5 عامل مهم مخرب بتن و راه های افزایش دوام بتن

امروزه در برخی از پروژه‏ ها به دلایل مختلف منجمله در اختیار نداشتن دانش کافی بتن‌های با مشخصات متناسب طراحی نشده است. علیرغم اینکه سازه‌های بتنی در شرایط محیطی عادی در طول عمر مفید خود دارای دوام کافی می‌باشند، لکن زمانی که در شرایط محیطی مهاجم قرار می‏گیرند این بتن‌ها دچار خرابی و آسیب‏ دیدگی می‏شوند و نیاز به افزایش دوام بتن می باشد. از عوامل مؤثر در آسیب‌دیدگی و تخریب بتن می‏توان به موارد زیر اشاره نمود:

1. نفوذ یون کلرید در بتن یا کربناته‌شدن بتن و در نتیجه خوردگی آرماتور مدفون در بتن
2. قرار گرفتن بتن در چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن
3. حمله‌های سولفاتی
4. واکنش‏ قلیایی سنگدانه‏ها
5. خوردگی اسیدی
6. …….

در ایران، بیشترین گزارش‌ها درخصوص آسیب‌دیدگی بتن، مربوط به خوردگی آرماتور می‏باشد، زیرا با شروع خوردگی آرماتور، حجم بخش زنگ‌زده میلگرد، افزایش یافته و در نتیجه منجر به ترک خوردگی،  و گهگاهی که شدت خوردگی زیاد است، به قلوه ‏کن شدن بتن، ختم می‏شود. از مهمترین علل خوردگی آرماتور (شکل شماره 1) می‏توان به، نفوذ یون کلرید و کربناته‌شدن بتن  اشاره نمود.

از طرفی اغلب پروژه‏هایی که مورد تعمیر و ترمیم  قرار گرفته‌اند چه در گذشته و چه در حال حاضر به دلیل عملکرد متفاوت مصالح ترمیم رضایت بخش نبوده است؛ چرا که مهمترین نکته در عملیات ترمیم بتن نحوه اتصال وسطح مشترک بین مواد تعمیری و بتن پایه است که معمولا رعایت نمی‏شود.

در ادامه توضیحات مختصری در خصوص برخی از عوامل مخرب بتن داده می‏شود.

عوامل مؤثر در آسیب‌دیدگی بتن

1- خوردگی آرماتور

آسیب‏دیدگی بتن، در اثر خوردگی میلگرد مدفون در بتن، به شکل‏های انبساط، ترک‏خوردگی و در نهایت قلوه‏کن شدن پوشش بتن روی میلگردها نمایان می‏شود. خوردگی دارای دو فاز یا مرحله می‏باشد:

مرحله اول: شروع خوردگی، مرحله‏ای است که پوشش یا لایه محافظ روی میلگرد در اثر کربناته‌شدن و یا نفوذ یون کلراید آسیب می‌بیند و خوردگی میلگرد آغاز می‌شود.

مرحله دوم: گسترش خوردگی است که در طول زمان تا جایی پیش می‌رود که سازه از بهره‌برداری خارج شود.

باتوجه به توضیحات فوق، یکی از عواملی که می‌توان از آرماتور در برابر خوردگی محافظت کرد پوشش بتنی روی آرماتور است. با افزایش ضخامت و کاهش نفوذپذیری پوشش بتن بتن تا حدودی می‏توان در طول عمر مفید سازه از بروز خوردگی جلوگیری کرد.. امروزه با طراحی مناسب بتن و با استفاده از مواد افزودنی شیمیایی بتن مناسب می‏توان بتن نفوذناپذیر یا به عبارتی دیگر بتن با نفوذپذیری کم طراحی کرد.

از موادی که می‏توان دوام بتن را افزایش داد محصول CapcoGel D (شکل شماره 2) می‏باشد. محصول CapcoGel D، با دارا بودن خاصیت پوزولانی قوی با هیدروکسید کلسیم حاصل از هیدراتاسیون، واکنش داده و از این طریق محصولات ثانویه حاصل از واکنش پوزولانی، نفوذپذیری بتن را کاهش می‏دهد. در نهایت دوام بتن را بهبود می‏بخشد.

کربناته‌شدن بتن

با توجه به گسترش فضای شهری و توسعه صنایع مختلف، آلاینده‏های موجود در هوا افزایش یافته است. در میان همه این آلاینده‌ها گاز دی اکسید کربن نقش زیادی در تخریب سازه‏های بتنی دارد. البته رطوبت بتن تاثیر زیادی در کربناته شدن بتن دارد. هرچه رطوبت بیشتر باشد و یا به عبارت دیگر آب در منافذ بتن زیاد باشد سرعت انتشار گازCO₂  کاهش می‏یابد. بیشترین اثر آسیب کربناته‌شدن به بتن، در رطوبت نسبی 50 تا 70 درصد شکل می‎گیرد. همچنین اگه سازه در معرض چرخه‌های تر و خشک‌شدن باشد، خوردگی به شدت افزایش می‏یابد.

برای تشخص اینکه آیا بتن سازه کربناته شده است یا نه، می‏توان با استفاده از پاشیدن محلول فنل فتالئین بر روی بتن می­توان عمق کربناتاسیون را تشخیص داد. در بخش‏های که بتن تحت تاثیر کربناتاسیون نبوده، فنل فتالئین به رنگ ارغوانی در می­آید (شکل شماره 3) و مناطقی که تحت تأثیر کربناتاسیون بوده بدون تغییر رنگ می‌ماند.

1-2- نفوذ یون کلرید

نفوذ یون کلرید در بتن یکی از عوامل مهمی است که باعث از بین رفتن پوشش محافظ روی میلگرد شده و در نهایت منجر به خوردگی آرماتور و تخریب بتن می‏شود. موضوع نفوذ یون کلرید در سواحل جنوبی کشور از اهمیت بسزایی برخوردار است. اگر بتن دارای پوشش با ضخامت مناسب و دوام کافی باشد انتشار یون کلراید به کندی پیش می‌رود و در نتیجه مقدار کلرید در مجاورت میلگرد در طول عمر مفید سازه به مقدار حد آستانه بحرانی نمی‌رسد.

یکی از مواد افزودنی که می‏توان برای افزایش دوام سازه‏های بتنی مورد استفاده قرار داد محصول CapcoGel D می‏باشد. بر اساس آیین‏ نامه پایایی بتن باید حداقل میزان مصرف میکروسیلیس در بتن ۵ درصد باشد. با توجه به اینکه محصول CapcoGel D دارای حداقل ۴۵ درصد میکروسیلیس است باید ۱۱ درصد از این محصول در ساخت بتن استفاده شود تا بتواند دوام سازه را افزایش دهد.

2- چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن

یکی از دلایل اصلی آسیب به سازه در مناطق سردسیر، چرخه‏های یخ‌زدن و آب‌شدن است. آسیب‌دیدگی بتن ناشی از یخ‌زدن آب موجود در منافذ، در چند شکل وجود دارد، که مهمترین آن ترک‌خوردگی، پوسته‌شدن سطح بتن و در مواردی قلوه‌کن شدن می‏باشد. آسیب زمانی اتفاق می‏افتد که در حفرات بتن، آب وجود داشته باشد و یا در اثر بارندگی آب در داخل بتن نفوذ کرده باشد. وقتی آب داخل حفرات بتن، شروع به یخ‌زدن می‏کند،

افزایش حجم پیدا کرده، و فشاری بر اطراف خود وارد می‏کند، زمانی که این فشار بیش از مقاومت کششی بتن باشد، بتن ترک خواهد خورد. همچنین بتن‏هایی که در معرض چرخه‏های یخ‌زدن و آب‌شدن و مواد شیمیایی یخ زدا قرار دارند، می‏توانند به مرور زمان پوسته پوسته شوند (شکل شماره 4).

3- حمله‌های سولفاتی

زمانی که بتن در مجاورت آب و خاک حاوی سولفات قرار می‏گیرد، یون‏های سولفات می‏توانند در داخل بتن نفوذ پیدا کنند. بعد از نفوذ با خمیر سیمان واکنش داده و به شکل انبساط بتن نمایان می‏شود. در نتیجه بتن ترک خورده و نفودپذیری آن افزایش پیدا می‏کند. که از این طریق آب مهاجم براحتی در داخل بتن نفوذ پیدا می‏کند. در نهایت سرعت آسیب‏دیدگی افزایش می‏یابد.

محققان معتقدند که انبساط ‏های مربوط به حمله سولفاتی در بتن، به اترینگایت (C₃A.3CS.H₃₂) مرتبط می‏باشد. در این بین حمله سولفاتی میتواند در یک محیط غیر سولفاتی نیز اتفاق بیفتد، که دلیل آن بخاطر مقدار زیاد سولفات در سیمان و یا سنگدانه‏های مصرفی می‏باشد. در مجموع حمله سولفاتی می‏تواند، به طور آهسته و پیوسته، با آسیب زدن به خاصیت چسبندگی بین محصولات هیدراتاسیون، سبب کاهش مقاومت گردد.

4- واکنش‏ قلیایی سنگدانه‏ها

واکنش‌های قلیایی سنگدانه ‏ها که یکی از آنها، واکش قلیایی- سیلیسی است، به علت واکنش‏های شیمیایی بین یون‏های قلیایی موجود در سیمان پرتلند، یون‏های هیدروکسیل و بعضی از کانی‌های سیلیسی موجود در سنگدانه‏ها اتفاق خواهد افتاد. لازم به ذکر است وقوع واکنش، مشروط به حضور همزمان سه عامل سنگدانه‏ های بالقوه واکنش‌پذیر (سیلیس)، رطوبت و قلیایی می‏باشد (شکل شماره 6).

5- تخریب بتن در اثر خوردگی اسیدی

زمانی که بتن در مجاورت محلول‏های اسیدی قرار می‏گیرد، بسته به نفوذپذیری بتن، غلظت اسید و نوع آن، اجزای هیدراته شده مثل: پرتلاندیت، سولفو آلومینات‏ها و ژل سیلیکات کلسیم هیدرات، ممکن است تجزیه شوند. هر چه حلالیت نمک‏های تولید شده بیشتر باشد، سرعت و شدت آسیب‏دیدگی بتن بیشتر خواهد شد. اسیدهایی که می‏ توانند سبب تخریب بتن شوند عبارتند از: اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک، اسید نیتریک، اسید استیک، اسیدهای هومیک و محلول‏ های حاوی کربن دی اکسید.

بر اساس استاندارد EN 206-1، حملات اسیدی بر حسب pH و یا مقدار CO₂ مهاجم، ناشی از آب و خاک زیر زمینی به سه دسته تقسیم‎ بندی می‏کند، که در جدول شماره یک مشخصات آن قابل مشاهده است.

جدول شماره 1- رده بندی حمله اسیدی بر اساس استاندارد EN 206-1،