محمد احمدی اکبری دانشجو و پژوهشگر مهندسی عمران

بتن خم شونده

یکی از ضعف‌های مشهور در بتن، ترک‌خوردگی مصالح بتنی و درنتیجه کاهش ایمنی و دوام سازه‌ها است. در سالیان اخیر نسل جدیدی از بتن‌های الیافی شکل‌پذیر تحت عنوان کامپوزیت‌های مهندسی بر پایه مصالح سیمانی ابداع‌شده است. این مواد به دلیل رفتار کششی با شکل‌پذیری زیاد و قابلیت ترک‌خوردگی متعدد، عرض ترک‌ها را بسیار کوچک نگه‌داشته و سبب‌ترمیم خودبه‌خود ترک‌ها، بدون نیاز به دخالت انسان و فقط به کمک آب و دی‌اکسید کربن هوا می‌شود. و پس از ترمیم بتن تقریباً با همان سختی و مقاومت نمونه نو و بارگذاری نشده رفتار می‌نماید.

ترک‌خوردگی یک مشکل بزرگ برای بسیاری از سازه‌هاست که در بتن به علت مقاومت کم‌کششی ایجاد می‌شود درواقع تغییرات داخلی و خارجی به شکل فرایندهایی باعث شکل‌گیری هزاران ترک ریز در ناحیه دست‌نخورده داخلی بتن می‌شوند جابجایی مواد مضر از بین فضاهای کوچک بتن باعث زوال سازه بتنی و خوردگی آرماتورها که در جریان آب و اکسیژن قرار می‌گیرند، می‌شود. دوام بتن نیز با این ترک‌ها تحت تأثیر قرار می‌گیرد زیرا این ترک‌ها مسیر سازه‌هایی جهت انتقال مایع و گازهایی که خود شامل مواد مضر هستند ایجاد می‌کنند. برای ترمیم ترک بتن روش‌های مختلفی وجود دارد ولی سیستم‌های ترمیم سنتی جنبه‌های غیرمفیدی مانند ضریب پخش گرمای متفاوت دارند.

تولید بتن خم شونده

ساخت بتن خم شونده، شامل خرد کردن مواد اولیه آن، اختلاط آنها در نسبت‌های معین و سوزاندن آن در یک استوانه دوار با دمای بالای ۱۴۵۰۰ درجه است. نتیجه این پروسه، سفت شدن مواد و تشکیل گلوله‌هایی معروف به کلینکر است. کلینکر خنک شده و سپس همراه مقداری سنگ گچ کوبیده می‌شود تا به پودر تبدیل شود درنهایت سیمان پرتلند به‌دست می‌آید که در همه جای جهان از آن استفاده می‌شود. برای ساخت این نوع سیمان در حدود ۰/۸۸ تن کربن دی‌اکسید به ازای هر یک تن از سیمان در هوا آزاد می‌شود.

بتن خم شونده باقابلیت خود ترمیمی

بتن خودترمیم نوعی از بتن است که در آن اگر شکستگی با ترکی ایجاد شود بدون اینکه انسان در ساخت و بازسازی آن نقشی داشته باشد درست می‌شود که این بازسازی توسط آب و کربن دی‌اکسید و سایر عوامل صورت می‌گیرد. بنابراین تنها چند روز باران یا برخورد آب با بتن‌های خودترمیم شونده کافی است تا بازسازی در آنها صورت بگیرد بدون اینکه انسان دخالتی در بازسازی آنها داشته باشد. البته توجه داشته باشید که اگر ترک زیاد بزرگ باشد بتن خود ترمیمی نیز قادر به بازسازی آن نخواهد بود پس بتن خودترمیم در ترک‌های کوچک کاربرد دارد و مانع از گسترش این ترک‌ها و بیشتر شدن ابعاد ترک می‌شود.

بتن خم شونده در زیر فشار قابلیت خم شدن را دارند، همچنین می‌تواند خود را ترمیم کند. درواقع در زمان خم شدن این بتن ترک‌های ریز زیادی آن به وجود می‌آید که باعث پخش شدن فشار در مساحت آن می‌شود. سپس این ترک‌های ریز با قرار گرفتن کلسیم کربونیت در تماس آب باران و کربن دی‌اکسید شروع به بازسازی می‌کنند. این قابلیت باعث می‌شود بتن بتواند کشش بیشتری را تحمل کند (مقاومت کششی بتن معمولی در حدود ۱/۱۰ مقاومت فشاری آن است).

ترمیم خودبه‌خود ترک در بتن

در بتن ترک‌خورده اگر اجازه داده شود ترک‌های ریز بدون تغییر مکان مماسی بسته شوند، در شرایط مطلوب کاملاً از بین خواهند رفت. این پدیده به‌عنوان ترمیم خودبه‌خود شناخته می‌شود و اساساً ناشی از هیدراتاسیون ذرات سیمان است که تا آن زمان هیدراته نشده و در هنگام باز شدن ترک‌ها در معرض آب قرار می‌گیرند. ترمیم همچنین توسط تشکیل کربنات کلسیم غیر محلول از هیدروکسید کلسیم موجود در سیمان هیدراته شده (چنانچه کربناته شدن اتفاق افتد) بهتر انجام می‌شود. چنانچه ذرات خیلی ریز در آب معلق باشند، می‌توانند به‌صورت مکانیکی باعث بند آوردن ترک‌ها شوند.

حداکثر عرض ترک‌هایی که می‌توانند تحت تأثیر ترمیم خودبه‌خود قرار گیرند، بین ۰/۱ تا ۰/۲ میلی‌متر تخمین زده‌شده و شرایط رطوبتی لازم، شامل مرطوب نمودن در دوره‌های پی‌درپی و همچنین غوطه‌ور نمودن است. اما نباید از آب با جریان سریع یا فشار زیاد که موجب کاهش حرکت آب از میان ترک‌ها می‌شود، استفاده نمود. اعمال فشار در دو طرف ترک‌ها به ترمیم کمک می‌کند.

اگر عرض ترک‌ها در بتن جوان کمتر از ۰/۱ میلی‌متر باشد، می‌تواند پس از چند روز ترمیم شود. اما ترک‌های با عرض ۰/۲ میلی‌متر به چند هفته زمان نیاز دارند. به‌طورکلی هر چه بتن جوان‌تر باشد (یعنی سیمان هیدراته نشده بیشتری را در بر داشته باشد)، کسب مجدد مقاومت آن زیادتر خواهد بود، اما ترمیم بدون افت مقاومت تا عمرهای سه سال مشاهده‌شده است.‌ حتی وقتی‌که ترک‌ها ترمیم می‌شوند، محل آنها منطقه ضعیفی را به وجود می‌آورد که در آن منطقه تحت شرایط نامساعد آتی، ممکن است بتن ترک بخورد.

متوسط عرض ترک‌ها در بتن‌های خود ترمیمی کمتر از ۶۰ میکرومتر است که در حدود نصف ضخامت موی بدن انسان است. دستورالعمل ایشان این اطمینان خاطر را به مخاطب می‌دهد که سیمان بسیار خشک داخل بتن می‌تواند با دی‌اکسید کربن و آب واکنش نشان داده تا ترمیم شود و رگه‌ای نازک از کربنات کلسیم را شکل می‌دهد. کربنات کلسیم ترکیب مقاومی است که به‌صورت طبیعی در صدف‌های دریایی یافت می‌شود. در شرایط آزمایشگاهی جهت تکمیل پروسه ترمیم مواد، بایستی ۵ بار چرخه خشک و تر شدن دوباره انجام گیرد.‌