با انواع خرابی های بتن آشنا شوید

در این نوشتار تصمیم داریم به انواع خرابی های بتن بپردازیم. در یک تقسیم بندی کلی، عوامل خرابی بتن به دو دسته عوامل فیزیکی و عوامل شیمیایی تقسیم می‌شوند.

پیشنهاد دانلود: جزوه تکنولوژی عالی بتن دکتر رمضانیان پور

پیشنهاد دانلود: جزوه انواع خرابی بتن با راه های پیشگیری

انواع خرابی های بتن

تمایز بین علل فیزیکی و شیمیایی آسیب‌دیدگی بتن کاملاً اختیاری است و در عمل، این دو اغلب مکمل هم می‌شوند. مثلا فرسودگی سطحی و ترک‌خوردگی، نفوذپذیری بتن را افزایش می‌دهد که علت اصلی یک یا چند فرآیند آسیب‌دیدگی شیمیایی می‌شود و یا نشتی مایعات اسیدی به درون اجزای خمیر سیمان سخت‌شده، موجب افزایش تخلخل بتن شده و بنابراین مصالح را در برابر سایش و فرسایش، بیشتر آسیب‌پذیر می‌سازد.

خرابی های فیزیکی (Physical Deterioration)

در یک تقسیم‌بندی علل ‌فیزیکی آسیب‌دیدگی بتن به دو گروه طبقه‌بندی شده است.
– فرسودگی سطحی یا کاهش جرم: ناشی از سایش، فرسایش و خلأزایی
– ترک خوردگی: ناشی از گرادیان معمولی دما و رطوبت، فشارهای ناشی از تبلور نمک‌ها در منافذ، بارگذاری سازه‌ای، و قرارگیری در معرض شرایط دمایی شدید، نظیر یخ‌زدگی و آتش‌سوزی

فرسودگی سطحی (Surface Wear)

سایش (Abrasion): ساییدگی اصطکاکی خشک، مانند سایش روسازی‌ها و کف های صنعتی بر اثر عبور و مرور وسایل نقلیه

فرسایش (Erosion): فرسودگی ناشی از عملکرد سایشی مایعات محتوی ذرات جامد معلق در سازه‌های هیدرولیکی، مانند روکش کانال‌ها، سرریز‌ها و لوله‌های انتقال آب یا فاضلاب

خلأزایی (Cavitation): کاهش جرم ناشی از تشکیل حباب های بخار و گسیختگی متعاقب آن بر اثر تغییر جهت ناگهانی در آب های با جریان سریع

سایش

یکی از انواع خرابی های بتن ، سایش سیمان بتن می باشد. خمیر سیمان مقاومت زیادی در برابر ساییدگی ندارد و مخصوصا اگر خمیر سیمان دارای تخلخل زیاد یا مقاومت کم بوده و سنگدانه‌ها مقاومت سایشی کمی داشته باشند منجر به خرابی می‌شود. بر طبق رابطه کمیته دوام (ACI) برای تهیه سطوح بتنی مقاوم در مقابل سایش، مقاومت فشاری بتن هیچ‌گاه نباید کمتر از 28 مگاپاسکال شود.

روش های دستیابی به مقاومت های مناسب عبارتند از: استفاده از نسبت کم آب به سیمان، دانه‌بندی سنگدانه، حداقل روانی تراکم مناسب و حداقل هوای محبوس شده متناسب با شرایط محیطی.

شکل 1 – سایش بتن

فرسایش

هنگامی که مایعی محتوی ذرات جامد معلق در تماس با بتن است، تصادم، لغزش یا غلتیدن ذرات باعث فرسایش سطح بتن می‌گردد. میزان فرسایش سطح، به تخلخل یا مقاومت بتن و نیز به مقدار، اندازه، شکل، چگالی، سختی و سرعت ذرات در حال حرکت بستگی دارد. وقتی که شرایط فرسایش شدید وجود دارد پیشنهاد شده است که علاوه بر مصرف سنگدانه‌های سخت، مقاومت فشاری ۲۸روزه بتن باید حداقل  ۴۱MPa باشد و نیز قبل از در معرض محیط مهاجم قرار گرفتن به طور مناسبی عمل آورده شود.

شکل 2 – فرسایش بتن

خلأزایی (Cavitation)

در سرعت های بیش از ۱۲متر در ثانیه (۷متر در ثانیه در مجرای بسته)، جریان غیرخطی ممکن است سبب فرسایش شدید بتن بر اثر خلأزایی بشود. در مقایسه با فرسایش یا سایش، یک بتن قوی ممکن است لزوماً برای جلوگیری از آسیب‌دیدگی ناشی از خلأزایی مؤثر نباشد. بهترین راه‌حل برای مواجهه با این شکل از خرابی، از بین بردن علل بوجود آمدن خلأزایی، مانند ناترازی سطح و یا تغییرات ناگهانی شیب می‌باشد.

فرسودگی سطحی

یکی از انواع خرابی های بتن ، فرسودگی سطحی می باشد. عمل ساییدگی فیزیکی بتن، بر روی سطح آن اتفاق می‌افتد بنا براین باید لایه سطحی با کیفیت بالا اجرا شود. برای کاهش میزان تشکیل سطح ضعیف (شیره بتن) تا زمانی که بتن آب انداختگی سطحی خود را از دست نداده است، ماله‌کشی آن با ماله فلزی و تخته ماله به تعویق انداخته شود. برای طراحی کف های صنعتی یا روسازی های با مقاومت زیاد برای لایه رویی از نسبت کم آب به سیمان و سنگدانه‌های سخت، مواد افزودنی لاتکس یا روان‌کننده استفاده گردد. همچنین مصرف مواد جایگزین سیمان مرغوب، مانند دوده سیلیسی متراکم و مواد پوزولانی ویژه با عمل‌آوری مرطوب مفید است

تبلور نمک‌ها (Salt Crystallization)

تحت شرایط محیطی خاص تبلور نمک های مختلف در داخل منافذ بتن، می‌تواند باعث آسیب بسیار زیادی در بتن بشود. تبلور نمک های حاصل از محلول های فوق اشباع در داخل حفره‌های مصالح متخلخل می‌توانند موجب ایجاد تنش های فشار‌ی بشود که باعث ترک‌خوردگی گردد. به عنوان مثال وقتی که یک طرف یک دیوار حایل یا یک دال بتنی با محلول نمک در تماس باشد و طرف دیگر آن تحت تبخیر قرار گیرد، یا خرابی ناشی از تبلور نمک های موجود در آب دریا (سولفات و کلرید) در پای بسیاری از ستون‌ها و دیوارهای بتنی سازه‌های نزدیک دریا

هیدراتاسیون MgO و CaO متبلور

هیدراتاسیون MgO و CaO متبلور، هنگامی که مقادیر زیادی از آن‌ها در سیمان موجود باشند، می‌توانند باعث انبساط و ترک‌خوردگی بتن شوند. استاندارد ASTM C ۱۵۰ لازم می‌داند که مقدار MgO موجود در سیمان نباید از %۶تجاوز نماید (آزمایش سلامت سیمان). کنترل های تولیدی بهتر، به ما این اطمینان را می‌دهند که مقدار CaO ترکیب نشده یا متبلور در سیمان پرتلند به ندرت از %۱ تجاوز می‌نمایند.

خرابی ناشی از یخ زدگی (Deterioration by Frost Action)

در اقلیم های سرد، آسیب‌دیدگی رو سازی های بتنی، دیوارهای حایل، عرشه‌های پل‌ها و نرده‌ها، که به عمل یخ‌زدگی (دوره‌های یخ‌زدن و آب‌ شدن) نسبت داده می‌شوند، یکی از مشکلات اصلی است. در هر حال، تأثیرات زیان‌آور، نه تنها به مشخصات بتن، بلکه به شرایط محیطی ویژه آن نیز بستگی دارد. بنابراین، بتنی که تحت یک شرایط یخ‌زدگی و آب‌شدگی مشخص در برابر یخ‌زدگی مقاوم باشد می‌تواند تحت شرایط دیگر تخریب گردد.

شکل 3- یخ زدگی بتن، یکی انواع خرابی های بتن

آسیب ناشی از یخ‌زدگی در بتن می‌تواند به چند شکل بوجود آید، عمومی‌ترین نوع آن ترک خوردگی بتن در اثر انبساط پیش رونده ماتریس خمیر سیمان بر اثر دوره‌های یخ‌زدن و آب‌شدن مکرر است. پوسته شدن (ورقه ورقه شدن سطح پرداخت شده) در دال های بتنی‌ای که در معرض یخ‌زدن و آب‌شدن همراه با حضور رطوبت و مواد شیمیایی یخ‌زدا قرار می‌گیرند. بعضی از سنگدانه‌های درشت در دال های بتنی باعث ترک‌خوردگی (معمولاً موازی درز‌ها و لبه‌ها) می‌شوند و نهایتاً شکلی را که شبیه حرف D بزرگ لاتین است ایجاد می‌کنند. (یعنی اینکه در دو گوشه از چهار گوشه دال، ترک‌ها انحنا پیدا می‌کنند.)

خرابی های شیمیایی (Chemical Deterioration)

یکی دیگر از انواع خرابی های بتن ، خرابی های شیمیایی می باشند. مقاومت بتن در مقابل فرآیندهای آسیب دیدگی‌ که به وسیله واکنش های شیمیایی شروع می‌شود، به طور کلی اما نه لزوماً متضمن فعل و انفعالات شیمیایی مابین مواد مهاجم موجود در محیط خارجی و اجزا خمیر سیمان می‌باشد.

موارد استثناء:
– واکنش های قلیایی سنگدانه‌ها
– هیدراتاسیون به تعویق افتاده CaO و Mgo متبلور
– خوردگی الکتروشیمیایی فولاد در بتن

در یک خمیر سیمان پرتلند خوب هیدراته شده، فاز جامد که اساساً از هیدرات های نسبتاً نامحلول کلسیم (مانند C-S-H و CH و C-A-S-H) تشکیل شده است، با pH زیاد مایع منفذی، در حدود ۱۲/۵تا ۱۳/۵، در حالت تعادل پایدار قرار دارد. لذا اگر خمیر سیمان در تماس با محیط اسیدی قرار بگیرد، در حالت نامتعادل شیمیایی خواهد بود. از نظر تئوری، هر محیطی با pH کمتر از ۱۲/۵ممکن است مهاجم باشد، زیرا کاهش درجه قلیایی مایع منفذی، نهایتاً منجر به ناپایدار سازی محصولات سیمانی ناشی از هیدراتاسیون می‌گردد. بنابراین اغلب آب های صنعتی و طبیعی می‌توانند در زمره گروه مهاجم قرار گیرند. میزان حمله شیمیایی به بتن، تابعی از pH مایع مهاجم و نفوذپذیری بتن خواهد بود.

حمله سولفاتی (Sulfate Attack)

یکی از مباحث مهم مربوط به دوام و پایایی بتن، مقاومت آن در برابر حملات سولفاتی است. خرابی در بتن و کاهش کیفیت آن را که ناشی از واکنش شیمیایی بین خمیر سیمان و یون های سولفات باشد در اصطلاح «حمله سولفاتی» می‌ نامند. خرابی ناشی از حمله سولفاتی یکی از رایج‌ترین انواع خرابی در بتن در سطح دنیاست.

شکل 4 – حمله سولفاتی ، از انواع خرابی های بتن

منشا حملات سولفاتی

بسیاری از انواع خاک های موجود در طبیعت دارای مقادیری یون سولفات به صورت سنگ گچ هستند که در صورتی که غلظت آن %۰/۰۵ فرا‌تر رود می‌تواند اثر مخرب در بتن مجاور داشته باشد. عمده کودهای شیمیایی مورد استفاده در کشاورزی دارای سولفات آمونیم می‌باشند. پساب برخی واحدهای صنعتی می‌تواند حاوی یون های سولفات باشد. فساد مواد آلی در زمین های مسطح، دریاچه‌های کم عمق، لوله‌های فاضلاب، و معادن زیرزمینی منجر به تولید گاز H۲S شده که می‌تواند در ‌‌نهایت به اسید سولفوریک تبدیل شود.

آب دریا‌ها عموما دارای مقادیر قابل توجهی از یون های سولفات است. آب های زیرزمینی می‌توانند حاوی مقادیر زیادی سولفات قلیایی‌ها باشد. بنابراین قرارگیری بتن در معرض آب های طبیعی یا صنعتی حاوی یون های سولفات پدیده‌ای نسبتا فراگیر است.

نمونه‌های حملات سولفاتی

در بسیاری از مناطق جهان غلظت یون های سولفات در خاک بالاست (۹۵۲میلیون هکتار) و منجر به خرابی پایه پل‌ها شده است (سازه‌های ۵ تا ۲۰ساله در جنوب آمریکا و اروپا). سازه‌های دریایی در معرض حملات سولفاتی هستند (جنوب ایران، ۴۲ مورد خرابی در سازه‌های دریایی ۱۰تا ۱۵ساله در عربستان)

منبع: جزوه تکنولوژی عالی بتن دکتر رمضانیان پور