نگاهی به مبحث «درزها» در كفسازی

۱- پیش گفتار
عملكرد پوشش های بتنی تا حد زیادی به عملكرد رضایت بخش درزهای آنها بستگی دارد. طراحی محل درزها كه در واقع همراه با پیش بینی محل ترك خوردگی می باشد، نه تنها یك دانش كاربردی بلكه هنر ظریفی می باشد. دال های بتنی در معرض تغییر مكان های دائمی مختلف، از جمله تغییر مكان‌های ناشی از خشك شدن، انقباض و خزش می باشند. چنانچه در دال‌ها درزها به درستی تعبیه و طراحی نشوند نیروهای كششی ناشی از انقباض بتن باعث ترك خوردگی خواهد شد. مبحث ترك خوردگی در دال‌ها آنچنان مهم است كه بعضی از

معماران و مشتریان ترك های انقباضی را نشانة گسیختگی دال می پندارند. بتن نیز مانند سایر مصالج با تغییر حرارت و رطوبت انبساط و انقباض می یابد. این تغییرات حجمی می توانند باعث ایجاد ترك خوردگی شوند. پیش بینی محل ترك و تعبیة درز در آن نقطه، از تمركز تنش و ترك خوردگی جلوگیری خواهد نمود. این درزها در واقع نیروهای به وجود آمده ناشی از تغییرات حرارتی و رطوبتی را باز توزیع و محو می نمایند. عدم وجود و یا كم تعداد بودن درزهای كنترلی باعث ایجاد ترك های نامرئی و البته مخرب می گردد.

اگر قرار باشد این درزها كاركرد ویژة خود را حفظ نمایند باید به درستی محل یابی و اجرا شوند. چنانچه اجزای یك مخلوط بتنی به درستی و به نحو یكنواختی با هم مخلوط شوند، حجم آن پس از اختلاط دارای بیشترین مقدار است. پس از این مرحله و همراه با تبخیر آب به علت حرارت محیط و نیز به سطح آمدن آب شركت نكرده در واكنش، به علت پدیده مویینگی،

كاهش حجم بتن آغاز می شود. این كاهش حجم برای رسیدن بتن از حالت اشباع به حالت خشك تقریباً معادل ۶۶/۰ به ازای هر ۱۰۰ فوت می باشد. باید توجه داشت اغلب خود پدیدة انقباض علت اصلی ترك خوردگی نمی باشد بلكه علت اصلی آن، قیود انقباضی و شرایط مقید بودن بتن می باشد. وجود اختلاف ارتفاع در سطح بتن ریزی، جنس سطح بتن ریزی و وجود دیوار و یا دیگر موانع سازه‌ای همگی از عواملی هستند كه در تعریف میزان مقید سازی سطح دخالت دارند. به طور كلی هر قیدی كه باعث ایجاد تمركز تنش در حین انقباض بتن شود، محركی برای ایجاد ترك می باشد مگر آنكه با تعبیة درزهای مناسب از وقوع ترك خوردگی جلوگیری نمود.

۲- انقباض ناشی از خشك شدن
همان طور كه گفته شد، انقباض ناشی از خشك شدن یكی از عوامل مؤثر بر ترك خوردگی است. برای كاهش این انقباض می توان به موارد زیر توجه كرد:
• ۱- كاربرد نسبت آب به سیمان پایین تر
• ۲- كاربرد حداقل ذرات ریزدانه در مقایسه با ذرات درشت تر. این مقدار حداقل برای دستیابی به كاراریی مناسب و خصوصیات ماله خوری بتن تعیین می شود.
• ۳- انتخاب دانه های خوب دانه بندی شده و تمیز
• ۴- كاربرد افزودنی های كاهندة آب به منظور كاهش نسبت آب به سیمان
• ۵- كاربرد بتن با اسلامپ پایین
• ۶- تراكم مناسب بتن
• ۷- عمل آوری مناسب و پیوسته بتن بلافاصله پس از پرداخت سطح آن. این عمل ضمن آن كه حصول به مقاومت مورد نظر را تسریع می نماید، ترك های انقباضی را نیز كاهش می دهد.
۳- انواع درزها
۳-۱- درزهای انبساطی یا جداسازی
در واقع این درزها در یك محل مشخص تعبیه می شوند تا دال حین انبساط و یا حركت، به سازه های مجاورش صدمه نزند. هدف از كاربرد این درزها آن است كه امكان حركت آزادانه و مستقل قائم و افقی بین دال و سازه های مجاور بوجود آید. این سازه های مجاور می توانند دیوارها، ستون ها و پی ها و یا محل های بارگذاری باشند. حركت و درجة آزادی این المان های سازه ای نسبت به المان های مجاور برروی دال به علت متفاوت بودن شرایط تكیه گاهی متفاوت می باشد. لذا اگر دال به صورت صلب به ستون ها یا دیوارها متصل شود، ترك خوردگی محتمل خواهد بود. درزهای جداسازی ممكن است از نوع درزهای انبساطی باشند. به طور كلی این نوع درزها می توانند مربعی شكل یا دایروی نیز باشند. (مثلاً در اطراف ستون) مزیت شكل دایروی آن است كه در آن گوشه هایی كه محل تمركز تنش است، وجود ندارد. باید اذعان نمود كه امروزه طراحی های خوب و نگهداری مناسب درزهای ساخت و ساز (اجرایی)، نیاز به طراحی درزهای انبساطی را مگر در اطراف اجزاء ثابت ساختمان از بین برده است. حركت كف در طی زمان به تدریج درزهای انبساطی را می بندد و در نتیجه امر، ممكن است درزهای انقباضی مجاور باز شوند و درزگیرها و قفل و بست آنها دچار آسیب گردد.

عرض یك درز انبساطی به طور معمول ۷۵/۰ اینچ و یا بیشتر است. ابتدا در داخل درز به ارتفاع ۷۵/۰ تا ۱ اینچ مصالح پركننده ریخته می شود و بقیه آن با مصالح درزگیر پر می شود. میلگردهای dowel به كار رفته در درزهای انبساطی باید از یك طرف با یك غلاف (cap) مجهز شوند به نحوی كه در انتهای dowel فضای خالی ایجاد شود. این فضای خالی حركت dowel را حین انبساط دال جذب می‌نماید. ممكن است گاهی اوقات درزهای آزاد كنندة فشار (pressure relief joint) با درزهای انبساطی اشتباه شوند. این درزها كاركردی شبیه به درزهای انبساطی دارند و تنها فرق آنها این است كه آنها پس از ساخت اولیه كف و به منظور رها كردن فشار در مقابل سازه های دیگر و به منظور كاهش امكان بالقوه تخریب به وجود می آیند این درزها برای سازه های معمولی توصیه نمی شوند.

۳-۲- درزهای ساخت و ساز (اجرایی)
این نوع
رزها كه به درزهای سرد نیز معروفند(cold saint) برخلاف ۲ نوع درز دیگر به منظور تسهیل حركت بتن و اجازة تغییر مكان آن ساخته نمی شوند بلكه معمولاً در پایان شیفت كاری یا روزكاری بالاجبار ساخته می شوند. البته نوع این درزها ممكن است بعدها به درزهای انقباضی یا درزهای طولی تبدیل شود.
۳-۳- درزهای كنترلی (انقباضی)

تذكر: این درزها را “dummy joint” نیز می خوانند. این درزها محل ترك خوردگی ناشی از تغییر طول ابعاد دال بتنی را تنظیم می نماید به نحوی كه ترك ها به محل درزها منتقل می‌شوند. این درزها برای كنترل تركهایی است كه از تنش های كششی ـ خمشی به وجود آمده در بتن ناشی می‌شوند. این تنش ها خود ممكن است از عوامل مختلفی چون هیدراتاسیون سیمان، شرایط محیطی و بارهای عبوری استاتیكی و دینامیكی سرچشمه بگیرند. با توجه به آنكه تعداد این درزها زیاد است لذا اجرای آنها عملكرد بتن و كف پوش را به شدت تحت تأثیر قرار می دهد.

بند ۲-۲-۵ در آیین‌نامه ACI 224.3R تصریح می كند كه مرسوم است درزهای انقباضی در امتداد ردیف ستون ها اجرا شوند ولی به درزهای اضافی نیز نیاز می باشد. طراحی درزهای كنترلی كه درزهای انقباضی نیز خوانده می شود در دال های پوششی و در مكان هایی نظیر پلاژها، پاسیوها، سواره روها و پیاده روها و پاركینگ ها نیازمند توجه به چند موضوع اساسی است. از جمله این موارد انقباض ناشی از خشك شدن در حین عمل آوری اولیه، curling ناشی از اختلاف انقباض در بالا و پایین دال و تغییر مكان های حرارتی دال می باشند. به طور كاملاً تقریبی می توان گفت، بتنی با اسلامپ حدود ۸ سانتیمتر به ازای هر ۱۰۰ فوت طولی به اندازة ۶/۰ اینچ انقباض خواهد داشت. ویژگی درزهای كنترلی خوب طراحی شده آن است كه ترك ها را دقیقاً به محل درز منتقل كرده و نقطة دیگری برروی دال ترك نخواهد خورد.

به طور كلی ویژگی های یك درز كنترلی (انقباضی) مناسب عبارت است از:
• ۱- درزی كه به دال اجازة‌ دهد آزادانه منقبض شود.
• ۲- اختلاف تغییر مكان عمودی دو طرف درز را محدود نماید.
• ۳- توانایی انتقال برش از میان درز را داشته باشد.
• ۴- توانایی ساخته شدن مطابق نقشة طراحی شدة قبلی را داشته باشد.
• ۵- هزینة آن به صرفه بوده و اجرای آن نیاز به مهارت بالای كارگری نداشته باشد.
• ۶- اجازه دهد كه بتن ریزی به طور پیوسته انجام شود و زمان زیادی در حالت انتظار برای بتن ریزی پانل های نواری منفرد به هدر نرود.
۴- نكات مربوط به طراحی درزهای انقباضی و فواصل درزها
۱٫ ۱- بنا بر توصیة ACI (انجمن بتن آمریكا) و ACPA (انجمن پوشش های بتنی آمریكا) حداكثر فواصل درزها بین ۲۴ برابر تا ۳۶ برابر ضخامت دال می باشد. ACI تصریح می كنند این عدد برای بتن های با اسلامپ بالا (چنانچه حداكثر اندازة‌ دانه ها كمتر از ۲۰ میلیمتر (ً ۴/۳) باشد) ۲۴ برابر بوده ولی با كاهش اسلامپ بتن می توان فواصل درزها را تا ۳۶ برابر ضخامت دال افزایش داد.
۲٫ حداكثر فواصل درزها به عدد ۱۵ فوت محدود می شوند.
۳٫ پانل های تشكیل دهندة درزها باید حتی الامكان مربعی بوده و حداكثر نسبت طول به عرض آنها بنابر توصیة ACPA از ۲۵/۱ و بنابر توصیة ACI از ۵/۱ برابر، تجاوز نكند.
۴٫ بهتر است زاویة تقاطع درزها ْ۹۰ باشد. باید از طراحی درزها با زاویة تقاطع كمتر از ْ۶۰ جداً پرهیز نمود.

۵٫ عمق برش های زده شده در دا برای ایجاد درزهای انقباضی در جهت عرضی باید ۴/۱ ضخامت دال و در جهت طولی ۳/۱ ضخامت دال باشد. این عمق نباید كمتر از یك اینچ باشد.
۶٫ درزهای كم عرض‌تر اما با تعداد بیشتر نسبت به درزهای عریض‌تر اما با تعداد كمتر برتری دارند.
۷٫ در مورد پیاده روها فواصل این درزها معمولاً بین ۵ تا ۶ فوت می باشد. در مورد سواره روها، پاسیوها، پاركینگ ها به ۱۵ فوت افزایش می یابد.
۸٫ زمانی كه از بتن مسلح در كف های پوششی استفاده می شود. لازم است فقط نیمی از المان های تسلیح از محل درزها عبور نمایند. (این امر به ایجاد یك صفحة ضعیف در محل یاد شده و تبدیل آن به درز كمك می كند)

۵- تعیین فواصل درزها بر مبنای توصیه fhwa (انجمن بزرگ راههای آمریكا)
۵-۱- عوامل مؤثر بر تعیین درزها (مطابق نظر fhwa)
تعیین فواصل درزها به عوامل بسیاری بستگی دارد كه می توان به موارد زیر اشاره كرد.
• هزینه های اولیه
• نوع دال (مسلح یا غیرمسلح)
• مكانیسم انتقال بار
• شرایط محلی
هر طراحی باید موارد زیر را در نظر داشته باشد.
• ۱- اثرات حركات طولی دال بر مادة درزگیر و عملكرد ابزار انتقال بار
• ۲- حداكثر طولی از دال كه در آن ترك های انقباضی ایجاد نمی شود.
• ۳- میزان ترك خوردگی كه در یك پوشش بتنی مسلح قابل تحمل است. میزان تغییر طول دال در وهلة ‌اول تابع فاصلة‌ بین درزها و تغیرات حرارتی است.
۵-۲- طراحی فاصله درز مطابق توصیه fhwa
خواص انبساطی دانه های به كار رفته در بتن و اصطكاك بستر و دال بر تغییر طول دال مؤثرند تغیر طول دال را می توان با فرمول زیر تقریب زد.
تغییر طول مورد نیاز (اینچ)
ضریب اصطكاك بستر (۵۶/۰ برای بسترهای تثبیت شده و ۸/۰ برای بسترهای دانه ای)
طول دال (اینچ) ضریب انبساط حرارتی (جدول ۲)
حداكثر نوسان حرارتی (معمولاً از كم كردن دمای بتن در زمان بتن ریزی از درجة حرارت متوسط روزانة محل در ماه ژانویه (دی‌ماه) بدست می آید.)
ضریب انقباض بتن (جدول ۱)
در پروژه های مرمت و بازسازی به علت حذف پدیدة انقباض این ضریب حذف می شود.

جدول ۱ ـ ضرایب انقباض بتن
مقادیر ضریب انقباض
مقاومت غیرمستقیم (psi) ضریب انقباض
(یا كمتر) ۳۰۰ ,/tr> 0.0008
400 0.0006
500 0.00045
600 0.00030
700 0.00020

جدول ۲ـ ضرایب انبساط حرارتی
(۱۰-۶/ ْF) ضرایب انبساط حرارتی برای سنگدانه
كوارتز ۶٫۶
ماسه سنگ ۶٫۵
شن ۶
گرانیت ۵٫۳
بازالت ۴٫۸
سنگ آهك ۳٫۸

اگرچه برای فواصل بین درزها مقدار حداكثر ۱۵ فوت توصیه می شود ولی عوامل دیگری چون شرایط آب و هوایی و سختی بستر و ضخامت پوشش براین مقدار حداكثر فاصله كه فراتر از آن باعث ایجاد ترك خوردگی در بتن می شود، تأثیر دارند. رابطه ای منطقی بین نسبت طول دال (L) به شعاع سختی نسبی و ترك خوردگی وجود دارد. شعاع سختی نسبی كمیتی است كه توسط وسترگارد برای یافتن ارتباط بین سختی فونداسیون و سختی خمشی دال ارائه گردید:
(in) = شعاع سختی نسبی
E = مدول الاستیستة‌ بتن
h = ضخامت كف
= ضریب پوآسون كف پوش
k = ضریب عكس العمل خاك
با افزایش نسبت از ۵ ترك های عرضی به شدت افزایش خواهد یافت لذا با محدود كردن به مقدار حداكثر فاصله درزها به دست می آید. این فاصله با افزایش ضخامت افزایش می یابد ولی با سخت تر شدن شرایط تكیه گاهی كاهش می یابد.
۶- خواص ماده درزگیر
۶-۱- توصیه ACI
مبحث ۵-۲-۴-۴ از ACI 302.1R در مورد درزگیری تصریح می كند كه درزگیری برای تأمین اهداف زیر انجام می شود:
• ۱- مانع نفوذ آب به داخل بتن شود. این آب در فصول سرد یخ بسته و مشكلاتی پدید می آورد. همچنین باعث خوردگی فولاد می شود.
• ۲- بهبود عملكرد درز
• ۳- تسریع و تسهیل در تمیز كردن درز
ACI 302.1R توصیه می كنند كه درزها در كف پوش های صنعتی كه در معرض ترافیك چرخ های سنگین قرار دارند با مصالحی نظیر اپوكسی پر شوند. این مصالح باید تكیه گاه مناسبی برای درز بوده و در مقابل سایش مقاومت خوبی داشته باشند. لازم است مصالح پركننده دارای سختی حداقل shore A 50 داشته باشند و كشش طولی آنها حداقل ۶% باشد. پركردن درزها بین ۳ تا ۶ ماه پس از ساخت درز انجام می شود. درزهای الاستیك پیش ساخته (performed elastic) در مواقعی به كار می روند كه درز در معرض ترافیك چرخ های سخت و كوچك قرار نداشته باشد.
۶-۲- شكل درز و خواص درزگیر بنا به توصیه FHWA
§ ۱- هدف از كاربرد درزگیر جلوگیری از نفوذ آب و مصالح غیرقابل تراكم به داخل درز می باشد. اگر چه نتوان ورود آب را به طور كامل از بین برد، لاكم لازم است مقدار آن به حداقل برسد. نفوذ آب باعث تخریب درز می گردد. مصالح غیرقابل تراكم نیز از نزدیك شدن لبة درزها در حین انبساط دال جلوگیری كرده و به تخریب درز می انجامد.
§۲- خواص مادة درزگیر، تأثیر بسزائی بر عملكرد درز خواهد شد. مواد درزگیر درجة بالا نظیر سیلیكون و درزگیرهای فشاری پیش ساخته برای درزگیری همة انواع درزها توصیه می شوند. از آنجا كه این مصالح گرانتر هستند، طول عمر مفید بیشتری دارند.
§۳- در مواردی كه از سیلیكون به عنوان درزگیر استفاده می شود. یك ضریب شكل ۱:۲ توصیه می شود. حداكثر ضریب شكل نباید از نسبت ۱:۱ تجاوز نماید. برای نتایج بهتر، عرض حداقل درزگیر باید ً۴/۱ تا ۳۷۵/۰ اینچ پایین تر از سطح پوشش نهایی باشد به نحوی كه سطح درز در معرض سایش ترافیك عبوری قرار نگیرد. لازم است در زیر ماده درزگیر و در كف درز از یك میلة تكیه گاهی استفاده شود تا ضریب شكل مناسب برای درزگیر حاصل گردد و در عین حال مادة درزگیر به كف درز نچسبد. این میله می تواند از جنس فوم پلی اورتان و دارای قطر تقریبی ۲۵ درصد بزرگتر از عرض درز باشد.
§۴- وقتی از درزگیرهای فشاری پیش ساخته استفاده می شود، درز را باید به نحوی طراحی نمود كه درزگیر همیشه دارای كرنشی معادل ۲۰تا ۵۰ درصد باشد. سطح این مادة درزگیر لازم است ۱۲۵/۰ اینچ تا ۳۷۵/۰ اینچ پایین تر از سطح روكش نهایی باشد تا از ترافیك عبوری در امان باشد.
۷- طراحی عرض درز بر مبنای توصیه SPEC
7-1- طراحی درزهای حركتی در دال ها
§ ۱- ضریب جذب (تغییر طول) : میزان حركتی است كه مادة درزگیر الاستومریك بدون آسیب زدن به مادة پوش دهنده تحمل می كند و معمولاً بر حسب درصدی از عرض درز و یا یك كسر بیان می شود.