید با کمک مشاوران مواد شیمیایی ساختمان همگرایان تولید یا کپکو، این عوامل را در پروژه خود مدیریت کنید.
