اهمیت ضریب انبساط حرارتی بتن

اهمیت ضریب انبساط حرارتی بتن در چیست؟
بتن ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی دارد. با این وجود، در صورت عدم اتخاذ اقدامات پیشگیرانه برای مقابله با انبساط و انقباض، امکان اعمال نیروهای بزرگ و ایجاد ترک در بخش های مختلف سازه به وجود می آید.

این مسئله می تواند باعث شکست سازه در حالت عادی یا در صورت تکرار چرخه های انبساط و انقباض (شکست ناشی از خستگی) شود.

ترک خوردگی بتن جوان به میزان زیادی به ضریب انبساط حرارتی آن بستگی دارد. در سازه های بتنی، اگر امکان پخش حرارت به عمق وجود نداشته باشد و انقباض/انبساط حرارتی سطح بتن بدون تغییر در دمای داخلی رخ بدهد، اختلاف دما بین بخش های مختلف عضوها به وجود می آید.

این اختلاف دما، احتمال ترک خوردگی را افزایش می دهد. به این ترتیب، کاهش/افزایش طول ناشی از تغییرات دما باعث ترک خوردن عضوهای بتنی ثابت یا محدود شده توسط بخش های دیگر سازه می شود.

عدم توجه به اهمیت ضریب انبساط حرارتی و در نظر نگرفتن آن در طراحی می تواند هزینه های زیادی را در سازه هایی نظیر سد (مخصوصا سد بتن غلتکی)، پل، ساختمان و روسازی بتنی راه ها ایجاد کند.

در برخی از موارد، اثرات حرارتی باعث تخریب کامل سازه (از بین رفتن تمام هزینه ها) و در موارد دیگر باعث تخریب جزئی (افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری) می شوند.

در مجموع، ارزیابی ضریب انبساط حرارتی بتن برای طراحی درزهای انبساطی و انقباضی، جلوگیری از حرکت افقی یا عمودی تکیه گاه های پل، طراحی سازه های نامعین استاتیکی (تأثیر تغییر دما روی تغییر طول سازه ها) و تعیین شیب حرارتی عضوهای پیش تنیده ضروری است.

درز چیست و چه کاربردی دارد؟
«درز» (Joint)، جداکننده ای است که امکان حرکت جزئی بخش های مختلف عضوهای بتنی را فراهم می کند. درزها، بهترین گزینه برای کنترل ترک خوردگی ناشی از تغییرات دمایی هستند.

در صورت عدم ایجاد درز در ابعاد و فواصل مناسب، بتن با الگویی منطبق با نحوه محدودیت عضو و مسیر تغییر دما (شیب حرارتی) ترک می خورد.

درز انقباض یا کنترلی، به شکل های مختلف بر روی پیاده رو، جاده، روسازی، کف و دیوارها ایجاد می شوند تا در صورت جمع شدگی حرارتی بتن، ترک در محدوده درز رخ دهد. ایجاد یک برش پیوسته توسط اره بر روی دال، از روش های ساده و اقتصادی برای ایجاد درزهای کنترلی است.

ضریب انبساط حرارتی بتن سبک دانه:
میزان هدایت حرارتی و ضریب انبساط حرارتی در بتن های سبک دانه کم است. این دو ویژگی در شرایطی مناسب هستند که سطح بتن مانند روسازی جاده ها در معرض افزایش دمای موضعی قرار داشته باشد.

در این شرایط، به دلیل استفاده از بتن با سنگدانه های سبک، انبساط حرارتی کمتر خواهد بود.

این رفتار به همراه مدول الاستیسته پایین بتن سبک دانه، تنش های ناشی از اختلاف دمای بین ذرات را کاهش می دهد. در نتیجه، بتن از آسیب های موضعی در امان می ماند. علاوه بر این، ترکیب هدایت حرارتی و ضریب انبساط حرارتی پایین، مقاومت در برابر آتش را نیز بهبود می بخشد.

نکته: ضریب انبساط حرارتی بتن ّهای سبک (سبک دانه یا بدون ریزدانه) معمولا حدود 0.6 تا 0.8 بتن معمولی است. به همین دلیل، استفاده این دو نوع بتن در کنار یکدیگر می تواند باعث ایجاد مشکل شود.

ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد:
بتن ماده ای با مقاومت فشاری خوب و مقاومت کششی پایین است. برای تقویت مقاومت کششی بتن می توان از مواد تقویت کننده استفاده کرد.

در صورت وجود اختلاف زیاد بین ضریب انبساط حرارتی مواد، احتمال رخ دادن تنش های داخلی و تغییر شکل های اضافی افزایش می یابد.

به همین دلیل، باید از موادی با مقاومت کششی بالا و ضریب انبساط حرارتی مشابه در ترکیب بتن استفاده کرد.

میلگرد فولادی، یکی از متداول ترین گزینه ها برای تقویت خواص مقاومتی بتن است. ضرایب انبساط حرارتی بتن و فولاد تقریبا مشابه یکدیگر هستند.

این مسئله باعث سازگاری مناسب این دو ماده برای ترکیب شدن با یکدیگر و ساخت بتن مسلح شده است. یکی دیگر از فواید ترکیب بتن و فولاد، کاهش احتمال ترک خوردگی ناشی از تغییرات دمایی است.