افزودنی های کاهنده ی جمع شدگی بتن

مواد افزودنی کاهنده‌ی جمع شدگی بتن نیز در دهه 1980 میلادی معرفی شدند. از این مواد در پل‌ها، سازه‌ها و ساختمان‌هایی که ترک خوردگی و آسیب دیدگی بایستی به حداقل برسد، استفاده می‌شود. پروپلین گلیکول و پلیاکسی‌آلکلین الکل از مواد معمولی هستند که از آن‌ها به عنوان کاهنده‌ی جمع شدگی در بتن استفاده می‌شود. آزمایش‌ها نشان داده که این نوع مواد، جمع شدگی را در بتن بین 25 تا 50 درصد کاهش می‌دهند. این افزودنی‌ها تاثیر چندانی بر روی اسلامپ و کاهش هوای بتن ندارند، اما گیرش بتن را به تاخیر می‌اندازند. اکثر افزودنی‌های کاهنده‌ی جمع شدگی با دیگر افزودنی‌ها سازگار هستند و مشکلی ایجاد نمی‌کنند.

افزودنی‌های شیمیایی کاهنده‌ی واکنش‌های قلیایی

افزودنی‌های شیمیایی که باعث کاهش و کنترل واکنش‌های قلیایی در بتن می‌شوند (افزایش حجم سنگدانه‌ها) در دهه 90 میلادی معرفی شدند. لیتیم نیتریت، لیتیم کربنات، لیتیم هیدرکسید، لیتیم آلومینیوم سیلیکات و نمک‌های باریم از موادی هستند که در آزمایش‌ها نشان داده شده باعث کاهش واکنش‌های قلیایی در بتن می‌شوند. برخی از این مواد پتانسیل این را نیز دارا هستند که از آن‌ها به عنوان جایگزینی برای قسمتی از سیمان نیز استفاده شود. به علت مصرف کم از این مواد، تجربه‌های زیادی از استفاده از آن‌ها در پروژه‌ها در دست نیست.

افزودنی‌های رنگ‌افزون (رنگدانه‌ها)

از انواع رنگ‌های طبیعی و مصنوعی برای رنگ کردن بتن برای مقاصد امنیتی و ظاهری استفاه می‌شود. به طور مثال ازبتن قرمز در اطراف خطوط برق یا لوله‌های گاز استفاده می‌شود تا به کسانی که نزدیک این سازه‌ها می‌شوند، اخطار داده شود. از بتن زرد برای ساخت موانع جاده‌ای استفاده می‌شود. به طور کلی، مقدار رنگدانه‌ی مورد استفاده در بتن نباید از 10 درصد از وزن سیمان تجاوز کند. رنگدانه‌هایی که مقدارشان از 6 درصد کم‌تر باشد، تاثیری بر روی دیگر خواصبتن نمی‌گذارند.

کربن اصلاح نشده برای مشکی کردن بتن به کار می‌رود. این ماده باعث کاهش هوای بتن نیز می‌شود. پیش از استفاده از این گونه مواد، بایستی بر روی آن‌ها آزمایش‌هایی صورت بگیرد تا پایداری شیمیایی، مقاومتشان در برابر آفتاب و تاثیرهایشان بر روی دیگر خصوصیات بتن مشخص شود. همچنین به همراه رنگدانه‌ها، نبایستی از کلسیم کلرید در بتن نیز استفاده کرد؛ زیرا باعث به هم ریختگی رنگ بتن می‌شود.

افزودنی‌های کاهنده‌ی نفوذپذیری

افزودنی‌های کاهنده‌ی نفوذپذیری، نرخی را که در آن آب تحت فشار به بتن نفوذ می‌کند را کاهش می‌دهند. یکی از بهترین روش‌های کاهش نفوذپذیری در بتن، افزایش رطوبت بتن در هنگام عمل‌آوری و کاهش نسبت آب به سیمان به کم‌تر از 0٫5 می‌باشد. بیشتر افزودنی‌هایی که نسبت آب به سیمان را در بتن کاهش می‌دهند، به طور اتوماتیک میزاننفوذپذیری بتن در برابر آب را نیز کاهش می‌دهند.

برخی از مواد که از آن‌ها به عنوان جانشین سیمان در مخلوط بتن استفاده می‌شود مانند دوده‌ی سیلیس، به وسیله‌یهیدراسیون و واکنش پوزولانی، نفوذپذیری بتن را کاهش می‌دهند. افزودنی‌های که با پر کردن فضاهای خالی در بتن،نفوذپذیری آن را کاهش می‌دهند؛ باعث کاهش خوردگی فولاد در بتن نیز می‌شوند. این افزودنی‌ها که برای استفاده در بتن‌هایی با نسبت آب به سیمان بالا و یا پایین تولیده شده‌اند، حاوی اسیدهای چرب، امولیسیون پلیمری و مواد آروماتیک هستند.

کاهنده های آب بتن با رنج متوسط

افزودنی‌های کاهنده‌ی آب با رنج متوسط اولین بار در سال 1984 میلادی معرفی شدند. این افزودنی‌ها کاهش چشمگیری در آب بتن ایجاد می‌کنند. آن‌ها بین 6 تا 12 درصد از آب بتن‌های با اسلامپ بین 125 تا 200 میلی‌متر را کاهش می‌دهند، بدون این که مانند کاهنده‌های معمولی در زمان گیرش بتن تاخیری ایجاد نمایند. کاهنده‌های معمولی آب برای اسلامپ‌های بین 100 تا 125 میلی‌متر مناسب هستند.  افزودنی‌های کاهنده‌ی آب با رنج متوسط برای کاهش چسبناکی و افزایش قابلیت پمپاژ، روانی و کارایی در بتن‌های حاوی دوده‌ی سیلیس و دیگر مواد سیمانی به کار می‌رود. همچنین برخی از این نوع مواد قابلیت هوازایی نیز دارند و در بتن‌های با اسلامپ پایین استفاده می‌شوند.

کاهنده‌های آب با رنج بالا

افزودنی‌های کاهنده‌ی آب با رنج بالا شامل نوع F (کاهنده‌ی آب) و نوع G (کاهنده‌ی آب و ایجاد تاخیر در گیرش بتن) است. این مواد می‌توانند آب مورد نیاز، مقدار سیمان و نسبت آب به سیمان را کاهش دهند و بتنی با مقاومت بالا و کارایی متوسط تولید کنند. با استفاده از این نوع افزودنی‌های کاهنده‌ی آب، آب حدود 12 تا 30 درصد کاهش پیدا می‌کند. با استفاده از این نوع مواد می‌توان بتن‌هایی با مقاومت 70 مگاپاسکال، مقاومت اولیه‌ی بالا، مقاوم در برابر یون‌های کلرید و چندین و چند مزیت دیگر که به خاطر نسبت آب به سیمان پایین به دست می‌آید، تولید کرد.

کاهنده‌های آب با رنج بالا در مقایسه با کاهنده‌های معمولی، در تولید بتن با کارایی بیشتر، به صرفه تر هستند ایجاد کاهش چشمگیر در آب انداختگی، باعث تسهیل در امر گیرش و سخت شدن بتن در سطوحی که تبخیر آن بالاست، می‌شود. برخی از این نوع مواد، باعث کاهش جدی اسلامپ نیز می‌شوند. همچنین تاخیر در گیرش بتن نیز به وسیله‌ی این مواد ممکن است، اما از طرف دیگر اگر عمل‌آوری مناسب بر روی آن صورت نگیرد، بتن دچار جمع شدگی پلاستیک و در نهایت ترک خوردگی می‌گردد.

نمودار مقایسه‌ای مقاومت‌های انواع بتن با گذشت زمان. نمودار C نشانگر بتن معمولی است. بقیه‌ی آن‌ها (N و M و X) بتن‌هایی هستند که از انواع افزودنی‌های کاهنده‌های آب با رنج بالا در آن‌ها استفاده شده است.

مقایسه کاهش اسلامپ در بتن‌های مختلف. . نمودار C نشانگر بتن معمولی است. بقیه‌ی آن‌ها (N و M و X و B) بتن‌هایی هستند که از انواع افزودنی‌های کاهنده‌های آب با رنج بالا در آن‌ها استفاده شده است.

بتن‌هایی که در آن از افزودنی‌های کاهنده‌ی آب با رنج بالا استفاده شده است، فضای خالی بیشتری نسبت به بتن‌های با افزودنی‌های کاهنده‌ی رنج متوسط دارند. به طور عمومی این موضوع باعث پایین آمدن مقاومت بتن در برابر چرخه‌ی انجماد و ذوب آب می‌شود؛ اما آزمایش‌ها نشان می‌دهد که بتن‌هایی که با استفاده از کاهنده‌های رنج بالای آب بهاسلامپ متوسط می‌رسند، در برابر چرخه‌ی انجماد و ذوب آب نیز دوام بالایی دارند. این موضوع احتمالاً به دلیل نسبت آب به سیمان پایین در این نوع بتن‌ها رخ می‌دهد.

از همین مواد می‌توان برای روان کردن بتن استفاده کرد. در این صورت به آن‌ها افزودنی‌های روان‌کننده یافوق‌روان‌کننده گفته می‌شود.

بارگذاری بیش از حد بر روی سازه بتنی

آسیب دیدگی بتن بر اثر بارگذاری بیش از حد بر روی آن معمولاً بسیار واضح و تشخیصش آسان است. اضافه بار ایجاد شده بر روی سازه، ترک‌ها و نشانه‌هایی ایجاد می‌کند که حتی نقطه‌ی بارگذاری نیز مشخص می‌شود. عموماً ایجاد این نوع اضافه بارها اتفاقاتی یک باره است و تکرار نمی‌شود، بنا بر این ترمیم با پیش‌فرض که این اتفاق دوباره رخ نخواهد داد، صورت می‌گیرد.

باید توجه داشت که تخریب بتن در اثر بارگزاری بیش از حد معمولا بسیار واضح است و به سادگی قابل شناسایی ست. رویداد هایی که در اثر بارگزاری بیش از ظرفیت سازه بوجود می آیند قابل توجه و قابل ذکر اند. تنش تولید شده در اثر بارگزاری زیاد به بروز ترک های متمایزی منجر شده که بارگزاری بیش از حد و نقاط باربر را نمایان می کنند. غالبا بارگزاری بیش از حد یکبار اتفاق می افتد و یک بار هم اثرات آن مشخص می شود و لذا در صورت ترمیم می توان انتظار داشت آثار تخریب بتنمجددا بر روی بتن تعمیری عود نکند.باید انتظار داشت در چنین آسیب هایی به دانش و کمک یک مهندس سازه ی باتجربه، برای انجام تجزیه و تحلیل ساختاری برای مشخص ساختن و ارزیابی علل منجر به تخریب سازه در اثر بارگزاری بیش از ظرفیت بطور کامل ، و نیز کمک برای تعیین میزان ترمیم و تعمیر ات لازم ، نیاز خواهد بود. این آنالیز باید تعیین میزان بارپذیری سازه در هنگام طراحی و تعیین اندازه ظرفیت طراحی شده برای بارگزاری بیش از حد را شامل شود. از ابتدا تا انتهای بازبینی بتن آسیب دیده باید تمامی اثرات بارگزاری بر روی سازه مشخص شود. جابجایی ها باید مشخص شوند و در درجه ی دوم خرابی ها ، در هر جایی که باشند. باید توجه داشت که اطمینان حاصل شود که خرابی هایی شناسایی شوند که ظرفیت بار پذیری سازه را پایین می آورند چون برخی از آسیبها برای اولین باربتن را تضعیف نمی کند. ترمیم بتن آسیب دیده در اثر بارگزاری زیاد، میتواند به احتمال فراوان، بهترین عملکرد را بابتن جایگزین متداول داشته باشد. در صورت نیاز به تعمیر یا جایگزینی شبکه ی آرماتور بتن آسیب دیده می بایست این عملیات در پروسه تعمیراتی پیش بینی و تعبیه گردد.

حمله ی سولفاتی به بتن

سولفات های سدیم، منیزیم و کلسیم ...

بسولفات‌های سدیم، منیزیم و کلسیم نمک‌هایی هستند که معمولاً در خاک‌ها و آب‌های زیرزمینی یافت می‌شوند. این سولفات‌ها با آهک و آلومینات هیدراته در چسب سیمان واکنش می‌دهند و کلسیم سولفات و کلسیم سولفولومینات را تشکیل می‌دهند. حجم محصولات این واکنش‌ها بیشتر از حجم چسب سیمانی است که در آن قرار دارند، بنا بر این باعث ترک خوردگی در بتن سخت شده می‌شوند. هنگامی که علت آسیب دیدگی بتن، حمله‌ی سولفاتی تشخیص داده شد، ترمیم باید با استفاده از مواد مقاوم در برابر سولفات‌ها از جمله بتن نفوذناپذیر (بتن با نسبت آب به سیمان پایین و سیمان و خاکستر سرباره‌ی بیشتر) آغاز شود؛ همچنین سیمان مورد استفاده بایستی در برابر حمله‌ی سولفاتی مقاوم باشد سیمان نوع دو و نوع پنج پرتلند به خاطر درصد کلسیم آلومینیت پایین، در برابر حملات سولفاتی، مقاومت خوبی دارد. راهنمای ACI 318 شامل مشروح و توضیح برای انتخاب نوع سیمان و نحوه‌ی مخلوط کردن بتن بر اساس مواد داخل خاک یا آب‌های زیر زمینی می‌باشد.

بتنی که تحت حمله‌ی سولفاتی قرار گرفته است، گاهی می‌تواند با ترمیم پوششی یا استفاده از مواد گیرشی در بتن، مورد ترمیم قرار گیرد. اضافه شدن چرخه‌های بیشتر تر و خشک شدن به پیشرفت خرابی سولفاتی شتاب بیشتری می‌دهد. با دخالت و تغییر در این چرخه‌ها می‌توان در سرعت آسیب دیدگی تغییراتی ایجاد نمود. پروسه‌هایی نظیر از بین بردن یا پاکسازی منبع انتشار سولفات‌ها هم می‌تواند کمک زیادی بکند. در غیر این صورت و اگر این روش‌ها امکان‌پذیر نبود، بتن آسیب دیده بایستی برداشته شود و بتنی با استفاده از سیمان‌های نوع دو و پنج و خاکستر سرباره‌ی نوع F جانشین آن شود.

حملات سولفاتی می‌توانند با شکل‌های مختلفی خود را آشکار سازند. یک مورد جالب حمله‌ی سولفاتی در سرریزی در کانزاس رخ دادبتن زیر زهکش نهر دچار آسیب دیدگی شد و سپس ترمیم گشت (شکل پایین). اما خیلی زود ترمیم با شکست مواجه شد. با آزمایش بر روی نمونه‌های برداشته شده از محل مشخص شد که آسیب دیدگی صرفاً محدود به نواحی‌ای است که به خاطر زهکشی نهر مرطوب شده‌اند و آسیب دیدگی بیشتر از 1 اینچ در بتن نفوذ نکرده است. آزمایش‌ها بر روی آب نهر نشان داد که در ماه‌های گرم تابستان، آب که حاوی سولفات بالایی بوده تبخیر می‌شده و مواد سولفاتی از خود به جای می‌گذاشته است؛ که در نهایت منجر به حمله‌ی سولفاتی شده. وقتی دلیل اصلی آسیب دیدگی مشخص شد، ترمیم با استفاده از بتنی که دارای مقاومت در برابر جملات سولفاتی داشت، آغاز شد. در این مورد، ازسیمان نوع پنج در بتن استفاده گردید.

 بتن ترمیم یافته توسط حملات سولفاتی آسیب دید. پس از آن ترمیم با استفاده از مواد مقاوم در برابر حملات سولفاتیروی بتن صورت گرفت.

یک نوع کم‌یاب دیگر از حملات سولفاتی، اخیرا در سد مونتانا رخ داد. مسائل کیفی باعث شد تا دوغابی با کیفیت پایین برای تحکیم سرریز به سازه تزریق شود.  به خاطر شرایط ویژه‌ی سد (چرخش آب برای جلوگیری از انجماد آن در نزدیکی خروجی‌ها، وجود کلسیم کربنات در آب ذخیره شده و آب بسیار سرد) حمله‌ی سولفاتی به شکل تائوماسیت در آن رخ داد و باعث تضعیف بتن گشت. آسیب دیدگی تقریباً سریع پیش رفت، اما با مشخص شدن دلیل آن، اقدامات مناسب برای ترمیم آن صورت گرفت.

عوامل آسیب دیدن بتن و نقص در ساخت و ساز

یکی دیگر از عوامل معمول و متداول آسیب دیدگی بتن، نقایص و اشتباهاتی است که در هنگام بتن‌ریزی رخ می‌دهد و باعث ایجاد بتن لانه زنبوری، تخلخل، تغییر شکل و اشتباهات ابعادی می‌شود.

بتن لانه زنبوری و تخلخل بتن، به دلیل ایجاد فضاهای خالی به خاطر عمل نکردن مناسب چسب (سیمان) یا پر نشدن فضا به صورت کامل توسط بتن رخ می‌دهد. این نقص و آسیب دیدگی‌ها، اگر کوچک باشند و بیش از 72 ساعت ازبتن‌ریزی نگذشته باشد، به وسیله‌ی ملات سیمان پرتلند قابل ترمیم هستند. اگر زمان بیش از این بگذرد یا آسیب بیشتر و بزرگ‌تر از حد ترمیم با ملات باشد، بتن آسیب دیده باید به صورت کامل برداشته و با مواد ترمیمی مناسب جایگزین شود.

این شکل بتنی را که اصطلاحاً لانه زنبوری نامیده می‌شود را نشان می‌دهد که به دلیل نقص و اشتباه در هنگام ساخت به این شکل در آمده است. این بتن دوام کافی و عمر مناسب نخواهد داشت و باید ترمیم شود.

آسیب دیدگی بتن به دلیل نقص و اشتباه در ساخت و ساز اولیه که باعث به وجود آمدن تخلخل و بتن لانه زنبوری شده است.

برخی آسیب دیدگی‌های کوچک به وسیله‌ی سابیدن سطح نیز قابل ترمیم هستند (در این مورد، در آینده مطالب مفصل‌تری خواهیم گفت). البته احتمال این که مالک با آن کنار بیاید و به همان شکل آن را بپذیرد، نیز وجود دارد؛ زیرا در بلندمدت تاثیر آن‌چنانی بر روی عملکرد بتن نخواهند گذاشت. در غیر این صورت، پیمان‌کار موظف است که بتن آسیب دیده را پاکسازی کند و آن قسمت از سازه را بازسازی کند.

اشتباهات ابعادی نیز می‌تواند در ساخت و ساز و هنگام بتن‌ریزی رخ بدهد. در این جور موارد، بهتر است که با نتیجه‌ی آن کنار بیاید و آن نقص را بپذیرید. در غیر این صورت، بتن باید به صورت کامل برداشته و جایگزین شود.

همچنین اشتباه در عمل‌آوری بتن شامل اضافه کردن آب، سیما یا مواد اضافی دیگر، می‌تواند منجر به آسیب دیدگیسطح بتن بتن شود. این اشتباهات باعث ایجاد تخلخل و پایین آمدن دوام می‌شود.

اشتباه در بتن‌ریزی اولیه، باعث آسیب دیدگی بتن شده است.

اشتباه در عمل آوری بتن، می تواند منجر به آسیب دیدگی سطح بتن شود.

عمل‌آوری ضعیف، می‌تواند منجر به تضعیف سطح بتن و تخریب آن در همان روزهای اولیه‌ی استفاده از آن بشود. برای ترمیم این نوع بتن آسیب دیده، صرفاً کافی است تا بتن آسیب دیده با مواد ترمیمی یا بتن جایگزین شود. اگر آسیب دیدگی زود تشخیص داده شود، با استفاده از برخی مواد که گیرش بتن را بالا می‌برند، می‌توان عمر آن را افزایش داد. البته این مواد در مورد بتن هایی با کیفیت کم معمولاً جواب نمی‌دهند و افزایش عمر نا چیز خواهد بود.

در نهایت باید گفت که آسیب دیدگی سطح بتن، همواره به خاطر عمل‌آوری نا مناسب و ضعیف نیست. بلکه سطح بتنمی‌تواند به دلیل بیرون زدن سنگدانه‌ها، پوسته پوسته شدن به وسیله نمک یا انجماد و ذوب شدن آب در آن نیز دچار آسیب دیدگی شود.