اهمیت پوشش میلگرد در تامین عملکرد مورد نیاز سازه های بتنی
1- لزوم پیوستگی بین بتن و میلگرد
بتن مسلح یک کامپوزیت بتن و میلگرد است و تنها در صورت وجود پیوستگی لازم بین میلگرد و بتن، عملکرد ترکیبی سازه های بتن مسلح متصور خواهد بود. منظور از پیوستگی لازم در میلگردهای کششی حالتی است که تا رسیدن به مقاومت لازم، جداشدگی بین میلگرد و بتن بوجود نیاید. لازم به توضیح است که در طراحی سازه ها و جهت جلوگیری از شکست ترد، درنظر گرفتن حالت حدی نهایی متناظر با جاری شدن میلگردها الزامی است.
2- عوامل تشکیل دهنده پیوستگی بین بتن و میلگرد
عوامل زیر پیوستگی بین بتن و میلگرد در یک سازه بتن مسلح استاندارد را تامین می نمایند.
- الف- چسبندگی شیمیایی بین میلگرد و بتن؛
- ب- نیروی اصطکاکی بین سطح میلگرد و بتن اطراف آن؛
- پ- نیروی لهیدگی (اتکایی) ناشی از آج میلگردهای آجدار.
در رفتار سازه های بتن مسلح، پس از اولین لغزش میلگرد در بتن، بخش اصلی نیرو بین میلگرد و بتن توسط عملکرد لهیدگی یا عامل سوم منتقل می گردد. از این روست که برابر ضوابط آیین نامه ای، استفاده از میلگردهای ساده (صاف) به عنوان میلگردهای کششی یا فشاری مقاطع تیرها و تیرستون ها مجاز شناخته نمی شود. شکل زیر نحوه انتقال نیرو از میلگرد به بتن را به تصویر کشیده است.
به بیان ساده تر، در تحقق مقاومت پیوستگی لازم بین میلگرد و بتن موارد زیر تعیین کننده خواهد بود.
- الف- حجم بتن احاطه کننده میلگرد (در ارتباط با پوشش میلگرد و فواصل میلگردها)
- ب- مشخصات مکانیکی بتن (در ارتباط با مقاومت کششی و لهیدگی بتن)
- پ- وجود محصورشدگی در بتن جهت جلوگیری از گسترش ترک در مقطع بتن مسلح؛
- ت- شرایط سطح میلگرد؛
- ث- مشخصات ابعادی میلگرد (در ارتباط با ارتفاع و فواصل آج).
به استناد ضوابط آیین نامه های طراحی سازه های بتنی، وجود شرایط لازم در مورد تک تک موارد به-شرح بالا، جهت تحقق پیوستگی لازم بین میلگرد و بتن، الزامی است.
3- تاثیرپوشش بتنی میلگرد در پیوستگی بین بتن و میلگرد
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، عامل اصلی انتقال نیروهای پیوستگی بین میلگرد کششی و بتن یعنی نیروی لهیدگی، تنها در صورت فعال شدن عکس العمل کششی بتن احاطه کننده میلگرد محقق می گردد. علاوه بر این تنها در صورت وجود چسبنگی لازم بین قسمت های مختلف بتن احاطه کننده میلگرد، عکس العمل اصطکاکی بین میلگرد و بتن بوجود خواهد آمد.
همانطور که در شکل زیر (شکل a) مشاهده می گردد، نیروی کششی در میلگردها، تنش های کششی در بتن احاطه کننده میلگرد را سبب می شود. کشش محیطی ایجاد شده در بتن بدلیل نیروی کششی میلگرد در شکل b قابل مشاهده است. در صورت عدم تامین پوشش بتنی لازم برای میلگردها و یا عدم رعایت فواصل میلگردها، مود شکست سازه نامطلوب بوده و ترک در سازه بتنی مطابق آنچه در شکل c نشان داده شده خواهد بود. (Splitting Failure). توضیح آنکه مود شکست Splitting Failure شکست ترد المان سازه ای را به دنبال خواهد داشت. این در حالی است که در صورت رعایت ضوابط آیین نامه ای مود شکست مطلوب در سازه ای بتنی در میلگرد مطابق آنچه در شکل d نشان داده شده اتفاق خواهد افتاد (Pullout Failure). این مود شکست همان حالتی را نشان می دهد که در تمامی فرضیات طراحی سازه های بتنی مدنظر قرار گرفته و با عنوان ضوابط طول مهاری میلگردها در آیین-نامه های بتنی کنترل می گردد. رعایت این ضوابط، عملکرد شکل پذیر و مناسب سازه های بتنی را نتیجه خواهد داد. به عبارت دیگر در وهله اول ضوابط آیین نامه ای به گونه ای است که Splitting Failure حاکم نگردد. سپس طول مهاری و شرایط طراحی به صورتی لحاظ می گردد که Pullout Failure تا رسیدن به مقاومت خمشی المان بتنی و جاری شدن میلگردها به وقوع نپیوندد.
بنابراین عدم وجود، ضعف و یا کاهش حجم بتن احاطه کننده میلگرد (مصداق آسیب پذیری و یا عدم تامین پوشش میلگرد لازم برابر ضوابط آیین نامه های طراحی سازه های بتنی)، عواقب زیر را به همراه خواهد داشت.
- الف- عدم پیوستگی لازم بین بتن و میلگرد بدلیل عدم رعایت ضوابط آیین نامه در خصوص تامین حجم بتن احاطه کننده میلگرد؛
- ب- جداشدگی بتن و میلگرد در اثر Splitting Failure در عکس العمل های خمشی و در طول المان تحت خمش؛
- پ- خارج شدن المان سازه ای از رفتار و عملکرد ترکیبی (Composite Action) و در نتیجه خارج شدن میلگردها از عملکرد خمشی المان؛
- ت- شکست ترد و غیر شکل پذیر المان تحت عکس العمل های خمش مورد انتظار؛
4- آسیب های موجود در پوشش بتنی میلگردها و روش رفع آسیب پذیری
موارد به قرار زیر، اهم آسیب پذیری در پوشش بتنی میلگردها بشمار می روند.
- الف- تخلخل و نفوذپذیری بتن بدلیل عواملی مانند: طرح اختلاط نامناسب بتن، جداشدگی سنگدانه ها، عدم متراکم سازی حین بتن ریزی و عدم پاکسازی سطح قالب قبل از بتن ریزی؛
- ب- آسیب ناشی از دوره های یخ زدن و آب شدن؛
- پ- عوامل شیمیایی خورنده، حمله سولفات ها و ...؛
- ت- سایش و فرسایش سطح بتن؛
- ث- پوشش کم میلگردها ناشی از عواملی مانند: آرماتوربندی و یا قالب بندی نامنظم و نامناسب و یا دیگر عوامل طراحی و اجرا.
در صورت وقوع هریک از آسیب های بالا، سازه بتنی آسیب پذیر بوده و رفع آسیب پذیری در این المان ها الزامی است. در این شرایط بکارگیری روش های استاندارد ترمیم بتن یک راهکار موثر و اقتصادی در این خصوص محسوب می گردد. بدین منظور پیمودن روند استاندارد ترمیم بتن از مرحله شناسایی دلایل آسیب تا انتخاب و اجرای روش مناسب ترمیم بتن باید در دستورکار قرار گیرد. جهت دریاقت اطلاعات بیشتر در این خصوص به بخش ترمیم بتن و تقویت سازه در این وبسایت مراجعه فرمایید.
