انواع تغییر شکلهای بتن و میزان اهمیت آنها

تغییر شکلهای بتن، که اغلب منجر به ترک می شوند در نتیجه رفتار مصالح در مقابل بار و عوامل محیطی بوجود می آیند. هنگامی که یک بتن تازه سخت شده (اعم از بارگذاری شده یا نشده) در معرض درجه حرارت و رطوبت محیط قرار می گیرد در آن جمع شدگی حرارتی (کرنش های جمع شدگی بر اثر سرد شدن)(۱) و جمع شدگی ناشی از خشک شدن (کرنش های جمع شدگی همراه با  کاهش رطوبت) بوجود می آید. این موضوع که، در یک شرایط مفروض، کدامیک از این دو جمع شدگی و تغییر شکل حاصل از آنها حاكم خواهد بود، بستگی به عوامل زیادی همچون اندازه عضو بتنی، مشخصات مصالح تشکیل دهنده آن و نسبتهای اختلاط دارد. عموما در یک عضو ضخیم (معمولا بزرگتر از چند متر)، جمع شدگی ناشی از خشک شدن اهمیت کمتری نسبت به جمع شدگی حرارتی دارد.

بایستی توجه داشت که اغلب اعضای سازهای بتنی سخت شده، مقید هستند و این امر معمولا ناشی از اصطکاک عضو با بستر زیر آن، عضوهای انتهایی، آرماتور فولادی، و یا حتی کرنش های متفاوت در داخل و خارج بتن است. اگر کرنش ناشی از جمع شدگی در یک ماده ارتجاعی، کاملا مقید و کنترل شود، این امر منجر به ایجاد تنش کششی ارتجاعی در آن می شود. میزان این تنش از حاصلضرب کرنشدر مدول ارتجاعی مصالح E به دست می آید (). مدول ارتجاعی بتن همچنین تابع مشخصات مواد تشکیل دهنده بتن و نسبتهای اختلاط می باشد ولی این ارتباط الزامأ به همان میزان و یا حتی به همان گونه کرنش های ناشی از جمع شدگی نیست. انتظار می رود که زمانی که اثر توام مدول ارتجاعی و کرنش جمع شدگی، تنشی را بوجود بیاورد که برابر یا بیشتر از مقاومت کششی مصالح باشد، آنگاه مصالح ترک بخورد (شکل 1-4، منحنى الف). در عمل، به دلیل مقاومت کششی کم بتن، این امر اتفاق می افتد، ولی خوشبختانه، وقوع این امر تحت مقادیری از تنش کششی الاستیک، که از طریق تئوریک محاسبه شده است، نمی باشد.

اثر جمع شدگی و خزش در ایجاد ترک در بتن

شکل 1-4- اثر جمع شدگی و خزش در ایجاد ترک در بتن

برای درک بهتر این موضوع که چرا بتن ممکن است اصلا ترک نخورد و یا اینکه ترک خوردگی آن پس از گذشت مدت زمانی از قرارگیری آن در معرض محيط، و نه بلافاصله، صورت گیرد، بهتر است به رفتار بتن تحت تنشها و کرنشهای موجود در آن، توجه بیشتری مبذول گردد. پدیده ای که در آن بتن بر اثر سطح تنشی ثابت، به مرور زمان تدریجا تغییر شکل می یابد، خزش گفته می شود. پدیده دیگری که در آن، به مرور زمان، تحت کرنش ثابت، تنش تدریج کاهش می یابد، وادادگی تنش نام دارد. بروز هر دوی این پدیده ها، از مظاهر بارز خاص مصالح ویسکوالاستیک است. موقعی که یک عضو بتنی مقید میگردد رفتار ویسکوالاستیک بتن در قالب ادامه کاهش تنش با زمان ظاهر می شود شکل 1-4، منحنی ب). بنابراین، در اغلب سازه ها، تحت شرایط گیرداری موجود در بتن، تاثیر متقابل تنش های کششی الاستیک ناشی از کرنشهای جمع شدگی و وادادگی تنش ناشی از رفتار ویسکوالاستیک مصالح، در بطن تغییر شکلها و ترک خوردگی های بتن قرار دارد.

در عمل رفتار تنش- کرنش بتن بسیار پیچیده تر از شکلی است که در نمودار (1-4) نشان داده شده است. اولا بتن یک ماده کاملا ارتجاعی نیست، و ثانیا نه کرنش ها و نه قیدها در طول عضو بتنی یکنواخت نیست. لذا، بنا به دلایل فوق توزیع تنش های ایجاد شده، از یک نقطه به نقطه دیگر تغییر می کند. با وجود این، آگاهی داشتن از خواصی نظیر جمع شدگی ارتجاعی، جمع شدگی ناشی ازخشک شدن، جمع شدگی حرارتی و خواص ویسکوالاستیک بتن، اهمیت دارد.