حفاظت آرماتور در برابر خوردگی
بر اساس یوروکدهای امروز، حداقل ضخامت لایه محافظ بتن (cnom) تعیین شده است. ضخامت چنین لایه بتنی، کمترین فاصله از سطح بیرونی عضو بتنآرمه تا نخستین آرماتور است. در اعضای خطی، این آرماتور خاموت است و در اعضای سطحی، آرماتور طولیِ تحتانی است. لایه محافظ اسمی به صورت زیر تعریف میشود: cnom = cmin + Δcdev
cmin حداقل پوشش محافظِ مقرر است که مقدار آن به شرایط چسبندگی بتن و آرماتور، شرایط محیط، پوشش روی آرماتور و غیره بستگی دارد. Δcdev مقداری است که انحراف در اجرا را نشان میدهد. بسته به کلاسِ مواجههِ عضو بتنآرمه، مقادیر متفاوتی برای پوشش اسمی محافظ وجود دارد؛ این مقدار معمولاً از 2,5 cm تا 3,5 cm متغیر است. برای پیها در نظر گرفته میشود که 5cm.
رفتارِ ملاتِ سیمانی و بتن در برابرِ گرمکردن و سردکردنِ مکرر
استحکام بتن تازه را میتوان با گرمکردن تدریجی با بخار یا نگهداشتن آن در آبِ بهتدریج گرمشونده، و سپس سردکردن آرام، بهسرعت افزایش داد. به این ترتیب، پس از یک فرایند یکروزه، استحکامهایی حاصل میشود که در روش معمول پس از چند هفته به دست میآیند. میزان اثر به سیمان و نوع سنگدانه بستگی دارد، در حالیکه با بتن فقیر نتایج بسیار بهتری نسبت به بتن پرمایه حاصل میشود.
در صورتی که گرمکردن و سردکردن در دامنههای وسیع انجام شود، در عضو بتنی تنشهای قابلتوجهی ایجاد خواهد شد اگر گرمکردن و سردکردن سریع اجرا شوند. در چنین حالتی، و بهویژه در صورت تکرار مکرر، باید ظهور ترکهایی را در نظر گرفت که از بیرون به سمت داخل نفوذ میکنند و بر ویژگیهای مکانیکی بتن اثر میگذارند. در این میان سیمانهای مختلف رفتارهای متفاوتی دارند، از اینرو برای کاربرد عملی، انتخاب دقیق سیمان توصیه میشود.
نفوذپذیری حرارتی بتن
ضریب هدایت حرارتی بتن به ویژگیهای سنگدانه و سیمان، مقدار سیمان، مقدار آب اختلاط، رطوبت بتن، و نیز دمای آن بستگی دارد. در آزمایش با صفحات 10 cm ضخامت و از بتن بهشدت خشکشده، مشخص شد که ضریب هدایت حرارتی λ برابر 1,163 W/mK در 10 oC است، و با صفحات ساختهشده از بتنی که در آب بوده، تا 2,326 W/mK میرسد. صفحات ضخیمتر ضرایب هدایت حرارتی بیشتری میدادند؛ بیشترین مقدار 2,38 W/mK بود.
انبساط بتن بر اثر گرما
انبساط تا حد زیادی به سنگدانه، سپس به رطوبت بتن، و نیز به خود سیمان بستگی دارد. مقادیر حدی شناختهشده تا کنون در 0 تا 40 oC حدود 6 تا 13*10-6 m/m برای هر درجه است.
مقاومت در برابر بارگذاری مکرر
1. مقاومت فشاری در خستگی. مفهوم مقاومت در خستگی در اینجا در معنای کلی بهکار رفته است؛ برای کاربرد فنی باید همواره نوع مقاومت در خستگی (فشار، کشش، فشار و کشش متناوب، خمش، برش، برش خالص، کمانش) و نیز شیوهٔ بارگذاری (فقط آرام، فقط متناوب، بخشی آرام و بخشی ایستا) ذکر شود.
مقاومت فشاری در خستگی ناشی از بارگذاری مداوم: باید انتظار داشت که مقاومت در برابر بارگذاری درازمدت دستکم ¾ مقاومتِ بهدستآمده در آزمون معمول فشار باشد.
مقاومت فشاری در خستگی ناشی از بارهای متناوب (مقاومت دینامیکی پایه): مقاومت فشاری دینامیکی پایه ستونهای بتنی با ترکیبهای مختلف، و بهویژه با مقادیر مختلف سیمان و دانهبندیهای متفاوت، نشان داده شد که دستکم 0,5 مقاومت منشوری در بارگذاری معمول تا شکست است. در این آزمایش، 260 چرخه بارگذاری در دقیقه اعمال شد؛ تعداد کل چرخههایی که برای آنها این مقاومت فشاری دینامیکی پایه تعیین شد، دو میلیون بود. با افزایش تعداد چرخهها در دقیقه (از 10 تا 450 چرخه در دقیقه آزمایش شد)، تعداد تکرارهایی که به شکست میانجامد نیز افزایش یافت.
استحکام فشاری در خستگی بر اثر اثر همزمان بارهای ساکن و متناوب: وقتی بارهای ساکن به بارهای متناوب افزوده شدند، با افزایش بارهای ساکن، مقادیر دامنههای بارهای متناوب که در غیر این صورت دو میلیون بار تکرار میشدند، کاهش یافت. برای نمونه، شکل 1 نشان میدهد که دامنههای بارهای متناوب S برابر بودند با:
- در بارگذاری آرام برای σu = 6 kg/cm2 S = 109 kg/cm2
- در بارگذاری آرام برای σu = 118 kg/cm2 S = 39 kg/cm2
- در بارگذاری آرام برای σu = 157 kg/cm2 S = 8 kg/cm2
شکل 1
شکل. 2
2. مقاومت خمشی بتن در خستگی. آزمایشهای نشاندادهشده در شکل 2 برای تیرهایی که همواره در حالت مرطوب نگهداری شده بودند، در بارگذاری دینامیکی پایه نشان دادند که مقاومت خمشی در خستگی برابر 28 kg/cm2 است، در حالی که مقاومت خمشی معمولی 53 kg/cm2 بوده است، که با نسبت 0,53 مطابقت دارد.
بتن سبک
بتن سبک (بتن با وزن کمتر از 18 kN/m3) با استفاده از سنگدانههای سبک و متخلخل مانند پوکه، سربارهٔ کورهٔ بلند، سربارهٔ دیگ بخار به دست میآید؛ افزون بر این، با استفاده از ملاتِ ماسه و آردِ طبیعی یا مصنوعی همراه با افزودنیهایی که هنگام تهیهٔ ملات گاز تولید میکنند (بتن گازی) یا در ملات کفزایی ایجاد میکنند (بتن فومی) نیز حاصل میشود.
بتن سبک، از جمله، بهطور گسترده برای ساخت بلوکهای بنایی و صفحات سنگپا برای دیوارها و بامها به کار میرود؛ در حالت خشک رسانای ضعیفی برای گرما است؛ مقاومت آن متوسط است، اما بهراحتی قابل تنظیم است، بهطوری که میتوان با اطمینان بلوکهای سبک برای دیوارهای باربر ساختمانهای مسکونی تولید کرد.
برای ایجاد گاز در بتن گازی از پودر آلومینیوم استفاده میشود. بسته به مقدار ناخالصیها و همچنین شرایط دیگر، مادهای کموبیش متخلخل بهدست میآید که وزن آن در حالت خشک حدود 3 kN/m3 و بیشتر است.
1. وزن حجمی بتن سبک. با پوکه طبیعی میتوان وزنهای حجمی را - با فرض حالت خشکشده در 105 oC - از 7 kN/m3 به بالا تضمین کرد، همراه با مقاومت فشاری 2 MPa. وزن حجمی قابل انتظار تقریباً برابر مجموع سنگدانه و سیمان در حالت تودهای است. بتن گازی با وزن حجمی بیش از 8 kN/m3 طبق قاعده از نظر فنی نامناسب است.
2. استحکام فشاری بتن سبک. برای بتن ریختهای، بدون تدابیر ویژه میتوان به مقاومتهایی تا 8 MPa دست یافت، و با شنریزه حتی تا 12 MPa. آزمایشهای مداومِ مناسببودن ضروری است. بتن متخلخل (بتن گازی و بتن فومی) فقط پس از سختشدن تحت فشار بخار برای دیوارهای باربر مناسب است. با مواد اولیه مناسب میتوان وزنهای حجمی 6 kN/m3 و مقاومتهای فشاری 5 MPa را تضمین کرد.
3. مقاومت خمشی بتن سبک. نسبت میان مقاومت خمشی و فشاری در محدودهٔ نیازهای عملی نسبتاً بزرگ نشان داده شده است و هرچه مقاومتها افزایش یابند، این نسبت کاهش مییابد.
4. درجهٔ انقباض بتن سبک. درجهٔ انقباض عمدتاً به کشسانی سنگدانه، و نیز به مقدار ترکیب سیمان سختشده بستگی دارد؛ انقباض بتن سبک بیشتر از انقباض بتن شندار است. بتن ساختهشده از خردهآجر در طی یک سال، درجهٔ کلی انقباض حدود 0,65 mm/m را نشان داد. عناصر تازه تحویلشده از سنگپاى طبیعی، طی 14 m ماه، حدود 0,8 mm/m کوتاه شدند. نمونههای بتن گازی و بتن فومی که در هوا سخت میشدند، انقباضهای بسیار بیشتری نشان دادند، حتی بیش از 2 mm/m. نباید فراموش کرد که هر بتنی هنگام مرطوب شدن بر اثر باران و برف ذوبشده متورم میشود و هنگام خشکشدنِ بعدی دوباره منقبض میگردد.
شکل 3
5. ضریب هدایت حرارتی. ضریب هدایت حرارتی با وزن مخصوص حجمی کاهش مییابد و در شرایط دیگرِ یکسان هرچه حفرههای هوایی آن کوچکتر و یکنواختتر پخش شده باشند، این ضریب کمتر میشود. برای بتن تودهایِ خشک در هوا، مقدار آن چنین بود (λ = 0,4625 برای 9 kN/m3; λ = 0,58 – 0,7 برای 12 kN/m3; λ = 0,81 – 1,05 برای 16 kN/m3). برای بتن گازیِ خشک در هوا، دادهها را شکل 3 نشان میدهد.
نکته:
- 0,1 kcal/mhoC = 0,1163 W/mK
- 0,1 kg/dm3 = 100 kg/m3 = 1 kN/m3