Concrete Surface Cracking-4 (Cracks due to Drying Shrinkage and Thermal Stress)

 ကွန်ကရစ်မျက်နှာပြင် အက်ကွဲခြင်း-၄ (Cracks due to Drying Shrinkage and Thermal Stress)

ရှေ့ပိုစ့်တွေမှာ Cracking on Plastic concrete ကွန်ကရစ်နုစဥ် (အပြည့်အ၀ မမာခင်) မှာဖြစ်တတ်တဲ့ Crack တွေအကြောင်းဖော်ပြခဲ့ပါတယ်။ ယခု ကွန်ကရစ်မာပြီးမှ ဖြစ်တတ်တဲ့ Cracking on hardened concrete အကြောင်းဆက်လက်လေ့လာကြည့်ပါမည်။

Drying Shrinkage crack

ကွန်ကရစ်မာလာပြီးနောက် အစိုဓါတ်တဖြည်းဖြည်းနဲ့ လျော့နည်းသွားပြီး ကွန်ကရစ်ဟာ ပိုမိုခြောက်သွေ့လာပါတယ်။ ခြောက်သွေ့ခြင်းကြောင့်ဖြစ်လာတဲ့ ကွန်ကရစ်ကျုံ့ခြင်း Volume shrinkage ဟာ 1% ခန့်ရှိပါတယ်တဲ့။ ဒါပေမယ့် ကွန်ကရစ်ထဲမှာပါတဲ့ ကျောက် (Aggregate) ရဲ့ Internal restraint ကြောင့်ကွန်ကရစ်ကျုံ့၀င်ခြင်းကို 0.06% အထိလျော့ကျစေပါတယ်။ ခြောက်သွေ့နေတဲ့ ကွန်ကရစ်ဟာ လေထုစိုထိုင်းဆမြင့်လျင်၊ ရေစိုလျင် ပြန်လည်ပွလာနိုင်ပါတယ် (Volume expand)။ အဆိုပါ ကွန်ကရစ်ထုထည်ပွလာနိုင်တဲ့ပမာဏဟာလည်း ကျုံ့၀င်တဲ့ ပမာဏလောက်ရှိပါတယ်တဲ့။ ထိုသို့ အစိုဓါတ်အပြောင်းအလဲပေါ်မူတည်ပြီး ကွန်ကရစ် ကျုံ့ခြင်းပွခြင်းတွေဖြစ်နေပါမည်။ ကွန်ကရစ်ဟာထိန်းချုပ်ထားခြင်းမခံရဘဲ လွတ်လပ်စွာ ကျုံ့/ပွဖြစ်နေလျင် အက်ကွဲခြင်းမဖြစ်နိုင်ပါ။ လက်တွေ့မှာတော့ ကွန်ကရစ်ဟာ အောက်ခံ Formwork, subgrade, old existing structureတွေက ကွန်ကရစ်ကျုံ့၀င်မှုကို ထိန်းချုပ် (Restraint) ထားခြင်းကြောင့် Tensile stress တွေဖြစ်လာစေပါသည်။ ကွန်ကရစ်သားအတွင်းထဲမှာ ကျန်နေသေးတဲ့ အစိုဓါတ်နဲ့  ကွန်ကရစ်မျက်နှာပြင်အစိုဓါတ်ခြားနားခြင်းကလည်း ကျုံ့၀င်မှုမညီမျှခြင်း (Differential Shrinkage)ဖြစ်စေပြီး (ကွန်ကရစ်အပြင်မျက်နှာပြင်က မြန်မြန်ခြောက်သွေ့သွားပေမယ့် အတွင်းသားထဲမှာ အစိုဓါတ်ကျန်နေသေးတဲ့ အတွက် အပြင်ဘက်က ကျုံ့ပြီး အတွင်းဘက်က ကျုံ့၀င်ခြင်းမဖြစ်တာမျိုးကို Differential shrinkage လို့ဆိုလိုပါတယ်) Tensile stress တွေဖြစ်လာစေပါသည်။ အဆိုပါ stress တွေဟာ Concrete tensile strength ထက်ကျော်တာနဲ့ crack တွေဖြစ်လာနိုင်ပါသည်။ ကွန်ကရစ်မှာ ပါ၀င်တဲ့ Aggregate ရဲ့ အမျိုးအစားနဲ့ ပမာဏ၊ ဘိလပ်မြေအနှစ် (Cement paste) ပမာဏတွေဟာ Shrinkage ဖြစ်မှုကို အကျိုးသက်ရောက်စေပါသည်။ အကြမ်းအားဖြင့် ကျောက် (Aggregate)ပမာဏများလျင်၊ ကျောက်မာကျောမှုမြင့်လျင် Shrinkage နည်းစေပါသည်။ Cement paste (Cement+water) ပမာဏများလျင် Shrinkage ပိုဖြစ်စေပြီး Drying shrinkage crackတွေ ပိုမိုဖြစ်စေနိုင်ပါတယ်တဲ့။

Cracks due to Thermal Stress

ထုထည်ကြီးမားတဲ့  Concrete structure တွေဟာ အပူထွက်မှုများပါတယ်။ ကွန်ကရစ်က အပူစီးကူးမှုအားနည်းတဲ့ အတွက် ကွန်ကရစ်မျက်နှာပြင်က အပူရှိန်လျော့ကျပြီး အေးလာပေမယ့် အတွင်းထဲမှာ Heat of hydration ကြောင့် အပူရှိန်ဆက်လက်မြင့်မားနေတတ်တယ်။ ဒါကြောင့် Concrete structure တစ်ခုတည်းမှာတင် အပူရှိန်ခြားနားမှု ဖြစ်ပေါ်လာပြီး ထုထည်ကျုံ့ပွခြင်းမတူညီမှု (Differential Volume change) ဖြစ်စေပါသည်။ အကျိုးဆက်အနေနဲ့ Tensile stress တွေ ဖြစ်စေပြီး Crack တွေဖြစ်လာနိုင်ပါသည်။ အပူခြားနားမှုကြောင့် အက်ကွဲခြင်း (Thermally induced crack) တွေကိုလျော့နည်းစေဖို့ ကွန်ကရစ်အတွင်းသား အပူရှိန်ကျဆင်းအောင် Low heat cement သုံးတာမျိုး၊ ကွန်ကရစ်အပေါ်ယံမျက်နှာပြင် အပူရှိန် ရုတ်တရက်ကျဆင်းမှုမဖြစ်အောင်ကာကွယ်တာမျိုး၊  proper contraction joint ထည့်တာမျိုးတွေ လုပ်နိုင်ပါတယ်။

Poor Construction Practices ကြောင့်လည်း Crack ဖြစ်နိုင်တယ်

ကွန်ကရစ်ကို ပျော့ပျောင်းပြီး လောင်းရပိုမိုလွယ်ကူအောင် ရေ‌ရောတတ်ကြတယ်။ ရေရောလိုက်လျင် Concrete strength ကျနိုင်တယ်၊ Settlement ပိုဖြစ်နိုင်ပြီး ကျုံ့၀င်ခြင်း (Drying shrinkage) လည်း ပိုဖြစ်နိုင်ပါတယ်။ ရေ‌ရောလိုက်လို့ Strength ကျတာကို ကာမိအောင် ဘိလပ်မြေထပ်ထည့်တာမျိုးလုပ်ကြတယ်။ Cement များလေ အပူထွက်လေဆိုသလို Thermal crack တွေဖြစ်စေနိုင်တယ်။ ရေ၊ ဘိလပ်မြေထပ်ရောတော့ Cement paste ပမာဏပိုများလာပြန်လျင်လည်း ကွန်ကရစ်ကျုံ့၀င်မှု ပိုဖြစ်စေလို့ Shrinkage crack တွေဖြစ်စေနိုင်ပါတယ်။

 Curing သေချာမလုပ်တာ၊ သတ်မှတ်ရက်ပြည့်အောင် မလုပ်တာတွေဟာ Concrete strength တိုးတက်မှုကျဆင်းစေတဲ့အပြင် Concrete shrinkage ပိုမိုဖြစ်ပြီး  Crack တွေဖြစ်စေနိုင်ပါတယ်။ Formwork support (Shoring) တွေကြံ့ခိုင်မှုအားနည်းတာ၊ Vibrator သေချာမထိုးလို့ ကွန်ကရစ်ကျစ်လျစ်သိပ်သည်းမှု အားနည်းတာ တွေကြောင့် ကွန်ကရစ်နုစဥ်မှာ Support နိမ့်ကျမှုဖြစ်ပြီး Structural crack တွေဖြစ်စေနိုင်ပါသည်။ ကွန်ကရစ်လောင်းပြီးကာစ ဘေးပတ်၀န်းကျင်မှာ စက်ယန္တရားကြီးတွေ အလုပ်လုပ်လို့ Vibration များလွန်းလျင်လည်း နုသေးတဲ့ Concrete structure မှာ Crack တွေပေါ်လာနိုင်ပါတယ်။ အထက်ပါအချက်တွေကို သေချာ Control လုပ်ရင် Crack ဖြစ်တာလျော့နည်းသက်သာစေနိုင်ပါမည်။

(ဆက်ရန်)

ဆွေလှိုင်ဦး (မြို့ပြ ၂၀၀၄)

Concrete Surface Cracking-4 (Cracks due to Drying Shrinkage and Thermal Stress)

In previous posts, we discussed cracks that occur in plastic concrete (before full hardening). Now, let's examine cracks that form in hardened concrete.

 Drying Shrinkage Cracks

After concrete hardens, it gradually loses moisture and becomes drier. This drying causes volume shrinkage of about 1%. However, internal restraint from aggregates reduces this shrinkage to about 0.06%. Dry concrete can expand when exposed to high humidity or water (volume expansion), roughly matching its shrinkage capacity. These continuous cycles of shrinkage and expansion occur with moisture changes.

Concrete wouldn't crack if it could shrink and expand freely without restraint. In reality, formwork, subgrade, and existing structures restrict this movement, creating tensile stress. Differential shrinkage also occurs when the surface dries faster than the interior (where moisture remains), causing uneven shrinkage and additional stress. When these stresses exceed concrete's tensile strength, cracks form.

The type and amount of aggregate significantly affect shrinkage. Generally:

- More/harder aggregates = less shrinkage

- More cement paste (cement+water) = greater shrinkage and more drying cracks

Cracks from Thermal Stress

Massive concrete structures generate significant heat during curing. Since concrete conducts heat poorly, the surface cools while the interior retains heat from hydration. This temperature difference creates differential volume changes, leading to tensile stress and potential cracking (thermally induced cracks).

To minimize thermal cracks:

- Use low-heat cement

- Prevent rapid surface cooling

- Install proper contraction joints

 Cracks from Poor Construction Practices

Common problematic practices include:

1. Adding excess water for easier pouring:

   - Reduces strength

   - Increases settlement

   - Worsens drying shrinkage

   - Compensating with extra cement raises heat and shrinkage risks

2. Inadequate curing:

   - Weakens strength development

   - Increases shrinkage

   - Promotes cracking

3. Insufficient formwork support or vibration:

   - Causes settlement cracks

   - Reduces concrete density

   - May lead to structural cracks

4. Excessive nearby machinery vibration:

   - Can damage fresh concrete

   - Creates early-stage cracks

Proper control of these factors can significantly reduce cracking.