علل و کنترل ترک در بتن

علل و کنترل ترک در بتن

ترک خوردگی به دو دسته ترک خوردگی در بتن تازه و بتن سخت شده تقسیم بندی می شود.

• ترک خوردگی در بتن تازه
• ترک های انقباض پلاستیک

در زمانی که تبخیر سطحی سریع تر از آب انداختگی بتن باشد، سطح بتن دچار انقباض می شود. در این حالت به علت اختلاف تنش ناشی از تغییر نرخ خشک شدگی لایه های زیرین و بالایی، بتن دچار قید انقباضی می شود و در نتیجه در محل های ضعیف و در حال سخت شدن دچار ترک خوردگی می شود. این عمل منجر به ترک های کم عمق متغیری می شود که ممکن است الگوی تصادفی چند ضلعی یا در اصل موازی با یکدیگر باشند (شکل 1). این ترک ها عموما با عمق mm 3 ممکن است در سطح بتن گسترش یابند.

ترک های انقباض پلاستیک

طول این ترک بتن کف یا ترک بتن سقف ممکن است از چند سانتیمتر تا چندین متر باشد و فاصله ی آنها از یکدیگر از چند میلیمتر تا m 3 از هم می باشند. ترک های پلاستیکی انقباض به عنوان ضخامت های کم عمق شروع می شوند. اما می توانند بعداً در طول عمر بتن به ترک های کامل در کل ضخامت بتن تبدیل شوند. ترک خوردگی پلاستیک انقباضی معمولاً با از دست دادن سریع رطوبت ناشی از ترکیب چند عوامل همراه است. این عوامل شامل درجه حرارت زیاد هوا و بتن ، رطوبت نسبی کم و سرعت باد زیاد در سطح بتن می باشند. بتن با پتانسیل کمتر آب انداختگی ، از جمله آنهایی که حاوی مواد افزودنی معدنی (به خصوص سیلیکافوم) هستند. تمایل بیشتری به ترک های انقباضی پلاستیکی نسبت به بتن با تمایل بیشتر به آب انداختگی دارند. به علت اینکه ترک های انقباضی موجب تغییرات حجمی در بتن تازه می شود. می توان با محاسبه ی تغییرات حجمی سطح با دیگر قسمت های بتن، می توان ترک های بتن کف را کنترل کرد. می توان برای جلوگیری از دست دادن رطوبت در هوای گرم و وزش باد شدید مطابق با استانداردهای زیر عمل نمود. (ACI 224R ، 302.1R و 305R)

• ترکهای بتن کف از نوع نشست پلاستیک

بتن پس از جایدهی ، ویبره و پرداخت نهایی ، تمایل به ادامه تراکم دارد. در این دوره عواملی همچون آرماتورهای تقویتی، قالب و بتن های قدیمی ممکن است در تراکم بتن ایجاد خلل کنند. این خلال موجب ایجاد ترک و حفره در اطراف مهار های جانبی می شود. شکل (2). در اطراف های آرماتورهای تقویتی با افزایش سایز آرماتور، کاهش کاور و افزایش اسلامپ مقدار این ترک ها افزایش می یابد. شکل (3).

درجه ترک خوردگی ناشی از نشست ممکن است در اثر استفاده از ویبره ناکافی و استفاده از قالب های انعطاف پذیر و غیر آببند افزایش یابد. استفاده و افزایش مقدار الیاف ممکن است باعث کاهش این دسته از نشست ها شود. در ادامه با استفاده از راهکارهای ذیل می توان باعث کاهش ترک های نشست پلاستیک شد:

• طراحی قالب بر اساس ACI 347؛
• ویبره بتن (ویبره مجدد) (ACI 309R)؛
• تهیه فاصله زمانی بین قرار دادن بتن در ستونها یا تیرهای عمیق و قرار دادن بتن در اسلب و تیرها (ACI 309.2R)
• بتن با روانی پایین
• افزایش کاور بتن
• افزودن الیاف

ترک بتن کف سخت شده

انقباض خشک شدگی

یکی از دلایل عمده ترک خوردگی در بتن مقید شدن بتن و در ادامه ترک های ناشی از خشک شدگی است. انقباض ناشی از خشک شدن در اثر از دست دادن رطوبت از ترکیبات خمیر سیمان ایجاد می شود. که می تواند تا 1 درصد کاهش حجم داشته باشد. خوشبختانه سنگدانه ها با ایجاد یک محدودیت داخلی میزان تغییرات حجمی را تا حدود 0.06٪ کاهش می دهد. از طرف دیگر ، بتن هنگام خیس شدن تمایل به افزایش حجم می یابد. (افزایش حجم می تواند به همان ترتیب بزرگی باشد که به دلیل انقباض مشاهده می شود). این تغییرات حجم ناشی از رطوبت از ویژگی های بتن است. اگر انقباض بتن می تواند بدون قید انجام شود ، بتن ترک نمی خورد. این ترکیبی از انقباض و قیود موجود (که توسط زیرسازی یا رطوبت داخلی خود بتن) است که باعث ایجاد تنش های کششی می شود. زمانی که تنش وارده از مقاومت کششی مصالح بیشتر می شود، بتن دچار ترک می شود. ترک بتن کف ممکن است در تنش های بسیار پایین تر از تنش مورد نیاز برای ایجاد ترک ایجاد شوند. (ACI 446.1R).

در المان های دارای بتن ریزی حجیم، تنش کششی در اثر اختلاف انقباض بین سطح و داخل بتن ایجاد می شود. انقباض بالاتر در سطح باعث ایجاد ترک هایی می شود که با گذشت زمان ممکن است به عمق بیشتری در بتن نفوذ کنند.

بزرگی تنش های کششی ناشی چندین عامل است. نظیر تغییر حجم، تحت تأثیر ترکیبی از عوامل از جمله نرخ و میزان انقباض، میزان قیود، مدول الاستیسیته و میزان خزش . میزان انقباض خشک شدن عمدتا از نظر مقدار و نوع سنگدانه و محتوای خمیر سیمان (نسبت آب به سیمان) مخلوط تحت تأثیر قرار می گیرد. با افزایش مقدار مصالح، انقباض کاهش می یابد. هرچه سختی سنگدانه بیشتر باشد ، در کاهش انقباض بتن موثرتر است. یعنی کوچک شدن بتن حاوی ماسه ممکن است بیش از دو برابر بتن با گرانیت ، بازالت یا سنگ آهک با کیفیت بالا باشد. هر چه نسبت آب به سیمان بیشتر باشد، میزان انقباض خشک شدن بیشتر می شود.

فلسی شدن سطح (الگوی تمساح) بر روی دیوارها و صفحات نمونه ای از انقباض ناشی از خشک شدن در مقیاس کوچک است. پوسته پوسته شدن معمولاً هنگامی رخ می دهد که لایه سطحی بتن نسبت به بتن داخلی دارای آب بیشتری باشد. نتیجه ، مجموعه ای از ترک های کم عمق، ریز و با فاصله نزدیک به هم تشکیل می شود.

یکی از شیوه های کاهش ترک بتن کف از نوع انقباضی، کاهش نسبت آب به سیمان است. ترک خوردگی انقباض را می توان با استفاده از اتصالات انقباضی و جزئیات مناسب از آرماتور کنترل کرد. ترک های ناشی از خشک شدگی انقباضی را می توان با استفاده از چندین مورد کاهش داد. نظیر سیمان های ضد انقباض یا افزودنی ضد انقباض و ترک خوردگی بتن. کاهش یا از بین بردن قیود زیرسطحی نیز در کاهش ترک خوردگی دال های مؤثر بر روی زمین موثر است. در مواردی که کنترل ترک بتن کف و سقف اهمیت ویژه ای دارد. حداقل الزامات مطرح شده در ACI 318 ممکن است کافی نباشد. این نکات با جزئیات بیشتر در ACI 224R مورد بحث قرار گرفته استکه در آن شیوه های اجرایی اضافی برای کمک به کنترل ترک خوردگی ناشی از انقباض خشک شدگی اتفاق می افتد. در ACI 224.3R توصیف کاربرد و عملکرد اتصالات در ساخت بتن است ، بحث شده است.

انقباض ذاتی “مورد خاصی از خشک شدن انقباض است”. که ناشی از خود خشک شدن (خشک شدن داخلی) در بتن ها با نسبت آب به سیمان (w / cm) کمتر از 0.42 است ، اما اغلب در w / cm کمتر از 0.30 مشاهده می شود. بنابراین ، این یک مشکل است که اغلب در بتن های با مقاومت بالا همراه است. انقباض ذاتی بدون از بین رفتن رطوبت از درون بتن رخ می دهد. انقباض ذاتی زمانی رخ می دهد که رطوبت نسبی حفره های داخلی به 75 تا 80 درصد کاهش می یابد. و منجر به انقباض حجمی می شود. انقباض ذاتی با افزایش دما ، مقدار و نرمی سیمان افزایش می یابد.

تنش های حرارتی

اختلاف دما در یک سازه بتنی ممکن است ناشی از بخشی از سازه باشد که گرمای هیدراتاسیون را با سرعت های مختلف از دست می دهد. و یا در اثر شرایط آب و هوایی که باعث سرد شدن یا گرم شدن بخشی از سازه به درجه ای متفاوت یا با سرعت متفاوت از بخش دیگری از سازه می شود. این اختلاف دما منجر به تغییرات نرخ حجمی می شود. هنگامی که تنش کششی به دلیل تغییرات حجمی از مقاومت کششی فراتر رود، بتن ترک می خورد. تغییرات دما و تغییرات حجمی به دلیل اتلاف گرمای هیدراتاسیون سیمان معمولاً در بتن حجیم همراه است. (که می تواند شامل ستون های بزرگ ، اسکله ها ، تیرها و پیست ها و همچنین سدها باشد). در حالی که تفاوت های دما به دلیل تغییر در دمای محیط می تواند هر سازه را تحت تأثیر قرار دهد.

ترک خوردگی در بتن حجیم می تواند ناشی از درجه حرارت بیشتر در فضای داخلی نسبت به قسمت سطحی باشد. گرادیان دما ممکن است به دلیل آزاد شدن گرما در حین هیدراتاسیون سیمان یا خنک کننده سریع خارجی نسبت به فضای داخلی توسط مرکز گرمایش بتن بیش از بیرون ایجاد شود. هر دو مورد منجر به ایجاد تنش کششی در قسمت بیرونی می شوند. و در صورت تجاوز از تنش کششی بتن، ترک خوردگی ایجاد می شود. تنش های کششی متناسب با تغییرات دما ، ضریب انبساط حرارتی ، مدول الاستیسیته و میزان قید می باشد. هرچه بتن ریزی حجیم تر باشد ، پتانسیل افت و محدودیت دما بیشتر می شود.

روش های کمک به کاهش ترک خوردگی ناشی از گرما شامل چندین مورد است. نظیر کاهش حداکثر دمای داخلی، تأخیر در شروع خنک کننده، کنترل میزان خنک شدن بتن و افزایش مقاومت کششی بتن می باشد. این و سایر روشهای مورد استفاده برای کاهش ترک در بتن ریزی حجیم در آیین نامه های زیر آمده است. ACI 207.1R ، 207.2R 207.4R و 224R هنگامی که بخشی از یک ساختار در معرض تغییر حجم ناشی از دما قرار دارد. پتانسیل ترک خوردگی ناشی از تغییرات حرارتی وجود دارد. طراحان باید توجه ویژه به سازه هایی کنند که در آن برخی از قسمت ها در معرض تغییر دما هستند. در حالی که سایر قسمت های سازه یا جزئی یا کاملاً محافظت می شوند. افت دما ممکن است منجر به ترک خوردگی در المان شود. در حالی که افزایش دما ممکن است باعث ترک خوردن در قسمت محافظت شده سازه شود. نرخ تغییرات دما باعث دوران و چرخش در اعضای سازه می شود. که در صورت مقید کردن المان ها، تنش های شدیدی در آنها ایجاد می شود.

واکنش شیمیایی

واکنشهای شیمیایی مضر ممکن است باعث ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان ها شود. این واکنش ها ممکن است ناشی از موادی باشد که بتن یا موادی که پس از سخت شدن با بتن در تماس هستند. برخی از مفاهیم کلی برای کاهش واکنش های شیمیایی نامطلوب در اینجا ارائه شده است. اما برای اطمینان بیشتر قبل از انجام و اجرای ترمیم بایستی این مواد در آزمایشگاه و محل انجام پروژه تست شوند. بتن ممکن است به دلیل واکنش های گسترده بین سنگدانه های حاوی سیلیس فعال و قلیایی های حاصل از هیدراتاسیون سیمان ، مواد افزودنی یا منابع خارجی (مانند تصفیه آب ، آب زیرزمینی ، مواد شیمیایی در حال دفع ، و محلول های قلیایی ذخیره شده یا مورد استفاده در آن) با گذشت زمان دچار ترک شود.

هنگامی که قلیایی های موجود در سیمان با سنگدانه حساس واکنش نشان می دهند. یک لبه ژل حاصل از واکنش قلیایی-سیلیس در اطراف سنگدانه تشکیل می شود. اگر این ژل در معرض رطوبت باشد. منبسط می شود و باعث افزایش حجم توده بتن می شود که منجر به ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان ها می شود. و در نهایت ممکن است به خرابی کامل سازه منجر شود. اقدامات کنترلی شامل استفاده از سنگدانه های غیر واکنش پذیر، سیمان کم قلیایی، و پوزولان هایی است که عمدتا از سیلیس بسیار ریز و فعال تشکیل شده اند.

آزمایشات ابتدایی ممکن است مانع از بروز این مشکل شود. در حالی که دو اقدام بعدی دارای اثر کاهش نسبت سیلیس واکنش دهنده قلیایی است. و در نتیجه تشکیل یک هیدرات سیلیکات قلیایی بدون انبساط کلسیم را می دهد. برخی سنگ های کربناتی خاص با شرکت در واکنش های با قلیاها بعضا باعث انبساط و ترک خوردگی می شوند. این واکنشهای مضر قلیایی و کربنات معمولاً با سنگ آهکهای دولومیتی آهک که دارای ساختار بسیار ریز دانه (Cryptocrystaline) همراه هستند (ACI 201.2R). بتن آسیب دیده با الگوی شبکه ای از ترک ها مشخص می شود. این واکنش از واکنش قلیایی-سیلیس به دلیل عدم وجود رسوبات سطحی ژل سیلیس در ترک است. این مشکل ممکن است با عدم استفاده از سنگدانه های واکنش پذیر، اختلاط با مصالح غیر واکنش پذیر، استفاده از سنگدانه های با حداکثر اندازه کوچکتر و استفاده از سیمان کم قلیایی به حداقل برسد. (ACI 201.2R). سولفات های موجود در خاک و آب یک مشکل ویژه برای دوام بتن است. هنگامی که سولفات در خمیر سیمان هیدراته شده نفوذ می کند، با آلومینات کلسیم هیدراته واکنش می دهد.

کلسیم سولفوآلومینات تشکیل شده است ، که ممکن است منجر به افزایش حجم شود. انبساط ممکن است باعث ایجاد ترکهایی با فاصله نزدیک و آسیب دیدن احتمالی بتن شود. سیمان پرتلند نوع II و V در ASTM C 150 که در آن آلومینات تری کلسیم کم است. تشکیل سولفوآلومینات کلسیم را به حداقل می رساند. سیمان های مقاوم در برابر سولفات که در ASTM C 595 و C 1157 ASTM مشخص شده اند نیز در بهبود مقاومت در برابر سولفات موثر هستند. برخی از پوزولان ها پس از آزمایش مقاومت بیشتری را در برابر سولفات ها از خود نشان داده اند.

بنابراین می توان استفاده از آن دسته را مفید دانست. کاهش نسبت آب به سیمان در افزایش مقاومت در برابر سولفات بتن بسیار ضروری است. حمله سولفاتی ممکن است بعد از استفاده از نمکهای یخ زدا در سطح بتن ایجاد شود. کلریدهای موجود در مواد شیمیایی موجود قادر به نفوذ در بتن هستند. و باعث کاهش توانایی بتن در محافظت از ارماتور در برابر خوردگی می شوند. از آنجا که محصولات خوردگی حجم بیشتری از فلز اصلی را اشغال می کنند. خوردگی می تواند منجر به لایه لایه شدن و ترک خوردگی بتن شود. نمک زدایی همچنین باعث می شود بتن مستعد آسیب به انجماد و ذوب شود. برای محدود کردن این تأثیرات ، بتن های در معرض نمک های محلول در آب باید از مقدار هوای کافی برخوردار باشند. پوشش کافی و نفوذناپذیر بر روی آرماتور می تواند باعث کاهش خوردگی شود.

اثرات این و سایر مشکلات مربوط به دوام بتن با جزئیات بیشتر در ACI 201.2R بحث شده است. هیدرات کلسیم سیلیکات کلسیم و هیدروکسید کلسیم موجود در خمیر سیمان هیدراته با دی اکسید کربن موجود در هوا ترکیب می شوند. تا کربنات کلسیم تشکیل شود. هنگامی که این اتفاق می افتد. بتن تحت انقباض غیرقابل برگشت کربنات قرار می گیرد که ممکن است منجر به فلسی شدن سطحی شود. علاوه بر این، سطوح بتنی تازه جایگذاری شده (در طی 24 ساعت اول) در معرض دی اکسید کربن از بخاریهای احتراق نامناسب، که برای گرم نگه داشتن بتن در ماه های زمستان استفاده می شود، مستعد گرد و غبار هستند.

هوازدگی

فرایندهای هوازدگی که می تواند باعث ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان ها شود. شامل سیکل ذوب و یخبندان، تر و خشک شدن و گرم و سرد شدن می باشد. خسارت ناشی از سیکل ذوب و یخبندان رایج ترین خسارت فیزیکی ناشی از آب و هوا است. بتن ممکن است در اثر انجماد آب در خمیر، در سنگدانه و ماتریس خمیری دچار آسیب شود. آسیب در خمیر سیمان سخت شده از انجماد ناشی از حرکت آب به محل های انجماد و برای آب در حفره های بزرگتر با فشار هیدرولیکی ناشی از رشد بلورهای یخ است. سنگدانه هایی که توسط خمیر سیمانی احاطه شده اند از فرار سریع آب جلوگیری می کند. هنگامی که درجه اشباع سنگدانه بالاتر از حالت بحرانی است. انبساط آب جذب شده ممکن است موجب ترک دراطراف خمیر سیمان و آسیب به سنگدانه شود.

بتن با استفاده از کمترین میزان نسبت آب به سیمان و مقدار آب کل، مصالح با دوام و مقدار هوای کافی در برابر سیکل های ذوب و یخبندان محافظت می شود. عمل آوری کافی قبل از مواجهه با سیکل ذوب و یخبندان نیز بسیار مهم است. اجازه خشک شدن ساختار پس از عمل آوری کامل، دوام را در برابر ذوب و یخبندان افزایش می دهد. سایر فرایندهای هوازدگی که ممکن است باعث ترک خوردگی در بتن شود. تر و خشک شدن متناوب و گرم و سرد شدن هستند. هر دو فرآیند تغییرات حجم ایجاد می کنند که ممکن است باعث ترک خوردگی شود. اگر تغییرات حجم بیش از حد باشد، احتمال بروز ترک خوردگی رخ می دهد.

خوردگی آرماتورها

خوردگی فلز یک فرایند الکتروشیمیایی است که به یک ماده اکسید کننده، رطوبت و جریان الکترون در فلز نیاز دارد. یک سری از واکنش های شیمیایی در مجاورت سطح فلز اتفاق می افتد. (ACI 201.2R and 222R). نکته اصلی محافظت از فلز در برابر خوردگی ، متوقف کردن یا معکوس کردن واکنش های شیمیایی است. با قطع منابع اکسیژن یا رطوبت یا با تأمین الکترون های اضافی در آندها ممکن است انجام شود. تا از تشکیل یون های فلزی (محافظت کاتدی) جلوگیری شود. فولاد تقویت شده معمولاً در بتن دچار آسیب و خوردگی نمی شود. زیرا در محیط بسیار قلیایی، یک پوشش محافظ کاملاً چسبنده تشکیل می شود. این امر به عنوان محافظت غیرفعال شناخته می شود.

آرماتور ممکن است در صورت خوردن قلیایی بتن و از بین رفتن کربنات یا اینکه در اثر انفعال فولاد توسط یونهای تهاجمی (معمولاً کلریدها) از بین می رود. و دچار خوردگی شود. خوردگی فولاد باعث تولید اکسیدهای آهن و هیدروکسیدها می شود که دارای حجمی بسیار بیشتر از حجم آهن فلزی اصلی هستند. این افزایش حجم باعث افزایش تنش شدید شعاعی در اطراف آرماتور شده و در نتیجه ترک های شعاعی در آن محل ایجاد می شود. این ترک ها می توانند در طول میلگرد پخش شوند. در نتیجه ترک های طولی (موازی با میلگرد) یا پوسته شدن بتن ایجاد می شود. همچنین ممکن است یک ترک گسترده در یک صفحه از میلگردها به موازات سطح بتن شکل بگیرد. و در نتیجه سطح بتن لایه لایه شود. این مسئله یک مشکل رایج در عرشه های پل است. ترک ها باعث انتقال آسان اکسیژن، رطوبت و کلریدها می شود. بنابراین، این ریزترک ها (طولی) می توانند شرایطی ایجاد کنند که در آن خوردگی و ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان ها تسریع شوند. اگر بتن دارای نفوذپذیری کم باشد. ترک های متقاطع با آرماتور معمولاً باعث ادامه خوردگی آرماتور نمی شوند. قسمت در معرض آرماتور در ترک مانند یک آند عمل می کند.

در سنین پایین ، خوردگی موضعی رخ می دهد. هرچه ترک گسترده تر باشد، خوردگی نیز بیشتر می شود. زیرا قسمت بیشتری از میله محافظت غیرفعال خود را از دست داده است. با این وجود برای ادامه خوردگی، اکسیژن و رطوبت باید به سایر قسمتهای همان آرماتور یا میلگردهایی که از طریق الکتریکی یا از طریق سخت افزاری، مانند پایه های خرک به یکدیگر وصل می شوند، تأمین شود. اگر تراکم و ضخامت پوشش برای محدود کردن جریان اکسیژن و رطوبت کافی باشد، فرایند خوردگی به طور ذاتی قطع می شود. خوردگی می تواند ادامه یابد اگر یک ترک طولی به موازات آرماتور شکل بگیرد. زیرا واکنش پذیری در بسیاری از نقاط از بین می رود و اکسیژن و رطوبت به راحتی در طول کل ترک در دسترس است.

سایر علل ترک خوردگی طولی، از جمله تنش های زیاد چسبندگی، تنش عرضی (به عنوان مثال در امتداد خاموت یا در امتداد صفحات با تنش دو طرفه) ، انقباض و نشست، می تواند شروع به خوردگی کند. برای ساخت بتن نرمال، بهترین محافظت در برابر اثرات ناشی از خوردگی، استفاده از بتن با نفوذپذیری کم و کاور کافی است. افزایش کاور بتنی روی آرماتور در به تاخیر انداختن فرایند خوردگی با محدود کردن فرایند کربناتسیون و همچنین دسترسی به اکسیژن، رطوبت و کلریدها و همچنین در مقاومت در برابر کشش مستقیم و پوسته شدگی ناشی از خوردگی یا کشش عرضی مؤثر است. در مورد میله های بزرگ و روکش های ضخیم ، ممکن است برای محدود کردن پوسته شدگی و کاهش عرض ترک سطح، نیاز به تقویت با آرماتورهای عرضی کوچک داشته باشید. (ACI 345R).(در ضمن حفظ حداقل شرایط کاور لازم است)

در شرایط محیط های باز، ممکن است اقدامات محافظتی اضافی لازم باشد. تعدادی گزینه وجود دارد. از قبیل آرماتورهای روکش شده ، سیلرها یا پوششهای روی بتن ، مواد افزودنی کاهنده خوردگی و محافظت کاتدی. هر روشی که از رسیدن اکسیژن و رطوبت به سطح فولاد جلوگیری کند یا جریان الکترونی را در آند معکوس کند موجب محافظت از فولاد می شود. در بیشتر موارد، بتن باید مجاز به تنفس باشد. یعنی تبخیر آب از بتن مجاز است.

شیوه های ساخت و ساز ضعیف

طیف گسترده ای از شیوه های ساخت و ساز ضعیف می تواند منجر به ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان های سازه های بتنی شود. مهمترین آنها در بین این موارد معمول اضافه کردن آب به بتن برای افزایش کارایی است. آب اضافه شده باعث کاهش مقاومت، افزایش نشست و افزایش انقباض ناشی از خشک شدن می شود. در صورتی که با افزایش مقدار سیمان در راه جبران اثرات منفی افزایش آب باشیم. این عمل ممکن است موجب افزایش گرادیان حرارتی و در نتیجه افزایش تنش های حرارتی و ترک شود. علاوه بر این ، با اضافه کردن مواد سیمانی ، حتی اگر w / cm ثابت بماند، انقباض بیشتر اتفاق می افتد. زیرا حجم خمیر افزایش می یابد. تاخیر و عدم انجام عمل آوری باعث افزایش میزان ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان ها در یک سازه بتنی می شود. خاتمه زود هنگام عمل آوری باعث افزایش انقباض در زمانی می شود که بتن از مقاومت کمی برخوردار باشد.

عدم هیدراتاسیون سیمان به دلیل خشک شدن منجر به کاهش مقاومت طولانی مدت نمی شود. بلکه باعث کاهش دوام سازه می شود. سایر مشکلات ساختمانی که ممکن است باعث ترک خوردگی شود می توان به تکیه گاه های نامناسب قالب، تراکم ناکافی و قرار دادن اتصالات در نقاط دارای تنش زیاد است. روشهای جلوگیری از ترک خوردگی به دلایل و سایر روشهای ساخت و ساز ضعیف کاملاً شناخته شده است. (ACI 224R، 224.3R، 302.1R، 304R، 305R، 308R، 309R، 345R، و 347) . اما برای اطمینان از اجرای صحیح آنها نیاز به توجه ویژه ای دارد.

اضافه بارهای ساختمانی

بارهای ساختمانی غالباً شدیدتر از آنهایی هستند که در زمان بهره برداری هستند. متأسفانه ممکن است این شرایط در سنین پایین اتفاق بیفتد که بتن بیشتر مستعد آسیب باشد. و اغلب منجر به ترک های دائمی می شوند. اعضای پیش ساخته مانند تیرها و تابلوها بیشتر در معرض این استفاده غلط قرار دارند. اما بتن درجا نیز می تواند تحت تأثیر قرار گیرد. یک خطای متداول هنگامی اتفاق می افتد که اعضای پیش ساخته به درستی در طول حمل و نقل و برپا سازی پشتیبانی نشوند. استفاده از نقاط بلند کردن دلخواه یا راحت ممکن است باعث ایجاد خسارت شدید شود.

نقاط بلند کردن، پین ها و سایر پیوست ها باید توسط طراح شرح یا تأیید شود. هنگامی که بلند کردن پین ها غیر عملی است . باید به قسمت انتهایی یک عضو دسترسی داشته باشید تا بتوان از تسمه استفاده کرد. کمیته PCI معیارهای عملکرد کنترل کیفیت (1983 ، 1985) اطلاعات بیشتری در مورد دلایل، پیشگیری و ترمیم ترک های مربوط به ساخت و حمل تیرهای پیش ساخته یا پیش تنیده، ستون ها، هالوکرها ارائه می دهد.

اپراتورهای دستگاه های بالابر باید با احتیاط عمل کنند. و آگاه باشند که حتی در صورت استفاده از لوازم جانبی بالابر مناسب ممکن است آسیب ایجاد شود. جابجایی سریع و توقف ناگهانی یک تیر بزرگ یا صفحه بزرگ منجر به اعمال تنشی بیش از 10 برابر بار مرده خود سازه می شود. هنگام در نظر گرفتن پشتیبانی یک عضو برای حمل و نقل ، طراح باید از بارهایی که ممکن است در طول حمل و نقل ناشی شود آگاه باشد. معمولاً هنگامی که تیرها کمتر از 1 روز سن دارند، تیرهای پیش تنیده شده می توانند در هنگام آزادسازی تنش، ممکن است مشکلات نظیر ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان ها را ایجاد کند. برای مطالعه بیشتر می توان به ACI224.1R-07 مراجعه کنید.

خطاها در طراحی و جزئیات

تأثیرات طراحی نامناسب یا جزئیات آن از ظاهر ضعیف تا عدم توانایی سرویس پذیری در خرابی فاجعه بار است. این مشکلات را تنها با درک کامل از رفتار سازه می توان به حداقل رساند. خطاهایی در طراحی و جزئیات که ممکن است باعث ترک خوردگی غیرقابل قبول شود. شامل استفاده از گوشه های نشیمنگاه ضعیف در دیوارها، اعضای پیش ساخته و صفحات، انتخاب نادرست یا جزئیات تقویتی یا هر دو مورد. محدودیت اعضای در معرض تغییرات حجم ناشی از تغییر دما و رطوبت، عدم وجود اتصالات انقباضی کافی و طراحی نادرست مبانی و در نتیجه حرکت متفاوتی در داخل سازه ایجاد می شود.

استفاده از مقدار ناکافی از آرماتور ممکن است باعث ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان ها بیش از حد شود. یک اشتباه رایج در تقویت اعضا غیرسازه ای استفاده کمتر از آرماتور و الیاف به علت غیرسازه ای بودن آن عضو است. اعضایی (مانند دیوار) ممکن است با بقیه سازه به گونه ای اتصال یابد که به محض شروع تغییر شکل سازه لازم باشد بخش عمده ای از بار را تحمل کند. پس عناصر و المان های غیرسازه ای با توجه به سختی خود مقداری از تنش های وارده را تحمل می کند. از آنجا که این عضو به صورت سازه ای عمل نمی کند، ممکن است حتی در صورت عدم به خطر انداختن ایمنی سازه دچار ترک خوردگی شوند.

در بعضی موارد ، توصیه می شود عنصر غیر سازه ای را از سیستم سازه جدا کنید. مقید کردن اعضا در معرض تغییر حجم اغلب به ترک منجر می شود. تنش هایی که به دلیل مقید کردن سازه در خزش، تغییرات دمایی و انقباض ناشی از خشک شدن در بتن ایجاد می شود. می توانند چندین برابر تنش هایی باشد که در زمان بارگذاری به سازه وارد می شود. دال ، دیوار یا تیری که در مقابل انقباض مقید شده باشد ، حتی اگر به صورت پیش تنیده طراحی شده باشد، می تواند به راحتی با ایجاد تنش های کششی کافی باعث ترک خوردگی شود. در طراحی مناسب دیوارها، باید دارای اتصالات انقباضی باشند که از یک تا سه برابر ارتفاع دیوار فاصله دارند. تیرها باید آزادانه حرکت کنند.

بارهای خارجی اعمال شده

به خوبی شناخته شده است که تنشهای کششی ناشی از بارگذاری جانبی باعث ترک در اعضای بتنی می شوند. این نکته در طراحی سازه های بتن مسلح به راحتی مورد تأیید و پذیرش است. روشهای طراحی فعلی (ACI 318 و “مشخصه های استاندارد AASHTO برای پل های بزرگراه”) از آرماتور نه تنها برای تحمل نیروهای کششی، بلکه برای به دستیابی به کنترل رشد ترک ها استفاده می کنند. برای اطلاعات بیشتر به آیین نامه های ACI224.1R-07، ACI318 و AASHTO مراجعه نمایید.

ارزیابی ترک ها

مهمترین قسمت ترمیم قبل از شروع عملیات اجرایی آسیب شناسی و پیدا کردن علل ترک خوردگی است. هنگام تصمیم گیری بر تعمیر ترک های بتنی ، مهم است که ابتدا محل و میزان ترک خوردگی را مشخص کنید. باید با توجه به شرایط بارگذاری موجود و پیش بینی شده ، مشخص شود که آیا ترک ها علل مشکلات ساختاری فعلی است یا ممکن است در آینده تداوم یابد. قبل از مشخص شدن تعمیرات باید علت ترک آن مشخص شود. نقشه ها ، مشخصات و سوابق ساخت و ساز و نگهداری باید بررسی شود. اگر این اسناد به همراه مشاهدات میدانی ، اطلاعات لازم را ارائه ندهند ، قبل از انجام تعمیرات باید تحقیقات میدانی و تحلیل ساختاری انجام شود. دلایل ترک در قبل مورد بحث قرار گرفته است. ارزیابی دقیق ترک های مشاهده شده می تواند تعیین کند که کدام یک از علت ها در یک وضعیت موجود اعمال شده است.

ترک بتن کف به وجود آمده در صورت کاهش مقاومت ، سختی و دوام سازه نسبت به سطح قابل قبول و یا اگر عملکرد سازه به طور جدی مختل شده باشد، باید ترمیم شوند. در برخی از سازه ها مانند سازه های نگهداری آب و سازه های نگهداری سیالات و گازهای خظرناک حتی اگر ترک موجب مختل نمودن عملکرد سازه نگردد، بایستی تعمیر شود. علاوه بر این ممکن است ترمیم ترک بتن موجب بهبود وضعیت ظاهری سازه شود.

تعیین موقعیت و پیش بینی گسترش رشد ترک بتن کف و ترک خوردگی سایر المان ها

محل و میزان ترک خوردگی و همچنین اطلاعات در مورد وضعیت عمومی بتن در یک سازه می تواند با مشاهده مستقیم و غیرمستقیم، آزمایش غیر مخرب و آزمایش های مخرب مانند آزمایش کرگیری از سازه برداشت شود. همچنین می توانید اطلاعات مربوط به نقشه ها و سوابق ساخت و ساز و نگهداری را بدست آورید.

1.3.1 مشاهدات مستقیم و غیر مستقیم

مکان ها و عرض ترک ها باید روی یک طرح اولیه از سازه نشان داده شود. یک شبکه مشخص شده بر روی سطح سازه می تواند برای تعیین دقیق ترک های روی طرح مفید باشد. با استفاده از دستگاه مقیاس و اندازه گیر ترک، می توان عرض ترک را با دقت تقریباً 0.001 اینچ اندازه گیری کرد (0.025 میلی متر) (شکل 2.1). هرگونه جابجایی سطح (تغییر در ارتفاع) در سراسر ترک نیز باید ثبت شود. مشاهداتی از قبیل پوسته شدن ، آسیب دیدن آرماتورهای تقویتی، زوال سطح و زنگ زدگی باید روی طرح اولیه ثبت شود. با استفاده از الیاف های شفت انعطاف پذیر یا دیافراگم های سفت و سخت می توان شرایط داخلی را در مکان های خاص ترک مشاهده کرد.

حرکت ترک بتن کف و ترک سایر المان ها را می توان با شاخص های حرکتی مکانیکی کنترل کرد. شاخص های مکانیکی این مزیت را دارند که نیازی به محافظت در برابر رطوبت ندارند.

1.3.2 آزمایشات غیر مخرب

برای تعیین وجود ترک های داخلی، سطحی و عمق نفوذ ترک های قابل مشاهده در سطح ، می توان آزمایش های غیرمخرب استفاده کرد. ضربه زدن به سطح با چکش از تکنیک های ساده ای برای شناسایی ترک خوردگی سطحی در نزدیکی سطح است. صدای توخالی یک یا چند ترک را به موازات سطح نشان می دهد. تجهیزات تصویر برداری مادون قرمز، گرچه گران است، اما در ارزیابی بتن های چند لایه بسیار مفید و قابل اعتماد است. با استفاده از دستگاه آرماتور سنج می توان تعداد و مکان آرماتورها را نشان داد. اگر خوردگی را یک علت در ترک خوردگی بتن در نظر گرفت، ساده ترین روش برای بررسی خوردگی مستلزم برداشتن بخشی از بتن برای مشاهده مستقیم آرماتور است. پتانسیل خوردگی را می توان با اندازه گیری پتانسیل الکتریکی با استفاده از یک نیم سلولی مرجع مناسب تشخیص داد. با داشتن پرسنل آموزش دیده و ارزیابی دقیق ، می توان با استفاده از تجهیزات غیر مخرب مافوق صوت (ASTM C 597) ترک را تشخیص داد. در این دسته از آزمایشات می توان به آزمایشات تابش اشعه گاما و ایکس نیز اشاره کرد.

1.3.3 انجام آزمایش بر روی هسته بتنی (کرگیری)

از هسته های گرفته شده از مکان های منتخب درون سازه می توان اطلاعات قابل توجهی بدست آورد. هسته ها و سوراخ های هسته ای این امکان را برای اندازه گیری دقیق عرض و عمق ترک فراهم می آورد. علاوه بر این ، می توان نشانه ای از کیفیت بتن را از آزمایشات مقاومت فشاری بدست آورد. با این وجود ، از هسته هایی که دارای ترک هستند نباید برای تعیین مقاومت بتن استفاده شود. معاینات پتروگرافی (ASTM C 856) بتن ترک خورده می تواند علل ترک خوردگی ، مانند واکنش قلیایی ، چرخه های سیکل ذوب و یخبندان، ترک خوردگی، سنگدانه های درشتدانه، آسیب ناشی از آتش ، انقباض و خوردگی را مشخص کند. پتروگرافی همچنین می تواند سایر عوامل مرتبط با ترک خوردگی از جمله w / cm ، حجم نسبی خمیر و توزیع اجزا تشکیل بتن را شناسایی کند. پتروگرافی اغلب می تواند سن نسبی ترک ها را تعیین کند و می تواند رسوبات ثانویه را روی سطوح شکستگی شناسایی کند ، که در طرح های ترمیم تأثیر دارد. آزمایشهای شیمیایی برای وجود کلریدهای بیش از حد ، پتانسیل خوردگی آرماتورهای تعبیه شده را نشان می دهد.

بررسی نقشه ها و داده های ساخت و ساز

طراحی اولیه سازه ، قرار دادن آرماتور و سایر نقشه های ساختمانی باید مورد بررسی قرار گیرد. تا تأیید شود که ضخامت و کیفیت بتن به همراه آرماتور ، نیازهای مقاومت و توانایی خدمات را که در کد (های) ساختمان حاکم ذکر شده است ، برآورده می کند یا فراتر می رود. بار واقعی باید با بارهای طراحی مقایسه شود. برای محاسبه تنش های کششی ناشی از تغییر شکل بتن (خزش ، انقباض ، دما) باید شرایط بتن ، شرایط مهار و سایر اتصالات در نظر گرفته شود. باید به ترک هایی توجه داشت که به موازات اتصالات دال در دال های بتنی یک طرفه شکل ببندند.

3.2 انتخاب شیوه های ترمیم

براساس ارزیابی دقیق میزان و علت ترک خوردگی ، روشهایی برای دستیابی به یک یا چند هدف زیر قابل انتخاب است:

• بازیابی یا افزایش قدرت
• بازگرداندن یا افزایش سختی
• بهبود عملکرد تابعی

4- ضد آب بودن

• بهبود سطح بتن
• هبود دوام
• جلوگیری از توسعه یک محیط نفوذ خورنده

بسته به ماهیت آسیب ، ممکن است یک یا چند روش تعمیر انتخاب شود. به عنوان مثال ، با تزریق اپوکسی یا سایر ترمیم کننده های پایه سیمانی و ترمیم کننده های اپوکسی، در صورت پیش بینی نکردن ترک خوردگی بیشتر مقاومت کششی ممکن است در سراسر ترک تامین شود .(ACI 503R). با این وجود ممکن است با افزودن آرماتور یا استفاده از شیوه ی پیش تنیده کردن، مقاومت بیشتری را فراهم آورد.

ترک هایی که باعث ایجاد نشت در سازه های نگهدارنده آب یا سایر سازه می شوند باید اصلاح شوند. مگر اینکه نشت جزئی تلقی شود یا نشانه ای مبنی بر بسته شدن ترک توسط خودترمیمی سازه وجود داشته باشد. تعمیرات برای متوقف کردن نشت ممکن است نیاز به تعمیری باشد که سازه بدون توقف در عملیات اجرا شود. ملاحظات زیبایی ممکن است نیاز به ترمیم ترک های بتن داشته باشد. اما مکان ترک ممکن است هنوز قابل رویت باشد و در واقع حتی به دلیل تعمیر ممکن است حتی بیشتر نمایان شود. بسته به شرایط ، ممکن است نوعی از پوشش روی کل سطح مورد نیاز باشد. برای به حداقل رساندن آسیب های آتی در اثر خوردگی آرماتور، ترک هایی که در معرض یک محیط مرطوب یا خورنده قرار دارند باید آب بندی شوند.