عوامل موثر بر ضریب انبساط حرارتی بتن

عوامل موثر بر ضریب انبساط حرارتی بتن چه هستند؟
ضریب انبساط حرارتی بتن به پارامترهایی نظیر سنگدانه (نوع سنگدانه، نسبت ماسه به سیمان)، درجه اشباع، نسبت آب به سیمان، محدوده دما و سن بتن بستگی دارد. از بین این پارامترها، سنگدانه و درجه اشباع از اهمیت بالاتری برخوردار هستند.

تأثیر درجه اشباع بر ضریب انبساط حرارتی بتن:
حجم آب موجود در فضای متخلخل بتن به حجم کل فضای خالی با عنوان درجه اشباع شناخته می شود. درجه اشباع، یکی دیگر از مهم ترین عوامل موثر بر ضریب انبساط حرارتی بتن است.

در بسیار از مطالعات صورت گرفته، منحنی درجه اشباع در برابر ضریب انبساط حرارتی به صورت محدب است و حداکثر مقدار ضریب انبساط آن در درجه اشباع 70 تا 80 درصد رخ می دهد. نمودار زیر، رابطه بین رطوبت نسبی بر ضریب انبساط حرارتی بتن را نمایش می دهد.

تأثیر خمیر سیمانی بر ضریب انبساط حرارتی بتن:
خمیر سیمانی تأثیر زیادی بر روی ضریب انبساط حرارتی بتن ندارد. پس از ورود به فاز جامد، سنگدانه ها پارامتر غالب در تعیین این ضریب خواهند بود.

به همین دلیل با گیرش بتن، تأثیر خمیر سیمانی بر ضریب انبساط تقریبا از بین می رود. در مجموع، ضریب انبساط حرارتی دوغاب (خمیر سیمانی)، بتن تازه و بتن سخت شده، یک کمیت وابسته به زمان است.

این ضریب، پس از گیرش اولیه بتن کاهش می یابد. سپس با گذشت زمان و گیرش نهایی، به مرور به یک مقدار ثابت میل می کند. نمودار زیر، تغییرات ضریب انبساط حرارتی خمیر سیمانی در سن های مختلف را نمایش می دهد.

اگر اختلاف بین ضریب انبساط حرارتی سنگدانه های درشت و خمیر سیمانی زیاد باشد، تغییرات دمایی بزرگ باعث جابه جایی های متفاوت و شکستن پیوند بین سنگدانه و سیمان می شوند.

به طور کلی، اختلاف قابل توجه بین ضرایب معمولا در سنگدانه هایی با ضریب انبساط بسیار پایین (نوع خاصی از گرانیت، سنگ آهک و مرمر) رخ می دهد.

تأثیر نسبت آب به سیمان بر ضریب انبساط حرارتی بتن:
تأثیر نسبت آب به سیمان (مواد سیمانی) بر ضریب انبساط حرارتی بتن زیاد نیست؛ چراکه پس از گیرش بتن، رفتار آب تغییر می کند.

افزایش دما، باعث افزایش حجم آب در منافذ می شود. با این وجود، آب بر خلاف ذرات جامد می تواند درون این منافذ جریان پیدا کند. این ویژگی، کاهش فشار آب منفذی را در پی خواهد داشت. در آزمایشات صورت گرفته بر روی نمونه های اشباع با نسبت آب به سیمان 0.4 تا 0.6، ضریب انبساط حرارتی خمیر سیمانی در محدوده 6-10*18 تا 6-10*20 قرار داشت.

این میزان از تغییرات در ضریب انبساط حرارتی خمیر سیمانی، تأثیر چندانی بر روی ضریب انبساط حرارتی بتن نخواهد داشت.

تأثیر خاکستر بادی بر ضریب انبساط حرارتی بتن:
خاکستر بادی، یک مکمل سیمانی و از افزودنی های معدنی پرکاربرد در ترکیب بتن است. این ماده به طور گسترده به جای سیمان مورد استفاده قرار می گیرد.

استفاده از خاکستر بادی باعث کاهش قابل توجه ضریب انبساط حرارتی خمیر سیمانی می شود. البته پس از شروع گیرش یا در مراحل اولیه گیرش، ضریب انبساط خمیر سیمانی حاوی خاکستر بادی از ضریب خمیر سیمانی معمولی بیشتر است. این مسئله می تواند به دلیل قرارگیری خمیر در فاز مایع باشد.

تأثیر روش عمل آوری بر ضریب انبساط حرارتی بتن:
روش عمل آوری بتن نیز بر روی ضریب انبساط حرارتی آن تأثیرگذار است. فقط در صورت اجرای روش عمل آوری با بخار آب، ضریب انبساط حرارتی بتن تحت تأثیر قرار نمی گیرد.

در این روش، ضریب انبساط از شروع گیرش تا گیرش نهایی تقریبا ثابت است. جدول زیر، رابطه بین شرایط عمل آوری، محتوای سیمان و ضریب انبساط حرارتی برای بتن 28 روزه در دمای پایین تر از 260 درجه سانتی گراد را نمایش می دهد.

تأثیر دما بر ضریب انبساط حرارتی بتن:
ضریب انبساط حرارتی بتن در بازه های مختلف دمایی تغییر می کند. به همین دلیل، رفتار مواد تشکیل دهنده باید در بازه های حرارتی متفاوت مورد بررسی قرار گیرد.

به عنوان مثال، رفتار کوارتز در دمای 574 درجه سانتی گراد معکوس می شود و سپس به طور ناگهانی و به مقدار 0.85 درصد افزایش حجم می دهد.

از این رو، کوارتز به هیچ عنوان در ساخت بتن های مقاوم در برابر آتش مورد استفاده قرار نمی گیرد.

اختلاف بین جابه جایی ها و ضریب انبساط حرارتی سنگدانه و خمیر سیمانی می تواند به دلیل نیروهای ناشی از جمع شدگی باشد. از این رو، در بازه بین 4 تا 60 درجه سانتی گراد، اختلاف بین این ضرایب پارامتر غالب بر مقاومت پیوند نیست.

تأثیر ضریب انبساط حرارتی بر چگالی بتن چیست؟
انبساط حرارتی باعث تغییر فاصله بین ذرات می شود. این مسئله حجم ماده را تغییر می دهد اما تأثیر چندانی بر روی جرم آن ندارد. به ترتیب چگالی بتن کاهش می باید.

تأثیر ضریب انبساط حرارتی بر دوام بتن چیست؟
در صورتی که اختلاف بین ضریب انبساط حرارتی سنگدانه و خمیر سیمانی بیشتر از 6-10*5.5 بر درجه سانتی گراد باشد، دوام بتن در مواجهه با چرخه ذوب و انجماد تحت تأثیر قرار می گیرد.

تأثیر ضریب انبساط حرارتی بر مقاومت بتن چیست؟
در حین عمل آوری بتن، احتمال رخ دادن ترک های ریز ناشی از اختلاف بسیار زیاد انبساط حرارتی حباب های هوا با ذرات جامد در خمیر سیمانی به وجود می آید. این مسئله، مقاومت بتن بلند مدت را تحت تأثیر قرار می دهد.

البته پس از 28 روز، افزایش دمای حین عمل آوری، مقداری از این کاهش مقاومت جبران می کند.

به طور کلی، تأثیر ضریب انبساط حرارتی بر مقاومت بتن برای شرایطی است که احتمال ترک خوردگی در آن ها بیشتر است.