جمع شدگی ناشی از خشک شدن، و خزش

بنا به دلایل مختلف، دو پدیده جمع شدگی ناشی از خشک شدن و پدیده ویسکوالاستیک با هم مورد بحث قرار میگیرند. اولا، هم جمع شدگی ناشی از خشک شدن و هم خزش هر دو از یک منبع واحد، که همانا خمیر سیمان هیدراته شده است، ناشی می شوند. ثانيا، منحنی کرنش – زمان هر دوی

آنها خیلی به هم شبیه است. ثالثا، عوامل مؤثر بر جمع شدگی ناشی از خشک شدن، بر خرش هم به همان طریق اثر می گذارند. چهارم آنکه، کرنش ایجاد شده در بتن، که در حدود  است، در هر یک از دو پدیده بزرگ بوده و در طراحی سازه ها نباید فراموش شوند. پنجم آنکه، هر دو پدیده تا حدی برگشت پذیر می باشند.

علل

همانطور که در فصل دوم بیان گردید، خمیر سیمان اشباع هنگامی که در رطوبت محیط معمولی قرار می گیرد از لحاظ ابعادی پایدار نمی ماند و در این محیط غیراشباع، به علت آنکه ژل C-S-H مقداری از آب جذب شده خود را از دست می دهد، لذا تغییر شکل ناشی از جمع شدن پیدا میکند شبیه این پدیده، هنگامی که خمیر سیمان هیدراته شده تحت تنش ثابتی قرار می گیرد، بسته به میزان و مدت اعمال این تنش، ژل C-S-H مقدار زیادی آب فیزیکی از دست داده و لذا خمیر، کرنش خزشی پیدا میکند. البته این، تنها دلیل ایجاد خزش در بتن نیست لیکن کاهش آب فیزیکی بر اثر فشارهای وارده مهمترین عامل ایجاد کننده خزش می باشد. به طور خلاصه کرنش های ایجاد شده بر اثر جمع شدگی و خزش، به خروج آب جذب شده و حرکت آن از خمیر سیمان هیدراته شده نسبت داده می شود. تفاوت این دو پدیده در این است که در جمع شدگی، اختلاف رطوبت بین بتن و محیط خارج عامل اصلی است، ولی در خزش، تنش ثابت اعمال شده عامل محرک می باشد. همانطور که در فصل ۲ بیان گردید علت فرعی جمع شدگی سیستم در نتیجه خشک شدن یا تنش اعمال شده، حرکت و خارج شدن آب در فضاهای مویینه () خمیر سیمان هیدراته شده بر اثر کشش هیدرواستاتیکی است.

علل ایجاد پدیده خزش در بتن پیچیده تر است. در حال حاضر محققین معتقدند که علاوه بر حرکت رطوبت عوامل دیگری نیز در پدیده خزش مؤثرند. رفتار غیر خطی تنش – کرنش، به ویژه در سطح تنشی بیش از ۳۰ تا ۴۰ درصد تنش نهایی، به وضوح نشان دهنده تأثیر ریز ترکهای ناحية انتقال بر روی پدیده خزش می باشد. هنگام قرارگیری همزمان بتن در معرض شرایط خشک شئن،

 

همواره کرنش ناشی از خزش آن افزایش پیدا میکند. این امر ناشی از ریز ترکهای اضافی ای است که بر اثر جمع شدگی حاصل از خشک شدن، در ناحیه انتقال ایجاد شده اند.

پدیده عملکرد ارتجاعی تأخیری سنگدانه علت دیگر وقوع پدیده خزش در بتن است. از آنجا که خمیر سیمان و سنگدانه به هم پیوسته اند، لذا با انتقال بار به سنگدانه تنش وارد بر خمیر کاهش می یابد، و با افزایش انتقال بار به آن، تغییر شکل ارتجاعی در آن ایجاد میشود. در نتیجه کرنش ارتجاعی تأخیری در سنگدانه بر روی خزش کل در بتن اثر می گذارد.

تأثیر شرایط بارگذاری و رطوبت بر روی جمع شدگی ناشی از خشک شدن و رفتار ویسکوالاستیک

در عمل، جمع شدگی ناشی از خشک شدن و رفتار ویسکوالاستیک با هم رخ می دهند. در جدول (3-4) ترکیبات مختلف بارگذاری، قیود و شرایط رطوبتی آورده شده است. اعمال تنش ثابت به نمونه بتنی تحت رطوبت نسبی ۱۰۰ درصد، سبب افزایش کرنش با گذشت زمان می شود، که بدان خزش پایه گفته می شود. این شرایط، اغلب در سازه های بتنی حجیم، که در آنها جمع شدگی ناشی از خشک شدن قابل ملاحظه نیست، اتفاق می افتد. حال بجای اعمال تنش ثابت، حالتی را که کرنش ثابتی در نمونه بتنی اعمال می شود را بررسی می کنیم. هنگامیکه کرنش ایجاد می شود، نمونه بتنی تنش ارتجاعی آنی ای را از خود نشان میدهد که به هر حال این تنش بر اثر پدیده وادادگی تنش با گذشت زمان کاهش می یابد. هر دو پدیده خزش و وادادگی می توانند با به کارگیری تنش در مدل فنر و کمک فنر مشاهده شوند (فنرها و کمک فنرها، که یا به صورت سری و یا به صورت موازی به هم متصل شده اند در فصل ۱۲ مورد بحث قرار می گیرند).

با قراردادن نمونه بتنی بدون قید در محیطی با رطوبت نسبی کم، در آن جمع شدگی ناشی از خشک شدن اتفاق می افتد که با گذشت زمان افزایش می یابد. به هر حال در صورتی که نمونه مقید شود، یعنی اگر از حرکت آزادانه آن جلوگیری شود، کرنش در آن صفر خواهد بود ولی تنشهای کششی ای در آن ایجاد می شود که با گذشت زمان گسترش می یابند. چنین پدیده ای علت بروز ترک بر اثر خشک شدن می باشد.

چنین مشاهده شده است که هنگامی که بتن در یک محیط با رطوبت نسبی پایین تحت بار قرار می گیرد، کل کرنش ایجاد شده در آن از حاصل جمع کرنش ارتجاعی، کرنش ناشی از جمع شدگی آزاد (کرنش جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن بدون بار)، و کرنش خزشی پایه (بدون خشک شدن) بیشتر است. خزش اضافی ای که در نمونه تحت بار، در هنگام خشک شدن آن، ایجاد می گردد به خزش ناشی از خشک شدن معروف است. خزش کل برابر با حاصل جمع خزش پایه و خزش ناشی از خشک شدن است. با این وجود، در عمل معمول آن است که از توزیع بین خزشهای پایه و خشک شدن صرف نظر میکنند و برای سادگی، به تغییر شکل تحت بار به علاوه کرنش ارتجاعی و کرنش جمع شدگی ناشی از خشک شدن، خزش میگویند.

اندرکنش بین کرنش جمع شدگی مقید شده و وادادگی تنش ناشی از رفتار ویسکوالاستیک بتن، در شکل (1-4) و نیز در جدول (4-3) نشان داده شده است. به علت شرایط مرزی، کرنش صفر بوده و مقدار تنشهای کششی حاصل از جمع شدگی ناشی از وادادگی تنش کاهش می یابد. بایستی توجه داشت که مقادیر خزش با عبارات و تعاریف مختلفی بیان می شود. به عنوان مثال خزش ویژه میزان کرنش ناشی از خزش برای واحد تنش وارده، و ضریب خزش نسبت بین کرنش های ناشی از خزش و کرنش ارتجاعی می باشد.

برگشت پذیری

در شکل (4-8)، رفتار بتن در خشک شدن و مرطوب شدن مجدد و یا در بارگذاری و باربرداری نشان داده شده است. هر دو پدیده جمع شدگی و خزش در بتن تا حدی برگشت ناپذیر بوده و این امر در عمل اهمیت دارد. همانطور که در شکل (8-4) مشهود است بعد از اولین خشک شدن، در هنگام مرطوب شدن مجدد، بتن به ابعاد اولیه خود بر نمی گردد. بنابراین جمع شدگی ناشی از خشک شدن را می توان به دو دسته تقسیم نمود، جمع شدگی برگشت پذیر که قسمتی از جمع شدگی کل است که در

 

ترکیب شرایط مختلف بارگذاری ، قید و رطوبت

جدول4-3-ترکیب شرایط مختلف بارگذاری ، قید و رطوبت

 

چرخه های تر و خشک می تواند مجددا بوجود آید و جمع شدگی برگشت ناپذیر که بخشی از جمع شدگی کل در اولین بار خشک شدن است و در چرخه های تر و خشک بعدی ایجاد نمی گردد. جمع شدگی برگشت ناپذیر احتمالا بر اثر ایجاد پیوستگی شیمیایی در ساختار C-S-Hدر نتیجه خشک شدن بوجود می آید. بهبود یافتن پایداری ابعادی بتن در نتیجه اولین خشک شدن، به عنوان یک مزیت در ساخت قطعات پیش ساخته بتنی مطرح است.

منحنی خزش نمونه بتنی غیر مسلحی که تحت بار فشاری تک محوری به مدت ۹۰ روز قرار گرفته و سپس باربرداری شده است، در شکل (8-4 ب) نمایش داده شده است. هنگامی که نمونه باربرداری می شود، کرنش ارتجاعی آنی برگشتی، تقریبا به همان میزان کرنش ارتجاعی در اولین بارگذاری است. پس از برگشت آنی، کاهش تدریجی کرنش صورت میگیرد که آن را برگشت خزش می نامند. اگرچه برگشت خزش خیلی سریعتر از خود خزش اتفاق می افتد ليکن میزان آن به اندازه خزش نیست. این پدیده همانند آنچه که برای جمع شدگی ناشی از خشک شدن بیان گردید (شکل8-4 الف) به خزشهای برگشت پذیر و برگشت ناپذیر تقسیم می شود. قسمتی از خزش برگشت پذیر به کرنش ارتجاعی تاخیری در سنگدانه ها، که کاملا برگشت پذیر است، نسبت داده می شود.

عوامل موثر بر جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

در عمل، جابه جایی رطوبت در خمیر سیمان هیدراته شده، که اساسا کنترل کننده کرنش های جمع شدگی و خزشی در بتن می باشد، تحت تأثیر عوامل متقابل همزمان متعددی قرار دارد. ارتباط بین این عوامل کاملا پیچیده بوده و درک آن کار ساده ای نیست. در زیر، عوامل مختلف دسته بندی شده و مورد بحث قرار می گیرند. این امر تنها بمنظور درک اهمیت نسبی هر یک از آنها است.

مصالح و نسبتهای اختلاط – اصلی ترین منبع تغییر شکلهای وابسته به رطوبت در بتن، خمیر سیمان هیدراته شده می باشد. لذا کوشش شده است که ارتباط بین خزش و جمع شدگی ناشی از خشک شدن با حجم خمیر سیمان هیدراته شده در بتن به دست آید (حجم خمیر هیدراته شده از روی مقدار سیمان و درجه هیدراتاسیون تعیین می شود). اگرچه هم جمع شدگی ناشی از خشک شدن و هم خزش، تابعی از مقدار خمیر سیمان هیدراته شده هستند اما تناسب مستقیمی بین آنها موجود نیست و این موضوع به دلیل قيودی است که کنترل کننده تغییر شکل بوده و تأثیر زیادی بر میزان تغییر شکل می گذارند.

 

برگشت پذیری جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

شکل 8-4- برگشت پذیری جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

 

در بیشتر روابط نظری ای که برای پیش بینی جمع شدگی و خزش بتن بیان شده اند فرض بر این است که مدول ارتجاعی بتن به میزان کافی قید کنترل کننده تغییر شکلها را فراهم می سازد و به عنوان اولین تقریب، فرض می شود که مدول ارتجاعی سنگدانه، مدول ارتجاعی بتن را تعیین می کند. هنگامی که مدول ارتجاعی سنگدانه، به عنوان جزیی از یک رابطه ریاضی در نظر گرفته می شود، مرسوم آن است که کرنشهای حاصل از جمع شدگی ناشی از خشک شدن و کرنشهای خزش را به جای درصد خمیر سیمان، به درصد سنگدانه موجود در بتن ارتباط می دهند. این عمل براحتی انجام می پذیرد زیرا حاصل جمع آن دو مقداری ثابت است.

پاورز (۴) در تحقیقات خود در مورد جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن، از دو سنگدانه مختلف و دو نسبت آب به سیمان مختلف ۳۵ / ۰و 0/5 استفاده کرده است. با استفاده از نتایج داده شده در شکل 9-4) الف)، ارتباط بین نسبت جمع شدگی بتن (Sc) به جمع شدگی خمیر سیمان ((Sp با نسبت حجمی سنگدانه (g) بتن به صورت زیر بیان میگردد:

(1-4)

 

لرمیت (۵)، مقادیر مختلف n را بین1/2 تا1/7 ، برای سنگدانه های با مدول ارتجاعی مختلف به دست آورده است. از نقطه نظر اجزای عامل جمع شدگی و اجزای کنترل کننده جمع شدگی در بتن، پاورز پیشنهاد میکند که سیمان هیدراته نشده می تواند به عنوان بخشی از سنگدانه منظور شود(شکل 9-4 الف).

شکل (9-4ب) نشان می دهد که بین حجم سنگدانه موجود در بتن و خزش آن نیز رابطه مشابهی وجود دارد. در رابطه نویل (Neville)(۶) پیشنهاد شده است که خزش بتن (Cp) می تواند به مجموع مقادیر سنگدانه (g) و سیمان هیدراته نشده () ربط داده شود:

(2-4)

 

 

در یک بتن بخوبی عمل آورده شده، با صرفنظر کردن از بخشی از سیمان هیدراته نشده () رابطه فوق می تواند به صورت زیر بازنویسی گردد:

(3-4)

 

لذا روابط جمع شدگی و خزش یکسان می باشند.

عواملی نظیر دانه بندی، حداکثر اندازه سنگدانه، شکل و بافت سنگدانه ها نیز در میزان خزش و جمع شدگی موثر بوده اند. اکثر محققین معتقدند که مدول ارتجاعی سنگدانه مهمترین عامل می باشد و خواص دیگر سنگدانه به صورت غیر مستقیم، یعنی یا از طریق تأثیرشان بر روی میزان سنگدانه بتن و یا از طریق تأثیرشان بر روی تراکم پذیری مخلوط بتن، موثر خواهند بود.

تاثیر خواص سنگدانه ها و بخصوص مدول ارتجاعی آنها، در مطالعاتی که تروكسل (Troxel) و همکارانش (۷) بر روی خزش و جمع شدگی بتن تا سن ۲۳ سال انجام داده اند، تایید شده است (شکل 10-4). از آنجا که مدول ارتجاعی سنگدانه بر روی تغییر شکل ارتجاعی بتن موثر است، لذا بین تغییر شکلهای ارتجاعی بتن و مقادیر جمع شدگی و خزش ارتباط خوبی به دست آمده است. در یک

تأثیر میزان سنگدانه بر (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن و (ب) خزش

شکل 9-4- تأثیر میزان سنگدانه بر (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن و (ب) خزش

طرح اختلاط ثابت، مقادیر جمع شدگی ناشی از خشک شدن بتن های دارای سنگدانه های کوارتز و سنگ آهک پس از ۲۳ سال به ترتیب برابر با 10-6×۵۵۰ و 10-6×۶۵۰ بوده است. در همین مدت، بتن های دارای شن و ماسه سنگ، جمع شدگی هایی به ترتیب برابر با ۱۱۴۰ و ۱۰-6×۱۲۶۰ از خود نشان داده اند. تغییر شکل ارتجاعی بتن های دارای کوارتز یا سنگ آهک تقریبا 10-68 ×۲۲۰ و از آن بتن های دارای شن یا ماسه سنگ تقریبا 28010 -6بوده است. مقادیر خزش برابر با ۶۰۰، ۸۰۰، ۱۰۷۰ و ۱۵۰۰ (همگی )، به ترتیب برای بتن های دارای سنگ آهک، کوارتز، شن و ماسه سنگ بوده است. اهمیت مدول ارتجاعی سنگدانه در کنترل تغییر شکلهای بتن از نتایج به دست آمده در تحقیقات تروکسل کاملا مشهود است. وی در این تحقیق نشان داده است که خزش و جمع شدگی بتن، بر اثر تعویض سنگدانه با مدول ارتجاعی بالا با سنگدانه با مدول ارتجاعی پایین، 2/5 برابر شده است.

اگرچه تأثیر نوع سنگدانه در خزش و جمع شدگی تقریبا یکسان است لیکن توجه دقیقتر به نتایج نشان داده شده در شکل (10-4)، اختلاف جزیی بین آنها را نشان می دهد. به عنوان مثال، از مقایسه کرنش های ناشی از جمع شدگی با کرنشهای خزشی، مشاهده شده است که مقادیر خزش بتن های دارای بازالت و کوارتز نسبتا بیشتر بوده است. یک توضیح احتمالی در مورد علت این اختلاف می تواند وجود ریز ترکهای زیاد در ناحیه انتقال بتنهایی باشد که در آنها سنگدانه های نسبتا غیر فعال وجود دارد. این مسأله روشن می سازد که خزش بتن توسط مکانیزم های مختلفی تحت کنترل قرار میگیرد.

تأثیر نوع سنگدانه بر روی جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

شکل 10-4- تأثیر نوع سنگدانه بر روی جمع شدگی ناشی از خشک شدن و خزش

 

تغییراتی چون ریزی و ترکیبات سیمان پرتلند، در داخل محدوده های مربوطه، سرعت هیدراتاسیون را تغییر می دهد، ولی در حجم و مشخصات محصولات هیدراتاسیون تاثیری ندارد. بنابراین بسیاری از محققین مشاهده کرده اند که تغییرات طبیعی در ریزی و ترکیبات سیمان، که بر جمع شدگی نمونه های کوچک خمیر سیمان و ملات تأثیر می گذارند، بر خود بتن اثر قابل ملاحظه ای ندارند. در یک مخلوط بتنی با سنگدانه مشخص اگر نوع سیمان در مقاومت بتن در هنگام بارگذاری موثر باشد، خزش چنین بتنی نیز تحت تأثیر قرار می گیرد. بتن دارای سیمان پرتلند معمولی هنگامی که در سنین اولیه بارگذاری شود، خزشی بیش از خزش بتن مشابه با سیمان با مقاومت اولیه بالا نشان میدهد (شکل 11-4 ب). بتن های دارای سیمان های سر باره ای و سیمان های پوزولانی نیز خزش بیشتری در سنین اولیه، نسبت به بتن های دارای سیمان نوع یک، نشان می دهند.

به طور کلی تأثیر مقادیر سیمان و آب بتن در خزش و جمع شدگی مستقیم نیست، زیرا افزایش حجم خمیر سیمان به معنای کاهش میزان سنگدانه (g) بوده و در نتیجه موجب افزایشی در تغییر شکلهای وابسته به رطوبت بتن خواهد شد. با یک مقدار سیمان ثابت، افزایش نسبت آب به سیمان سبب افزایش جمع شدگی و خزش میشود. کاهش مقاومت (و بنابراین مدول ارتجاعی) و افزایش تراوایی بتن احتمالا می توانند دلایل بروز پدیده فوق باشند. از نتایج نشان داده شده در شکل (11-4 الف) می توان دریافت که برای یک نسبت آب به سیمان ثابت، خزش و جمع شدگی با افزایش مقدار سیمان افزایش می یابند. این افزایش می تواند به دلیل افزایش خمیر سیمان در مخلوط باشد، اگرچه

(الف) تأثیر میزان آب بر جمع شدگی و خزش، (ب) تأثیر نوع سیمان بر خزش،(ج) تأثیر مقدار سیمان بر جمع شدگی و خزش

شکل 11-4- (الف) تأثیر میزان آب بر جمع شدگی و خزش، (ب) تأثیر نوع سیمان بر خزش،(ج) تأثیر مقدار سیمان بر جمع شدگی و خزش

اغلب در عمل به این نحو اتفاق نمی افتد.

نتایج اغلب تحقیقات آزمایشگاهی نشان داده است که تحلیلهای نظری قبلی برای جمع شدگی مناسب است اما برای خزش همواره این چنین نیست. نتایج آزمایشهای مختلف در بتن های با مقاومتهای مختلف نشان داده است که خزش معکوسا متناسب با مقاومت بتن در هنگام بارگذاری است. بنابراین، به نظر میرسد که تأثیری که کاهش میزان سنگدانه بر روی افزایش احتمالی خزش می گذارد، بیش از مقداری است که به علت کاهش خزش همراه با افزایش مقاومت بتن جبران می شود. منحنی های شکل (11-4ج) نشان دهنده تأثیر مقدار سیمان بر جمع شدگی و بر خزش بتن های با نسبت های آب به سیمان ثابت می باشند.

مواد افزودنی بتن نظیر کلرورکلسیم، سرباره و پوزولانها سبب افزایش حجم حفرات ریز در محصولات ناشی از هیدراتاسیون سیمان می شوند. از آنجا که جمع شدگی و خزش در بتن مستقیما وابسته به آب محبوس شده در حفرات ریز در محدوده ۳ تا ۲۰ نانومتر (nm) می باشند، لذا بتن های حاوی افزودنیهای ایجاد کننده حفرات ریز، معمولا جمع شدگی و خزش بیشتری را نشان میدهند. کاهش دهنده های آب و دیرگیرکننده های بتن، که قادرند موجب پراکندگی بهتر ذرات سیمان بی آب شوند، وضعیت منافذ محصولات ناشی از هیدراتاسیون را نیز بهبود می بخشند. چنین انتظار می رود که افزودنیهایی که جمع شدگی را افزایش می دهند خزش را نیز زیاد کنند.

زمان و رطوبت – تراوش آب جذب شده و آب نگهداشته شده در حفرات ریز (کوچکتر از ۵۰ نانومتر) توسط کشش مویینگی خمیر سیمان هیدراته شده بطرف فضاهای مویینه بزرگتر یا بطرف خارج سیستم، یک عمل وابسته به زمان است که در طی زمان طولانی به وقوع می پیوندد. تروکسل و همکارانش در تحقیقات خود در مورد جمع شدگی و خزش بتن های با نسبتهای اختلاط مختلف، و با انواع سنگدانه ها و شرایط مختلف محیطی و بارگذاری، در آزمایشهای ۲۰ ساله دریافتند که ۲۰ تا ۲۵ درصد جمع شدگی ۲۰ ساله در ۲ هفته، ۵۰ تا ۶۰ درصد آن در ۳ ماه و بالاخره ۷۰ تا ۸۰ درصد آن در یک سال اتفاق می افتد (شکل 12-4 الف ). نتایج مشابهی نیز برای میزان خزش به دست آمده که در شکل (12-4ب) نشان داده شده است.

 

وابستگی زمانی (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن (ب) خزش

شکل 12-4 – وابستگی زمانی (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن (ب) خزش

افزایش رطوبت محیط سبب کاهش سرعت نسبی خروج رطوبت از قسمتهای داخلی به سطح بتن می گردد. کمیته اروپایی – بین المللی بتن CEB(۸) برای یک شرایط محیطی مفروض، تأثیرات رطوبت نسبی هوا را بر کرنش ناشی از جمع شدگی (شکل 13-4 الف) و ضریب خزش (شکل 13-4ب) در نمودارهایی نشان داده است. جمع شدگی (Ec) در رطوبت نسبی (RH) صددرصد، برابر با صفر فرض می شود. این جمع شدگی در رطوبت نسبی ۸۰ درصد به 10-6×۲۰۰ میکروکرنش، و در رطوبت نسبی ۴۵ درصد تا 10-6×۴۰۰ میکروکرنش نیز می رسد. شبیه به نتایج بالا را در مورد ضریب خزش، که یکی از پنج ضریب جزیی موثر بر کل خزش می باشد، داریم. این ضریب، از ۱ برای ۱۰۰ درصد رطوبت نسبی تا ۲ برای رطوبت نسبی ۸۰ درصد و تا عدد ۳ در رطوبت نسبی ۴۵ درصد افزایش می یابد. نتایج اخیر کمیته اروپایی – بین المللی بتن، که نشان دهنده تأثیر رطوبت و ضخامت قطعه بتنی بر جمع شدگی و خزش می باشد، در شکل (14-4) آورده شده است.

تأثير رطوبت نسبی بر (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن، (ب) خزش

شکل 13-4- تأثير رطوبت نسبی بر (الف) جمع شدگی ناشی از خشک شدن، (ب) خزش

هندسه عضو بتنی – به علت مقاومتی که در خروج آب از داخل بتن به محیط خارج وجود دارد، آهنگ خروج آب بستگی به طولی دارد که باید آب از داخل به سطح بتن طی کند و این آبی است که در طی جمع شدگی و خزش از بتن خارج می گردد. در یک رطوبت نسبی ثابت، اندازه و شکل قطعه بتنی تعیین کننده میزان جمع شدگی و خزش در بتن می باشند. مرسوم آن است که اندازه و شکل فقط با یک عدد، که به عنوان ضخامت مؤثر با ضخامت تئوریک بیان می شود، نشان داده شوند. این پارامتر برابر با خارج قسمت سطح مقطع به نصف محيط در معرض تماس با اتمسفر می باشد. در شکلهای  14-4)الف) و  14-4)ب)رابطه بین ضخامت تئوریک و جمع شدگی و خزش که توسط CEB  عنوان شده، آورده شده اند.

(الف)تاثیر اندازه نمونه و رطوبت نسبی بر ضریب خزش،(ب)تاثیر زمان قرارگیری در معرض محیط و اندازه نمونه بر ضریب جمع شدگی ناشی از خشک شدن

شکل4-14-(الف)تاثیر اندازه نمونه و رطوبت نسبی بر ضریب خزش،(ب)تاثیر زمان قرارگیری در معرض محیط و اندازه نمونه بر ضریب جمع شدگی ناشی از خشک شدن

سایر عوامل موثر بر خزش – تاریخچه عمل آوری بتن، دمای قرارگیری در معرض محیط و بزرگی تنش وارده از عواملی هستند که بیشتر بر روی خزش ناشی از خشک شدن تأثیر دارند تا جمع شدگی ناشی از خشک شدن. علت این امر تأثیر بیشتر این عوامل بر ناحیه انتقال (مثل تخلخل، ریز ترکها و مقاومت ناحیه انتقال (می باشد. بسته به تاریخچه عمل آوری عضو بتنی، کرنشهای خزشی واقعی در عمل ممکن است با کرنشهای خزشی ای که در آزمایشگاه در شرایط رطوبت ثابت به دست می آید متفاوت باشد. به عنوان مثال، تکرار خشک شدن می تواند ریز ترکها را در ناحیه انتقال افزایش داده و در نتیجه سبب افزایش خزش گردد. به همان دلیل فوق، اغلب مشاهده شده است که تغییر رطوبت محیط بین دو محدوده مشخص، سبب ایجاد خزش بیشتری در نمونه، نسبت به حالتی که نمونه در همان محدوده تحت رطوبت ثابت قرار بگیرد، می شود.

دمایی که نمونه در آن محیط قرار میگیرد می تواند دو اثر متقابل بر خزش آن داشته باشد. در حالتی که یک عضو بتنی در محیطی با دمای بیشتر از دمای طبیعی قرار می گیرد، به عنوان بخشی از مرحله عمل آوری قبل از بارگذاری، مقاومت آن افزایش یافته و خزش آن از حالتی که همان نمونه در دمای پایین تری نگهداری شود کمتر می شود. اما از طرف دیگر، قرار دادن نمونه در دمای بالا در طول مدت بارگذاری سبب افزایش خزش آن می شود. ناصر و نویل (۹) در تحقیقات خود و در محدوده دمای21-71( 70-160 ) دریافتند که خزش ۳۵۰ روزه بر اثر افزایش دما، تقریبا به میزان3/5برابر افزایش یافته است (شکل 15-4). تأثیر دما بر خزش، در سازه ها و راکتورهای هسته ای بتنی پیش تنیده، به علت جذب اشعه گاما که سبب افزایش دما می شود، اهمیت بیشتری پیدا می کند (به فصل ۱۱ مراجعه کنید).

تاثیر دمای بتن بر خزش

شکل4-15-تاثیر دمای بتن بر خزش

در مورد اثر شدت تنش وارده، تروکسل و همکارانش رابطه مستقیمی را بین بزرگی تنش وارده و میزان خزش بتنی با نسبت آب به سیمان ۶۹/. (مقاومت فشاری اسمی 20MPa) به دست آورده اند. به عنوان مثال، در نمونه های بتنی ای که بمدت ۹۰ روز عمل آورده شده و سپس به مدت ۲۱ سال بارگذاری شده اند، برای سطوح تنش برابر با ۴، ۶ و MPa۸، کرنش ناشی از خزش به ترتیب برابر با ۶۸۰، ۱۰۰۰ و ۱۴۵۰ (همگی 10-6) مشاهده شده است (شکل  (16-4

این تناسب تا جایی که تنش وارده در محدوده خطی تنش-کرنش باشد صادق خواهد بود (یعنی 0/4 برابر نسبت تنش به مقاومت در آزمایش مقاومت فشاری)، در نسبت های تنش – مقاومت بالا، می باید از ضریب تصحیحی که از شکل (17-4) به دست می آید، استفاده شود.

تاثیر بزرگی تنش وارده بر خزش

شکل4-16-تاثیر بزرگی تنش وارده بر خزش

ضریب تصحیح برای محاسبه ضریب خزش در مقادیر تنش زیاد

شکل4-17-ضریب تصحیح برای محاسبه ضریب خزش در مقادیر تنش زیاد