مقاله عوامل تخریب بتن و راه کارهای ترمیم بتن
علل تخریب بتن
علل شایع آسیب به بتن تعمیراتی در این فصل مورد بحث قرار گرفته است. بحث درمورد هر عامل آسیب عبارت است از:
1- شرح علت و چگونگی آسیب رساندن آن به بتن
2- بحث و یا تهیه ی فهرستی از روش های مناسب و مواد لازم برای تعمیر آن نوع خاص از آسیب بتنی
شاکله ی این فصل را شناخت اهمیت تعیین علت آسیب رسیدن به بتن قبل از انتخاب روش تعمیر تشکیل می دهد. انتظار می رود که بحث های مشروح انتخاب روش تعمیر، همانطور که در فصل چهارم آمده (به زودی این فصل نیز در اختیار دوستان قرار خواهد گرفت - مترجم) است ، قبل اجرا مد نظر قرار گیرد.
1. آب اضافه در مخلوط بتن
استفاده از آب بیش از حد در مخلوط های بتن شایع ترین علت آسیب به بتن است. آب بیش از حد مقاومت بتن را کاهش می دهد ، مدت زمان کیورینگ و انقباض خشک را افزایش داده ، موجب افزایش تخلخل وخزش شده و مقاومت بتن در برابر سایش را کاهش می دهد.
شکل 1 اثرات تجمعی آب به سیمان نسبت به دوام بتن را نشان می دهد. در این شکل، دوام بالای بتن با رنج پایین نسبت آب به سیمان وهوای مصرفی متناسب است. خسارت ناشی از آب اضافی می تواند به سختی قابل تشخیص باشد زیرا که معمولا این آسیب بوسیله خرابی های علت های دیگر پوشانده شده است. به عنوان مثال، ترک خوردگی ناشی از انجماد و ذوب ، رشد فرسودگی در اثر سایش، یا ترکهای جمع شدگی ناشی از خشک شدن، اغلب به عنوان آسیبهای بتن شناخته می شوند ، اما در واقعیت، آب اضافی باعث پایین آمدن دوام بتن شده که این خود به علل دیگر اجازه ی حمله به بتن را خواهد داد. در طول آزمایشات پتروگرافی، گاهی اوقات می توان موارد شدید وجود آب اضافی دربتن سخت شده را از طریق حفرات مویینه آب یا حفره های آب در زیر سنگدانه های بزرگ شناسایی کرد. معمولا، بررسی گزارشات بچینگ ، سوابق طرح اختلاط و بازرسی های میدانی استفاده از بیش از حد از آب را در بتن آسیب دیده تایید می کنند. البته باید در نظر داشت، به هر حال ، آب اضافه شده به بتن در تراک میکسر در هنگام حمل به محل پروژه و یا به خود بتن طول عملیات بتن ریزی، غالبا مکتوب نشده و مستند نمی گردد.
تنها تعمیر دائمی بتن آسیب دیده به علت آب اضافی حذف و جایگزینی بتن است.با این حال، با توجه به میزان و ماهیت خسارت، تعدادی از روش های نگهداری و یا تعمیر می تواند درافزایش عمر سازه بتنی مفید باشد. اگر آسیب با تشخیص زودرس همراه بوده و عمق آسیب کم ( کمتر از 5/1 اینچ) است، استفاده از ترکیبات آب بندی بتن، مانند مواد جامد غلظت بالا( بیشتر از 15 درصد) الیگومریک alkyl alkoxy سیلوکسان یا سیستم های سیلان و یا سیستم مونومر methacrylic با وزن مولکولی بالا نفوذ آب را کاهش داده و مقاومت بتن در برابر چرخه ی انجماد و ذوب را بهبود بخشیده و تخریب بتن را کاهش می دهد.
چنین سیستمی تعمیراتی نیازمند به برنامه بازبینی و تعمیر در فواصل زمانی 5 تا10 ساله است. بتن ریزی با چسب اپوکسی برای پیوند بتن قدیم به جدید برای تعمیر خسارت هایی که گستردگی آنها بین 5/1 تا 6 اینچ به داخل بتن تخمین زده می شود، و جایگزینن کردن بتن برای تعمیر آسیب هایی با عمق 6 اینچ یا بیشتر توصیه می شود.
2 – طراحی نادرست
عیوب در طراحی می تواند انواع بیشماری از آسیبهای بتن را ایجاد کند که بحث در مورد همه انواع آن فراتر از حوصله ی این کتاب است
با این حال، یک از اشکالات طراحی که بتازگی تا حد زیادی رایج شده است ، قرار گرفتن قطعات فلزی EM-bedded - جاسازی شده – مانند خط لوله برق یا جعبه تقسیم در نزدیکی سطوح بیرونی سازه های بتنی است. ترک در بتن و در اطراف چنین محلهایی تشکیل شده و اجازه می دهد سرعت تخریب و فرایند انجماد و ذوب سریعتر رخ می دهد. بیس های فلزی راه آهن ها و گارد ریل ها که بیش از حد در نزدیکی لبه ی بیرونی دیوارهای قرار داده شده اند ، پیاده رو ها و نرده های جان پناه نیز نتایج مشابهی را رقم می زنند.
این قطعات فلزی و گسترش نفوذپذیری درون بتن با تغییرات دما متناسب است. با انبساط فلز تنش کششی در بتن ایجاد شده، و در نتیجه باعث ایجاد ترک خوردگی و پس از آن سبب آسیب ذوب و انجماد می گردد.طول گارد ریلها یا نرده های جانپناه می تواند مشکل دیگری ایجاد کند.لوله های مورد استفاده در آنها نیز دچار انبساط وانقباض طولی در اثر تغییرات دما شده واگر مفاصل لغزش کافی تعبیه نشده باشد،این انبساط و انقباض عامل ترک خوردگی در نقاط اتصال بیس ها به بتن می گردد.این ترک ها نیزسرعت آسیب های ناشی از انجماد و ذوب در بتن را افزایش می دهد.
پوشش و کاور ناکافی بتن بر روی شبکه آرماتور یک علت شایع آسیب به سازه های پل و بزرگراه است.این مشکل در سازه های آبی و آبیاری هم وجود دارد .برای احیا و تعمیر معمولا نیاز به حداقل 5/7سانتیمتر پوشش بتن بر روی شبکه آرماتور سازه هست، اما در محیط های خورنده که بتن در معرض اثرات مخرب سولفات ها، اسیدها، یا کلریدها قرار دارد این میزان باید حداقل10 سانتیمتر باشد.
پوشش ناکافی اجازه می دهد تا خوردگی در آرماتورها آغاز گردد، ایجاد اکسید آهن و محصولات جانبی ناشی از این خوردگی نیاز به فضای بیشتر در بتن داشته و در نتیجه ترک خوردگی و متورق شدن بتن را باعث می گردند.
عدم استفاده از مفاصل انقباضی کافی و یا عدم رعایت فواصل درزهای انبساطی به منظورتوزیع یکنواخت دما در اسلب بتنی به آن آسیب میزند و بتن با مفاصل انقباض ناکافی ترک خواهد خورد و این ترک ها در نقاطی که نیاز به درز انبساط بوده اما تعبیه نشده مشهود است.متاسفانه، دیدن چنین ترکهایی به عنوان درز انقطاع های شکل گرفته یا بریده شده چندان جذاب نیست اما ساختار این ترک ها تنش های کششی را کنترل می کند و علی رغم ظاهرهرچند ناخوشایند شان، به ندرت نیاز به تعمیردارند. اسلب بتنی ساخته شده با درزهای انبساطی ناکافی و یا خیلی تنگ می تواند باعث آسیب های جدی به عرشه پل، جاده سد، و طبقات بلند، سطوح شیب دار، سرریز های سد گردد.هر کدام از این بتن ها چرخه طولانی تغیرات روزانه، فصلی و سالیانه دما در اثر تابش های خورشیدی را تجربه می کنند. در نتیجه انبساط بتن در سطوح فوقانی اسلب ها که دمای بالا تری دارند، بیشتر و در بخش ها و لبه های تحتانی که خنک تر هستند کمتر است.چنین انبساطی می تواند موجب لب به لب و مماس شدن بخش های فوقانی دال ها در محل درز های انقطاع شده که در این شرایط تنها راه ممکن برای حرکت آسان اسلب ها به سمت بالاست که باعث ایجاد تورق در فرم بتن می گردد، که از محل درزها آغاز شده و از1 تا 2 اینچ پشت دال ها پیشروی می کنند. این تورق ها به طور معمول در شبکه فوقانی آرموتور بندی واقع شده اند. در اقلیم های معتدل، تورق بتن در دو سوی درزهای انبساطی باقی مانده و آسیب بیشتر وارد نمی شود. در آب و هوای سرد، به هر حال، آب می تواند چرخه روزانه ای از انجماد و ذوب را وارد درزهای ناشی از تورق کند. این باعث می شود که ورقه ورقه شدن بتن رشد کرده و از 3 تا 5 فوت دورتر از محل درز گسترش یابد.
شکل 2 نمونه ای اغراق شده از این آسیب است.
مرمت و بازسازی آسیب های ناشی از طراحی معیوب تا زمانی که اشکالات طراحی کاهش یابد، بیهوده است.قطعات فلزی جاسازی شده می تواند برداشته شود، نرده ها را می توان به مفاصل لغزشی مناسب مجهز نمود، و بیس پلیت های گارد ریل را می توان به محل هایی که بتن در آنجا مقاومت کافی در برابر نیروهای کششی را دارد جابجا کرد.جبران کمی کاور بتن روی شبکه آرماتور بندی بسیار دشوار است، اما می توان مواد مناسبی برای تعمیر و مقاومت در برابر انواع خاصی از خوردگی را انتخاب نمود. همینطورعملیات تعمیرمی تواند با استفاده از مواد آب بندی بتن محافظت شده وبا استفاده از پوشش های آب بند از نفوذ آب به بتن جلوگیری نمود و آنرا کاهش داد.
دال هایی با تعداد کم درزهای انبساطی را نیز می توان با استفاده از کاتر برش داد و به تعداد درز های انبساطی افزود و یا با افزایش عرض درز ، آنرا برای مقابله با اثرات انبساط گرمایی آماده نمود.
آسیب ناشی از اشکالات طراحی به احتمال زیاد می تواند با استفاده از جایگزینی بتن ، جایگزینی بتن با استفاده از چسب اپوکسی، و یا ترکیبی از چسب و ملات های تعمیری اپوکسی مرتفع شود.
3- نقایص ساخت
آسیب های معمول وارد بر بتن در اثر اجرای نادرست مشتمل بر کرمو و متخخل شدن بتن، در رفتن قالب ، اشتباهات محاسباتی و اندازه گیری و نقایص تکمیل کار است.
کرمو شدن و تخلخل بتن در واقع مناطقی هستند که بر اثر ناتوانی ملات سیمان در پر کردن فضاهای موجود اطراف سنگدانه ها و در نتیجه خالی ماندن آنها ایجاد می گردند. در صورت خفیف بودن این نقیصه به شرط اینکه از باز کردن قالبها بیش از 24 ساعت نگذشته باشد می توان از ملات سیمان استفاده نمود.اگر عملیات ترمیم بیش از 24 ساعت بعد از برداشتن قالب و با تاخیرصورت گرفته، یا سطح کرمو شده ی بتن گسترده است، باید ابتدا بتن های معیوب برداشته شده ، سپس با استفاده از ملات ترمیمی آماده ، به همراه چسب پیوند دهنده اپوکسی ، تعمیر صورت گیرد ، روش نهایی نیز جایگزینی کل بتن با بتن جدید است بعضی از نقص های جزئی ناشی از حرکت قالب یا در رفتن قالب را می توان با استفاده از سنگ ساب صاف و پرداخت نمود.در اکثر موارد این رفع نقص به سادگی توسط مالک پذیرفته شده ، والا مجری موظف است نسبت به تخریب و جایگزینی آن بخش آسیب دیده از بتن اقدام کند.
فرصت های زیادی برای ایجاد خطاهای ابعادی در ساخت و ساز بتن وجود دارد.اگربتوان ، بهترین روش معمولا پذیرفتن نقص به جای تلاش برای تعمیر آن است.در غیر این صورت اگر طبیعت نقص کیفی بتن به گونه ای باشد که نتوان آن راپذیرفت ، بهترین تصمیم، تخریب و باز سازی مجدد است. در بعضی موارد، خطاهای ابعادی را می توان با تخریب بتن معیوب و جایگزینی آن با بتن جدید با استفاده از چسب اپوکسی اصلاح کرد.
نقایص تکمیلی معمولا شامل پرداخت بیش از حد(سطح نهایی) و یا اضافه کردن آب و (یا) سیمان به سطح در طی مراحل اتمام کار است.در هر دو مورد، سطح متخلخل و نفوذ پذیر ودر نتیجه کم دوام می شود.سطوح ضعیف نهایی در همان اوائل عمر سازه ترک خورده و خرد می شوند.مرمت و بازسازی سطح خرد شده شامل حذف بتن ضعیف و جایگزینی آن با بتن جدید با استفاده از چسب پیوندی اپوکسی است است.اگر روند تخریب به سرعت تشخیص داده شود، می توان عمر (بتن نهایی) سطح را با استفاده از ترکیبات آب بند کننده بتن افزایش داد.
4-تخریب سولفاتی
سولفات سدیم، منیزیم و کلسیم، از جمله نمکهایی هستند که معمولا در خاکهای قلیایی و زیرزمینی غرب ایالات متحده ( در ایران مناطق ساحلی جنوب و همچنین غرب کشور یافت می شوند(.این گروه از سولفات ها با آهک هیدراته و هیدرات آلومینات موجود در خمیر سیمان واکنش شیمیایی داده و تشکیل سولفات کلسیم و کلسیم سولفات آلومینات می دهند .حجم محصولات جانبی این واکنش بیشتر از حجم خمیر سیمان تولید شده است، بنابراین امکان شکستن بتن در اثر انبساط وجود دارد . سیمان پرتلند نوع 5، که درصد آلومینات کلسیم پایینی دارد، در برابر واکنش شیمیایی و حمله سولفات ها بسیار مقاوم است . بنابراین در جاهایی که سازه بتنی در مجاورت خاک و یا آبهای زیر زمینی دارای سولفات قرار دارد باید از این نوع سیمان استفاده کرد.
نگاه کنید به جدول 2 از کتابچه راهنمای بتن (نوشته شده: دایره اصلاح، 1975) بخش راهنمای مواد و ویژگی های طرح اختلاط برای بتن های محیط های سولفاتی .
گاهی اوقات استفاده از یک پوشش نازک بتن پلیمری می تواند برای بتنی که دستخوش فرسایش و آسیب مدام به علت قرار گرفتن در معرض سولفاتها ست ، مفید باشد و یا استفاده از مواد و ترکیبات آب بندی بتن اثر بخش است است.تناوب پیاپی خشک و تر شدن سازه به تخریب سولفاتی سرعت می بخشد ،لذا کاهش و کم کردن نرخ تخریب را می توان با قطع این چرخه انجام داد.روش پیشنهادی دیگر از بین بردن سولفات های قابل انتقال از راه آب است در صورتی که دسترسی به منبع سولفاتی امکان پذیر باشد. در غیر این صورت پس از انجام بازبینی مناسب باید بتن موجود تخریب شده و با بتن ساخته شده با سیمان تیپ 5 جایگزین شود.
5 – واکنش قلیایی سنگدانه ها
انواع خاصی از شن و ماسه، مانند سنگ اوپال، چرت (نوعی سنگ آتشزنه با ذرات متراکم و سیاه )، سنگ چخماق یا آذرین با محتوای سیلیسی بالا، با کلسیم، سدیم ، پتاسیم و هیدروکسیدهای قلیایی سیمان پرتلند واکنش می دهند.این واکنش، علی رغم بیش از نیم قرن مطالعه و تحقیق اداره اصلاح از سال 1942 چندان درک و شناخته نشده است.برخی بتن های دارای سنگدانه هایی با قابلیت واکنش پذیری قلیایی، به سرعت شواهدی دال بر گسترش تخریب و فرسایش را نشان می دهد.اما بتنهای دیگرممکن است برای سالهای زیادی دست نخورده باقی بمانند.بررسی پتروگرافی در بتن های واکنش پذیر نشان می دهد که نوعی ژل در اطراف این نوع سنگدانه ها تشکیل شده است.
این ژل در حضور آب یا بخار آب (رطوبت نسبی 80 تا 85) ،به شدت گسترش پیدا کرده و ترک های کشیده ای در اطراف سنگدانه ها ایجاد کرده و در بتن گسترش می یابد (شکل 3).
و در صورتی که مهار نشود ، این گسترش در داخل بتن برای اولین بار به صورت ترک خوردگی های منظمی بر روی سطح آشکار می گردد.معمولا، در برخی از موارد تراوش سفید رنگی در داخل و اطراف بتن ترک خورده مشاهده می شود.در موارد شدید، این ترک ها 5/1 تا 2 اینچ (شکل 4) باز می گردند.
بسیار معمول است که چنین آسیب های گسترده ای، منجر به چین خوردگی های(جابجایی های) قابل توجهی در بتن ویا قیود ونقاط اتصال بتنی دروازه های کنترل سدها گردد.در سازه های بتنی بزرگ، واکنش قلیایی سنگدانه ممکن است فقط در مناطق خاصی از سازه رخ می دهد.تا زمانی که استفاده از چندین معدن و دپوی سنگدانه برای استفاده در ساخت سازه های بتنی بزرگ معمول بوده ومورد تایید قرار می گیرد، این روش ممکن است برای تشخیص گیج کننده باشد.زیرا بتن حاوی شن و ماسه قلیایی یا سنگدانه واکنش پذیر، تنها در بخشهایی از سازه که نمایان ساخته شده است ، قابل تشخیص می باشد .همچین وضعیتی در حال حاضر در سد (Minidoka) استارک و DePuy 1995، سد کوه استوارت ، سد کولیج، سد Friant، و سد Seminoe قابل مشاهده است.
در سازه های جدید استفاده از سیمانهای پرتلند با خاصیت قلیایی پایین و سرباره پزولانی میتواند بطور کامل یا تا حد بسیار زیادی خوردگی در اثر واکنش سنگدانه ها را متوقف کند. در سازه های موجود خوردگی ناشی از مصالح سنگی واکنش پذیر تقریبا غیر قابل تعمیر است. هیچ روش اثبات شده ای برای حذف اثر واکنش های قلیایی سنگدانه ها وجود ندارد. اگرچه نرخ گسترش تخریب با اتخاذ تدابیری جهت خشک نگه داشتن سازه در بعضی موارد ممکن است کند شود. اما هر گونه تلاش برای تعمیر سازه هایی که تحت تاثیر واکنش های قلیایی هستند بی ثمر است.با گسترش مداوم این عارضه در داخل بتن هر گونه مواد تعمیری به سادگی جدا شده و بی اثر می شوند.سازه های تحت تخریب فعال باید به صورت مدام مونیتور شده و مورد بازرسی قرار گیرد، و تنها لازم است تعمیراتی را انجام داد که در جهت حفظ بهره برداری مطمئن سازه باشد.اتصالات بتنی گیت های در سد های متعددی با استفاده از سیم بکسل جهت ایجاد برش های ترمیمی در هر سطح بتنی آنها ، به چرخه بهره یرداری بازگردانده شده اند. سپس این برش ها با استفاده از تکنیک تزریق رزین پلی اورتان به جهت آبند کردن و متوقف ساختن نشت آب پر می شود.
با افزایش انبساط بتن، چنین برشهای آزادی منتاوبا تکرار شود.در بسیاری از سازه ها، جابجایی ها و انبساط ها کند شده و از بین می روند و میزان این کندی و توقف بسته به واکنش های قلیایی سنگدانه ها و ترکیبات قلیایی موجود در بتن است . فقط هنگامی می توان اصلاح و ترمیم را برای بهربرداری کامل انجام داد که انبساط سازه به صورت کامل انجام پذیرفته باشد.در هر صورت، باید این پیش بینی را داشت که در نهایت ممکن است نیاز به جایگزینی بتن تحت تاثیر خوردگی قلیایی وجود داشته باشد .چنین مورد جایگزین کردن بتن در سال 1975 در آمریکا ،در جریان بازسازی سد آیداهو فالز اتفاق افتاد.این سد در سال 1927 ساخته شد و پس از مطالعات گسترده توسط آزمایشگاه بتن دنور مشخص گردید که بتن سد در اثر واکنش قلیایی سنگدانه ها به شدت آسیب دیده است.
6 – تخریب ناشی از سیکل انجماد و ذوب
تخریب ناشی از یخ زدکی و ذوب مداوم آب درون بتن یکی از علت های شایع آسیب پذیری سازه های بتنی در اقلیم های سرد سیری است.شرایط زیر در رخ دادن صدمات ناشی از انجماد و ذوب موثر هستند :
1- سازه تحت تاثیر مداوم سیکل ذوب و انجماد باشد.
2- خلل و فرج بتن موجود در هنگام یخ زدگی از آب اشباع – بیش از 90 درصد- شده باشد.
آب در مدت زمان انجماد حدود 15 درصد انجماد حجمی را تجربه می کند .اگر خلل و فرج و حفرات مویینه در بتن تقریبا در طول انجماد اشباع شده باشند ،این انبساط سبب اعمال نیروهای کششی شده و منجر به شکستگی و ترک خوردگی ماتریس ملات سیمان می گردد.این تخریب تقریبا در تمامی لایه های بتن از سطوح خارجی به داخل رخ می دهد.
نرخ پیشرفت آسیب به تعداد چرخه های انجماد و ذوب ، درجه اشباع سازه در طول انجماد، تخلخل بتن، و شرایط قرار گرفتن در معرض تابش نور بستگی دارد.دیوارهایی که در معرض ذوب برف یا پاشش آب هستند ، دالهای افقی که در تماس با آب قراردارند و دیواره های عمودی که در مسیر عبور آب واقع هستند از جمله مکان های معمول برای آسیب در اثرانجماد و ذوب مداوم می باشند.اگر بتن در معرض تابش نور از سمت جنوب قرار گیرد ، روزانه یک نیم سیکل انجماد در شب و یک نیم سیکل ذوب را در روز تجربه می کند در مقابل، بتن ها با در معرض قرار گرفتن از سمت شمال ممکن است فقط یک چرخه انجماد و ذوب را درهر زمستان را پشت سر گذارده و در نتیجه وضعیت به مراتب کمتر مخربی را تجربه می کنند. شکل های 5 و 6 نمونه ای از این نوع تخریب را نشان می دهد.
شق دیگری از تخریب های ناشی از چرخه انجماد و ذوب به عنوان ترک "”D - D-cracking- (ترکهای دی شکل) شناخته شده است.در این مورد، گسترش تخریب در اثر کیفیت پایین ، جذب پذیری بالا ،و استفاده از سنگدانه های درشت درملات سیمان رخ می دهد .این نوع ترک خوردگی اغلب در گوشه ها و کنج هایی بدون حفاظ دیوارها یا دالها و در محل اتصال ها دیده می شود. در چنین آسیبی مجموعه ای از ترک های تقریبا موازی که کلسیت (آهک) از درونشان بیرون میریزد (شوره می زند) معمولا سراسر گوشه و کنار سازه را قطع می کند. (شکل 7).
در سال 1942، دایره اصلاح ((Bureau of Reclamation صراحتا استفاده از مواد افزودنی هوا زا (AEA) در بتن ، به منظور کاهش تخریب سیکل ذوب و انجماد را آغاز نمود . سازه های بتنی ساخته شده قبل از این تاریخ فاقد هوازا بودند .سد Angostura، که در سال 1946عملیات ساخت آن آغاز گردید، اولین سد اصلاح شده با مشخصات مورد نیاز هوازا بر اساس قیمت سال 1981بود.
این نوع افزودنی ، تولید حباب های کوچکی از هوا درون جسم بتن نموده که فضای کافی جهت انبساط آب در هنگام یخ زدگی را فراهم می سازد.اگر هوازای مناسبی با غلظت صحیح درون بتن تازه ی با کیفیتی، بخوبی میکس و مخلوط شود، حاصل کار می بایستی صدمات بسیار کمی را در اثر سیکل ذوب و انجماد متحمل گردد، بجز در اقلیم هایی با آب و هوای بسیار بد.در نتیجه اگر در یک بتن جدید ، چرخه ذوب و انجماد به عنوان عامل آسیب مورد سوظن باشد ، ابتدا باید در این موضوع مورد بررسی قرار گیرد که چرا افزودنی هوا زا اثر بخش نبوده است.
بجز مواردی که بتن در معرض رطوبت و یا آب و هوای به شدت سرد قرار داشته باشد هنگامی که بتن تازه آسیب هایی از نوع چرخه ذوب و انجماد را ظاهر می سازد، به احتمال قوی دلایل دیگری وجود دارد .
(همانطور که گفته شد) تخریب ناشی از چرخه انجماد و ذوب بتن تنها زمانی رخ می دهد که بتن تقریبا اشباع شده باشد.بنابرین کاهش موفقیت آمیز صدمات ناشی از آن نیز،شامل کاهش یا حذف چرخه انجماد و ذوب و یا کاهش جذب آب توسط جسم بتن خواهد بود.معمولا هیچ روش شناخته شده ای برای محافظت و عایق بندی بتن برای کنترل دما جهت سیکل های انجماد و ذوب وجود ندارد ، اما می توان از ترکیبات آب بندی بتن برای جلوگیری یا کاهش جذب آب برای سطوح نمایان بتنی استفاده نمود.مواد آب بند برای بتن های غوطه ور در آب چندان اثر بخش نیست، اما می تواند از بتن هایی که در معرض باد و باران و آب شدن برف قرار دارند، محافظت نمایند.
ترمیم بتن آسیب دیده در اثر ذوب و یخ مدام ، اغلب به جایگزینی بتن ختم می شود. اگر ترک ها در حدود 6 اینچ و یا عمیقتر باشند باید از چسب اپوکسی به همراه بتن جدید استفاده کرد و یا از بتن پلیمری استفاده نمود . اگر صدمات بین 5/1 تا 6 اینچ عمق داشته باشد، حتما و مطمئنا در بتن جایگزین باید از مواد هوازا استفاده نمود. تلاش ها برای ترمیم خوردگی ها و تخریب های سطحی در اثر یخ زدگی و ذوب شدن متناوب، با عمق کمتر از 5/1 اینچ کاملا مایوس کننده بوده است. تا به امروز هیچ ماده تعمیری عمومی یا اختصاصی از سوی آزمایشگاه بتن دنور (ایالات متحده) ، مناسب ترمیم با این ضخامت شناخته نشده است.
7- تخریب در اثر سایش و فرسایش
سازه های بتنی که آب را به همراه گل و لای و ذرات معلق منتقل می کنند، شن ، خورده سنگ و یا آب با سرعت جریان بالا موضوعات مورد مطالعه در تخریب بتن در اثر سایش می باشند. حوضچه های آرامش در سد ها در صورتی که ذرات موجود در کف آنها جارو و منتقل نشود در معرض سایش قرار خواهند گرفت. در برخی از حوضچه های آرامش به علت معیوب بودن الگوی جریان ، سنگریزه ها و ذرات از پایین دست به بالا دست حوضچه کشیده می شود.در محلهایی که این ذرات درون حوضچه جمع میشوند ، در زمانی که جریانهای شدید وجود دارد، تخریب های قابل توجهی بوجود می آید.(شکل 8).
این سایش در اثر کوبش شن و خورده سنگ ها و گل و لای به کف اتفاق می افتد. آسیب ناشی از این تخریب به صورت صیقلی شدن سطح بتن ظاهر می شود. (شکل 9).
سنگدانه های درشت بتن نمایان شده و قدری از آنها تحت اثر گل و لای و شن، جلا خورده اند. شکل 10 مراحل اولیه سایش و احتمالا شروع خوردگی در دیوارهای حوضچه آرامش را نشان می دهد.
میزان تخریب سایش و خوردگی تابعی از متغیرهای زیاد و همچنین مدت زمان قرار گرفتن (سازه) در معرض این مولفه هاست، شکل سطوح بتنی، سرعت و الگوی جریان، مسیر جریان، و مجموع بارگذاری امکان دستیابی به نظریه ای عمومی برای پیش بینی رفتار بتن در این شرایط را بسیار دشوار ساخته است. در نتیجه، معمولا لازم است مدل هیدرولیکی سازه برای تشخیص شرایط و الگوی جریان در حوضچه های آسیب دیده و ارزیابی تغییرات مورد نیاز مورد مطالعه قرار گیرد.اگر تمامی شرایطی که منجر به سایش و فرسایش سازه میگردد مورد بررسی قرار نگیرد، بهترین مواد تعمیری هم کارایی نداشته و عمر بهره وری سازه پایین خواهد آمد.
به طور کلی این درک وجود دارد که بتن با کیفیت بالا به مراتب مقاوم تر از بتن با کیفیت پایین در مقابله با آسیب ناشی از سایش است . تعدادی از مطالعات انجام شده ( Smoak)، 1991 به وضوح نشان می دهد که مقاومت بتن در برابر سائیدگی با افزایش مقاومت فشاری بتن را افزایش می یابد.
بهترین ترمیم آسیب های ناشی از سایش استفاده از بتن با دوده سیلیسی و یا استفاده از بتن پلیمری است.این مواد بالاترین مقاومت در برابر تخریب را در تست های آزمایشگاهی و میدانی نشان داده اند. اگر تخریب تا پشت شبکه آرماتور بندی نفوذ نکرده و حداقل 6 اینچ در جسم بتن نفوذ کرده باشد، باید بتن جدید میکس شده با پودر میکروسیلیس روی یک لایه چسب اپوکسی تازه اجرا شود. شکل 11 نحوه ی اجرای بتن با پودر میکروسیلیس جهت ترمیم خرابی های ناشی از سایش، فرسایش و چرخه ی انجماد و ذوب را بر روی کف سرریز سد Vallecito نشان می دهد.
- آسیب های ناشی از پدیده کاویتاسیون
تخریب در اثر کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که جریان آب با سرعت بالا به صورت نامنظم و ناپیوسته به سطح جریان برخورد کند. ناپیوستگی در مسیر جریان باعث می شود آب سطح جریان را بالا بکشد ، در نتیجه باعث ایجاد مناطق فشار منفی شده و حباب هایی از بخار آب ایجاد گردد. این حباب ها به پایین دست جریان حرکت کرده و می ترکند. اگر ترکیدگی حباب ها مجاور یک سطح بتنی صورت بگیرد، یک ناحیه ی ضربه ای فشار بالا گرداگرد یک منطقه بی نهایت کوچک در روی سطح ایجاد می شود. چنین ضربات قدرتمندی می تواند ذرات بتن را جابجا و قلوه کن کرده ، باعث تشکیل ناپیوستگی دیگری شود که خود آن می تواند باعث آسیب گسترده تری در اثر پدیده کاویتاسیون گردد. شکل 12، الگوی کلاسیک "درخت کریسمس" –تخریب در اثر کاویتاسیون به شکل کاج کریسمس- در یک تونل انتقال بتنی بزرگ در سد گلن کانیون که از سال 1982 جریانی بوده ،رخ داده است ،را نشان می دهد.
در این نمونه، تخریب کاویتاسیون به طور کامل در طول تونل بتن گسترش یافته و حدود 40 فوت به اساس صخره (شکل 13) نیز نفوذ کرده است.
تخریب در اثر کاویتاسیون در درون ، اطراف و چهارچوبه در های کنترل آب معمول است.جریان سرعت بسیار بالا هنگامی رخ می دهد که گیت های کنترل آب برای اولین بار باز می شوند ویا به مقدار کوچکی باز می مانند.این جریان باعث تخریب از نوع کاویتاسیون در پایین دست گیت ها یا اطراف آن می گردد.
برای ایجاد مقاومت در برابر پدیده کاویتاسیون بسیاری از مواد مختلفی توسط آزمایشگاه های اصلاح و ترمیم، رسته ی مهندسی ارتش ایالات متحده، و دیگران تست شده است. تا به امروز، هیچ ماده ای، از جمله فولاد ضد زنگ و چدن، قادر به تحمل کامل اثر های تخریبی ایجاده شده توسط کاویتاسیون نیست.برای داشتن تعمیرات موفق باید علل ایجاد کاویتاسیون را در نظر گرفت.
قانون استاندارد انگشت شست (rule of thumb) بیان می کند که کاویتاسیون در جریان هایی با سرعت کمتر از حدود 40 فوت در ثانیه در فشار محیط رخ نمی دهد. در باره ی سرعت جریانهایی تا به این اندازه نزدیک به آستانه (40 فوت بر ثانیه)، لازم است اطمینان حاصل شود که هیچ ناهمواری و یا ناپیوستگی در سطوح مسیر جریان وجود ندارد.
جزئیات و مشخصات ترمیم نهایی بر روی سطح سازه های بتنی که جریان هایی با سرعت بالا را تجربه خواهند کرد، باید بسیار سفت وسخت وبدون اغماض صورت پذیرند.
تعمیرات بتن تازه توانایی پاسخگویی به این نیاز شرایط سازه را نداشته باشد گاهی اوقات می تواند به صورت سنگ زنی وساب زنی سطح و برداشتن ناهمواری ها انجام می شود.هرچند، به احتمال زیاد بتنی است که مشخصات سطحی مورد نظر را برآورده نمی کند باید برداشته شود و با بتن جدید جایگزین شود و یا بتن جایگزین بتن به همراه چسب اپوکسی استفاده می شود.
خسارت وارد شده در اثر کاویتاسیون به چهارچوب یا خود گیت های کنترل معمولا می تواند با استفاده از ملات اپوکسی و چسب پیوندی اپوکسی ، ویا بتن پلیمری ، و یا جایگزینی بتن به همراه چسب اپوکسی تعمیر شود.طبیعت چنین آسیب هایی معمولا بسیار گسترده نیست.در نتیجه کشف و شناسایی آنها قبل از انجام تعمیرات بزرگ بسیار ضروری است.پس از انجام این تعمیرات، ایده خوبی است که یک لایه پوشش یکپارچه اپوکسی روی بتن ، از ابتدای چهارچوب گیت به سمت پایین دست به طول 5 تا 10 فوت اعمال کرد ،.سطح صیقل و شیشه ای پوشش اپوکسی ممکن است به جلوگیری از اثرات مخرب کاویتاسیون بر بتن کمک کنداما .به هر حال باید توجه داشت، که پوشش های اپوکسی به طور کامل در برابر آسیب های ناشی از کاویتاسیون مقاوم نیست.
برای داشتن یک تعمیر موفقیت آمیز در سرریزها، دریچه های خروجی ، یا حوضه های آرامش بتنی در سد ها تقریبا همیشه نیاز به ایجاد تغییرات عمده در ساختاربخش آسیب دیده به منظورجلوگیری از بازگشت تخریب وجود دارد.نتایج و عملکرد روش ها در مطالعات مدل هیدرولیک برای اطمینان از صحت طراحی چنین تعمیراتی باید در نظر گرفته شوند.یکی از روش های اصلاحی، نصب و راه اندازی شیار های (slot) هوا در سر ریز ها و تونل هاست، که در از بین بردن و یا کاهش قابل توجه اثر کاویتاسیون بسیار موفق بوده است.بتن جایگزین معمولا در این نوع عارضه ها و تعمیرات اینچنینی کاربرد بسیار دارد.
9- خوردگی شبکه آرماتور
خوردگی شبکه آرماتور معمولا نشانه ی بر تخریب بتن به علت دیگریست، در این مورد، علل مخرب دیگر بتن را ضعیف کرده و اجازه می دهند تا خوردگی شبکه آرماتور رخ بدهد.به هر صورت ، شبکه های آرماتور دارای خوردگی به صورت متداول در هر بتن آسیب دیده ای یافت می شوند لذا با توجه به اهداف این کتاب بنا داریم در این مبحث ،علل خوردگی آرماتور ها را مورد مطالعه قرار دهیم.
ظرفیت قلیایی سیمان پرتلند مورد استفاده در بتن به طور معمول در اطراف آرماتورها ، ایجاد یک محیط بازی (قلیایی) غیر فعال (در حدود PH12 ) کرده که از آنها در برابر خوردگی محافظت می کند. وقتی که انفعال محیطی از دست رفته و یا از بین برود، و یا زمانی که بتن دچارترک خوردگی شود و یا تورق به اندازه کافی اجازه می دهد تا آب بدون مزاحمت وارد بتن شود، خوردگی رخ می دهد. اکسیدهای آهن تشکیل شده در طول خوردگی فولاد نیاز به فضای بیشتری نسبت به سایز اصلی شبکه آرماتور در بتن دارند. این مسأله باعث بوجود آمدن تنش کششی در بتن و در نتیجه ایجاد ترک های اضافی و (یا )لایه لایه شدن کاور بتن و در نتیجه سرعت بخشیدن به روند خوردگی خواهد شد.
برخی از علل شایع تر از خوردگی فولاد همراه شدن ترک خوردگی های بتن با سیکل انجماد و ذوب شدن، قرار گرفتن در معرض سولفات، و واکنش قلیایی سنگدانه ها، قرار گرفتن در معرض اسید، از دست دادن خواص قلیایی به علت کربناته، فقدان ضخامت کافی کاور بتن، و قرار گرفتن در معرض کلرید هاست.
قرار گرفتن در معرض کلرید ها تا حد زیادی نرخ خوردگی سرعت بخشیده و می تواند به فرمهای متعددی رخ می دهد.استفاده از نمک ضد یخ(کلرید سدیم) به بتن برای سرعت بخشیدن به روند آب شدن برف و یخ، منبع معمول برای کلریدها است.کلریدها همچنین می توانند در شن و ماسه، سنگدانه ها، و آب مورد استفاده برای آماده سازی مخلوط های بتن وجود داشته باشند.بعضی از سازه های آبیاری در ایالت های غربی آمریکا ، آب با محتویات کلرید بالا را منتقل و جابجا می کنند(شکل 14).
سازه های بتنی واقع در محیطهای دریایی قرار گرفتن در معرض کلراید را از طریق آب دریا و یا پاشش در اثرجریان باد تجربه می کنند.
در نهایت یکی دیگر (از راههای حمله ی کلرها) روش تجربی استفاده از کلراید به عنوان مواد افزودنی بتن برای سرعت بخشیدن به هیدراتاسیون در زمستان (به عنوان ضد یخ) بود.
رخ دادن زنگ زدگی در شبکه آرماتور می تواند معمول باشد ، اما نه همیشه ، این مسئله را می توان با آشکار شدن لکه زنگ بر روی سطوح خارجی بتن و یا تولید صدای توخالی و یا طبل مانند و بمی که ناشی از ضربه زدن نرم روی بتن مشکوک ایجاد می شود ، شناسایی کرد.همچنین می توان با اندازه گیری پتانسیل خوردگی هافسل از بتن آسیب دیده، با استفاده از دستگاه های الکترونیکی ویژه، که به این منظور ساخته شده، زنگ زدگی را شناسایی نمود.زمانی که زنگ زدگی شبکه آرماتور تایید شد، بسیارمهم است که آنچه واقعا باعث خوردگی شده شناسایی شود، چون معمولا علل خوردگی تعیین خواهد کرد که چه روش تعمیراتی را باید مد نظر و مورد استفاده قرار داد.بحث بیشتر درمورد روش های ترمیمی مناسب ،در بخش های دیگری از کتاب آورده شده است.هنگامی که علت آسیب شناسایی شد و مسئله ساده تر گردید ، در صورت لزوم، حفاظت و آماده سازی شبکه آرماتور تحت اثر خوردگی درهنگام برداشتن بتن فرسوده اهمیت می یابد. بر این اساس فلزی که توسط فرآیند خوردگی به کمتر از نصف سطح مقطع اصلی آن کاهش یافته باید حذف شده و جایگزین گردد.فولاد باقی مانده نیز برای حذف تمام شل زنگ ها ، خورده زنگ ها و محصولات جانبی خوردگی که با اتصال به مواد تعمیری (در روند ترمیم) دخالت می کنند ، باید تمیز گردد. شبکه آرماتور بندی تحت خوردگی ممکن است است از مناطق دارای بتن آسیب دیده به سوی بتن به ظاهر خوب گسترش یافته باشد. بنابرین در هنگام برداشتن بتن باید دقت کرد تمامی شبکه آرماتور دارای خوردگی شناسایی شوند.
10- قرار گرفتن در معرض اسید
منابع شایع برای قرار گرفتن سازه های بتنی در معرض اسید در مجاورت معادن زیر زمینی اتفاق می افتد. آب های زهکشی خارج شده از این معادن می تواند اسیدی و به صورت غیر منتظره ای با PHپایین باشد.مقدار PH 7 به عنوان ماده خنثی تعریف شده است. مقادیر بالاتر از 7 قلیایی نامیده شده اند، در حالی که مقادیر PH پایین تر از 7 اسیدی هستند. محلول اسید سولفوریک 15 تا 20 درصد،مقدار PH در حدود 1 می تواند داشته باشد.
چنین محلولی به سرعت به بتن آسیب می زند.پسآبهای اسیدی با مقدار PH بین 5تا 6 نیز به بتن صدمه میزنند، اما تنها پس از قرار گرفتن طولانی سازه در معرض آنها.
تشخیص بتن آسیب دیده توسط اسید بسیار آسان است.اسید با سیمان پرتلندِ ملات بتن واکنش می دهد و سیمان به نمک های کلسیم تبدیل شده که بوسیله آب جاری ریزش کرده و شسته می شوند.سنگدانه ها ی درشت تر معمولا سالم می مانند، اما نمایان می گردند. ظاهر بتن آسیب دیده توسط اسید تا حدودی مانند تخریب سایشی است، اما سنگدانه هایی که در معرض اسید قرار می گیرند نمایانتر و بدون صیقل هستند. شکل 15 و 16 ظاهر نمونه ای از بتن را نشان می دهند که با قرار گرفتن در معرض اسید آسیب دیده است.
تخریب اسیدی به وضوح در سطح آغاز می شود، و تحت تاثیر اسید گسترش می یابد ، از آن طرف هرچه به هسته اصلی سازه و عمق بتن نزدیک می شود میزان تخریب کاهش می یابد. غلظت اسید در سطح بتن بالاست.اما هرچه به داخل بتن نفوذ می کند به علت واکنش با سیمان پرتلند خنثی می گردد. با این حال، سیمان موجود در جسم بتن به علت این واکنش ها ضعیف شده است.
بنابراین اقدامات اولیه برای ترمیم بتن تحت اثر اسید، که شامل برداشتن بتن آسیب دیده است همواره بیش از آن چیزیست که پیش بینی می شود.عدم حذف تمامی بتن های آسیب دیده و ضعیف شده ناشی از عملکرد اسید باعث نقص در چسبیدن مواد ترمیمی می شود.بر اساس تجربه شستشو با اسید به عنوان یک روش مجاز برای تمیز کردن بتن جهت آمادگی سطوح برای تعمیرات مجاز می باشد ، اما به هر صورت، نقص در چسبیدن مواد تعمیری رخ می دهد، مگر آنکه تلاش های گسترده ای برای حذف تمام آثار اسید از بتن انجام پذیرد.
در روش های دیگر ترمیم بتن هیچ مجوزی جهت استفاده از اسید برای آماده سازی سازی بتن قبل از تعمیر و یا برای تمیز کردن ترک ها به منظور تزریق رزین صادر نشده است.
همانند تمامی علل تخریب بتن ، حذف منع تخریب بتن پیش از ترمیم لازم و ضروریست. یکی از روشهای معمول در تخریبات اسیدی، رقیق کردن اسید موجود در محل به وسیله آب است. محلول اسیدی با PH پایین می تواند تبدیل به محلول اسیدی با PH بالاتر شده که پتانسیل رفتار مخرب کمتری دارد.
به عنوان جایگزین اگر PH محلول اسیدی به طور متوسط بالا بود، می توان از سیستم پوشش نازک بتن پلیمری به عنوان متوقف کننده بازتولید اثرات تخریبی اسید پس از انجام ترمیم بر روی سطح استفاده نمود.
تحقیقات آزمایشگاهی نشان می دهد پوشش هایی با قابلیت محافظت سطح بتن در برابر اسید های قوی ، به ندرت اقتصادی هستند.
در تعمیرات تخریب اسیدی می توان از بتن جایگزین به همراه چسب اپوکسی بتن جایگزین و بتن پلیمری و در بعضی موارد از چسب اپوکسی به همراه ملات اپوکسی استفاده نمود. پیشنهاد می شود از ملات اپوکسی و بتن پلیمری که حاوی سیمان پرتلند نباشند، به دلیل مقاومت زیادی که در برابر اسید ، استفاده گردد.
11 – ترک خوردگی
ترک مثل خوردگی آرماتورها دلیل اصلی تخریب بتن نیست. بلکه نشانه ای از تخریب بتن به علت سایر عوامل مخرب است.
همه بتن هایی که با سیمان پرتلند ساخته می شوند درجه ای از جمع شدگی ر
مطالب مشابه :
آب و هوای مناسب زعفران:
كتابخانه عمومي شهرستان بهشهر آب و هوای در نقاط مختلف خراسان بسته به وضعیت آب و
گزارش جنگل نوردی اروست - بهشهر ( استان مازندران )
بهشهر ( استان مازندران ) گروه کوهنوردی دانشگاه آزاد اسلامی اراک در یک وضعیت آب و هوای
وضع هوای کشور در چند روز آینده "ورود سامانه بارشي جديدبه کشور
وضع هوای کشور در چند روز آینده خبرنگاران در خصوص وضعيت آب و هواي آباد بهشهر.
مقاله توسعه درونی شهرها و شاخص های اندازه گیری آن
آب و هوای بهشهر. البته این شاخص ، ارزیابی اولیه از وضعیت اقتصادی و الگوهای فرهنگی ساکنان
وضعیت طبیعی و اقلیمی Natural and ecological situation
آن از باقی فلات ایران، از آب و هوای ویژه ای مانند نکا و بهشهر وضعیت اجمالی
شهرستان نكا
ایران وضعیت آب و هوا راهنمای مرز شهرستان بهشهر و از شمال دارد و آب و هوای آن
مقاله عوامل تخریب بتن و راه کارهای ترمیم بتن
آب و هوای بهشهر. سر گذارده و در نتیجه وضعیت به هایی با آب و هوای بسیار بد
برچسب :
وضعیت آب و هوای بهشهر