درز انبساط چیست و چرا از آن استفاده می‌کنیم ؟

درزهای انبساط در بتن برای جلوگیری از ایجاد ترک‌های انبساطی بتن در اثر تغییرات دمایی محیط، قرار می‌گیرند. درواقع، هنگامی که بتن در یک مرز محدود قرار می‌گیرد، به دلیل دمای بالا دچار انبساط می‌شود. این انبساط، منجر به ایجاد تنش‌های کششی در بتن شده و در نهایت با خارج شدن تنش‌های ایجاد شده از حداکثر ظرفیت کششی بتن، ترک در بتن نمایان می‌شود. درزهای انبساطی، به منظور جذب انبساط و انقباض ناشی از حرارت مصالح ،جذب ارتعاش، نگهداری قطعات در کنار یکدیگر و اجازه حرکت قطعات به دلیل نشست زمین یا زلزله و… مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه مقال، درزهای انبساطی را از چند جهت مورد بررسی قرار می‌دهیم.

چرا از درز انبساط در بتن استفاده می‌شود ؟

بتن یک ماده الاستیک نیست، بنابراین بدون شکست خم ویا کشیده نمی‌شود. با این حال، بتن در طول انبساط و انقباض حرکت می‌کند که این حرکت سبب جابجایی اعضا سازه می‌شود. برای جلوگیری از اثرات مضر ناشی از حرکت بتن، می‌توان از درز انبساط‌ها در پی، دیوارها، درزهای سقف، دال‌های سنگفرش شده و… در هنگام ساخت و ساز بتن، استفاده نمود. این اتصالات باید با دقت طراحی، جانمایی و نصب شوند. اگر دال به طور مداوم بر روی سطوح بیش از یک وجه یا سطوحی با وسعت بالا قرار گیرد، جهت کنترل و کاهش تنش‌های وارده، اتصال انبساط ضروری خواهد بود.

کاربرد درز انبساط

درز انبساط، اغلب در ساخت پل‌ها و پیاده‌روها استفاده می‌شود. علاوه بر این، بین بخش‌ها یا المان‌های مختلف ساختمان، روسازی خطوط راه آهن، سیستم‌های لوله کشی و سایر سازه‌ها نیز کاربرد دارد. درزهای انیساطی به کاهش ترک خوردگی، نشت و شکست کمک می‌کنند. دلایل استفاده از درز انبساط در برخی از کاربردهای ذکر شده، به شرح زیر است :

درز انبساط پل : درزهای انبساط پل، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که امکان تردد مداوم بین سازه‌ها را فراهم می‌کنند. در عین حال، درزهای انبساطی، تنش‌های ناشی از انبساط، انقباض، تغییرات دمایی و … را در سازه‌های بتن مسلح و پیش تنیده، کامپوزیتی و فولادی و… کاهش و سازه را در برابر آسیب‌های ناشی از این عوامل، محافظت می‌نمایند.

 درز انبساط بنایی : آجرهای رسی با جذب گرما و رطوبت منبسط می‌شوند. این باعث ایجاد تنش فشاری روی آجر و ملات می‌شود که چنین تنش‌هایی سبب پدید آمدن برآمدگی یا پوسته پوسته شدگی آجر و ملات می‌شود. ملات جایگزین درز با درزگیر الاستومری نیروهای فشاری را بدون آسیب جذب می‌کند .با استفاده از این نوع از درز‌های انبساطی، عمر مفید و طول نگه‌داری و تعمیرات آجر و ملات مورد استفاده، به مراتب افزایش می‌یابد.

 درز انبساط راه آهن : درز انبساط خطوط راه‌آهن، به منظور کنترل انقباض یا انبساط‌های ناشی از تغییرات دمایی، اجرا می‌شود. در صورتی که، درزهای انبساطی در خطوط راه‌آهن، تعبیه نشود، ممکن است در فصل تابستان، انبساط بتن و خطوط راه‌آهن به ترتیب باعث ترک بتن و خمیدگی ریل گردد. چنین وضعیتی، به شدت عمر مفید را کاهش داده و در پی آن، نیاز به نگه‌داری، ترمیم و تعمیر، به مراتب افزایش می‌یابد.

انواع درز انبساط

• درز انبساط الایستومری یا لاستیکی
• درز انبساط مدولار
• درز انبساط پارچه‌ایی
• درز انبساط فلزی
• درز انبساط حلقوی
• درز انبساط گیمبال
• درز انبساط جهانی
• درز انبساط خطی و…

ویژگی های درز انبساط

• قابلیت جذب انبساط و انقباض مصالح
• قابلیت جذب انبساط و انقباض ناشی از حرارت
• قابلیت جذب ارتعاشات
• اجازه حرکت به خاک در مواقع نشست یا زلزله
• کنترل تنش‌های ناشی از انبساط و انقباض

نصب درز انبساط

فرآیند نصب درز انبساطی، نسبت به نوع درز انبساط مورد استفاده و هدف از کاربرد آن، متفاوت بوده و باید بر اساس آن، اجرا شود. بنابراین، اجرای درز انبساطی، به نیرویی ماهر و متخصص در این زمینه، نیاز دارد.

نکاتی که پیش از نصب درز انبساط باید در نظر گرفته شود:

• قبل از نصب درز انبساط، باید بررسی شود که درز انبساط آسیبی ندیده باشد و هیچ گونه فرورفتگی، اتصالات آسیب دیده و آثار زنگ زدگی اولیه و غیره نداشته باشد.
• درز انبساط باید عاری از اجسام خارجی مانند مواد عایق وکثیفی باشد.
• محل نصب درز انبساط در قطعه با محل تعیین شده توسط طراح سیستم مطابقت داشته باشد.
• تکیه‌گاه، باید برای پذیرش نیروهای عکس‌العمل ناشی از درز انبساط و سایر بارهای وارده کافی باشند.
• فقط یک نوع درز انبساط بین دو تکیه‌گاه نصب شده باشد تا درز انبساط بتواند به طور یکنواخت عمل کند.
• اتصالات درزهای انبساط، به درستی نصب شده و ایمن باشند.

اصول اجرای درز انبساط در دال‌ها

• درزهای انبساطی را حدود 30 برابر ضخامت دال از هم جدا کنید. بنابراین، برای دالی با ضخامت 100 میلی متر، درزهای انبساطی باید حدود 3000 میلی متر (3 متر) از هم فاصله داشته باشند.
• مطمئن شوید که درز انبساط، به اندازه کافی، عمیق بریده شده‌اند. باید حداقل یک چهارم ضخامت دال باشند. برای یک دال 100 میلی متری، درز انبساط را حداقل به عمق 25 میلی‌متر برش دهید.
• در صورت استفاده از درزهای انبساط موقت، بعد از ریختن بتن، درزهای انبساطی را به مدت طولانی باقی نگذارید و آن را برش دهید. اگر درزها در عرض 12 ساعت پس از اتمام بتن ریزی بریده نشوند، بتن ممکن است ترک بخورد.
• درزهای انبساطی، زمانی بیشترین تأثیر را دارند که مقیاس صفحه دال در بازه 1:1 نگه داشته شود (برای مثال 5*5). اما در صورتی که یک وجه دال، باریک‌تر از وجه دیگر باشد، می‌توان این نسبت را به حداکثر نسبت 1.5 افزایش داد (برای مثال3*2 متر).

درزهای انبساط پل

پل‌ها، در دسته سازه‌هایی قرار دارند که در معرض شرایط محیطی واقع هستند. پل‌ها، به دلیل تغییرات دما منبسط و منقبض می شوند. بدین منظور تعبیه درز انبساط، راهکاری به منظور کاهش ترک‌خوردگی، کنترل تنش‌های داخلی، کنترل حرکات و تغییر مکان ناشی از نشست یا زلزله و… محسوب می‌شود. در سازه‌های بزرگتر، درز انبساط برای تطبیق حرکات حاصل بین دهانه‌های عرشه پل مجاور یا بین عرشه پل و تکیه‌گاه مورد نیاز است. درز انبساط مورد استفاده  باید سطح مناسبی برای عبور ترافیک از روی درز را فراهم نماید. درزهای انبساط پل در واقع به بتن اجازه می‌دهد تا به طور طبیعی و بدون ترک خوردگی منبسط و منقبض شود. درزهای انبساط لاستیکی در انتهای پل، درواقع در جایی که پل به آزادراه، متصل می‌شود، قرار می‌گیرند. درزهای انبساطی، فضایی کافی جهت حرکت و جلوگیری از ترک‌خوردگی را در بتن ایجاد می‌کنند. انتخاب نوع درز انبساط مناسب، به عوامل متعددی از جمله بارهای وارده، حرکت پیش‌بینی شده، محدوده دما، کوتاه شدن عرشه و مسیر چرخشی آن، بستگی دارد.

به طور کلی، درز انبساط مورد استفاده در عرشه پل، شامل دو حالت درز باز و درز بسته می‌باشد.، درزهای باز حاوی شکاف ها یا منافذی هستند که به آب و پسماندها از عرشه پل اجازه می‌دهد تا از اتصالات پل به اجزای زیرین پل عبور کند و درزهای بسته نقش ماده آب‌بند را داشته و مانع از عبور آب، پسماندها و مواد یخ زدا از محل درز عرشه پل می‌شوند. دو نوع درز انبساط رایج در پل عبارت است از :

1 . درز انبساط الاستومری یا درز انبساط لاستیکی :

درز انبساط الاستومری یا لاستیک، یک رابط انعطاف پذیر برای جذب صدا، شوک، لرزش، مقاومت در برابر سایش و فرسایش شیمیایی، انرژی فیزیکی و حرارتی است. درز انبساط انبساط لاستیکی ( درز انبساط الاستومری، درزهای انبساطی ساخته شده از الاستومرهای طبیعی یا مصنوعی بوده که ممکن است، از داخل با پارچه و فلز برای استحکام و مقاومت در برابر فشار تقویت شود، در حالی که تقویت کننده فلزی ممکن است به صورت خارجی برای کنترل حرکت نیز استفاده شود. بنابراین، این نوع از اتصالات، درزهای انبساطی با با کارایی بالا هستند که امکان جذب حرکات عرشه و تخلیه آب، تحمل بارهای ترافیکی و جلوگیری از اختلالات ترافیکی را فراهم می‌کند. سطح لاستیکی پیوسته (با ویا بدون صفحات فلزی) آب‌بندی را در سطح اتصال بدون نیاز به ابزارها یا مواد اضافی تضمین می‌کند.

مزایا درز انبساط الاستومری یا لاستیکی

• جذب حرکت
• کاهش ارتعاش
• کاهش صدا
• مقاومت در برابر خوردگی، سایش و فرسایش
• مقاومت در برابر خستگی
• سهولت نصب

کاربرد

درزهای انبساط لاستیکی در تمام سیستم های سیال ظاهر می شوند و تنش ناشی از حرکت را کاهش می دهد، ارتعاش را جدا می کند، صدا را کاهش می دهد و ناهماهنگی در سیستم های لوله کشی را جبران می کند. درزهای انبساط لاستیکی در همه کاربردها جایگزین درزهای انبساط فلزی نمی شوند، اما برای بسیاری از کاربردهایی که شامل لرزش زیاد و میرایی صدا هستند، بهترین انتخاب شناخته می شوند.

• عرشه پل
• رمپ
• پارکینگ
• ساختمان‌ها
• جلوگیری از ایجاد ترک در ساختمان‌ها یا پل‌ها به دلیل تغییرات آب و هوایی

2 . درز انیساط مدولار :

درز انبساط مدولار، ابزاری مکانیکی است که به منظور اتصال دهانه‌های پل به یکدیگر، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع از درزهای انبساطی، با تقسیم دهانه بزرگ به چند دهانه‌های کوچک، انبساط و انقباض و آسیب‌های ناشی از آن را کاهش می‌دهد. علاوه بر این با استفاده از درزهای انبساطی مدولار، امکان تردد و یا ترافیک وسایل نقلیه در سطوحی صاف بدون خطر آسیب دیدیگی سازه، فرآهم می‌شود. این نوع از درز‌های انبساطی، امکان حرکت و جابه جایی مفصل تا محدوده 7.5 سانتی‌متر را فراهم می‌نمایند. علاوه بر این، درزهای انبساطی مدولار، وظیفه ثانویه محافظت از روبنا و زیربنای پل اطراف را دارد. تمام سلول‌های درز انبساطی مدولار، مجهز به عناصر آب‌بندی ضدآب هستند. این عناصر از عبور آوار، آب و مواد خورنده مانند مواد شیمیایی یخ‌زدا و… از درزهای انبساط پل و آسیب رساندن به اجزای روبنا و زیرسازی جلوگیری می‌کنند.

مقایسه درزهای انبساطی الاستومری با درزهای انبساطی فلزی

دما : درزهای انبساطی لاستیکی یا الاستومری ساخته شده با روش و مواد استاندارد، از ظرفیت عملکرد تا دمای بالای 110 درجه سانتی‌گراد بهره‌مند است. البته، اگر درزهای انبساطی الاستومری، با طراحی ویژه، ساخته شوند، می‌تواند عملکردی تا دمای 200 درجه سانتی‌گراد را ارائه دهد. اما درزهای انبساط فلزی نسبت به درزهای انبساطی لاستیکی، محدوده دمایی بسیار بالاتری از  250- الی 950+ درجه سانتی‌گراد را ارائه می‌دهند.

فشار : درزهای انبساطی لاستیکی بسته به ابعاد، می‌توانند قابلیت فشار تا bar 15 (kg/m² 152957.4) با درجه خلاء کامل را داشته باشند. اما درزهای انبساطی فلزی را می‌توان برای فشار تا bar 100 (kg/m² 1019716) طراحی کرد.

حرکات : درز انبساط الاستومری یا لاستیکی  و درز انبساط فلزی، هر دو از قابلیت جابه‌جایی مشابه در سطح محوری، برخوردار هستند. با این حال، درزهای انبساطی لاستیکی، مطمئناً در مقایسه با درزهای انبساطی فلزی، می‌توانند حرکات جانبی بیشتری را جذب کنند.

قابلیت ارتجاعی : اتصالات الاستومری و اتصالات یا درزهای انبساطی فلزی با ابعاد یکسان و استاندارد، دارای ویژگی‌های مشابهی در صفحه محوری هستند. درزهای انبساطی فلزی، هنگام قرار گرفتن در معرض حرکت جانبی بسیار سفت تر  و معمولاً قابلیت ارتجاعی یا حرکت جانبی کمتری دارند.

مقاومت صوتی : اگرچه درزهای انبساطی فلزی به خوبی طراحی شده‌اند و می‌توانند انتقال ارتعاش را کاهش دهند، اما همچنان به انتقال صداهای مزاحم ویا آسیب رسان ادامه می‌دهند. اما درزهای الاستومری یا اتصالات لاستیکی، به طور قابل توجهی نویز و ارتعاش قابل درک را جذب می کند.

مقاومت در برابر سایش و فرسایش : ضخامت دیواره درزهای انبساطی فلزی، معمولاً بین 0.15 الی 2 میلی‌متر می‌باشد. ضخامت دیواره درزهای انبساطی لاستیکی یا الاستومری، بین 12 الی 25 میلی‌متر است. بنابراین درزهای انبساطی لاستیکی بسیار ضخیم‌تر از درزهای انبساطی فلزی هستند . ساختار نازک درزهای انبساطی فلزی، آنها را در برابر مواد شیمیایی فرساینده، مایعات ساینده و دوغاب حساس می‌کند. اما درزهای انبساطی لاستیکی، در برابر انواع مختلف سایش و فرسایش بسیار مقاوم هستند و در کاربردهایی که این شرایط حاکم است بهتر از اتصالات فلزی عمل می‌کنند.

مقاومت در برابر خستگی : پارامتر خستگی درزهای انبساطی فلزی، تحت تأثیر عواملی چون دما، فشار، حرکت، لرزش و نحوه طراحی اولیه اتصال، متغییر است.عمدتا، درزهای انبساطی فلزی، از چرخه یا عمر خستگی مشخصی، بهره‌مند هستند که می‌توان آن را از طریق فرمول‌های مختلف، محاسبه نمود. اما به طورکلی، مفاصل فلزی غالباً در برابر شکست خستگی ناشی از حرکت زیاد، تسلیم می‌شوند. درحالی که، درزهای لاستیکی از الاستومرهای ارتجاعی ساخته شده‌اند و خود اتصال به عنوان یک لرزش‌گیر یا میراگر عمل می‌کند و در برابر خستگی مقاوم است.