انواع ترک در بتن: مکانیزم، مشخصات، دلایل و روش‌های جلوگیری

ترک در بتن انواع مختلفی دارد، که می‌تواند به منجر به آسیب‌های بعدی در بتن گردد. ترک ها در بتن می‌توانند به هم در حالت خمیری (پلاستیک) در بتن بوجود بیایند و هم در حالت سخت شده. در ادامه انواع این ترک ها را بررسی خواهیم کرد.

ترک ناشی از جمع شدگی خمیری (Plastic Shrinkage Cracking)

این ترک در بتنی ایجاد می‌گردد که در حالت تازه پلاستیک قرار دارد و بتن هنوز سخت نشده است. این ترک معمولا در دال‌ها، روسازی‌های بتنی، کفسازی‌ها و سطوح مسطح بتنی رخ می‌دهد. در ادامه مکانیزم به وجود آمدن این ترک، دلایل و عوامل به وجود آمدن این ترک، مشخصات ظاهری و روش‌های جلوگیری از بروز این نوع ترک را بررسی خواهیم کرد.

مکانیزم ایجاد ترک جمع شدگی خمیری

مکانیزم اصلی ایجاد این ترک خشک شدن سریع سطح بتن می باشد. وقتی میزان افتاب یا همان رطوبت از سطح بیشتر از آب انداختگی و رسیدن آب موجود به سطح بتن باشد. اگر در همان زمان بتن نزدیک سطح خیلی سفت شود و نتواند جاری شود و به اندازه کافی مقاوم نباشد که در مقابل تنش کششی ناشی از جمع شدگی مقید شده مقاومت کنند، ترک رخ می دهد.

عوامل موثر و دلایل بوجود آمدن ترک ناشی از جمع شدگی خمیری

عوامل موثر در به وجود آمدن ترکهای ناشی از جمع شدگی خمیری به شرح ذیل طبقه بندی می گردد:

1. جذب آب توسط زمین بستر قالب و یا سنگدانه ها باعث کاهش رطوبت سریعتر بتن گشته و خطر به وجود آمدن این نوع ترک را بیشتر می‌کند.
2. افت و رطوبت سریع سردسته ناشی از تبخیر که می تواند به دو دلیل دمای بالای هوا و سرعت بالای باد باشد از عوامل به وجود آمدن ترک در بتن می باشد.
3. دمای زیاد بتن به خشک شدن بتن و کاهش رطوبت بتن متن کمک می کند.
4. بتن های دارای پوزولان و مواد پودری مانند دوده سیلیسی می‌باشند آب انداختگی را در بتن کاهش می‌دهند در معرض به وجود آمدن ترک ناشی از جمع شدگی خمیری هستند.

مشخصات ترک جمع شدگی خمیری

ترکهای ناشی از جمع شدگی خمیری شش مشخصه ظاهری شاخص دارند که می توان از روی آنها این نوع ترک رو در سازه بتنی تشخیص داد:

1. این ترک ها معمولاً به صورت موازی و در کنار هم هم به وجود می آیند که در برخی موارد می‌توانند به شکل چند ضلعی و یا V شکل نمایان گردد.
2. عرض این ترکها حداکثر سه میلیمتر می باشد.
3. طول این ترک ها از ۳۰ تا ۵۰ سانتیمتر متغیر می‌باشد.
4. عمق ترک های جمع شدگی خمیری کم می باشد و از ۲۵ تا ۵۰ میلیمتر متغیر است.
5. فاصله اینترنت را از یکدیگر از ۳۰ سانتی متر تا ۳ متر متغیر است.
6. این ترک ها از ۳۰ دقیقه تا ۶ ساعت بعد از بتن ریزی می‌تواند به وجود بیاید.

روش‌های جلوگیری از به وجود آمدن ترک‌های ناشی از جمع شدگی پلاستیک

برای جلوگیری از بروز این ترک ها ده پیشنهاد به صورت ذیل ارائه می گردد:

1. حفظ رطوبت محیط با روش اسپری کردن آب یا مه پاشی بلافاصله بعد از پرداخت و بتن ریزی که باعث می شود هم دمای بتن در فصل گرما کاهش یابد و هم رطوبت نسبی محیط افزایش یافته و خطر خشک شدگی سریع نیز کاهش یابد.
2. استفاده از بادشکن برای جلوگیری از تبخیر سطحی بتن یکی از روش های مفید می باشد برای استفاده از باد شکن باید به این نکته توجه داشت ابتدا بتن ریزی انجام می شود بعد بادشکن نصب می گردد و در مرحله آخر پرداخت سطح بتن انجام می شود.
3. استفاده از سایه بان نیز می تواند باعث جلوگیری از رسیدن نور مستقیم خورشید و کاهش تبخیر رطوبت بتن گردد.
4. بتن ریزی در شب مخصوصاً در فصول گرم می‌تواند خطر به وجود آمدن ترک های ناشی از جمع شدگی خمیری را کاهش دهد.
5. استفاده از کاور پلاستیکی بلافاصله بعد از پرداخت بتن نیز می تواند راهگشا باشد.
6. مرطوب کردن بستر زمین و قالب ها علی الخصوص قالب هایی که جذب آب دارند مانند قالب های چوبی می‌تواند کاهش سطح رطوبت بتن را کاهش دهد.
7. یکی از روش های جلوگیری از ترک جمع شدگی خمیری استفاده از سنگدانه های اشباع در تولید بتن می باشد.
8. پایین نگه داشتن دمای بتن تازه.
9. یکی از نکات اجرایی که در حین بتن ریزی باید رعایت گردد این است که بین بتن ریزی و پرداخت فاصله زمانی رخ ندهد.
10. در کارهای مسطح مانند دال‌ها ویبره کردن مجدد (Revibration) باعث حذف این ترکها می گردد.

ترک ناشی از نشست درون بتن (Settlement Cracking)

این نوع ترک در بتن تازه (خمیری) رخ می‌دهد. ترک‌های ناشی از نشست در بتن معمولا بالای مقاطع عمیق، ستون‌ها، دال‌های تخت، وافل و … به وجود می‌آیند. در ادامه این بخش به بررسی مکانیزم ایجاد، عوامل موثر در بوجود آمدن مشخصات ظاهری و روش‌های جلوگیری از این ترک می‌پردازم.

مکانیزم ایجاد ترک ناشی از نشست در بتن

این ترک به دلیل تحکیم یا نشست بتن خمیری اطراف آرماتورهای سطح بالایی(تحت وزن خود بتن) زمانی که بتن در حالت خمیری قرار دارد و بعد از بتن ریزی اتفاق می‌افتد. این تحکیم یا نشست ناشی از نشست سیمان و سنگدانه و حرکت آب بتن به سمت بالا ( ناشی از آب انداختگی داخلی) می باشد.

 عوامل موثر و دلایل بوجود آمدن ترک‌های ناشی از نشست در بتن

مهمترین عوامل موثر در به وجود آمدن ترک ناشی از نشست به شرح ذیل می باشد:

1. کاور کم روی میلگرد: کم بودن کاور روی میلگرد باعث می شود که تنش های کششی درباره میلگرد بیشتر شده و ترک خوردن و گسسته بتن روی میلگرد بیشتر گردد.
2. آب انداختگی زیاد ( آب به سیمان زیاد): نسبت آب به سیمان بالا در بتن منجر به آب انداختگی بیشتر بتن می‌گردد، وقتی آب انداختگی داخلی در بتن بیشتر میشود طبیعتاً نشست سیمان و سنگدانه نیز در بتن افزایش می یابد و این امر باعث بالا رفتن احتمال ترک خوردگی در بتن می گردد.
3. افزایش قطر میلگرد ها: با افزایش قطر میلگرد ها خلع ایجاد شده ناشی از نشست در زیر میلگرد نیز بیشتر و بزرگ تر خواهد بود به همین دلیل همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید تنش های کششی ایجاد شده در بالای میلگرد بیشتر می‌شود و در نتیجه ترک خوردگی افزایش می یابد.

مشخصات ترک ناشی از نشست (Settlement Cracking)

مشخصات ترک های ناشی از نشست در بتن که از روی آنها می‌توان این نوع ترک ها را در بتن تشخیص داد به شرح ذیل می باشد :

• این تراکم معمولاً در بالای بتن و موازی آرماتورها (میلگردها) نمایان می شود.
• عرض این تراک ‌ها معمولاً در حدود یک میلیمتر می باشد.
• زمان بروز ترکهای ناشی از نشست در بتن ۱۰ دقیقه تا ۳ ساعت بعد از بتن ریزی می باشد.

روش‌های جلوگیری از ترک‌های ناشی از نشست در بتن

برای جلوگیری از بروز این ترک راهکارهای زیر می تواند مفید و کاربردی باشد:

1. بتن ریزی با اسلامپ خیلی کم: وقتی اسلامپ بتن پایین باشد در واقع آب به سیمان بتن نیز پایین است در نتیجه خطر آب انداختگی داخلی در بتن کاهش می یابد. پس نشست نیز در داخل بتن کاهش می یابد احتمال بروز ترک کاهش خواهد یافت.
2. افزایش کاور روی میلگرد: با افزایش کاور روی میلگرد نیروی اعمال شده در سطح بتن نمی‌تواند بر سطح مقطع بتن غلبه کرده و منجر به گسسته شدن بتون گردد. (تنش کمتر می‌شود)
3. افزودن الیاف به بتن: الیاف در بتن می‌توانند مقاومت کششی بتن را به صورت موضعی و به صورت کلی افزایش دهد.
4. بتن ریزی در قسمتهای عمیق (جای ستون و تیر عمیق) و سپس بتن ریزی قسمت های کم عمق می تواند فرصت نشست را در قسمت های عمیق به بتن دهد.
5. ویبره و تراکم مجدد بتن(Re-vibration): این کار باعث متراکم شدن خلأ به وجود آمده در زیر میلگرد می گردد و باعث کاهش ترک های ناشی از نشست میشود.
6. استفاده از افزودنی حباب هواساز برای کاهش آب انداختگی در بتن.
7. رعایت اصول صحیح قالب بندی: قالب بندی در بتن باید سفت و محکم بوده تا در طول بتن ریزی یا بعد از بتن ریزی قالب ها حرکتی نکنند چرا که با حرکت کردن قالب ها ممکن است نشست رخ دهد و موجب ترک خوردگی در سطح بتن گردد اصول صحیح قالب بندی در استاندارد ACI 347 قابل مشاهده می باشد.

ترک ناشی از جمع شدگی خشک شدگی (Drying Shrinkage Cracking)

ترک ناشی از جمع شدگی خشک شدگی معمولاً روی دال های نازک و بعضا روی دیوارها به وجود می آید در ادامه مکانیزم ایجاد این ترک دلایل به وجود آمدن آن مشخصات ترک و روش های جلوگیری از این ترک را با یکدیگر بررسی خواهیم کرد.

بیشتر بخوانید: راهنمای انتخاب ماده مناسب برای ترمیم ترک های بتن

مکانیزم به وجود آمدن ترک جمع شدگی خشک شدگی

این ترک به دلیل کرنش یا همان کاهش حجمی که به خاطر افت رطوبت در خمیر سیمان رخ می دهد، به وجود می آید. به این صورت که انقباض خمیر سیمان (که بدون وجود سنگدانه می تواند تا یک درصد نیز باشد) در کنار مهار شدن بتن توسط قسمت‌های دیگر سازه باعث ایجاد تنش کششی در بتن می گردد این تنش کششی وقتی از مقاومت کششی بتن بیشتر شود ترک رخ می دهد. انقباض + مهار بتن (توسط قسمت‌های دیگر سازه) = تنش کششی ( در نهایت ترک خوردگی)نکته: وجود سنگدانه در بتن محدودیت داخلی ایجاد می کند و انقباض خمیر سیمان را 0.06% کاهش می‌دهد. نکته: جمع شدگی از خاصیت خمیر سیمان است و سنگدانه ها در تغییرات حجم که در محدوده خمیر سیمان ایجاد می شود نقش قید را دارند.

9 عامل موثر در بروز ترک جمع شدگی خشک شدگی

عوامل زیادی در ایجاد ترک خوردگی ناشی از خشک شدگی موثر هستند در ادامه 9 عامل تاثیر گذار را در ایجاد این نوع ترک بررسی خواهیم کرد.

1. در بتن های سبکدانه بروز این نوع ترک بیشتر از بتن های معمولی می باشد و این امر به خاطر مدول الاستیسیته کمتر سنگدانه های سبک در بتن سبکدانه رخ می دهد.
2. بالا رفتن حجم خمیر سیمان در بتن می‌توانند ترک ناشی از جمع شدگی خشک شدگی را در بتن بیشتر کند.
3. عمل آوری نکردن بتن یکی از عوامل موثر در ایجاد ترک می باشد.
4. در بتن های حجیم تنش کششی دیفرانسیلی بین سطح بتن و داخل (عمق) بتن باعث ایجاد ترک در سطح بتن به خاطر انقباض بیشتر می‌گردد.
5. ترکهای ریز و پوست سوسماری روی دیوارها و یا دال ها نمونه کوچکی از جمع شدگی خشک شدگی می باشد که ناشی از آب بیشتر در لایه سطحی بتن نسبت به داخل بتن است که باعث ایجاد ترک های کم عمق و نزدیک به هم می گردد.
6. برخی افزودنی ها مانند کلسیم کلراید به عنوان زودگیر در بتن می تواند حجم حفرات ریز را افزایش داده و جمع شدگی ناشی از خشک شدگی را نیز بالاتر ببرد تا ترک ناشی از این جمع شدگی در بتن رخ دهد.
7. هرچقدر بلین (نرمی) سیمان بیشتر باشد احتمال بروز این نوع ترک نیز در بتن بیشتر میگردد.
8. هر چقدر میزان C3A در سیمان بیشتر گردد احتمال بروز این نوع ترک نیز بیشتر می گردد.
9. وجود رس در سنگدانه ها علی الخصوص در ماسه ها می تواند باعث افزایش جمع شدگی ناشی از خشک شدگی در بتن شود.

مشخصات ترک ناشی از جمع شدگی خشک شدگی

الگوی پوست سوسماری یا Alligator Pattern مشخصه ظاهری بروز این نوع ترک روی دیوار یا دال می باشد. زمان بروز این ترک: این ترک پس از چند هفته یا حتی ماه ها پس از بتن ریزی روی بتن پدیدار شده و رشد آن تا ۳ سال نیز می تواند ادامه پیدا کند. معمولاً ۲۰ تا ۲۵ درصد این ترک در دو هفته اول، ۵۰ تا ۶۰ درصد در سه ماهه اول، 70 تا ۸۰ درصد در یک سال اول و مابقی تا پایان سه سال ادامه پیدا می‌کند.

روش ‌های جلوگیری از ترک ناشی از Drying shrinkage

۱۰ روش جلوگیری از این نوع ترک به شرح ذیل می باشند:

1. افزایش مقدار سنگدانه
2. افزایش Dmax سنگدانه
3. کاهش آب کل در بتن
4. افزایش میزان سختی سنگدانه (مدول الاستیسیته بالاتر)
5. عمل آوری مرطوب با آب
6. شیار های انقباضی در بتن (کاتر زدن روی دال یا کف سازی) Contraction Joints
7. کاهش دمای بتن
8. کاهش میزان سیمان مثلا با استفاده از روان کننده ها
9. استفاده از مواد کیورینگ که مانع از دست رفتن رطوبت در بتن می گردد
10. استفاده از روان کننده ها (کاهنده های آب) و دیرگیر کننده ها

ترک ناشی از تنش حرارتی (Thermal Stress Cracking)

عوامل موثر بر ایجاد ترک حرارتی

1. در بتن های حجیم، به 2 دلیل دمای داخلی بیشتر از دمای بیرون می باشد: در نتیجه تنش کششی در لایه بیرونی بیشتر می گردد و وقتی که از استحکام کششی بتن تجاوز نماید باعث بروز ترک در سطح بتن می شود.
   1. حرارت بوجود آمده درون بتن ناشی از هیدراتاسیون
   2. سرد شدن سریع‌تر لایه بیرونی نسبت به لایه داخلی
2. میزان اختلاف دمای بیرون و داخل بتن هر چه بیشتر باشد پتانسیل به وجود آمدن ترک ناشی از تنش حرارتی در بتن نیز بیشتر خواهد بود.
3. ضریب انبساط حرارتی بالاتر باعث کرنش بیشتر و ایجاد ترک های بیشتر در بتن می گردد تفاوت ضریب انبساط حرارتی خمیر سیمان و سنگدانه ها نیز باعث ایجاد تنش های داخلی می گردد.
4. مدول الاستیسیته
5. درجه مهار: اگر بتن بتواند آزادانه حرکت کند، تنشی در آن ایجاد نمی‌شود. اما بتن دارای قید هایی می باشد.
   • قید های خارجی مانند پی سنگی.
   • قیدهای داخلی مانند تغییر شکل‌های تفاضلی دیفرانسیلی که به علت گرادیان حرارتی قید داخلی ایجاد می‌کنند.
6. سیمان با بلین بالا یا C3A و C3S بالا باعث به وجود آمدن ترک های حرارتی بیشتر در بتن می گردد.

دما و زمان بوجود آمدن ترک حرارتی در بتن

روش‌های جلوگیری و کاهش ترک حرارتی در بتن

1. کاهش دمای داخلی بتن مثلاً:
   • استفاده از سیمان و مواد جایگزین سیمان مانند پوزولان‌ها
   • خنک کردن سنگدانه
   • استفاده از یخ خرد شده در بتن
   • استفاده از نیتروژن مایع
2. تاخیر در شروع سرد کردن بتن
3. افزایش مقاومت کششی بتن مثلا با استفاده از الیاف، پوزولان و…
4. سایر روشها برای کاهش ترک در بتن حجیم با استفاده از آیین نامه‌های:
   • ACI 207.1R
   • ACI 207.2R
   • ACI 207.4R
5. استفاده از دیرگیر کننده های بتن: دیرگیر کننده‌ها باعث کاهش سرعت هیدراتاسیون و حرارت زایی در بتن می‌گردند.
6. استفاده از قالب های چوبی: قالب‌های چوبی عایق بهتری نسبت به قالب های فولادی می باشند و می توانند باعث سرد شدن سطح بیرونی بتن با سرعت کمتری گردند.