دلایل انواع معایب و ترک های بتن در حین ساخت و بهره برداری
علل و مرمت عيوب ايجاد شده درهنگام اجرا و ساخت
دراين قسمت، بر روي نقايص و خرابيهايي كه در مراحل ساخت و يا بعد از آن در يك سازهبه علت عدم دقت در مراحل كار و عدم پيش‌بيني‌هاي لازم بروز مي‌كند به طور خلاصه‌اشاره مي شود.
اشكالاتيمانند درزهاي سرد و تركهاي ناشي از جمعشدگي پلاستيك در اين منطقه به علت دمايزياد هوا و بر اثر وزش باد معمولترند. همچنين پوشش كم روي ميلگرد و نيز عدم تراكممطلوب بتن مي‌تواند سبب نفوذ سريعتر رطوبت، اكسيژن و نمكها به داخل بتن شده وخوردگي ميلگردها را در كوتاه مدت فراهم نمايد.
4-7-1- انواع تركهاي غير سازهاي
تركهاو الگوي آنها مي‌تواند مشخصات متفاوت آنهارا بسته به مكانيزم شكل‌گيري ارائه دهد. انواع مختلف تركها در زمانهاي مختلفي ازعمر بتن ظاهر مي‌شوند و شكل و الگوي اين تركها و به خصوص زمان اولين پيدايش درتشخيص علت بروز آنها بسيار اهميت دارد. اطلاعات نسبتاً جامعي در ACI224.1R در زمينه حالتهاي عموميتركها و راهكارهايي براي جلوگيري از آنها ارائه شده است. اين اطلاعات در جدول (4-1) فهرست بندي شده اند. سريعترين تركها ازلحاظ زمان پيدايش عبارت از تركهاي ناشي از جمعشدگي پلاستيك و نيز تركهاي ناشي ازنشست خميري بتن است كه معمولاً بعد از چند ساعت از زمان ريختن و جا دادن بتن، ظاهرمي‌شوند.
جدول 4-1- انواع ترك خوردگيهاي غير سازهاي بتن و زمانبروز آنها
|
نوع ترك |
زمان پيدايش |
|
- حركت و تكان‌خوردن ميلگردها
- ترك خوردگي ناشي از نشست خميري بتن
- ترك خوردگي ناشي از جمع شدگي پلاستيك
- تركهاي ناشي از انقباض حرارتي در كوتاه مدت
- تركهاي ناشي از جمع شدگي در اثر خشك شدن در دراز مدت |
- ساعات اوليه
- بين 10 دقيقه تا 3 ساعت بعد از ريختن
- بين 30 دقيقه تا 6 ساعت بعد از جاي دادن بتن
- 1 روز تا 2 يا 3 هفته بعد از بتن ريزي
- بين چند هفته تا چند ماه بعد از بتن ريزي |
¨ تركهايناشي از جمعشدگي پلاستيك
در هنگامريختن بتن، به علت اينكه هنوز خاصيت خميري دارد، آب در آن به راحتي حركت مي‌كند.لذا مواد سنگين تمايل به ته‌نشيني دارند و لذا آب بيشتري نسبت به حالت يكنواخت برروي مخلوط باقي مي‌ماند. در دماي هواي بالا و بخصوص هنگام وزش باد، تبخير شديدي ازسطح بتن صورت مي‌گيرد. بر اثر اين تبخير لايه سطحي خشك شده و حجم آن كمتر ميشود.اين تغيير حجم در لايه سطحي باعث ايجاد تنشهاي كششي و گسترش آن در لايه سطحي شدهو در حالتي كه بتن هنوز حالت خميري و مقاومت خيلي كمي دارد، باعث ترك‌خوردگي مي‌گردد.درصورتي كه سرعت تبخير بيش از 1 كيلوگرم بر مترمربع در ساعت باشد، احتمال ترك‌خوردگيكاملاً وجود دارد.
اين نوعتركها بين 1 تا 2 ميليمتر عرض و 300 تا 500 ميليمتر طول و 2 تا 50 ميليمتر عمق دارند. معمولاً الگوي شكل گيري آنها تصادفي است وليگاهي ممكن است جهت آنها در جهتي كه بتن پرداخت شده است، تغيير كند.
تشكيلاين نوع تركها در بتن، درحالي كه هنوز خاصيت خميري دارد، از ميان خمير خواهد بود.اين نوع تركها هم در سازه‌هاي بتني مسلح و هم در سازه‌هاي بتني غير مسلح ايجاد مي‌گردد.
¨ تركهاي ناشي از نشست خميري بتن
نوع ديگري از ترك خوردگي وجود دارد كه ناشي از حركتذرات سنگدانه به سمت پايين و بالا آمدن ذرات سيمان به بالا و جايگزين شدن آن باسنگدانه‌ها در سطح است. حركت رو به بالاي آب مي‌تواند باعث ترك‌خوردگي ناشي ازنشست خميري بتن شود. ته نشيني و حركت موادبا وزن مخصوص بيشتر به سمت پايين با قيد شبكه ميلگردها و يا قالبها ممانعت مي‌گردد.بتن خميري مي‌تواند با تشكيل قوسهايي روي هر ميلگرد سطح را با كشش همراه كند.تركهايي مي‌تواند در ارتباط با فضاهاي خالي و حفره‌هاي زير ميلگرد نيز تشكيل شود.هنگامي كه ميلگردها با فاصله كمي نسبت بهم قرار مي‌گيرند، كل بتن روي آنها به صورتقوس در‌آمده و بتن زير نشست مي‌كند. اين حالت مي‌تواند سبب ايجاد جدايي و گسستگيزير ميلگردها گردد.
الگوي اين ترك‌خوردگي معمولاً بستگي به مانعي كه در برابر حركت رو به پايين و ته نشستمواد ايجاد ميشود، دارد. معمولترين قيد و مانع توسط لايه‌هاي فوقاني شبكهميلگردها در دالها ايجاد ميشود. تركهاي ايجاد شده و گسترش يافته در سطوح فوقانيظاهر شده و معمولاً در امتداد ميلگردها ادامه مي‌يابند و گاه تشكيل خطوط موازي باهم در راستاي ميلگردها مي‌دهند. البته گاهي تركهاي كوچكي نيز در جهت مخالف بوجودمي‌آيد. تركهاي ناشي از نشست خميري معمولاً از سطح بتن تا ميلگردها ادامه دارند ومعمولاً حدود 1 ميليمتر عرض دارند و گاهي مي‌توانند عريض‌تر هم باشند.
براي جلوگيري از اين ترك‌خوردگي، استفاده از دوده‌سيليسيبراي چسبندگي بيشتر مخلوط و نيز طرح مناسب دانه‌بندي، اختلاط و تراكم مجدد بتن،بعد از جايگذاري آن و قبل از گيرش نهايي بتن متداول است.
¨ ترك خوردگيناشي از انقباض حرارتي
عمل هيدراتاسيون بين آب و سيمان يكواكنش گرما‌زا مي‌باشد، بدين معني كه توليد حرارت مي‌كند. ميزان حرارت توليد شدهخصوصاً بستگي به نوع سيمان دارد. همچنين ميزان حرارت بستگي به شرايط محيطي و نيزشكل هندسي اعضا و ابعاد آن، حتي نوع قالبها دارد. دماي بالاي محيط، سرعت واكنش راافزايش مي‌دهد. دالها كه داراي سطح تماس زيادي با محيط هستند تبادل گرمايي بيشترينسبت به عضوهاي كوچكتر دارند. اجزايي كه داراي ابعاد بزرگتري هستند گرماي بيشترينسبت به مقاطع كوچكتر در آنها حبس مي‌گردد، در حالي كه مقاطع كوچكتر براي از دستدادن گرما آمادگي بيشتري دارند.
همچنين قالبهاي چوبي در هنگام تبادل گرمايي بامحيط، خاصيت عايق‌بندي حرارتي بيشتري نسبت به قالبهاي فولادي دارند، لذا ميزانبيشينه دما در قالبهاي چوبي بالاتر مي‌باشد.
به هر حال، وقتي كه بتن بر اثر هيدراتاسيون گرم ميشود، شروع به انبساطمي‌كند. اگر هرگونه مقاومتي در برابر اين انبساط صورت گيرد (براي مثال، از طرفقسمتهاي ريخته شده قبلي) تنشهاي فشاري توليد ميشود. بعد از رسيدن به دمايبيشينه، بتن شروع به سرد شدن مي‌كند و حجمش كاهش مي‌يابد. مقاومت در برابر اين جمع‌شدگيباعث ايجاد تنشهاي كششي ميشود. در اين مرحله كه معمولاً چند روز بعد از ريختنبتن آغاز ميشود، بتن مقاومت كمي داشته و هنوز آمادگي تحمل اين تنشهاي كششي راندارد و لذا احتمال ترك‌خوردن در اثر جمعشدگي وجود دارد.
از انواع تركهاي حرارتي ميتوان به تركهايي اشارهكرد كه در ديوارها و روي پي‌هاي نواري كه از زمان ريختن آنها چند روز مي‌گذرد، بهوجود مي‌آيد. در اين حالت، تركهاي عمودي از پايه ديوارها در وسط ديوار شروع مي‌شودو از مقطع آن مي‌گذرند و در كناره ديوار داراي يك زاويه 45 درجه مي‌شوند. عرض شكاف و عمق آن بستگي به ميزان ميلگردها دارد و معمولاًدر روشهاي طراحي كنترل حداقل ميلگرد به منظور كنترل اين تركها صورت مي‌گيرد.
¨ تركهاي ناشي از جمعشدگي بر اثر خشك شدن در درازمدت
معمولاً مقدار آب موجود در مخلوط بتن، بيشتر ازآنچه كه براي عمل هيدراتاسيون لازم است، مي‌باشد. اگر بتن در شرايطي قرار گيرد كهرطوبت نسبي محيط كم باشد، رطوبت بتن از طريق سطح كاهش مي‌يابد.
از دست رفتن رطوبت موجب كاهش حجم شده كه به انقباضناشي از خشك شدن تعبير مي‌گردد. اگر عمل انقباض و جمع شدن با قيد خارجي يا داخليروبرو شود، تنشهاي كششي ايجاد شده، باعث ترك خوردن بتن خواهد شد. اجزاي نازك وداراي سطوح بزرگ، مانند دالها مستعد اين نوع ترك‌خوردگي هستند. زمان پيدايش اينترك‌خوردگي بستگي به ميزان خشكشدن كه آن را هم شرايط محيط تعيين مي‌كند، دارد.ولي معمولاً چندين ماه پس از ريختن بتن به وقوع مي‌پيوندد و اين ترك خوردگي در سطح بتن ظاهر ميشود، زيرا خشكشدن از لايه سطحي صورت مي‌گيرد.
خشك شدن لايه سطحي و كاهش حجم آن و مقاومت در برابرتغيير حجم توسط لايه‌هاي زيرين باعث ترك خوردن در لايه سطحي در دالها با سطوح بزرگمي‌شود. معمولاً در گوشه دالها اولين ترك ها ظاهر ميشود، زيرا از 3 طرف خشك شدنصورت ميِ‌گيرد. الگوي مشخصي از تركهاي ناشي از جمعشدگي بر اثر خشك شدن وجود ندارد.عرض اين تركها نيز بستگي به ميزان خشك شدن بتن، هندسه عضو و نيز فاصله بينقيدهاي خارجي دارد. براي مثال، در دالهاييكه بر روي زمين قرار مي‌گيرند و يك بعد آن از بعد ديگر بزرگتر است، تركها در قسمتمياني و به موازات بعد كوچكتر شكل مي‌گيرند و تركهايي نيز به طور مورب در گوشه‌هاايجاد ميشود. همچنين در دالهاي يك طرفه يا دو طرفه نيز اين وضعيت ايجاد ميشود.تركهايي در گوشه قسمتهاي خالي دال كه مثلاً براي پله‌ها در نظر گرفته شده نيز به وجود مي‌آيند.
4-7-2-معايب در سطوح بر اثر اجرا
به طور كلي، سطوح بتني نمايان مي‌تواند ترك‌خوردگي‌هاو عيب‌هاي ناشي از مشكلات اجرايي را نشان دهند. گاهي ممكن است بعضي از اين مشكلاتبسيار به نظر رسد، اما در روند كلي و مسائل مربوط به دوام اثر چنداني نداشتهباشند. گاهي نيز اين ترك ها و عيبها در عين اينكه محدود هستند و به سختي به چشم مي‌آيندقابليت زيادي براي تخريب سازه در برابر مسائل مربوط به دوام دارا هستند.
در جدول ( 4-2) تعدادي از اين عيوب و علل احتمالي آنها ذكر شده است.
جدول 4-2- عيوب ظاهري بتن و دلايل آن
|
رديف
|
نام نقص |
تشريح نقص |
دلائل نقص |
|
طراحي قطعه يا عضو |
قالب |
شرايط اجرايي |
خواص بتن تازه |
جايدهي بتن |
تراكم بتن |
1 |
لانه زنبوري يا كرمو شدن
(Hony comb) |
وجود سطح كرمو و عاري از ريزدانه و نمايان شدن ذرات درشت شن به خاطر جدايي مواد |
شلوغي و جزئيات بد ميلگردها، نازكي قطعه، شكل ناجور و پيچيده، وجود وصله پوششي در ميلگرد |
نشت در محل درز، خارج شدن شديد شيره بتن |
دماي زياد، نزديكي ميلگرد به قالب يا پوشش كم روي ميلگرد، مشكلات دسترسي براي ويبره كردن،گيرش سريع،شلوغي به خاطر وصله پوششي ميلگردها |
ريزدانه ناكافي و كم، كارآيي پايين و كم يا زياد، سفت شدن زود هنگام، اختلاط بيش از حد، بزرگي زياد سنگدانه براي قطعه مورد نظر |
ارتفاع زياد سقوط يا شره كردن بتن، حركت افقي بيش از حد بتن در قالب، ارتفاع زياد ليفت، حذف شوت سقوطي يا طول ناكافي آن، كوچكي زياد لوله ترمي، جدايي مواد، برخورد زياد بتن به قالب، برخورد بتن به ميلگردها |
كوچكي قطر ويبراتور، فركانس كم ويبراتور، زمان كم فرو بردن ويبراتور، فاصله زياد بين نقاط فرو بردن ويبراتور، نفوذ ناكافي، تعداد كم ويبراتور |
|
2 |
مك‌هاي سطحي
(Air surface voids) |
سوراخهاي ريز جدا از هم و غير‌منظم تا قطر 25 ميليمتر (آبله رو بودن) |
|
نفوذناپذيري رويه قالب، ضعف در روغنكاري قالب، انعطاف‌پذيري زياد قالب، استفاده از ماده نامناسب بعنوان ماده رهاساز (روغن قالب نامناسب) |
زيادي ماده رهاساز (زيادي روغن قالب)، دماي زياد بتن |
مدول ريزي كم يا زياد ماسه، كارآيي كم، مواد سيماني زياد،، ماسه زياد، زياد بودن مقدار هواي بتن، كم سيماني يا عيار كم، خرد شدن دانه‌ها و بهم خوردن دانه‌بندي |
سرعت خيلي كم جايدهي، سرعت كم پمپاژ بتن، كوچكي جام حمل بتن |
دامنه نوسان خيلي زياد، لرزش ناكافي خارجي، فرو نرفتن سر ويبراتور به طور كامل |
|
3 |
اثر قالب (قالب زدگي)
(Form streaking) |
نواحي شن يا ماسه فاقد سيمان، معمولاً همراه با رنگ تيره در مجاورت سطح |
|
نشت از درزها ناشي از باز بودن درزها |
حركت افقي بتن داخل قالب |
زيادي اسلامپ يا آب بتن |
فاصله نامناسب بتن،جايدهي بتن و تراكم آن |
دامنة نوسان و فركانس زياد ويبراتور براي قالب |
|
4 |
سنگدانه نمايي (پشت پيدايي سنگدانه)
(Aggregate Trans parency) |
سطوح تيره يا روشن هم شكل و هم اندازه سنگدانه‌هاي درشت، ظاهر لكه‌دار |
|
انعطاف‌پذيري زياد، پرداخت بيش از حد سطح |
|
ماسه كم بتن، دانه‌بندي ناپيوسته سنگدانه، خشك يا متخلخل بودن، زيادي شن، اسلامپ زياد بتن |
|
ويبره خارجي زياد، ويبره زياد بتن سبك |
|
5 |
ترك ناشي از نشست
(Subsidence cracking) |
تركهايي با طول كم و عرض متغير كه غالباً بيشتر افقي هستند نه قائم |
اختلال در دسترسي |
عايق‌بندي حرارتي كم، شكل نامنظم مقيد كننده نشست، جذب زياد |
فاصله زماني ناكافي بين تكميل ستون و ديوار با ريختن تير و دال، رطوبت نسبي كم |
ماسه كم بتن، آب زياد بتن، اسلامپ خيلي زياد، طرح اختلاط نامناسب |
سرعت زياد
بتن ريزي |
ويبره ناكافي و عدم بكارگيري ويبره مجدد |
|
6 |
تغيير رنگ
(Color variation) |
تغييرات در رنگ سطح بتن كه ظرف چند ساعت پس از قالب برداري قابل مشاهده است |
ميلگردگذاري زياد و شلوغ نزديك به سطح قالب |
تغيير در ظرفيت جذب آب سطح قالب، واكنش شيميايي با سطح قالب يا مواد رهاساز(روغن) قالب، نشت از درزها يا سوراخ كش قالب |
|
عدم يكنواختي مصالح، عدم يكنواختي دانه‌بندي، تغيير در نسبت اختلاط بتن، اختلاط غير يكنواخت در طول كار |
جدايي مواد، اسلامپ خيلي زياد، كاهش اسلامپ در بالاي يك ليفت مرتفع |
نزديكي زياد ويبراتور به قالب، ويبره متغير در مجاورت قالب |
|
7 |
ماسه‌زدگي (اثر ماسه)
(Sand streaking) |
تغيير در رنگ يا سايه ناشي از جداشدن ذرات ماسه دراثر آب انداختن موازي با سطح قالب |
|
جذب كم، نشت از قالب، آب زيادي در كف قالب كه به دليل فشار هيدروليكي در سطح قالب به بالا رانده ميشود |
دماي كم بتن، مخلوطهاي پرآب |
مخلوط كم عيار پر ماسه و
خشن و زبر، مخلوطهاي پر آب با مواد ريز كم (سيمان و ماسه ريز كم) و آب انداختن، حباب هواي كم |
بتن‌ريزي خيلي سريع |
ويبره زياد، دامنه نوسان زياد |
|
8 |
خطوط لايه
(Layer lines) |
نواحي تيره رنگ بين لايه‌هاي بتن |
|
|
برنامه‌ريزي ناكافي، دماي زياد |
مخلوط پرآب و مستعد آب انداختن |
سرعت كم بتن‌ريزي، فقدان تجهيزات و نفرات در بتن‌ريزي |
فقدان ويبره، عدم فرو نبردن ويبراتور در لايه زيرين |
|
9 |
درز سرد
(Cold joints) |
وجود حفرات، كرمو بودن و تغيير رنگ در مرز ليفتها، عدم اتصال كافي لايه فوقاني به لايه زيرين |
عدم فاصله كافي براي فرو كردن ويبراتور |
|
برنامه‌ريزي ضعيف، تدارك ناكافي تجهيزات، گرفتن لايه زيرين |
خيلي خشك بودن مخلوط، گيرش زود هنگام و سفت شدن. كاهش شديد اسلامپ در طول كار |
رساندن بتن با تأخير، لايه ضخيم |
فرو نبردن ويبراتور در لايه زيرين، ويبره ناكافي |
|
10 |
خرابي سطح قالب
(Form offset) |
بي نظمي و تغيير ناگهاني در سطح |
درز اجرايي در تغيير جهت قالب |
طراحي ضعيف قالب براي تحمل سرعت جايدهي بتن، سختي كم قالب و محكم نبستن آن |
محكم نبستن قالب و تكان خوردن |
ديرگيري بيش از حد بتن |
سرعت خيلي زياد بتن‌ريزي |
دامنه نوسان زياد، فاصله غير يكنواخت بين نقاط، فرو بردن ويبراتور، حركت افقي بتن |
از طرف ديگر، يك سري مشكلات ساختاري نيز وجود داردكه با بررسي هاي سطحي مشهود نخواهند بود. به طور مثال ميتوان اندازه كم پوشش بتنيروي ميلگرد يا عمل آوري ضعيف را نام برد. هرچند در صورت پوشش كم بتن و محيط مساعد خوردگي ، پس از مدتي در سطح بتنتغييرات رنگ ناشي از زنگ زدگي ميلگردها مشاهده خواهد شد.
4-7-3-راهكارهاييبراي ترميم عيوب به وجود آمده
نخستين قدم به منظور برطرف كردن نقص‌ها و عيب‌هايبه وجود آمده در سازه، سنجيدن علت و وسعت آن عيوب است. همچنين تأثيرات اين عيوببخصوص در دوام و بهره‌برداري سازه بايد در مد نظر قرار گيرد. به طور خلاصه نكاتمقدماتي در مواجهه با عيوب ايجاد شده در ساخت سازه‌هاي بتني را ميتوان به 4 گروهتقسيم نمود:
1- بررسي و تحقيق درمورد مشكلات ايجاد شده
2- مشخص نمودن اهميتمشكل و عدم تطابق لازم با مشخصات فني
3- تصميم در موردعمليات ترميمي مناسب
4- جلوگيري از تكرارمشكل
بايدتوجه داشت كه همه انواع بتن پتانسيل ترك‌خوردگي را دارا مي‌باشند. اين تصور كه بتنمسلح دچار ترك‌خوردگي نمي‌شود، ناشي از برداشت اشتباه از اين ماده مي‌باشد. امروزهدر روشهاي طراحي بر اساس دوام نيز امكان اين ترك‌خوردگي در نظر گرفته ميشود.
ترك‌خوردگيناشي از جمعشدگي پلاستيك در سازه‌هاي اجرا شده در منطقه بعلت شرايط خاص آب وهوايي بسيار شايع است. بعضي از تركها احتياج به ترميم در زمانهاي اوليه دارند زيراتا سطح ميلگردها ادامه پيدا مي‌كنند. به طور مثال، تركهاي ناشي از نشست خميري از ايننوع هستند. موضوع ديگري كه بايد در مد نظر قرار گيرد، تمايل اين تركها به گسترشيافتن است.
امروزهانواع مواد ترميم كننده در بازار وجود دارد كه در شرايط مختلف و به منظورهاي مختلفمي‌توان آنها را به كار برد. قبل از مصرف اين مواد بايد از كاركرد آنها در شرايطمحيطي مورد نظر اطمينان حاصل كرد.
بستهبه نوع تركها ممكن است اين مواد بر روي سطح پاشيده شود و يا لازم است درون تركهاتزريق شود. به طور معمول تركهاي با عمق بيش از 20 ميليمتر لازم است توسط تزريق پرشوند. در صورتي كه تركها تمايل به گسترش دارند، بايد در قسمتهاي انتهايي آنها بتن را جدا كرد و سپس توسط يك پركننده مناسبترميم نمود.
در بعضي از اين تركها، مثلاً در تركهاي ناشي ازنشست خميري كه با افزايش آب در سطح بتن همراه است، اين ناحيه از بتن ضعيف خواهدبود كه در اين شرايط بايد بتن ارزيابي شده و در صورت لزوم بتن روي ميلگرد رابرداشت سپس قالب‌بندي و بتن‌ريزي مجدد نمود. به هر حال انتخاب روش ترميم مناسب بهنوع تركها و مشخصات و ميزان تأثير آن در بهره برداري بلند مدت از سازه و مقاومت آندر برابر هجوم عوامل مهاجم خورنده بستگي دارد.