جمع شدگی بتن چیست و چگونه از آن جلوگیری کنیم؟

جمع شدگی بتن به کاهش حجم بتن در طول زمان گفته می شود؛ تغییری که می تواند از چند دقیقه پس از بتن ریزی آغاز شود و تا مدت ها پس از سخت شدن ادامه پیدا کند. این کاهش حجم همیشه به معنای خرابی نیست، اما اگر حرکت بتن به وسیله میلگرد، قالب، بستر، ستون یا بخش دیگری از سازه محدود شود، در عضو تنش کششی ایجاد می شود و احتمال ترک بالا می رود. در پروژه های ساختمانی، هزینه ترمیم ترک، آب بندی و نگهداری می تواند بر بودجه اثر بگذارد و در کنار تغییرات قیمت آهن، هزینه نهایی اجرای سازه را افزایش دهد. به همین دلیل، شناخت علت جمع شدگی و کنترل آن باید از مرحله طرح اختلاط تا پایان عمل آوری جدی گرفته شود.

جمع شدگی ممکن است در بتن تازه بر اثر تبخیر سریع آب سطحی یا در بتن سخت شده بر اثر خروج رطوبت، واکنش های داخلی سیمان و کربناسیون رخ دهد. این پدیده با پدیده خزش در بتن تفاوت دارد؛ خزش تغییر شکل تدریجی بتن زیر بار ثابت است، اما جمع شدگی حتی بدون وارد شدن بار خارجی نیز اتفاق می افتد. البته خزش و جمع شدگی بتن می توانند هم زمان بر تغییر شکل تیر، دال، ستون و قطعات پیش ساخته اثر بگذارند. برای کاهش خطر ترک باید نسبت آب به سیمان کنترل شود، مصالح مناسب انتخاب شوند، بتن در هوای گرم یا باد شدید محافظت شود و عمل آوری بدون وقفه انجام گیرد. استفاده درست از الیاف، افزودنی های کاهنده جمع شدگی و درزهای کنترلی نیز در بعضی پروژه ها موثر است. در ادامه این مقاله مرکزآهن توضیح می دهیم جمع شدگی در بتن چیست، چرا رخ می دهد، چه انواعی دارد و چگونه می توان اثر آن را محدود کرد.

جمع شدگی بتن چیست؟

جمع شدگی بتن چیست؟ از نظر فنی، جمع شدگی تغییر حجمی بتن است که بدون اثر مستقیم بار خارجی رخ می دهد و بیشتر به تغییرات رطوبتی، واکنش های سیمان و شرایط محیطی مربوط می شود. بتن از خمیر سیمان، سنگدانه، آب و در صورت نیاز مواد افزودنی تشکیل شده است. بخش اصلی تغییر حجم در خمیر سیمان رخ می دهد و سنگدانه ها تا حدی در برابر آن مقاومت می کنند. اگر بتن بتواند آزادانه کوتاه شود، ممکن است ترک مهمی ایجاد نشود؛ اما در سازه واقعی، میلگرد، اتصال به اعضای دیگر، اصطکاک بستر و تفاوت خشک شدن سطح و عمق، حرکت را محدود می کنند. در این حالت، تنش کششی به وجود می آید و اگر از مقاومت کششی بتن بیشتر شود، ترک شکل می گیرد.

در بعضی متن های عمومی از عبارت افت بتن برای توضیح کاهش حجم استفاده می شود، اما باید آن را با افت اسلامپ اشتباه نگرفت. افت اسلامپ به کاهش روانی بتن تازه در فاصله ساخت تا مصرف مربوط است، در حالی که جمع شدگی به کاهش ابعاد یا حجم بتن اشاره دارد. پرسش افت بتن چیست نیز بسته به متن می تواند به نشست، کاهش روانی یا جمع شدگی اشاره کند؛ بنابراین در بحث سازه ای بهتر است اصطلاح دقیق جمع شدگی به کار رود. مقدار این پدیده به آب مخلوط، حجم خمیر سیمان، نوع سیمان، اندازه سنگدانه، رطوبت نسبی، دما، باد، ضخامت عضو و کیفیت عمل آوری وابسته است. جمع شدگی همیشه به صورت یکسان رخ نمی دهد و شامل حالت هایی مانند جمع شدگی پلاستیک، خشک شدگی، خودزا و کربناسیون است. شناخت زمان وقوع هر نوع کمک می کند روش پیشگیری درست انتخاب شود، زیرا راهکار محافظت از بتن تازه با کنترل تغییر حجم بلند مدت بتن سخت شده یکسان نیست.

چرا جمع شدگی بتن اتفاق می افتد؟

جمع شدگی بتن زمانی اتفاق می افتد که حجم خمیر سیمان در اثر از دست دادن آب، مصرف آب در واکنش هیدراتاسیون یا تغییرات شیمیایی کاهش پیدا کند. بتن تازه مقداری آب برای واکنش سیمان و مقداری آب برای تامین روانی دارد. همه این آب در ساختار نهایی باقی نمی ماند. بخشی تبخیر می شود، بخشی در واکنش های سیمان مصرف می گردد و بخشی از منافذ بتن خارج می شود. با کاهش رطوبت، فاصله میان ذرات خمیر سیمان کمتر می شود و بتن تمایل پیدا می کند کوتاه تر یا کوچک تر شود. سنگدانه ها در برابر این تغییر حجم مقاومت می کنند، اما نمی توانند آن را به طور کامل متوقف کنند.

ایجاد ترک فقط به مقدار جمع شدگی وابسته نیست و میزان محدود شدن حرکت بتن نیز اهمیت دارد. دال متصل به بستر، دیوار متصل به فونداسیون، عضو دارای میلگرد و بتن مجاور یک قطعه قدیمی نمی توانند آزادانه تغییر شکل دهند. این محدودیت در بتن تنش کششی ایجاد می کند. چون مقاومت کششی بتن، به ویژه در سن کم، پایین است، ممکن است ترک ظاهر شود. تبخیر سریع آب سطحی در هوای گرم، خشک یا بادخیز خطر ترک زودرس را بالا می برد. در بتن سخت شده نیز رطوبت پایین محیط، آب اضافی مخلوط، حجم زیاد خمیر سیمان، عمل آوری ضعیف و ضخامت کم عضو می توانند جمع شدگی را افزایش دهند. اختلاف رطوبت میان سطح و مرکز عضو نیز باعث تغییر شکل نامساوی می شود. بنابراین علت جمع شدگی فقط خشک شدن ساده نیست؛ ترکیب بتن، شکل عضو، شرایط محیطی و نحوه اجرا هم زمان بر آن اثر دارند.

انواع جمع شدگی بتن

انواع جمع شدگی بتن بر اساس زمان وقوع و عامل ایجاد کننده از یکدیگر جدا می شوند. جمع شدگی پلاستیک پیش از گیرش کامل و زمانی رخ می دهد که بتن هنوز نرم است. جمع شدگی خشک شدگی پس از سخت شدن و در اثر خروج رطوبت از منافذ بتن شکل می گیرد. جمع شدگی کربناسیون نیز به واکنش دی اکسید کربن هوا با بعضی ترکیبات خمیر سیمان مربوط است. در منابع فنی، جمع شدگی خودزا و شیمیایی نیز مطرح می شوند؛ این حالت ها بیشتر با مصرف داخلی آب و واکنش هیدراتاسیون ارتباط دارند. با این حال، در این مقاله تمرکز اصلی بر سه نوعی است که در هدینگ های بعدی بررسی می شوند.

شناخت نوع جمع شدگی اهمیت دارد، زیرا ظاهر ترک به تنهایی برای تشخیص علت کافی نیست. ترک سطحی چند ساعت پس از بتن ریزی می تواند با خشک شدن سریع بتن تازه ارتباط داشته باشد، در حالی که ترک های دیرتر ممکن است از جمع شدگی خشک شدگی، تغییر دما، نشست یا محدودیت حرکت عضو ایجاد شده باشند. بعضی ترک ها نیز ترکیبی از چند عامل هستند. برای نمونه، یک دال با آب زیاد ممکن است در ساعات نخست ترک پلاستیک داشته باشد و ماه ها بعد نیز در اثر خشک شدن و نبود درز کنترلی ترک بخورد. زمان مشاهده ترک، شرایط آب و هوا، طرح اختلاط، روش عمل آوری، محل ترک و نحوه اتصال عضو باید هم زمان بررسی شوند. دسته بندی درست کمک می کند راه حل مناسب انتخاب شود؛ زیرا مه پاشی و پوشاندن سطح برای بتن تازه مفید است، اما کنترل جمع شدگی بلند مدت به کاهش آب مخلوط، عمل آوری کافی، درز مناسب و طراحی درست عضو نیاز دارد.

جمع شدگی پلاستیک

جمع شدگی پلاستیک در فاصله کوتاهی پس از بتن ریزی و پیش از گیرش کامل رخ می دهد. در این زمان، بتن هنوز نرم است و مقاومت کششی بسیار کمی دارد. اگر آب از سطح بتن سریع تر از آبی که بر اثر آب انداختن به سطح می رسد تبخیر شود، سطح بتن خشک و منقبض می گردد. بخش های زیرین هنوز رطوبت بیشتری دارند و نمی توانند این کاهش حجم سطحی را به طور یکنواخت دنبال کنند. در نتیجه، تنش ایجاد می شود و ترک های باریک روی سطح به وجود می آیند. این ترک ها بیشتر در دال ها، کف ها، روسازی ها و اعضایی دیده می شوند که سطح باز زیادی دارند.

هوای گرم تنها عامل این نوع ترک نیست. وزش باد، رطوبت نسبی پایین، دمای بالای بتن، تابش مستقیم خورشید و جذب آب توسط بستر یا قالب خشک نیز سرعت از دست رفتن رطوبت را افزایش می دهند. حتی در هوای خنک، ترکیب باد شدید و هوای خشک می تواند شرایط خطرناک ایجاد کند. ترک های پلاستیک معمولا تقریبا موازی، کم عمق و نامنظم هستند، اما ممکن است بعدا مسیر ورود آب و مواد زیان آور شوند.

برای کاهش خطر، باید پیش از شروع بتن ریزی وضعیت هوا بررسی شود. مرطوب کردن بستر بدون ایجاد آب آزاد، استفاده از سایه بان و بادشکن، بتن ریزی در ساعت مناسب و شروع به موقع محافظت سطح موثر هستند. میان پایان پرداخت و آغاز عمل آوری نیز نباید سطح بدون پوشش بماند. مه پاشی مناسب یا پوشش موقت می تواند تبخیر را کم کند. افزودن آب روی سطح برای آسان شدن پرداخت راه درستی نیست، زیرا لایه سطحی را ضعیف می کند. الیاف مناسب نیز می توانند شدت ترک پلاستیک را کاهش دهند، اما جای عمل آوری صحیح را نمی گیرند.

جمع شدگی خشک شدگی

جمع شدگی خشک شدگی پس از گیرش و سخت شدن بتن رخ می دهد و علت اصلی آن خروج رطوبت از منافذ خمیر سیمان به محیط است. وقتی رطوبت نسبی اطراف بتن پایین تر از رطوبت داخل آن باشد، آب به تدریج از سطح خارج می شود. با کم شدن این آب، نیروهای داخلی در خمیر سیمان باعث کاهش حجم می شوند. خشک شدن از سطح آغاز می گردد و به آرامی به داخل عضو پیش می رود؛ به همین دلیل اعضای نازک یا قطعاتی که سطح بیشتری در تماس با هوا دارند، معمولا سریع تر جمع می شوند.

مقدار جمع شدگی خشک شدگی به طرح اختلاط و شرایط نگهداری وابسته است. آب اضافی، حجم زیاد خمیر سیمان، سنگدانه کم یا نامناسب و عمل آوری کوتاه می توانند تغییر حجم را افزایش دهند. رطوبت پایین، باد و گرما نیز روند خشک شدن را سریع تر می کنند. در اعضای ضخیم، سطح ممکن است زودتر از هسته خشک شود و اختلاف رطوبت، تنش و حتی تابیدگی ایجاد کند. اگر عضو به وسیله بستر، میلگرد، دیوار یا قطعات مجاور مهار شده باشد، حرکت آزادانه انجام نمی شود و ترک شکل می گیرد.

کاهش این نوع جمع شدگی از مرحله طرح اختلاط آغاز می شود. استفاده از کمترین آب لازم، سنگدانه مناسب و حجم منطقی خمیر سیمان اهمیت دارد. عمل آوری کافی باعث ادامه هیدراتاسیون و کاهش نفوذپذیری می شود، اما بتن را برای همیشه مرطوب نگه نمی دارد؛ پس پس از پایان عمل آوری نیز خشک شدن رخ خواهد داد. طراحی درست درزهای کنترلی، توزیع مناسب میلگرد حرارتی و جمع شدگی و استفاده حساب شده از افزودنی های کاهنده جمع شدگی می توانند عرض و محل ترک ها را کنترل کنند.

جمع شدگی کربناسیون

جمع شدگی کربناسیون زمانی رخ می دهد که دی اکسید کربن موجود در هوا وارد منافذ بتن شود و با بعضی ترکیبات حاصل از هیدراتاسیون سیمان واکنش دهد. یکی از مهم ترین این ترکیبات هیدروکسید کلسیم است. حاصل واکنش، تشکیل کربنات کلسیم و تغییر در ساختار خمیر سیمان است. این تغییرات می توانند حجم بخش جامد و رطوبت داخلی بتن را کمی کاهش دهند و انقباض ایجاد کنند. کربناسیون معمولا از سطح عضو شروع می شود و به تدریج به عمق نفوذ می کند؛ بنابراین سرعت آن در بتن متراکم و کم نفوذ کمتر از بتن متخلخل، ترک خورده یا دارای عمل آوری ضعیف است.

مقدار رطوبت محیط بر این فرایند اثر مهمی دارد. اگر بتن کاملا خشک باشد، واکنش کربناسیون به دلیل نبود رطوبت کافی کند می شود. در بتن کاملا اشباع نیز ورود گاز دی اکسید کربن دشوارتر است. شرایط رطوبتی میانی معمولا برای پیشرفت کربناسیون مناسب تر است. نسبت آب به سیمان بالا، تراکم ناقص، پوشش کم روی میلگرد و ترک های باز نیز نفوذ گاز را آسان می کنند. جمع شدگی کربناسیون در مقایسه با جمع شدگی خشک شدگی معمولا سهم کمتری در تغییر حجم کلی دارد، اما از نظر دوام مهم است.

کربناسیون علاوه بر کاهش جزئی حجم، قلیاییت بتن را نیز پایین می آورد. اگر جبهه کربناسیون به میلگرد برسد، لایه محافظ طبیعی فولاد ضعیف می شود و در حضور رطوبت و اکسیژن احتمال خوردگی افزایش می یابد. برای محدود کردن آن باید بتن متراکم، نسبت آب به سیمان کنترل شده، تراکم مناسب، عمل آوری کافی و پوشش بتنی مطابق طراحی اجرا شود. ترمیم ترک های نفوذپذیر و استفاده از پوشش محافظ مناسب در محیط های خاص نیز می تواند ورود دی اکسید کربن را کاهش دهد.

عوامل موثر بر جمع شدگی بتن

عوامل موثر بر جمع شدگی بتن را باید به صورت یک مجموعه بررسی کرد، زیرا تغییر یک عامل می تواند اثر عامل دیگر را بیشتر یا کمتر کند. مقدار آب کل مخلوط، حجم خمیر سیمان، نوع و مقدار سیمان، اندازه و سختی سنگدانه، افزودنی ها، شرایط محیط و روش عمل آوری از مهم ترین موارد هستند. خمیر سیمان بیشتر از سنگدانه جمع می شود؛ بنابراین طرح اختلاطی که بدون دلیل خمیر زیادی داشته باشد، معمولا آمادگی بیشتری برای کاهش حجم دارد. سنگدانه های سخت، تمیز و با دانه بندی مناسب می توانند بخشی از حرکت خمیر را محدود کنند.

شرایط عضو نیز مهم است. اعضای نازک یا قطعاتی که سطح زیادی در تماس با هوا دارند، سریع تر رطوبت از دست می دهند. دیوار بلند، دال وسیع یا قطعه متصل به بخش قدیمی سازه ممکن است نتواند آزادانه کوتاه شود و در نتیجه تنش کششی بیشتری در آن ایجاد گردد. مقدار میلگرد معمولا اصل جمع شدگی را حذف نمی کند، اما می تواند باز شدن ترک ها را محدود و آنها را در سطح عضو پخش کند. محل و فاصله درزهای کنترلی نیز مسیر آزاد شدن تغییر شکل را تعیین می کنند.

زمان بتن ریزی و کیفیت اجرا بر نتیجه نهایی اثر مستقیم دارند. بتن ریزی در باد، گرما یا رطوبت پایین بدون محافظت، تبخیر را افزایش می دهد. افزودن آب در کارگاه برای روان کردن بتن نیز مقدار آب آزاد و خطر تغییر حجم بعدی را بیشتر می کند. تراکم ناقص، پرداخت دیرهنگام یا شروع دیر عمل آوری می توانند سطح را ضعیف و مستعد ترک کنند. به همین دلیل، ارزیابی جمع شدگی باید از طرح اختلاط آغاز شود و تا حمل، بتن ریزی، پرداخت، عمل آوری و بهره برداری ادامه پیدا کند.

نسبت آب به سیمان

نسبت آب به سیمان مقدار آب مخلوط را نسبت به جرم سیمان نشان می دهد و بر مقاومت، نفوذپذیری و رفتار حجمی بتن اثر دارد. وقتی برای رسیدن به روانی بیشتر، آب اضافی وارد مخلوط شود، پس از سخت شدن منافذ بیشتری باقی می ماند و مقدار بیشتری رطوبت می تواند از بتن خارج شود. این وضعیت معمولا جمع شدگی خشک شدگی و احتمال ترک را افزایش می دهد. با این حال، فقط پایین آوردن عدد نسبت آب به سیمان بدون توجه به آب کل، حجم خمیر و نوع مواد برای کنترل جمع شدگی کافی نیست.

در بتن های با نسبت آب به مواد سیمانی بسیار پایین، مسئله دیگری به نام خشک شدگی داخلی یا خودخشک شدگی اهمیت پیدا می کند. در این مخلوط ها، آب موجود ممکن است برای ادامه کامل هیدراتاسیون در همه منافذ کافی نباشد و جمع شدگی خودزا افزایش یابد. بنابراین کاهش آب باید همراه با طراحی درست مخلوط، استفاده حساب شده از روان کننده و در صورت نیاز عمل آوری داخلی انجام شود. هدف این نیست که بتن تا حد غیر قابل اجرا خشک شود، بلکه باید با کمترین آب لازم، روانی مورد نیاز برای حمل، تراکم و پرداخت تامین گردد.

اضافه کردن آب در محل پروژه برای آسان شدن پمپاژ یا پرداخت، کنترل نسبت آب به سیمان را از بین می برد. راه درست، سفارش اسلامپ مناسب، استفاده از افزودنی مجاز طبق طرح اختلاط و کنترل زمان حمل است. همچنین سنگدانه با دانه بندی مناسب می تواند نیاز آبی را کم کند. در نهایت، نسبت آب به سیمان باید هم زمان با دوام، مقاومت، روش اجرا و خطر جمع شدگی انتخاب شود.

نوع سیمان

نوع سیمان بر سرعت هیدراتاسیون، مقدار گرمای آزاد شده، زمان گیرش و ساختار خمیر بتن اثر می گذارد؛ به همین دلیل می تواند بر زمان و شدت بعضی تغییرات حجمی تاثیر داشته باشد. سیمان های زودگیر یا سیمان هایی که مقاومت اولیه بالاتری ایجاد می کنند، معمولا واکنش سریع تری دارند و ممکن است در ساعات و روزهای نخست گرمای بیشتری تولید کنند. اگر این گرما در عضو حجیم به درستی کنترل نشود، اختلاف دما و انقباض بعدی می تواند همراه با جمع شدگی، خطر ترک را افزایش دهد.

ریز بودن سیمان نیز مهم است. ذرات ریزتر سطح واکنش بیشتری دارند و می توانند هیدراتاسیون و رشد مقاومت اولیه را سریع تر کنند. با این حال، اثر نوع سیمان بر جمع شدگی را نباید جدا از مقدار سیمان، آب، مواد مکمل و سنگدانه بررسی کرد. افزایش بی دلیل عیار سیمان معمولا حجم خمیر را بالا می برد و ممکن است جمع شدگی خشک شدگی را بیشتر کند، حتی اگر مقاومت بتن افزایش یابد. در مقابل، جایگزینی بخشی از سیمان با مواد مکمل مناسب ممکن است رفتار متفاوتی ایجاد کند و نتیجه به نوع ماده، مقدار مصرف و کیفیت عمل آوری وابسته است.

انتخاب سیمان باید بر اساس شرایط پروژه، مقاومت مورد نیاز، محیط خورنده، ابعاد عضو و برنامه عمل آوری انجام شود. تغییر نوع سیمان در کارگاه بدون بازنگری طرح اختلاط کار درستی نیست. آزمایش مخلوط، بررسی جمع شدگی و کنترل دمای بتن برای پروژه های حساس اهمیت دارد. در اعضای حجیم باید سیمانی با گرمای مناسب و برنامه بتن ریزی مرحله ای در نظر گرفته شود. در مجموع، سیمان مناسب سیمانی است که همراه با آب کنترل شده، سنگدانه کافی و عمل آوری درست، خواص مورد نیاز سازه را تامین کند.

دمای محیط

دمای محیط بر سرعت تبخیر آب، زمان گیرش، نرخ هیدراتاسیون و اختلاف دمای داخل و سطح بتن اثر می گذارد. در هوای گرم، به ویژه همراه با باد و رطوبت پایین، آب سطح بتن تازه سریع تر تبخیر می شود. اگر سرعت تبخیر از بالا آمدن آب ناشی از آب انداختن بیشتر باشد، خطر جمع شدگی پلاستیک و ترک سطحی افزایش پیدا می کند. گرم بودن مصالح و خود بتن نیز زمان قابل استفاده را کاهش می دهد و ممکن است عملیات تراکم و پرداخت را دشوار کند.

در اعضای حجیم، افزایش دمای داخلی ناشی از هیدراتاسیون اهمیت بیشتری دارد. مرکز عضو ممکن است گرم شود، در حالی که سطح آن سریع تر با محیط سرد می شود. وقتی بتن پس از اوج دما شروع به سرد شدن می کند، تمایل به انقباض دارد. اگر این حرکت محدود باشد، ترک حرارتی ایجاد می شود که ممکن است با جمع شدگی خشک شدگی ترکیب گردد. بنابراین هر ترک پس از بتن ریزی گرم را نباید فقط به کمبود آب یا افت بتن نسبت داد.

برای کنترل اثر دما باید زمان بتن ریزی، دمای مصالح، سرعت حمل و روش محافظت برنامه ریزی شوند. در هوای گرم می توان از سایه بان، خنک نگه داشتن مصالح، کاهش زمان حمل، بادشکن و شروع سریع عمل آوری استفاده کرد. در هوای سرد نیز باید از یخ زدگی بتن تازه و افت شدید دما جلوگیری شود. تغییر دمای ناگهانی، باز کردن زودهنگام قالب و قطع سریع پوشش حرارتی می توانند تنش ایجاد کنند. کنترل دما باید همراه با حفظ رطوبت انجام شود، زیرا تنها خنک کردن بتن بدون جلوگیری از تبخیر، خطر جمع شدگی را برطرف نمی کند.

رطوبت محیط

رطوبت محیط نقش مستقیم در سرعت خروج آب از بتن دارد. وقتی رطوبت نسبی هوا پایین باشد، اختلاف رطوبت میان سطح بتن و هوای اطراف بیشتر می شود و آب با سرعت بالاتری تبخیر می گردد. این شرایط در ساعات نخست، خطر جمع شدگی پلاستیک را افزایش می دهد و در روزها و ماه های بعد نیز می تواند جمع شدگی خشک شدگی را بیشتر کند. اثر رطوبت پایین زمانی شدیدتر می شود که باد، دمای بالا و تابش مستقیم خورشید هم زمان وجود داشته باشند. به همین دلیل، فقط توجه به دمای هوا برای ارزیابی خطر ترک کافی نیست.

در محیط های بسیار مرطوب، روند خشک شدن کندتر می شود و مقدار جمع شدگی ناشی از خروج رطوبت کاهش پیدا می کند. با این حال، بتن ممکن است پس از انتقال به محیط خشک تر دوباره شروع به جمع شدن کند. این موضوع در قطعات پیش ساخته، انبارها و ساختمان هایی که شرایط بهره برداری آنها با محل عمل آوری تفاوت دارد اهمیت دارد. تغییر مکرر رطوبت نیز می تواند باعث دوره های متوالی جمع شدن و تورم شود.

برای کنترل اثر رطوبت باید سطح بتن پس از پرداخت به سرعت محافظت شود. استفاده از پوشش مرطوب، ورق پلاستیکی، مواد عمل آورنده و بادشکن می تواند تبخیر را کاهش دهد. انتخاب روش باید با نوع عضو، شرایط هوا و مشخصات پروژه هماهنگ باشد. عمل آوری باید پیوسته باشد و قطع و وصل شدن آن می تواند باعث خشک شدن موضعی سطح و ایجاد ترک شود.

ابعاد و ضخامت عضو بتنی

ابعاد و ضخامت عضو بتنی بر سرعت خشک شدن و نحوه توزیع جمع شدگی اثر دارند. اعضای نازک مانند دال های کف، پیاده روها، نماهای بتنی و قطعات پیش ساخته سطح زیادی نسبت به حجم خود دارند. به همین دلیل، آب از آنها سریع تر خارج می شود و تغییر حجم در زمان کوتاه تری اتفاق می افتد. در مقابل، اعضای ضخیم مانند فونداسیون های حجیم و دیوارهای قطور دیرتر خشک می شوند، اما ممکن است اختلاف رطوبت و دما میان سطح و مرکز آنها زیاد شود.

در عضو ضخیم، سطح زودتر سرد و خشک می شود، در حالی که بخش داخلی هنوز گرم تر و مرطوب تر است. این تفاوت می تواند باعث تنش داخلی، ترک سطحی یا تابیدگی شود. طول عضو نیز اهمیت دارد. هرچه دال یا دیوار بدون درز طولانی تر باشد، مقدار کل کوتاه شدن افزایش می یابد و در صورت مهار شدن، تنش بیشتری ایجاد می شود. اتصال سخت عضو به فونداسیون، ستون یا بخش قدیمی بتن نیز حرکت آزاد را محدود می کند.

برای کاهش خطر باید محل درزهای کنترلی، ترتیب بتن ریزی و ابعاد قطعات از مرحله طراحی مشخص شوند. در دال ها، نسبت طول به عرض و فاصله درزها باید منطقی باشد تا ترک در محل قابل پیش بینی ایجاد شود. در اعضای حجیم نیز برنامه کنترل دما، استفاده از لایه های بتن ریزی مناسب و جلوگیری از سرد شدن ناگهانی اهمیت دارد. افزایش ضخامت به تنهایی مشکل جمع شدگی را حل نمی کند و ممکن است نوع دیگری از تنش را به وجود آورد.

کیفیت عمل آوری بتن

کیفیت عمل آوری بتن یکی از مهم ترین عوامل کنترل ترک و جمع شدگی است. عمل آوری یعنی حفظ رطوبت و دمای مناسب بتن در مدتی که واکنش های سیمان ادامه دارند. اگر سطح بتن بلافاصله پس از پرداخت بدون محافظت باقی بماند، آب آن سریع تبخیر می شود و خطر جمع شدگی پلاستیک افزایش می یابد. در سنین بعد نیز عمل آوری ناکافی باعث می شود خمیر سیمان ساختار ضعیف تر و منافذ بیشتری داشته باشد و آب آسان تر از آن خارج شود.

عمل آوری خوب به معنی خیس کردن کوتاه مدت سطح نیست. روش انتخاب شده باید پیوسته باشد و اجازه ندهد سطح بتن بین دو نوبت آب دهی خشک شود. استفاده از گونی مرطوب، ورق پلاستیکی، آب پاشی کنترل شده، حوضچه آب یا مواد عمل آورنده از روش های رایج است. انتخاب روش به نوع عضو، شرایط آب و هوا، دسترسی به آب و مشخصات فنی پروژه بستگی دارد. در هوای گرم و بادخیز، فاصله کوتاه میان پایان پرداخت و شروع عمل آوری اهمیت زیادی دارد.

عمل آوری مناسب جمع شدگی را به طور کامل حذف نمی کند، اما مقاومت کششی اولیه، تراکم خمیر و دوام بتن را بهتر می سازد. در نتیجه، بتن توان بیشتری برای تحمل تنش های ناشی از محدودیت حرکت پیدا می کند. باز کردن زودهنگام قالب، قطع سریع پوشش یا خشک و خیس شدن متوالی سطح می تواند اثر مثبت عمل آوری را کاهش دهد.

اثرات جمع شدگی بتن

اثرات جمع شدگی بتن فقط به ظاهر شدن چند ترک سطحی محدود نمی شود. وقتی بتن تمایل به کوتاه شدن دارد اما به وسیله میلگرد، بستر، ستون، دیوار یا عضو مجاور مهار می شود، در آن تنش کششی به وجود می آید. اگر این تنش از مقاومت کششی بتن بیشتر شود، ترک ایجاد می گردد. عرض، عمق و محل ترک به مقدار جمع شدگی، سن بتن، درجه مهار و نحوه توزیع میلگرد بستگی دارد. برخی ترک ها بسیار باریک هستند و تنها از نظر ظاهری دیده می شوند، اما بعضی دیگر مسیر نفوذ آب، یون کلرید، دی اکسید کربن و مواد خورنده را باز می کنند.

اثر جمع شدگی در دال، دیوار، مخزن، پارکینگ، پل و قطعات پیش ساخته یکسان نیست. در مخازن و سازه های نگهدارنده آب، حتی ترک باریک می تواند آب بندی را مختل کند. در پارکینگ و پل، نفوذ نمک و رطوبت از مسیر ترک می تواند خوردگی میلگرد را سرعت دهد. در کف های صنعتی، ترک و باز شدن درزها ممکن است عبور تجهیزات را دشوار کند و لبه های بتن را تخریب نماید. همچنین جمع شدگی نامساوی می تواند باعث تابیدگی دال و جدا شدن گوشه ها از بستر شود.

وجود ترک همیشه به معنی ضعف فوری سازه نیست، اما نادیده گرفتن آن می تواند هزینه نگهداری را افزایش دهد. برای ارزیابی باید عرض، عمق، فعال یا غیر فعال بودن ترک و شرایط محیط بررسی شوند. اثر اصلی جمع شدگی را می توان در چهار گروه ایجاد ترک، کاهش دوام، افزایش نفوذپذیری و کم شدن عمر مفید سازه بررسی کرد.

ایجاد ترک در بتن

ایجاد ترک در بتن رایج ترین پیامد قابل مشاهده جمع شدگی است. بتن در فشار مقاومت خوبی دارد، اما مقاومت کششی آن محدود است. وقتی عضو به دلیل کاهش رطوبت یا تغییرات داخلی تمایل به کوتاه شدن دارد و این حرکت مهار می شود، تنش کششی در آن شکل می گیرد. اگر مقاومت بتن برای تحمل این تنش کافی نباشد، ترک ایجاد می شود. ترک های جمع شدگی ممکن است سطحی، عمیق، منظم یا پراکنده باشند و شکل آنها به زمان وقوع و شرایط عضو بستگی دارد.

در بتن تازه، ترک های جمع شدگی پلاستیک معمولا در ساعات نخست ظاهر می شوند و بیشتر روی دال ها و سطوح وسیع دیده می شوند. در بتن سخت شده، نبود درز کنترلی یا فاصله زیاد میان درزها می تواند باعث ایجاد ترک های عمودی در دیوار و ترک های نامنظم در کف شود. میلگرد مناسب معمولا از اصل تغییر حجم جلوگیری نمی کند، اما عرض ترک را محدود و تعداد ترک های باریک را بیشتر می کند.

هر ترک باید از نظر علت واقعی بررسی شود، زیرا ترک حرارتی، نشست بستر، بارگذاری و خوردگی ممکن است ظاهری شبیه ترک جمع شدگی داشته باشند. ترمیم بدون تشخیص علت می تواند موقت باشد. ترک های فعال ابتدا باید پایش شوند و سپس بر اساس عرض، عمق و شرایط بهره برداری، روش مناسب مانند درزگیری، تزریق یا ترمیم سطحی انتخاب شود. پیشگیری با طرح اختلاط مناسب، عمل آوری صحیح و اجرای درست درزها معمولا کم هزینه تر از ترمیم بعدی است.

کاهش دوام سازه

کاهش دوام سازه زمانی رخ می دهد که ترک های ناشی از جمع شدگی راه ورود عوامل مخرب را باز کنند. بتن سالم و متراکم تا حدی از میلگرد در برابر رطوبت، اکسیژن، کلرید و دی اکسید کربن محافظت می کند. اما ترک می تواند مسیر کوتاه تری برای نفوذ این مواد ایجاد کند. در محیط های ساحلی، پارکینگ ها، پل ها و سازه هایی که با نمک یا آب آلوده در تماس هستند، این مسئله اهمیت بیشتری دارد.

ورود کلرید به اطراف میلگرد می تواند لایه محافظ فولاد را تخریب و خوردگی را آغاز کند. محصولات خوردگی حجم بیشتری از فولاد اولیه دارند و به بتن فشار وارد می کنند. در نتیجه، ترک ها بازتر می شوند و پوسته شدن پوشش بتن رخ می دهد. نفوذ دی اکسید کربن نیز می تواند قلیاییت بتن را کاهش دهد و شرایط خوردگی را فراهم کند. در مناطق سرد، آب نفوذ کرده به ترک ممکن است در چرخه یخ زدن و ذوب شدن به تخریب تدریجی سطح کمک کند.

جمع شدگی به تنهایی همیشه دوام را به شدت کاهش نمی دهد، اما وقتی با نفوذپذیری بالا، پوشش کم میلگرد، عمل آوری ضعیف یا محیط خورنده همراه شود، اثر آن جدی تر می گردد. کنترل عرض ترک، کاهش نفوذپذیری و ترمیم به موقع بخش های آسیب دیده برای حفظ دوام ضروری است.

افزایش نفوذپذیری بتن

ترک های ناشی از جمع شدگی می توانند نفوذپذیری بتن را افزایش دهند. بتن متراکم در حالت عادی مانعی در برابر ورود آب، نمک، گازها و مواد خورنده ایجاد می کند، اما ترک ها این مسیر را کوتاه تر می کنند. هرچه عرض و عمق ترک بیشتر باشد، احتمال نفوذ عوامل آسیب زا نیز بالاتر می رود. در سازه های ساحلی، پارکینگ ها، مخازن آب و پل ها، این مسئله اهمیت بیشتری دارد.

نفوذ آب و یون کلرید می تواند خوردگی میلگرد را شروع کند. همچنین ورود دی اکسید کربن باعث کاهش قلیاییت بتن و ضعیف شدن لایه محافظ فولاد می شود. در مناطق سرد، آب وارد شده به ترک ممکن است یخ بزند و با افزایش حجم، ترک را بزرگ تر کند. بنابراین افزایش نفوذپذیری فقط یک مشکل سطحی نیست و می تواند زمینه آسیب های بعدی را فراهم کند.

برای کاهش این اثر باید عرض ترک کنترل شود، نسبت آب به سیمان مناسب باشد و عمل آوری به شکل درست انجام گیرد. ترمیم ترک های باز و استفاده از پوشش محافظ در محیط های خورنده نیز می تواند ورود مواد زیان آور را محدود کند.

کاهش عمر مفید سازه

کاهش عمر مفید سازه زمانی اتفاق می افتد که ترک های جمع شدگی بدون بررسی و ترمیم باقی بمانند. این ترک ها ممکن است در ابتدا کوچک باشند، اما با نفوذ آب، خوردگی میلگرد، تغییرات دما و بارگذاری سازه بزرگ تر شوند. در چنین شرایطی، بتن به تدریج بخشی از مقاومت و یکپارچگی خود را از دست می دهد و هزینه تعمیرات افزایش پیدا می کند.

در سازه هایی مانند پل، مخزن، پارکینگ، کف صنعتی و ساختمان های ساحلی، ترک ها می توانند سرعت فرسایش را بیشتر کنند. اگر میلگرد دچار خوردگی شود، پوشش بتن پوسته می شود و سطح مقطع فولاد کاهش پیدا می کند. این روند ممکن است عملکرد سازه را در طول زمان ضعیف کند. همچنین نفوذ آب از ترک ها می تواند باعث نم زدگی، نشتی و آسیب به بخش های داخلی ساختمان شود.

کنترل عمر مفید فقط به مقاومت فشاری بتن وابسته نیست. دوام بتن، کیفیت اجرا، عرض ترک، شرایط محیطی و برنامه نگهداری نیز اهمیت دارند. پیشگیری از جمع شدگی، اجرای درزهای مناسب و ترمیم زودهنگام ترک ها معمولا هزینه کمتری نسبت به تعمیرات گسترده در سال های بعد دارند.

روش های جلوگیری از جمع شدگی بتن

روش های جلوگیری از جمع شدگی بتن باید از مرحله طراحی مخلوط آغاز شوند و تا پایان عمل آوری ادامه پیدا کنند. یک راهکار به تنهایی نمی تواند تمام انواع جمع شدگی را کنترل کند. برای نمونه، کاهش آب مخلوط می تواند جمع شدگی خشک شدگی را کم کند، اما اگر بتن در هوای گرم بدون پوشش باقی بماند، همچنان امکان ترک پلاستیک وجود دارد. به همین دلیل، مصالح، شرایط محیط، شکل عضو و روش اجرا باید به صورت هم زمان بررسی شوند.

طرح اختلاط باید با کمترین آب لازم و مقدار مناسب خمیر سیمان تهیه شود. استفاده از سنگدانه با دانه بندی مناسب، افزودنی های کاهنده آب و مواد کاهنده جمع شدگی می تواند تغییر حجم را محدود کند. در بتن تازه نیز باید از تبخیر سریع جلوگیری شود. بادشکن، سایه بان، مه پاشی کنترل شده و شروع سریع عمل آوری از مهم ترین اقدامات هستند.

در اعضای وسیع و بلند، اجرای درزهای کنترلی ضروری است تا ترک در محل مشخص تشکیل شود. میلگرد حرارتی و جمع شدگی و الیاف بتن نیز می توانند عرض ترک را کمتر و آن را در سطح عضو پخش کنند. کنترل دمای بتن در هوای گرم و اعضای حجیم اهمیت زیادی دارد، زیرا اختلاف دما می تواند همراه با جمع شدگی تنش بیشتری ایجاد کند.

در نهایت، موفقیت این روش ها به اجرای دقیق وابسته است. افزودن آب در کارگاه، قطع زودهنگام عمل آوری، اجرای نامناسب درز و استفاده اشتباه از افزودنی می توانند تمام پیش بینی های طراحی را بی اثر کنند.

کاهش نسبت آب به سیمان

کاهش نسبت آب به سیمان یکی از راه های اصلی محدود کردن جمع شدگی خشک شدگی است. وقتی آب اضافی در مخلوط وجود داشته باشد، پس از تبخیر منافذ بیشتری در بتن باقی می ماند و کاهش حجم بیشتر می شود. بنابراین بتن باید با کمترین مقدار آب لازم برای رسیدن به روانی و قابلیت اجرای مناسب ساخته شود.

کم کردن آب نباید باعث شود بتن سفت و غیر قابل تراکم شود. اگر بتن به خوبی متراکم نشود، حفره و کرموشدگی ایجاد می شود و دوام کاهش پیدا می کند. برای حفظ روانی می توان از روان کننده یا فوق روان کننده مطابق طرح اختلاط استفاده کرد. همچنین انتخاب سنگدانه با دانه بندی مناسب می تواند نیاز آبی مخلوط را کاهش دهد.

اضافه کردن آب در محل پروژه برای افزایش اسلامپ کار درستی نیست، زیرا نسبت طراحی شده را تغییر می دهد و خطر جمع شدگی و نفوذپذیری را بالا می برد. مقدار آب باید از زمان تولید تا پایان بتن ریزی کنترل شود. در بتن های با نسبت آب بسیار پایین نیز باید احتمال جمع شدگی خودزا بررسی و در صورت نیاز از روش های عمل آوری داخلی استفاده شود.

استفاده از افزودنی های کاهنده جمع شدگی

افزودنی های کاهنده جمع شدگی موادی هستند که برای کم کردن تنش های داخلی ناشی از خروج رطوبت به بتن اضافه می شوند. این مواد با کاهش نیروهای موئین در منافذ خمیر سیمان، مقدار جمع شدگی خشک شدگی را محدود می کنند. استفاده از آنها بیشتر در دال های وسیع، کف های صنعتی، مخازن و قطعاتی که کنترل ترک در آنها اهمیت دارد دیده می شود.

مقدار مصرف باید بر اساس توصیه سازنده و آزمایش طرح اختلاط تعیین شود. مصرف بیش از اندازه ممکن است زمان گیرش، مقاومت اولیه یا رفتار بتن تازه را تغییر دهد. همچنین این افزودنی ها جایگزین عمل آوری، درز کنترلی و کنترل آب مخلوط نیستند. اگر بتن در هوای گرم بدون محافظت رها شود، حتی با وجود افزودنی نیز احتمال ترک وجود دارد.

پیش از استفاده باید سازگاری افزودنی با سیمان، روان کننده و سایر مواد بررسی شود. بهتر است نمونه آزمایشی ساخته و تاثیر آن بر مقاومت، اسلامپ، زمان گیرش و جمع شدگی اندازه گیری شود. در پروژه های حساس، تصمیم نهایی باید بر اساس نتایج آزمایشگاهی و شرایط واقعی اجرا گرفته شود.

عمل آوری صحیح بتن

عمل آوری صحیح بتن باعث می شود رطوبت لازم برای ادامه هیدراتاسیون سیمان حفظ شود و سطح بتن به سرعت خشک نشود. این کار خطر ترک جمع شدگی پلاستیک را کم می کند و ساختار خمیر سیمان را متراکم تر می سازد. عمل آوری باید بلافاصله پس از پایان پرداخت و زمانی که سطح آسیب نمی بیند آغاز شود.

روش های رایج شامل آب پاشی کنترل شده، گونی مرطوب، ورق پلاستیکی، حوضچه آب و مواد عمل آورنده هستند. روش انتخابی باید متناسب با نوع عضو، دمای هوا، سرعت باد و امکانات پروژه باشد. مهم ترین نکته پیوستگی عمل آوری است. خشک شدن سطح میان دو نوبت آب دهی می تواند باعث تغییرات رطوبتی و ترک شود.

مدت عمل آوری به نوع سیمان، شرایط محیط و مشخصات پروژه بستگی دارد. در هوای گرم یا خشک، محافظت بیشتری لازم است. باز کردن زودهنگام قالب یا قطع سریع پوشش نیز می تواند سطح بتن را در معرض تبخیر قرار دهد. عمل آوری مناسب جمع شدگی را به طور کامل حذف نمی کند، اما مقاومت کششی، دوام و توان بتن برای تحمل تنش های ناشی از تغییر حجم را افزایش می دهد.

استفاده از الیاف بتن

استفاده از الیاف بتن می تواند ترک های ناشی از جمع شدگی را کنترل کند و عرض آنها را کاهش دهد. الیاف در حجم بتن پخش می شوند و هنگام ایجاد تنش کششی، از باز شدن سریع ترک ها جلوگیری می کنند. الیاف پلی پروپیلن بیشتر برای کاهش ترک های جمع شدگی پلاستیک به کار می روند، در حالی که الیاف فولادی، شیشه ای یا مصنوعی سازه ای می توانند در کنترل ترک های بتن سخت شده نیز موثر باشند.

نوع، طول، شکل و مقدار الیاف باید با کاربرد عضو هماهنگ باشد. مصرف زیاد الیاف ممکن است روانی بتن را کاهش دهد و عملیات پمپاژ، تراکم یا پرداخت را دشوار کند. به همین دلیل، مقدار مصرف باید بر اساس طرح اختلاط و توصیه فنی تعیین شود. پخش یکنواخت الیاف نیز اهمیت زیادی دارد؛ تجمع آنها در یک بخش باعث گلوله شدن و کاهش کیفیت بتن می شود. الیاف جایگزین میلگرد سازه ای، درز کنترلی یا عمل آوری مناسب نیستند. این مواد بیشتر ترک ها را ریزتر و پراکنده تر می کنند و از باز شدن آنها جلوگیری می نمایند. بهترین نتیجه زمانی به دست می آید که الیاف همراه با کنترل آب، عمل آوری صحیح و اجرای دقیق بتن استفاده شوند.

 کنترل دمای بتن

کنترل دمای بتن برای کاهش ترک های ناشی از جمع شدگی و تغییرات حرارتی اهمیت دارد. در هوای گرم، افزایش دمای بتن باعث سریع تر شدن گیرش و تبخیر آب سطحی می شود. این شرایط زمان اجرای بتن را کوتاه می کند و احتمال جمع شدگی پلاستیک را بالا می برد. در اعضای حجیم نیز گرمای حاصل از واکنش سیمان می تواند دمای بخش داخلی را افزایش دهد.

برای کاهش دمای بتن می توان مصالح را در سایه نگهداری کرد، زمان بتن ریزی را به ساعات خنک تر انتقال داد و مدت حمل را کاهش داد. استفاده از آب خنک یا روش های تایید شده دیگر نیز باید زیر نظر مسئول فنی انجام شود. پس از بتن ریزی، سایه بان، بادشکن و پوشش مناسب از گرم شدن و خشک شدن سریع سطح جلوگیری می کنند.

در هوای سرد نیز افت ناگهانی دما می تواند باعث انقباض و ترک شود. بتن تازه باید در برابر یخ زدگی محافظت گردد و قالب یا پوشش حرارتی نباید به صورت ناگهانی برداشته شود. هدف کنترل دما، جلوگیری از اختلاف شدید میان سطح و مرکز بتن است. کنترل حرارت باید هم زمان با حفظ رطوبت انجام شود تا جمع شدگی و ترک به حداقل برسند.

اجرای درزهای کنترلی

اجرای درزهای کنترلی یکی از موثرترین روش ها برای تعیین محل ترک های ناشی از جمع شدگی است. بتن هنگام خشک شدن تمایل به کوتاه شدن دارد و اگر مسیر مناسبی برای این حرکت نداشته باشد، در نقاط ضعیف به صورت نامنظم ترک می خورد. درز کنترلی یک خط ضعیف برنامه ریزی شده ایجاد می کند تا ترک در همان محل تشکیل شود و ظاهر و عملکرد عضو بهتر کنترل گردد.

فاصله، عمق و زمان اجرای درز باید بر اساس ابعاد دال، ضخامت بتن، مقدار میلگرد، نوع بستر و شرایط محیط تعیین شود. درزهای بسیار دور از هم نمی توانند تغییر حجم را به خوبی کنترل کنند. برش درز نیز نباید آن قدر دیر انجام شود که ترک تصادفی پیش از آن ایجاد گردد. از طرف دیگر، برش خیلی زود ممکن است لبه های بتن را خراب کند.

در دال ها بهتر است شکل پنل ها تا حد امکان منظم باشد و نسبت طول به عرض بیش از حد بزرگ نشود. گوشه های داخلی، اطراف ستون ها و تغییرات ناگهانی مقطع نیز نقاط حساس هستند. پس از ایجاد درز، در صورت نیاز باید با ماده مناسب آب بندی شود. درز کنترلی جمع شدگی را متوقف نمی کند، اما محل آزاد شدن تنش را مشخص و ترک های نامنظم را محدود می کند.

جمع شدگی بتن پدیده ای طبیعی است که به دلیل خروج رطوبت، واکنش های داخلی سیمان و شرایط محیطی رخ می دهد. این تغییر حجم زمانی مشکل ساز می شود که حرکت بتن محدود باشد و تنش کششی باعث ایجاد ترک شود. جمع شدگی پلاستیک، خشک شدگی و کربناسیون از انواع مهم آن هستند و هر کدام در زمان و شرایط متفاوتی ایجاد می شوند. نسبت آب به سیمان، نوع سیمان، دما، رطوبت، ضخامت عضو و کیفیت عمل آوری بر شدت جمع شدگی در بتن اثر دارند.

برای کاهش این مشکل باید آب مخلوط کنترل شود، عمل آوری بلافاصله و به صورت پیوسته انجام گیرد و بتن در برابر گرما، باد و تبخیر سریع محافظت شود. استفاده از افزودنی های کاهنده جمع شدگی، الیاف، میلگرد مناسب و درزهای کنترلی نیز می تواند عرض و محل ترک ها را کنترل کند.

سوالات متداول