منبسط‌کننده و کاهنده جمع‌شدگی بتن

از روش‌هایی که برای کم کردن اثر جمع شدگی در بتن به کار می‌رود، استفاده از بتن جبران کننده جمع شدگی است. این روش بر اساس انبساط بتن به جای جمع شدگی آن می‌باشد. بتن در این روش به واسطه تشکیل اتریگایت (نوع K، کلسیم سولفو آلومینات یا ترکیبات بر اساس کلسیم آلومینات) یا تشکیل کلسیم هیدروکسید (ترکیبات بر اساس آهک) به دست می‌آید. در این روش باید مراقبت‌های ویژه‌ای در زمینه جلوگیری از گیرش سریع، کاهش کارپذیری و از همه مهم‌تر، زمانی که انبساط توسط این روش رخ می‌دهد، صورت گیرد. روش دیگر استفاده از افزودنی‌های کاهنده جمع شدگی است که در سال 1985 در ژاپن معرفی شدند و در سال 1995 به بازار آمریکای شمالی راه پیدا کردند. این افزودنی‌های به طور شیمیایی مکانیزم جمع شدگی را بدون ایجاد انبساط تغییر می‌دهند.

از جمله عوامل مؤثر در جمع شدگی بتن به موارد زیر اشاره کرد:

• نسبت عیار آب به سیمان
• عیار سیمان و نوع سنگدانه‌ها
• نوع سیمان
• طرح اختلاط
• نسبت سطح به حجم
• رطوبت نسبی و سایر شرایط محیط پیرامون بتن

جمع شدگی در بتن و ملات در سه حالت رخ می‌دهد: در فاز پلاستیک، خود به خودی و در زمان خشک شدن. جمع شدگی پلاستیک زمانی اتفاق می‌افتد که نرخ تبخیر آب از سطح بتن تازه بیشتر از نرخ آب انداختگی باشد. این جمع شدگی در بیشتر مواقع قبل از گیرش نهایی به دلیل تبخیر سریع آب از سطح بتن که در معرض هوا قرار دارد، رخ می‌دهد. دمای زیاد بتن، سرعت زیاد باد و رطوبت کم نرخ تبخیر آب از سطح بتن را افزایش می‌دهند. نرخ آب انداختگی نیز به عواملی همچون اجزای تشکیل دهنده بتن، نسبت‌های اختلاط، ضخامت المان مورد نظر و نوع تراکم و پرداخت سطح بتن بستگی دارد. ترک‌های ناشی از جمع شدگی پلاستیک معمولاً موازی یکدیگر بوده و فاصله آن‌ها 0.3 الی 1 متر است. این ترک‌ها سطحی بوده و عمق آن‌ها بین 25 الی 50 میلیمتر می‌باشد، اما در مواردی که علاوه بر جمع شدگی پلاستیک، جمع شدگی ناشی از خشک شدن نیز باعث تشدید شرایط می‌شود ترک‌ها می‌توانند تا عمق بیشتری نفوذ کنند. این ترک‌ها معمولاً در المان‌های بتنی نازک مانند دال‌ها، روسازی‌ها، عرشه پل‌ها، کف‌های صنعتی، پوشش تونل‌ها و سطوح ترمیمی که نسبت سطح به حجم زیادی دارند مشاهده می‌شود. بتن‌های پر مقاومت که دارای نسبت آب به سیمان کم و حاوی مواد پوزولنی (روباره، خاکستر بادی و دوده سیلیس) هستند بیشتر در معرض ترک‌های ناشی از جمع شدگی پلاستیک قرار دارند. این نوع جمع شدگی در بیشتر مواقع در 7 روز اول پس از قالب گیری بتن رخ می‌دهد.

جمع شدگی خود به خودی در زمانی که بتن هنوز به حالت مایع می‌باشد، رخ میدهد. این نوع جمع شدگی در واقع به سبب تغییر در اندازه ساختار خلل و فرج ریز بتن یا به عبارت دیگر به دلیل کاهش اندازه تخلخل و منافذ بتن رخ می‌دهد. این نوع از جمع شدگی به عنوان تابعی از میزان هیدراتاسیون سیمان در نظر گرفته می‌شود. در واقع محرک ایجاد این نوع جمع شدگی واکنش‌های شیمیایی است، هرچه هیدراتاسیون توسعه می‌یابد، حجم مطلق کاهش می‌یابد. تغییر حجم به علت انجام واکنش بین آب و مواد سیمانی و تغییر چگالی محصولات واکنش نسبت به مواد واکنش دهنده می‌باشد. به دلیل اینکه چگالی مواد اولیه واکنش از محصولات حاصل از آن کمتر است در نتیجه حجم مصالح موجود در مخلوط بتنی کاهش یافته و جمع شدگی خود به خودی در بتن رخ می‌دهد.

در آب و هوای خشک زمانی که اختلاف رطوبت نسبی بین بتن و هوای اطراف آن وجود داشته باشد، جمع شدگی حاصل از خشک شدن رخ می‌دهد. به طور خلاصه، این پدیده به تبخیر آب از سیمان هیدراته شده مرتبط می‌باشد. هنگامی که سیمان اشباع در معرض رطوبتی که کمتر از اشباع است قرار گیرد، بتن رطویت را از منافذ مویینه بزرگ از دست می‌دهد و به دنبال آن جمع شدگی در بتن ایجاد می‌شود. در واقع بعد از گیرش نهایی بتن به دلیل تبخیر آب در خلل و فرجبتن و به دنبال آن کاهش حجم بتن به وقوع می‌پیوندد. در بتن‌های پر مقاومت با مقدار آب کم، جمع شدگی حاصل از خشک شدن و جمع شدگی خود به خودی به دلیل اینکه احتمال وقوع ترک‌های شدید را افزایش می‌دهند، بسیار مضر و خطرناک هستند. در بتن‌های با مقاومت معمولی (مقاومت 28 روزه کمتر از 34 مگاپاسکال) جمع شدگی خود به خودی نسبت به جمع شدگی حاصل از خشک شدن از اهمیت کمتری برخوردار است. جمع شدگی به تنهایی باعث ایجاد ترک خوردگی در بتن نمی‌شود. ایجاد ترک در بتن به این موضوع بستگی دارد که بتن مقید شده است یا نه. در واقع نیروهای ناشی از قیدهای خارجی یا داخلی که به واسطه جمع شدگی بتن مقید شده ایجاد می‌شوند، باعث ایجاد ترک در عضو بتنی می‌گردد. به این دلیل که بیشتر سازه‌های بتنی توسط زمین، شالوده، آرماتور و یا سایر اعضای سازه مقید شده‌اند و این مسئله باعث ایجاد تنش‌های کشش می‌شود که در صورتی که مقدار تنش از مقدار مقاومت کششی بتن فراتر رود، سبب پیدایش ترک در سازه بتنی می‌گردند.