خوردگی بتن مسلح در برابر آب دریا

1- تهاجم شیمیایی سولفات ها

2- تهاجم فیزیکی نمک ها

3- تفاوت ساز و کار خرابی این دو تهاجم

4- دانش و ساز و کار تاثیر این دو خرابی برای درک پتانسیل تاثیر آنها بر عملکرد سازه ها

5- خرابی متاثر از انجماد و ذوب

6- خرابی حاصل از واکنش شیمیایی سنگ های سیلیسی و کربناتی

7- خرابی ناشی از قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی

8- خرابی در اثر، سایش و فرسایش خوردگی فلزات درون بتن

9- روش های تعمیرات برای ارتفاع سیستم های محافظتی پوششی برای دوام سازه های بتنی

 

 

به دلیل پیچیدگی تاثیرات محیط بر سازه ها و عکس العمل های وارد شده، برخی بر این باورند که برای به دست آوردن عملکرد واقعی، تنها اصلاح خصوصیات مصالح، پاسخگو نیست و باید اجزای معماری، طراحی سازه، فرایند اجرایی، روش های ارزیابی و سیستم نگهداری، تعمیرات و پیش گیری نیز اصلاح شود.

تمام کسانی که به نحوی در به تولید و مصرف سازه های بتنی در گیرند، باید حداقل دانش از مهمترین فرایندهای خرابی و پارامترهای حاکم بر آن داشته باشند. در موارد خاص، چنین دانشی به شخص کمک

می کند تا توانایی تصمیم گیری صحیح در زمان درست را داشته باشد.

برخورد ظاهری به سازه به منظور طراحی عمر مفید، یک روش قابل اعتماد نیست. مدل سازی ساده مهندسی ارائه شده، زمینه ی نظری حاصل از تجربه عملی درخصوص فرایندهای خرابی عوامل حاکم

بر سازه است که امکان همگونی با سازو کار رفتارهای پیچیده در علم مصالح، تاثیرات حرارت، و اصول اساسی تاثیرگذار بر دوام سازه است.

همانطور که مشهود است، جریان انتقال مشترک رطوبت و مواد شیمیایی، حرارت در جرم بتن و ارتباط با محیط اطراف (آب و هوای میکروبی)، و پارامترهای کنترل کننده این سازو کار انتقال، به عنوان اصول اساسی دوام ترسیم شده اند.

حضور آب یا رطوبت تنها و مهمترین عامل کنترل کننده انواع خرابی ها بجز خرابی شیمیایی است. انتقال اب در درونبتن توسط نوع خلل و فرج، اندازه و طرز انتشار آنها تعیین می شود.

در عوض، نوع و نرخ فرایند خرابی بتن (فیزیکی، شیمیایی، و زیستی) در سازه های مسلح یا سازه های پیش تنیده، خوردگی تعیین کننده استقامت، سختی مصالح، بخش ها و اجزاء سازنده سازه است. همچنین شرایط سطوح سازه باتوجه به ایمنی، کاربری و نمای سازه و تاثیر گذاری آنها تعیین می شود و به طور کلی عملکرد سازه را تعیین می کند.

در حقیقت، آنچه در عمل اطمینان بخش است همانا رضایت از عملکرد سازه در یک گستره زمانی مناسب است که یک سازه مناسب را می توان در طول عمر مفید طراحی یا یک سازه نامناسب را با تعمیرات و نگهداری لازم در همان طول عمر مناسب مورد بهره برداری قرار داد.

 سازوکار انتقال در بتن

شرایط قابل ملاحظه
تقریباً در تمام فرایندهای فیزیکی و شیمیایی تاثیر گذار بر دوام، ساختار بتن دو عامل موثر و مهم است :

1- گازها و سازوکار انتقال در درون خلل و فرج (منافذ)

2- املاح محلول در آب

در اینجا انتقال گارها و آب و املاح مضر محلول در آب و سازوکار چسبندگی مورد نظر است. نرخ، گستره و تاثیر انتقال و سازوکار چسبندگی به شکل چشمگیری به ساختار خلل و فرج و آب و هوای میکرونی سطوح بتنی بستگی دارد. در این ارتباط انواع، اندازه و تناسب انتشار خلل و فرج در ساختار خلل و فرج موثر است.

ساختار خلل و فرج و پر شدن آنها از آب، شاخصی تعیین کننده و مرتبط با نفوذپذیری است و اهمیت زیادی دارد و کنترل کننده نفوذ گازها و مواد محلول در آب به درون بتن است. به علاوه، نرخ فرایند انتقال به طور چشمگیری به سازوکار انتقال بستگی دارد. در جایی که سازوکار چسبندگی شیمیایی مطرح باشد ترکیبات شیمیایی سیمان و خواص سنگدانهها اهمیت دارد. تمامی سازوکارهای انتقال، اساساً تابعی از ساختار خلل و فرج اند و با همان فرایند تعیین می شوند.

 

 

ساختار منافذ بتن

علاوه بر شرایط آب و هوایی میکرونی، نفوذپذیری عامل موثر و تعیین کننده ای در ساختار خلل و فرج سیمان است. در ارتباط با خصوصیات ساختار خلل و فرج انتقال مواد به درون مصالح متخلخل، دو عامل مهم وجود دارد :

تخلخل نسبی
مقدار منافذ انتشار یافته
تخلخل نسبی

تخلخل نسبی یعنی منافذی که به یکدیگر متصل اند، به طوری که انتقال مایعات و گازها و املاح محلول در آن امکان پذیر باشد. در ضمن تخلخل نسبی به حداکثر مقدار آب قابل برگشت بستگی دارد، که در محدوده خمیر سیمان حدود 20 تا 30 درصد است.

 مقدار منافذ انتشار یافته

به طور مشخص تاثیر نوع و نرخ سازوکار انتقال مربوط به آب، سازوکار چسبندگی است. اندازه های منافذ در خمیر سیمان که بزرگی و تنوع طبقه ها را مطرح می کند، بر طبق منابع، پیدایش و ویژگی منافذ عبارت اند از :

منافذ تحکیمی
منافذ حباب هوا
منافذ مویینه
منافذ ژلی
 

که معمولا به صورت زیر تقسیم بندی می شوند :

منافذ میکروسکوژی
منافذ مویینه
منافذ ریز اما قابل رویت
دو نوع آخر در ارتباط با دوام بتن است.

معمولاً، دوام بتن در برابر مواد شیمیایی و فیزیکی به شکل چشمگیری با افزایش مقدار منافذ مویینه کاهش می یابد.

سازوکار انتقال

منافذ درون بتن با اندازه های بزرگ احاطه شده با هوا از هوا پر می شوندو نسبت به رطوبت محیط از رطوبت نیز پر می شوند. سطوح داخلی این منافذ با یک فیام نازک از آب، از طریق جذب سطحی پوشیده شده اند.

فرایند انتقال هر نوع گاز، آب، یا مواد و املاک محلول در آب، برمبنای فرایند انتشار در شرایط محیطی مرطوب صورت می گیرد.

فرایند انتشار، تمایل به تعادل در اختلاف غلظت است. نیروی غالب بر انتشار، همان اختلاف غلظت

(فشار اسمزی) است.

انتشار گاز دیوکسید کربن به داخل بتن، مربوط به واکنش شیمیایی CO2 است که روی دیوار و منافذ داخل بتن توسعه می یابد و باعث کاهش غلظت درون منافذ می شود. در صورت خوردگی فلزات درون بتن شرایط برای نفوذ اکسیژن صادق است.

انتشار آب یا بخار آب از سطح به درون بتن و برعکس، نسبت به شرایط جوی محیط اطراف تغییر می کند و باعث می شود که حالت تر و خشک شدن بتن اتفاق بیفتد.

انتشار املاح محلول در آب (مثلاً کلرور) در لایه فیلم آبی که روی سطح منافذ بتن به وجود می آید، اتفاق می افتد و یا اینکه با پر شدن منافذ از آب اتفاق می افتد. در صورت کاهش ضخامت لایه فیلم آب کاهش می یابد و در واقع روی سطح دیواره ی منافذ درون بتن، نرخ انتشار املاح محلول در آب به طور چشمگیری با کاهش مقدار رطوبت درون بتنکاهش می یابد.

شرایط محیط اطراف

در شرایطی که سازه به طور مداوم در آب غوطه ور باشد مقدار آب، در شرایط نامطلوب به داخل آن انتقال یابد. نفوذ آب در وهله اول توسط کشش مویینه، که به کمک فشار ستون آب نیز تسریع می شود، صورت می گیرد.

ادامه انتقال آب فقط زمانی انجام می شود مه تبخیر آب از سطحی که در مجاورت هوا قرار دارد صورت پذیرد. میزان این انتقال به تبخیر و کشش منافذ مویینه بستگی دارد.

کشش منافذ مویینه

فشار نیروی هیدروستاتیک آب
همراه با آب، مواد محلول در آب (کربنات، کلرور، سلفور و غیره) به درون بتن انتقال می یابند. این املاح در داخل بتنپس از تبخیر آب باقی می مانند و غلظت چشمگیری از خود به جای می گذارند. شوره زدگی نیز به همین مربوط است. مواد حل شده در آب پس از بلوری شدن بر روی سطح باقی می مانند.

نیروهای انبساطی مربوط به بلوری شدن نمک ها در بتن نزدیک به سطح زمین و بتن فقط سبب مشکلاتی از نظر نمای ظاهری می شوند، ولی تاثیرات واکنش شیمیایی نسبت به غلظت موثر مواد مضر بسیار با اهمیت است. در دیگر مصالح متخلخل مانند سنگ های مرمر و غیره، پوسته پوسته شدن توسط بلوری شدن نمک ها، خرابی های جدی به وجود می آورد، از جمله مجسمه ها، یادبودها و غیره، که در معرض محیط مضر قرار می گیرند.

فرایند فیزیکی و ترک خوردگی

درخصوص دلایل ترک خوردگی به موارد زیر می توان اشاره کرد :

حرکات داخل بتن
انبساط مصالح مدفون داخل بتن
عوامل بیرونی
جمع شدگی پلاستیک و ته نشینی پلاستیکی
ترک خوردگی بر اثر بارگذاری مستقیم
ترک خوردگی در اثر تغییر شکل وارد شده
ترک خوردگی در طول میلگردها
عوامل موثر در پدید آمدن دلایل بالا عبارت اند از :

جرئیات سازه ای
جزئیات میلگردها
ترکیبات شیمیایی بتن
اجرا و عمل آوری
 یخبندان و مواد یخ زدا

نقطه اشباع و تاثیر حباب هوای داده شده
تاثیر مواد یخ زدا
تاثیر مصالح سنگی
عوامل موثر در پدید آمدن موارد بالا عبارت اند از :

ترکیبات شیمیایی بتن
شرایط محیطی
سنین بتن
 فرسایش و کهنگی

ساز و کار خرابی
فرسایش ناشی از سایش
فرسایش ناشی از حفره ای شدن
عوامل موثر در پدید آمدن آن مورد زیر است :

ترکیبات شیمیایی بتن
 فرایند شیمیایی

تهاجم شیمیایی بر بتن

دوام سازه بتنی اغلب با نرخی که بتن توسط واکنش تجزیه می شود، سنجیده می شود. مواد مهاجم

(یون ها و مولکول ها) که اساساً از محیط اطراف به داخل انتقال یافته اند، با مواد درون بتن واکنش شیمیایی انجام می دهند.

اگر مواد مهاجم در درون بتن باشد، این مواد باید به سوی مواد واکنش دهنده بتن انتقال یابد تا واکنش شیمیایی انجام پذیرد. اگر انتقالی انجام نشود واکنشی به وجود نخواهد آمد.

پیش شرط نرخ انجام واکنش های شیمیایی در درون بتن که حضور آب به هر شکلی (مایع یا گاز) الزامی است و اهمیت فراوانی دارد.

معمولاً، واکنش بین مواد مهاجم و مواد واکنش دهنده، به محض رسیدن به هم، انجام می پذیرد. اغلب به دلیل آهنگ ملایم انتقال مواد مهاجم درون بتن و مواد انتقال یافته به داخل بتن، این واکنش ها چندین سال طول می کشد تا تاثیر سوء خود را نشان دهد. بنابراین قابلیت در دسترس قرار گرفتن مواد واکنش زا توسط مواد مهاجم، قدم تعیین کننده ای در تعیین نرخ واکنش با مواد مهاجم است.

آهنگ افزایش دما اساساً تاثیرگذار در آهنگ انتقال (حرارت بالا سبب تحرک بیشتر یون ها و ملکول ها) است. نسبت به نوع واکنش نفوذپذیری بتن سالم با غیر فعال بودن لایه دارای مواد واکنش زا تعیین

می شود. شدت واکنش شیمیایی، که به کاهش کیفیت بتن منجر می شود، با میزان نفوذپذیری بتنارتباط مستقیم دارد.

در عمل مهمترین واکنش ها عبارت اند از :

واکنش اسیدها، نمک های آمونیاک، نمک های منیزیم و آب شیرین (سبک)، با بتن
واکنش سولفات ها با آلومینات درون بتن
واکنش قلیایی های سیمان با سنگدانه های واکنش زا در بتن
واکنش شیمیایی درون بتن،‌ افزایش احتمال خوردگی میلگردها را به همراه دارد که با واکنش بین اجزای، کلسیم آهک آزاد می کند و به کربناسیون بتن منجر می شود.
 

 

حمله اسیدها

عمل اسیدها (به عنوان مواد مهاجم) بر بتن سخت شده (به عنوان مواد واکنش زا) کم و بیش چیزی جز تبدیل تمام اجزای کلسیم نیست : هیدروکسید کلسیم، هیدرو سیلیکات کلسیم و هیدرات آلومینات کلسیم، به نمک های اسید مهاجم.

عمل اسید کلریدریک سبب تبدیل آن به کلرور کلسیم (که بسیار در آب محلول است) می شود.

عمل اسید سولفوریک سبب تبدیل آن به سولفات کلسیم، که به صورت گچ است، می شود.

عمل اسید نیتریک سبب تبدیل آن به نیترات کلسیم، که به سادگی در آب حل می شود، است.

عملکرد با اسیدهای آلی نیز به همین صورت است :

عمل اسید لاکتیک سبب تبدیل آن به لاکتات کلسیم می شود.

عمل اسید استیک سبب تبدیل آن به استات کلسیم می شود.

نتیجه حاصل از تمام فرایندهای یاد شده سبب از دست دادن چسبندگی سیمان سخت شده است.

آهنگ خرابی واکنش شیمیایی اسیدهای مختلف بر بتن، با مهاجم تر بودن حمله اسیدها نیست، بلکه به ساختار نمکی بستگی دارد، زیرا هر چه محلول بودن این نمک کمتر باشد تاثیرگذاری آن کمتر خواهد بود.

اگر نمک کلسیم حاصل در آب کمتر محلول باشد، آنگاه آهنگ واکنش تعیین کننده و مهم است، یعنی همان آهنگ حل شدن نمک کلسیم در آب.

 

 

 

دوام بتن

تمامی فرایندهای تحقیقات علمی با ساده سازی آنها همراه است. زمانی که با یک ساختار یا پدیده پیچیده روبه رو می شویم باید به طور دلخواه سیستم موجود را به اجزای ساده تر طبقه بندی کنیم تا تک تک آنها مورد مطالعه و بررسی قرار گیرند و مدیریت مناسب تری اعمال شود.

از نظر علمی، این روش کار قابل قبول است، اما نتایج حاصل ارزش محدود خاصی را دارد، مگر اینکه تمامی دیگر جوانب مربوط به پدیده را در نظر بگیریم و مورد مطالعه قرار دهیم. ضمناً سعی در به کارگیری دیگر اطلاعات موجود در بررسی انجام شود.

پیش از این باید سیستم های پیچیده را به روش مفهوم تمامیت پدیده بررسی کنیم و دانش تجربی را با دانش علمی مکمل یکدیگر قرار دهیم. در عوض، در بیشتر اوقات در مطالعات یک بخش از سیستم پیچیده داده ها را مثل اینکه به تمام مجموعه کلی مربوط است بررسی می کنیم. سپس در زمان شبیه سازی نتایج، به ندرت دانش مربوط به تجربه را مورد بررسی قرار می دهیم.

پایه دانشی که فقط از روش علمی تجزیه ای سرچشمه گرفته است کمبودی جدی به همراه دارد که باید اصلاح شود،‌زیرا علم پایه ای را برای استواری تکنولوژی به وجود می آورد. برای مثال چگونه می توان اتظار داشت که سازه بتنی با دوام است. اگر در توسعه ای به روش های آزمایش و مشخصات استاندارد به نظریه های علمی و شبیه سازهای ناکافی و نامناسب اکتفا کرده ایم، برای به تصویر کشیدن این موضوع، نظریه های رایج پذیرفته شده را بررسی می کنیم، طوری که نظریه های علت خرابی بتن از جمله : تهاجم سولفات ها، واکنش قلیایی سنگدانه های سیلیسی، خوردگی میلگردها، انجماد، و ذوب هستند.

تهاجم سولفات

بسیاری از سازه های بتنی که در معرض شرایط محیطی تهاجم سولفات قرار داشته اند، مورد بررسی قرار گرفته اند، اما یک نظریه متحد جهانی قابل قبول بر مقوله انبساط بتن مربوط به اترنگایت خمیر سیمان وجود ندارد. در میان انبوه نظرات، دو نظریه وجود دارد که یکی از آنها فشار رشد بلورهای حاصل از شکل گیری اترنگایت را مطرح می کند. نظریه دیگر فشار حاصل از انبساط بلور اترنگایت را پس از جذب سطحی آب بیان می کند.

اثبات این نظریات با بررسی خرابی ساختاری در عمل بسیار مشکل است، زیرا مشاهده فرایندهایی است که فقط آسیب هایی را از خود باقی می گذارند و هیچ اثری از دلایل و سبب حاصل از آسیب ها مشخص

نمی شود.

پیشنهاد شده است که آسیب بتن ناشی از بلوری شدن سولفات سدیم یک مثال پدیده فشار رشد بلوری است. البته اثبات برعکس، فاز تغییر بین تناردایت (Na2SO4) و هیبرابی لایت (Na2SO4.10H20) یک پدیده انبساط است. در موارد زیادی هیچ ربطی به شکل گیری اترنگایت و تهاجم سولفات بر خمیر سیمان ندارد.

تمایل اترنگایت به جذب سطحی آب که اغلب سبب افت سریع اسلامپ در بتن تازه اختلاط می باشد در تکنولوژی بتنپدیده شناخته شده ای است. در بتن سخت شده، شکل گیری اترنگایت و در نتیجه جذب سطحی آب سبب فشار زیادی می شود که انبساط و ترک خوردگی را به همراه دارد. بخصوص وقتی که همزمان با آن خمیر سیمان به دلیل تهاجم سولفات یا از دست دادن مقاومت مواجه باشد.

مشاهدات کارگاهی موضوع از دست دادن چسبندگی و مقاومت بتنرا که در دراز مدت در معرض تهاجم سولفات قرار گرفته است، تایید می کند.

نکته مهم دیگر از مشاهدات خرابی بتن در نتیجه تهاجم شیمیایی فقط بتن نفوذپذیری در محیطی مربوط امکان پذیر است.

اگر بتن سازه ای از ابتدا نفوذپذیری نباشد، در طول کاربرد خود می تواند به دلایل بسیاری به خاطر ترک خوردگی میکرونی چنین شود.

اینطور به نظر می رسد که پدیده انبساط شیمیایی اتفاق نمی افتد تا اینکه بتن با نفوذ آب به داخل آن با درجه بالایی اشباع شده باشد.

همچنین شواهد نشان می دهد که تهاجم سولفات، تنها دلیل آسیب به بتن نیست.

شواهد کربناسیون (مربوط به CaCO3) و یا واکنش قلیایی سیلیسی اغلب با خرابی حاصل از تهاجم سولفات همراه است. در اینجا باید ذکر شود که هر دو واکنش قلیایی سیلیسی و کربناسیون خمیر سیمان تمایل به تسریع تهاجم سولفات دارند، زیرا باعث کاهش قلیاییت خمیر سیمان و بنابراین کاهش چسبندگی و مقاومت می شوند.

واکنش قلیایی سیلیسی

واکنش شیمیایی بین یک نوع مشخص سیلیس فعال موجود در ذرات سنگدانه و یک سیمان با قلیاییت بالا سبب تولید یک نوع ژل سیلیسی قابل انبساط می شود که می تواند با جذب سطحی آب سبب انبساط چشمگیری شود. مانند تهاجم سولفات وقتی واکنش قلیایی سیلیسی باعث آسیب رسانی به بتن سازه

می شود، معمولاً دلیل خرابی دیگری نیز همراه آن وجود دارد.

برای مثال، طبق گزارشات حاصل از تحقیقات اینطور به نظر می رسد که واکنش قلیایی سیلیسی باعث آسیب تراورس های بتنی یش ساخته در کشورهای استرالیا، فنلاند، اف
منبع این نوشته : منبع
واکنش ,سازه ,سولفات ,تهاجم ,مواد ,خرابی ,تهاجم سولفات ,واکنش قلیایی ,قلیایی سیلیسی ,مواد مهاجم ,مقاوم سازی ,واکنش قلیایی سیلیسی ,انتشار املاح مح