درز سرد در بتن چیست؟ روش های پیشگیری، تشخیص و ترمیم آن چگونه است؟

درز سرد در بتن چیست ؟

درز سرد (cold joint) در بتن به محلی گفته می‌شود که دو لایه بتن قدیمی و بتن جدید بدون پیوستگی کامل با هم در تماس هستند و این ناحیه در معرض مشکلاتی مانند کاهش مقاومت و دوام قرار دارد. به طور کلی، می‌توان درز سرد را اتصال نامناسب بین دو لایه بتن تعریف کرد.

درز سرد بین لایه های بتن زمانی رخ می‌دهد که لایه دوم بتن‌ریزی به تأخیر می‌افتد و بتن لایه زیرین وارد فرایند هیدراسیون شده و شروع به گیرش اولیه می‌کند. هنگامی که لایه بعدی بتن ریخته می‌شود، دو لایه به صورت پیوسته عمل نکرده و به شکل دو لایه جدا رفتار می‌کنند.

درز سرد برخلاف ترک‌ها، یک شکاف خالی نیست بلکه درزهایی هستند که فاقد ساختار خالی بوده و به صورت خطی و پیوسته در محل قطع بتن ایجاد می‌شوند. این درزها معمولاً از روی شکل ظاهری قابل تشخیص هستند. اگر درز سرد در معرض فشار قرار گیرد، معمولاً مشکلی ایجاد نمی‌شود؛ اما اگر محل درز در کشش قرار گیرد، می‌تواند باعث آسیب سازه و ایجاد ترک یا گسستگی شود. پتانسیل ترک و گسستگی در این نقاط نسبت به دیگر بخش‌های بتن بالاتر است.

مطابق تعریف آیین‌نامه بتن ایران، درز سرد عملاً یک درز اجرایی کنترل نشده است که بدون رعایت محل قطع و آماده‌سازی لازم برای بتن‌ریزی جدید ایجاد می‌شود. درز سرد در هیچ شرایطی در بتن‌ریزی پذیرفته نیست و باید از آن پرهیز نمود.

علت‌های ایجاد درز سرد در بتن

عدم پیش‌بینی درز ساخت در یک عضو ممکن است به ایجاد درز سرد، به‌ویژه در شرایط هوای گرم، منجر شود؛ زیرا بتن‌ریزی به صورت لایه‌به‌لایه انجام می‌شود. در صورتی که سطح بتن‌ریزی بزرگ باشد، فاصله زمانی بین ریختن لایه دوم و لایه اول ممکن است به حدی زیاد شود که نتوان لرزاننده را در لایه اول فرو برد و پیوستگی بین دو لایه تأمین نشود.

درز سرد می‌تواند به دلایل مختلفی ایجاد شود. در واقع، زمانی که درز اجرایی به‌درستی و با رعایت تمهیدات لازم اجرا نشود و بین دو لایه بتن پیوستگی مناسب برقرار نگردد، درز سرد تشکیل می‌شود.

یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد درز سرد، فاصله زمانی زیاد بین دو نوبت بتن‌ریزی است. این فاصله می‌تواند به دلایل مختلف رخ دهد، از جمله بزرگ بودن مساحت مقطع بتن‌ریزی که امکان اجرای یکجا را از بین می‌برد، مشکلات اجرایی مانند خرابی ماشین‌آلات بتن‌ریزی، تأخیرهای ناشی از برنامه‌ریزی یا ترافیک و وقفه‌های غیرمنتظره. اگر این فاصله زمانی طولانی شود، بتن زیرین وارد مرحله گیرش اولیه شده و هنگام بتن‌ریزی لایه بعدی، لایه بالایی نمی‌تواند به‌خوبی با لایه زیرین مخلوط و پیوسته شود. در این شرایط، بدون انجام تمهیدات لازم برای ایجاد درز اجرایی، مانند استفاده از رابیتس، برس‌های سیمی یا ایجاد پله برشی، درز سرد به وجود می‌آید.

تفاوت بین درز سرد و درز اجرایی در بتن

درز اجرایی، یک درز کنترل‌شده و پیش‌بینی‌شده است که مجری پروژه عمداً و با هدف مشخص، به‌منظور سهولت در اجرا و با رعایت تمهیدات لازم، دو لایه بتن را روی یکدیگر اجرا می‌کند. در واقع، درز اجرایی چه اجباری باشد و چه اختیاری، با برنامه‌ریزی قبلی و ایجاد پیوستگی مناسب بین دو لایه بتن انجام می‌شود.

در مقابل، درز سرد یک درز کنترل‌نشده و ناخواسته است که در اثر توقف غیرمنتظره بین دو نوبت بتن‌ریزی و تأخیر بیش از حد در اجرای لایه بعدی به وجود می‌آید. هنگامی که تمهیدات مناسب برای اتصال دو لایه بتن رعایت نشود و در محل قطع بتن، پیوستگی کافی بین دو لایه ایجاد نگردد، این پدیده باعث شکل‌گیری درز سرد می‌شود.

در حقیقت، درز سرد ناشی از اجرای نامناسب بتن‌ریزی است. در محل درز سرد، احتمال بروز مشکلات ساختاری، کاهش مقاومت و افت دوام بتن بسیار بالاست؛ در حالی‌که در محل درز اجرایی، به‌دلیل انجام اقدامات و الزامات فنی، این مشکلات به حداقل می‌رسد. به بیان ساده، درز اجرایی حاصل تصمیم مهندسی است، اما درز سرد نتیجه ضعف در برنامه‌ریزی یا اجرای بتن‌ریزی محسوب می‌شود.

اثرات و پیامدهای وجود درز سرد بر بتن

درز سرد می‌تواند خطرات متعددی برای سازه‌های بتن مسلح ایجاد کند. این نواحی به‌دلیل ضعف در پیوستگی بین لایه‌های بتن، عملکرد سازه را از نظر مقاومت و دوام تحت تأثیر قرار می‌دهند. در این بخش به بررسی مهم‌ترین معایب و مشکلاتی می‌پردازیم که وجود درز سرد ممکن است در سازه‌های بتنی به همراه داشته باشد.

کاهش مقاومت برشی

در محل درز سرد، پیوستگی کامل بین لایه‌های بتن وجود ندارد و محل قطع بتن مانند یک سطح لغزش عمل می‌کند. در نتیجه، انتقال نیروی برشی میان لایه‌ها به‌درستی انجام نمی‌شود و این موضوع باعث کاهش مقاومت برشی مقطع و ضعف در عملکرد سازه می‌گردد.

کاهش استحکام

یکی از مهم‌ترین مشکلاتی که درز سرد ایجاد می‌کند، کاهش استحکام سازه است. در محل درز سرد، اتصال مناسبی بین دو لایه بتن وجود ندارد و این موضوع باعث کاهش استحکام و دوام سازه می‌شود، به‌ویژه در بخش‌هایی که در معرض شرایط محیطی مانند رطوبت یا تغییرات دما هستند. عدم چسبندگی مناسب بین لایه‌های بتن موجب ضعف در انتقال نیروها و کاهش مقاومت سازه می‌گردد.

اتصال ضعیف یا عدم اتصال

ضعف یا عدم اتصال یکی دیگر از مشکلات مهم در درز سرد است. این عدم اتصال می‌تواند هم بین لایه‌های بتن و هم بین بتن و میلگردها رخ دهد. هرچه فاصله زمانی بین دو نوبت بتن‌ریزی بیشتر باشد، پیوستگی بین لایه‌ها ضعیف‌تر شده و دو لایه به صورت مستقل عمل می‌کنند، در نتیجه یکپارچگی سازه کاهش می‌یابد.

علاوه بر این، محل درز سرد مسیر حرکت ترک‌ها را تسهیل می‌کند و اتصال ضعیف در این نواحی می‌تواند مشکلات جدی‌تری از نظر مقاومت، دوام و پایداری سازه ایجاد نماید.

نفوذ رطوبت و نشت آب

درز سرد در مناطق مرطوب مستعد نفوذ آب و رطوبت است. ورود رطوبت به داخل بتن می‌تواند باعث خوردگی میلگردها شود. اگر درز سرد در فونداسیون وجود داشته باشد، آب به مرور به داخل فونداسیون نفوذ کرده و باعث آسیب جدی به سازه می‌شود. از این رو، جلوگیری از ایجاد درز سرد به خصوص در فونداسیون اهمیت بسیار بالایی دارد و باید به دقت پیش‌بینی و کنترل شود. بهترین راه جلوگیری از نفوذ آب و مشکلات ناشی از درز سرد، پیشگیری از ایجاد درز سرد از ابتدا است. استفاده از واتراستاپ تنها در شرایطی لازم است که درز اجرایی کنترل‌شده ایجاد شود.

تخریب و خرابی بتن

در محل درز سرد، بتن به تدریج ضعیف و مستعد تخریب می‌شود، به‌ویژه در بخش‌هایی که در معرض شرایط محیطی مانند رطوبت، بارهای متناوب یا مواد شیمیایی هستند. نفوذ رطوبت یا مواجهه با مواد شیمیایی می‌تواند باعث پوسته شدن سطح بتن، کاهش دوام و تخریب تدریجی سازه گردد.

کاهش استحکام کششی

ضعف سازه‌ای در محل درز سرد به‌ویژه زمانی که سازه در معرض بارهای کششی قرار می‌گیرد، نمایان می‌شود. در واقع، سازه‌ای که دارای درز سرد باشد، استحکام کششی کافی ندارد. درز سرد معمولاً در برابر تنش‌های فشاری مشکلی ایجاد نمی‌کند، اما وقتی تنش کششی به آن وارد شود، محل درز در معرض خطراتی مانند ایجاد ترک‌ها و حتی جداشدگی لایه‌ها قرار می‌گیرد.

تأثیر نامطلوب بر زیبایی ظاهری

محل درز سرد معمولاً به‌صورت واضح و حتی با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است. این مسئله در بخش‌هایی از سازه که بتن در معرض دید قرار دارد و زیبایی ظاهری اهمیت دارد، مشکل‌ساز می‌شود. وجود درز سرد باعث تفاوت رنگ، ناهمگونی سطح و از بین رفتن ظاهر یکدست بتن می‌گردد. این موضوع به‌ویژه در سازه‌های نمایان و پروژه‌های معماری با بتن اکسپوز، یک ایراد جدی و نامطلوب محسوب می‌شود.

آسیب در سیکل‌های یخ‌زدگی و ذوب

در سازه‌هایی که در معرض چرخه‌های متوالی یخ‌زدگی و ذوب قرار دارند، درز سرد می‌تواند به‌عنوان نقطه شروع تخریب سطحی عمل کند. در این شرایط، آب نفوذ کرده به درزها در هنگام یخ‌زدگی منبسط شده و باعث جداشدگی و پوسته شدن سطح بتن می‌شود. تکرار این چرخه‌ها در طول زمان موجب تخریب تدریجی و کاهش دوام سازه خواهد شد، به‌ویژه در مناطق سردسیر که سیکل‌های یخ و ذوب به دفعات رخ می‌دهد.

خطر زنگ‌زدگی میلگرد و آرماتور

از آن‌جایی که درز سرد محلی مناسب برای نفوذ آب و یون‌های کلر است، این نفوذ می‌تواند باعث خوردگی میلگردها و آرماتورهای فولادی شود. خوردگی میلگردها، موجب ایجاد ترک، پوسته شدن سطح بتن و در نهایت تخریب سازه می‌شود. به همین دلیل، جلوگیری از تشکیل درز سرد نقش بسیار مهمی در حفظ دوام و پایایی سازه‌های بتن مسلح دارد.

روش‌های پیشگیری از ایجاد درز سرد در بتن‌ریزی

در صورتی که عملیات بتن‌ریزی مطابق برنامه‌ریزی دقیق و پیش‌بینی‌های لازم انجام شود، احتمال ایجاد درز سرد به‌طور کامل از بین می‌رود. یکی از روش‌های مهم در این زمینه، تقسیم سطوح بزرگ به بخش‌های کوچک‌تر و پیش‌بینی درز ساخت (درز اجرایی) است؛ این کار موجب کنترل بهتر فرآیند بتن‌ریزی و جلوگیری از شکل‌گیری درز سرد می‌شود. همچنین استفاده از مصالح باکیفیت و نیروی اجرایی ماهر نقش مهمی در پیشگیری از این پدیده دارد.

پیش از شروع بتن‌ریزی باید یک ارزیابی دقیق و واقع‌بینانه از منابع و تجهیزات موجود انجام شود تا حجم بتن‌ریزی با توان اجرایی پروژه متناسب باشد. لازم است بتن‌ریزی مطابق زمان‌بندی انجام شده و فاصله زمانی بین بتن‌ریزی لایه‌ها به‌گونه‌ای تنظیم شود که لایه قبلی وارد مرحله گیرش اولیه نشود. به طور معمول، زمان گیرش اولیه بتن حدود یک ساعت است، اما با استفاده از افزودنی‌های کندگیر می‌توان این زمان را افزایش داد.

در صورتی که به‌صورت اجباری یا اختیاری نیاز به توقف بتن‌ریزی باشد، باید محل قطع بتن مطابق ضوابط آیین‌نامه‌ای و با رعایت اصول درز اجرایی آماده شود؛ از جمله مضرس کردن سطح بتن و استفاده از رابیتس یا ابزارهای مشابه برای ایجاد پیوستگی مناسب بین لایه‌ها.

به طور خلاصه، مهم‌ترین اقدامات برای پیشگیری از ایجاد درز سرد عبارت‌اند از:

• برنامه‌ریزی دقیق زمان بتن‌ریزی
• تأمین تجهیزات کافی و آماده‌سازی کامل کارگاه
• جلوگیری از وقفه در حمل و تخلیه بتن
• در نظر گرفتن شرایط محیطی (به‌ویژه در هوای گرم یا سرد)
• مدیریت حجم و سطح بتن‌ریزی
• استفاده از قالب بتن با کیفیت و اجرای صحیح آن
• استفاده از نیروی کار متخصص و با تجربه

روش‌های شناسایی و تشخیص درز سرد در سازه‌های بتنی

تشخیص و بررسی درز سرد در سازه‌های مهم از اهمیت بالایی برخوردار است. با این حال، این بررسی در تمامی سازه‌ها توصیه می‌شود. برای شناسایی وجود درز سرد، آزمایش‌ها و روش‌های متعددی وجود دارند که در این بخش به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.

چکش اشمیت

چکش اشمیت یکی از متداول‌ترین روش‌های غیرمخرب برای تشخیص کیفیت بتن و درز سرد در سازه‌های بتنی است. این ابزار شامل یک فنر و پیستون است که پیستون با ضربه زدن به سطح بتن، نیروی برگشتی (رفلکس) را ایجاد می‌کند. میزان بازگشت پیستون به سختی و تراکم بتن بستگی دارد؛ هرچه بتن سخت‌تر و متراکم‌تر باشد، میزان بازگشت بیشتر است و هرچه بتن ضعیف یا دارای درز سرد باشد، بازگشت کمتر است. با انجام این آزمایش در چند نقطه از سطح بتن و مقایسه نتایج، می‌توان محل‌های دارای ضعف سازه‌ای یا درز سرد را به‌طور احتمالی شناسایی کرد.

سرعت پالس مافوق صوت

این روش غیرمخرب برای تشخیص درز سرد و ضعف‌های بتن به‌کار می‌رود. امواج مافوق صوت از یک سمت بتن ارسال و از سمت دیگر دریافت می‌شوند. اگر بتن سالم باشد، سرعت عبور موج بالا است و در بتن دارای درز، ترک یا حفره، سرعت موج کاهش می‌یابد. با تحلیل این اختلاف سرعت، می‌توان محل‌های دارای درز سرد یا ضعف سازه‌ای را شناسایی کرد.

آزمایش اکو

 این روش غیرمخرب برای شناسایی درز سرد و ناپیوستگی‌های داخلی بتن به‌کار می‌رود. در این روش، یک ضربه مکانیکی کنترل‌شده به سطح بتن وارد می‌شود و امواج تولید شده در داخل بتن حرکت می‌کنند. وقتی این امواج به درز یا مانع برخورد کنند، بازتاب می‌شوند و دستگاه گیرنده با تحلیل آن‌ها محل و عمق ناپیوستگی یا درز سرد را مشخص می‌کند.

اسکن حرارتی

اسکن حرارتی یکی از روش‌های غیرمخرب، سریع و کارآمد برای بررسی ناپیوستگی‌های بتن است. در این روش، با استفاده از دوربین‌های حرارتی مادون قرمز، دمای سطح بتن اندازه‌گیری و نقشه حرارتی آن ثبت می‌شود. اختلاف دمای مشاهده‌شده در بخش‌های مختلف می‌تواند نشان‌دهنده وجود درز سرد یا نواحی با چسبندگی ضعیف باشد، زیرا درز سرد به دلیل تفاوت در چگالی و رطوبت، گرما را به شکل متفاوتی نسبت به بتن سالم منتقل می‌کند.

روش‌های ترمیم و اصلاح درز سرد در بتن

جلوگیری از ایجاد درز سرد یکی از اقدامات ضروری هنگام اجرای سازه است. اگر با وجود تمام تدابیر، درز سرد به‌وجود آید، بسته به زمان و مرحله گیرش بتن، می‌توان از روش‌های مختلفی برای اصلاح و ترمیم آن استفاده کرد. لازم است توجه داشت که ترمیم درز سرد نسبت به بسیاری از مشکلات دیگر بتن پیچیده‌تر است، اما اجرای صحیح این اقدامات می‌تواند به بهبود کیفیت و دوام بتن کمک کند.

ترمیم در مراحل اولیه

اگر بتن هنوز در مرحله اولیه است و سخت نشده، می‌توان لایه بتن تازه را به‌صورت دستی جدا کرد. این کار زمان و هزینه مجدد نیاز دارد، اما مشکل را به‌طور کامل حل می‌کند. همچنین در صورتی که ویبراتورها بتوانند بدون فشار زیاد به داخل بتن نفوذ کنند، می‌توان بتن تازه را روی بتن قدیمی ریخت و با ارتعاش کامل، محل اتصال را بهبود داد.

ترمیم در زمان شروع سخت شدن

اگر بتن تا حدی سخت شده اما هنوز با یک چنگک دستی سبک قابل جدا شدن باشد، می‌توان یک لایه ملات به ضخامت حدود ۱۲ میلی‌متر روی بتن قدیمی قرار داد. سپس با ویبراسیون، لایه قدیمی و ملات به هم پیوسته و بتن تازه روی آن ریخته می‌شود.

ترمیم در مراحل پایانی گیرش

در این مرحله، تنها گزینه عملی، تبدیل درز سرد به درز اجرایی است. اگر بتن در محل اتصال کاملاً سخت شده باشد و امکان ویبراسیون یا قالب‌گیری مجدد نباشد، درز باید حداقل ۱۲ تا ۲۴ ساعت باقی بماند، سپس سطح برش خورده و آماده‌سازی شده و به عنوان یک درز ساختمانی معمولی ترمیم شود.

ترمیم بعد از گیرش

در این مرحله، اگر درز سرد موجب ترک شده باشد، می‌توان از تزریق مواد پرکننده مانند گروت یا اپوکسی برای ترمیم آن استفاده کرد. همچنین برای تقویت سازه‌ای محل درز سرد، می‌توان میلگردهای انتظار اضافه کرد تا مقاومت و یکپارچگی افزایش یابد. علاوه بر آن بخش‌های موجود سازه مانند کف، دیوار یا میلگردهای موجود، به عنوان حمایت و عامل پیوند، می‌تواند اتصال بین بتن قدیمی و تازه را محکم‌تر و پایدارتر کند.