شرینکیج بتن چیست؟

شرینکیج بتن در شرایط عادی اجتناب ناپذیر است، مگر اینکه از نوع خاصی از سیمان برای ساخت بتن استفاده کنیم؛ اما در ساخت و سازهای امروزی، ما نمی‌توانیم از بتن غیر شرینکیج به دلیل تولید مقادیر کم و گران بودن نوع خاصی از سیمان استفاده کنیم.

بنابراین، ما باید مشکل شرینکیج را در طول ساخت و ساز برطرف کنیم و اقدامات لازم برای به حداقل رساندن تأثیر آن بر دوام بتن را ترتیب دهیم. برای درک بهتر مفهوم شرینکیج با ما همراه باشید.

تعریف شرینکیج بتن

شرینکیج بتن یا افت یا انقباض (Concrete Shrinkage) عبارت است از تغییر حجم در طول زمان به نحوی که ابعاد بتن را کاهش می‌دهد انقباض نتیجه از دست دادن رطوبت بتن سخت شده به محیط است. به دلیل تخلیه منافذ ریز در بتن، فشار مویرگی منفی رخ داده، باعث کاهش حجم بتن می‌شود. حجم بتن در طی فرآیند سخت شدن، به دلیل تأثیر هیدراتاسیون سیمان و فرآیند خشک شدن بتن با از دست دادن آب در خمیر تغییر می‌کند.

شرینکیج بتن می‌تواند در هر عضو بتنی رخ دهد. این اتفاق بیشتر در دال‌ها، تیرها، دیوارهای برشی، فونداسیون‌ها و ستون‌ها دیده می‌شود. همچنین می‌توان آن را در اعضای پیش تنیده و همچنین مخازن بتنی یافت. انقباض یک مشکل برای هر بتن تازه ریخته شده است اما هنگامی که در دیوارهای برشی و فونداسیون‌ها اتفاق میفتد، کل ثبات و یکپارچگی سازه به خطر میفتد.

چرا بتن دچار شرینکیج می‌شود؟

بتن مخلوطی از سیمان و آب است. با خشک شدن بتن، سیمان و آب با هم پیوند ایجاد کرده و سفت می‌شوند. ترک‌های انقباضی نتیجه تبخیر آب اضافی در حین خشک شدن بتن است. برای اینکه بتن را به درستی مخلوط کنیم، معمولاً باید آب بیشتری نسبت به آنچه که برای واکنش مورد نیاز لازم است به آن اضافه کنیم  (تقریباً دو برابر). این آب در طی فرآیند خشک شدن تبخیر می‌شود، به این معنی که از بتن خارج خواهد شد. به طور طبیعی، از آنجا که آب در حال خروج است، بتن باقی مانده کوچک‌تر می‌شود.

شرینکیج بتن
نمودار نسبت سن به میزان شرینکیج

فرآیند رخ دادن شرینکیج بتن چگونه است؟

در یک روز بسیار گرم و بادخیز ممکن است سطح بتن سریع‌تر از آنچه تصور می‌شود، رطوبت خود را از دست داده و باعث جمع شدن سطح شود. این مهم به ترک خوردگی پلاستیی معروف است. این اتفاق می‌تواند در تمام مراحل اولیه تا مراحل نهایی فرآیند عمل آوری بتن رخ دهد. ترک خوردگی فقط روی سطح است و در عمق وجود ندارد.

با گذر زمان در عبور بتن از آخرین زمان گیرش خود (حداکثر 7 روز)، تغییر حجم بتن در حالی رخ می‌دهد که آب اضافی که در هیدراتاسیون استفاده نمی‌شود از بتن خارج می‌شود. این نوع ترک خوردگی به طور معمول رخ می‌دهد و باید از راهکارهای لازم برای کنترل آن  استفاده کرد.

هنگامی که سطح بتن سریع‌تر از کف بتن خشک می‌شود،، این مهم می‌تواند باعث ترک خوردگی دیفرانسیل حرارتی شود. این نوع ترک خوردگی بسیار متمایز است زیرا به نظر می‌رسد ترک خوردگی با شکاف‌های وسیع بیشتر می‌شود و از نظر ظاهری دارای لبه‌ای ناهموار است.

انواع شرینکیج بتن

عمدتا شش نوع شرینکیج وجود دارند که به شرح زیر هستند:

شرینکیج پلاستیک (Plastic Shrinkage)

شرینکیج پلاستیک در سطح بتن تازه به دلیل تبخیر آب از سطح ایجاد می‌شود. همچنین، زمانی می‌توان این نوع شرینکینج را تشخیص داد که میزان تبخیر بیشتر از میزان آب انداختگی در بتن باشد. این فرآیند بسیار سریع است و در چند ساعت اول ریختن بتن رخ می‌دهد.

جمع شدن لایه سطحی از حرکت اجزای داخلی جلوگیری می‌کند و منجر به ایجاد تنش‌های کششی در بتن تازه می‌شود. وقتی این تنش‌های کششی از مقاومت کششی بتن تازه بیشتر باشند، ممکن است ترک‌های پلاستیکی ظاهر شوند.

علت اصلی ترک‌های شرینکیج پلاستیک، تبخیر آب از سطح بتن است. اگر بتوان از این امر جلوگیری کرد، شرینکیج بتن را می‌توان به حداقل رساند. اصلی‌ترین کاری که می‌توانیم انجام دهیم، عمل آوری مناسب و به موقع بتن است. علاوه بر این، باید به زمان عمل آوری نیز توجه شود تا از شرینکیج پلاستیک در بتن جلوگیری به عمل آید.

شرینکیج شیمیایی (Chemical Shrinkage)

در صورت شرینکیج شیمیایی، آب در فرآیند هیدراتاسیون سیمان کاهش می‌یابد. علاوه بر این، چندین تغییر شیمیایی در خمیر سیمان در فرآیند هیدراتاسیون وجود دارند. این اقدامات باعث کاهش حجم بتن می‌شوند و به آن شرینکیج شیمیایی می‌گویند.

شرینکیج اتوژن (Autogeneous Shrinkage)

شرینکیج اتوژن نیز شرینکیج هیدراتاسیون نامیده می‌شود زیرا مستقیماً به ریختن آب درون بتن برای واکنش هیدراتاسیون مربوط می‌شود. علاوه بر این، هیچ مرز مشخصی بین شرینکیج اتوژن و شرینکیج شیمیایی وجود ندارد.

وقتی رطوبت کافی برای انجام واکنش هیدراتاسیون وجود نداشته باشد، تورم در بتن رخ می‌دهد. در این وضعیت، خروج آب از مویرگ‌ها برای واکنش هیدراتاسیون اتفاق میفتد و منجر به کاهش حجم بتن می‌شود. فرآیند خروج آب از مویرگ‌ها برای فرآیند هیدراتاسیون، خشک شدن نامیده می‌شود.

شرینکیج خشک (Drying Shrinkage)

این شرینکیج در اثر از دست دادن آب مویرگی در بتن، به عنوان انقباض خشک در بتن شناخته می‌شود. شرینکیج خشک در 3 تا 4 روز یا حتی چند ماه پس از بتن ریزی اتفاق میفتد. اعضای نازک با سطحی وسیع مستعد خشک شدن ترک‌های شرینکیج در بتن هستند. شرینکیج خشک منجر به ترک خوردگی بتن هنگام حرکت عناصر سازه‌ای مانند لایه خاک، فونداسیون و غیره می‌شود.

عوامل موثر بر شرینکیج خشک

  • طراحی مخلوط بتن، محتوای بیش از حد سیمان، مقدار آب بیشتر، همه بر شرینکیج خشک تأثیر می‌گذارند.
  • افزودن آب زیاد در پروژه‌های ساختمانی
  • تقویت ناکافی برای حمل تنش داخلی
  • عمل آوری نامناسب بتن
  • عدم توجه به کنترل تبخیر آب از سطح بتن
  • عدم وجود مفاصل انقباض و انبساط (اتصالات باید مطابق الزامات کد ارائه شوند. فاصله اتصالات باید مطابق الزامات مقطع و بر اساس مساحت ارائه شده تقویت کننده‌ها باشد)
  • هندسه بتن
  • استفاده از مواد افزودنی شیمیایی و معدنی (دوزهای کم مواد افزودنی شیمیایی بر شرینکیج خشک شدن بتن تأثیر نمی‌گذارند. با این حال، هنگامی که از دوز بالا استفاده می‌شود، تأثیر بیشتری بر شرینکیج خشک دارد.)
  • تراکم نامناسب بتن می‌تواند باعث جمع شدن بتن شود.

اگر در صورت لزوم به عوامل فوق توجه کنیم، می‌توانیم شرینکیج بتن را به حداقل برسانیم. از آنجا که ترک خوردگی به طور مستقیم بر دوام بتن تأثیر می‌گذارد، باید بیشترین توجه را به موضوع انقباض معطوف کرد.

انواع شرینکیج

شرینکیج حرارتی (Thermal Shrinkage)

شرینکیج حرارتی در اثر حرکت حرارتی بتن رخ می‌دهد. دمای بتن متفاوت بوده و هنگام بالا آمدن دما، بتن منبسط می‌شود و هنگامی که دمای بتن پایین می‌آید، منقبض خواهد شد. اگر این امر در بتن ادامه یابد و وقتی میلگردهای تقویتی در بتن وجود داشته باشند، بتن به دلیل تنش‌های ایجاد شده در آن ترک می‌خورد.

تغییرات فصلی دما می‌توانند منجر به ترک خوردگی بتن شوند که در نتیجه شرینکیج حرارتی در بتن ایجاد خواهد شد. علاوه بر این، این مهم ممکن است به دلیل افزایش دما در طول فرآیند هیدراتاسیون باشد.

شرینکیج کربناسیون

شرینکیج کربناسیون به دلیل کربناسیون بتن رخ می‌دهد. کربن سازی فرآیند خرابی بتن است که منجر به خوردگی آرماتورها می‌شود. این مهم به وسیله دی اکسید کربن در جو به وجود می‌آید که در بتن تأثیر می‌گذارد. در این فرآیند وزن بتن افزایش پیدا می‌کند، در حالی که حجم آن کاهش می‌یابد. این اتفاق باعث جمع شدن بتن می‌شود.

عوامل موثر بر شرینکیج بتن

  • رطوبت نسبی: این یک واقعیت شناخته شده است که رطوبت تأثیر مستقیم بر شرینکیج دارد.
  • مدول الاستیک سنگدانه‌ها: افزایش مدول سنگدانه‌ها باعث کاهش احتمال ترک خوردگی یا جمع شدن می‌شود.
  • نسبت سیمان به آب: محتوای آب به طور مستقیم بر شرینکیج تأثیر می‌گذارد.
  • نوع سنگدانه ها: هرچه از مصالح سنگی با کیفیت بیشتری در بتن استفاده شود، شرینکیج کمتر می‌شود
  • عمر بتن: حداکثر 90 درصد ریزش بتن در سال اول اتفاق میفتد.
  • میلگردهای تقویتی: در بتن مسلح، آرماتوربندی از جمع شدن بتن جلوگیری می‌کند.
  • دما: این عامل مربوط به تبخیر ناشی از آب انداختگی بتن است. هرچه دما بالاتر باشد، تبخیر سریع‌تر رخ می‌دهد.
  • نسبت سطح به حجم: هر چه نسبت سطح به حجم بیشتر باشد، میزان تبخیر و سرعت انتقال حرارت بیشتر است.

عواقب شرینکیج بتن چیست؟

اگر تا به حال شکافی در پیاده رو مشاهده کرده‌اید، این مورد از آثار شرینکیج بتن است. با کوچک شدن بتن، مناطقی که منقبض می‌شوند، افزایش تنش کششی را تجربه می‌کنند. نتیجه اغلب ترک خوردگی است که نه تنها ظاهر طبیعی و صاف بتن را مختل می‌کند بلکه بتن را از نظر ساختاری نیز تضعیف خواهد کرد.

چگونه می‌توان آسیب ناشی از شرینکیج را به حداقل رساند؟

بهترین راه برای کاهش انقباض، مخلوط کردن آب کمتر در بتن است. با این حال، این مهم مشکلات خاص خود را به همراه دارد، مانند مخلوط بتن سفت‌تر که کار با آن دشوار است و می‌تواند حفره‌هایی را در اطراف قالب و فولاد تقویت کننده ایجاد کند. اگر از مخلوط کم آبی استفاده می‌کنید، باید بتوانید به خوبی بتن را ویبره کنید.

همچنین انواع مختلفی از مواد افزودنی وجود دارند که می‌توانید در مخلوط بتن آنها را قرار دهید تا آب را بدون آسیب رساندن به سیالیت مخلوط خود، کاهش دهد. متأسفانه، در مورد اثربخشی بسیاری از این افزودنی‌ها در کاهش شرینکیج سؤالاتی وجود دارد.

روش دیگری که معمولاً پیمانکاران برای مقابله با آسیب شرینکیج خشک شدن بتن استفاده می‌کنند، افزودن اتصالات کنترلی است. این اتصالات درزهایی هستند که پیمانکار عمداً آنها را در بتن قرار می‌دهد. ایده پشت درزهای کنترلی این بوده است که وقتی بتن در اثر شرینکیج دچار ترک خوردگی می‌شود، این ترک‌ها در امتداد اتصالات کنترلی رخ می‌دهند که برای به حداقل رساندن تاثیری که ترک خوردگی روی بتن ایجاد می‌کند، انتخاب می‌شوند. به این ترتیب، می‌توان یکپارچگی بتن را حتی در صورت ترک خوردگی حفظ کرد. نحوۀ عمل آوری سیمان برای به حداقل رساندن شرینکیج مهم است.

جمع بندی :

حفظ نسبت مناسب ترکیب مخلوط آب و سیمان برای کاهش احتمال ترک خوردگی بتن بسیار مهم است. اگر افزایش کارایی مورد نظر است، از مواد افزودنی استفاده کنید. درک کنید که شرایط محیط بر بتن مانند حرارت زیاد و رطوبت کم تأثیر می‌گذارد. اگر از میلگرد استفاده می‌کنید، قبل از قرار دادن میلگردها، آن را خنک کنید. با این حال، عمل آوری مناسب می‌توان رمز موفقیت در کاهش میزان شرینکیج باشد. اگر به هر دلیل این مشکل را برطرف نکنید، امکان آسیب ساختاری در طولانی مدت وجود خواهد داشت.

منابع :

https://www.dcpu1.com/blog/how-to-control-concrete-shrinkage/

https://www.structuralguide.com/shrinkage-in-concrete/