تخریب بتن در معرض یخ زدگی، زمانی رخ میدهد که بتن دارای رطوبت داخلی کافی باشد و در شرایط رویارویی محیطی مشخص یخ بزند، منبع رطوبت میتواند داخلی یا خارجی باشد. رطوبت داخلی، آبی است که از قبل در منافذ بتن وجود داشته و توسط شرایط ترمودینامیکی، مجدداً توزیع گشته است تا درجه اشباع کافی در نقطه یخ زدگی ایجاد و باعث آسیب شود. رطوبت خارجی، از یک منبع بیرونی مانند بارندگی وارد بتن میشود. بتن خشک معمولاً دارای رطوبت نسبی داخلی (کمتر از ۷۵ تا ۸۰ درصد) معمولاً از آسیب ناشی از یخ زدگی مصون است.
بتن در سنین اولیه میتواند حتی با یکبار یخزدگی آسیب ببیند. در مقابل، بتن بهاصطلاح بالغ قادر است چرخههای مکرر یخزدن و آبشدن را بدون آسیب تحمل کند. بنابراین بتنی که بهدرستی عملآوری شده باشد و پیش از قرار گرفتن در معرض یخزدگی به بلوغ کافی برسد (مانند بتن ستونها یا دالهای کف) معمولاً میتواند یک فصل زمستان را پیش از حفاظت کامل در برابر شرایط محیطی تحمل کند. در حالیکه بتنی مشابه که عملآوری مناسبی نداشته و در سنین اولیه در معرض یخزدگی قرار گیرد (مانند پیادهروها یا دیوارههای نمایان شالوده) در صورت قرار گرفتن در معرض چرخههای مکرر یخزدن و آبشدن، پس از چند سال ممکن است دچار خرابی شود. پیشنهاد میکنیم مقاله “عملآوری بتن چیست” را مطالعه نمایید..
بتن ساخته شده با سنگدانه با دوام
بتن ساخته شده با سنگدانهای که در برابر یخ زدن و آب شدن مقاوم است، عمدتاً از طریق ایجاد هوا در مخلوط بتن و همچنین با اقدامات حفاظتی ثانویه از طریق محدود کردن حجم نسبی آب قابل یخ زدن درون بتن، در برابر آسیب محافظت میشود. در ادامه این مقاله به بررسی برخی از این موضوعات خواهیم پرداخت.
بتن ساخته شده با سنگدانه مستعد یخ زدن
بتن با نسبتهای مخلوط مناسب که عملآوری کافی بر روی آن انجام شده باشد، در صورتی که حاوی سنگدانهای (معمولاً) سنگدانه درشت باشد که در برابر یخ زدن و آب شدن آسیب پذیر است، امکان آسیب دیدن بر اثر یخ زدن و آب شدن را دارد. در ادامه این مقاله به بررسی برخی از این موضوعات نیز خواهیم پرداخت.
حمله یخ بندان در بتن ساخته شده با سندگدانه های با دوام
در ابتدا بهتر است تا با انواع آسیبهای ناشی از یخ بندان آشنا شویم. به طور کلی سه نوع آسیب بتن را در اثر چرخههاب یخ زدن و آب شدن تهدید میکند.
- آسیب در سنین اولیه، ناشی از یخ زدگی آب در مرحله هیدراته شدن
- پوسته شدن سطح، ناشی از بتن رفتن خمیر و ملات در سطح بتن (رایج ترین نوع آسیب)
- آسیب داخلی، ناشی از بین رفتن یکپارچگی ساختاری
پیشگیری از آسیب یخ بندان در بتن تازه
محافظت از بتن جوان در برابر یخبندان، باید با رعایت دماهای حداقلی و اقدامات پیشنهادی ACI306R انجام شود. بعد از تراکم و عملآوری سطح، بتن باید با عایقها و پتوها در برابر سرد شدن سریع محافظت گردد تا از ترک خوردگی و یخ زدن زودهنگام جلوگیری شود.
عملآوری مناسب برای هیدراته شدن کافی بتن ضروری است و باید قبل از رسیدن دما به زیر نقطه یخ زدن، حداقل مقاومت فشاری 5/3 مگاپاسکال حاصل شود. در صورت پیشبینی چرخههای مکرر یخ زدن و آب شدن، بتن باید به مقاومتهای ۲۵ و ۳۲ مگاپاسکال برای شرایط مختلف برسد. رسیدن به این مقاومتها قبل از مواجهه با چرخههای یخ زدن و آب شدن ضروری هستند.
پیشگیری از آسیب یخ بندان با طراحی مناسب
بسیاری از بتنهایی که اکنون در حال بهرهبرداری هستند، برای سالهای متمادی در برابر چرخههای مکرر یخ زدن و آب شدن مقاومت کردهاند. در حالی که برخی از این بتنها به دلیل عدم وجود آب قابل انجماد کافی برای ایجاد خسارت آسیب ندیدهاند، بیشتر آنها به دلیل در نظر گرفتن اقدامات احتیاطی مناسب برای جلوگیری از چنین آسیبی با دوام باقی ماندهاند. سه اقدام احتیاطی مهم برای ایجاد مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن به شرح زیر است:
- کاهش آب قابل یخ زدن
- سامانه حفرات هوای ایجاد شده
- بررسی جزئیات طراحی
پیشگیری از آسیب یخ بندان با اجرای مناسب
اگر سامانه حبابهای هوا یا مقدار آب قابل یخ زدن در طول ساخت و ساز تحت تأثیر عوامل نامطلوب قرار گیرند، بتن با نسبتهای مخلوط مناسب همچنان میتواند در اثر یخ زدن و آب شدن آسیب ببیند. برای پیشگیری از آسیب یخبندان در اجرا، نیاز است تا موارد زیر با دقت و رعایت نکات انجام شوند.
- حمل و نقل و درجا ریختن بتن
- تراکم بتن
- پرداخت سطح
- عملآوری
یخ بندان در بتن ساخته شده با سنگدانه های کم دوام
یخ بندان در بتن با سنگدانههای کم دوام، میتواند منجر به خرابی ناشی از یخ زدن و آب شدن شود که به ترک خوردگی D شکل معروف است. برخی سنگدانههای درشت، به عنوان حساس به این نوع ترک خوردگی شناسایی شدهاند، در حالی که دیگر منابع از همان نوع سنگ به این موضوع حساس نیستند. ساختار منافذ سنگدانه درشت به عنوان عامل اصلی حساسیت به ترک خوردگی D شکل شناخته میشود. توضیحات مربوط به این نوع ترک خوردگی در ادامه این مقاله بررسی شده است. همچنین، کاهش شدت این ترک خوردگی در سازههای موجود نیز بررسی شده است.
شرح ترک خوردگی D شکل
ترک خوردگی D شکل به صورت ترکهایی که از داخل سنگدانه درشت و ملات بتن عبور میکند، مشخص میشود. در نواحی دور از ترکها، ملات و سنگدانههای درشت مستحکم بوده و هیچ نشانهای از خرابی نشان نمیدهند. توسعه ترک خوردگی D شکل، نیاز به رطوبت قابل توجه و چرخههای مکرر یخ زدن و آب شدن دارد. در نتیجه ای نوع ترک خوردگی معمولاً در نزدیکی درزها، ترکها، لبهها و گوشههایی که در آنها نفوذ رطوبت از بیش از یک سطح وارد میشود، ظاهر میگردد. ترک خوردگی D شکل عموماً به صورت مجموعهای از ترکهای تقریباً موازی با منبع رطوبت اولیه ظاهر میشود. روش های پیشگیری از ترک خوردگی D شکل عبارتند از:
- شناسایی نقش نسبتهای مخلوط
- اهمیت شناسایی سنگدانه
- اصلاح سنگدانه
کاهش دادن ترک خوردگی D شکل موجود
کاهش ترکخوردگی D شکل در بتنهای حاوی سنگدانههای مستعد، بهویژه در روسازیهای بتنی که در معرض رطوبت و چرخههای یخزدن و آبشدن قرار دارند، اهمیت زیادی دارد. خرابی درزها در اثر این نوع ترکخوردگی میتواند عمر مفید روسازیها را بهطور چشمگیری کاهش دهد، در حالیکه بتن در فاصله بیش از ۰/۵ متر از درزها معمولاً هیچگونه خرابی یا افت مقاومتی نشان نمیدهد. یک روسازی بتنی معمولی میتواند درزهای عرضی با فاصله ۴ متر یا بیشتر داشته باشد. اگر ترکخوردگی D شکل در فاصله کمتر از ۰/۵ متر از هر انتهای دال بتنی ایجاد شود، بخشهای اصلی روسازی همچنان در وضعیت خوبی باقی خواهند ماند. جایگزینی بتن آسیبدیده در مجاورت درزها با وصلههای عمقی میتواند به افزایش طول عمر روسازی کمک کند، اما ترکخوردگی D شکل ممکن است در کمتر از ۵ سال دوباره در درزهای جدید ایجاد شود که این امر منجر به افزایش تعداد درزها خواهد شد.