ترک در تیر

یکی از پدیده ی متداول در اجزای بتنی سازه، وقوع ترک در بتن است. برخی از ترک های ایجاد شده تنها جنبه ی ظاهری دارند اما برخی از ترک ها نشان دهنده ی وجود مشکلات جدی در سازه است که نیازمند بررسی بیشتر و در صورت لزوم ترمیم بتن به روش های مناسب است. تیرها یکی از اجزای مهم سازه محسوب می شوند که وظیفه ی انتقال نیروهای جانبی و ثقلی دیافراگم به ستون را دارند. بنابراین بسیاری از ترک ها در تیر ممکن است ناشی از عدم پیش بینی خیز در ابتدای کار و نشست تیر به دلیل بارگذاری بیش از حد باشد. لذا بررسی علل وقوع ترک در تیرهای بتنی امری ضروری بوده و ممکن است ناشی از پایین بودن مقاومت بتن یا مشکلات سازه ای دیگر باشد که مقاومت کلی سازه را تحت الشعاع قرار می دهد. پس از رفع عوامل مخرب و ترمیم بتن لازم است تا اقدامات لازم به منظور مقاوم سازی تیرها صورت گیرد.

انواع ترک در تیر

هرگونه خرابی تیرها می تواند به شکل ترک های مختلف در این اجزا خود را نشان دهد. این ترک ها ممکن است ناشی از تنش برشی، تنش خمشی، گسیختگی آرماتورها و یا کمبود پوشش بتنی میلگرد باشد که در ادامه به توضیح علل هر یک از ترک های تیر خواهیم پرداخت.

۱-ترک در تیر به دلیل افزایش تنش برشی

ترک های برشی، ترک هایی هستند که از نظر ظاهری با افق زاویه ۴۵ درجه تشکیل می دهند. علت ایجاد این ترک ها، افزایش تنش برشی است. محل وقوع ترک های برشی در مجاورت تکیه گاه هایی مثل ستون ها و دیوارها است.
به منظور جلوگیری از ایجاد این ترک ها می توان از تعداد آرماتورهای برشی در نواحی که تنش برشی در بیشتر مقدار است (مجاورت تکیه گاه ها)، افزایش داد.

۲-ترک در تیر به دلیل خوردگی میلگرد یا کاور بتنی ناکافی

یکی از دلایل وقوع ترک در تیرهای بتنی، خوردگی میلگرد در بتن است که می تواند ناشی از پوشش ناکافی میلگردها باشد. به دلیل اینکه بخش بالایی تیرها به وسیله ی دال پوشیده می شود و این نواحی در معرض محیط قرار ندارند،‌عموما شاهد چنین ترک هایی در بخش بالایی تیرها نخواهیم بود. اما بخش زیرین تیرها در برخورد مستقیم با محیط است بنابراین در صورتی که این نواحی فاقد پوشش بتنی کافی باشند، میلگردهای آن دچار خوردگی شده و شاهد نمایان شدن ترک های ناشی از این پدیده در مجاورت آرماتورهای طولی خواهیم بود. توصیه می شود با روش های مناسب از وقوع این ترک ها جلوگیری شود چرا که گسترش آن ها ممکن است باعث ورقه ورقه شدن یا ترکیدن بتن گردد.

۳-ترک های موازی تیر به دلیل زنگ زدگی میلگردها

ترک های موازی در تیرهای بتنی عموما ناشی از خوردگی آرماتورهای اصلی این المان ها هستند و در بخش تحتانی تیرها ایجاد می شوند.

۴-ترک های تیر به دلیل افزایش تنش خمشی

ترک های ناشی از افزایش تنش های خمشی عموما به علت کمبود آرماتورها ایجاد می گردند. از نظر ظاهری این ترک ها با افق زاویه ۴۵ درجه می سازند و محل وقوع آنها در نزدیکی مرکز تیر و در محلی است که لنگر خمشی در بیشترین مقدار خود قرار دارد. به منظور پیشگیری از وقوقع ترک های ناشی از تنش خمشی در تیرها، لازم است تمامی نیروهای اعمالی به تیر هنگام طراحی این المان ها در نظر گرفته شود. علاوه بر این استفاده از آرماتور به مقدار کافی در وسط دهانه ی تیر می تواند احتمال وقوع این ترک ها را کاهش دهد.

۵-ترک در تیر بتنی به دلیل گسیختگی فشاری

ترک های ناشی از گسیختگی فشاری عموما در بخش فوقانی تیرهایی ایجاد می شوند. تیرهایی که دارای مقدار زیادی آرماتور هستند معمولا در برابر تنش های خمشی مقاومت مناسبی از خود نشان می دهند، در این شرایط اگر بخش فوقانی تیرها فاقد آرماتور کافی باشد، تیرها توانایی تحمل تنش های فشاری را نخواهند داشت و شاهد ترک در بالای تیرها خواهیم بود. برای پیشگیری از وقوع این ترک ها، طراحی مقاطع بتنی باید متعادل صورت گیرد.

علل ترک خوردگی تیر بتنی

در ادامه ی مطلب به شرح علل ترک خوردگی تیرهای بتنی خواهیم پرداخت. شناخت علت وقوع ترک های تیر پیش از انتخاب روش مناسب برای اصلاح بتن ضعیف اهمیت بسیاری دارد.

۱-ترک خوردگی بتن به دلیل استفاده ی بیش از حد آب

یکی از دلایل شایع در ترک خوردگی تیرهای بتنی، استفاده ی بیش از حد آب در مخلوط بتن است. دوام بالای بتن وابسته به نسبت پایین آب و سیمان است. بنابراین استفاده ی بیش از حد از آب در تولید بتن سبب کاهش دوام بتن خواهد شد. علاوه بر این وجود نسبت بالای آب به سیمان در تولید بتن منجر به افزایش زمان کیورینگ و انقباض خشک بتن خواهد شد. از تأثیرات منفی مصرف آب زیاد نیز می توان به افزایش خلخل و فرج بتن اشاره کرد. تنها روش ترمیم بتن آسیب دیده به دلیل وجود آب اضافی، تخریب و جایگزینی بتن است. البته همچنان با توجه به مقدار و نوع آسیب می توان روش های دیگر را با نظر کارشناس بکار برد.

۲-ترک خوردگی بتن به دلیل اشتباه طراحی

وجود خطاهای اجرای در سازه می توان آسیب های زیادی را به قطعات بتنی وارد کند. یکی از رایج ترین آثار مخرب ناشی از خطاهای طراحی، جاسازی قطعات فلزی اعم از خط لوله برق یا جعبه تقسیم در مجاورت سطح بیرونی سازه های بتنی است. در این شرایط شاهد تشکیل ترک در مجاورت این نواحی بوده که به سرعت رشد می کنند و فرایند ذوب و انجماد را تسریع خواهند کرد. وجود این قطعات فلزی در مجاورت بتن و گسترش نفوذپذیری درون بتن، ارتباط مستقیمی با تغییرات دما خواهد داشت. به این شکل که، در اثر افزایش دما، فلز دچار انبساط می شود و همین مسئله منجر به تنش کششی در بتن خواهد شد که افزایش ترک خوردگی تیرهای بتنی را در پی خواهد داشت. از سایر علل بروز ترک در تیرها به دلیل اشتباهات طراحی، می توان به تعبیه پوشش بتنی ناکافی روی میلگردها اشاره کرد که پدیده ای رایج در تخریب سازه های شهری محسوب می شود. برای ترمیم این آسیب عموما ۷.۵ سانتی متر پوشش بتنی برای میلگردها در نظر گرفته می شود. البته این مقدار در محیط هایی که بتن در معرض عوامل مخرب شیمیایی قرار داشته باشد به حداقل ۱۰ سانتی متر نیز خواهد رسید.
یکی دیگر از خطاهای رایج در طراحی، مربوط به عدم رعایت فواصل درز انبساط است. در نظر گرفتن این فواصل سبب توزیع یکنواخت دما در مقاطع بتنی می شود. در صورت عدم رعایت درزهای انباسطی در نقاطی که انتظار تعبیه انها وجود دارد، شاهد ترک خواهیم بود. هرچند که وجود این ترک ها به عنوان درز انقطاع از نظر ظاهری مطلوب نیست اما به ندرت نیاز به تعمیر این ترک ها وجود دارد چرا که این ترک ها تنش های کششی را کنترل می کنند.

۳-ترک خوردگی تیر به دلیل خطاهای اجرایی

از سایر دلایل ترک خوردگی تیرهای بتنی می توان به خطاهای اجرایی اشاره کرد. متخلخل و کرمو شدگی بتن تیر همگی از نشانه های وجود اشتباهات رایج حین ساخت است. این خرابی ها حاکی از آن است که نواحی خالی بین سنگدانه ها به خوبی توسط سیمان مصرفی پر نشده است. برای رفع این مشکل می توان از ملات سیمانی استفاده کرد البته شرط استفاده از این روش عدم گذشت بیش از ۱ روز از باز شدن قالب ها باشد. در غیر اینصورت در ابتدا لازم است نسبت به تخریب سطوح کرمو شده اقدام شده و سپس با استفاده از ملات ترمیمی بتن، نواحی مورد نظر در سطح تیر بتنی اصلاح شوند. البته می توان تمام بتن را با بتن جدید جایگزین کرد.

۴-ترک خوردگی تیر به دلیل تخریب سولفاتی بتن

یکی از دلایل تیر خوردگی تیر بدلیل تخریب سولفاتی بتن است. سولفات های موجود در نمک با آهک هیدراته و هیدرات آلومینات واکنش نشان می دهند و حاصل این واکنش، محصولات جانبی است که حجمی بیشتر از حجم خمیر سیمان دارند. به دلیل حجم بالای این محصولات احتمال شکستن بتن افزایش خواهد یافت. به منظور پیشگیری از ترک خوردگی تیر بتنی خصوصا در نواحی مجاور آب های زیر زمینی و خاک می توان از سیمان پرتلند نوع ۵ استفاده کرد. این محصول حاوی آلومینات کلسیم بوده و نسبت به واکنش های شیمیایی و حمله ی سولفات ها رفتار مقاومی خواهد داشت. علاوه بر این در برخی اوقات می توان از یک پوشش نازک بتن پلیمری نیز برای پیشگیری از تخریب تیرهای بتنی در معرض سولفات استفاده کرد.

۵-ترک خوردگی تیر بتنی به دلیل واکنش قلیایی سنگدانه ها

مشاهدات و بررسی ها حاکی از آن است که برخی از سنگدانه های به کار رفته در بتن، قابلیت واکنش پذیری قلیایی بالایی دارند بنابراین با سرعت زیادی بر گسترش آسیب و تخریب المان های بتنی از جمله تیرهای بتنی تاثیر خواهند گذاشت. براساس آزمایش هایی که انجام گرفته، نوعی ژل در اطراف سنگدانه هایی با خاصیت واکنش قلیایی تشکیل می شود که در مجاورت آب یا رطوبت رشد کرده و سبب تشکیل ترک در تیر بتنی خواهد شد. در صورت عدم تعمیر این ترک ها در تیرهای بتنی، شاهد گسترش و شدت یافتن آنها تا ۵/۱ الی ۲ اینچ خواهیم بود. در عین حال بسیای از مقاطع بتنی ممکن طی سالهای متمادی بدون تغییر باقی بمانند. طی سالهای اخیر شاهد عرضه ی سیمان های پرتلند با ویژگی کم قلیایی بوده ایم که تا مقدار زیادی توانایی کنترل خوردگی بتن در اثر واکنش های قلیایی را خواهد داشت. با این وجود هیچ روش مستندی برای حذف تاثیر سنگدانه های قلیایی وجود ندارد.

۶-ترک خوردگی تیر بتنی به دلیل سیکل های مداوم ذوب و یخ

یکی از دلایل بروز ترک در تیرهای بتنی، سیکل های ذوب و انجماد مداوم است. این پدیده به خصوص در محیط های سردسیر بسیار شایع است. ترک های تیر بتنی که به دلیل تغییرات دمایی ایجاد می شوند عموما مقطع بتنی را در تمامی لایه ها از سطوح خارجی به داخلی تخریب می کند. میزان گسترش آسیب های ایجاد شده در بتن وابسته به تعداد سیکل ها، میزان اشباع سازه طی انجماد، تخلخل بتن و وضعیت قرار گیری در معرض نور خورشید است. البته بتن سست، نفوذپذیری بالای بتن و وجود سنگدانه های درشت در ملات سیمان نیز می تواند در میزان آسیب پذیری بتن تاثیر گذار باشد. به منظور پیشگیری از این آسیب ها، می توان از مواد افزودنی هوازا بتن استفاده کرد. این افزودنی ها با تولید حباب های کوچک درون بتن، فضای مناسب برای انبساط آب هنگام انجماد را ایجاد می کند. در صورتی که از افزودنی هواساز با کیفیت به شکل صحیح استفاده گردد، تیرهای بتنی آسیب بسیار کمتری نسبت به بتن فاقد حباب ساز خواهند دید. البته آسیب های ناشی از سیکل های ذوب و یخ در مقاطع بتنی از جمله تیرها، زمانی ایجاد می شود که بتن تا حد زیادی اشباع شده باشد. در اکثر مواقع برای اصلاح بتن آسیب دیده در اثر سیکل ها ذوب و یخ، آنها را جایگزین می کنند. در صورتی که عمق ترک ها در حدود ۶ اینچ باشد،‌برای ترمیم آن ها می توان از چسب اپوکسی یا بتن پلیمری استفاده کرد.

۷-ترک خوردگی تیر بتنی به دلیل کاویتاسیون

یکی از دلایل ترک تیرهای بتنی، وقوع پدیده ی کاویتاسیون است. جریان نامنظم آب با سرعت بالا به شکل ناپیوسته سبب تخریب بتن به دلیل پدیده ی کاویتاسیون خواهد شد. وجود جریان ناپیوسته ی آب سبب ایجاد نقاط فشار منفی و تشکیل حباب های از بخار آب می شود. ترکیدن حباب های ایجاد شده در مجاورت سطوح بتنی سبب تشکیل یک ناحیه ی ضربه ای فشار بالا می شود که در اثر آن ذرات بتن حرکت کرده و حتی قلوه کن خواهند شد. همین مسئله سبب گسترش تخریب های ناشی از کاویتاسیون می شود. آزمایش های انجام شده نشان می دهد که هیچ یک از مصالح موجود توانایی تحمل تخریب های ناشی از کاویتاسیون را ندارند.

۸-ترک خوردگی تیر به دلیل خوردگی شبکه آرماتور

پدیده خوردگی آرماتورهای درون تیرهای بتنی یا سایر المان های سازه، عموما ناشی از عوامل دیگری است. سیکل های مداوم ذوب و انجماد بتن، سولفات ها،‌اسیدها، کلریدها، از دست دادن خواص قلیایی، پوشش بتنی ناکافی همگی می توانند از دلایل خوردگی آرماتورها باشند. وقوع رخدادهای مختلف سبب سست شدن بتن و افزایش نفوذپذیری آن می گردد که این مسئله زنگ زدگی آرماتورهای درون بتن را به دنبال خواهد داشت. بنابراین می توان گفت در تمام بتن های آسیب دیده شاهد خوردگی میلگردها و آرماتورها خواهیم بود. سیمان بکاررفته در بتن سبب ایجاد یک پوشش محافظ قلیایی در اطراف آرماتورها خواهد شد. هنگامی که تیرهای بتنی به دلایل مختلف دچار ترک خوردگی شوند، نفوذپذیری آن ها افزایش خواهد یافت و آب براحتی وارد ماده ی بتن می شود که در نتیجه ی آن شاهد زنگ زدگی و خوردگی میلگردهای فولادی خواهیم بود. اکسیدهای آهن ایجاد شده نیازمند فضای بیشتری نسبت به شبکه ی آرماتورها هستند بنابراین تنش های کششی در تیرهای بتنی ایجاد می شود و در اثر این پدیده، ترک های تیر گسترش یافته و بتن آن شکل لایه لایه به خود می گیرد. زنگ زدگی آرماتورها می توانند پدیده ای شایع در تیرها بتنی یا سایر المان های بتنی سازه باشند. خوردگی آرماتورها از نظر ظاهری به شکل نمایان شدن لکه های ناشی از زنگ زدگی به روی سطوح بتنی یا تولید صدا در اثر ضربات مکانیکی ارام به روی بتن بروز می کنند. به منظور اصلاح این مورد می توان به کمک تجهیزات به خصوص از زنگ زدگی میلگردها اطمینان حاصل کرد و سپس عوامل مربوطه را حذف کرد و در نهایت نسبت به ترمیم تیرهای بتنی اقدام کرد طی این فرایند، به منظور اصلاح میلگردهای زنگ زده نیز باید به استاندارد حد خوردگی مجاز میلگردها مراجعه کرد. به جهت پیشگیری از زنگ زدگی میلگردها و آرماتورها می توان در ابتدا از پوشش زینک ریچ اپوکسی به روی میلگردها استفاده کرد.

۹-خوردگی تیر بتنی به دلیل مجاورت با عوامل اسیدی

محلول هایی که PH آنها کمتر از ۷ باشند، اسیدی تعریف می شوند و مجاورت آنها با مقاطع بتنی سبب اسیب و ترک خوردگی بتن می شود. PHحدودی ۵ تا ۶ نیز پس از مجاورت طولانی مدت سبب تخریب و ترک خوردگی مقاطع بتنی از جمله تیرهای بتنی خواهد شد. در نتیجه ی برخوردار اسید با بتن، سیمان بکار رفته در آن تبدیل به نمک های کلسیم شده و سپس توسط آب شسته خواهد شد. از نظر ظاهری تیرهای بتن های اسیب دیده با اسید را به راحتی می توان تشخیص داد چراکه این تخریب از سطح بتن شروع شده و گسترش پیدا می کنند و هرچه این تخریب به سمت لایه های عمیق بتن حرکت کند، از شدت آن کاسته می شود. علت کاهش تأثیر اسید در لایه های عمیق، وجود سیمان پرتلند و قابلیت خنثی سازی عوامل اسیدی توسط این ماده است. تیرهای بتنی پس از تخریب توسط عوامل اسیدی، ظاهری مانند تخریب سایشی بتن خواهند داشت. برای حذف عوامل اسیدی و ترمیم بتن، می توان اسید موجود را با آب رقیق کرد و پس از حذف نواحی تخریب شده و سست اقدام به ترمیم بتن کرد. برای ممناعت از رشد تخریب اسید می توان از بتن پلیمری به عنوان پوشش هایی با ضخامت پایین استفاده کرد. این پوشش های توانایی محافطت بالایی داشته و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه هستند.