روش های محافظت از پی سازه در برابر عوامل مختلف

پی ها بخش ضروری سازه ها هستند و تأثیرات زیادی بر یکپارچگی سازه ها دارند. پی سازه های مختلف معمولاً به شکل های مختلفی مورد تهاجم آبهای زیرزمینی و خاک ها قرار می گیرند و به همین دلیل نیازمند تدابیر محافظتی هستند. در این مقاله به بررسی روش های محافظت از پی سازه در برابر عوامل مختلف می پردازیم.

پیشنهاد مطالعه : آشنایی با انواع خرابی بتن

در این مقاله در مورد ملاحظات مرتبط با حملات مختلف به پی که ناشی از ساخت آنها روی خاک های خطرناک و سفره آب های زیرزمینی هستند، بحث خواهد شد. بخش های مختلف این مقاله به شرح زیر است :

1 . دلایل حمله ها
2 . بررسی خاک و آب زیرزمینی
3 . حفاظت سازه های پی بتنی در برابر حملات خاک و آب زیرزمینی
4 . حفاظت شمع های فولادی در برابر خوردگی
5 . حفاظت شمع های چوبی

دلایل حمله به پی های سازه های مختلف

سه نوع مختلف حمله وجود دارد که ممکن است پی های مختلف در معرض آنها قرار گیرند. در جدول زیر به دلایل حمله به انواع مختلف پی یعنی پی های بتنی، شمع های فولادی و شمع های چوبی و همچنین آسیب های وارده به آنها اشاره می شود.

جدول 1: انواع پی و دلایل حمله به آنها

مقدار حمله به پی تنها به غلظت اجزای مخرب در خاک بستگی ندارد، بلکه به شرایط اقلیمی و تغییرات در سطح سفره آب های زیرزمینی هم بستگی دارد.

شکل 1- حمله سولفات به پی های بتنی

شکل 2- خوردگی شمع های فولادی

شکل 3- شمع های چوبی استفاده شده در ساخت پل

شکل 4- شمع چوبی فروریخته

بررسی خاک و آب های زیرزمینی

برای اتخاذ تدابیر محافظت از پی ها، تعیین سفره آب های زیرزمینی، نوسانات آن و وجود عناصر مهاجم در خاک بسیار حائز اهمیت است. معمولاً از خاک دست نخورده، دست خورده و آب های زیرزمینی برای تحلیل شیمیایی نمونه گرفته می شود. ممکن است لوله هایی در چاه های گمانه تعبیه شوند تا در زمان کافی داده های لازم جمع آوری و سطح آب های زیرزمینی نیز تعیین شود. با این روش نه تنها نوسانات آب های زیرزمینی را می توان تعیین کرد، بلکه می توان سطح میانگین آب های زیرزمینی را هم به دست آورد. لازم است برای تعیین مقدار سولفات و مقدار تغییرات آن با افزایش عمق، داده هایی وجود داشته باشد. این کار به این دلیل انجام می شود که تدابیر محافظتی غیراقتصادی به دلیل کم بودن داده ها اتخاذ نشود.

پیشنهاد مطالعه : معرفی انواع افزودنی های معدنی بتن و تاثیر آنها بر گیرش بتن

شکل 5- تعیین سطح آّب زیرزمینی

محافظت از پی بتنی در برابر حملات خاک و آب های زیرزمینی

عامل اصلی که به خرابی پی بتنی منجر می شود حمله ی سولفات موجود در خاک و آب های زیرزمینی است. به جز حمله ی سولفات، زباله های شیمیایی، اسیدهای ارگانیک، سنگدانه های مخرب خاص، خوردگی آرماتورها و واکنش های دریایی منجر به آسیب دیدگی پی بتنی می شوند.

محفاظت از پی سازه ها در برابر حمله ی سولفات ها

روش های زیادی وجود دارد که می توان برای محافظت از پی بتنی در برابر حملات به کار گرفت. بر اساس دسته بندی ASTM، سیمان پورتلند نوع 2 مقاومت خوبی در برابر حمله سولفات و سیمان پورتلند نوع 5 نیز مقاومت بالایی در برابر حملات سولفاتی دارد. از جدی ترین حملات سولفاتی می توان با استفاده از سیمان پر آلومین و سوپر سولفات جلوگیری کرد. علیرغم اینکه سیمان پر آلومین ممکن است دچار تغییر شود و خود را به شکل افت ناگهانی مقاومت فشاری بتن نشان دهد اما این مشکل را می توان به واسطه مقاومت پسماند چنین بتنی حل کرد. یک نشانه تغییر سیمان پرآلومین، کاهش مقاومت بتن در برابر سولفات است.

راه اجتناب از تغییر سیمان پر آلومین، پرهیز از استفاده از درصد بالای سیمان، دور نگه داشتن بتن از حرارت، اجتناب از عمل آوری با بخار و حفاظت از شمع های بتنی در برابر آفتاب با ایجاد سایه ی مناسب است. در مورد پی های معمولی، تراکم مناسب سیمان مقاوم در برابر سولفات برای استفاده در مناطقی با غلظت بالای سولفات کافی است، اما باید در مواردی که غلظت سولفات به شدت بالا است از لایه محافظ استفاده کرد. توصیه می شود که از ورق های پلاستیکی یا قیری دور پی های منفرد و نواری استفاده شود.

از ورق های پلاستیکی سنگین می توان برای حفاظت شمع های درجا و کوبیدنی استفاده کرد. ممکن است این لایه ی محافظ به وسیله ی بست ها پاره شود. پس به جای آن میتوان از ورق های چین دار گالوانیزه شده، ورق های فولادی یا لوله های PVC صلب استفاده کرد که البته هزینه ی بالاتری خواهد داشت.

محافظت از پی بتنی در برابر حملات اسیدهای آلی خاک و آب های زیرزمینی

ممکن است اسیدهای طبیعی در خاک های آلی و آب وجود داشته باشند. اسید سولفوریک آزاد هم ممکن است در نتیجه ی اکسیداسیون پیریت یا مارکازیت تولید شود. مورد اول در صورت نفوذناپذیر بودن بتن قدرت حمله ی کمتری دارد، در حالی که مورد دوم برای بتن بسیار خطرناک است.

مقدار سولفات بالا و PH کم به عنوان نشانه های وجود سولفوریک آزاد شناخته می شوند. ملاحظات حفاظتی وابسته به مقدار PH هستند؛ مثلاً اگر مقدار PH برابر با 6 یا بزرگتر باشد، هیچ کاری لازم نیست انجام دهیم، اما برای مقادیر کمتر استفاده از سیمان مقاوم در برابر سولفات، سیمان زود سخت شونده به همراه خاکستر بادی یا سرباره؛ حفاظت مطلوبی را فراهم خواهد کرد. محفاظت از پی بتنی در برابر مواد شیمیایی و زباله های صنعتی مواد شیمایی خطرناک هم ممکن است در زباله های تخلیه شده وجود داشته باشد. مقابله با این مواد بسیار سخت است زیرا غلظت آنها متفاوت بوده و شناسایی آنها هم به شدت سخت است.

بنابراین اگر محل ساخت دارای مواد شیمیایی مهاجم مانند زباله های اسیدی باشد، توصیه می شود که از پی های عمیق شمعی استفاده شود که جداره آن از بتن پیش ساخته باشد. این شمع ها باید توخالی باشند تا بتوان درون آنها لوله های PVC قرار داد و داخل آن را بتن ریزی کرد. در این شمع ها پوسته ی بیرونی از قسمت داخلی در برابر خاک های حاوی زباله های شیمایی محافظت می کند.

حفاظت از شمع های فولادی در برابر خوردگی

شمع های فولادی ممکن است تحت تأثیر خوردگی در خاک ها و آب زیرزمینی قرار بگیرند زیرا هوا و آب موجب خورده شدن شمع های فولادی می شود. معمولاً مناطق خاصی از شمع فولادی به عنوان آند و سایر مناطق آن به عنوان کاتد عمل خواهند کرد. در نتیجه زنگار در مناطق کاتد شکل خواهد گرفت و حفره هایی هم در مناطق آند ایجاد خواهد شد. خوردگی شمع های فولادی در خاک و آب های زیرزمینی یک مشکل جدی است و باید با آن مقابله کرد. در ادامه تدابیر پیشنهادی لازم برای حفاظت از شمع فولادی در خاک و آبهای زیرزمینی در برابر خوردگی بهصورت مختصر توضیح داده خواهند شد.

محافظت از پی عمیق فولادی با رنگ

در این روش برای محافظت از پی عمیق فولادی ابتدا عملیات سند بلاست انجام شده و سپس پوشش اولیه ی زینک سیلیکات با ضخامت 50 تا 75 میکرومتر بر سطح فلز تمیز اعمال می شود. در نهایت از رنگ اپوکسی یا وینیل به عنوان پوشش نهایی استفاده می شود. به خاطر داشته باشید که پوشش اولیه باید هماهنگ با پوشش خارجی باشد. در نهایت باید در نظر داشته باشیم که رنگ آمیزی در طولانی مدت نمی تواند از سازه محافظت کند؛ بنابراین توصیه می شود از صفحات فولادی برای حفاظت از سازه استفاده شود و یا ضخامت شمع های فولادی را افزایش داد.

شکل 6- خوردگی شمع فولادی در شرایط دریایی

حفاظت کاتدی شمع های فولادی

استفاده از خواص پتانسیل الکتروشیمیایی فلزات، اساس سیستم حفاظت کاتدی است. در این روش سازه به کاتدی تبدیل می شود که از انتقال فلزات از سازه به خاک و آب های زیرزمینی یا هر محلول دیگری جلوگیری می کند. از سیستم منبع برق یا آند محافظ می توان در روش حفاظت کاتدی استفاده کرد. در حالت اول آند به شکل توده های کربن بسیار بزرگ است. از مولد A.D.C یا دیگر وسایل مناسب برای ایجاد جریان D.C مورد نیاز برای جریان از آند به کاتد استفاده می شود. باید توجه داشت که با نگه داشتن سطح در معرض سازه به اندازه ی حداقل ممکن، اتلاف آند کاهش پیدا کرده و تأمین برق مورد نیاز هم راحت تر خواهد بود. آند از توده های بسیار بزرگ فلزات تشکیل شده است که خوردگی در آن ایجاد می شود و از این طریق از سازه در برابر خوردگی محافظت می کند. بنابراین، این آندها بعد از مدتی به خصوص در محیط های دریایی باید تعویض شوند. به علاوه آندهای برقی باید بزرگتر از سازه ای باشند که قرار است از آن محافظت شود.

شکل 7- حفاظت کاتدی از شمع فولادی با استفاده از منبع برق

شکل 8- آند به کار رفته برای شمع فولادی در آب

محافظت از پی های عمیق چوبی

چوب به عنوان شمع، مهاربند و حصار در سازه های دریایی به کار می رود، پس احتمال خراب شدن چوب به دلیل ارگانیسم های بیولوژیکی بسیار است. با این وجود وقتی چوب در خاک فرو می رود و همیشه خیس باقی می ماند، به ندرت تحت تأثیر چنین عوامل مخربی قرار می گیرد. اگر چوب در معرض خیس و خشک شدن نسبی قرار بگیرد، به سرعت خراب خواهد شد. این اتفاق در مناطقی که سطح آبهای زیرزمینی تغییر می کند، به وقوع می پیوندد.

محافظت از شمع چوبی با استفاده از کریوزوت

استفاده از کریوزوت و آغشته کردن پی عمیق از جنس چوب راه بسیار مؤثری در جلوگیری از تخریب چوب و محافظت از پی به دلیل عوامل بیولوژیکی و دیگر عوامل مخرب بوده است. آغشته کردن به کریوزوت مقاومت شمع های چوبی را افزایش خواهد داد. اثربخشی کریوزوت در چوب های نرم در مقایسه با چوب های سخت بیشتر است. دلیل این است که کریوزوت می تواند تا عمق بیشتری در چوب های نرم نفوذ کند. چوب های نرم معمولاً تا عمق 75 میلی متر آغشته به این ماده می شوند. در مورد چوب های سخت این کار سخت تر است و باید این چوب ها را تحت فشار آغشته به این ماده کرد. در نهایت به دلیل اینکه نمی توان چوب سخت را به صورت مناسب آغشته کرد، توصیه می شود که روزنه هایی در آن برای نفوذ کریوزوت ایجاد شود.

شکل 9- چوب آغشته شده به کریوزوت

حفاظت از شمع های چوبی با استفاده از بتن

این روش را برای محافظت از پی عمیق چوبی زمانی استفاده می کنیم که استفاده از کریوزوت نتیجه ی مدنظر را نمی دهد؛ مثلاً کریوزوت را نمی توان در مواردی که در آن سطح سفره آب های زیرزمینی تغییر می کند، استفاده کرد. اگر عمق سفره آب های زیرزمینی بسیار پایین باشد، توصیه می شود که از شمع کامپوزیت استفاده شود. به این صورت قسمت تحتانی شمع که کاملاً در آب است از چوب و قسمت فوقانی از بتن خواهد بود. شکل 7 استفاده از بتن برای حفاظت از شمع های چوبی و افزایش عمر سرویس دهی را نشان می دهد.

شکل 10- استفاده از بتن برای جلوگیری از آسیب در شمع چوبی a) در حالتی که سطح سفره ی آب زیرزمینی خیلی پایین است و b) حالتی که سفره ی آب زیرزمینی کم عمق وجود دارد.

حفاظت از شمع های چوبی در برابر موریانه ی دریایی

پیشنهاد می شود از چوب هایی استفاده شود که می توانند در برابر موریانه های دریایی استقامت کنند تا اینکه از شمع های چوبی استفاده شود و سپس برای حفاظت از آن در برابر چنین خطراتی تدابیری اندیشیده شود. چوب های زیادی وجود دارد که به صورت طبیعی در برابر موریانه مقاومت می کنند، مثلاً پداوک آفریقایی (شکل 11)، Afromosia (شکل 12) و بسیاری دیگر از شمع های چوبی.

شکل 11- چوب پداوک آفریقایی مقاوم در برابر حمله موریانه

شکل 12- شمع Afromosia مقاوم در برابر حمله موریانه

لازم به ذکر است که قسمت نرم و زنده چوب چنین الوارهایی باید کنده شود، در غیر این صورت نیاز به فرآوری با کریوزوت است. دلیل این است که این قسمت از چوب چنین الوارهایی در برابر حمله ی موریانه آسیب پذیر است.

از مقالات تحلیلی گروه آموزشی 808، ترجمه توسط مهندس علی اکبر خلیلی