همان‌طور که می‌دانید حجم آب داخل بتن پس از یخ‌زدگی منبسط می‌شود و زمانی که نیروی انبساطی بیش از استحکام کششی بتن باشد ترک‌های ریز ظاهر شده، تخلخل افزایش می‌یابد و در نتیجه‌ی یخ‌زدایی های مکرر تعداد و میزان ترک‌ها نیز افزایش یافته و در نهایت منجر به کاهش مقاومت بتن و حتی آسیب دیدن آن می‌شود. به همین دلیل است که گفته می‌شود بتن در چرخه‌های انجماد و ذوب آسیب می‌بیند.
هر چه چرخه های یخ زدایی و ذوب بیشتر باشد، خسارات وارد شده نیز بیشتر خواهد بود. این آسیب می تواند تا جایی پیش روی کند که کل ساختار از بین برود.
مقاومت بتن در برابر سرما زدگی به چه معناست؟
مقاومت بتن در برابر سرمازدگی خاصیتی است که بتن می‌تواند در برابر چرخه‌های انجماد و ذوب در هنگام یخ‌زدگی و در حالت اشباع، بدون آسیب‌دیدگی مقاومت کند. این ویژگی با سطح مقاوم در برابر سرما بیان می شود.
چه عواملی بر مقاومت بتن در برابر یخ زدگی موثر هستند؟
برخی عوامل داخلی و خارجی بر مقاومت مواد در برابر یخ زدگی تأثیر گذارند که در ادامه بیان خواهیم کرد.
عوامل داخلی تاثیرگذار بر مقاومت بتن در برابر یخ زدگی عبارتند از:
ترکیب مواد، نوع سازه، ساختار کلی، نوع سیمان، ویژگی های منافذ، نسبت آب به سیمان، استحکام سنگدانه ها، مقاومت در برابر آب و غیره.
عوامل خارجی تاثیر گذار بر مقاومت بتن در برابر یخ زدگی عبارتند از:
دمای انجماد، سرعت انجماد، فرکانس انجماد و ذوب و غیره.
همچنین اقداماتی که برای بهبود مقاومت بتن در برابر یخ زدگی می توان انجام داد، عبارتند از:
افزایش تراکم، کاهش نسبت آب به سیمان، مخلوط کردن عامل جاذب هوا یا افزودنی جذب کننده و کاهش دهنده آب.
چگونه می توان میزان مقاومت بتن در برابر سرما زدگی را تعیین کرد؟
به طور کلی مقاومت بتن در برابر سرما زدگی با کمک نمونه های آزمایشگاهی و قرار دادن آنها در تعدادی چرخه انجماد و ذوب در آب، یا انجماد در هوا و ذوب در آب و در محدوده دمای 4+ درجه سانتی گراد تا 18 درجه سانتی گراد تعیین می شود.
به منظور به‌دست آوردن نتایج در یک دوره نسبتا کوتاه، نمونه‌ها روزانه معمولا در معرض پنج یا تعداد بیشتری چرخه آزمایشی قرار می‌گیرند. زیرا طبق روش استاندارد ASTM C666 ، عموما تعداد چرخه های آزمایشی 300 چرخه است.
روش های اندازه گیری درجه ترک خوردگی در بتن کدامند؟
برای ارزیابی درجه ترک خوردگی فعال و سپس خطرات ناشی از عمل یخ زدگی دو روش بسیار معمول و رایج عبارتند از :
- روش اندازه گیری تغییر طول (ASTM C671)
- و مدول دینامیکی اندازه گیری کشش.
تغییر طول بیش از تقریبا 200 میکرومتر بر متر و یا از دست دادن مدول الاستیسیته به طور معمول نشان می دهد که ساختار داخلی بتن به طور قابل توجهی در اثر ریز ترک ها آسیب دیده است.
از دست دادن جرم را نیز می‌توان اندازه گیری کرد، اما بیشتر به مقاومت در برابر پوسته شدن سطح مربوط می‌شود تا به ترک‌خوردگی داخلی. مقاومت پوسته پوسته شدن یک ویژگی است که معمولا با آزمایش های مقیاس نمک یخ زدایی تعیین می شود.
درجه بحرانی اشباع بتن چیست؟
با توجه به اهمیت درجه اشباع از نظر مقاومت در برابر سرما، فاگرلوند (1975) مفهوم درجه بحرانی اشباع را بیان کرد. از این روی برای هر بتن درجه حساسی از اشباع وجود دارد، به طوری که اگر درجه اشباع بیشتر از مقدار بحرانی باشد، یخ زدگی بتن به طور اجتناب ناپذیری رخ خواهد داد.
هر اندازه زمان بیشتری صرف شود تا یک بتن مشخص به درجه بحرانی اشباع برسد، مقاومت آن در برابر یخ زدگی بیشتر و بهتر است. بدیهی است که بتن های با کیفیت خوب و مناسب مدت زیادی طول می کشد تا به درجه اشباع بحرانی برسند؛ به ویژه از آنجا که فشارهای مویرگی در حفره های خالی هوا بسیار کم هستند (قطر اکثر حفره های هوایی بیشتر از 25 میکرومتر است).
این مفهوم اهمیت دسترسی به آب را مشخص می‌کند و می‌تواند در پیش‌بینی عمر مفید بتن، یعنی زمان مورد نیاز برای رسیدن به درجه اشباع بحرانی، مورد استفاده قرار گیرد.
چرا ضریب بحرانی حفره های هوا یا ضریب فاصله در بتن اهمیت دارد؟
تقریبا برای همه انواع بتن‌ها در تست‌های آزمایشگاهی به طور قطعی نشان داده است، ضریب بحرانی برای فاکتور حفره‌های خالی هوا (ضریب فاصله) وجود دارد. در نمونه‌های آزمایشگاهی اگر ضریب فاصله بیشتر از مقدار بحرانی باشد، بتن به سرعت توسط چرخه ها از بین می رود، ترک خوردگی رخ می دهد و در نتیجه آن بتن سریعا خواص مکانیکی خود را از دست می دهد. در حالی که اگر ضریب فاصله کمتر از مقدار بحرانی باشد، بتن آزمایشی می‌تواند تعداد بسیار زیادی چرخه را بدون هیچ‌گونه آسیب جدی تحمل کند.
مقدار (ضریب) بحرانی حفره‌های خالی هوا با پارامترهای زیادی تفاوت دارد، اما به طور عمده با پارامترهایی که بر تخلخل تأثیر می‌گذارند، متفاوت است. این پارامترها عبارتند از: نسبت آب به چسباننده، نوع چسباننده، طول پخت بتن و استفاده از افزودنی های خاص.
البته ناگفته نماند که این مقدار بحرانی به شرایط آزمایش نیز بستگی دارد. در واقع عمدتا با میزان انجماد، حداقل دما، طول دوره در حداقل دما و در دسترس بودن آب نیز ارتباط دارد.
به صورت تجربی نشان داده شده است که با افزایش سرعت انجماد در طول آزمایش، مقدار بحرانی ضریب فاصله کاهش می یابد. جالب اینجاست که برای اکثر بتن های با کیفیت خوب با نسبت آب به چسباننده 0.6 یا کمتر، صرف نظر از نوع چسب ( حتی برای بتن های اسپری شده یا بتن های اصلاح شده لاتکس) که طبق یکی از دو روش ” انجماد و ذوب در آب” و یا ” یخ زدن در هوا و ذوب شدن در آب” آزمایش شده اند، مقدار بحرانی ضریب فاصله بین 200 تا 600 میکرومتر متغیر است. تنها ممکن است یک استثنا در این راستا وجود داشته باشد و آن هم به بتن های با کارایی بالا مربوط می شود.
به طور کلی می توان گفت:
به منظور ارزیابی تأثیر هر متغیری بر مقاومت بتن در برابر سرمازدگی، لازم است ضریب بحرانی فاصله برای بتن مورد بررسی مشخص شود و سپس آن را با مخلوط مرجع مقایسه کنیم.
مقدار بحرانی بالاتر نشان دهنده عملکرد بهتر است؛ زیرا بتن نیاز به درجه حفاظت کمتری در برابر یخ زدگی دارد و بالعکس، مقدار پایین تر ضریب بحرانی فاصله نشان دهنده عملکرد ضعیف تر بتن و نیازمندی به حفاظت بیشتر است.
از آنجا که فاکتور ضریب فاصله به طور دقیق تعیین نشده است، اغلب محققان گمراه می شوند. بنابراین کاملا محتمل است که مثلا تأثیر مثبت مشاهده شده یک مخلوط اضافی بر مقاومت بتن در برابر یخ زدگی به دلیل بهبود ریز ساختار نباشد، بلکه صرفا به دلیل بهبود سیستم خلأ هوا باشد!
تاثیر سنگدانه ها بر مقاومت بتن در برابر یخ زدگی
سنگدانه‌ها جزء مهمی از هر بتن هستند و البته باید همیشه به‌درستی انتخاب شوند تا اطمینان حاصل شود که بر مقاومت بتن در برابر یخ‌زدگی تأثیر منفی نمی‌گذارند. سنگدانه‌های خاصی که عموما با ویژگی‌های تخلخل زیاد و اندازه منافذ متوسط رو به پایین مشخص می‌شوند، در برابر یخ زدگی مقاوم نیستند.چراکه در نتیجه ساختار منافذ ریزشان، به آسانی اشباع می شوند و همچنین فشارهای ناشی از حرکت آب که به فرم و شکل یخ در آمده است بیشتر از مقاومت کششی سنگدانه ها خواهد بود. این امر به ویژه در مورد ذرات سنگدانه بزرگ صادق است؛ زیرا مسافتی که آب باید در طول انجماد طی کند زیاد است.
انواع دیگر سنگدانه‌ها، حتی اگر در برابر سرما مقاوم باشند باز هم می‌توانند با خروج آب هنگام انجماد در خمیر اطراف تأثیر منفی داشته باشند.
تخلخل بالا (به طور کلی جذب 2 درصد به عنوان حد بالایی در نظر گرفته می شود) نشان دهنده مشکلات احتمالی است. بدیهی است که دسترسی به آب یک شرط مهم است و بنابراین تخلخل کم خمیر به کاهش میزان اشباع سنگدانه‌ها در زمان انجماد کمک می‌کند.
همچنین حفره‌های هوایی نزدیک به سنگدانه‌ها می‌توانند به عنوان رابط بین خمیر و سنگدانه به کاهش فشارهای ناشی از خروج آب توسط سنگدانه‌ها به خمیر اطراف کمک کنند.
