نحوه طراحی و انتخاب طرح صحیح تعمیر ترک بتن

گاهی اوقات ترک‌ها نیاز به تعمیر دارند، اما گزینه‌های بسیار زیادی وجود دارد، چگونه بهترین گزینه تعمیر را طراحی و انتخاب کنیم؟ این کار آنقدرها هم که فکر می‌کنید دشوار نیست.
پس از بررسی ترک‌ها و تعیین اهداف تعمیر، طراحی یا انتخاب بهترین مواد و روش‌های تعمیر بسیار ساده است. این خلاصه از گزینه‌های تعمیر ترک شامل مراحل زیر است: تمیز کردن و پر کردن، ریختن و آب‌بندی/پر کردن، تزریق اپوکسی و پلی اورتان، خود ترمیمی و "بدون تعمیر".
همانطور که در «بخش ۱: نحوه ارزیابی و عیب‌یابی ترک‌های بتنی» توضیح داده شد، بررسی ترک‌ها و تعیین علت اصلی ترک‌ها، کلید انتخاب بهترین طرح تعمیر ترک است. به طور خلاصه، موارد کلیدی مورد نیاز برای طراحی تعمیر مناسب ترک، میانگین عرض ترک (شامل حداقل و حداکثر عرض) و تعیین فعال یا غیرفعال بودن ترک است. البته، هدف از تعمیر ترک به اندازه اندازه‌گیری عرض ترک و تعیین احتمال حرکت ترک در آینده اهمیت دارد.
ترک‌های فعال در حال حرکت و رشد هستند. نمونه‌هایی از آنها شامل ترک‌های ناشی از نشست مداوم زمین یا ترک‌هایی هستند که درزهای انقباض/انبساط اعضای بتنی یا سازه‌ها هستند. ترک‌های غیرفعال پایدار هستند و انتظار نمی‌رود در آینده تغییر کنند. معمولاً ترک‌های ناشی از انقباض بتن در ابتدا بسیار فعال خواهند بود، اما با تثبیت رطوبت بتن، در نهایت تثبیت شده و وارد حالت غیرفعال می‌شوند. علاوه بر این، اگر میله‌های فولادی (میلگرد، الیاف فولادی یا الیاف مصنوعی ماکروسکوپی) به اندازه کافی از ترک‌ها عبور کنند، حرکات آینده کنترل می‌شوند و ترک‌ها را می‌توان در حالت غیرفعال در نظر گرفت.
برای ترک‌های غیرفعال، از مواد ترمیمی صلب یا انعطاف‌پذیر استفاده کنید. ترک‌های فعال برای امکان جابجایی در آینده به مواد ترمیمی انعطاف‌پذیر و ملاحظات طراحی ویژه نیاز دارند. استفاده از مواد ترمیمی صلب برای ترک‌های فعال معمولاً منجر به ترک خوردن مواد ترمیمی و/یا بتن مجاور می‌شود.
عکس ۱. با استفاده از مخلوط‌کن‌های نوک سوزنی (شماره‌های ۱۴، ۱۵ و ۱۸)، مواد ترمیمی با ویسکوزیته پایین را می‌توان به راحتی و بدون سیم‌کشی به داخل ترک‌های مویی تزریق کرد. Kelton Glewwe, Roadware, Inc.
البته، تعیین علت ترک خوردگی و تعیین اینکه آیا ترک خوردگی از نظر سازه ای مهم است یا خیر، مهم است. ترک هایی که نشان دهنده خطاهای احتمالی در طراحی، جزئیات یا ساخت و ساز هستند، می توانند باعث نگرانی افراد در مورد ظرفیت باربری و ایمنی سازه شوند. این نوع ترک ها می توانند از نظر سازه ای مهم باشند. ترک خوردگی ممکن است در اثر بار ایجاد شود، یا ممکن است مربوط به تغییرات حجم ذاتی بتن، مانند انقباض خشک، انبساط حرارتی و جمع شدگی باشد و ممکن است قابل توجه باشد یا نباشد. قبل از انتخاب گزینه تعمیر، علت را تعیین کنید و اهمیت ترک خوردگی را در نظر بگیرید.
تعمیر ترک‌های ناشی از خطاهای طراحی، طراحی جزئیات و ساخت، فراتر از محدوده یک مقاله ساده است. این وضعیت معمولاً نیاز به یک تحلیل جامع سازه‌ای دارد و ممکن است به تعمیرات تقویتی ویژه نیاز داشته باشد.
بازگرداندن پایداری سازه‌ای یا یکپارچگی اجزای بتنی، جلوگیری از نشت یا آب‌بندی آب و سایر عناصر مضر (مانند مواد شیمیایی ضد یخ)، فراهم کردن تکیه‌گاه لبه ترک و بهبود ظاهر ترک‌ها از اهداف رایج تعمیر هستند. با توجه به این اهداف، تعمیر و نگهداری را می‌توان تقریباً به سه دسته تقسیم کرد:
با محبوبیت بتن اکسپوز و بتن ساختمانی، تقاضا برای ترمیم ترک‌های ظاهری رو به افزایش است. گاهی اوقات ترمیم یکپارچگی و آب‌بندی/پر کردن ترک نیز نیاز به ترمیم ظاهری دارد. قبل از انتخاب فناوری ترمیم، باید هدف از ترمیم ترک را مشخص کنیم.
قبل از طراحی تعمیر ترک یا انتخاب روش تعمیر، باید به چهار سوال کلیدی پاسخ داده شود. پس از پاسخ به این سوالات، می‌توانید راحت‌تر گزینه تعمیر را انتخاب کنید.
عکس ۲. با استفاده از نوار چسب، سوراخکاری و یک لوله مخلوط کن سر لاستیکی متصل به یک تفنگ دو لوله دستی، مواد تعمیری را می‌توان تحت فشار کم به ترک‌های ریز تزریق کرد. کلتون گلو، Roadware, Inc.
این تکنیک ساده، به ویژه برای تعمیرات ساختمانی، رایج شده است، زیرا مواد تعمیری با ویسکوزیته بسیار پایین اکنون در دسترس هستند. از آنجایی که این مواد تعمیری به راحتی می‌توانند توسط نیروی جاذبه به داخل ترک‌های بسیار باریک جریان یابند، نیازی به سیم‌کشی نیست (یعنی یک مخزن درزگیر مربعی یا V شکل نصب کنید). از آنجایی که سیم‌کشی لازم نیست، عرض نهایی تعمیر برابر با عرض ترک است که کمتر از ترک‌های سیم‌کشی شده قابل مشاهده است. علاوه بر این، استفاده از برس‌های سیمی و جاروبرقی سریع‌تر و مقرون به صرفه‌تر از سیم‌کشی است.
ابتدا ترک‌ها را تمیز کنید تا کثیفی و آوار از بین برود و سپس با یک ماده ترمیمی با ویسکوزیته پایین پر کنید. سازنده یک نازل مخلوط‌کن با قطر بسیار کوچک توسعه داده است که به یک تفنگ اسپری دو لوله‌ای دستی متصل می‌شود تا مواد ترمیمی را نصب کند (عکس 1). اگر نوک نازل بزرگتر از عرض ترک باشد، ممکن است برای ایجاد یک قیف سطحی برای تطبیق با اندازه نوک نازل، به مقداری مسیردهی ترک نیاز باشد. ویسکوزیته را در مستندات سازنده بررسی کنید؛ برخی از تولیدکنندگان حداقل عرض ترک را برای ماده مشخص می‌کنند. با اندازه‌گیری بر حسب سانتی‌پواز، با کاهش مقدار ویسکوزیته، ماده نازک‌تر می‌شود یا راحت‌تر در ترک‌های باریک جریان می‌یابد. یک فرآیند تزریق ساده با فشار کم نیز می‌تواند برای نصب ماده ترمیمی استفاده شود (شکل 2 را ببینید).
عکس ۳. سیم‌کشی و آب‌بندی شامل ابتدا برش ظرف درزگیر با تیغه مربعی یا V شکل و سپس پر کردن آن با درزگیر یا پرکننده مناسب است. همانطور که در شکل نشان داده شده است، ترک مسیر با پلی اورتان پر می‌شود و پس از خشک شدن، خراشیده شده و با سطح همسطح می‌شود. کیم باشام
این رایج‌ترین روش برای تعمیر ترک‌های منفرد، ریز و بزرگ است (عکس ۳). این یک تعمیر غیرسازه‌ای است که شامل گسترش ترک‌ها (سیم‌کشی) و پر کردن آنها با درزگیرها یا پرکننده‌های مناسب می‌شود. بسته به اندازه و شکل مخزن درزگیر و نوع درزگیر یا پرکننده مورد استفاده، سیم‌کشی و درزگیری می‌تواند ترک‌های فعال و ترک‌های غیرفعال را تعمیر کند. این روش برای سطوح افقی بسیار مناسب است، اما می‌توان از آن برای سطوح عمودی با مواد تعمیری بدون افت نیز استفاده کرد.
مواد تعمیری مناسب شامل اپوکسی، پلی اورتان، سیلیکون، پلی اوره و ملات پلیمری است. برای دال کف، طراح باید ماده‌ای با انعطاف‌پذیری و سختی یا ویژگی‌های سفتی مناسب را انتخاب کند تا بتواند ترافیک مورد انتظار کف و حرکت ترک‌های آینده را در خود جای دهد. با افزایش انعطاف‌پذیری درزگیر، تحمل انتشار و حرکت ترک افزایش می‌یابد، اما ظرفیت تحمل بار و پشتیبانی لبه ترک کاهش می‌یابد. با افزایش سختی، ظرفیت تحمل بار و پشتیبانی لبه ترک افزایش می‌یابد، اما تحمل حرکت ترک کاهش می‌یابد.
شکل ۱. با افزایش مقدار سختی Shore یک ماده، سختی یا سفتی ماده افزایش و انعطاف‌پذیری آن کاهش می‌یابد. برای جلوگیری از کنده شدن لبه‌های ترک ترک‌هایی که در معرض ترافیک سنگین قرار دارند، سختی Shore حداقل حدود ۸۰ مورد نیاز است. کیم باشام مواد ترمیمی سخت‌تر (پرکننده‌ها) را برای ترک‌های غیرفعال در کفپوش‌های ترافیکی سنگین ترجیح می‌دهد، زیرا لبه‌های ترک همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است، بهتر هستند. برای ترک‌های فعال، درزگیرهای انعطاف‌پذیر ترجیح داده می‌شوند، اما ظرفیت تحمل بار درزگیر و تکیه‌گاه لبه ترک کم است. مقدار سختی Shore به سختی (یا انعطاف‌پذیری) ماده ترمیمی مربوط می‌شود. با افزایش مقدار سختی Shore، سختی (سفتی) ماده ترمیمی افزایش و انعطاف‌پذیری کاهش می‌یابد.
برای شکستگی‌های فعال، اندازه و ضرایب شکل مخزن درزگیر به اندازه انتخاب یک درزگیر مناسب که بتواند با حرکت مورد انتظار شکستگی در آینده سازگار شود، مهم هستند. ضریب شکل، نسبت ابعاد مخزن درزگیر است. به طور کلی، برای درزگیرهای انعطاف‌پذیر، ضرایب شکل توصیه شده 1:2 (0.5) و 1:1 (1.0) هستند (شکل 2 را ببینید). کاهش ضریب شکل (با افزایش عرض نسبت به عمق) کرنش درزگیر ناشی از رشد عرض ترک را کاهش می‌دهد. اگر حداکثر کرنش درزگیر کاهش یابد، میزان رشد ترکی که درزگیر می‌تواند تحمل کند افزایش می‌یابد. استفاده از ضریب شکل توصیه شده توسط سازنده، حداکثر افزایش طول درزگیر را بدون شکست تضمین می‌کند. در صورت نیاز، میله‌های نگهدارنده فومی را نصب کنید تا عمق درزگیر را محدود کرده و به تشکیل شکل کشیده "ساعت شنی" کمک کند.
افزایش طول مجاز درزگیر با افزایش ضریب شکل کاهش می‌یابد. برای 6 اینچ. صفحه ضخیم با عمق کلی 0.020 اینچ. ضریب شکل یک مخزن شکافدار بدون درزگیر 300 است (6.0 اینچ/0.020 اینچ = 300). این توضیح می‌دهد که چرا ترک‌های فعال آب‌بندی شده با یک درزگیر انعطاف‌پذیر بدون مخزن درزگیر اغلب دچار شکست می‌شوند. اگر مخزنی وجود نداشته باشد، در صورت بروز هرگونه انتشار ترک، کرنش به سرعت از ظرفیت کششی درزگیر فراتر می‌رود. برای ترک‌های فعال، همیشه از یک مخزن درزگیر با ضریب شکل توصیه شده توسط سازنده درزگیر استفاده کنید.
شکل ۲. افزایش نسبت عرض به عمق، توانایی درزگیر را در مقاومت در برابر گشتاورهای ترک‌خوردگی آینده افزایش می‌دهد. برای اطمینان از اینکه ماده می‌تواند با افزایش عرض ترک در آینده به درستی کشیده شود، از ضریب شکل ۱:۲ (۰.۵) تا ۱:۱ (۱.۰) یا مطابق توصیه سازنده درزگیر برای ترک‌های فعال استفاده کنید. کیم باشام
تزریق رزین اپوکسی، ترک‌هایی به باریکی 0.002 اینچ را به هم می‌چسباند یا جوش می‌دهد و یکپارچگی بتن، از جمله مقاومت و استحکام را بازیابی می‌کند. این روش شامل استفاده از یک درپوش سطحی از رزین اپوکسی بدون افت برای محدود کردن ترک‌ها، نصب دریچه‌های تزریق به داخل گمانه در فواصل نزدیک در امتداد ترک‌های افقی، عمودی یا بالای سر، و تزریق رزین اپوکسی با فشار (عکس 4) است.
مقاومت کششی رزین اپوکسی از 5000 psi فراتر می‌رود. به همین دلیل، تزریق رزین اپوکسی یک تعمیر سازه‌ای محسوب می‌شود. با این حال، تزریق رزین اپوکسی مقاومت طراحی را بازیابی نمی‌کند و همچنین بتنی را که به دلیل خطاهای طراحی یا ساخت شکسته است، تقویت نمی‌کند. رزین اپوکسی به ندرت برای تزریق ترک‌ها برای حل مشکلات مربوط به ظرفیت باربری و مسائل ایمنی سازه استفاده می‌شود.
عکس ۴. قبل از تزریق رزین اپوکسی، سطح ترک باید با رزین اپوکسی بدون افت پوشانده شود تا رزین اپوکسی تحت فشار محدود شود. پس از تزریق، درپوش اپوکسی با سنگ زنی برداشته می‌شود. معمولاً برداشتن پوشش، آثار سایش روی بتن باقی می‌گذارد. کیم باشام
تزریق رزین اپوکسی یک ترمیم صلب و تمام عمقی است و ترک‌های تزریق شده از بتن مجاور قوی‌تر هستند. اگر ترک‌های فعال یا ترک‌هایی که به عنوان درزهای انقباضی یا انبساطی عمل می‌کنند تزریق شوند، انتظار می‌رود ترک‌های دیگری در کنار یا دور از ترک‌های ترمیم شده تشکیل شوند. فقط ترک‌های غیرفعال یا ترک‌هایی را تزریق کنید که تعداد کافی میله‌های فولادی از میان ترک‌ها عبور کنند تا حرکت‌های آینده محدود شود. جدول زیر ویژگی‌های مهم انتخاب این گزینه ترمیم و سایر گزینه‌های ترمیم را خلاصه می‌کند.
رزین پلی اورتان می‌تواند برای آب‌بندی ترک‌های مرطوب و نشتی به باریکی 0.002 اینچ استفاده شود. این گزینه تعمیر عمدتاً برای جلوگیری از نشت آب استفاده می‌شود، از جمله تزریق رزین واکنش‌پذیر به داخل ترک، که با آب ترکیب می‌شود تا یک ژل متورم تشکیل دهد، نشتی را مسدود کرده و ترک را آب‌بندی می‌کند (عکس 5). این رزین‌ها آب را تعقیب کرده و به داخل ریزترک‌ها و منافذ بتن نفوذ می‌کنند تا پیوند محکمی با بتن مرطوب تشکیل دهند. علاوه بر این، پلی اورتان عمل‌آوری شده انعطاف‌پذیر است و می‌تواند در برابر حرکت ترک‌های آینده مقاومت کند. این گزینه تعمیر، یک تعمیر دائمی است که برای ترک‌های فعال یا ترک‌های خفته مناسب است.
عکس ۵. تزریق پلی اورتان شامل حفاری، نصب دریچه‌های تزریق و تزریق رزین با فشار است. رزین با رطوبت موجود در بتن واکنش می‌دهد و یک فوم پایدار و انعطاف‌پذیر تشکیل می‌دهد که ترک‌ها و حتی ترک‌های نشتی را آب‌بندی می‌کند. کیم باشام
برای ترک‌هایی با حداکثر عرض بین 0.004 اینچ و 0.008 اینچ، این فرآیند طبیعی ترمیم ترک در حضور رطوبت است. فرآیند ترمیم به این دلیل است که ذرات سیمان هیدراته نشده در معرض رطوبت قرار می‌گیرند و هیدروکسید کلسیم نامحلول را تشکیل می‌دهند که از دوغاب سیمان به سطح نشت می‌کند و با دی اکسید کربن موجود در هوای اطراف واکنش می‌دهد و کربنات کلسیم را روی سطح ترک تولید می‌کند. 0.004 اینچ. پس از چند روز، ترک عریض می‌تواند بهبود یابد، 0.008 اینچ. ترک‌ها ممکن است ظرف چند هفته بهبود یابند. اگر ترک تحت تأثیر جریان سریع آب و حرکت قرار گیرد، ترمیم رخ نخواهد داد.
گاهی اوقات «عدم تعمیر» بهترین گزینه تعمیر است. همه ترک‌ها نیازی به تعمیر ندارند و نظارت بر ترک‌ها ممکن است بهترین گزینه باشد. در صورت لزوم، ترک‌ها را می‌توان بعداً تعمیر کرد.