خرابیهای بتن

 

بتن سالهاست که به عنوان مصالح پایا و بادوام ، ارزان و مقاوم(در حد قابل قبول) به عنوان مصالح سازه ای،ملات،کف سازی،و پرکننده در ساختمانها و ابنیه مختلف به کار گرفته شده است. ولی متاسفانه اگر به طور مناسب، تهیه و عمل آوری نشود در محیط های گرم و خورنده طول عمر مفید آن به طور محسوسی کاهش می یابد. قبل از وارد شدن به مشکلات بتن ریزی در هوای گرم مکانیزم های خرابی بتن را به طور کلی  مورد بحث قرار می دهیم.

خرابیهای بتن به طور کلی یا به صورت شیمیائی و یا به صورت فیزیکی می باشند. در ضمن خرابی خطاهای اجرائی را نیز باید به این مجموعه اضافه کرد که عمدتا نقش تسریع در کاهش پایائی خواهند داشت. خلاصه انواع خرابی بتن در زیر ارائه شده است :

                      

    1)شیمیائی:

 

_   حمله سولفات ها

_       حمله کلرورها و خوردگی فولاد

_       کربناتی شدن

_       واکنش قلیاوی سنگدانه ها

 

     2)فیزیکی:

 

_       یخ زدگی و ذوب متوالی

_       فرسایش و سایش

_       خلائ زایی

_       نفوذ نمک ها در بتن

_       حریق

_      ضربه

 _     شرایط محیطی

_       حمله باکتریها

 

3)      خطاهای اجرائی:

 

_       دانه بندی یکنواخت و نامناسب

_       خاک دار بودن شن و ماسه

_       انبار کردن نامناسب مصالح بتن (شن و ماسه،سیمان،آبّ،مواد افزودنی)

_       به کار گیری نوع و مقدار نامناسبسیمان

_       تراکم نامناسب

_       عمل آوری نامناسب

_       به کار گیری آب بیش از حد مورد نیاز در مخلوط بتن

ساختار تخلخل موئینه : 

 

سطح داخلی ذرات سیمان سخت شده در بتن تا حدود زیادی تعیین کننده میزان یا شدت تداخل متقابل بتن با آب و هوای میکرونی محیط اطرافش می باشد 

 

فـرآیند مخرب : 

فعالیت مخربی در سطوح بین حدفاصل آب و هوای میکرونی محیط و بتن شروع می شود و به طرف عمق و توده بتن 

(جسم بتن) از طریق خلل و فرجهای موئینه منتشر شده و پیشروی می کند. مساحت سطح داخلی خمیر سیمان سخت شده چندین برابر مساحت سطح خارجی ساختار بتن است. 

این مطلب بیانگر میل بیشتر به آسیب دیدگی (شدت بیشتر آسیب دیدگی) حتی در زمانی است که لایه مواد عملاً درگیر در تداخل شیمیایی بسیار نازک باشد که در مقایسه با نسبت سرعت نفوذ مواد آسیب رسان (مضر) به واکنش آنها سنجیده می شود. درجه تخریب ناشی از شکل های مختلف آسیب دیدگی اساساً با صور (Features) آسیب دیده ساختار بتن و بخصوص بوسیله ساختمان ظریف سیمان سخت شده تعیین یا تعریف می شود. 

از آنجائیکه آسیب دیدگی در سطح تماس خمیر سیمان وفلز، بوجود می آید بنابراین نفوذپذیری بتن تعیین کننده میزان خرابی آن می باشد. نفوذپذیری بتن تابعی از ساختار آن است و بنابراین داشتن درک مناسب از تمامیت ساختار بتن و پارامترهایی که آن را تعریف می کند، رابطه آن با تکنولوژی و بالاخره رابطه بین نفوذپذیری، دوام، ساختار بتن و ایستایی بتن در مقابل عوامل آسیب رسان (مضر) با اهمیت می باشند. 

 

رابطه بین نفوذپذیری و دوام بتن 

ساختار متخلخل بتن قابلیت ایستادگی آن را در مقابل عبور سیالات یا گازها، تحت گرادیانهای مختلف تعیین می کند، یک سیال می تواند تا عمق کامل بتن تحت یک گرادیان بوجود آمده بطور مثال دیواره بتنی سازه آبی از جمله سد، مخزن آب و فاضلاب و غیره حرکت کند. 

 

مواد مضر 

(ترکیبات) در محیط گازی یا مایع می توانند به درون بتن بواسطه وجود فشار و غلظت، نفوذ کنند، انتقال از طـریق نفـوذ (انتـشار) بـا پدیده تماس (Connection ) می تواند تشدید شود. گازها و مایعات می توانند همچنین دراثر بوجود آمدن یک گرادیان حرارتی که بین دو سطح مخالف یک عضو بتنی در یک سازه با گرادیان رطوبتی پدیدار شده در جای جای بتن (که دارای یک جسم متخلخل و لوله های موئینه است)، حرکت کنند. گرادیانهای رطوبتی و حرارتی، انتقال آب (بصورت بخار یا مایع) را به درون بتن تعیین می کنند و در نتیجه تنظیم کننده میزان رطوبت در اعضاء سازة بتنی هستند. مایعات ضمن حرکت، مواد محلول در خود را نیز به همراه خود به میان بتن منتقل می سازند. 

 

نفوذپذیری چیست؟ 

سرعت انتقال مواد از میان بتن بستگی به ساختار آن دارد

. برای مشخص کردن نفوذپذیری یک ساختار، باید ضریب نفوذپذیری آن تأیین گردد که عبارت است از میزان جریان مایع یا گاز عبوری (معمولاَ بر حسب لیتر) در واحد زمان از میان واحد سطح مقطع، تحت یک گرادیان هیدرولیکی واحد (نسبت هد، یک متر آب، به مسیر عبور، واحد ضخامت بتن بر حسب متر) که معمولاً بطور کمی نفوذپذیری بتن با ضریب نشت مایع (سیال) مشخص می شود که با عوامل نفوذ گاز یا آب با یک شاخص قراردادی تعیین شده و محاسبه می گردد. 

 

ضریب نفوذپذیری با واحد ذیل بیان می شود 

 

سانتیمتر مربع 

نفوذپذیری بتن : سانتیمتر مکعب × سانتیمتر (یا) سانتیمتر مکعب × سانتیمتر × ثانیه ×‌ سانتیمتر سانتیمتر مربع × ثانیه × 1 اتمسفر (Concrete Permeability) : 

نفوذپذیری بتن یکی از خواص مهم بتن در رابطه با دوام آن است، که این خاصیت، تسهیلاتی را فراهم می کند که آب یا سیالات دیگر بتوانند از میان بتن جریان پیدا کرده و مواد مضر و آسیب رسان را با خود به درون بتن حمل نمایند، به طور مثال : 

 

حمله سولفاتها : 

عبارت است از حرکت یونهای سولفات 

SO3+ به داخل بتن و ترکیب آنها با آلومیناتها و در نتیجه تورم و ترکیدگی بتن در جایی که واکنش های شیمیایی مضر اتفاق می افتد. 

 

کوکاکا 

( Webster) , ( Kukacka ) بیان می کنند که گازهای خشک برای اجزاء ساختمان مضر نمی باشند، ولی همراه با رطوبت به داخل خمیر سیمان نفوذ کرده باعث خرابی بتن می شوند. هرچند SO2 (Sulfur Dioxide) خشک برای بتن مضر نمی باشد، ولی به هر حال یک واحد حجم آب، 45 واحد حجم گاز را حل می کند که محلول اسید سولفوریک حاصل باعث خرابی بتن می شود . در تـأسیسات صنعتـی، در جائیـکه سولفـور دی اکسیـد از دوده آزاد شده و با رطوبت اتمسفر ترکیب می شود، باعث تولید اسید سولفیدریک 

 

Caco3 + H2SO4 + H2O Caso4 + 2H2O + CO2 

(H2SO3) شده که به تدریج با وجود اکسیژن، اسید سولفوریک تولید می شود، و باعث ایجاد باران های اسیدی می شود که برای بتن و فولاد مضر می باشد. این واکنشها، عامل اصلی کاهش وزن مخصوص، مقاومت و دوام بتن می شوند. که با اجزاء آلومیناتی سیمان ترکیب شده تولید اترینگایت ( Itrringite ) می نماید که به آلومینات – سولفو، کلسیم معروف است. اتـرینگایت در محلول کلـرور حل شده و در زمان شستشوی سطح بتن از روی آن پاک می شود و به دلیل تخلخل زیاد خلل و فـرجهای موئینـه موجود در بتن سخت شده بخاطر نسبت آب به سیمان بالا W/C در زمان ساخت بتن و اثر حمله سولفاتها باعث خرابی بتن می گردد. همچنین می تواند در اثر سفیدک زدن (Leaching) مداوم، سولفات کلسیم و گچ بوجود آید. مکانیزم فیزیکی داشته که در اثر از دست دادن رطوبت در منافذ موئینه، نمکها غلیظ و کریستاله گردند، که همانند مکانیزم عمل انجماد و ذوب شدن مکانیزم فیزیکی آن سبب ترک خوردگی می شود. واکنش شیمیایی سولفات ها با هیدرواکسید کلسیم آزاد 2(OH)Ca، محصول هیدراسیون ترکیب شده ساختار منافذ بتن را تخریب می نماید. واکنش یـون سولفـات با فـاز C3A سیمان تولیـد اترینگایت حجیم می نماید و سبب ترک خوردگی می شود. 

 

مقاومت در مقابل یخ زدگی : 

نفوذ آب به داخل خلل و فرج موئینه، باعث ایجاد تنش در اثر تشکیل کریستالهای یخ زدگی می شود. 

 

حمله قلیایی ها با مصالح سنگی : 

حرکت یونهای قلیایی و واکنش با مصالح سنگی در حضور آب منجر به ایجاد ژل متورم می شود. 

 

ایستادگی در مقابل آتش سوزی : 

بیرون زدن بخار آب ژلی 

(فرار بخار آب) از لایه های گرم شده بالای 105OC باعث قلوه کن شدن بتن و تخریب پوشش روی آرماتورها می شود. 

 

خوردگی آرماتورهای فولادی : 

نفوذ یون های کلر به سطح فولاد و باعث ایجاد خوردگی و ترک خوردگی بتن می شود

. یون کلر با آلومینات ترکیب شده تولید کلرور آلومینوم می نماید که مقدار آنرا برای ترکیب شدن با گچ یا سولفات ها کاهش می دهد، در واقع کمک به کاهش ترکیبات سولفاته می شود. 

 

واکنش شیمیایی : 

ترکیب مواد شیمیایی با هیدرواکسید کلسیم 

2(OH)Caو سیلیکات کلسیم CSH در مجاورت رطوبت تولید ژل متورم می نماید که سبب ترک خوردگی پوشش بتنی می گردد. 

 

ساختمان خلل و فرج : 

از آنجائیکه جریان سیالات از طریق سیستم خلل و فرج موئینه صورت می گیرد، بررسی آزمایش ساختار خلل و فرج داخل بتن ضروری است

 

Pore Classification Powers

خلل و فرجهای درون بتن معمولی (Normal Weight Concrete) بخشی از خمیر سیمان را تشکیل می دهند و به لحاظ اندازه حجمی دارای ابعاد بزرگی هستند.

 

Pore Size Classification for Cement Paste

دسته بندی خلل و فرج خمیر سیمان 

 

در دسته بندی کلاسیک، پیش بینی شده است توسط Power, Brown yard، خلل و فرج ها به دو دسته زیر تقسیم می شوند : 

 

خلل و فرج های ژلی 

(Gel Pores) 

: که به همراه تشکیل محصولات هیدراسیون (ژل سیمان) تشکیل می شوند که خلل و فرج ساختاری محسوب می شوند، در حالیکه خلل و فرج لوله های موئینه Capillary Pores به عنوان فضاهائی است که با پر شدن آب بوجود آمده و باقی می مانند. 

 

خلل و فرج میکرونی 

(Micro Pores) :