کنترل ترک‌خوردگی در بتن غیر مسلح

  کنترل ترک‌ خوردگی در بتن غیر مسلح نه‌تنها بر زیبایی، بلکه بر عملکرد، دوام و قابلیت بهره‌برداری آن اثر مستقیم دارد. بتن غیرمسلح به دلیل نبود سیستم تقویت‌کننده کششی (مانند میلگرد یا الیاف)، نسبت به ترک‌خوردگی بسیار آسیب‌پذیرتر از بتن مسلح است.

در دهه‌های اخیر، استفاده از افزودنی‌های بتن به‌ویژه میکروسیلیس و فوق‌روان‌کننده‌های پلی‌کربوکسیلاتی (PCE) به‌عنوان عوامل کلیدی در بهبود خواص  و کنترل ترک خوردگی در بتن غیرمسلح مورد توجه ویژه قرار گرفته‌اند.

این مقاله با رویکردی آزمایشگاهی ـ تحلیلی، به بررسی مکانیزم کنترل ترک خوردگی در بتن غیرمسلح، نقش افزودنی‌ها، اثر ترکیب میکروسیلیس و PCE، تحلیل ریزساختار، مزایا و محدودیت‌ها، و ارائه راهکارهای کاربردی مبتنی بر استانداردها می‌پردازد. همچنین چندین جدول مقایسه‌ای برای تحلیل کمی اثر افزودنی‌ها بر کاهش ترک ارائه می‌شود.

بتن غیر مسلح

بتن غیرمسلح نوعی بتن است که فاقد هرگونه آرماتور فولادی یا الیاف تقویتی باشد. این نوع بتن عمدتاً در موارد زیر به کار می‌رود:

• کفسازی‌های ساده
• پیاده‌روها
• بلوک‌های بتنی
• روسازی‌های کم‌بار
• بتن مگر
• دیوارهای غیرسازه‌ای

مشکل اصلی بتن غیرمسلح، مقاومت کششی بسیار ناچیز و در نتیجه ترک‌خوردگی زودهنگام است. به دلیل نبود هرگونه مسلح‌کننده، ترک‌های ایجادشده می‌توانند به‌سرعت گسترش یافته و موجب خرابی شوند. امروزه، استفاده از افزودنی‌ها یکی از مؤثرترین روش‌های کنترل ترک خوردگی در بتن غیرمسلح است، به‌ویژه افزودنی‌هایی که به:

• کاهش جمع‌شدگی
• بهبود تراکم بتن
• کاهش نسبت آب به سیمان
• افزایش مقاومت کششی
• بهبود ریزساختار
  کمک می‌کنند.

در میان افزودنی‌ها، میکروسیلیس و فوق‌روان‌کننده‌های پلی‌کربوکسیلاتی بیشترین نقش را در کنترل ترک دارند.

ماهیت ترک‌خوردگی در بتن غیرمسلح

مقاومت کششی پایین

بتن غیرمسلح دارای مقاومت کششی تنها حدود ۸ تا ۱۲ درصد مقاومت فشاری است. نبود میلگرد باعث می‌شود ترک‌ها بدون کنترل باز و منتشر شوند و هم چنین ظرفیت باربری قبل از شکست بسیار کم باشد.

جمع‌شدگی

جمع‌شدگی مهم‌ترین علت ترک در بتن غیرمسلح است مانند: جمع‌شدگی پلاستیک، جمع‌شدگی خشک‌شدگی، جمع‌شدگی حرارتی

عوامل محیطی

عوامل محیطی مانند: باد، تابش مستقیم خورشید، تبخیر سریع  و دمای بالا یا پایین نقش مهمی در ترک خوردگی بتن غیر مسلح دارند.

ریزساختار ضعیف

بتن معمولی با نسبت آب به سیمان بالا دارای تخلخل زیاد و مقاومت کم است.

اهمیت افزودنی‌ها در کنترل ترک خوردگی در بتن غیرمسلح

در بتن غیرمسلح، کنترل ترک کاملاً وابسته به کیفیت بتن و افزودنی‌ها است، زیرا هیچ عنصر مسلح‌کننده‌ای وجود ندارد. افزودنی‌ها کمک می‌کنند:

• نشست و جمع‌شدگی کاهش یابد
• بتن کارپذیری مناسب داشته باشد
• مخلوط متراکم و یکنواخت تولید شود
• مقاومت اولیه افزایش یابد
• حرارت هیدراتاسیون کنترل شود

نقش فوق‌روان‌کننده‌های پلی‌کربوکسیلاتی (PCE)در کنترل ترک خوردگی در بتن غیر مسلح

این افزودنی‌ها مهم‌ترین ابزار برای کاهش نسبت آب به سیمان هستند.

مکانیزم

پلی‌کربوکسیلات‌ها با ایجاد پدیده «پخش‌کنندگی فضایی» : ذرات سیمان را از هم دور و آب حبس‌شده بین ذرات را آزاد می‌کنند.همچنین موجب ایجاد روانی فوق العاده ای می شوند.

تأثیر بر ترک

کاهش آب موجب کاهش جمع‌شدگی و درنتیجه  کاهش و کنترل ترک خوردگی در بتن غیر مسلح می شود.

مزایا

کاهش آب تا ۳۰٪، افزایش تراکم بتن، افزایش مقاومت فشاری تا ۴۰٪ و کاهش ترک‌های پلاستیک و خشک‌شدگی از مزایای استفاده از افزودنی است.

محدودیت

استفاده نادرست از افزودنی می تواند موجب  محدودیت هایی مانند: در صورت مصرف بیش‌ازحد: آب‌انداختگی و جداشدگی و نیاز به دوز دقیق شود.

نقش میکروسیلیس در کنترل ترک خوردگی در بتن غیر مسلح

میکروسیلیس یکی از قوی‌ترین مواد پوزولانی است که به تفصیل به بررسی آن در سلسله مقالات راهنمای استفاده از میکروسیلیس در بتن پرداخته ایم که می توانید جهت مطالعه بیشتر به این مقالات مراجعه نمایید. اینک به نقش میکرو سیلیس در کنترل ترک خوردگی در بتن غیر مسلح به صورت خلاصه می پردازیم:

ویژگی‌های فیزیکی

• سطح ویژه ۲۰۰٬۰۰۰ سانتی‌متر مربع
• اندازه ذرات ۰.۱ میکرون
• ۹۰٪ دی‌اکسید سیلیسیم

مکانیزم عملکرد

واکنش پوزولانی

سیلیس فعال با CH واکنش داده و C-S-H تولید می‌کند.

پرکنندگی (Filler Effect)

فاصله بین ذرات سیمان را پر می‌کند → تراکم ساختار

تأثیر بر ترک خوردگی در بتن غیر مسلح

کاهش نفوذپذیری،افزایش مقاومت کششی، کاهش سرعت گسترش ترک و افزایش انرژی شکست از اثرات میکروسیلیس بر کنترل ترک خوردگی در بتن غیر مسلح است.

مزایا

مناسب برای بتن‌های غیرمسلح با طرح اختلاط ضعیف، کاهش ترک‌های ناشی از حرارت و افزایش دوام از مزایای استفاده از میکروسیلیس است.

محدودیت

افزایش احتمال جمع‌شدگی خشک‌شدگی در صورت عدم استفاده از فوق‌روان‌کننده

اثر هم‌افزایی میکروسیلیسو پلی کربوکسیلات اتر

این ترکیب بهترین سیستم ضد ترک برای بتن غیرمسلح است. از مزایای آن می توان به چند مورد اشاره کرد :

• کاهش آب → کاهش جمع‌شدگیافزایش تراکم → کاهش نفوذ
• افزایش مقاومت کششی
• بهبود ریزساختار حفرات
• کاهش ترک‌های ناشی از خشک‌شدگی

مقایسه تأثیر افزودنی‌های مختلف بر ترک بتن غیرمسلح

جدول ۱ – مقایسه افزودنی‌ها

تحلیل ریزساختاری کنترل ترک‌خوردگی در بتن غیر مسلح با افزودنی‌ها

مطالعات SEM نشان می‌دهد:

وجود میکروسیلیس موجب ماتریس یکنواخت‌تر و حضور پلی کربوکسیلات اتر موجب حذف لخته‌های سیمان و در نتیجه کاهش میکروترک‌های اولیه که منبع ترک کلان خواهد شد.

روش‌های کنترلی همراه با افزودنی‌ها

در هنگام استفاده از افزودنی ها برای کنترل ترک خوردگی در بتن غیر مسلح، باید یک سری اقدامات جانبی هم انجام شود مانند:

• کنترل دمای بتن
• عمل‌آوری مرطوب
• استفاده از درزهای کنترل
• محدود کردن نسبت آب به سیمان به 0.40

مطالعات عددی و آزمایشگاهی

جدول ۲ – نتایج آزمایش مقاومت کششی

کاربرد افزودنی‌ها در انواع سازه‌های غیرمسلح

• کفسازی صنعتی
• بتن مگر
• پیاده‌روها
• جدول‌های خیابانی
• بتن‌های پیش‌ساخته سبک

محدودیت‌ها و چالش‌ها

هنگام استفاده از افزودنی ها برای کنترل ترک خوردگی در بتن غیر مسلح  باید نیاز به دوز دقیق برای PCE، نیاز به آب بیشتر در میکروسیلیس و حساسیت به عمل‌آوری حتما مورد بررسی قرار گیرند.

افزودنی‌ها به‌ویژه میکروسیلیس و فوق‌روان‌کننده‌های پلی‌کربوکسیلاتی بهترین روش کاهش ترک در بتن غیرمسلح هستند.
ترکیب این دو ماده مقاومت کششی را ۴۰–۸۰٪ افزایش و جمع‌شدگی خشک‌شدگی را تا ۳۰٪ کاهش می‌دهد. ریزساختار را متراکم و ترک‌های کلان را کنترل می‌کند و موجب کنترل ترک خوردگی در بتن غیر مسلح خواهد شد.

بنابراین، استفاده از این دو افزودنی در بتن غیرمسلح قویاً توصیه می‌شود. اما با توجه به محدودیت ها و چالش های استفاده از افزودنی، پیش از مصرف حتما با یک مشاور مشورت نمایید، جهت انجام مشاوره با متخصصین ما می توانید با سایت های بتنو و ایران بتن تماس حاصل نمایید.

منابع

ACI Committee 212. (2010). Admixtures for Concrete. American Concrete Institute.
Mehta, P. K., & Monteiro, P. J. (2014). Concrete: Microstructure, Properties, and Materials. McGraw-Hill.
Neville, A. M. (2011). Properties of Concrete (5th ed.). Pearson Education.
Kim, J., & Kim, Y. (2020). Effect of silica fume on shrinkage and cracking of concrete. Construction and Building Materials, 244, 118309.
Sato, R., & Ueda, T. (2017). Polycarboxylate superplasticizers and their interactions in cementitious systems. Cement and Concrete Research, 100, 52–61.
ASTM C1240. (2018). Standard Specification for Silica Fume Used in Cementitious Mixtures. ASTM International.
Bentur, A., & Mindess, S. (2007). Fibre Reinforced Cementitious Composites. CRC Pres

مقالات ویژه:

بتن الیافی چیست؟ خصوصیات انواع الیاف های بتن  بتن جی اف آر سی چیست؟ بتن یو اچ پی‌ سی UHPS چیست؟ بررسی کامل مقدار مصرف الیاف پ پ در بتن سفید بام الیاف دار چیست؟ Control of Cracking in Reinforced Concrete Structures _ کنترل ترک خوردگی در سازه های بتنی مسلح Corrosion of Steel in Concrete Structures_خوردگی فولاد در سازه های بتنی Guide to Diagnosis and Appraisal of AAR Damage to Concrete in Structures_راهنمای تشخیص وارزیابی AAR آسیب به بتن در سازه ها