ترک خوردگی بتن

دلایل زیادی برای ایجاد ترک خوردگی در بتن وجود دارد. ترک خوردگی خود معمولا معلول نوعی آسیب دیدگی دیگر است، اما می‌تواند باعث گسترش آسیب دیدگی و به وجود آمدن انواع دیگر آسیب دیدگی بتن نیز شود.

چرخه‌ی انجماد و ذوب شدن آب، واکنش‌های قلیایی و حمله‌ی سولفاتی می‌تواند باعث ترک خوردن بتن شود. همچنین بتنی که بتن‌ریزی‌اش به شکل استاندارد انجام نشده است، می‌تواند در زمان عمل‌آوری دچار ترک خوردگی شود.

تمامی سیمان‌های پرتلند هنگام هیدراسیون و عمل‌آوری دچار جمع شدگی (هر چند کوچک) می‌شوند. جمع شدگی شکل‌های مختلفی از جمله جمع شدگی حرارتی، جمع شدگی پلاستیک، جمع شدگی بر اثر خشک شدن و جمع شدگی اتوژنیک دارد. بسیاری از متخصصین بتن عقیده دارند که فولاد تقویت شده مانع جمع شدگی و ترک خوردن بتن بر اثر حرارت می‌شود. اما فولاد به طور کامل جلوی جمع شدگی و ترک خوردن بتن را نمی‌گیرد، اگر چه سایز و میزان آن را کاهش می‌دهد. جمع شدگی بر اثر خشک شدن به خاطر اثرات منفی و ترک‌های بسیاری که به جای می‌گذارد، مشهور است (تصویر پایین). این نوع جمع شدگی در زمان تبخیر آب و در هنگام گرفتن بتن و سفت شدن آن رخ می‌دهد. در برخی موارد، ترک‌های به جای مانده از جمع شدگی بر اثر خشک شدن بسیار کوچک هستند و نیازی به ترمیم ندارند.

جمع شدگی بر اثر خشک شدن به خاطر اثرات منفی و ترک‌های بسیاری که به جای می‌گذارد، مشهور است

جمع شدگی پلاستیک زمانی رخ می‌دهد که سطح بتن تازه در معرض شرایطی باشد که نرخ تبخیر را بالا می‌برد؛ به طور مثال وزش باد، دمای بالا و رطوبت کم. این جمع شدگی باعث  ترک خوردن بتن در زمانی که هنوز نرم است می‌شود.جمع شدگی پلاستیک می‌تواند ترک‌های عمیق‌تری نسبت به جمع شدگی بر اثر خشک شدن ایجاد کند. در بعضی موارد، این نوع از آسیب دیدگی پیش از پایان عمل‌آوری بتن، با بستن ترک‌ها ترمیم می‌شود.

جمع شدگی حرارتی بر اثر آزاد شدن گرمای زیاد در هنگام سخت شدن بتن و بعد به سرعت سرد شدن آن رخ می‌دهد.بتن بر اثر تغییر دما، خصوصاً تغییر دمای سریع، تغییر اندازه می‌دهد. اگر این‌ها در طراحی محاسبه نشده باشند، منجر به آسیب دیدگی (ترک خوردن) خواهد شد.

فنداسیون نامناسب یکی دیگر از دلایل متداول ایجاد ترک در بتن‌ها می‌باشد. مقاومت کششی بتن معمولاً بین 200 تا 400 psi است. نشست زمین و جابه‌جایی هر چند کوچک فنداسیون می‌تواند منجر به تغییر شرایط بتن و افزایش تنش کششی در بتن شود؛ که نتیجه‌ی آن ترک خوردن بتن است.

ترمیم ترک‌های به وجود آمده در بتن کار آسانی نیست. از این رو توصیه می‌شود پیش از شروع مطالعه تمامی حرکات ترک‌ها با دقت ثبت و ضبط شود. پیش از این با روش‌های سنتی و قدیمی این کار صورت می‌گرفت؛ اما امروزه وسایل جدید و الکترونیکی ما را در این امر یاری می‌کنند. حتی گوشی‌های هوشمند نیز این قابلیت را پیدا کرده‌اند که ترک‌ها را ثبت و تحیل کنند. برای این کار، به صورت منظم تصاویری از ترک‌ها تهیه می‌شود تا حرکت و تغییرات آن مورد بررسی قرار گیرد.

بیاد داشته باشید جهت تعیین عمق ترک در بتن و میزان ترک بهتر است از تست های غیر مخرب به خصوص تست های اولتراسونیک بتن استفاده نمایید 

همانگونه که در تصویر زیر می بینید اپراتور در حال تست کردن سازه و تعیین عمق ترک به وسیله این دستگاه می باشد.

حرکات باید در یک بازه‌ی زمانی نسبتاً طولانی بررسی شوند تا مشخص شود که ترک‌ها صرفاً به دلیل تغییر دمای فصل باز و بسته می‌شوند یا دلایل اساسی دیگری وجود دارد که هر لحظه ترک‌ها را بازتر می‌کند. ترمیم بایستی پس از شناسایی دلیل و رفتار ترک‌ها آغاز شود.

نقش ترک خوردن بتن در خوردگی و زنگ زدن میلگردها همیشه مشخص نیست. تحقیقات نشان داده که ترک‌های با عرض کم‌تر از 0٫3 میلی‌متر تاثیر چندانی روی خوردگی فولاد ندارند (Atimay and Ferguson, 1974). با این حال، تحقیقات دیگری (Darwin et al., 1985) (Oesterle, 1997) نشان داده‌اند که خوردگی میلگردها، ارتباط مستقیمی با عرض ترک خوردگی‌ها ندارد؛ احتمالا به این خاطر که بین ترک‌های سطح بتن با عرض ترک‌های نزدیک میلگردها ارتباطی وجود ندارد. ترک‌هایی که در طول میلگردها بر روی بتن به وجود می‌آیند، خرابی بیشتری به بار می‌آورند؛ زیرا خوردگی میلگرد در طول آن، مقاومت بتن را بیشتر کاهش می‌دهد. با وجود تحقیقات مختلفی که در این امر صورت گرفته است، هنوز مشخص نیست که چه ارتباطی بین عرض ترک‌های بتن و خوردگی میلگردها وجود دارد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که کیفیت بتن، مخلوط کردن صحیح و استاندارد بتن و پوشش مناسب برای بتن، نقش مهمی در مقاومت بتن در برابر خوردگی در هنگام ترک خوردن ایفا می‌کنند.

از دیگر تحقیقاتی که نشان می‌دهند بین عرض ترک و خوردگی ارتباطی وجود ندارد می‌توان به (Beeby, 1978) (Tremper, 1947) (Martin and Schiessel, 1969) (Raphael and Shalon, 1971) اشاره کرد. مباحث مفصل‌تر در رابطه با ترک خوردگی بتن در ACI 224 (ACI 224, 2013) آمده است.

ترمیم موفقیت‌آمیز ترک‌های بتن غالباً کار دشواری است. نوع ترمیم مورد نیاز، به مقدار خیلی زیادی وابسته به نوع و عامل ترک خوردگی‌هاست. برای ترمیم ترک خوردگی، لازم است که بدانیم ترک‌ها در حال گسترش‌اند یا از گسترش باز ایستاده‌اند. اگر ترک‌ها مرتباً در حال باز شدن و بسته شدن باشند یا همیشه در حال باز شدن باشند، عملیات ترمیمبسیار پیچیده می‌شود و احتمالاً برای رفع آن نیاز به مواد تقویت کننده داریم. انتخاب و به کار بردن روش اشتباه درترمیم ترک خوردگی به مراتب از ترمیم نکردن بتن زیان‌بار تر است. اشتباه در انتخاب روش، شرایط اولیه‌ی بتن را بدتر و پیچیده‌تر می‌کند.

برای ترمیم برخی از ترک خوردگی‌ها، از تزریق رزین اپوکسی یا پلی‌اورتان استفاده می‌شود. رزین اپوکسی معمولاً برای بازگیری بتن به کار می‌رود. اگر صرفاً بخواهیم جلوی نشت آب را بگیریم و ترمیم سازه‌ای مد نظرمان نباشد، بایستی ازتزریق پلی‌اورتان استفاده کنیم. از رزین اپوکسی برای بستن ترک خوردگی‌ها و نشتی‌های آب کوچک‌تر استفاده می‌شود. رزین پلی‌اورتان نسبت به اپوکسی، انعطاف‌پذیرتر است؛ با این حال از هیچ کدام برای ترمیم سازه‌ای استفاده نمی‌شود.

همچنین جمع‌شدگی و ترک خوردن مواد ترمیمی بتن نیز محتمل است. این ترک خوردگی می‌تواند بسیار سریع‌تر از ترک خوردگی در خود بتن اتفاق بیفتد و ممکن است با ایجاد فشار کششی، به خود بتن نیز آسیب بزند. البته در بیشتر اوقات این ترک‌ها بسیار کوچک‌اند و تاثیر چندانی بر روی ترمیم و عمر آن ندارند. تنها راه پیشگیری از آن، استفاده از مواد ترمیمی مقاوم در برابر جمع شدگی است.

آسیب بتن به وسیله حمله ی اسیدی به بتن

معمولاً حمله‌ی اسیدی در سازه‌هایی رخ می‌دهد که در نزدیکی معادن زیرزمینی ساخته شده‌اند. آب زهکشی شده و خارج شده از این معادن می‌توانند حاوی اسیدهای با pH بسیار پایین باشند. اگر pH محلولی 7 باشد آن محلول خنثی است. بزرگ‌تر از 7 قلیایی است و کوچک‌تر از آن اسیدی. 15 تا 20 درصد محلول‌های سولفوریک اسید دارای pH نزدیک 1 هستند. چنین محلولی به سرعت به بتن آسیب می‌زند. محلول‌های اسیدی دارای pH 5 تا 6 نیز به بتن آسیب می‌زنند، اما به زمان بیشتری احتیاج دارند.

شناسایی بتنی که به وسیله‌ی اسید آسیب دیده است بسیار آسان است. اسیدها با سیمان پرتلند موجود در بتنواکنش می‌دهند و نمک‌های کلسیم را به وجود می‌آورند. آب‌های جاری به آسانی این نمک‌ها را شسته و با خود حمل می‌کند. به مرور سنگدانه‌های موجود در بتن در معرض دید قرار می‌گیرند. ظاهر بتنی که به وسیله‌ی اسید آسیب دیده است، بسیار شبیه به آسیب دیدگی به وسیله‌ی سایش است، با این تفاوت که سنگدانه‌هایی که در معرض دید قرار گرفته‌اند، صاف و صیقلی نیستند. تصویر پایین، شکل عمومی بتن آسیب دیده به وسیله حمله‌ی اسیدی را نشان می‌دهد. آسیب دیدگی بر اثر حمله‌ی اسیدی، معمولاً بر روی سطح بتن آغاز می‌شود و ادامه می‌یابد، با این حال می‌تواند به لایه‌های دیگر بتن نیز نفوذ کند. زمانی که اسید به سطح بتن می‌رسد یا به داخل آن نفوذ می‌کند با سیمان داخل مخلوط بتن واکنش می‌دهد. این واکنش باعث می‌شود تا اسید خنثی شود. اگر اسید محلول در آب جاری باشد، آسیب دیدگی می‌تواند به سرعت پیشروی کند؛ چرا که بتن آسیب دیده به وسیله آب جاری شسته و برده می‌شود و اسید تازه به قسمت‌های آسیب ندیده راه می‌یابد. برای ترمیم بتن آسیب دیده به وسیله‌ی اسید، معمولاً باید کمی بیشتر از جایی که بتن آسیب دیده پاکسازی شود. اگر چنین نشود، احتمال ضعیف شدن و شکست مواد ترمیمی بالاست.

مانند بقیه‌ی آسیب دیدگی‌ها، پیش از آغاز ترمیم بایستی منبع اصلی ایجاد آسیب دیدگی از بین برود. متداول تکنیک برای حمله‌ی اسیدی، رقیق کردن اسید به وسیله‌ی آب است. با این کار، pH اسید بالاتر می‌رود و پتانسیل آن برای آسیب زدن به بتن کم‌تر می‌شود. اگر اسید خیلی قوی باشد، معمولاً از یک لایه‌ی پوششی برای محافظت از مواد ترمیمیاستفاده می‌شود.

ترمیم بتن آسیب دیده با اسید، می‌تواند با جایگزینی بتن با بتن پلیمری صورت گیرد. بتن پلمیری و ملات اپوکسی (که در آن سیمان پرتلند وجود ندارد) مقاومت بالای در برابر حملات اسیدی دارد. همچنین ملات‌ها و موادهای ترمیمی دیگری نیز وجود دارد که در آن‌ها سیمان پرتلند استفاده نشده و در برابر اسید مقاوم‌اند.

شستشوی بتن به وسیله‌ی اسید، زمانی راه حلی برای آماده‌سازی بتن پیش از شروع ترمیم بود. اما بعدها متوجه شدند که بعد از شستشو، خود اسید نیز باید به صورت کامل از بتن پاک شود؛ برای همین امروزه این کار ممنوع است.

در نهایت باید این نکته نیز ذکر شود که آسیب دیدگی بتن به وسیله‌ی آب خالص خیلی شبیه حمله‌ی اسیدی است. این نوع آسیب دیدگی معمولاً در ارتفاعات زیاد و در جایی که آب کاملاً خالص است رخ می‌دهد. آب خالص حلالیت بالایی برای مواد مورد استفاده در بتن دارد؛ آن‌ها را در خود حل می‌کند و به بتن آسیب می‌زند.

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.

اجرای روش ترمیم بتن و عمل آوری مناسب بتن

در حال حاضر 14 روش/ماده استاندارد مختلف برای ترمیم وجود دارد که در مطالب آتی مفصلاً به آن‌ها می‌پردازیم. هر کدام از این مواد و روش‌ها، نیازها و شرایط خاصی برای اجرای موفقیت‌آمیز ترمیم دارند. به طور عمومی، روش‌های ترمیم به چهار رده تقسیم می‌شوند:

مهر و موم و پوشاندن بتن؛ از این روش برای ترمیم بتنی که سطوحش آسیب دیده و ترک‌های کوچکی دارد استفاده می‌شود (بیشتر در عملیات نگهداری از این روش استفاده می‌شود)
ترمیم باریک یا لاغر؛ اضافه کردن حدود 2 اینچ بتن به سطح که شامل هیچ گونه فولاد تقویت شده نمی‌باشد.
ترمیم کلفت؛ اضافه کردن حدود 6 اینچ بتن که اغلب موارد حاوی فولاد تقویت شده نیز می‌باشد.
ترمیم ترک‌ها و نشتی آب
این دسته‌بندی‌ها کمک می‌کنند تا روش مناسب برای ترمیم بتن را به راحتی پیدا کنیم. همچنین ممکن است مواردی رخ بدهد که یکی از این دو رده با هم ترکیب شوند یا روشی مورد استفاده قرار گیرد که بینابینی باشد. مثلا ترمیمی که نه ترمیم باریک است و نه کلفت. بلکه با توجه به تعاریف، چیزی بین این دو است. در برخی موارد، ترکیب چند روش لازم و ضروری است. مثلاً برای موردی که بتن آسیب دیده دارای نشتی آب است، از روش ترمیم نشتی آب برای رفع آن استفاده می‌شود. سپس از روش‌ها و رده‌های دیگر برای ترمیم دیگر بخش‌های بتن استفاده می‌شود.

تمامی روش‌ها و مواد استاندارد برای ترمیم، هر کدام به پروسه‌ی عمل‌آوری احتیاج دارند. برخی به عمل‌آوری با آب فراوان و برخی دیگر به عمل‌آوری به وسیله‌ی خشک کردن نیاز دارند. بعضی‌ها هم تا پیش از سخت شدگی به صورت کامل، نباید در معرض آب و رطوبت قرار بگیرند. عمل‌آوری معمولاً آخرین مرحله از پروسه‌ی ترمیم است. معمولا این مرحله توسط پیمان‌کاران جدی گرفته نمی‌شود و به صورت ناقص یا رندوم انجام می‌شود یا به طور کلی قید آن را می‌زنند و پروژه را به اتمام می‌رسانند.

عمل‌آوری مناسب برای دوام بتن ترمیم شده بسیار حیاتی است. پول و کاری که در ازای عمل‌آوری مناسب صرف می‌شود، در واقع یک سرمایه‌گذاری بلندمدت برای تضمین دوام طولانی مدت بتن است. عمل‌آوری نامناسب می‌تواند منجر به از دست رفتن خاصیت مواد ترمیمی و در نتیجه هدر رفتن سرمایه‌ی شما بشود. در بهترین حالت، عمل‌آوری نامناسب، باعث کاهش عمر بتن ترمیم یافته می‌شود. اما در بیشتر موارد، عمل‌آوری غیر اصولی و نامناسب، نتیجه‌اش می‌شود تکرار ترمیم و در واقع هدر رفتن پول هنگفت. پولی که برای ترمیم اولیه صرف شده کاملاً هدر می‌رود و ترمیم ثانویه بسیار بیشتر خرج خواهد داشت. برای این که جداسازی بتن ترمیم یافته و در واقع مواد ترمیمی، بسیار دشوار تر از مرحله‌ی قبل است و بدین ترتیب سرمایه‌ی بیشتری می‌طلبد.

یکی دیگر از مشکلاتی که در عملیات ترمیم ممکن است به وجود بیاید، جمع شدگی مواد و ملات مورد استفاده است. جمع شدگی می‌تواند منجر به ترک خوردگی بتن و در نهایت کاهش مقاومت و شکست آن شود. همانطور که قبلا هم گفتیم، اقدامات و شرایط باید به نحوی تنظیم شود که جمع شدگی در بتن، به حداقل حد ممکن برسد.

پایان عملیات ایجاد اوپنینگ و کیسینگ تاسیسات مجتمع کارگاهی پارس یکم

در شهریور ماه 1395 ، عملیات برش بتن و ایجاد کیسینگ ها و بازشو های مناسب جهت ایجاد گالری تاسیسات عبوری در محل مجموعه کارگاهی شرکت پارس یکم در منطقه صنعتی ماهدشت توسط کلینیک بتن ایران به پایان رسید.