اکثر مواد با افزایش دما منبسط و با کاهش دما منقبص می‌شوند (ضریب انبساط حرارتی مثبت). رفتار بتن در مواجهه با تغییرات دما نیز به همین صورت است. ضریب انبساط حرارتی بتن کمیتی است که میزان تغییر ابعاد بتن هنگام تغییر دما را نمایش می‌دهد.
بزرگی یا کوچکی سازه‌های بتنی مانند پل، سد، بزرگراه یا ساختمان باعث جلوگیری از اثرات انبساط حرارتی نمی‌شود. به همین دلیل، سازه‌های بتنی همیشه با مقداری انقباض یا انبساط حرارتی همراه هستند. به دلیل محدود شدن سطوح عضوهای بتنی توسط دیگر عضوهای سازه، این المان‌ها معمولا در یک جهت تغییر طول می‌دهند.
منشا تغییر دمای بتن چیست؟
تغییر دما در بتن معمولا به دلیل شرایط محیطی یا واکنش هیدراتاسیون (واکنش آب و سیمان) رخ می‌دهد. البته، امکان افزایش دمای بتن به دلیل مواجهه با آتش نیز وجود دارد. تاثیر این عوامل بر روی بتن عبارت است از:
- عوامل محیطی: تغییر دمای تدریجی ناشی از تغییر فصل
- هیدارتاسیون: افزایش دمای موقتی بتن تازه به دلیل انجام واکنش هیدراتاسیون بین آب و سیمان
- آتش‌سوزی: افزایش دمای ناگهانی و موقتی ناشی از مواجهه سطح بتن با آتش
از بین موارد بالا، عوامل محیطی از اهمیت بالاتری برخوردار هستند. این عوامل، به دلیل تاثیر تدریجی و مداوم می‌توانند باعث تخریب بتن شوند.
ویژگی های حرارتی بتن کدام هستند؟
ضریب انبساط حرارتی تنها یکی از ویژگی‌های حرارتی بتن است. از دیگر ویژگی‌های حرارتی بتن می‌توان به ضریب انتقال حرارتی، ظرفیت گرمایی (ویژه) و ضریب نفوذ گرمایی اشاره کرد:
- ضریب انتقال حرارتی یا هدایت حرارتی: میزان انتقال حرارت بین دو سطح مجاور با دمای متفاوت را نمایش می‌دهد. ضریب هدایت حرارتی بتن به ترکیبات و درجه اشباع آن بستگی دارد. این ضریب برای بتن معمولی بین 0.58 تا 1.63 وات بر متر کلوین (متوسط 1.13 وات بر متر کلوین) است.
- ظرفیت گرمایی و گرمای ویژه: به میزان گرمای مورد نیاز برای تغییر یک درجه‌ای دمای ماده، ظرفیت گرمایی می‌گویند. گرمای ویژه، ظرفیت گرمایی تقسیم بر جرم ماده است. ظرفیت گرمایی ویژه اکثر بتن‌ها، در محدوده 1000 ژول بر کیلوگرم کلوین قرار دارند.
- ضریب نفوذ گرمایی: معیاری برای اندازه‌گیری نرخ انتقال حرارت از نقطه گرم به نقطه سرد است. این ضریب از تقسیم ضریب هدایت حرارتی بر ظرفیت گرمایی ویژه به دست می‌آید.
تمام این ویژگی‌ها در کنار یکدیگر، عملکرد بتن در برابر تغییرات دمایی و مقاومت آن در برابر آتش را تعیین می‌کنند.