خزش بتن چیست؟ انواع و عوامل موثر بر خزش بتن

تغییر شکل سازه در اثر بارگذاری پایدار به عنوان خزش بتن شناخته می شود. اگر بتن تحت فشار یا تنش طولانی مدت باشد، می تواند شکل را تغییر دهد. این تغییر شکل اغلب در جهت نیروی اعمالی رخ می دهد. انواع خزش بتن شامل خزش اولیه، خشک شدن، ویژه و ضریب خزش می باشد. کیفیت سنگدانه، نسبت مخلوط بتن، خواص سیمان، دما و رطوبت بخش از عوامل موثر بر خزش است. اجرای صحیح تمام فرایندهای بتن‌ریزی و عمل‌آوری بتن به کاهش مقدار آن کمک می‌کند.

خزش بتن چیست؟

این پدیده به این صورت تعریف می شود: تغییر شکل سازه تحت بار پایدار. اساساً فشار یا فشار طولانی مدت روی بتن می تواند باعث تغییر شکل آن شود. این تغییر شکل معمولاً در جهتی که نیرو اعمال می شود رخ می دهد. مانند ستون بتنی که فشرده می‌شود و یا تیری که دچار کمانش می شود. بتن همیشه در اثر این تغییر شکست نمی خورد یا خراب نمی شود. هنگامی که باری به بتن وارد می شود، یک کرنش الاستیک آنی ایجاد می شود که در صورت تداوم بار، به کرنش خزشی تبدیل می شود. با افزایش زمان بارگذاری، میزان این تغییر شکل غیر کشسان نیز افزایش یافته و مقدار کل آن ممکن است چندین برابر تغییر شکل الاستیک کوتاه مدت باشد. اما با گذشت زمان سرعت افزایش تغییر شکل کاهش می یابد و منحنی خزش مجانبی خواهد داشت.

 

انواع خزش بتن

1. خزش اولیه (Basic creep): اولین نوع آن خزش اولیه نام دارد که به‌صورت ساده انجام می گیرد. شرایط رطوبت نسبی صددرصدی می‌تواند منجر به افزایش کرنش در ساختمان شود که به آن خزش اولیه می‌گویند.

2. خزش خشک شدن (Drying creep): این نوع به هنگام خشک‌شدن متریال بتن خود را نشان می‌دهد.

3. خزش ویژه (Specific creep): این نوع مرحله بعدی است که واحد تنش اعمال شده را براین ‌اساس محاسبه می‌کنند.

4. ضریب خزش (Creep coefficient): به نسبت کرنش نهایی به کرنش الاستیک، خزش ضریب می‌گویند.

 

 

عوامل موثر بر خزش بتن

1. کیفیت سنگدانه

سنگدانه دچار خزش بسیار کمی می شود. این واقعاً خمیر است که مسئول آن است. با این حال، سنگدانه از طریق یک اثر بازدارنده بر روی میزان آن، این پدیده را تحت تأثیر قرار می دهد. خمیری که تحت بار خزش می کند توسط سنگدانه هایی که خزش نمی کنند مهار می شود. هر چه سنگدانه قوی تر باشد، اثر بازدارنده بیشتر است و در نتیجه میزان آن کمتر است. افزایش از 65 به 75 درصد محتوای حجمی سنگدانه باعث کاهش 10 درصدی آن می شود.

مدول الاستیسیته سنگدانه نیز یکی از عوامل مهم تأثیرگذار بر این پدیده است. هر چه مدول الاستیسیته سنگدانه بیشتر باشد، خزش کمتر می شود. سنگدانه های سبک به دلیل مدول الاستیسیته کمتر، خزش بسیار بیشتری نسبت به سنگدانه با وزن معمولی نشان می دهند. تایید شده است که هرچه حداکثر اندازه یک سنگدانه بیشتر باشد، خزش بتن کمتر است.

 

2. نسبت مخلوط بتن

میزان مواد و کیفیت آن یکی از مهم ترین عوامل موثر در خزش است. ساختار خمیری ضعیف تر، خزش بیشتری را تجربه می کند. بنابراین می توان گفت با افزایش نسبت آب به سیمان خزش افزایش می یابد. به عبارت دیگر می توان گفت که این پدیده با مقاومت بتن نسبت معکوس دارد. به طور کلی، همه عوامل دیگری که بر نسبت آب به سیمان تأثیر می‌گذارند بر این تغیر نیز تأثیر می‌گذارند.

 

3. شدت و مدت تنش وارد شده به بتن

شدت تنش و میزان خزش در بتن رابطه مستقیم دارند. البته هر چه میزان نیروهای تنش وارده به بتن بیشتر باشد میزان آن در بتن بیشتر می شود. در بسیاری از آزمایش‌ها، تناسب مستقیمی بین خزش و تنش اعمال شده وجود دارد. تروکسلتال دریافت که نمونه هایی که به مدت 90 روز پخت و سپس به مدت 21 سال بارگذاری شده بودند، 680، 1000 و 14.0 * 10^(-6) کرنش های خزشی را نشان دادند که به ترتیب مربوط به سطوح تنش پایدار 4 مگاپاسکال، 6 مگاپاسکال و 8 مگاپاسکال بود.

 

4. مقاومت فشاری بتن

از دیگر عوامل موثر بر این پدیده، مقاومت فشاری بتن می باشد که رابطه ای عکس دارند. به این ترتیب که هر چه مقاومت فشاری بیشتر باشد، میزان آن کمتر است. از طرفی میزان سیمان مصرفی در بتن می تواند بر میزان مقاومت فشاری تاثیر بگذارد. بنابراین نسبت آب و سیمان مصرفی در تهیه بتن بسیار حائز اهمیت است زیرا در صورت عدم رعایت تناسب صحیح، مقاومت بتن تغییر کرده و در نهایت بر میزان خزش تاثیر می گذارد.

 

5. نوع سیمان

نوع سیمان یکی دیگر از عوامل موثر بر این پدیده است. در شرایط خشک شدن، سیمان سرباره کوره بلند پرتلند نسبت به انواع معمولی سیمان پرتلند خزش بیشتری ایجاد می کند. ریز بودن دانه های سیمان بر رشد استحکام در سنین اولیه تأثیر می گذارد و بنابراین بر آن نیز تأثیر می گذارد. هرچه سیمان ریزتر باشد، به گچ بیشتری نیاز دارد، به طوری که سیمان بندی مجدد در آزمایشگاه بدون افزودن گچ، سیمانی نامناسب تولید می کند که خزش بالایی را نشان می دهد.

 

6. دما

دمایی که بتن در معرض آن قرار می گیرد می تواند دو اثر خنثی بر خزش داشته باشد اگر یک عضو بتنی به عنوان بخشی از فرآیند عمل آوری بتن قبل از بارگذاری در معرض دمای بالاتر از حد معمول قرار گیرد، مقاومت آن افزایش می یابد و کرنش خزشی کمتر از بتن مربوطه ذخیره شده در دمای پایین تر خواهد بود. از سوی دیگر، قرار گرفتن در معرض دمای بالا در طول دوره تحت بار می تواند خزش را افزایش دهد. 

 

7. رطوبت

میزان رطوبت محیط و مقدار خزش در بتن رابطه ای عکس دارند. به این معنا که هر چه رطوبت هوا بیشتر باشد مقدار آن در بتن کمتر خواهد بود. این اتفاق زمانی افزایش می یابد که در شرایط تنش خشک شود.

 

8. تأثیر سن

خزش بتن فرایندی است که در طول زمان ادامه پیدا می کند. تاخیر در بارگذاری می تواند میزان آن را کاهش دهد.

 

 

خزش چه تاثیری بر بتن دارد؟

1. در تیرهای بتن مسلح، این پدیده در طول زمان باعث افزایش انحراف می‌شود و ممکن است در طراحی مورد توجه قرار گیرد.

2. این اتفاق در اعضای فشاری و ستون های بتن مسلح باعث کاهش تدریجی طول عضو می شود. این کاهش با مقاومت میلگردها روبرو می شود و در نتیجه با گذشت زمان , تنش در بتن کاهش و در میلگرد ها افزایش می یابد.

3. رخ دادن این پدیده در سازه های بتنی پیش تنیده باعث از بین رفتن پیش تنیدگی می شود.

4. در ساختارهای استاتیکی نامشخص، این پدیده ممکن است غلظت تنش ناشی از انقباض، تغییرات دما، یا نشست تکیه‌گاه‌ها را کاهش دهد. در تمام سازه های بتنی خزش باعث کاهش تنش های داخلی ناشی از بار غیر یکنواخت یا انقباض محدود می شود.

5. در بتن انبوه، این پدیده به خودی خود ممکن است علت ترک خوردن بتن باشد، زمانی که توده بتن مهار شده به دلیل ایجاد گرمای هیدراتاسیون و خنک شدن متعاقب آن دچار چرخه تغییر دما می شود. بنابراین باید تمام اقدامات احتیاطی و اقدامات لازم انجام شود تا در داخل سازه های بتنی انبوه مانند سدهای بتنی، دیوارهای حائل و غیره افزایش دما رخ ندهد.

6. در ستون‌هایی که بارهای غیر محوری هستند، این پدیده انحراف را افزایش می‌دهد و می‌تواند منجر به کمانش شود.

 

چگونه خزش بتن را کاهش دهیم؟

نحوه کاهش خزش در بتن یا نحوه جلوگیری از آن در بتن یک راهنمای ساده و کوتاه است که در زیر آورده شده است:

• اجرای صحیح تمام فرایندهای بتن‌ریزی و عمل‌آوری بتن
• استفاده از سنگدانه های بزرگ
• توجه ویژه به میزان چسبندگی و یکدستی بتن
• کاهش نسبت آب به سیمان
• استفاده از حداکثر مقدار مجاز میلگرد

 

 

چگونه خزش در بتن را محاسبه کنیم؟

از آزمایش ASTM-C512 برای کنترل مقدار خزش استفاده می‌شود. این آزمایش برای سنین مشخص بتن در شرایط محیطی کنترل شده صورت می‌گیرد. آزمون خزش در بتن، بر اساس متناسب بودن خزش با تنش، تا ۴۰ درصد مقاومت فشاری بتن است. این آزمون بر روی نمونه‌های استوانه‌ای که قطر بزرگ‌ترین سنگ‌دانه آن ۵۰ میلی‌متر است، انجام می‌شود.

فرمول بین خزش ویژه (کرنش خزش در واحد تنش «c»( و زمان تحت بار «t» را در زیر آمده است:

c = (t / a + b × t)

«a» و «b» ثابت هستند. اگر یک نمودار با «t» در محور «x» و «t/c» در محور «y» رسم شود، یک خط مستقیم از شیب «b» را نشان می‌دهد. سپس ثابت‌ها را می‌توان به راحتی پیدا کرد. مشاهده این نکته جالب است که وقتی t = a/b ، c = b/2 یعنی نیمی از خزش نهایی در زمان t = a/b محقق می‌شود.

 

نتیجه گیری

خزش خاصیتی از بتن است که به دلیل آن، بتن در اثر بارهای طولانی مدت تحت تنش ثابت در محدوده کشسانی قابل قبول، یعنی کمتر از 0.5 fc، به تغییر شکل خود ادامه می دهد. جمع شدگی بتن و این پدیده به طور همزمان رخ می دهد. هنگامی که نمونه از بار رها می شود، بازیابی فوری یا الاستیک با کاهش تدریجی کرنش به نام بازیابی خزشی همراه است. این پدیده بیشتر در پل ها و اعضایی مانند تیرها و سقف ها که تحت بار ثابت هستند رخ می دهد. البته با کنترل علت خزش در بتن می توان وقوع آن را کنترل کرد. یعنی هر چه مقاومت فشاری بتن و کارایی آن بیشتر و بهتر باشد. میزان خزش کاهش می یابد.