قابلیت افزایش طول، و ترک خوردگی

همانگونه که قبلا نیز بیان شد، اولین موضوع مهم در مورد تغییر شکلهای ناشی از تنشهای وارده و نیز ناشی از عوامل وابسته به دما یا رطوبت در بتن، این است که آیا اندرکنش بین این تغییر شکلها منجر به ترک خوردگی بتن می شود یا خیر. بنابراین، بزرگی کرنش های ناشی از جمع شدگی، تنها یکی از عوامل موثر در بروز ترک در بتن می باشد. با توجه به شکل (1-4)، سایر عوامل موثر عبارتند از:

مدول ارتجاعی – هر چه مدول ارتجاعی کوچکتر باشد میزان تنش کششی ارتجاعی ایجاد شده برای یک میزان جمع شدگی کمتر خواهد بود.

خزش – هر چه خزش بیشتر باشد، میزان رهایی تنش بیشتر و تنش کششی خالص کمتر خواهد بود.

 مقاومت کششی – هر چه مقاومت کششی بیشتر باشد، احتمال خطر اینکه تنش کششی از مقاومت فراتر رفته و منجر به ترک خوردگی شود، کمتر خواهد بود.

مجموعه عواملی که برای کاهش ترک خوردگی در بتن مطلوبیت دارند می توانند با عبارت ساده قابلیت افزایش طول بیان گردند. در صورتی که بتن بتواند تغییر شکلهای بزرگی را بدون ترک خوردگی تحمل کند دارای درجه قابلیت افزایش طول بالایی است. واضح است که برای به حداقل رسانیدن احتمال خطر ترک خوردگی در بتن، نه تنها بتن می باید جمع شدگی کمی را تحمل کند، بلکه می باید قابلیت افزایش طول زیادی (یعنی مدول ارتجاعی کم، خزش زیاد و مقاومت کششی زیادی) را نیز داشته باشد. به طور کلی احتمال ترک خوردن بتن های با مقاومت زیاد بیشتر است و این امر به دلیل جمع شدگی حرارتی بزرگتر و رهایی تنش کمتر در آنها است. از طرف دیگر، بتن های با مقاومت كم تمایل به ترک خوردن کمتری دارند و این موضوع به دلیل انقباض حرارتی کمتر و رهایی تنش بیشتر در آنها است. بایستی توجه داشت که بیان اخیر برای اعضای بتن حجیم کاربرد دارد، و برای مقاطع نازک تأثیر کرنش جمع شدگی ناشی از خشک شدن اهمیت بیشتری دارد.

بایستی توجه داشت که عوامل زیادی که در جمع شدن ناشی از خشک شدگی بتن مؤثرند، در کاهش قابلیت افزایش طول آن نیز مؤثرند. مثلا افزایش میزان سنگدانه یا افزایش سختی آنها، سبب تقلیل جمع شدگی ناشی از خشک شدن می شود ولی در عین حال، سبب کاهش میزان وادادگی تنش و قابلیت افزایش طول نیز می شود. این مسأله، مشکلات ناشی از در نظر گرفتن نکات نظری خالص را در عمل در تکنولوژی بتن نشان میدهد.

رفتار ترک خوردگی بتن در سازه واقعی، پیچیده تر از آن چیزی است که در شکل (۱-۴) نشان داده شده است. در حقیقت، سرعت جمع شدگی و رهایی تنش، شبیه آنچه که در شکل نشان داده شده است، نیست. به عنوان مثال، در بتن های حجیم، تنشهای فشاری در سنین اولیه بتن که دما بالا می رود افزایش می یابد ولی تنش های کششی تا مدت زمانی بعد که دما شروع به کاهش می کند، افزایش نمی یابد. با این وجود، به علت مقاومت کم بتن در سنین اولیه، بیشتر مقدار رهایی تنش درطول هفته اول بعد از بتن ریزی اتفاق می افتد. بدین طریق بتن اکثر ظرفیت رهایی تنش خود را، قبل از اینکه برای جلوگیری از ترک ناشی از تنش های کششی بدان نیاز باشد، از دست میدهد.

در ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی حرارتی، چه مربوط به عوامل وابسته به دمای داخلی در بتن حجیم باشد و چه اینکه ناشی از عوامل مرتبط با دمای خارجی در محیط های سخت و فوق العاده باشد، اهمیت ظرفیت کرنش کششی را (که به صورت کرنش گسیختگی تحت کشش تعریف می شود) نباید فراموش نمود. نظریه کلی این است که گسیختگی بتن تحت فشار تک محوری اساسا به علت گسیختگی کششی است. همچنین نشانه هایی موجود است که مقاومت کششی محدود بتن عامل کنترل کننده و تعیین کننده مقاومت گسیختگی بتن تحت بار استاتیکی نیست، بلکه محدودیت در کرنش کششی آن است که تعیین کننده می باشد. هوتن (Houghton)(۱۱) بر این اساس، روش ساده ای را برای تعیین کرنش کششی نهایی در بارگذاری سریع، از طریق در نظر گرفتن یک نسبت بین مدول گسیختگی به مدول ارتجاعی در حالت فشاری، ارائه نموده است. از آنجا که مدول گسیختگی در حدود ۲۰ تا ۴۰ درصد بزرگتر از مقاومت کششی واقعی است و مدول ارتجاعی در فشار نیز به همان میزان بزرگتر از نسبت تنش به کرنش است، لذا ادعا می شود که این روش، مقدار واقعی کرنش ارتجاعی نهایی را برای بارگذاری سریع به دست می دهد. با اضافه کردن کرنش ناشی از خزش در بارگذاری آهسته به کرنش فوق، میزان تخمینی ظرفیت کرنش کششی بتن به دست می آید. پیشنهاد شده است که برای تحلیل خطرپذیری ترک خوردگی حرارتی، تعیین ظرفیت کرنش کششی، معیار بهتری از تبدیل کرنش حرارتی به تنش ارتجاعی ایجاد شده می باشد. روش کلی محاسبه تنش در مواد ویسکوارتجاعی، که از جمله شامل روش اجزای محدود برای محاسبه انتشار دما در بتن حجیم است، در فصل ۱۲ کتاب آورده شده است.