سازگاری بین بتن اولیه و مصالح ترمیم در فرایند ترمیم بتن

ترمیم و نگهداری بتن از مهمترین مسائلی بهره برداری از سازه‌های بتنی در جهان است و سالانه هزینه زیادی را به خود اختصاص می‌دهد. با توجه به تنوع زیاد مصالح ترمیم و گستردگی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آنها ضروری است روشی برای ارزیابی سازگاری بین بتن اولیه و مصالح ترمیم پیشنهاد شود.

سازگاری را می‌توان یک تعادل فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی بین مصالح ترمیم و بتنن موجود تعریف کرد. سازگار بودن تضمین می‌کند که بتن ترمیم شده می‌تواند تمام تنش‌های وارده به دلیل تغییر حجم، اثرات شیمیایی و الکتروشیمیایی را بدون کاهش تنش و آسیب در طول دوره زمانی طراحی شده تحمل کند. برای دستیابی به یک ترمیم با دوام ضروری است عوامل موثر بر طراحی و انتخاب سیستم ترمیم به عنوان بخشی از یک سیستم مرکب شناسایی شوند.

مصالح ترمیم

مصالح مورد استفاده به منظور ترمیم بتن را بر اساس مواد تشکیل دهنده می‌توان به سه گروه اصلی ملات‌های سیمانی‌، ملات‌های سیمانی اصلاح شده با پلیمر، ملات‌های پلیمری تقسیم کرد. استفاده از هر گروه از مصالح ترمیم مستلزم رعایت شرایط خاص در مراحل اجرای ترمیم و عمل آوری آن است.

مصالح ترمیم بر اساس نوع کاربرد سازه اصلی‌، نوع بارگذاری، شرایط شیمیایی محیط نیز طبقه بندی شده و انتخاب مصالح ترمیم با توجه شرایط خاص بهره برداری و بر آورده ساختن الزامات خاصی صورت می‌پذیرد.

برخی آیین نامه‌ها راهنمایی در مورد انتخاب ماده ترمیم، آماده ‌سازی سطح بتن اولیه و روش‌های ایجاد پیوستگی ارائه می‌کنند. اما با این وجود هیچ روش آزمایشی در آیین نامه‌ها از جمله آیین نامه ACI یا استاندارد ASTM ارائه نشده است که با به کارگیری آن بتوان سازگاری مصالح ترمیم و بتن اولیه را قبل از انتخاب ماده ترمیم پیش بینی کرد. در کشور هم اکنون از مصالح زیادی برای ترمیم سازه‌ها استفاده می‌شود. لیکن مطالعاتی در مورد بررسی فراتر این مصالح در نمونه ترمیم سافته با آزمایش‌های مناسب انجام نشده است.

عوامل موثر بر سازگاری بین مصالح ترمیم و بتن اولیه، مشتمل بر دو دسته کلی خصوصیات مکانیکی و خصوصیات موقر بر دوام هستند. در تحقیقات مختلفی پارامترهای موثر بر سازگاری مورد بررسی قرار گرفته و پارامترهای مدول الاستی سیته، مقاومت کششی‌، ضریب خزش، ضریب انبساط حرارتی، مقاومت پیوستگی‌، مقاومت شیمیایی‌، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی‌، جمع شدگی و غیره بر سازگاری بتن اولیه و مصالح ترمیم موثر تشخیص داده شده است.

تعیین سازگاری دو ماده بر اساس استاندارد تعیین مقاومت خمشی به روش بارگذاری سه نقطه‌ای بر اساس استاندارد ASTM C78 انجام شده است. بر اساس نتایج این آزمایش‌ها می‌توان گفت مقاومت پیوستگی در حالتی که سطح بتن اولیه با ماسه ریز سند بلاست شده است بیشترین همبستگی را با سازگاری دارد. جمع شدگی بتن نیز عامل مهم بعدی است. پارامترهای مقاومت فشاری و خمشی مصالح ترمیم رابطه محسوسی با سازگاری ترمیم نشان نداده است.

مقاومت پیوستگی نیز ار پارامترهای مهم و تاثیرگذار بر سازگاری بتن اولیه و مصالح ترمیم است. این پارامتر به روش‌های مختلفی از قبیل آزمایش‌های کشش، شکاف، برش مستقیم و برش مایل اندازه گیری می‌شود.

مقاومت خمشی مصالح ترمیم و بتن اولیه به وسیله آزمایش تیر ساده تحت بار سه نقطه‌ای بر اساس استاندارد ASTM C78 اندازه گیری می‌شود. بارگذاری از قسمت فوقانی تیر و در دو نقطه که از هر تکیه گاه به اندازه یک سوم دهانه فاصله دارند اعمال می‌شود.

مقاومت پیوستگی بین بتن اولیه و مصالح ترمیم به روش مقاومت پیوستگی برش مایل بر اساس روش پیشنهادی در استاندارد ASTM C882 تعیین می‌شود. در این روش ملات ترمیم بر روی یک سطح مایل با زاویه ۳۰ درجه به بتن اولیه چسبانده می‌شود. ‌مقاومت پیوستگی بین بتن اولیه و ماده ترمیم به صورت ماکزیمم بار محوری تحمل شده تقسیم بر مساحت سطح مایل محاسبه می‌شود.‌

مقاومت خمشی تیر مرکب

جزییات انجام این آزمایش مشابه آزمایش مقاومت خمشی بر اساس استاندارد ASTM C78 است. طول دهانه تیر، سه برابر عمق تیر در نظر گرفته شده و بار از دو نقطه در قسمت فوقانی تیر که از تکیه گاه‌ها به اندازه یک سوم دهانه فاصله دارند به تیر وارد می‌شود. این نحوه بارگذاری به ایجاد لنگر خمشی یکنواخت در یک سوم میانی دهانه منجر می‌شود.

مقاومت پیوستگی برش مایل

برای اندازه گیری مقاومت پیوستگی برش مایل، استوانه‌های مرکبی مطابف با اندازه‌های مشخص شده ساخته و به دو روش مرطوب و ترکیبی عمل آوری می‌شود. سطح تماس دو ماده نیز قبل از اعمال ماده ترمیم به دو صورت صاف و سندبلاست شده آماده شده است. پس از شسکتن استوانه‌های مرکب تحت بار محوری فشاری. سه مود کلی شکست مشاهده شده است.

مود ۱

شکست در سطح تماس دو ماده. استوانه‌هایی که با این مود دچار گسیختگی شدند بدون آسیب دیدگی در بتن اولیه یا ماده ترمیم از محل اتصال جدا شدند. جداشدگی در برخی موارد به صورت کامل بوده و استوانه به دو قسمت تقسیم شده است. در بقیه موارد شکست با ایجاد ترک در سطح اتصال بدون دو تکه شدن نمونه رخ داده است.

مود ۲

شکست در سطح تماس دو ماده و ماده ترمیم. در این حالت ماده ترمیم گسیخته شده و همزمان در سطح تماس دو ماده نیز جداشدگی دیده می‌شود. شکست ماده ترمیم می‌تواند به صورت خردشدگی کامل یا ایجاد ترک‌های ریز باشد.

مود ۳

شکست ترکیبی در سطح تماس‌. بتن اولیه و ماده ترمیم. در این حالت در عین حال که نمونه از سطح تماس دچار جداشدگی شده است هر دو ماده بتن اولیه و ماده ترمیم نیز دچار گسیختگی شده‌اند. نکته قابل توجه درباره این حالت ماده ترمیم است. در نمونه‌هایی که ماده ترمیم به کار بوده و شکست آن به صورت ترک در هر دو ماده و سطح تماس رخ داده است، خردشدگی رخ نداده و تنها ترک‌هایی پیش رونده در بتن اولیه و ماده ترمیم مشاهده شده است. این ترک‌ها توسط ترکی که منطبق بر سطح تماس است به هم متصل می‌شوند. در سایر مواد ترمیم شکست در این مود با خردشدگی هر دو ماده همراه است.

تحلیل سازگاری بین مصالح ترمیم و بتن اولیه با استفاده از تیر مرکب تحت بار سه نقطه‌ای

برای بررسی سازگاری یا ناسازگاری مواد ترمیم و بتن اولیه تیر ساده‌ای با قسمت تو رفته ساخته می‌شود. قسمت تو رفته با یک نوع ماده ترمیم پر شده و به دو روش عمل آوری می‌شود. پس از گذشت ۲۸ روز از اعمال مواد ترمیم‌، نمونه‌ها تحت بارگذاری سه نقطه‌ای قرار گرفته و مقاومت خمشی تیر مرکب اندازه گیری می‌شود. پس از رسیدن تیر مرکب به مقاومت خمشی نهایی سازگاری یا ناسازگاری مصالح ترمیم و بتن اولیه با توجه به مود شکست تیر مشخص می‌شود.

مود ۱: شکست در یک سوم میانی دهانه بدون جداشدگی در ماده ترمیم رخ داده است. در این حالت شکست که بیشترین فراوانی را در بین نمونه‌ها به خود اختصاص داده نشان دهنده رفتار سازگاری دو ماده است.

مود ۲: در این حالت نیمی از ماده ترمیم کاملاً از بتن اولیه جدا شده است.‌ این مود شکست ناسازگاری است.

مود ۳ : در این حالت شکست همراه با جداشدگی از گوشه مواد ترمیم (خارج از یک سوم میانی) است. ماده ترمیم در سطح اتصال مایل از بتن اولیه جدا می‌شود. این مود شکست نیز ناسازگار است.

پارامترهای موثر در سازگاری ترمیم که مورد بررسی قرار گرفته‌‌اند، شامل تفاوت در مقاومت‌، مقاومت پیوستگی برش مایل‌، تفاوت در روش عمل آوری ماده ترمیم و بافت سطح تماس.

ماده ترمیم بیشترین حساسیت‌ ر‌ا نسبت به روش عمل آوری سطح از خود نشان می‌دهد. بنابراین شرایط عمل آوری و بافت سطخ تماس باید به گونه‌ای انتخاب شود که بیشترین مقاومت پیوستگی بین دو ماده ایجاد شود. این شرایط بسته به نوع ماده ترمیم انتخاب شده متفاوت است. برخی مواد ترمیم در شرایط سطح تماس زبر مقاومت پیوستگی بیشتری دارند. برخی با سطح صاف‌. همچنین تاثیر روش عمل آروی بر مقاومت پیوستگی مواد ترمیم مختلف متفاوت است. بدین معنا که در برخی مواد عمل آوری مرطوب به افزایش پیوستگی منجر می‌شود. و در برخی مواد عمل آوری ترکیبی باعث افزایش پیوستگی می‌شود. لذا انتخاب روش عمل آوری باید با توجه به ماده ترمیم به صورتی انتخاب شود که به پیوستگی بالاتری منجر شود.

با توجه به اینکه برخی مواد ترمیم با سطح تماس زبر و برخی مواد با سطح صاف مقاومت پیوستگی بیشتری از خود نشان داده‌اند لذا بر خلاف تصور اولیه رابطه مشخصی بین بافت سطح تماس و مقاومت پیوستگی مشاهده نمی‌شود.

سازگاری بین مصالح ترمیم و بتن اولیه، به میزان قابل ملاحظه‌ای متاثر از روش عمل آوری است. مصالح ترمیم مورد بررسی در شرایط عمل آوری ترکیبی از سازگاری بهتری با بتن اولیه از خود نشان دادند.

تاثیر مقاومت پیو.ستگی بر سازگاری

تاثیر مقاومت پیوستگی در حالت سطح تماس زبر و عمل آوری مرطوب مورد بررسی آماری قرار می‌گیرد. برای بی بعد کردن پارامتر مقاومت پیوستگی به منظور مقایسه با سایر مقادیر از نسبت مقاومت پیوستگی که به صورت مقاومت پیوستگی مقطع مرکب تقسیم بر مقاومت کششی ماده ترمیم شده است استفاده می‌شود.