خزش در بتن خاصیتی است که با وجود آن بتن به تغییر شکل خود را در اثر بارهای دراز مدت و تحت تنش ثابت در محدوده قابل قبول الاستیک ادامه می دهد. افزایش تدریجی تغییر شکل نسبی تحت بار با گذشت زمان را خزش می نامند. با زیاد شدن زمان بارگذاری، میزان این تغییر شکل غیرالاستیک نیز افزایش پیدا می کند. مقدار کل خزش می تواند چند برابر تغییر شکل کوتاه مدت الاستیک باشد. اما با گذشت زمان، سرعت این افزایش تغییر شکل یافته و منحنی خزش کاهشی خواهد بود.
تغییر شکل در دراز مدت می تواند چندین برابر بیش از تغییر شکل نسبی هنگام بارگذاری باشد. بر این اساس محاسبه میزان خزش در سازه های بتنی از اهمیت خاصی برخوردار است. رفتار بتن تنها در برابر بارهای کوتاه مدت به شکل الاستیک بوده و به علت تغییر شکل های اضافی و در طول زمان، رفتار اصلی به صورت مصالح غیر الاستیک خواهد بود. در این مطلب به بررسی خزش در بتن پرداخته و از عوامل موثر بر آن و راهکارهای مهندسی برای حل آن با شما گفتگو می کنیم.
خزش در بتن چیست و چگونه پدید می آید؟
افزایش تدریجی تغییر شکل نسبی بتن تحت بار را با گذشت زمان خزش می گویند. رابطه بین تنش و تغییر شکل نسبی بتن تابعی از زمان بوده و به دلیل وجود این خاصیت، بتن در اثر بارهای طولانی مدت تحت یک نیروی تنشی ثابت در محدوده قابل قبول الاستیک تغییر شکل می دهد. این محدوده داری fc کمتر از 0.5 است. هنگامی که مدت بارگذاری افزایش یابد، این نوع تغییر شکل غیر الاستیک نیز افزایش داشته و حتی چند برابر تغییر شکل کوتاه مدت الاستیک خواهد بود. عاملی که اثر تخریبی بر سازه داشته و با گذشت زمان تا حدودی سرعت تغییر شکل نیز کاهش پیدا می کند.
در مواردی تغییر شکل ایجاد شده در بتن در دراز مدت عاملی بسیار موثرتر از تغییر شکل نسبی در زمان بارگذاری است. موضوع خزش در بتن برای سازه های بتنی دارای اهمیت بسیار زیادی است. دلیل این موضوع آن است که بتن تنها در برابر بارهای کوتاه مدت به شکل الاستیک رفتار می کند. اما در صورت بارگذاری در دراز مدت و به عنوان مصالح، خاصیت غیر الاستیکی از خود نشان می دهد.
عوامل مؤثر بر خزش بتن | هر آنچه باید بدانید
خزش بتن، یک پدیده مکانیکی و تدریجی است که به تغییر شکل دائمی بتن تحت تأثیر بارهای پایدار در طول زمان گفته می شود. این پدیده، به ویژه در سازه هایی با عمر طولانی یا در اعضای فشاری مانند ستون ها و تیرها، اهمیت زیادی دارد و می تواند عملکرد کلی سازه را دچار تغییر کند. در ادامه با مهم ترین عواملی که بر میزان خزش بتن تأثیر می گذارند آشنا می شویم.
1. نسبت آب به سیمان (W/C Ratio)
نسبت آب به سیمان نقش حیاتی در دوام، مقاومت و البته خزش بتن دارد. هرچه این نسبت بیشتر باشد:
- مقاومت فشاری بتن کاهش می یابد
- و در نتیجه میزان خزش افزایش پیدا می کند
افزایش آب موجب تخلخل بیشتر در ساختار بتن شده و این فضاهای خالی، حرکت طولی خمیر سیمان را در زمان بارگذاری تسهیل می کنند.
2. مقاومت فشاری بتن
بین مقاومت فشاری بتن و میزان خزش، رابطه ای معکوس وجود دارد. یعنی:
- بتنی با مقاومت فشاری بالا، کمتر تغییر شکل می دهد
- در حالی که بتن ضعیف تر در برابر بارهای بلندمدت، بیشتر دچار خزش می شود
استفاده از سیمان بیشتر یا سیمان با کیفیت بالاتر، مقاومت فشاری را تقویت کرده و از خزش می کاهد.
3. نوع و سختی سنگدانه ها
یکی از فاکتورهای کلیدی در خزش، ویژگی های سنگدانه ها است:
- سنگدانه های سخت و مقاوم مانند بازالت و گرانیت، خزش را کاهش می دهند
- در حالی که سنگدانه های نرم و جذب کننده آب، خزش را افزایش می دهند
همچنین، نسبت بیشتر مصالح سنگی به سیمان در طرح اختلاط بتن باعث توزیع بهتر بار و در نتیجه کاهش تغییر شکل می شود.
4. رطوبت نسبی محیط
رطوبت هوا تأثیر مستقیم و قابل توجهی بر خزش دارد:
- در رطوبت های پایین تر (مثلاً زیر ۴۰٪)، خزش افزایش می یابد
- در محیط های مرطوب تر (بیش از ۸۰٪)، خزش کاهش می یابد
علت این موضوع آن است که در هوای خشک، آب موجود در خمیر سیمان سریع تر تبخیر شده و زمینه برای تغییر شکل ایجاد می شود.
5. دمای محیط
افزایش دما باعث تسریع واکنش های شیمیایی در خمیر سیمان شده و در نتیجه، تغییر شکل ها با سرعت بیشتری رخ می دهند. در هوای گرم، خزش نه تنها زودتر شروع می شود، بلکه شدت آن نیز بالاتر خواهد بود.
6. تأخیر در بارگذاری
بارگذاری بتن در زمانی که مقاومت کافی پیدا نکرده، منجر به خزش بیشتر خواهد شد. تأخیر معقول در بارگذاری (مثلاً بعد از رسیدن به مقاومت ۲۸ روزه) می تواند یکی از راهکارهای مؤثر برای کاهش خزش باشد. این موضوع به ویژه در اعضایی مثل تیرها و دال ها اهمیت دارد.
7. مدت زمان اعمال بار
خزش بتن یک فرآیند تدریجی و بلندمدت است. هرچه مدت زمان اعمال بار بیشتر باشد، خزش بیشتری نیز اتفاق می افتد. به همین دلیل، در طراحی های سازه ای باید پدیده خزش در طول سال ها در نظر گرفته شود.
8. نحوه عمل آوری بتن
عمل آوری اصولی و نگهداری مرطوب بتن در روزهای ابتدایی، می تواند تأثیر زیادی بر کاهش خزش داشته باشد. عدم مراقبت مناسب از بتن تازه ریخته شده، باعث تضعیف ساختار میکروسکوپی خمیر سیمان شده و بستر خزش را فراهم می کند.
9. نوع سیمان مصرفی
نوع سیمان مصرف شده نیز تا حدی می تواند در خزش مؤثر باشد. مثلاً:
- سیمان پرتلند نوع ۲ یا ۵ به دلیل حرارت کمتر و گیرش کندتر، در برخی موارد خزش کمتری دارند
- البته این تأثیر زمانی محسوس است که نوع سیمان بر مقاومت نهایی بتن در لحظه بارگذاری تأثیر داشته باشد
10. شکل و ابعاد مقطع عضو سازه ای
مقطع های نازک و اعضای باریک مانند ستون های ظریف، به دلیل سطح تماس کمتر برای تبادل رطوبت و مقاومت کمتر، بیشتر در معرض خزش هستند. هرچه نسبت سطح به حجم بتن افزایش یابد، خزش نیز افزایش خواهد یافت.
11. رفتار تیرها و ستون ها در برابر خزش
در تیرها و ستون های بتن مسلح، خزش باعث افزایش تدریجی خیز (خمیدگی) در تیرها و کاهش طول در ستون ها می شود. این تغییر شکل ها باعث انتقال تنش از بتن به میلگرد می شوند. در نتیجه:
- تنش در بتن کاهش می یابد
- ولی در میلگرد افزایش پیدا می کند
در تحلیل سازه ها، این انتقال تنش باید به طور دقیق در نظر گرفته شود.
12. کیفیت بتن در گذر زمان
نکته جالب این جاست که بتن با گذشت زمان قوی تر می شود و بهتر می تواند در برابر بارهای وارده مقاومت کند. بتن تازه حتی با بارهای کم هم تغییر شکل می دهد، اما بتن قدیمی تر که به بلوغ رسیده، در برابر بارهای مشابه تغییر شکل کمتری خواهد داشت.
جمع شدگی چیست و چه تاثیری بر خزش بتن دارد؟
جمع شدگی از خصوصیات طبیعی بتن و پدیده ای است که در آن بتن به دلیل از دست دادن رطوبت دچار تغییر حجم می شود. به همان نسبت هر قدر میزان رطوبت بتن کمتر شود جمع شدگی و خزش در بتن هم بیشتر خواهد بود. کاهش خزش با بالا رفتن کیفیت بتن همراه بوده و نقش موثری در بهتر شدن نتایج نهایی کار دارد.
راهکارهای کاهش مقدار خزش عبارتند از:
- استفاده از حداکثر مقدار مجاز میلگرد: میزان استفاده از میلگرد در کیفیت نهایی کار سازه موثر است. از طرفی نقش مهم کاربرد حداکثری میلگرد را در کاهش میزان خزش بتن نمی توان نادیده گرفت.
- کاهش عوامل تشدید کننده: در صورت از بین بردن عوامل گوناگون موثر در افزایش خزش مانند کاهش رطوبت نسبی هوا، افزایش نیروهای تنشی وارد شده بر بتن، کاهش کیفیت بتن مصرفی، می توان انتظار کاهش مقدار خزش را نیز داشت.
- رطوبت و دمای محیط: هرچه رطوبت نسبی هوا کمتر باشد مقدار خزش بیشتر است.
- تاخیر در بارگذاری بتن (در برخی موارد)
- شدت تنش وارده در بتن: هرچه تنش وارده کمتر باشد مقدار خزش نیز کمتر خواهد بود.
سخن پایانی
خزش بتن و عوامل موثر بر آن نقش مهمی در کیفیت بتن داشته و سهم مهمی در ساختار نهایی سازه های بتنی دارد. این عامل تحت تاثیر فاکتورهای متنوعی قرار دارد. کنترل این عوامل تاثیر زیادی بر کاهش خزش و بالا بردن طول عمر مفید آن دارد. این مورد و ارتباط آن با جمع شدگی بتن و مشکلات ناشی از آن از موارد مهم در مهندسی بتن است. رعایت اصول کاهش خزش و پیشگیری از آن در بالا بردن سطح کیفی کار موثر و مفید است.
