تاثیر عوامل بیرونی بر پایایی بتن

به مقاومت بتن ساخته شده از سیمان پرتلند، در برابر عوامل جوی٬ حملات شیمیایی٬ سایش، فرسایش و فرآیندهای تخریبی دیگر پایایی بتن گفته می‌شود. بتن پایا در شرایط محیطی مورد نظر، کیفیت و قابلیت بهره‌برداری خود را حفظ می‌کند. ساخت بتن پایا در کشورهای گرمسیر در قیاس با شرایط گرمایی کشورهای اروپایی معمولاً دارای مسایل بیشتری است. در مناطق سرد سیر نیز، یخ‌زدن و آب‌شدن‌های مکرر بتن، باعث تخریب بتن می‌شود. مواد شیمیایی یخ‌زدا باعث شدت این خرابی می‌شوند. برای برطرف کردن این مشکل، بتن باید با استفاده از مواد حباب ساز٬ سنگدانه‌های مناسب٬ نسبت آب به سیمان پایین و نفوذپذیری کم ساخته شود.

درجه حرارت و رطوبت در نواحی گرمسیر

از نظر متوسط درجه حرارت سالانه، تفاوت زیادی بین نواحی گرم و مرطوب و گرم و خشک وجود ندارد. در نواحی گرم و خشک تغییرات درجه حرارت شبانه روز‌ به ۲۵ تا ۳۵ درجه سانتیگراد برسد. حال آنکه تغییرات درجه حرارت در شبانه روز در نواحی گرم و مرطوب به نسبت پایین است. در اقلیم‌های گرم و مرطوب، متوسط درصد رطوبت بسیار بالا بوده و د‌ر نواحی گرم و خشک درصد رطوبت متوسط خیلی پایین است. اگر چه میزان رطوبت در سال دستخوش تغییرات بزرگی است. به علاوه در نواحی گرم و خشک اختلاف‌های قابل ملاحظه‌ای بین رطوبت نسبی نواحی ساحلی و غیر ساحلی وجود دارد.

تاثیر آب و هوا بر ساخت بتن

هنگامی که درجه حرارت بتن تازه بالا رود آثار زیر بروز می‌نماید.

• میزان آب مورد نیاز برای حصول قابلیت کاربرد مشخص افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر نسبت آب به سیمان یا سیمان بیشتری مورد نیاز خواهد بود.
• قابلیت کاربرد بتن تازه خیلی سریع کاهش می‌یابد. نتیجه این امر بروز اشکال در قابلیت کاربرد و تراکم بتن خواهد بود، در نتیجه افزایش آب که همانا افزایش نسبت آب به سیمان است، ضروری خواهد داشت.
• هر دو عامل یعنی تراکم نامناسب یا نسبت آب به سیمان بالاتر بر پایایی بتن اثر نامطلوب دارد.
• احتمال ترک در سطح بتن به لحاظ جمع شدن که در نواحی گرم و خشک افزایش می‌یابد. درجه حرارت بتن و هوای اطراف‌، رطوبت نسبی و سرعت باد از عوامل اصلی موثر بر این پدیده هستند.

بسط و انتشار درجه حرارت در اثر آبگیری سیمان

تشکیل لایه‌ای نرم و متخلخل در سطح بتن در نتیجه تبخیر سریع آب، موجب افزایش درجه حرارت بتن‌های تازه می‌شود که در نتیجه آن احتمال ایجاد ترک در اثر خشک شدن افزونی می‌یابد.

اقدامات لازم برای جلوگیری از ترک و خشک شدن بتن

• استفاده از مواد افزودنی که میزان آب مورد نیاز را کاهش می‌دهند (روان کننده‌ها).
• پایین نگه داشتن درجه حرارت بتن تازه تا حد امکان
• استفاده از خرده‌های یخ در بتن
• ممانعت از تابش مشتقیم نور خورشید و وزش باد، از طریق پوشاندن بتن (سایبان) و نصب موانع (بادشکن).
• ممانعت از تبخیر آب برای حداقل چهارده روز تا حصول ۷۰ درصد مقاومت فشاری.

تاثیر حرارت بر روند خرابی بتن سخت شده

بالا بودن قابل توجه درجه حرارت در نواحی گرمسیر در قیاس با اروپا موجب تفاوت‌های بزرگی در شدت خوردگی بتن و فولاد است. نفوذ عوامل خورنده از قبیل یون کلر، در اکسید کربن، یون‌های منیزیم و یون‌های سولفات در مناطق گرمسیر با سرعت بیشتری صورت می‌پذیرد.

از نقطه نظر خوردگی بتن د‌ر اثر نمک‌های مضاعفی نظیر Ettrigite و Thaumasite آسیب پذیری در درجه حرارت‌های بالاتر کمتر است و خوردگی به علت عدم انبساط نمک‌های سولفات ممکن است اصلاً بروز ننماید. توجیه این امر از این قرار است که میزان حلالیت هیدروکسید کلسیم در درجه حرارت بالا کمتر است د‌ر حالیکه در مورد سولفات کلسیم ، Ettringite یا دیگر نمک‌های مضاعف میزان حلالیت با بالا ر‌فتن درجه حرارت افزایش می‌یابد.

تاثیر رطوبت بر روند خرابی بتن سخت شده

رطوبت بتن از عوامل مهمی است که از جنبه‌های فیزیکی و مکانیکی بر پایایی بتن اثر می‌گذارد. تقریباً تمام عوامل مخرب به منظور ورود در فعل و انفعالات تخریبی به آب احتیاج دارند.‌ وجود آب در خلل و فرج بتن عاملی برای شکل گیری فعل و انفعالات شیمیایی مخرب‌ بتن است. که بایستی به لحاظ میزان رطوبت با محیط اطراف خود به تعادل برسد‌.‌ به هنگام رویایی با آب‌ جسم بتن به سرعت خیس می‌شود. خشک شدن آن به کندی صورت می‌گیرد و مستلزم زمان بیشتری خواهد بود و این امر امکان انجام فعل و انفعالات شیمیایی را برای زمان بیشتری فراهم می‌سازد.

‌در نواحی گرم و خشک نمک‌های مخرب موجود در خاک، بنا به خاصیت لوله‌های مویین همواره رطوبت خود را به سطوح بتن در اطراف زمین رسانده و موجب تخریب بتن می‌شوند. تخریب بتن به وسیله نمک‌های مخرب در نقاطی که بتن با ‌آب شور در تماس است، نیز صورت می‌گیرد.

رطوبت علاوه بر اینکه موجب خوردگی بتن می‌شود فولاد را نیز تحت تاثیر قرار می‌دهد. حتی اگر فولاد به علت تشکیل کربنات‌ها پتانسیل خوردگی را نیز داشته باشد، این عمل اتفاق نمی‌افتد. زیرا مقاوت الکتریکی بتن بسیار زیاد است‌.

آب احاطه کننده

در اراضی پست نواحی گرم و خشک، خاک اغلب حاوی نمک است زیرا نمک موجود در آب زیرزمینی ممکن است به سطح زمین برسد‌. د‌ر نواحی ساحلی سولفات‌ها و کلرورها املاح اصلی هستند و میزان سولفات‌ها نسبت به نواحی غیر ساحلی بیشتر است.

حضور این املاح ممکن است موجب بروز خرابی سطوح بیرونی بتن در تراز سطح زمین شوند‌. و چنانچه کلرور بین املاح وجود داشته باشد ممکن است خوردگی فولاد آغاز شود. به طور کلی به منظور جلوگیری از این پدیده‌ها توصیه می‌شود پی و قسمت‌هایی از ساختمان که در درون زمین واقع می‌شوند با لایه‌های غیر قابل نفوذ نظیر پوشش‌های پلاستیکی یا قیر اندود پوشانیده شوند.

در مجاورت آب دریا، سطح بتن تحت تاثیر یون‌های خورنده موجود در آب شسته می‌شود. سپس در اثر خورده شدن آهک، حفره‌هایی در سطح بتن ظاهر می‌شود‌. در مورد بتن متراکم که خوب عمل آوری شده باشد این تاثیر، سطحی و محدود خواهد بود. سیمان سرباره به دلیل میزان آهک کمتر و سخت‌تر بودن خمیر آن مقاومت بیشتری در مقابل حملات یاد شده دارد.

در مورد ساختمان‌های دریایی مناطق گرمسیر در قیاس با نقاط معتدل‌، آب‌های مجاور ساختمان گرمتر و غالباً حاوی مقادیر بیشتر نمک هستند. در این نواحی گر چه غلظت نمک زیادتر است، تاثیر درجه حرارت نیز باید به عنوان عاملی جدید تلقی شود. در نواحی گرمسیر مجاورت آب شیرین و بتن ممکن است موجب شسته شدن سطح بتن شود. معمولاً آب‌های نرم دارای خاصیت خورندگی بیشتری هستند. زیرا غلظت نمک‌های محلول آنها کمتر بوده و حاوی اسید کربنیک بیشتری هستند.

حملات زیستی (بیولوژیکی)

در نواحی گرم و مرطوب رشد جلبک‌ها و خزه‌ها روی سطوح بتن شدیدتر از نواحی معتدل است. اگر بتن از کیفیت خوبی برخوردار باشد تاثیر این قبیل روئیدنی‌ها کمتر خواهد بود. حتی شاید در بعضی موارد بتوان گفت این روئیدنی‌ها پایایی بتن را افزایش نیز می‌دهند.

بتن در سازه‌های دریایی ممکن است تحت تاثیر مخرب انواع معینی از صدف‌ها و اسفنج‌ها واقع شود. این جانوران معمولاً سنگ آهک را سوراخ می‌کنند‌. ممکن است در بتن حفره‌هایی ایجاد نموده باعث تضعیف آن شوند.

سایش و فرسایش

در نواحی گرم و خشک پوسته خارجی بتن ممکن است در اثر توفان‌های ماسه سائیده شود. نتیجه امر تا حدود زیادی با ماسه پاشی (SAND BLASTING) قابل مقایسه است. به نظر نمی‌رسد این امر به طور مشخص بر دوام بتن آسیبی وارد نماید. گر چه ممکن است توفان‌های ماسه گرد و خاک را روی زوایا و فرو رفتگی‌های ساختمان بنشاند. از آنجا که این گرد و خاک حاوی املاح خورنده است، خوردگی بتن در نقاطی رخ می‌دهد که انتظار نمی‌رود. در اتصالات و مفاصل رسوب گرد و خاک ممکن است آزادی حرکت قطعه بتنی را سلب نماید که در نتیجه آن تنش‌های ناشی از تغییر شکل‌های پیش بینی نشده موجب خرابی می‌شود.

تاثیر نوع سیمان بر پایای بتن

مسایل اساسی مرتبط با پایایی بتن که به نوع سیمان مربوط می‌شود شمل موارد زیر هستند.

• خوردگی فولاد به واسطه نفوذ کلرور
• حمله سولفات‌ها
• اثر متقابل مواد قلیایی موجود د‌ر سیمان و مصالح سنگی
• تغییر شکل‌های حرارتی ضمن سخت شدن بتن

مسائلی که کمتر تحت تاثیر نوع سیمان هستند به شرح زیر است.

• زمان گیرش
• جمع شدن پلاستیکی و جمع شدن در اثر خشک شدن
• ریختن و متراکم ساختن بتن تازه
• تاثیر حرارت اعم از تغییرات فصلی و تغییرات شبانه روزی

خوردگی فولاد به واسطه نفوذ کلرور

به طور معمول خرابی سازه‌های بتن آرمه در نواحی گرمسیر به واسطه نفوذ کلرورها و خوردگی فولاد رخ می‌دهد. سطوح بتن‌هایی که در هوای مرطوب واقع می‌شوند در اثر وزش باد یا تابش خورشید فقط تا عمق چند میلیمتر خشک می‌شوند. بنابراین قبل از اینکه نفوذ کلرورهای به جسم بتن از طریق لوله‌های موئین صورت پذیرد از طریق ذرات آب موجود در جسم آن رخ می‌دهد. در مورد سیمان پرتلند ضد سولفات که در مناطق گرمسیر به مقیاس وسیعی مورد استفاده است، سرعت انتشار یون مخرب کلر به میزان قابل توجهی بیشتر از سیمان پرتلند معمولی است. این سرعت علاوه بر درجه حرارت تابع عوامل زیر است.

• میزان یون‌های کلر آزاد که با خمیر سیمان پیوند ندارند
• وزن مخصوص و تخلخل بتن

تغییر شکل‌های حرارتی

در مناطق گرمسیر اختلاف درجه حرارت زیادی بین ساعات شبانه روز وجود دارد. در نقاط گرم و خشک ممکن است اختلاف درجه حرارت شب و روز به ۳۵ تا ۴۰ درجه سانتیگراد برسد. اختلاف درجه حرارت موجب تغییر شکل در ساختمان‌های بتنی می‌شود. به منظور جلوگیری از ترک‌های ناشی از این اختلاف درجه حرارت لازم است قبل از هر چیز نکات ویژه‌ای در طراحی و اجرا مد نظر قرار بگیرد.

• حرارت ناشی از جذب آب سیمان به هنگام گیرش و سخت شدن موجب نوعی تغییر شکل حرارتی شود. هر قدر درجه حرارت اولیه بتن تازه بیشتر باشد گرمای حاصل از جذب آب سیمان زودتر آزاد می‌شود. این امر موجب اختلاف فاحش درجه حرارت بین بتن جوان و محیط اطراف می‌شود.
• اختلاف درجه حرارت را می‌توان به کمک عایق بندی حرارتی قالب‌ها و کاهش درجه حرارت حاصل از فعل و انفعالات شیمیایی آب و سیمان محدود کرد.

مطالب بیشتر در زمینه پایایی بتن در نشریه شماره ۱۸۴ آورده شده است.