از اصلی ترین دلایل جمع شدگی بتن می توان به تهاجم سولفات و خوردگی آرماتور در بتن، اشاره کرد. این عوامل در مناطقی مانند خلیج فارس که عناصر مخربی همچون سولفات ها و کلرید ها در آن وجود دارد، به مراتب بیشتر خواهد بود.
لازم به ذکر است که شرایط اقلیمی گوناگون نظیر رطوبت و گرما نیز از دیگر دلایل افزایش آسیب پذیری و تخریب سازه ها بوده، چرا که گرما موجب بالا رفتن میزان واکنش های شیمیایی شده و از سوی دیگر رطوبت به منظور ایجاد واکنش های تخریبی، موثر می باشد.
در ادامه به بررسی دلایل جمع شدگی بتن می پردازیم.
با ما همراه باشید…
خوردگی آرماتور ها
عوامل گوناگونی سبب خوردگی آرماتور ها می شوند که به شرح زیر می باشند:
در حالت کلی بتن شرایط بسیار مناسبی جهت حفاظت از آرماتور ها به وجود می آورد. قلیائیت بالای بتن که تقریبا PH آن 13 تا 14 بوده، سبب انفعالی شدن فولاد در بتن می گردد. این لایه محافظ درواقع یک قشر میکروسکوپی است که بر روی سطح فولاد اجرا می شود. البته لایه محافظ تنها در PH بالا پایدار بوده و در دسته اکمسید قرار دارد. دلیل قلیائی بودن بتن نیز به سبب وجود هیدروکسید کلسیم بوده که در اثر هیدراتاسیون سیمان، است.
همانطور که پیش تر نیز به آن اشاره شد، پوشش بتن روی آرماتور ها به خوبی از فولاد میان بتن محافظت کرده و همانند یک مانع فیزیکی عمل می کند. توجه داشته باشید که این مانع باعث جلوگیری از نفوذ عوامل مخرب تولید کلراید ها و دی اکسید کربن می شود. به طور معمول تاثیرات پوشش بتن به صورت یک تابع ضخامت، محافظ، مانع و پوشش با کیفیت برای هرچه بیشتر بالا رفتن مقاومت فولاد در برابر عناصر مختلف نقش آفرینی خواهد کرد.
درواقع خوردگی فولاد (آرماتور) در بتن، یک فرآیند الکتروشیمیایی محسوب می شود که الکترون ها و یون ها مابین 2 بخش مختلف سطح فولاد که از لحاظ پتانسیل الکتروشیمیایی تفاوت دارند، حرکت می کنند. توجه داشته باشید که این دو قسمت کاتد (Cathode) و آند (Anode) را تشکیل داده و به این ترتیب واکنش های الکتروشیمیایی در پروسه خوردگی به 2 قسمت کاتدی و آندی دسته بندی می گردند. به این صورت که در کاتد، احیای الکتروشیمیایی به وجود آمده و در آند، اکسید شدن الکتروشیمیایی انجام می گیرد.
لازم به ذکر است که فلز در قسمت آند به یون های فروز تجزیه شده و در نتیجه این عمل الکترون ها آزاد می شوند. همچنین برای برقراری تعادل میان بار های الکتریکی از الکترون ها در بخش کاتد استفاده شده و از ترکیب با اکسیژن و آب، یون های هیدروکسل را تشکیل می دهند.
هیدروکسید فروز نیز از ترکیب یون های هیدروکسل و یون های فروز به وجود می آید که یک نوع زنگ سفید رنگ می باشد. سپس این محصول اکسیده شده و به شکل هیدروکسید فریک قرمز مایل به قهوه ای در خواهد آمد. درواقع همان رنگی که در زمان خوردگی قابل مشاهده است. به این نکته توجه داشته باشید که میزان قدرت انبساط و تخریب اجزای خوردگی کاملا به نوع محصول بستگی دارد. به عنوان مثال: قدرت تخریبی Fe (OH) 3 از Fe (OH) 2به مراتب بیشتر می باشد.
کربناته شدن بتن
از اصلی ترین عوامل تخریب لایه محافظ آرماتور ها یا میلگرد ها، می توان به کربناته شده بتن اشاره کرد.
به طور معمول هوا دارای 3 درصد CO2 یا همان گاز دی اکسید کربن است. اگر CO2 به درون بتن نفوذ کند، هیدروکسید موجود در بتن با CO2 واکنش شیمیایی ایجاد کرده و سبب تشکیل کربنات کلسیم می شود که این فرآیند نیز کاهش PH بتن و تخریب لایه محافظ و انفعالی فولاد را به همراه دارد. تمامی هیدروکسید ها باید به کربنات تبدیل شوند، زیرا CO2 تنها توانایی عبور از بتن کربناته را داشته و سپس CO2 به حرکت خود ادامه می دهد و در نهایت به محل بتن غیر کربناته خواهد رسید.
همانطور که فرآیند کربناسیون ادامه می یابد، همه ی هیدروکسید کلسیم ترکیب می شود. بدین ترتیب _ S _ H C در حضور هیدروکسید کلسیم آزاد شده تا به مصرف برسد. در انتها فقط سیلیس هیدراته در بتن باقی خواهد ماند. چرا که C _ S _ H در زمان هیدروکسید کلسیم ثابت بوده و هنگام نبود آن پایداری نداشته و تجزیه می گردد. به علت فرآیند کربناسیون تمامی اعضای هیدراتاسیون هم تجزیه شده و در نتیجه تنها یک شبکه سلیس، آلومین و اکسید آهن به همرا کربنات کلسیم تشکیل می شود. شایان ذکر است که این شبکه مقاومت و استحکام قابل قبولی داشته و در مقایسه با بتن اولیه از نفوذ پذیری بسیار کمتری برخردار می باشد.
این مهم را به یاد داشته باشید که در هر صورت کربناسیون از لحاظ خوردگی زیان آور بوده و باعث خوردگی یکنواخت آرماتور ها می شود.
این مطلب برای شما مفید است: بررسی علل ترک خوردگی بتن در سقف پیش تنیده
یون های کلرید
از دیگر عوامل مخربی که سبب خوردگی آرماتور ها می شوند، یون های کلرید بوده که توسط آلودگی محیط و یا مصالحی همچون سنگدانه ها به درون بتن نفوذ می کنند. معمولا در بخش هایی از سطح فولاد که کلرید حمله می کند، خوردگی به شکل حفره ای ایجاد شده که این قسمت ها آند (Anode) بوده و باقی سطح فولاد در نقش کاتد (Cathode) می باشد. البته تمامی یون های کلرید به شکل آزاد در منافذ بتن وجود نداشته و تنها بخشی از یون ها با اجزای هیدروتاسیون سیمان پیوند شیمیایی و فیزیکی برقرار خواهند کرد.
C3A از مهم ترین محصولاتی بوده که دارای قابلیت پیوند با یون های کلرید است. به واسطه ی ترکیب C3A و یون های کلرید، نمک فریدل به وجود آمده که از لحاظ خوردگی بی خطر می باشد. در ادامه قسمتی از یون های کلرید به صورت فیزیکی جذب محصولات هیدراتاسیون خواهند شد که همانند نمک فریدل، خطری به منظور خوردگی ندارند. از سوی دیگر کلرید های آزاد به راحتی باعث تخریب لایه محافظ و در نهایت خوردگی آرماتور ها می گردند.
حمله سولفات ها
معمولا تخریب بتن در معرض سولفات ها با واکنش های مختلفی همراه بوده که شامل:
- تبدیل آلومینات ها به اترنیگایت که موجب انبساط و تخریب بتن می گردد.
- تجزیه C _ S _ H که باعث نرم شدن و پایین آمدن میزان مقاومت بتن خواهد شد.
- تغییر هیدروکسید کلسیم به سولفات کلسیم که انبساط و تخریب بتن را به دنبال دارد.
در صورت تهاجم سولفات کلسیم به بتن، آلومینات ها به اترنیگایت تبدیل شده اما اگر سولفات سدیم به بتن حمله کند هم تغییر هیدروکسید کلسیم به سولفات کلسیم که انبساط و تخریب بتن را به دنبال دارد رخ می دهد، هم تبدیل آلومینات ها به اترنیگایت که موجب انبساط و تخریب بتن می گردد، ایجاد می شود. از سوی دیگر چنانچه سولفات منیزیم به بتن حمله کند، شاهد بروز هم زمان هر 3 مورد فوق خواهیم بود.
در زمان حمله سولفات منیزیم به بتن، همه ی هیدروکسید کلسیم موجود در بتن به سولفات کلسیم تغییر پیدا کرده و در نتیجه به علت نبود هیدروکسید کلسیم در بتن، میزان PH آن کاهش یافته و همین امر سبب ناپایداری ژل C _ S _ H می شود. چرا که ژل هیدراته شده تنها با هیدروکسید کلسیم پایدار می باشد. بدین ترتیب بخشی از آن تجزیه گشته و مقدار بیشتری هیدروکسید کلسیم تولید خواهد کرد که میزان PH را به شکل قابل توجهی افزایش خواهد داد. از طرفی چنانچه سولفات منیزیم به اندازه مورد نیاز وجود داشته باشد، ساختار C _ S _ H نیز به طور کامل تخریب شده که این امر بتن نرم و اسفنجی به ارمغان می آورد.
کاهش آسیب دیدگی سازه ها
به منظور جلوگیری از تخریب ساختمان ها و به حداقل رساندن آسیب پذیری آن ها می شود با کنترل کیفیت و بهره گیری از راه حل های مختلف، این مهم را به خوبی اجرایی نمود.
از اساسی ترین روش های کاهش آسیب دیدگی در سازه ها، می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نکات اجرایی در هوای گرم و مرطوب: همانگونه که قطعا می دانید انتقال بتن با استفاده از تراک میکسر ها در هوای گرم سبب بروز مشکلاتی خواهد شد. با توجه به استاندارد ASTM C94 در دمای معمولی 020 C باید حداکثر تعداد چرخش جام تراک میکسر با سرعت مخلوط کن به 100 دور محدود شده و در صورت نیاز به تعداد دور بیشتر حتما باید سرعت را به اندازه سرعت هم زن، پایین آورد. توجه داشته باشید که سرعت بهم زدن با سرعت مخلوط کردن تفاوت دارد.
معمولا سرعت بهم زدن 2 تا 6 دور در هر دقیقه بوده اما سرعت مخلوط کردن چیزی مابین 6 تا 18 دور در دقیقه می باشد. بر اساس استاندارد ASTM C94، جای گذاری بتن پیش از 1.5 ساعت یا درواقع قبل از 300 دور چرخش جام، الزامی است.
همچنین مطابق با استاندارد ASTM 305، در هوای گرم باید از زمان و تعداد چرخش های جام، کاسته شود، چرا که عدم رعایت این موضوع باعث افزایش افت اسلامپ می شود. در صورت بروز این معضل، باید آب به مخلوط اضافه گردد که نتیجه آن بالا رفتن میزان نسبت آب به سیمان بوده که از دوام و مقاومت بتن می کاهد.
ترک خوردگی بتن در اثر جمع شدگی خمیری، یکی از مهم ترین عوامل آسیب رسانی به بتن در هوای گرم می باشد. زیرا سطح بتن تازه، در معرض تبخیر و کاهش آب مخلوط قرار خواهد گرفت. لازم به ذکر است که مقدار تبخیر کاملا به شرایط محیطی مختلفی همچون سرعت باد، رطوبت نسبی و دما بستگی دارد. به طور معمول پایین آمدن میزان آب نشات گرفته از تبخیر، جایگزین آب حاصل از آب انداختن می شود.
از سوی دیگر اگر سرعت تبخیر از سرعت آب انداختن بیشتر باشد، شاهد کاهش حجم در لایه سطحی بتن خواهیم بود و در ادامه بخش زیر بتن نیز در برابر کرنش ناشی از کاهش حجم مقاومت کرده و قید ایجاد شده از قسمت زیرین، سبب بروز تنش های کششی در لایه سطحی گشته و از آنجایی که میزان مقاومت بتن در ابتدا بسیار اندک بوده، ترک خوردگی در بتن نمایان می گردد.
در همین استاندارد ASTM 305 آمده که در صورت تبخیر بیش از 1 کیلوگرم بر متر مربع در ساعت، افزایش ترک خوردگی امری اجتناب ناپذیر می باشد.
به منظور کاهش جمع شدگی خمیری می توان مواردی را اعمال کرد که عبارتند از:
- مرطوب کردن مداوم سنگدانه ها
- بهره گیری موقت از پوشش هایی همچون ورق های پلی اتیلن بعد از عملیات بتن ریزی
- نصب سایه بان و باد شکن به شکل موقت
- پایین آوردن دمای بتن تازه از طریق خنک کردن سنگدانه ها و آب
- تجدید تراکم بتن: در زمان بهره گیری از دوده سیلیسی در بتن بهتر است به این نکته توجه داشته باشید که چسبندگی اینگونه بتن بسیار زیاده بوده، بنابراین معضلاتی همچون آب انداختن در مقایسه با بتن معمولی به مراتب کمتر خواهد بود. در نتیجه احتمال ترک خوردگی نشات گرفته در اثر جمع شدگی خمیری نیز بیشتر شده، علی الخصوص اگر سرعت تبخیر آب بالا باشد.
همچنین حین استفاده از دوده سیلیسی حتما باید پروسه عمل آوری بالافاصله بعد از عملیات بتن ریزی آغاز شود.
به منظور افزایش مقاومت سایشی و دوام لایه سطحی بتن، اجرای اصولی و صحیح مراحل گوناگون پرداخت، از اهمیت بالایی برخوردار است. به عنوان مثال: از لحاظ دوام، ماله کشی با ماله باید پیش از نمود آب انداختن به پایان رسیده باشد.
درواقع چنانچه هر مرحله از پرداخت در حین آب انداختن اجرا گردد، پوسته شدن لایه سطحی و کاهش مقاومت سایشی و دوام بتن را به دنبال خواهد داشت. از همین رو الزامی بوده که مابقی عملیات پرداخت، بعد از تبخیر کامل آب از سطح بتن صورت گیرد.
برای دستیابی بتن به دوام و مقاومت مورد نیاز، باید پروسه عمل آوری آن به شکل مناسب و مطلوب انجام پذیرد. معمولا از روش های گوناگونی جهت عمل آوری بتن استفاده می شود که به 2 دسته اصلی تقسیم بندی خواهند شد:
- عمل آوری با آب: در این روش نه تنها رطوبت اضافی به بتن اعمال شده، بلکه موجبات جلوگیری از افت رطوبت نیز فراهم می گردد. جهت افزودن آب بر روی سطح بتن از ایجاد حوض های کوچک، پاشید آب و یا پوشش های اشباع نظیر چتایی خیس، بهره گیری می شود.
- عمل آوری عایقی: در این روش از ورق های پلاستیکی و مواد شیمیایی غشایی به منظور جلوگیری از کاهش رطوبت بتن استفاده شده که از افت بتن هم جلوگیری خواهد کرد. همچنین قالب ها نیز همانند عایق عمل کرده و مانع تبخیر آب موجود در بتن می گردند. با توجه به توصیه های موجود در استاندارد ASTM 305، قالب های چوبی به هیچ عنوان قادر نمی باشند که در هوای گرم و خشک، سبب جلوگیری از تبخیر شدن آب بتن شوند. از همین رو باید در چنین شرایطی از این نوع قالب ها با بهره گیری از پوشش های مطلوب و همچنین افزودن رطوبت کافی، محافظت به عمل آورد.
شایان ذکر است در مواردی که بتن از نسبت آب کمتر در مقایسه با میزان سیمان مصرفی برخوردار بوده و همچنین از میکروسیلیس در آن استفاده شده، باید از روش عمل آوری با آب بهره گیری شود. چرا که معمولا در این مدل بتن ها، امکان خود جمع شدگی وجود داشته، بدین ترتیب ترک خوردگی نیز امری اجتناب ناپذیر خواهد بود.
برای بالا بردن میزان دوام و مقاومت سازه های بتن آرمه در شرایط اقلیمی گرم و تهاجمی از لحاظ وجود عناصر مخرب، می توان در زمان اجرای سازه مواردی نظیر: شستشوی اعضای سنگی جهت کاهش میزان شیل و رس، حد مجاز وجود عناصر مخرب همانند سولفات ها و کلرید ها با توجه به آیین نامه های و… را رعایت نموده و آسیب پذیری ساختمان مورد نظر را به حداقل رساند.
- مصالح مصرفی: در اجرای بتن مقاوم، مصالح از نظر: نوع، کیفیت و درگیری با عناصر مخرب بسیار تاثیر گذار می باشند. مطابق با آیین نامه بتن ایران، مواد رد شونده از الک شماره 200 که معمولا شیل و رس بوده، الزامیست که به 3 و 5 درصد به ترتیب جهت بتن های معمولی و تحت اعمال سایش محدود شوند. زیرا رس و شیل موجود در بالا بردن میزان جمع شدگی و کاهش دوام بتن، موثر می باشند. همچنین این مواد نه تنها در کارایی بتن اثر گذار بوده اند بلکه افزایش آب مخلوط به منظور دستیابی به اسلامپ مورد نظر را نیز به همراه دارند. از همین رو نسبت آب به سیمان هم افزایش یافته و از دوام بتن کاسته خواهد شد.
توجه داشته باشید که دپو های سنگدانه ها باید از نظر آلودگی به عناصر مخرب گوناگون نظیر: سولفات ها و کلرید ها، مورد بررسی و آزمایش قرار گیرند تا میزان اینگونه مواد در حد مجاز و بر اساس آیین نامه بتن ایران منظور گردد. همچنین اندازه رطوبت سنگدانه ها هم باید به صورت مداوم ارزیابی شود چرا که در اغلب مواقع، تغییرات در کارایی و دوام در پیمانه های گوناگون به علت اعمال نکردن همین تغییر در رطوبت سنگدانه ها به وجود می آید.
شرایط آرماتور ها نیز نقش اساسی در میزان مقاومت سازه ها ایفا می کند. چنانچه بر روی سطح میلگرد ها به شکل یکنواخت قشر بسیار نازکی از زنگ زدگی نمایان شود، بهره گیری از این مصالح در اجرای ساختمان ها بلامانع بوده زیرا همین زنگ زدگی باعث افزایش پیوستگی میان بتن و آرماتور ها شده و از آنجایی که خمیر سیمان قلیایی است، توانایی تبدیل این لایه به قشر محافظ را دارد.
از سوی دیگر اگر قشر زنگ زده بر روی میلگرد ها از ضخامت بالایی برخوردار باشد در کنار کاهش قطر میلگرد ها، سبب پایین آمدن میزان پیوستگی بتن و آرماتور ها خواهد شد. همچنین بتن هم دیگر قابلیت تبدیل قشر ضخیم زنگ زده به لایه محافظ را نخواهد داشت. در چنی شرایطی اگر خوردگی از نوع حفره ای باشد، میزان تحمل تنش در ناحیه حفره ها بسیار پایین آمده و پایداری سازه به طور کامل با خطر جدی مواجه می شود.
از دیگر موارد مهم در اجرای سازه های با کیفیت و مقاوم، انتخاب نوع سیمان است. زیرا سیمان مصرفی باید در کنار نکات ارائه شده، توانایی سازگاری در شرایط گوناگون را نیز داشته باشد. به عنوان مثال در شرایط محیطی معمولی با انتخاب نوع سیمان می توان به فواید مورد نظر دست پیدا کرد. اما در شرایط دشوار نیاز به عوامل دیگری همچون کاهش نسبت آب در مقایسه با سیمان و همچنین بهره گیری از مواد افزودنی معدنی و شیمیایی مطلوب به امری ضروری بدل خواهد شد.
شاید این مطلب را دوست داشته باشید: علل و انواع ترک خوردگی بتن
باید بدانید که ترکیب C3A در سیمان می تواند نقش اساسی در حمل سولفات ها، خوردگی آرماتور ها و از همه مهم تر ترک خوردگی های نشات گرفته از جمع شدگی خمیری ایفا کند. از طرفی این ترکیب نمی تواند به تنهایی در برابر تمامی عناصر مخرب دوام و پایداری سازه مقاومت کند، مخصوصا اگر شرایط محیطی بسیار سخت نیز به این امر اضافه گردد. بنابراین بهره گیری از یک سیستم دفاعی همانند پوزولان ها اجتناب ناپذیر می باشد. اما به منظور افزایش خواص و دوام بتن بدون در نظر گرفتن نوع، کیفیت و میزان مناسب جایگزینی نباید به هیچ عنوان از پوزولان ها استفاده کرد. در صورتی که ترکیبات و فواید پوزولان های مورد نظر ارزیابی نشود، امکان دریافت نتیجه عکس وجود دارد.
شرکت توسعه بین المللی آتیه فیروزه ایرانیان (AFID)
مجموعه آتیه فیروزه ایرانیان با هدف اجرای قطعات پیش تنیده با کیفیت در سازه های بتنی، چندین سال است که به صورت مستمر و قابل قبول فعالیت مستمر و درخشان دارد.
همچنین این مجموعه پیمانکاری به عنوان نماینده رسمی شرکت فنی و مهندسی APS استرالیا Australian Prestressing Services)) که از شناخته شده ترین و تخصصی ترین شرکت های عمرانی و ساختمان سازی در حوزه سیستم پیش تنیدگی و پس کشیدگی در خاورمیانه و سراسر جهان بوده، در تمامی نقاط ایران، پروژه های خاص، مقاوم و منحصر به فردی طراحی و اجرا نموده است.
جهت کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره در زمینه های گوناگون ساختمان سازی با بهره گیری از سیستم پیش تنیدگی، می توانید از طریق راه های ارتباطی با مشاوران متخصص و حرفه ای ما در تماس باشید.
