چگونه RDP از ترک خوردگی ناشی از جمع‌شدگی در پُرکننده‌های درزها جلوگیری می‌کند

درک پدیده ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی در پُرکننده‌های سیمانی درزها

علت ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی در بتن و ملات‌ها چیست؟

هنگامی که مواد مبتنی بر سیمان در طول فرآیند هیدراتاسیون و هنگام خشک شدن بین ۱۵ تا ۲۰ درصد منقبض می‌شوند، ترک‌های انقباضی تمایل به ایجاد دارند. تحقیقات منتشر شده در سال ۲۰۲۳ توسط انجمن ملات بتن آماده ملی به چیزی نگران‌کننده اشاره می‌کند: تقریباً سه‌چهارم مشکلات اولیه خرابی در پُرکننده‌های درزها در واقع به این موضوع انقباض خشک‌شدن کنترل‌نشده برمی‌گردد. عوامل متعددی در این مشکل نقش دارند. اولاً، درزهای نازک سطح نسبت به حجم بیشتری دارند، بنابراین رطوبت بسیار سریع از بین می‌رود. سپس عامل محتوای آب وجود دارد. مخلوط‌هایی که بیش از ۰٫۴۵ قسمت آب به سیمان دارند، در هنگام سخت‌شدن تنش‌های داخلی ایجاد می‌کنند. و همچنین نباید درجه‌بندی سنگ‌دانه را فراموش کرد. هنگامی که سنگ‌دانه‌ها به درستی با هم تطبیق داده نشوند، انقباض ملات بین ۳۰ تا ۴۰ درصد بالاتر از مخلوط‌های متوازن ظاهر می‌شود.

نقش از دست دادن رطوبت و نوسانات دما در انقباض خشک‌شدن

نرخ تبخیر بیش از 0.5 کیلوگرم بر متر مربع در ساعت در طول 72 ساعت اول—پنجره حیاتی سخت‌شدن—خطر ترک خوردن را چهار برابر می‌کند. نوسانات دمایی بیش از 15 درجه سانتی‌گراد در 24 ساعت، تنش‌های انقباضی را از طریق انبساط حرارتی تفاضلی تشدید می‌کند: لایه‌های سطحی به ازای هر 10 درجه سانتی‌گراد کاهش دما، 0.01٪ منقبض می‌شوند در حالی که بخش‌های عمقی‌تر گرم‌تر باقی می‌مانند و صفحات شیار فشاری ایجاد می‌کنند که باعث آغاز ترک می‌شوند.

شکست‌های رایج ناشی از نسبت نامناسب مخلوط و سخت‌شدن نادرست

انجمن آمریکایی بتن (2022) گزارش داده است که 62 درصد از شکست‌های مفصل مربوط به انقباض شامل موارد زیر است:

بارگذاری زودهنگام قبل از رسیدن به مقاومت ۷ روزه، عامل ۳۸٪ از حوادث ترک‌خوردگی در مراحل اولیه است.

شناسایی علائم اولیه ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی در سیستم‌های درز

برای شناسایی این نشانه‌ها در ۲۸ روز اولیه نظارت کنید:

1. ترک‌های مویی (به عرض ۰٫۱ تا ۰٫۳ میلی‌متر) که از درزهای کنترلی به بیرون گسترش می‌یابند
2. تغییر رنگ سطحی غیریکنواخت که نشان‌دهنده توزیع نامساوی رطوبت است
3. افزایش شکاف درزها فراتر از مشخصات طراحی (>۱۲۵٪ عرض اولیه)
4. خمیدگی محلی (>۳ میلی‌متر تغییر ارتفاع در طول ۱ متر) در لبه‌های صفحه بتنی

تشخیص زودهنگام اجازه می‌دهد تا با تزریق اپوکسی و روش‌های اصلاحی مقرون‌به‌صرفه، در ۸۹٪ موارد از تعویض کامل درزها جلوگیری شود (موسسه تعمیرات بتن، ۲۰۲۱).

علم پشت پلیمر ملات ترمیمی (RDP) در کاهش جمع‌شدگی ناشی از خشک‌شدن

چگونه پراکنش‌های پلیمری ساختار ماتریس را تغییر می‌دهند

هنگامی که به مواد پرکننده درزهای مبتنی بر سیمان اضافه می‌شوند، پودرهای پلیمری دوباره پراکنش‌پذیر (RDP) فیلم‌های پلیمری انعطاف‌پذیری را درون ساختار ماده سخت‌شده ایجاد می‌کنند. این فیلم‌ها در واقع ترک‌های ریزی را که در اثر انقباض مواد در حین عمل‌آوری ایجاد می‌شوند، به هم متصل می‌کنند و تنش را در کل مخلوط پلیمر و سیمان پخش می‌کنند، به جای اینکه اجازه دهند فشار در نقاط خاصی متمرکز شود. آزمایش‌های انجام‌شده در آزمایشگاه‌ها نشان می‌دهند که ملات‌های اصلاح‌شده با RDP حدود ۳۰ درصد بیشتر از مخلوط‌های معمولی می‌توانند تنش کششی را تحمل کنند. این بدین معناست که درزهای ساخته‌شده با این ماده می‌توانند حرکت زیادی را بدون اینکه شروع به ترک خوردن کنند، تحمل کنند که این امر تأثیر بزرگی بر مدت زمان عمر این نصب‌ها قبل از نیاز به تعمیر دارد.

تأثیر RDP بر ساختار منافذ و نگهداری آب

آزمایش‌های انجام‌شده با استفاده از تعیین ساختار منفذ به روش جیوه نشان داده‌اند که این فیلم‌های پلیمری موجب کاهش حدود ۴۵ درصدی منافذ موئینه می‌شوند. این موضوع از نظر عملی به چه معناست؟ خب، وقتی تعداد منافذ کمتر باشد، رطوبت در حین فرآیند عمل‌آوری به سرعت از بتن خارج نمی‌شود. این امر باعث می‌شود بتن برای مدت طولانی‌تری مرطوب باقی بماند و پنجره زمانی حساس عمل‌آوری را از حدود سه روز تا تقریباً پنج روز کامل در شرایط آب‌وهوای معمولی افزایش دهد. این زمان اضافی به آب اجازه می‌دهد تا بهتر با ذرات سیمان واکنش دهد و شبکه متراکم‌تری از ژل‌های هیدرات سیلیکات کلسیم ایجاد کند. بر اساس تحقیقات منتشرشده در مجله بین‌المللی سیمان در سال گذشته، این امر منجر به کاهش قابل توجه انقباض ناشی از خشک‌شدگی در محدوده ۲۲ تا ۲۸ درصد می‌شود.

کاهش ترک‌خوردگی در ملات‌های اصلاح‌شده با RDP تحت آزمون ASTM

آزمون انقباض به‌مطابق استاندارد ASTM C157/C157M نشان می‌دهد که ملات‌های غنی‌شده با RDP پس از چرخه‌های خشک‌شدن 90 روزه، عرض ترک‌ها را 60 تا 80 درصد کاهش می‌دهند. آزمایش‌های میدانی در شرایط دمایی سیکلی (از 5- درجه سانتی‌گراد تا 40 درجه سانتی‌گراد) توانایی RDP را در حفظ یکپارچگی اتصالات پس از بیش از 500 چرخه حرارتی نشان می‌دهد—که این عملکرد سه برابر بهتر از مواد افزودنی کاهنده انقباض به تنهایی است.

بهینه‌سازی مقدار RDP برای حداکثر کاهش انقباض

معمولاً مقدار 2.5 تا 3.5 درصد RDP نسبت به وزن سیمان، بهترین کنترل انقباض را در اکثر پُرکن‌های درز فراهم می‌کند، هرچند شرایط قرارگیری در معرض عوامل محیطی نیازمند تنظیماتی است:

• مناطق مستعد یخبندان و ذوب مکرر : 3 درصد RDP همراه با عوامل هوازا
• درزهای با ترافیک بالا : 4 درصد RDP ترکیب‌شده با اترهای سلولزی برای بهبود حفظ کارایی

استفاده از بیش از 5 درصد RDP می‌تواند مقاومت فشاری را 12 تا 15 درصد کاهش دهد و لذا لازم است تعادل دقیقی بین انعطاف‌پذیری و عملکرد ساختاری رعایت شود.

مقایسه RDP با مواد افزودنی کاهنده انقباض (SRAs): اثربخشی و محدودیت‌ها

اثربخشی SRAs در کنترل انقباض

افزودنی‌های کاهش دهنده جمع‌شدگی (SRAs) با کاهش کشش سطحی آب در مخلوط‌های سیمانی، از جمع‌شدگی خشک‌شدن جلوگیری کرده و بدین ترتیب تنش موئینگی را کاهش می‌دهند. آزمایش‌های اخیر نشان می‌دهد که SRAs می‌توانند کرنش جمع‌شدگی آزاد را تا ۲۵٪ و نیروهای جمع‌شدگی محدودشده را تا ۵۰٪ در بتن‌های با عملکرد بالا کاهش دهند. با این حال، اثربخشی آنها به شدت وابسته به شرایط محیطی و سازگاری مخلوط است.

محدودیت‌های SRAs در کاربردهای پرشونده اتصال

اگرچه افزودنی‌های جلوگیری از انقباض (SRA) مزایایی دارند، اما معمولاً با ویژگی‌های مهم مواد پُرکننده درزها تداخل ایجاد می‌کنند. هنگامی که این افزودنی‌ها با نرخ استاندارد حدود ۳٫۷ لیتر در متر مکعب استفاده شوند، ممکن است مقاومت فشاری ۲۸ روزه را تقریباً ۱۰ درصد کاهش دهند. علاوه بر این، زمان گیرش حدود ۴۵ دقیقه به تأخیر می‌افتد، به‌ویژه در صورت ترکیب با کاهنده‌های آب. در درزهایی که دائماً تحت تأثیر عبور وسایل نقلیه قرار دارند یا تغییرات دمای مکرر را تجربه می‌کنند، SRA در واقع ماده را شکننده‌تر می‌کند. این شکنندگی بیشتر منجر می‌شود که ترک‌ها زودتر از موعد در همان نقاطی که درزها حرکت و خمش دارند، ظاهر شوند.

چرا RDP چسبندگی و مقاومت در برابر ترک‌خوردگی بهتری ارائه می‌دهد

پودر پلیمر قابل توزیع مجدد (RDP) به شکلی متفاوت از عوامل کاهش دهنده سطح که تنها به یک روش وابسته‌اند، عمل می‌کند. هنگامی که به سیستم‌های ملات اضافه می‌شود، RDP در واقع همزمان سه کار انجام می‌دهد: ایجاد یک شبکه پلیمری انعطاف‌پذیر، بهبود نحوه نگهداری رطوبت در حفره‌های داخل ماده و تقویت چسبندگی بین اجزای مختلف در مخلوط. از آنجا که این اثرات به صورت توأمان و در سطوح متعدد با هم کار می‌کنند، درزپرشوهایی که با RDP ساخته می‌شوند قادرند تقریباً دو برابر بیشتر از درزپرشوهايی که فقط با عوامل کاهش دهنده سطح تیمار شده‌اند، تغییرات دما را تحمل کنند بدون اینکه ترک بخورند. آزمایش‌های واقعی نشان داده‌اند که هنگامی که پیمانکاران بین ۶ تا ۸ درصد وزنی RDP را به مخلوط ملات خود اضافه می‌کنند، پس از یک سال کامل استفاده تحت شرایط عادی، حدود ۶۰ درصد ترک کمتری در درزهای انبساط بزرگراه‌ها ظاهر می‌شود.

طراحی درزپرشوهای کم‌جمع‌شدگی با استفاده از RDP: بهترین روش‌ها

تعادل بین کارایی و جمع‌شدگی در فرمولاسیون مخلوط

مقادیر توصیه‌شده افزودن RDP برای شرایط قرارگیری مختلف

داده‌های میدانی نشان می‌دهد که این محدوده‌ها هنگام ترکیب با عمل‌آوری مناسب بر اساس دستورالعمل‌های ACI 548.3R-21، از 85 درصد از خرابی‌های مرتبط با جمع‌شدگی جلوگیری می‌کنند.

کاربرد موفقیت‌آمیز درزگیرهای اصلاح‌شده با RDP در محل پروژه

بازسازی‌های اخیر سازه‌های تاریخی سنگ‌لاشه، مؤثر بودن RDP را نشان می‌دهد؛ به‌طوری‌که درزگیرهای اصلاح‌شده، پیوستگی اتصالات را در ۱۰ یا بیش از ۱۰ چرخه انجماد-ذوب حفظ کرده‌اند. پیمانکاران گزارش داده‌اند که زمان اجرای مواد حدود ۴۰٪ کاهش یافته است، زیرا چسبندگی ملات بهبود یافته و خمیرشدن مصالح در درزهای عمودی به حداقل رسیده است.

گرایش به سمت ملات‌های ترمیمی با عملکرد بالا و جمع‌شدگی کم

صنعت ساخت‌وساز اکنون بر ملات‌های اصلاح‌شده با RDP اولویت می‌دهد که ترکیبی از جمع‌شدگی خشک‌شدن کمتر از ۱۲٪ و مقاومت فشاری حداقل ۲۵ مگاپاسکال دارند. این مواد استانداردهای EN 1504-3 را برای تعمیرات سازه‌ای رعایت می‌کنند و همچنین ۷۰٪ از تعمیرات ترک‌های پس از نصب را که معمولاً در ملات‌های سیمانی سنتی دیده می‌شود، حذف می‌کنند.

به‌حداکثر رساندن عملکرد بلندمدت: RDP، عمل‌آوری و طراحی درزها

نقش عمل‌آوری مناسب در بهبود عملکرد RDP

برای اینکه پودر پلیمری قابل بازپخش (RDP) بتواند واقعاً جمع‌شدگی را کاهش دهد، باید عمل‌آوری آن مطابق استانداردهای ASTM انجام شود. حفظ سطح رطوبت در طی سه روز اول حیاتی، به ملات‌های اصلاح‌شده با RDP اجازه می‌دهد تا شبکه پلیمری قوی مورد نظر ما را توسعه دهند. این امر در عمل فشار موئینگی را حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد نسبت به مواد معمولی که عمل‌آوری نشده‌اند، کاهش می‌دهد. تجربیات میدانی نیز چیز جالبی نشان می‌دهند — پیمانکارانی که از تکنیک‌های عمل‌آوری مه‌ای یا از غشاهای تنفس‌پذیر به جای روش‌های سنتی استفاده می‌کنند، تقریباً نصف تعداد ترک‌های ریز در مصالح درزپرشونده خود را در شرایط خشک‌کننده سخت ۹۰ درجه فارنهایت مشاهده می‌کنند که همه از آن متنفرند.

بهینه‌سازی درزهای انبساط با مواد اصلاح‌شده با RDP

آیا RDP می‌تواند اقدامات کنترل ترک مکانیکی را جایگزین کند؟

استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن (RDP) به‌طور قابل توجهی باعث کاهش ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی می‌شود، اما زمانی بسیار بهتر عمل می‌کند که همراه با سایر روش‌ها به کار رود. در مکان‌هایی که تردد افراد زیاد است و کف تحت نیروهای برشی بالای ۵۰۰ psi قرار دارد، هنوز هم استفاده از آرماتور فولادی ضروری است. خبر خوب این است که RDP به سازندگان اجازه می‌دهد تا حدود ۳۰ درصد کمتر از میلگرد در فونداسیون خانه‌ها استفاده کنند بدون آنکه در الزامات ACI 224R-01 برای اندازه ترک‌ها رد شوند. وقتی به شرایط آب‌وهوایی مختلف نگاه می‌کنیم، مخلوط‌های خاص بسیار مهم هستند. به عنوان مثال در مناطق خشک، افزودن حدود ۴٫۲ درصد RDP همراه با الیاف سلولزی می‌تواند حتی باعث حذف درزهای اضافی در کف انبارها شود، حتی در شرایطی که ماشین‌آلات رفع بار به‌صورت متوسط حرکت می‌کنند. این امر در بسیاری از موارد باعث سرعت بیشتر و کاهش هزینه نصب می‌شود.

بخش سوالات متداول

ترک خوردگی ناشی از جمع‌شدگی در مواد مبتنی بر سیمان چیست؟

ترک خوردگی ناشی از جمع‌شدگی به دلیل کاهش حجم در مواد مبتنی بر سیمان در اثر خشک‌شدن و واکنش هیدراتاسیون رخ می‌دهد که معمولاً در حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد جمع‌شدگی اتفاق می‌افتد.

چگونه می‌توان ترک خوردگی ناشی از جمع‌شدگی را به حداقل رساند؟

استفاده از پودر پلیمر قابل بازپخش (RDP) در پُرکننده‌های درزها می‌تواند با تشکیل فیلم‌های پلیمری انعطاف‌پذیر که تنش را جذب می‌کنند، از جمع‌شدگی خشک شدن بکاهد.

مواد افزودنی کاهنده جمع‌شدگی (SRAs) چه هستند و چگونه با RDP مقایسه می‌شوند؟

مواد افزودنی کاهنده جمع‌شدگی (SRAs) کشش سطحی آب و تنش موئینگی را کاهش می‌دهند، اما ممکن است نسبت به RDP که چسبندگی بهتر و مقاومت بالاتری در برابر ترک خوردگی ارائه می‌دهد، پُرکننده‌های درز را شکننده‌تر کنند.

عمل‌آوری مناسب چگونه عملکرد RDP را بهبود می‌بخشد؟

عمل‌آوری مناسب به ملات‌های اصلاح‌شده با RDP اجازه می‌دهد تا یک شبکه پلیمری قوی ایجاد کنند و فشار موئینگی و تشکیل ترک‌های ریز را کاهش دهند.