خوردگی آرماتور فولادی در بتن

دوام بتن یکی از مهمترین مخصه های آن است که باید در هنگام طراحی و ساخت بتن ، تمهیدات لازمی برای تامین آن در نظر گرفته شود . علاوه بر آن ، می باید با روشهای مناسب علمی ، طول عمر خدمت دهی سازه های مختلف بتنی ، نحوه رفتار آن ها در شرایط مختلف محیطی ، وجود خوردگی ها و تخریب های احتمالی و علل ان ها و نحوه تعمیر و زمان انجام آنها را مشخص سازیم .

خوردگی فولاد مدفون در داخل بتن بر اثر نفوذ یون کلراید و پیامد های آن ، یکی از مهمترین انواع خرابی های سازه های بتن مسلح است که بویژه به دلیل کثرت میزان آن ، هر ساله خسارات بسیار زیادی را بر ابنیه بتنی وارد می آورد . علی رغم تحقیقات فراوانی که در این زمینه صورت گرفته است ، معهذا به دلیل اهمیت فنی و اقتصادی موضوع ، هنوز هم بخش عمده ای از تحقیقات مربوط به دوام بتن در این زمینه انجام می گیرد .

این موضوع در کشور ما نیز ، به دلیل جدی بودن مسئله ، بویژه در مناطق حاشیه سواحل و جزایر خلیج فارس و دریای عمان از اهمیت زیادی برخوردار است .

سازه و کارخوردگی فولاد بر اثر تهاجم کلراید

در این قسمت ، ابتدا در مورد ساز و کار خوردگی فولاد و سپس در مورد نقش کلراید بر آن بحث می کنیم . در واقع می توان گفت که سازه های بتن مسلح از نقطه نظر خوردگی ، یک نوع سازه بسیار مناسب به شمار می آیند ، زیرا محیط قلیایی بتن موجب حفاظت از لایه غیر فعال (Passive ) فولاد می شود. لایه مذکور آرماتور را در برابر خوردگی محافظت کرده و به آرماتور برسد ، آنگاه لایه مزیبور صدمه خورده و یا از بین می رود و لذا فولاد مستعد خوردگی می شود .

یون کلراید اساسا بر روی میلگرد فولادی موجود در بتن تاثیر می گذارد . این تاثیر به صورت خوردگی فولاد است . خوردگی فولاد د اصل یک نوع واکنش الکترو شیمیایی است. مکانیسم خوردگی فولاد در حالت کلی ناشی یونیزه شدن محیط و تشکیل پیل شمیایی است. البته ، تمامی واکنش های شمیایی اساساً ماهیت الکتریکی دارند ، زیرا الکترون ها در تمامی انواع پیوندهای شمیایی یک نوع پدیده اکسایش – کاهش (یا اکسیداسیون و احیاء) است. د اینگونه واکنش ها ، دو الکترود فلزی ، موسوم به آند و کاتد ، وجود دارند که اختلاف پتانسیلی بین آنها  برقرار ست . اگر این دو الکترود در داخل یک محلول الکترولیت قرار گیرند ، رسانایی الکتریکی باعث آن می شود که یک جریان الکترولیتی بین آند وکاتد برقرار شود. روند خوردگی معمولی فولاد، که به زنگ زدن آن می انجامد، بر تشکیل پیل خوردگی است. شرایط بروز این امر، وجود سه عامل آهن، آب و اکسیژن است.

انجام واکنش خوردگی نیازمند وجود آب و اکسیژن است. نتیجه این عمل، ایجاد ناحیه سلول یا پیل ولتایی کوچک است، الکترون های تولید شده در ناحیه آندی، به سوی ناحیه کاتدی حرک می کنند. کاتیون ها ، یعنی یونهای Fe++ ، که در آند تولید شده اند از طریق الکترولیت به سوی  کاتد می روند. آنیون ها ، یعنی OH- که در کاتد تولید شده اند به طرف آند حرکت می کنند.

این یون ها، در جایی، میان این دو ناحیهبه هم می رسند و 2(OH) Fe را بوجود می آورند. این هیدروکسید، نیز  خود در حضو اکسیژن و رطوبت پایدار نیست و به 3(OH) Feتبدیل می شود که دراصل همان اکسید آبپوشیده یا زنگ آهن، O 2H x و O3 Fe2است.

در شکل 2-2-1، فرایند خوردگی فولاد در داخل بتن، نشان داده شده است.

نکته شایان ذکر این است که برای تشکیل پیل و انجام واکنش فوق ، به دو فلز به عنوان الکترود ، که با هم اهتلاف پتانسیل دارند ، نیاز داریم . در حالتهای خوردگی فولاد ، معمولا نقاط مختلف یک قطعه فلز به عنوان دو الکترود مزبور  یعنی کاتد و آند ، رفتار می کنند . علل وجود اختلاف پتانسیل بین نقاط مختلف یک قطعه فلز را می توانیم به صورت زیر بیان کنیم :

-         غیر یکنواختی ویژگیهای فلزی نظیر غیر یکنواختی سطح فلز ، غیر یکنواختی لایه های حفاظتی و یکسان نبودن کرنش ها و تنش های داخلی .

-         غیر یکنواختی مایع الکترولیت اطراف فولاد نظیر یکنواخت نبودن غلظت ها و یونهای مختلف .

-         غیر یکنواختی شرایط فیزیکی نظیر دما و میدان الکتریکی .

لذا بر اثر این شرایط ، قسمتی از فلز که نقش آند را بازی می کند ، بر اثر واکنش الکترو شیمیایی خورده می شود . در شکلهای 2-2-2 و 2-2-3 ، فرآیند خوردگی فولاد به صورت شماتیک نشان داده شده است . 

شرایط مورد نیاز برای انجام یا تسریع واکنش خوردگی فولاد

برای انجام فعل و انفعالات خوردگی فولاد، حتماً باید مطابق شکل 2-2-4 سه عامل آهن، اکسیژن، و الکترولیت آب حضور داشته باشند.

همانگونه که مشاهده میکنیم، آب باید حتماً به صورت الکترولیت باشد و لزمه این امر وجود املاح یا گازها در آن است. آب مقطر الکترولیت نیست، لذا فولاد در آب مقطر زنگ نمی زند.

آهن د هوا نیز زنگ می زند و این امر ناشی از وجودO2و بخار آب در هوا است و در نتیجه ، پیل در هوا تشکیل می شود، البته بخار آب موجود در هوا نیز معمولاً املاح ندارد و مانند آب مقطر است، ولی گرد و غبار و کثیفی های روی آهن و نیز گازهای موجود در هوا، نظیر co , so آب را الکنرولیت می کنند و موجب فراهم آوردن شرایط زنگ زدگی فولاد می شوند . به همین دلیل کثیفی فولاد و نیز آلودگی هوا موجب تسریع فرآیند خوردگی می شوند . وجود املاح گوناگون در خام و بتن موجب تسریع خوردگی فولاد داخل آنان می شود .

از سوی دیگر ، فرآیند خوردگی نیازمند وجود اکسیژن به عنوان قطبی کننده است . لرا خوردگی فولاد مستغرق در آب ، که حاوی اکسیژن ، به عنوان قطبی کننده است . لدا خوردگی فولادهای مستعرق در آب ،که حاوی اکسیژن بسیار کمی است ، معمولا بسیار ناچیز است .

نکته شایان ذکر دیگر این است که هر چه اختلاف پتانسیل بین ند و ماتد بیشتر باشد . شدت خوردگی نیز بیشتر است .

هر گاه فاصله بین آند و کاتد بسیار کم باشد ، میکرو پیل و هرگاه این فاصله زیاد باشد ماکرو پیل تشکیل می شود . در شکل 2_2_5 ،میکرو پیل و ماکرو پیل به صورت شماتیک نشان داده شده اند .

خوردگی یک تکدمیلگرد داخل بتن نمونه ای از میکرو پیل و خوردگی دو میلگرد طولی ، که با خاموت به هم متصل شده اند ، نمونه ای از ماکرو پیل است . در ماکرو پیل اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد بیشتر است .

ناخالصی موجود در آهن نیز سبب پیشترفت زنگ زدگی می شوند . آهن بسیار خالص به سرعت زنگ نمی زند ، بعصی از انواع ناخالصی ها ، کشیدگی ها و نقصهای بلوری موجود در آهن ، الکترون ها را جذب کرده و آنها را از ناحیه هایی که موقعیت آندی پیدا می کنند دور می کنند .

می شود . افزایش حجم ناشی از زنگ زدن ، موجب تضعیف مقطع و حتی خرابی آن و نیز گسترش و تسریع پدیده خوردگی می شود . زیرا بر اثر افزایش حجم مزبور ، ترک هایی ، عمدتا در امتداد طول فولاد ، ایجاد شده که به تدریج و با گسترش خوردگی ، عرض ترک ها بیشتر شده و ترک ها بازتر می شوند . این امر ، علاوه بر وارد آوردن صدمه به بتن و تخریب آن ، که موجب تضعیف مقطع می شود ، باعث آن می گردد که محیط خورنده و مهاجم از طریق ترک ها و درزهای ایجاد شده بهتر و سریعتر بتوانند وارد محیط شده و لذا خوردگی فولاد از این طریق نیز تسریع شود .

نقش یون کلراید در فرآیند زنگ زدن فولاد

 کلر ، جزء هالوژنها است . هر اتم هالوژن ، از گاز نجیبی که پس از آن در جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است یک الکترون کمتر دارد . بنابراین ، هر اتم هالوژن تمایل زیادی دارد که با تشکیل یک یون با یک بار منفی و یا یک پیوند کووالانسی ، آرایش الکترونی یک گاز نجیب را به خود بگیرد . هر یک از هالوژن ها واکنش پذیرترین نافلز در دوره خود در جدول تناوبی است و کلر ، پس از فلوئور ، واکنش پذیرترین نافلزات است . الکترونگاتیویته کلر نیز پس از فاوئور ، بیش از هر عنصر دیگری است و لذا یکی از قوی ترین عوامل اکسید کننده ای است که تا کنون شناخته شده است . توانایی اکسید کنندگی هال.ژن ها و از جمله کلر را می توان در واکنش های جانشینی آن ها مشاهده کرد . کلر حتی می تواند جانشین هالوژن ها ی پتیین تر از خود ، برم و ید ، در نمکهای آن ها گردد.

نکته ای که باید متذکر گردیم این است که کلر اثر منفی و بدی بر روی بتن ساده ندارد و حتی به دلیل ترکیب کلر با  C A  موجود در بتن ، نمک نسبتا پایدار فریدل یا کلرو آلومینات کلسیم { C A CacI ( OH)  } تشکیل می شود که باعث افزایش تراکم بتن و ریزش شدن منافذ آن می شود . تاثیر منفی کلر در هنگامی است که بتن همراه با فولاد ، یعنی به صورت بتن مسلح باشد . زیرا به طوری که خواهیم گفت ، کلر موجب تسریع خوردگی فولاد می شود .

یون کلراید  C I  نیز همانند یون (  O H  ) ، البته با شدت بسیار بیشتر ، موجب واکنش الکترو شیمیایی می شود .

در شکل 2-2-6- ، فرآیند خوردگی فولاد داخل بتن بر اثر نفوذ یون کلراید نشان داده شده است .

از سوی دیگر ، همان گونه که گفتیم ، وجود قلیائیت زیاد محلول منفذی بتن باعث آن می شود که لایه اکسید غیر فعال واقع بر روی آرماتور ( به ویژه لایه مگنتیت  Fe O  و مگهمیت   ( Y-Fe o  به نحو مطلوبی محافظت بشود و از خوردگی بیشتر آن تا حد زیادی جلوگیری شود . تهاجم کلر باعث آن می شود که قلیائیت بتن کاهش یافته و با کم شدن  PH ، محیط به سمت اسیدی بودن میل کند و لذا لایه نازک اکسید محافظ فولاد ار بین رفته و روند زنگ زدگی تسریع شود . تهاجم اسید ها و کربناسیون بتن نیز تاثیر مشابهی را دارد .

شایان ذکر است که خوردگی فولاد بر اثر تهاجم یون کلراید به صورت حفره ای شدن است . مکانیسم خوردگی از نوع حفره ای آرماتور داخل بتن بر اثر تهاجم یون کلراید در شکل 2-2-7 نشان داده شده است .  

طراحی در برابر خوردگی بتن

 گرچه امروزه در ایین نامه ها به طراحی سازه های بتن مسلح در برابر خوردگی ناشی از قرار گیری ان ها در محیط های مهاجم توجه می شود و برخی از ضوابط و دستورالعمل های فنی بدین منظور تدوین شده اند . ولی بسیاری از سوالات دخیل در تصمیم گیری طراح وجود دارند که در آیین نامه ها بطور مشخص به آن اشاره نمی شود و طراح باید براساس تجربه خود و مبتنی بر نتایج آزمایشگاهی تصمیم گیری نماید .

پایایی سازه های بتن مسلح در یک محیط تهاجمی کلرایدی عمدتا با پارامترهای زیر تعیین می شود :

-         ضخامت پوشش بتن روی آرماتور

-         نقشه های جزئیات سازه ای در سازه مورد نظر و طرحهای عملی مناسب به منظور تسهیل امکان بازرسی ، نگهداری و تعمیر

-         قابلیت انشار یون کلراید در پوشش بتن روی آرماتور ؛ این ویژگی را عمدتا بر اساس نشبت آب به مواد سیمانی ، تراکم بتن و شدت و عرض ترکها تعیین می کنند .

-         نوع و ترکیبات مواد سیمانی بتن

-         نوع آرماتور های مصرفی

دوده  سیلیس

دوده سلیس ، که به نام میکروسیلیس ، یا silica fume  نیز خوانده می شود ، یکی از مهمترین پوزولان های مصنوعی است .

این فراورده پودری که به رنگ خاکستری روشن تا تیره تا به رنگ خاکستری شبز گون متمایل به آبی ، محصولی از عملیات احیای کوارتز ناخالص در یک کوره قوس الکتریکی در کارخانه های تولید فلز سیلیسیم ، آلیاژ های سیلیسیم ، بویژه آلیاژ فرو سلیس است .

دوده سیلیس به شکل غباری اکسید شده از کوره با دمای 2000 درجه سانتیگراد به هوا بر می خیزد . این غبار سرد را متراکم کرده و جمع آوری می کنند . سپس عملیات فرآوری به منظور زدودن ناخالصی ها و کنترل ابعاد ذرات ، بر روی دوده سلیس متراکم شده انجام می گیرد .

بیش از 90 درصد ار دوده سیلیس متراکم شده ، از دی اکسید سیلیسیم غیر بلورین تشکیل شده است .

هدف استفاده از دوده سیلیس در بتن عمدتا می تواند تامین یک یا چند ویژگی بادش :

-  ساخت بتن با مقاومت زیاد

- افزایش پایایی بتن از طریق کاهش نفوذ پذیری

- جایگیزینی با سیمان بشرط وجود توجیه اقتصادی

هر چند کاربرد دوده سلیس در بتن ، کیفیت آن را بهبود می بخشد اما دست یابی به چنین کیفیتی مستلزم شناخت برخی ویژگیهای دوده سیلیس و در عین حال مراعات برخی اصول علمی و ضوابط فنی است . قطر ذرات دوده سیلیس همواره کمتر از 1 میکرون ، میانگین قطر ذرات آن 1/0 میکرون ، و سطح مخصوص متوسط آن  m/kg  20000 است . در جدول 2-1-1 ، سطح مخصوص دوده سیلیس ، خاکستر بادی ، روباره اهن گدازی و سیمان به صورت مقایسه ای ارائه شده است . 

با میکروسیلیس یا ژل میکروسیلیس با پودر ذرات سیلیسی بلورین تفاوت اساسی دارد و نباید این دو را با یکدیگر اشتباه گرفت .

دوده سیلیس بر اثر واکنش پوزولانی ، با هیدروکسید کلسیم حاصل از هیدراسیون سیمان ، ترکیب شده و سیلیکات کلسیم هیدراته یا  CHS تشکیل می دهد .
با استفاده از دوده سیلیس می توان بتنی با مقاومت زیاد ، با نفوذ پذیری کم و پایانی زیاد در برابر عوامل مخرب شیمیایی ساخت . مقدار وزنی دوده سیلیس بعنوان جایگزین سیمان معمولا حدود 7 درصد وزن سیمان است .
دوده سیلیس موجب کاهش کارایی و در نتیجه افزایش نیاز به آب اختلاط بتن می شود . برای جلوگیری از افزایش میزان آب نخلوط ، باید از روان کننده ها و بویژهفوق روان کننده ها ، همراه با دود سیلیس استفاده کرد .
مدت زمان اختلاط بتن حاوب دوده سیلیس به درصد دوده سیلیس مصرفی و شرایط اختلاط بستگی دارد که در صورت لزوم باید افزایش یابد .
مصرف افزودنی های شیمیایی کاهنده قوی آب ، توزیع یکنواخت دوده سیلیس در بتن را تامین می کند .
بتن تازه حاوی دوده سیلیس ، در مقایسه بل بتن معمولی از چسبندگی بیشتر و گرایش کمتر به جداشدگی و نیز کاهش آب انداختن و افزایش قابلیت پمپ شدن برخوردار است .
بتنی که درصد وزنی دوده سیلیس آن نسبت به وزن کل مواد سیمانی بیش از 10 درصد باشد چسبنده و خمیری است . برای حفظ کارایی مورد نظر برای چنین بتنی در موقع بتن ریزی و جادادن ، توصیه می شود که اسلامپ آن ، در حدود 50 میلیمتر بیشتر از بتن فاقد دوده سیلیس در نظر گرفته شود .
مصرف انواع متفاوت افزودنی های شیمیایی فوق کاهنده آب در بتن حاوی دوده سیلیس می توانند بر زمان گیرش بتن تاثیر بگذارد . تجربه نشان داده است که دوده سیلیس نقشی در این امر ندارد . تغییرات زمان گیرش را باید باتوجه به نوع و کیفیت و مقدار مصرف مواد افزودنی مصرفی کنترل کرد .
دوده سیلیس ، آب آزاد موجود در بتن را به سرعت جذب می نماید و بروز ترک های ناشی از نشست خمیری و خشک شدن سطح بتن را تشدید و تسریع می کند . بدین علت ، بتن حاوی دوده سیلیس را باید بلافاصله پس از جای دادن و پرداخت سطح ، سیلیس را با بخش از آب اختلاط بتن مخلوط کرده و آن را به صورت دوغاب در آورد ، سپس مخلوط دوغاب را به تدریج به سایر اجزا افزود . این امر موجب آن می شود که دوده سیلیس به صورت همگن تری در داخل بتن توزیع شود . 

عمر مفید خدمت دهی بتن و تاثیر آسیب ها

از نظر مهندسی کاربردی ، ضروری است که عمر مفید خدمت دهی  را به گونه ای مناسب تعریف کنیم . در مورد تعریف عمر مفید خدمت دهی ، توانایی وجود ندارد .

در دومین کارگاه بین المللی (( اتحادیه بین المللی آزمایش و آزمایشگاههای تحقیقاتی مصالح و سازه ها )) {3} . و (( کمیته اروپایی بتن )) عمر مفید خدمت دهی بر سه نوع تقسیم و به شرح زیر تعریف شد:

الف ) عمر مفید خدمت دهی فنی : زمانی از خدمت دهی است که در آن هنگام ، یک حالت تعریف شده غیر قابل قبول از نظر فنی فرا می رسد .

ب ) عمر مفید خدمت دهی عملکردی  : زمانی از خدمت دهی است که در هنگام ، به دلیل تغییر در ضوابط و ملزومات عملکردی ، استفاده از سازه با اشکال روبرو و یا منسوخ می شود .

ج) عمر مفید خدمت دهی اقتصادی : زمانی از خدمت دهی است که برداشتن سازه مزبور و جایگزینی یک سازه دیگر  به جای آن ، اقتصادی تر از نگهداری و بهره برداری از آن است .

استاندارد بریتانیا ، BS  ، در سال 1993 {4} ، عمر خدمت دهی را چنین تعریف می کند : عمر خدمت دهی عبارت است از دوره زمانی ای که طی آن مدت ، در یک عضو سازه ای با سازه نیازی به صرف هیچگونه هزینه ای برای راه اندازی ، بهره برداری ، نگهداری و تعمیر آن نیست .

در یک عضو بتن مسلح که در معرض کلراید قرار گرفته است ، ممکن است شرایط قرار گیری موضعی نقاط مختلف آن متفاوت باشد . ممکن است ، مقاومت نقاط مختلف بتندر برابر تهاجم کلراید و به عبارت دیگر ، نفوذ پذیری بتن ، مقاومت بوده و قابلیت انتشار متفاوتی داشته باشند و ضخامت پوشش بتن روی آرماتور در نقاط مختلف آن نیز متفاوت باشد .

بنابراین می توان گفت که خوردگی آرماتور فولادی آن به طور همزمان شروع نمی شود .

فلسفه و روح حاکم بر آیین نامه های جدید این است که عمر خدمت دهی را به صورت مدت زمانی تعریف کنند که از زمان بتن ریزی گذشته است و در انتها ، 5 درصد از سطح آرماتور های فولادی خورده شده است  .

2-1-3- تاثیر آسیب دیدگی ها بر روی عمر مفید

آسیب دیدگی ها و خرابی های بتن موجب کاهش عمر مفید ، تشدید سایر آسیب دیدگی ها ، تسریع خود آسیب دیدگی و نیز تسریع سایر آسیب دیدگی ها می شوند .

وظایف عمئه مهندسان در برخورد با این موضوع را می توان به صورت زیر برشمرد :

-         شناخت آسیب دیدگی ها

-         پیشگیری از وقوع آسیب دیدگی ها

-         - کاهش شدت صدمات ناشی از اسیب دیدگی ها

-         - کاهش احتمال وقوع آسیب دیدگی ها

-         تاخیر در وقوع آسیب دیدگی ها 

افزودنی های بتن آب بند یا نم بند بتن

مواد افزودنی آب بند و نم بند ، همان طور که از نام آن ها بر می آید موادی هستند که مانع از نفوذ رطوبت به داخل بتن می شوند و یا انتقال آب به داخل بتن را محدود میکنند نامگذاری مواد افزودنی آب بند و نم  بند بر مبنای نحوه عملکرد آنها در بتن انجام میشود مواد افزودنی آب بند بند مواد اطلاق می شود که نفوذپذیری بتن را کاهش داده و حرکت آزاد آب را در داخل بتن محدود می کنند این مواد در مواقعی کاربرد دارند که بهتون تحت اثر فشار آب قرار دارد از سوی دیگر مواد افزودنی نم بند  موادی دافع آب بوده که تر شدن  بتن را که معمولا به واسطه نفوذ منابع مویینه آب ایجاد می شود کاهش می دهند این مواد آمده اند در حالتی که آب با فشار کم بهسطوح بتنی اعمال می شود مانند خیس شدن سرتون به واسطه بارش باران به کار می رود

مواد افزودنی نم بند  و مواد افزودنی آب بند را می توان در گروه های زیر بر مبنای مشخصات فیزیکی و شیمیایی آنها در گروه های زیر طبقه بندی کرد.

1 - مواد دافع شامل صابون و اسیدهای چرب که با هیدرات سیمان واکنش می دهند

 2- در جامعه بسیار ریز خنثی که به عنوان مصالح پرکننده تخلخل بتن استفاده می شود بدون آنکه در فرایند هیدراتاسیون سیمان شرکت کنند

1- ذرات جامد بسیار ریزی که با مواد حاصل از هیدراتاسیون سیمان واکنش شیمیایی انجام می دهند.

 مواد افزودنی دسته اول عمده چند خاصیت نم بند دارند در حالیکه افزودنی های دست دوم و سوم برای کاهش نفوذپذیری بتن به کار می روند  بنابراین خاصیت آب بندی از خود نشان می دهند همچنین با استفاده مواد افزودنی کاهنده آب نسبت آب به سیمان بتن کاهش یافته و در نتیجه نفوذ پذیری بتن کاهش می آورد .بنابراین در صورت استفاده از مواد افزودنی کاهنده آب به طور غیرمستقیم نفوذ پذیری بتن به دنبال آن دوام بتن به خصوص در برابر چرخه ذوب و یخ افزایش میابد.

ساختار شیمیایی

مواد افزودنی که در زیرگروه شماره 1 قرار می گیرند به طور عمده شامل نمک های کلسیم یا آمونیاک از اسیدهای چرب می باشد مواد افزودنی که بر پایه اسیدهای چرب مایع 

از جمله الیک کاپریلیک و کاپریک هستند به عنوان اجزای اصلی در مواد افزودنی بر پایه اسیدهای چرب به کار میرود نمونه ای از ترکیبات این دسته از مواد افزودنی در جدول 8-1 آورده شده است.

این مواد به صورت مستقیم و بدون نیاز به محدود کردن و افزودن به مقدار آب معلم به مخلوط بتن ای افزوده می شود استار ایکس اسید که ای گروه به طور گسترده استفاده می شود را می توان مستقیما به صورت پودر به مخلوط افزوده  یا در مرحله پیش آمیختند با مصالح پرکننده مانند تالک یا سیلیس به منظور پراکندگی بیشتر در مخلوط بستنی مخلوط کرده یا به صورت امولسیون به همراه آب به کار برد از سوی دیگر بوتیل استیرات  به صورت املوسیون  همراه اب به منظور دستیابی  به پراکندگی بهتر در مخلوط بتن مورد استفاده قرار می گیرد زیرا این ماده در مقایسه با استاریک  اسید واکنش آهسته تری با مواد هیدراته مخلوط می دهد در صورت استفاده از مواد افزودنی برپایه بوتیل استیرات مقدار کمتری نسبت به مواد افزودنی برپایه استاریک اسید  به منظور دستیابی به نتیجه یکسان نیاز است چربی برخی از انواع حیوانات و گیاهان نیز می توانند در این دسته به منظور نم بند  مورد استفاده قرار بگیرد .  این دسته از مواد را هم میتوان هم به صورت امولسیون یا به صورت خمیر به کار برد.

ترکیبات نوع رایج از این مواد در جدول 8-2 نشان داده شده است . این چربی می تواند گریس سفید پیه نهنگ یا روغن سویا باشد .هرچند که اسفاده از این مواد سبب تولید بتنی آب گریز می شود اما از سوی دیگر اثرات متفاوتی روی مقاومت فشاری آن خواهد داشت . امولسیون موم که در این دسته قرار می گیرد ، در اثر حرارت دادن موم تا نقطه ذوب 57-60 درجه سانتی گراد به دست می آید و با عامل امولسیون کننده استفاده می شود که در صورت تماس با محیط قلیایی بتن یک لایه فیر قطبی ایجاد می کند.به طور کلی این دسته از مواد آب بند ، باعث ایجاد لایه ای دافع آب داخل خلل و فرج بتن شده اما این منافذ را مسدود نمی کند . این گروه به طور عمده در مواردی است که هدف استفاده از مواد آب بند جلوگیری از نفوذ آب در منافط موئینه و ورود یون کلر به داخل بتن در شرایطی که بتن تحت فشار هیدرواستاتیک قرار ندارد ، می باشد . در شکل 8-2 و 8-3 این ویژگی نشان داده شده است.

ذرات جامد بسیار ریز می تواند در دو نوع خنثی یا واکنش دهنده به هیدارت سیمان به کار رود . مواد واکنش دهنده با هیدارت سیمان شامل سیلیکات ، خاکستر نرم کوره و پوزولان هایی نظیر خاکستر بادی یا خاک های دیاتومه ای می باشند . ذرات جامد بسیار ریز خنثی شامل گل رختشوی ، تالک ، بتونیت و دیگر پودر های سیلیسی هستند . این نوع از مواد افزودنی آب بند به خصوص مواد برپایه کلسیم و آلومینوم استریت به طور گسترده در صنعت تولید سیمان به کار می رود . کلسیم استریت ها را می توان با آسیاب کردن استاریک اسید با آهک یا سیمان تولید کرد . با این روش ماده ای به دست می آید که دارای 10-30 درصد کلسیم استریت است.

بنابر این این دسته از مواد آب بند  به عنوان چگال کننده عمل کرده و به طور فیزیکی راه های نفوذ آب به داخل منافذ و خلال و فرج بتن  را محدود میکنند سدیم متیل  سیلیکنات  به مقدار محدود   به منظور بازسازی رویه  پل ها در آمریکا و نیز به طور گسترده قابل توجهی کاهش میدهد نخست وزیری را نیز کاهش داده و در زن سبب کاهش مقاومت نمی شود.

نحوه عملکرد

سیمان پورتلند سخت شده بسته به نسبت آب به سیمان اولیه و میزان هیدراته شدن سیمان شامل منافذ و مویینگی در این منابع حرکت می کنند( شکل -8 -5 -الف)مواد افزودنی آب بند و یا نم بند در مواردی که سازه بتنی در معرض رطوبت نمک آب های نمک دار  یا فشار هیدرواستاتیک آب قرار دارد استفاده می شود همچنین جلوگیری از مشکلات مربوط به حرکت آب داخل بتن مانند  تخریب ناشی از چرخه ذوب و یخ خوردگی کربناتاسیون و شور زندگی با استفاده از مواد افزودنی کاهنده نخست وزیری صورت می گیرد

 این حقیقت وجود دارد که با استفاده از مواد افزودنی آب بند  و یا نم بند ،  سطح بتن در سطوح داخلی منافذ با لایه ای از مولکول های استان اسید و دیگر اسید های چرب( شکل 8-5- ب)  و یا ذراتی از موم ها ویا قیر  روکش می شود نتیجه در هر دو حالت ایجاد سطحی شده و سبب افزایش زاویه تماس در برخورد آب با آن می گردد استفاده از هر یک از گروههای مواد افزودنی آب بند  شرایط بهره برداری سازه بتنی بستگی دارد در صورتیکه سازه بتنی تحت فشار استاتیک آب قرار نداشته باشد و عامل اصلی نفوذ آب به داخل بتن از راه منافذ موئینه  باشد از مواد افزودنی دافع آب  و در سایر موارد از مواد افزودنی مانند ذرات پرکننده خوانسار و ذرات جامد بسیار ریز  که با مواد حاصل از هیدراتاسیون سیمان واکنش شیمیایی انجام می دهند استفاده می شود.

در چه خوری در صورت استفاده از مواد افزودنی آب بند بر پایه مواد شیمیایی دافع آب  بتن قادر خواهد بود که در برابر  نفوذ آب ناشی از فشار آب هیدرو استاتیک هست تا تا چندین مقاومت کنند اما در عمل به دلیل اینکه مواد افزودنی کلیه منابع را به طور کامل و یکنواخت پوشش نمی دهند و از طرف دیگر وجود منافذ بزرگ در به طور اجتناب ناپذیر است به تنها می توانند در برابر فشار آبی پی استاتیک در حدود چند سانتیمتر مقاومت کنند و در فشار آب زیاد هستند نفوذ آب رخ خواهد داد.

افزایش زاویه تماس به واسطه استفاده از مواد افزودنی نم بندباعث می شود فشار لازم برای نفوذ  آب به داخل سر مثبت باشد در نتیجه بالا رفتن آب در منافذ مویینه  ناچیز خواهد بود اگر چه در عمل به خاطر پوشش نادرست ممکن است مقداری رطوبت داخل شود البته این مقدار در مقایسه با بتن بدون مواد افزودنی آب بند قابل چشم پوشی است در عمل سطوح بتنی در شرایطی که به طور طولانی مدت در معرض باران و باد قرار بگیرند به دلیل نقص در پوشش آبگریز و نیز حضور حفرات بزرگ  با قطر تا حدود یک میلیون متر که به دلیل تراکم ناقص یا طبیعت بتن در فرم بلوک به وجود می آیند جذب رطوبت رخ می دهد.

افزایش زاویه تماس به واسطه استفاده از مواد افزودنی نم بند بتعث می شود فشار لازم برای نفوذ آب به داخل سطح مثبت می باشد. در نتیجه بالا رفتن آب در منافذ موئینه ناچیز خواهد بود. اگرچه در عمل به خاطر پوشش ناقص ممکن است مقداری رطوبت داخل شود.

تاثیر در بتن

مواد افزودنی آب بند به گونه ای فرمول بندی شدند حداقل اثر را بر روی بتن در حال پلاستیک داشته باشد استفاده از مواد افزودنی آب بندی که فقط بر پایه استیریت آلومینیومی و یا  کلسیمی   اخطاری که اسید در حالت جامد و یا امولسیون قیر و رزینهای هیدروکربن هستند هیچ اثری بر روی حالت پلاستیک بتن در خصوص مقدار هوا کارپذیری و پارامترهای طراحی مخلوط ندارند در صورت استفاده از  امولوسیونهای  موی به دلیل اثر روغنی ذرات بسیار ریز موی و نوع امولسیون کننده ای که به کار رفته است افزایش مقدار هوا در دام 4-5 % شده و در نتیجه ممکن است بر خاصیت فاز پلاستیک بتن اثر گذارند.همچنین استفاده از این دسته از مواد افزودنی در بتن باعث ایجاد تغییراتی در مشخصات بتن تازه که با توجه به پایه شیمیایی به کار رفته برای آنها  اثرات متفاوت خواهند بود در ادامه به بررسی این اثرات پرداخت خواهد شد.

اثر استفاده از مواد افزودنی آب بند بر بتن تازه

بسیاری از اثرات این مواد افزودنی با مواد افزودنی کاهنده آب و مواد حباب ساز مشترک است با این حال برخی از تاثیرات این مواد بر روی خمیر سیمان به شرح زیر می باشد.

آب انداختگی بتن تازه : بنتونیت  و اما لوسیون های مومی  سبب کاهش چشمگیری در نرخ آب انداختگی و میزان آب انداختگی می شود در شکل نتایج استفاده از این ماده افزودنی در مقایسه با بنتونیت و کائولن آورده شده است هرچند استفاده از امام صیانت مامی به اندازه استفاده از بنتونیت موثر نمی باشد اما از نظر اقتصادی به صرفه تر است.

فرآیند هیداراتاسیون : افزودن مواد افزودنی برپایه کاپریلیک کاپری یا استاریک اسید  و یا عمل و سینه های مومی اثری بر روی مشخصات گیره محصولات هیدراتاسیون سیمان ندارد هرچند که اسیدهای چرب غیر اشباع بر روی هیدراتاسیون تری کلسیم سیلیکات (C3S )  اثر ندارد .  اثر قابل توجهی بر روی واکنش مونوسولفات و اترینگایت دارد این پدیده در آزمایش گرماسنجی هم دما در شکل نشان داده شده است.

آب انداختگی در بتن ریزی های تازه

آب انداختگی به دو شکل در بتن اتفاق می‌افتد:

آب انداختگی نرمال: آب انداختگی بصورت یکنواخت در تمام سطح اتفاق می‌افتد که معمولا در مقاطع با عمق کم‌تر رخ می‌دهد مانند دال، سقف و … (در این نوع آب انداختگی ذرات سیمان، ذرات ریز ماسه به همراه آب در سطح بتن بصورت یکنواخت جمع می‌شود و تفاوت رنگ با بتن اصلی به دلیل پخش یکنواخت قابل تشخیص نمی‌باشد)

آب انداختگی کانالی: آب انداختگی در حال افزایش (به صورت چشمه) در مسیر‌های خاص که معمولا در مقاطع با عمق بیشتر مانند دیوار، پی‌ها و … (در این نوع آب انداختگی ذرات سیمان، ذرات ریز ماسه به همراه آب در سطح بتن با یک رنگ متفاوت و به صورت چشمه ای جمع می‌گردد)

در حقیقت آب انداختگی در بتن به علت عدم توانایی ذرات جامد در نگه داشتن همه آب مخلوط بین خود و جلوگیری از ته نشین شدن آنها می‌باشد و معمولا بعد از سخت شدن بتن متوقف می‌گردد. عامل اصلی در نرخ آب انداختگی بتن نسبت آب به سیمان می‌باشد و با بالاتر رفتن آن میزان آب انداختن بتن افزایش می‌یابد. همچنین نوع سیمان و میزان ریزدانه‌های بتن (فیلر) نیز روی نرخ آب انداختگی تاثیر دارند. بتن با سیمان ریزتر و فیلر مناسب نرخ آب انداختگی کمتری خواهد داشت. همچنین نرخ آب انداختگی بتن به ارتفاع بتن (فشار بتن) نیز ارتباط مستقیمی دارد و با افزایش ارتفاع، نرخ آب انداختگی افزایش می‌یابد.

آب انداختگی بتن لزوما عملی زیانبار نیست واگر این عمل دست نخورده بماند و آب سطحی بخار شود، نسبت آب به سیمان موثر مخلوط پایین می‌آید و مقاومت افزایش می‌یابد. ولی لایه سطحی را سست می‌کند و مقاومت سایشی را پایین می‌آورد. همچنین بخشی از آب در هنگام بالا آمدن در زیر سنگدانه‌های درشت محبوس شده وچسبندگی سنگدانه به خمیر سیمان را کاهش می‌دهد و چون این فضاها در یک جهت قرار می‌گیرند، نفوذپذیری بتن را در صفحه افقی افزایش می‌دهد.