ترک در بتن و دلایل آن

ترک در بتن بسیار رایج است اما اغلب اشتباه گرفته می‌شود. هنگامی که مالک شکافی در دال یا دیوار خود می‌بیند، بخصوص اگر بتن نسبتاً جدید باشد، به طور خودکار تصور می‌کند که مشکلی وجود دارد اما همیشه این مشکل نشان از ترک نیست! برخی از انواع ترک‌ها اجتناب ناپذیر هستند.

بهترین کاری که مدیر پروژه می‌تواند انجام دهد، این است که سعی کند ترک خوردگی را کنترل کند. این کار با طرح اختلاط مناسب، اطمینان از خیس نبودن بتن، استفاده از آرماتور و با قرار دادن و فاصله گذاری مناسب درزهای کنترل ترک و درزهای انبساط انجام می‌شود.

با این حال، گاهی اوقات با وجود هر گونه اقدامات احتیاطی، باز هم ترک ایجاد خواهد شد. مؤسسه بتن به این موضوع در ACI 302.1-04 پرداخته است. حتی با بهترین طرح اختلاط نیز انتظار بتن بدون ترک اجتناب ناپذیر است. در نتیجه، انتظار مقداری ترک در هر پروژه طبیعی است و چنین اتفاقی لزوماً به معنای بی‌کیفیت بودن بتن نخواهد بود.

تشخیص 6 نوع ترک بتن

در زیر به انواع ترک‌های رایج اعضای بتنی اشاره می‌کنیم:

1- ترک‌های انقباض پلاستیک (Plastic Shrinkage Cracks)

احتمالاً شایع‌ترین دلیل ایجاد ترک‌های اولیه در بتن، شرینکیج است. زمانی که بتن هنوز در حالت پلاستیکی خود قرار دارد (قبل از سخت شدن)، دارای آب است که فضا را اشغال می‌کند. همانطور که دال در حین عمل آوری رطوبت خود را از دست می‌دهد، کمی کوچک‌تر می‌شود. از آنجایی که بتن ماده بسیار سفت و سختی است، این انقباض باعث ایجاد فشار بر روی دال بتنی می‌شود.

هنگامی که تنش برای بتن سخت شده خیلی زیاد شود، دال به منظور کاهش تنش ترک می‌خورد. به خصوص در هوای گرم، ترک‌های انقباض می‌توانند چند ساعت پس از ریختن و اتمام دال ایجاد شوند. اغلب، ترک‌های انقباض پلاستیک فقط یک خط هستند و به سختی قابل مشاهده می‌باشند. با این حال، حتی اگر ترک خطی باشد، در تمام ضخامت دال گسترش می‌یابد.

یکی از عواملی که به طور قابل توجهی به جمع شدگی کمک می‌کند، مخلوط کردن بتن بیش از حد مرطوب است. اگر آب بیش از حد به مخلوط وارد شود، دال بیشتر از زمانی که مقدار مناسبی از آب مخلوط استفاده شود، منقبض خواهد شد. این بدین دلیل است که آب اضافی فضای بیشتری را اشغال می‌کند و مواد جامد موجود در مخلوط را بیشتر از یکدیگر دور می‌نماید. با این کار راه حل ضعیف‌تری ایجاد خواهد شد.

هنگامی که آب اضافی از دال خارج می‌شود، سنگدانه‌ها حفره‌های بزرگ‌تری بین خود دارند. این فضاهای خالی بتن را ضعیف‌تر و مستعد ترک خوردن می‌کند. متأسفانه، بتن مرطوب‌تر، به ویژه در هوای گرم، راحت‌تر بتن ریزی می‌شود. این یکی از دلایلی است که بسیاری از افراد به کامیون‌های میکسر بتن آب اضافه می‌کنند. چند لیتر در متر مکعب، تاثیر قابل توجهی روی مخلوط نخواهد داشت.

با این حال، اگر مقدار بیش از حد آب اضافه شود، می‌توان ناخواسته مقاومت بتن را کاهش دهد. ترک‌های انقباض پلاستیکی می‌توانند در هر نقطه‌ای از دال یا دیوار اتفاق بیفتند اما یکی از مکان‌هایی که تقریباً همیشه در آن اتفاق خواهد افتاد، گوشه‌های عضو بتنی است. به عنوان مثال، اگر بتن در یک ستون مربعی ریخته شود، چهار گوشه مربع مراکز اصلی مشکل هستند. از آنجایی که بتن نمی تواند در اطراف یک گوشه جمع شود، تنش باعث ترک خوردن بتن از نقطه‌ای در گوشه می‌شود (شکل 1 را ببینید).

شکل 1: ترک‌های انقباضی در گوشه‌های دال

یک شی گرد در وسط یک دال همین مشکل گوشه را ایجاد می‌کند. این مهم معمولاً در محل لوله‌ها، وسایل لوله کشی، زهکشی‌ها و ریخته گری منهول مشهود است. بتن نمی‌تواند کوچک‌تر از جسمی که در اطراف آن ریخته می‌شود، دچار منقبض شود و این باعث ایجاد تنش کافی برای ترک خوردن بتن خواهد شد (شکل 2 را ببینید).

شکل 2: ترک انقباض در دال در محل لوله

برای مبارزه با ترک‌های انقباض تصادفی، درزهای کنترلی (اغلب به اشتباه به عنوان درزهای انبساط نامیده می‌شوند)، در دال قرار می‌گیرند. درزهای کنترل در واقع درزهای انقباضی هستند زیرا با انقباض یا کوچک‌تر شدن بتن باز می‌شوند. آنها صرفاً شیارهایی هستند که به صورت ابزاری در بتن تازه وارد می‌شوند یا بلافاصله پس از اینکه بتن به گیرش اولیه خود برسد، در دال ایجاد می‌شوند. درزهای کنترلی محل ضعیفی در دال ایجاد می‌کنند به طوری که وقتی بتن منقبض می‌شود، به جای ترک خوردن تصادفی در سراسر دال، در درز ترک می‌خورد (شکل 3 را ببینید).

شکل 3: یک اتصال موفق کنترل ترک

برای اینکه اتصال کنترل ترک موثر باشد، باید ¼ عمق آن به اندازه ضخامت دال باشد. یعنی در یک دال معمولی با ضخامت 100 میلی‌متر، عمق اتصالات نباید کمتر از 25 میلی‌متر باشد. یک دال با ضخامت 150 میلی‌‌متر به درزهای عمیق 38 میلی‌‌متری نیاز دارد. برای به حداقل رساندن احتمال ترک ‌خوردگی تصادفی زودهنگام، این درزها باید در اسرع وقت پس از ریختن بتن، اصلاح شوند. اگر درز کنترل به اندازه کافی عمیق نباشد، بتن ترک در نزدیکی درز ترک بخورد (شکل 4 را ببینید).

شکل 4: یک ترک در کنار یک مفصل بسیار کم عمق

اتصالات کنترل ترک باید در تمام گوشه‌های ندال قرار داده شوند و در بقیه قسمت‌های دال به طور مساوی دارای فاصله باشند. یک قانون کلی خوب برای بتن به ضخامت 100 میلی‌متر این است که اتصالات را طوری قرار دهید که دال را به بخش‌های مربعی تقریباً مساوی جدا کنند، بدون اینکه یک ترک از نزدیک‌ترین ترک موازی بیشتر از 3 متر فاصله داشته باشد.

با پیروی از این دستورالعمل‌ها، یک مسیر پیاده ‌روی به عرض 1.2 متر در فواصل 1.2 متری به هم متصل می‌شود. یک راهرو با ابعاد 4.8 متر در 19.2 متر دارای یک اتصال است که از مسیرهای طول مرکز عبور می‌کند و درزها هر 2.4 متر بر روی آن قطع می‌شوند. این الگو 16 بخشی 2.4 در 2.4 متر ایجاد می‌کند.

اگر عرض راهروی یک متر یا کمتر باشد، معمولاً می‌توان اتصال مرکزی تا طول آن را با خیال راحت حذف کرد و درزهای متقاطع به همان فاصله‌ای قرار می‌گیرند که عریض راهرو باشند. اگر درزها در جایی که لازم بوده قرار نگیرند، بتن با ترک خوردن درزهای بیشتری ایجاد می‌کنند. جالب است بدانید که اغلب به همان شکلی که باید به هم متصل می‌شدند، ترک می‌خورند (شکل 5 را ببینید).

شکل 5: ترک‌ها در مکان اتصالات

2- ترک‌های انبساط (Expansion Cracks)

یکی دیگر از دلایل ترک بتن، انبساط است. در هوای بسیار گرم، دال بتنی با گرم‌تر شدن، منبسط می‌شود. این می‌تواند فشار زیادی را بر روی دال ایجاد کند. همانطور که بتن منبسط شده، به هر جسمی (مانند دیوار آجری یا دال بتنی مجاور) در مسیر خود فشار می‌آورد. اگر هیچ کدام توانایی خم شدن را نداشته باشند، نیروی حاصله باعث ترک خوردن بتن می‌شود.

درز انبساط، نقطه جدایی یا درز جداسازی بین دو سطح ساکن است. تمام عمق آن با نوعی از مواد تراکم پذیری مانند فیبر سلولز آغشته به قیر، فوم پلی سلول بسته یا حتی چوب پر شده است (شکل 6 را ببینید). ماده تراکم پذیر هر چه باشد، به عنوان یک ضربه جذب شده عمل می‌کند که می‌تواند در حین فشرده شدن، ببخشد. این کار فشار وارده بر بتن را کاهش می‌دهد و می‌تواند از ترک خوردن جلوگیری کند.

شکل 6: درز انبساط

درز انبساط همچنین می‌تواند از ساییدگی دال در برابر جسم صلب در طول دوره‌های حرکت عمودی جلوگیری کند. در طول این زمان‌های نشست، درز انبساط از اتصال سطح بالای دال به سطح مجاور و پوسته پوسته شدن جلوگیری می‌کند (شکل 7 را ببینید).

شکل 7: درز انبساط بین این دال‌ها از بریدگی جلوگیری می‌کند

3- ترک‌های ناشی از بالا آمدن (Cracks Caused by Heaving)

عامل دیگری که به ترک خوردگی کمک می‌کند، حرکت زمین است که توسط چرخه‌های انجماد و ذوب ایجاد می‌شود. در طول چنین چرخه‌هایی، زمین یخ زده می‌تواند تا چند سانتی‌متر بلند شده و پس از ذوب شدن، دوباره ته نشین شود. اگر دال آزاد نباشد و با خاک حرکت کند، دال ترک می‌خورد. وجود ریشه‌های بزرگ درختان نیز می‌تواند باعث ریزش بتن شود. اگر درختی خیلی نزدیک به یک دال بتنی قرار گیرد، ریشه‌های در حال رشد می‌توانند بتن را بلند کرده و آن را بشکنند (شکل 8 را ببینید).

شکل 8: ریشه‌های درختان این پیاده رو را بلند می‌کنند و باعث ایجاد ترک می‌شوند

4- ترک‌های ناشی از ته نشین شدن (Cracks Caused by Settling)

برعکس، اگر یک درخت بزرگ از نزدیک یک دال بتنی جدا شود، ریشه‌های مدفون تجزیه می‌شوند. فضای خالی حاصل می‌تواند باعث ته نشین شدن زمین و ترک خوردن بتن شود. ته نشینی را فرونشست نیز می‌گویند. فرونشست بر روی ترانشه‌هایی که خطوط تاسیسات و لوله‌های لوله کشی در آن دفن شده‌اند، بسیار رایج است. اغلب اوقات، ترانشه تاسیسات در هنگام پر کردن مجدد فشرده نمی‌شود. اگر بتن در بالای یک ترانشه ضعیفی قرار داده شود، فضای خالی ایجاد شده در اثر نشست می‌تواند باعث ایجاد ترک در سراسر دال بتنی بدون تکیه گاه گردد (شکل 9 را ببینید).

شکل 9: ترک در سراسر دال بتنی بدون تکیه گاه

5- ترک‌های ناشی از بارگذاری بیش از حد (Cracks Caused by Overloading the Slab)

یکی دیگر از عواملی که به ترک خوردن کمک می‌کند، قرار دادن وزن بیش از حد در بالای دال است. اگرچه بتن یک ماده بسیار قوی است اما همچنان محدودیت‌های بارگذاری دارد. تا آنجا که به مقاومت فشاری مربوط می‌شود، بتن به ندرت بارگذاری می‌شود. به این معنا که وزن معمولاً بتن را پودر یا خرد نمی‎کند. آنچه رایج‌تر می‌باشد، این است که وزن بیش از حد برای زمین زیر بتن مشکل ساز است. این امر به ویژه پس از دوره‌های باران شدید یا ذوب برف که زمین اشباع و نرم است، صادق می‌باشد.

هنگامی که آب زیرزمینی به زیر بتن مهاجرت می‌کند، باعث می‌شود که خاک زیرین نرم یا اسفنجی شود. وزن زیاد روی دال در این نقطه می‌تواند بتن را به سمت پایین فشار دهد. از آنجایی که مقاومت خمشی بتن کمتر از مقاومت فشاری آن است، بتن تا نقطه شکست خم می‌شود. راندن وسایل نقلیه سنگین از لبه دال، نوع مشابهی از این ترک را ایجاد می‌کند.

شکل 10: یک کامیون سنگین از روی این پیاده رو عبور کرده است.

6- ترک‌های ناشی از خشک شدن زودرس (Cracks Caused by Premature Drying)

ترک‌های ناشی از خشک شدن زودرس ترک‌های سطحی بسیار ظریفی هستند که شبیه تار عنکبوت یا شیشه‌های شکسته می‌باشند. آنها می‌توانند بر روی هر دال بتنی، زمانی اتفاق بیفتند که سطح بالایی به سرعت رطوبت خود را از دست بدهد. ترک‌های فرسوده می‌توانند ناخوشایند باشند اما یک مشکل ساختاری نیستند. آنها به قدری خوب هستند که هیچ راهی برای تعمیرشان وجود ندارد (شکل 11 را ببینید).

ترک‌های پوسته‌ای اغلب در طول فرآیند استمپینگ بتن اتفاق میفتند. اگرچه آن‌ا از نظر زیبایی جذاب نیستند اما ترک‌های پوسته‌ای مشکل ساختاری ندارند و به راحتی قابل تعمیر هستند.

شکل 12: ترک‌های پوسته‌ای ناشی از خشک شدن زودرس سطح

دو دلیل عمده ترک خوردن بتن

اطلاعات زیر برای تشخیص بتن ترک خورده مفید هستند اما اگر نظر یک متخصص را می‌خواهید، برای ارزیابی به توصیه‌های او بسنده کنید. اما دلایل اصلی ترک بتن به شرح زیر هستند:

دلیل 1: آب اضافی در مخلوط

بتن برای دستیابی به حداکثر مقاومت، به آب زیاد نیاز ندارد. اما اکثریت وسیعی از بتن‌های مورد استفاده در کارهای معمول، آب زیادی دارند. این آب برای سهولت در نصب بتن اضافه می‌شود. این آب اضافی نیز مقاومت بتن را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. انقباض یا شرینکیج، عامل اصلی ترک خوردن بتن است. با سفت شدن و خشک شدن، بتن منقبض می‌شود و این به دلیل تبخیر آب مخلوط اضافی است.

هر چه مخلوط بتن مرطوب تر یا سوپ تر باشد، انقباض بیشتر خواهد بود. این انقباض باعث ایجاد نیروهایی در بتن شده که به معنای واقعی کلمه دال را از هم جدا می‌کنند. ترک‌ها نتیجه نهایی این نیروها هستند. نکته اصلی این است که نسبت آب به سیمان پایین، مسئله شماره یک تأثیرگذار بر کیفیت بتن است و آب اضافی این نسبت را کاهش می‌دهد

دلیل 2: خشک شدن سریع بتن

همچنین خشک شدن سریع دال، احتمال ترک خوردن را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. واکنش شیمیایی که باعث می‌شود بتن از حالت مایع یا پلاستیک به حالت جامد برود، نیاز به آب دارد. این واکنش شیمیایی یا هیدراتاسیون، برای روزها و هفته‌ها پس از ریختن بتن ادامه می‌یابد. شما می‌توانید با پخت کافی دال، از وجود آب لازم برای این واکنش اطمینان حاصل کنید.

کلام آخر

ترک بتن در بسیاری موارد نگران کننده نیست اما اگر ترک ناشی از طرح اختلاط نامناسب باشد، باید به این موضوع توجه زیادی کرد. ترک‌های ناشی از کیفیت پایین بتن به مرور زمان در بدنه بتن نفوذ می‌کنند و باعث خرابی آن می‌شوند. به ویژه در مورد بتن‌های اعضای سازه‌ای این مهم باید مورد توجه مدیران پروژه قرار بگیرید تا ساختمان در طول عمر بهره برداری خود از بین نرود. شناخت نوع و ارائه راه حل برای رفع آن بسیار مهم است. در اینگونه موارد به متخصصین واجد شرایط نیاز است.