عوامل موثر بر دوام و پایایی بتن Factors affecting the durability of concrete

عوامل موثر بر دوام و پایایی بتن
Factors affecting the durability of concrete

طبق تعریف کمیته ۲۰۱ انستیتوی بتن آمریکا(ACI) ، دوام بتن ساخته شده با سیمان پرتلند به میزان مقاومت آن در برابر عوامل هوازدگی، حمله شیمیایی، سایش یا هر فرآیندی که موجب آسیبدیدگی شود، گفته میشود. بنابراین بتن بادوام، بتنی است که شکل اولیه، کیفیت و قابلیت سروریسدهی خود را در شرایط محیطیاش حفظ نماید.

این مقاله به بررسی مهمترین عوامل کاهش دوام بتن میپردازد.
.1  کربناته شدن بتن
کربناته شدن بتن زمانی اتفاق میافتد که دی اکسید کربن از طریق ریزترکها و منافذ به بتن نفوذ میکند، با
هیدروکسیدهایی مانند هیدروکسید کلیسم واکنش نشان میدهد و کربنات کلسیم ایجاد میکند. در چنین
شرایطی PH از 13 به 8 کاهش پیدا کرده و این موضوع میلگردهای فولادی تعبیه شده در بتن مسلح را در معرض خوردگی قرار میدهد.

با افزایش حجم میلگرد در اثر زنگزدگی بتن دچار ترکخوردگی میشود. این ترکها سبب نفوذ بیشتر رطوبت و CO2 به داخل بتن میشوند و عملیات تخریب بتن تسریع میشود. بنابراین، چرخهای معیوب رخ میدهد که در نهایت بتن را شکننده کرده و منجر به جداشدگی لایهها و پوستهپوسته شدن بتن میشود. اگر به موقع به این مشکل رسیدگی نشود، میلگردها شروع به از دست دادن سطح مقطع و در نتیجه مقاومت خود خواهند کرد. متاسفانه امروزه، اکثر سازهها با این مشکل مواجه هستند و ساختمانهایی که قرار بود عمری 100 ساله داشته باشند، گاهی اوقات تنها پس از 10 سال نیاز به تعمیرات اساسی پیدا کردهاند.

2  خوردگی ناشی از یونهای کلریدی

 

یکی از مهمترین عوامل زنگزدگی و خوردگی آرماتور در بتن، وجود یون کلرید در آن است که ممکن است از مصالح آلوده یا مواد افزونی آغشته به کلر یا در اثر نفوذ منابع خارجی مثل محیط دریا وارد بتن گردد. یونهای کلرید تنها درآب وجود دارند از این رو نفوذ کلرید مشروط به حضور آب در سیستم منفذی بتن میباشد.

 

معمولًا خاصیت قلیایی بالای سیمان پرتلند ( PH در حدود )۱۳ منجر به ایجاد لایه محافظ نازک از اکسید فریک Fe₂O₃ بر روی سطح فولاد میگردد و این اکسید فریک از سطح فولاد درمقابل خوردگی بیشتر محافظت مینماید. اگرچه خوردگی کلًا متوقف نمی گردد، ولی آهنگ آن بسیار ناچیز بوده و درحد قابل قبول میباشد. تا زمانیکه این لایه روئین کننده فولاد بر روی سطح آن باقی بماند، بتن محیطی ایدهآل برای حفاظت فولاد در مقابل خوردگی میباشد. ترکیباتی چون دی اکسیدکربن و یون کلر می توانند باعث تخریب و از بین رفتن این قشر محافظ گردند و میلگردها را در مقابل عوامل تخریبی بدون محافظ بگذارند.

 

یکی از روشهای بررسی میزان مقاومت نمونهبتنی در برابر نفوذ یون کلر، آزمایش نفوذ تسریعشده یون کلر )RCPT( میباشد.

.3 حملات یونهای سولفات

حمله سولفاتها در بتن یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار در کاهش دوام بتن است. (به طور کلی حملهی سولفات- ها در بتن عبارت است از حرکت یونهای سولفات به داخل بتن و ترکیب آن ها با آلومیناتها و در نتیجه تورم و ترکیدگی بتن در جایی که واکنش های شیمیایی مضر اتفاق میافتد.)

خرابی سولفاتی یکی از جدی ترین مشکلاتی است که عمر سرویسدهی سازههای بتنی را کاهش میدهد. نمکهای سولفات موجود در خاک، آبهای زیر زمینی و آب دریا با فازهای مختلف خمیر سیمان هیدراته شده نظیر

هیدرات مونو سولفات و هیدروکسید کلسیم واکنش داده و بلورهای سوزنی شکل اترینگایت و سولفات کلسیم (گچ) تولید می کنند.

حجم این بلورها از حجم مواد اولیه تشکیل دهنده بیشتر می باشد و این موضوع سبب ایجاد فشار در حفره های بتن و در نتیجه بروز ترک هایی در آن می شود. رفته رفته این ترک ها گسترش یافته و کاهش مقاومت را در بتن سبب می شود.

.4  تخریب ناشی از مجاورت بتن با آب دریا

آب دریا حاوی مقادیر بالایی از یون کلر و سولفات میباشد. حضور این دو یون مخرب در کنار هم سبب هم افزایی شده و فرآیند تخریب بتن آرمه را تسریع مینماید.

.5  چرخه ذوب و یخ متوالی

این پدیده زمانی اتفاق میافتد که بتن در حالت اشباع بوده و کاهش دما منجر به انجماد مولکولهای H₂O میشود. با توجه به اینکه حجم آب یخزده حدودا 9 درصد بیشتر از حجم آب در حالت مایع میباشد، یخزدن آب سبب ایجاد تنش در سازه و ترک خوردن سازه بتنی میشود. ایجاد ترک در سازه موجب نفوذ بیشتر آب و یخزدن مجدد آن، اینبار در حجم بیشتر میشود و تکرار مداوم این سیکل ذوب و یخ در بتن باعث میشود که ترکهای ریز به مرور بزرگتر شده و المان بتنی بهطور کلی آسیب ببیند.

6  واکنش قلیایی سنگدانه

در نتیجهی واکنش سنگدانههای بتن با هیدروکسیدهای قلیایی موجود در بتن، ژل جاذب رطوبت تولید می- شود که این ژل میتواند در مجاورت هوای مرطوب، آب را جذب کرده و باعث ایجاد انبساط و ترک خوردن در دراز مدت شود.

 

.7 سایش در بتن

سایش به معنای از دست دادن تدریجی جرم بتن در اثر تخریب مکانیکی میباشد. این نوع تخریب معمولًا در اثر عواملی مانند اصطکاک، ضربه، خرد شدن، حمل وسایل نقلیه، تردد عابر پیاده و ... اتفاق میافتد.