آنچه باید از واکنش قلیایی سیلیسی سنگدانه‌ها بدانیم؟
در ساخت یک سازه مقاومت و پایداری از مهم‌ترین پارامترها محسوب می‌شوند. برای اینکه یک بنا از ویژگی‌های ذکر شده برخوردار باشد، استفاده از مصالح باکیفیت اهمیت زیادی دارد، اما این پارامتر به تنهایی نمی‌تواند مقاوم بودن سازه را تضمین کند. بعضی عوامل و رخدادها می‌توانند باعث کاهش استحکام و یا آسیب رسیدن به سازه شود که باید به آنها توجه کرد. واکنش قلیایی سیلیسی یکی از این عوامل آسیب‌زا است که در این مطلب می‌خواهیم شرح مختصری بر آن داشته باشیم.
آشنایی با واکنش قلیایی سیلیسی
واکنش قلیایی سیلیسی (ASR) یک واکنش شیمیایی است که بین خمیر سیمان قلیایی و کانی‌های سیلیس فعال موجود در سنگدانه‌های خاص مورد استفاده در بتن رخ می‌دهد که به آن سرطان بتن نیز می‌گویند. این می‌تواند آسیب قابل توجهی به سازه‌ها وارد کند که منجر به ترک خوردگی، انبساط و در نهایت کاهش دوام و استحکام می‌شود.
واکنش سیلیسی زمانی اتفاق می‌افتد که کانی‌های سیلیس فعال در سنگدانه‌ها با مواد قلیایی (سدیم و پتاسیم) موجود در خمیر سیمان واکنش می‌دهند. طی این فرایند یک ماده ژل مانند تولید می‌کند که آب را جذب کرده و متورم می‌شود و باعث ایجاد فشار بر بتن اطراف می‌گردد. با گذشت زمان، این فشار می‌تواند منجر به ترک خوردگی و انبساط بتن شود.
شدت ASR به عوامل متعددی مانند نوع سنگدانه مورد استفاده، سطح واکنش‌پذیری آن و میزان قلیایی موجود در خمیر سیمان بستگی دارد. سنگدانه‌های حاوی سطوح بالایی از مواد معدنی سیلیس فعال مانند چرت، اوپال یا شیشه آتشفشانی نسبت به آنهایی که حاوی سطوح پایین این مواد معدنی هستند، مستعد ابتلا به ASR هستند.
برای جلوگیری از بروز ASR در سازه‌های بتنی می‌توان اقدامات متعددی انجام داد. یک رویکرد استفاده از سنگدانه‌های غیر واکنشی یا آنهایی است که سطوح واکنش‌پذیری پایینی دارند. روش دیگر استفاده از مواد سیمانی تکمیلی مانند خاکستر بادی است که حاوی سطوح کم قلیایی است. این مواد می‌توانند به کاهش مقدار قلیایی موجود برای واکنش با سنگدانه‌های واکنشی کمک کنند.
علاوه بر اقدامات پیشگیرانه، روش‌هایی نیز برای کاهش آسیب ASR پس از وقوع آن وجود دارد. این موارد شامل استفاده از پوشش‌ها یا درزگیرها برای جلوگیری از نفوذ بیشتر رطوبت به مناطق آسیب‌دیده و تزریق دوغاب به داخل ترک‌ها برای تثبیت آنها است.
به طور کلی، ASR یک نگرانی قابل توجه برای صنعت بتن است زیرا می‌تواند منجر به تعمیرات پرهزینه و کاهش دوام سازه‌ها شود. اما با درک علل آن و انجام اقدامات پیشگیرانه، می‌توان تأثیر آن را بر سازه‌های بتنی در طول زمان به حداقل رساند.
علل رخداد واکنش قلیایی – سیلیسی سنگدانه‌ها
علل این اتفاق پیچیده و چند وجهی است که شامل ترکیبی از عوامل است که بسته به مواد خاص و شرایط محیطی درگیر می‌تواند متفاوت باشد. در این بخش به علل اصلی این اتفاق می‌پردازیم و هر کدام را به تفصیل توضیح می‌دهیم.
سیلیس فعال در سنگدانه ها
مهم‌ترین علت ASR وجود سیلیس راکتیو در سنگدانه‌های مورد استفاده برای ساخت بتن است. سیلیس واکنشی به هر شکلی از این ماده اطلاق می‌شود که می‌تواند با خمیر سیمان قلیایی واکنش داده و یک ژل قلیایی سیلیکا (ASG) تشکیل دهد. این ژل می‌تواند آب را جذب کرده و منبسط شود و منجر به ایجاد تنش‌های داخلی در بتن شود که می‌تواند باعث ترک خوردن و سایر اشکال آسیب شود.
خمیر سیمان قلیایی
یکی دیگر از علل مهم در این واکنش، خود خمیر سیمان قلیایی است. سیمان پرتلند یکی از اجزای ضروری بتن به حساب می‌آید، اما حاوی مقادیر بالایی از مواد قلیایی مانند اکسید سدیم (Na2O) و اکسید پتاسیم (K2O) است. هنگامی که با آب مخلوط می‌شوند، این قلیایی‌ها با سیلیس فعال در سنگدانه‌ها واکنش داده و ASG را تشکیل می‌دهند.
مقدار و نوع قلیا در سیمان بسته به عواملی مانند مواد اولیه مورد استفاده برای ساخت، نوع کوره مورد استفاده برای تولید کلینکر و درجه آسیاب در طول آسیاب می‌تواند متفاوت باشد. سطوح بالاتر قلیایی در سیمان می‌تواند خطر ASR را با فراهم کردن یون‌های واکنش‌پذیر بیشتر برای تشکیل ASG افزایش دهد.
رطوبت
رطوبت عامل مهم دیگری است که می‌تواند به ASR کمک کند. واکنش بین قلیایی‌ها و سیلیس نیاز به آب دارد و وجود رطوبت می‌تواند سرعت تشکیل ASG را تسریع کند. علاوه بر این، رطوبت همچنین می‌تواند حمل و نقل قلیایی و سیلیس راکتیو را در داخل بتن تسهیل کند و در طول زمان منجر به آسیب‌های گسترده‌تر شود.
میزان و توزیع رطوبت در بتن بسته به عواملی مانند رطوبت نسبی محیط، تخلخل بتن و وجود ترک یا سایر عیوب که به آب اجازه نفوذ به سازه را می‌دهد، می‌تواند متفاوت باشد.
دما
دما نیز عاملی است که می‌تواند بر ASR تأثیر بگذارد. سرعت تشکیل ASG با دما افزایش می‌یابد، به این معنی که دماهای بالاتر می‌تواند باعث تسریع ایجاد آسیب در سازه‌های بتنی شود. علاوه بر این، تغییرات دما همچنین می‌تواند باعث انبساط و انقباض حرارتی در بتن شود که می‌تواند ترک‌های موجود و سایر اشکال آسیب را تشدید کند.
اثرات دما بر این واکنش به عواملی مانند مکان و جهت سازه (به عنوان مثال، قرار گرفتن در معرض نور مستقیم خورشید)، و همچنین تغییرات فصلی در دما که ممکن است بر سطوح رطوبت داخل بتن تأثیر بگذارد بستگی دارد.
راه‌های جلوگیری از واکنش قلیایی – سیلیسی سنگدانه‌ها
تا اینجا با این واکنش آسیب زننده و عوامل به وجود آورنده آن آشنا شدید. اما برای جلوگیری از این اتفاق راه‌هایی وجود دارد که مهندسان از آنها برای مهار این اتفاق بهره می‌برد، در این بخش به تشریح آنها می‌پردازیم.
سنگدانه‌های غیر واکنش
مؤثرترین راه برای جلوگیری از ASR استفاده از سنگدانه‌های غیر واکنشی در مخلوط‌های بتن است. آنها حاوی مواد معدنی سیلیس واکنش‌پذیر نیستند که شامل گرانیت، بازالت، سنگ آهک و برخی از انواع ماسه سنگ است.
آزمایش سنگدانه‌ها برای واکنش‌پذیری
قبل از استفاده از هر سنگدانه در مخلوط‌های بتن، آزمایش پتانسیل واکنش‌پذیری ضروری است. متداول‌ترین روش آزمایشی که برای این منظور استفاده می‌شود، روش تست ASTM C1260 به حساب می‌آید. این آزمایش شامل قرار دادن سنگدانه در معرض یک محلول قلیایی بالا در دماهای بالا و نظارت بر هرگونه انبساط یا ترک است.
محتوای قلیایی سیمان را محدود کنید
مقدار قلیایی موجود در سیمان نیز می‌تواند به ASR کمک کند. بنابراین، محدود کردن محتوای قلیایی سیمان مورد استفاده در مخلوط بتن ضروری است. این را می‌توان با استفاده از سیمان‌های کم قلیایی یا با افزودن مواد سیمانی مکمل مانند خاکستر بادی یا سرباره به دست آورد.
از افزودنی های پوزولانی استفاده کنید
افزودنی های پوزولانی مانند خاکستر بادی و دود سیلیس نیز می‌توانند با کاهش در دسترس بودن مواد معدنی سیلیس فعال در سنگدانه‌ها، از ASR جلوگیری کنند.
کنترل رطوبت
رطوبت نقش مهمی در ایجاد این واکنش ناخواسته ایفا می‌کند زیرا انتقال مواد قلیایی و مواد معدنی سیلیس فعال را در سازه‌های بتنی تسهیل می‌کند. بنابراین کنترل رطوبت در طول ساخت و ساز و در طول عمر سازه ضروری است.
استفاده از عملیات سطحی
درمان‌های سطحی مانند پوشش‌ها و درزگیرها نیز می‌توانند با کاهش نفوذپذیری بتن و محدود کردن نفوذ رطوبت و قلیایی، از ASR جلوگیری کنند.
نظارت بر سازه‌ها
در نهایت، نظارت منظم بر سازه‌های بتنی برای علائم ASR ضروری است. این را می‌توان از طریق بازرسی‌های بصری، نقشه‌برداری ترک، و نظارت بر گسترش با استفاده از کرنش‌سنج یا سایر دستگاه‌ها به دست آورد.
ما در شرکت تولید کننده مواد شیمیایی ساختمانی همگرایان تولید (کپکو) اهمیت زیادی به جلوگیری از این واکنش ناخواسته می‌دهیم و در تولید محصولات سعی کرده‌ایم که از مواد اولیه و تکنیک‌هایی استفاده کنیم که احتمال وقوع این واکنش به حداقل برسد. شما می‌توانید از طریق شماره تماس 02189331 از کارشناسان ما در مورد خرید انواع افزودنی بتن مشاوره دریافت نمایید.
جمع‌بندی
جلوگیری از واکنش قلیایی سیلیسی در سازه‌های بتنی برای اطمینان از دوام و عملکرد طولانی مدت آنها حیاتی است. با استفاده از سنگدانه‌های غیر واکنشی، آزمایش سنگدانه‌ها برای واکنش‌پذیری، محدود کردن محتوای قلیایی، استفاده از افزودنی‌های پوزولانی، کنترل رطوبت، استفاده از تیمارهای سطحی و نظارت بر سازه‌ها برای ASR، مهندسان می‌توانند سازه‌های بتنی را طراحی و بسازند که در برابر این واکنش شیمیایی مخرب مقاوم باشند.
