جمع شدگی بتن: 5 نوع جمع شدگی بتن و روش های جلوگیری از آن

بتن بعد از اجرا همیشه در یک حجم ثابت باقی نمی ماند. بخشی از آب موجود در آن مصرف می شود، بخشی از رطوبت از سطح و داخل بتن خارج می شود و واکنش های شیمیایی مانند هیدراتاسیون سیمان نیز می توانند حجم خمیر سیمان را تغییر دهند. نتیجه این تغییرات، پدیده ای به نام جمع شدگی بتن یا Concrete Shrinkage است.

خود جمع شدگی همیشه به معنی ایجاد خرابی در بتن نیست. مسئله زمانی جدی تر می شود که تغییر حجم بتن زیاد باشد یا عضو نتواند آزادانه جمع شود. در این حالت، تنش داخلی افزایش پیدا می کند و احتمال ترک خوردگی بتن و تغییر شکل عضو بیشتر می شود.

جمع شدگی بتن چیست؟ یک تغییر حجم که از بتن تازه شروع می شود

اگر بخواهیم جمع شدگی بتن را ساده توضیح دهیم، باید به تغییر حجم بتن از زمان اجرا تا مراحل بعدی توجه کنیم. بتن تازه و بتن سخت شده هر دو می توانند تحت شرایطی دچار کاهش حجم یا طول شوند.

برای مثال، بتن تازه ای را در نظر بگیرید که در یک روز گرم اجرا شده است. اگر آب سطح آن سریع تر از حد مورد نیاز از دست برود، شرایط بتن با چند ساعت قبل متفاوت خواهد بود. در سنین بعدی نیز خشک شدن تدریجی، واکنش های داخلی و تغییرات رطوبتی می توانند باعث ادامه تغییر حجم شوند.

به همین دلیل جمع شدگی فقط یک اتفاق مربوط به سطح بتن نیست. نسبت آب به سیمان، مقدار سیمان، نوع سنگدانه، شرایط محیطی، ابعاد عضو و نحوه عمل آوری همگی می توانند روی میزان آن اثر بگذارند.

در برخی منابع، عبارت «انقباض بتن» نیز برای اشاره به همین تغییر حجم به کار می رود. البته جمع شدگی را نباید با پدیده هایی مانند افت اسلامپ یا نشست بتن یکی دانست؛ هرکدام علت و مفهوم متفاوتی دارند.

جدول مقایسه انواع جمع شدگی بتن

جمع شدگی همیشه به یک شکل اتفاق نمی افتد. گاهی مشکل از همان ساعات اولیه بتن ریزی شروع می شود و گاهی تغییر حجم در بتن سخت شده و طی مدت طولانی تری ادامه پیدا می کند. برای انتخاب راهکار مناسب، ابتدا باید مشخص شود با کدام نوع جمع شدگی روبه رو هستیم.

چرا بتن جمع می‌شود؟

در یک پروژه واقعی معمولا نمی توان یک عامل را پیدا کرد و گفت «علت جمع شدگی همین است». ممکن است طرح اختلاط بتن مناسب باشد، اما بتن در شرایط نامناسب اجرا شود؛ یا اجرای کار درست باشد ولی مقدار آب، سیمان یا نوع مصالح انتخاب شده رفتار متفاوتی ایجاد کند.

• نسبت آب به سیمان: مقدار آب موجود در مخلوط یکی از عوامل موثر بر رفتار جمع شدگی است. افزایش آب می تواند ساختار منافذ و میزان رطوبت قابل خروج را تغییر دهد و در نتیجه روی تغییر حجم بتن اثر بگذارد.
• مقدار و نوع سیمان: مقدار خمیر سیمان در بتن نیز اهمیت دارد. هرچه سهم خمیر نسبت به سنگدانه تغییر کند، رفتار بتن در برابر تغییر حجم نیز می تواند متفاوت باشد. به همین دلیل مقدار سیمان و ویژگی های آن باید در طرح اختلاط همراه با سایر اجزای مخلوط بررسی شود.
• سنگدانه ها: سنگدانه فقط فضای خالی بین ذرات سیمان را پر نمی کند. سختی، مقدار، اندازه و ویژگی های آن می تواند تغییر شکل خمیر سیمان را محدود کند. بنابراین دو بتن با خمیر سیمان مشابه، اما سنگدانه های متفاوت، لزوما رفتار یکسانی ندارند.
• رطوبت و شرایط محیطی: حالتی را تصور کنید که بتن در هوای گرم، خشک و همراه با باد اجرا شده است. در این شرایط، آب سطح بتن می تواند با سرعت زیادی از دست برود و اگر سرعت تبخیر بالا باشد، احتمال جمع شدگی پلاستیک بیشتر می شود.
• عمل آوری: بعد از بتن ریزی، نحوه نگهداری بتن اهمیت زیادی پیدا می کند. اگر سطح بتن خیلی زود رطوبت خود را از دست بدهد، شرایط لازم برای افزایش جمع شدگی فراهم می شود. به همین دلیل عمل آوری بتن باید بخشی از برنامه اجرای بتن باشد، نه کاری که صرفا بعد از پایان بتن ریزی به آن فکر کنیم.
• ابعاد و شکل عضو: یک دال نازک و یک عضو بتنی ضخیم، شرایط یکسانی برای از دست دادن رطوبت ندارند. سطح در معرض، ضخامت عضو و تفاوت شرایط داخلی و سطحی می تواند رفتار جمع شدگی را تغییر دهد.

در نتیجه، برای پیدا کردن علت جمع شدگی باید شرایط واقعی پروژه را کنار مشخصات بتن قرار داد؛ نه اینکه تنها یک عامل از میان همه عوامل انتخاب شود.

پیامد های جمع شدگی در سازه های بتنی

فرض کنید یک عضو بتنی پس از خشک شدن تمایل دارد کمی کوتاه شود. اگر هیچ چیزی جلوی این تغییر را نگیرد، بخشی از تغییر حجم می تواند بدون ایجاد تنش قابل توجه اتفاق بیفتد. اما شرایط پروژه همیشه اینقدر ساده نیست.

اتصال عضو به بخش های دیگر سازه، وجود آرماتور یا شکل هندسی عضو می تواند جلوی تغییر طول آزاد را بگیرد. در این شرایط، بخشی از تغییر حجم به صورت تنش داخلی ظاهر می شود.

اگر این تنش از ظرفیت کششی بتن بیشتر شود، ترک شکل می گیرد. بنابراین وقتی روی سطح بتن ترک مشاهده می شود، نباید بلافاصله تمام علت را به جمع شدگی نسبت داد. جمع شدگی می تواند زمینه ایجاد تنش را فراهم کند، اما قیدشدگی و شرایط عضو نیز در شکل گیری ترک نقش دارند.

• پیامدهای احتمالی جمع شدگی شامل موارد زیر است:
• ایجاد یا افزایش ترک های سطحی و سازه ای
• تغییر شکل و کاهش پایداری ابعادی عضو
• ایجاد مسیر مناسب تر برای نفوذ آب و عوامل مهاجم در صورت ترک خوردگی بتن
• افزایش احتمال خوردگی میلگرد و آرماتور در صورت فراهم شدن مسیر نفوذ عوامل مهاجم
• کاهش کیفیت ظاهری و عملکردی برخی اعضای بتنی

بنابراین در یک پروژه هدف این نیست که جمع شدگی را به طور کامل حذف کنیم؛ هدف این است که میزان تغییر حجم و پیامدهای آن در محدوده قابل قبول کنترل شود.

8 راهکار اجرایی کنترل جمع شدگی بتن

در کارگاه معمولا جمع شدگی نتیجه یک تصمیم منفرد نیست. کیفیت طرح اختلاط، نحوه بتن ریزی، شرایط آب و هوا و شیوه نگهداری بتن همگی کنار هم قرار می گیرند و رفتار نهایی را شکل می دهند.

طرح اختلاط را متناسب با عملکرد بتن انتخاب کنید

کنترل جمع شدگی از زمان رسیدن تراک میکسر به کارگاه شروع نمی شود. بخشی از آن به انتخاب اولیه اجزای بتن برمی گردد. افزایش بی دلیل آب یا سیمان می تواند رفتار مخلوط را تغییر دهد. در طرح اختلاط باید نسبت آب به سیمان، مقدار خمیر، نوع سنگدانه و الزامات عملکردی بتن همزمان بررسی شوند.

از آب اضافی در کارگاه خودداری کنید

یکی از اتفاقات رایج در کارگاه، اضافه کردن آب برای روان تر شدن بتن است. این کار ممکن است در کوتاه مدت اجرای بتن را راحت تر کند، اما می تواند نسبت های تعیین شده در مخلوط را تغییر دهد. برای تامین کارایی مورد نیاز، استفاده صحیح از افزودنی بتن می تواند گزینه مناسب تری باشد؛ البته انتخاب افزودنی باید با مشخصات بتن و طرح اختلاط هماهنگ باشد.

شرایط بتن ریزی را کنترل کنید

زمان اجرای بتن اهمیت دارد. بتن ریزی در هوای گرم و خشک یا شرایط بادخیز با بتن ریزی در هوای معتدل یکسان نیست. دمای بالای بتن، هوای خشک و باد شدید می توانند سرعت از دست دادن آب را افزایش دهند. بنابراین برنامه ریزی زمان بتن ریزی و توجه به شرایط محیطی، به ویژه در فصل گرم، اهمیت زیادی دارد.

عمل آوری را از همان ساعات اولیه جدی بگیرید

گاهی اجرای بتن با دقت انجام می شود، اما چند ساعت بعد سطح بتن بدون محافظت باقی می ماند. در همین فاصله ممکن است تبخیر سریع آب، شرایط مناسبی برای جمع شدگی ایجاد کند.

انتخاب روش مناسب عمل آوری باعث حفظ رطوبت و کاهش شرایطی می شود که به جمع شدگی سریع منجر می شوند.

از درزها برای مدیریت تغییر شکل استفاده کنید

تغییر حجم بتن در بسیاری از پروژه ها اجتناب ناپذیر است. مسئله این است که این تغییر حجم در کجا و چگونه اتفاق بیفتد. در پروژه هایی که تغییرات حجمی اهمیت دارد، محل و جزئیات درز بتن باید از قبل در طراحی و اجرا دیده شود. درز مناسب می تواند به مدیریت تغییر شکل و کاهش تمرکز تنش کمک کند.

در صورت نیاز از افزودنی های کاهنده جمع شدگی استفاده کنید

در بعضی پروژه ها، کنترل های معمول به تنهایی کافی نیست و استفاده از یک راهکار تکمیلی مطرح می شود. افزودنی کاهنده جمع شدگی یکی از گزینه هایی است که می تواند در برخی طرح ها برای کاهش میزان جمع شدگی مورد استفاده قرار گیرد. انتخاب این افزودنی باید بر اساس نوع بتن، شرایط پروژه و سازگاری با سایر اجزای مخلوط انجام شود و نباید جایگزین عمل آوری صحیح شود.

از الیاف برای کنترل ترک های ناشی از تغییر حجم کمک بگیرید

الیاف را نباید با ماده ای که جلوی جمع شدگی را می گیرد اشتباه گرفت. نقش اصلی آنها بیشتر به رفتار بتن در برابر ایجاد و گسترش ترک مربوط می شود. الیاف بتن می توانند با ایجاد پل در ریزترک ها، به کنترل بازشدگی ترک کمک کنند.

برای نمونه، الیاف پلی پروپیلن PP در برخی کاربردها برای کنترل ترک های سنین اولیه مورد استفاده قرار می گیرد. در برخی طرح ها، الیاف فولادی نیز با توجه به مشخصات عضو و عملکرد مورد انتظار می توانند در کنترل رفتار ترک مورد استفاده قرار گیرند. نکته مهم این است که الیاف لزوما میزان جمع شدگی بتن را به صفر نمی رسانند. نقش آنها بیشتر در کنترل رفتار بتن پس از ایجاد تغییر شکل و محدود کردن گسترش یا بازشدگی ترک است.

شرایط محیطی و ابعاد عضو را همزمان با طرح اختلاط در نظر بگیرید

یک راهکار که برای همه پروژه ها یکسان باشد وجود ندارد. برای یک عضو نازک در هوای خشک و بادخیز، شرایط کنترل جمع شدگی با یک عضو ضخیم در محیط مرطوب یکسان نیست.

بنابراین روش اجرا باید با شرایط واقعی پروژه تطبیق داده شود. در پروژه های حساس نیز ترکیب چند راهکار معمولا منطقی تر از اتکا به یک روش منفرد است.

جمع شدگی در بتن ریزی حجیم (سد، پل، راه و…)

وقتی حجم بتن زیاد می شود، موضوع تغییرات حجمی دیگر فقط به سطح بتن محدود نمی ماند. در بخش های حجیم، شرایط قسمت داخلی و سطحی عضو می تواند متفاوت باشد و همین موضوع برنامه کنترل بتن را پیچیده تر می کند.

برای مثال، در ساخت بخش های حجیم پل، سد یا برخی قطعات بزرگ بتنی، نمی توان فقط میزان آب و سیمان را بررسی کرد. دمای بتن، سرعت دفع حرارت، شرایط محیطی، ترتیب بتن ریزی و روش عمل آوری نیز باید در برنامه اجرایی دیده شوند.

در چنین پروژه هایی، کنترل جمع شدگی باید در کنار سایر تغییرات حجمی و شرایط اجرایی بررسی شود.

جمع شدگی بتن چقدر است؟

وقتی درباره «مقدار جمع شدگی بتن» صحبت می کنیم، نمی توان بدون دانستن شرایط آزمایش یک عدد ثابت ارائه کرد. دو بتن با طرح اختلاط یا شرایط نگهداری متفاوت می توانند مقدار جمع شدگی متفاوتی داشته باشند.

نوع بتن، نوع سنگدانه، شرایط رطوبتی، ابعاد نمونه، روش عمل آوری و زمان اندازه گیری همگی روی نتیجه اثر می گذارند.

یکی از روش های شناخته شده برای ارزیابی تغییر طول بتن سخت شده، آزمون مطابق ASTM C157 است. در این روش تغییر طول نمونه در شرایط مشخص اندازه گیری می شود تا مقدار جمع شدگی قابل ارزیابی و مقایسه باشد.

بنابراین هنگام مقایسه نتایج، فقط خود عدد مهم نیست؛ باید مشخص باشد عدد مورد نظر با چه روش آزمایشی، در چه سن و تحت چه شرایطی به دست آمده است.

جمع شدگی بتن و خزش؛ دو پدیده متفاوت

ممکن است در یک پروژه هر دو پدیده جمع شدگی و خزش دیده شوند و به همین دلیل گاهی با یکدیگر اشتباه گرفته شوند. اما برای تشخیص آنها باید به علت تغییر شکل توجه کرد.

جمع شدگی بیشتر با تغییرات رطوبتی، واکنش های داخلی و کاهش حجم بتن ارتباط دارد. در مقابل، خزش بتن تغییر شکل تدریجی بتن در اثر اعمال بار و ادامه آن در طول زمان است.

جمع بندی

جمع شدگی بتن از آن دسته پدیده هایی است که نمی توان با نگاه کردن به یک عامل، رفتار نهایی بتن را پیش بینی کرد. نوع جمع شدگی، شرایط پروژه، مصالح، طرح اختلاط و نحوه اجرا همگی در نتیجه نهایی نقش دارند.

برای همین، کنترل آن هم یک اقدام واحد نیست. از انتخاب طرح اختلاط و مصالح گرفته تا کنترل آب، زمان بتن ریزی، عمل آوری، استفاده صحیح از افزودنی ها و در صورت نیاز الیاف، مجموعه اقداماتی هستند که می توانند میزان جمع شدگی یا پیامدهای آن را کنترل کنند.

در نهایت، هدف این نیست که بتن هیچ تغییری در حجم نداشته باشد؛ بلکه باید تغییرات حجمی به شکلی مدیریت شوند که احتمال ترک خوردگی، تغییر شکل و آسیب های بعدی در پروژه کاهش پیدا کند.