מדוע סדקים נוצרים במבנה בטון
בטון מספק מבנים בעלי חוזק, קשיחות ועמידות לעיוות. אולם תכונות אלה גורמות לכך שמבני בטון חסרי גמישות לנוע בתגובה לשינויים בסביבה שלהם או בנפחם. סדיקה היא הסימן הראשון בדרך כלל ללחץ בבטון. אולם יתכן שהייתה החמרה לפני שהסדקים הופיעו. סדיקה יכולה להתרחש בבטון קשה, טרי או פלסטי כתוצאה משינויים בנפח ועומס חוזר.
זה קשור למאמצי המתיחה המופעלים על הבטון, הסדקים מתרחשים כאשר הכוח עולה על חוזק המתיחה המקסימלי שלו. חשוב להבין את הסיבות שגורמות לסדיקה, סוג הסדק שנוצר וההשפעות של הסדקים על היציבות המבנית. כשתבינו נקודות אלה תוכלו לנקוט בפעולות המתאימות. זה עשוי לנוע בין השארת הסדק ללא טיפול, הזרקת חומר מתאים לסדק או יישום שיטות תיקון אחרות.
הערכה של הגורמים לסדקים ומצבם
חשוב לזהות את הבעיה העיקרית בסדיקה. הבעיה העיקרית היא, האם הסדקים פוגעים בשלימות המבנית של הבטון כתוצאה מירידה ביציבות שלו.
נקודות חשובות להערכה
סוג הסדיקה מספק מידע שימושי העוזר להבין את השפעות הסדקים על היציבות המבנית. תרשים 1 מציג סיכום של הסוגים השונים של סדקים בבטון והגורמים האפשריים לסדקים אלה. מצב הסדק הוא קריטי. סדקים פעילים עשויים לדרוש נהלי תיקון מסובכים יותר כולל טיפול בגורם לסדיקה כדי להבטיח תיקון מוצלח לטווח הארוך. אם לא מצליחים לטפל בגורם הבסיסי זה עלול להפוך את התיקון לקצר טווח, ויאלץ אותך לעבור דרך אותו תהליך שוב. סדקים רדומים אינם מאיימים על יציבות המבנה.
התנאים הסביבתיים של הסדק משפיעים על היקף הפגיעה שלו בשלימות המבנית. חשיפה גדולה יותר לתנאים אגרסיביים מגבירה את האפשרות של חוסר יציבות מבנית. גודל הסדק נע בין מיקרו סדקים החושפים את הבטון לתפרחת בטון עד לסדקים גדולים יותר הנגרמים מתנאי עומס חיצוניים. הבחנה בגודל, צורה ומיקום הסדקים יכולה לסייע בקביעת הגורמים הראשוניים שלהם.
תרשים 2 מדגים את סוגי הסדקים והגורמים העיקריים שלהם ביחס למיקומם.
התנאים הסביבתיים של הסדק משפיעים על היקף הפגיעה שלו בשלימות המבנית. חשיפה גדולה יותר לתנאים אגרסיביים מגבירה את האפשרות של חוסר יציבות מבנית. גודל הסדק נע בין מיקרו סדקים החושפים את הבטון לתפרחת בטון עד לסדקים גדולים יותר הנגרמים מתנאי עומס חיצוניים. הבחנה בגודל, צורה ומיקום הסדקים יכולה לסייע בקביעת הגורמים הראשוניים שלהם.
תרשים 2 מדגים את סוגי הסדקים והגורמים העיקריים שלהם ביחס למיקומם.
סדיקה בבטון במצב פלסטי
ניתן לסווג סדקים שנוצרים בבטון במצב פלסטי בשתי קטגוריות סדיקת התכווצות פלסטית או סדיקת שקיעה פלסטית. סוגים אלה נוצרים מתהליכי ההזעה וההפרדה שמתרחשים כאשר בטון טרי מיושם. סדקים אלה בדרך כלל מופיעים בין 1-6 שעות לאחר הנחת הבטון.
סדיקת התכווצות פלסטית
כאשר החלקיקים הכבדים יותר של בטון שוקעים עם כוח הכבידה, הם דוחפים את המים ואת החלקיקים הקלים יותר לכיוון פני השטח. זה נקרא הזעה. אם אינך מנטר את תנאי הטמפרטורה, רוח ולחות בצורה טובה קצב ההתאיידות של המים על פני השטח עלול לעלות על קצב ההזעה ושכבת הבטון העליונה תתייבש מה שעלול לגרום להתכווצות בגלל התייבשות. עם זאת, הבטון מתחת לשכבה על פני השטח עדיין רטוב וזה גורם לפרופיל בטון סדוק.
סדקי התכווצות פלסטית אלה הם בדרך כלל רדודים ובעובי 1-2 מ”מ, כלומר לא ניתן לתקן אותם בשיטת ההזרקה. עם זאת, הם יכולים להיעלם מעצמם באמצעות הידרציה מתמשכת של המלט או שיקוע סידן פחתי מהבטון.
אם הסדקים רחבים מ- 2 מ”מ ואינם נעלמים מעצמים, חשוב לתקן אותם בעזרת ציפוי מתאים או גראוט לשיקום בטון כדי לעצור את חדירתם לעומק המלא של לוח הבטון. אם הם הופכים לסדקים פעילים התגובה שלהם ללחצים עשויה לגרום לסדיקה נוספת שתחליש את המבנה באופן ישיר או דרך חשיפת פלדת הזיון שלו לחומרים מזהמים שבסופו של דבר יאכלו אותה.
סדקי התכווצות פלסטית אלה הם בדרך כלל רדודים ובעובי 1-2 מ”מ, כלומר לא ניתן לתקן אותם בשיטת ההזרקה. עם זאת, הם יכולים להיעלם מעצמם באמצעות הידרציה מתמשכת של המלט או שיקוע סידן פחתי מהבטון.
אם הסדקים רחבים מ- 2 מ”מ ואינם נעלמים מעצמים, חשוב לתקן אותם בעזרת ציפוי מתאים או גראוט לשיקום בטון כדי לעצור את חדירתם לעומק המלא של לוח הבטון. אם הם הופכים לסדקים פעילים התגובה שלהם ללחצים עשויה לגרום לסדיקה נוספת שתחליש את המבנה באופן ישיר או דרך חשיפת פלדת הזיון שלו לחומרים מזהמים שבסופו של דבר יאכלו אותה.
סדיקת שקיעה פלסטית
תהליך השקיעה הוא גורם עיקרי בפיתוח חוזק הבטון. תרשים 2 מציג איך נוצרים סדקי שקיעה פלסטית. כאשר הבטון מזיע, המים עושים את דרכם לפני השטח. אז מתרחשת שקיעה כאשר האגרגט והמלט יורדים למטה עם כוח הכבידה. הפרדה זו יוצרת שכבה חלשה יותר קרוב לפני השטח של הבטון. אם מוטות פלדת הזיון קרובים לפני השטח ולא מכוסים מספיק בבטון, הבטון יתכופף לאחור סביב הפגם וייסדק בשיא הכיפוף. באזורים עמוקים יותר של הבטון תהיה הפרדה גדולה יותר בין המשקע למים, כך שחשוב להבטיח כיסוי של כל הפגמים על פני השטח בצורה טובה כדי לצמצם את כמות הסדקים.
סדקי שקיעה פלסטית יכולים להתרחש גם כאשר יש שינוי פתאומי בעומק הבטון, מכיוון שהוא שוקע יותר בחלקים העמוקים מאשר ברדודים, ומאלץ יצירת סדקים בנקודת השינוי. דוגמה טובה לכך היא תבניות מצולעות, בהן העומק משתנה כל הזמן לאורך הטפסה.
סדקי שקיעה פלסטית יכולים להתרחש גם כאשר יש שינוי פתאומי בעומק הבטון, מכיוון שהוא שוקע יותר בחלקים העמוקים מאשר ברדודים, ומאלץ יצירת סדקים בנקודת השינוי. דוגמה טובה לכך היא תבניות מצולעות, בהן העומק משתנה כל הזמן לאורך הטפסה.
סדיקה בבטון קשוי
קיימים גורמים אפשריים רבים לסדיקה בבטון קשוי, כולל:
התכווצות עקב התייבשות
מאמצים תרמים
תגובות כימיות
בלאי הכרוך בחימום וקירור וקשור למאמצים תרמיים
קורוזיה של פלדת הזיון
נהלי בנייה לקויים
עומס בניה ועומס מבני
טעויות בתכנון ובפרטים
עומסים חיצוניים
נהלי העמסה ואחסון לקויים.
חשוב להבין את הגורמים המשפיעים על מקורות הסדיקה כדי שניתן יהיה לחסל את המקור ולבחור את שיטת התיקון הנכונה. הסעיפים הבאים בוחנים את הגורמים לסדיקה בבטון קשוי ביתר הרחבה.
התכווצות עקב התייבשות
זה הגורם העיקרי לסדיקה בבטון קשוי. סדיקה זו מתרחשת ליד פגמים בגלל שינויים בנפח הבטון. כאשר הבטון נחשף ללחות הוא מתנפח ואז הוא נחשף לאוויר בעל לחות נמוכה יחסית ומתכווץ. אם ההתכווצות הייתה מתרחשת ללא נוכחות של מוטות זיון לא הייתה סדיקה, אך ברוב המקרים, הדרישות של תמיכה מבנית אינן מאפשרות זאת.
הסדיקה היא התוצאה של שילוב של גורמים שמשפיעים על רמת מאמצי המתיחה הגורמים לסדיקה. גורמים אלה כוללים רמת וקצב ההתכווצות, דרגת הפגם, מודול האלסטיות ורמת הזחילה. גורמים נוספים שיש לשים לב אליהם הם סוג האגרגט, תכולת המים, סוג החומר המקשר, יחסי תערובת הבטון והתכונות המכניות של התערובת.
כמות וסוג האגרגט ועיסת הצמנט הם הגורמים העיקריים המשפיעים על רמת ההתכווצות עקב התייבשות. הדרך הטובה ביותר לצמצם את רמת ההתכווצות היא להשתמש באגרגט קשיח בנפחים גבוהים ביחס לעיסת הצמנט. רמת ההתכווצות עולה עם העלייה בנפח עיסת הצמנט. בדומה לכך, עלייה ביחס בין מים לצמנט בעיסת הבטון מעלה את רמת ההתכווצות על ידי העלאת הפוטנציאל לאובדן נפח עקב התאיידות מים.
המצב האופטימלי למניעת התכווצות עקב התייבשות הוא 100% לחות יחסית. מצב זה נדיר, כך שאיטום פני הבטון כדי למנוע אובדן לחות יכול לשלוט ברמת ההתכווצות, כמו כן, שימוש בתפרי התכווצות במרווחים מתאימים ותכנון נכון של פרטי פלדה יאפשר בקרה על ההתכווצות.
הסדיקה היא התוצאה של שילוב של גורמים שמשפיעים על רמת מאמצי המתיחה הגורמים לסדיקה. גורמים אלה כוללים רמת וקצב ההתכווצות, דרגת הפגם, מודול האלסטיות ורמת הזחילה. גורמים נוספים שיש לשים לב אליהם הם סוג האגרגט, תכולת המים, סוג החומר המקשר, יחסי תערובת הבטון והתכונות המכניות של התערובת.
כמות וסוג האגרגט ועיסת הצמנט הם הגורמים העיקריים המשפיעים על רמת ההתכווצות עקב התייבשות. הדרך הטובה ביותר לצמצם את רמת ההתכווצות היא להשתמש באגרגט קשיח בנפחים גבוהים ביחס לעיסת הצמנט. רמת ההתכווצות עולה עם העלייה בנפח עיסת הצמנט. בדומה לכך, עלייה ביחס בין מים לצמנט בעיסת הבטון מעלה את רמת ההתכווצות על ידי העלאת הפוטנציאל לאובדן נפח עקב התאיידות מים.
המצב האופטימלי למניעת התכווצות עקב התייבשות הוא 100% לחות יחסית. מצב זה נדיר, כך שאיטום פני הבטון כדי למנוע אובדן לחות יכול לשלוט ברמת ההתכווצות, כמו כן, שימוש בתפרי התכווצות במרווחים מתאימים ותכנון נכון של פרטי פלדה יאפשר בקרה על ההתכווצות.
מאמצים תרמיים
כאשר קיימות טמפרטורות שונות לאורך הבטון יכולים להתפתח שינויים בנפח הבטון. כאשר מאמצי המתיחה המופעלים עקב שינויי הנפח עולים על חוזק המתיחה של הבטון, הבטון נסדק. מאמצים תרמיים בדרך כלל גורמים לסדיקה במבני בטון רב-נפח, כאשר הגורם העיקרי של הפרשי הטמפרטורה הוא ההשפעה של חום ההידרציה על שינוי הנפח. חום ההידרציה הוא כמות החום המשתחררת במהלך ההידרציה של המלט, וגורם להפרש טמפרטורות בין מרכז מבנה הבטון לבין חלקו החיצוני כתוצאה מקירור חיצוני גדול יותר או חום הידרציה גדול יותר במרכז (ראה תרשים 4). בכל מצב יופעל לחץ מוגבר על החלק החיצוני כאשר החום מנסה לברוח מהליבה.
תגובות כימיות
התגובות הכימיות בבטון מתרחשות בגלל החומרים בתערובת והחומרים שעשויים להיות איתם במגע. הגורם לסדיקה הוא תגובות ההתפשטות בין האגרגט והחומרים האלקאלים בעיסת הצמנט. התגובה הכימית מתרחשת בין סיליקה פעיל ואלקאלים, ויוצרת ג’ל אלקאלי-סיליקה כתוצר לוואי. ג’ל זה נוצר על פני השטח של האגרגט, מגדיל את הנפח שלו ומפעיל לחץ על הבטון מסביבו. העלייה בלחץ יכולה לגרום למאמצי מתיחה שעלולים לעלות מעבר לחוזק המתיחה של הבטון. כאשר זה קורה הבטון נסדק כדי לשחרר את הלחץ.
קורוזיה של פלדת הזיון
כדי שתתרחש קורוזיה במתכות חייבים להתקיים שלושה תנאים: חמצן, לחות וזרימת אלקטרונים בתוך המתכת. אם נצליח לסלק או להגביל כל אחד מהתנאים הללו נוכל למנוע לגמרי או להפחית את הקורוזיה בפלדת הזיון בבטון, ובכך נפחית את הסיכון לסדיקה.
הבטון בדרך כלל מספק הגנה פסיבית על הפלדה, מכיוון שהוא יוצר סביבה ציפוי מגן של תחמוצת בסביבה אלקאלינית. אולם, קורוזיה יכולה להתרחש כאשר קרבונציה משנה את רמת האלקאליניות של הבטון.
פלדת זיון שעברה קורוזיה יוצרת תחמוצות ברזל והידרוקסידים כתוצרי לוואי. כאשר אלה נוצרים על פני הפלדה הנפח שלה עולה. הגדלת הנפח הזו מגדילה את הלחץ על הבטון וגורמת לסדיקה רדיאלית כאשר הבטון כושל תחת מאמצי המתיחה. חשוב לטפל בסדקים אלה כי כאשר הם גדלים יש סיכוי רב יותר שחמצן ולחות יחדרו לבטון ויאיצו את הקורוזיה של הזיונים.
הבטון בדרך כלל מספק הגנה פסיבית על הפלדה, מכיוון שהוא יוצר סביבה ציפוי מגן של תחמוצת בסביבה אלקאלינית. אולם, קורוזיה יכולה להתרחש כאשר קרבונציה משנה את רמת האלקאליניות של הבטון.
פלדת זיון שעברה קורוזיה יוצרת תחמוצות ברזל והידרוקסידים כתוצרי לוואי. כאשר אלה נוצרים על פני הפלדה הנפח שלה עולה. הגדלת הנפח הזו מגדילה את הלחץ על הבטון וגורמת לסדיקה רדיאלית כאשר הבטון כושל תחת מאמצי המתיחה. חשוב לטפל בסדקים אלה כי כאשר הם גדלים יש סיכוי רב יותר שחמצן ולחות יחדרו לבטון ויאיצו את הקורוזיה של הזיונים.
נהלי בניה לקויים
נהלי בנייה לקויים יכולים לגרום לסדיקה במבני בטון. הטבלה להלן מציגה טעויות אפשריות אלה.
| נוהל לקוי | השפעת הנוהל | הגורם לסדיקה |
| הוספת מים לבטון כדי לשפר את העבידות שלו | מוריד את חוזק הבטון מגביר שקיעה | הגברת ההתכווצות עקב התייבשות וסדיקת שקיעה פלסטית |
| הגדלת תכולת הצמנט כדי לפצות על הירידה בחוזק בגלל הוספת מים | מגדיל את הפרש הטמפרטורה בין החלק הפנימי והחיצוני של המבנה מגדיל את נפח עיסת הצמנט | הגברת התכווצות עקב התייבשות, מאמצים תרמיים |
| אשפרה לא נאותה | אין הידרציה בבטון, מוריד את החוזק | הגברת ההתכווצות בזמן שהבטון בחוזק נמוך |
| העדר טפסות תמיכה, התמצקות לא מספיקה והנחה לא נכונה של תפרי הבנייה. | מגביר את השקיעה, תמיכה לא מספקת בהתקשות הבטון, התפרים נפתחים בנקודות של לחץ גבוה | הבטון נסדק עקב העומס שלו לפני שהוא פיתח מספיק חוזק כדי לתמוך בעצמו. |
עומס יתר בבניה
חשוב לשים לב לדרך בה מעמיסים, משנעים ופורקים בטון פריקסט ואיך לאבטח אותו במקומו. בכל אחד מהשלבים לעיל מודולי בטון הפריקסט יכולים להיות נתונים למאמצים שמפעילים עומס יתר על המבנה. אם הם מתרחשים בשלבים המוקדמים של הבטון הם עלולים לגרום לסדקים קבועים. יש להפעיל נהלי הרמה המפזרים את העומס לאורך המבנה על מנת להפחית את הסיכון למאמצים עקב עומס יתר.
קורות בטון דרוך יכולות לגרום לבעיות סדיקה בעת שחרור הלחץ, במיוחד בקורות טריות בנות פחות מיום אחד.
יש לתת תשומת לב מיוחדת לאחסון החומרים והציוד התפעולי בשלב הבנייה, מכיוון שהם עשויים ליצור עומסים העולים על העומס שהמבנה תוכנן לעמוד בו.
קורות בטון דרוך יכולות לגרום לבעיות סדיקה בעת שחרור הלחץ, במיוחד בקורות טריות בנות פחות מיום אחד.
יש לתת תשומת לב מיוחדת לאחסון החומרים והציוד התפעולי בשלב הבנייה, מכיוון שהם עשויים ליצור עומסים העולים על העומס שהמבנה תוכנן לעמוד בו.
טעויות בתכנון ובפרטים
תכנון ופרטים לא נכונים כולל ריכוז גבוה של מאמצים עקב תכנון לקוי של פינות בזווית קעורה, סדיקה בעקבות זיון לא מספיק ותנועת יתר דיפרנציאלית בגלל תכנון תשתית לקוי, יכולים לגרור בעיות רבות. לכן חשוב להבטיח שהתכנון והפרטים יהיו ספציפיים למבנה המסוים ולעומסים שהוא חשוף להם. פסיחה על נקודות אלה עלול לגרום לסדיקה ולבעיה חמורה בעמידות.
עומסים חיצוניים
רוב מבני הבטון חשופים לעומסים חיצוניים שמפעילים מאמצי מתיחה על איברי הבטון שלהם. חשוב להתמודד עם עומסים אלה בצורה האפקטיבית ביותר, לכן יש לנסות לפזר את העומס בצורה אחידה לאורך האיברים על מנת להפחית את הסיכון לסדיקה ללא שליטה. הגורמים שיכולים לצמצם את עובי הסדקים כוללים הגדלת כמות פלדת הזיון וחלוקת הבטון לאזורים גדולים יותר כדי לפזר את העומסים בצורה אחידה יותר.
התוצאה הרצויה של תיקוני סדקים
לאחר שתבינו את הגורם ואת משמעות הסדיקה תוכלו ליישם את שיטת או שיטות התיקון הנכונות. יש לבחור את שיטת התיקון על סמך הערכה של הסדק והמטרה או המטרות של התיקון. מטרות כאלה כוללות:
שיקום או הגדלת החוזק
שיקום או הגדלת הקשיחות
שיפור הביצועים
הקניית אטימות למים
שיפור מראה פני הבטון
שיפור העמידות
מניעת התפתחות סביבה קורוזיבית לזיון
שיקום או הגדלת החוזק
שיקום או הגדלת הקשיחות
שיפור הביצועים
הקניית אטימות למים
שיפור מראה פני הבטון
שיפור העמידות
מניעת התפתחות סביבה קורוזיבית לזיון
