سازه‌های بتنی که در نزدیکی آب‌های جاری با محتوای لای، ماسه، شن یا سنگ و یا آب‌های جاری با سرعت بالا قرار دارند، احتمال وقوع فرسایش در آن‌ها وجود دارد. هر چه اندازه‌ی ذرات بزرگ‌تر باشد، آسیب دیدگی شدت بیشتری به خود خواهد گرفت.
سطوح بتنی که تحت سایش با ذرات ریز هستند، به شکل صیقلی و صاف درمی‌آیند. همچنین سنگدانه‌های درشتبتن، بر اثر فرسایش بتن بیرون می‌زنند و آن‌ها هم تحت سایش قرار می‌گیرند. میزان آسیب دیدگی به وسیله‌ی فرسایش یا سایش، به متغیرهای زیادی وابسته است؛ مدت زمان تحت تاثیر بودن، شکل سطوح بتنی، سرعت جریان آب و شکل و جهت آن. بنا بر این، ارائه‌ی نظریه‌های عمومی برای پیش‌بینی این گونه خسارت‌ها، بسیار سخت و تقریباً غیر ممکن است. اگر شرایطی که باعث به وجود آمدن آسیب دیدگی شده، به صورت کامل شناسایی نشود، ترمیم نیز دچار مشکل و آسیب دیدگی خواهد شد. استفاده از مواد ترمیمی با مقاومت بالا می‌تواند آسیب دیدگی را کاهش دهد.
بنا بر تجربه‌های مختلف، دیده شده که بتنهای با کیفیت بالا، دارای مقاومت بیشتری در برابر سایش هستند (Smoak, 1991). بنا بر این می‌توان گفت که افزایش مقاومت فشاری بتن، باعث افزایش مقاومت آن در برابر سایش می‌شود.
بهترین ترمیم برای بتن آسیب دیده بر اثر سایش، اضافه کردن بتن با دوده‌ی سیلیس یا بتن پلیمری می‌باشد. این مواد در آزمایش‌های میدانی و آزمایشگاهی، بیشترین مقاومت را در برابر این نوع آسیب دیدگی نشان داده‌اند. در تصویر پایین، جایگزینی بتن با دوده‌ی سیلیسی در سازهای در کلرادوی آمریکا را نشان می‌دهد. برای ترمیم، بتن به وسیله فشار آب (هایدرو دیمولیشن) پاکسازی شده است.
آسیب دیدگی برا اثر کاویتاسیون
کاویتاسیون زمانی رخ می‌دهد که سیال جاری با سرعت بالا به سطوح ناهموار بتن برخورد می‌کند. در فشار معمولی محیط، کاویتاسیون با سیالی با سرعت کم‌تر از 40 فیت بر ثانیه (ft/s) رخ نمی‌دهد.
در سرعت‌های بالاتر، نا همواری باعث ایجاد مناطق فشار منفی و در نتیجه ایجاد حباب بخار هوا در آب می‌شود. این حباب‌ها حرکت کرده و به سطح بتن برخورد می‌کنند و می‌ترکند. این برخورد می‌تواند باعث جدایی اجزای بتن از آن و در نتیجه آسیب دیدن بتن شود.
تاکنون آزمایش‌ها و تحقیقات بسیاری برای کشف مواد مقاوم در برابر کاویتاسیون صورت گرفته است. اما تا به امروز هیچ ماده‌ای که صد در صد در برابر این پدیده مقاوم باشد، پیدا نشده است. بنابراین نخستین اقدام در ترمیم بتنآسیب دیده، رفع عوامل به وجود آورنده‌ی کاویتاسیون می‌باشد.
ترمیم موفق بتن آسیب دیده به وسیله‌ی کاویتاسیون، به تغییرات گسترده‌ای در بتن برای از بین بردن شانس مجدد رخ دادن آن نیاز دارد. همچنین در برخی موارد، عملیات ترمیم خود باعث به وجود آوردن این پدیده می‌شود. مطالعات دقیقی بر روی ویژگی‌های هیدرولیکی سازه باید پیش از ترمیم صورت گیرد. همچنین در ترمیم بتن آسیب دیده بر اثرکاویتاسیون، معمولاً از جایگزینی بتن استفاده می‌شود. زیرا هیچ بتن خاص یا ماده‌ی ترمیمی ای وجود ندارد که در برابرکاویتاسیون کاملا و صد در صد مقاوم باشد.
چرخه‌ی انجماد و ذوب شدن، یکی از عوامل متداول در آسیب دیدگی بتن در مناطق سردسیر است. برای رخ دادن این نوع آسیب دیدگی، سه فاکتور زیر باید موجود باشند:
دمای هوا تا حد انجماد و ذوب شدن تغییر کند
بتن در تماس با آب و یا در معرض رطوبت باشد
تخلخل بتن نامناسب باشد
همانطور که احتمالا می‌دانید، آب ویژگی خاصی دارد که در هنگام منجمد شدن، بر عکس بقیه‌ی مایعات حجمش افزایش پیدا می‌کند. در حضور تمامی این 3 فاکتور، آب در داخل بتن یخ می‌زند و حجمش 9 درصد افزایش پیدا می‌کند. این افزایش حجم، باعث ترک خوردن و انفصال بتن می‌گردد. بعد از ذوب شدن آب، جا برای ورود مقدار آب بیشتری فراهم می‌شود و در نوبت بعدی انجماد آب، بتن بیش از پیش آسیب می‌بیند. این چرخه مدام تکرار می‌شود و هر بار، آسیب بیشتری به بتن وارد می‌شود؛ به همین دلیل به آن آسیب دیدگی به وسیله‌ی چرخه‌ی انجماد و ذوب شدن آبمی‌گویند.
نرخ پیشرفت آسیب دیدگی به وسیله‌ی چرخه‌ی انجماد و ذوب شدن آب، به تعداد چرخه‌ها، دما در هنگام انجماد،تخلخل بتن و شرایط محیطی بتن بستگی دارد.
همانطور که قبلاً نیز به آن اشاره کردیم، استفاده از سنگدانه‌های بی‌کیفیت هم می‌تواند در رخ دادن این نوع آسیب دیدگی موثر واقع شود. سنگدانه‌های بی‌کیفیت و نامناسب، می‌توانند آب را جذب کنند و سپس در چرخه‌ی انجماد و ذوب شدن آب ترک بخورند.
در دهه‌ی چهل میلادی، تحقیقات گسترده برای جلوگیری از آسیب دیدن بتن به وسیله‌ی انجماد و ذوب شدن آب آغاز شد. سد انگستورا (Angostura) نخستین سازهای بود که در آمریکا ساخته و در آن تدابیری برای مقابله با این نوع آسیب دیدگی تدارک دیده شد. بدین صورت که با اضافه کردن مواد حباب‌زا به مخلوط بتن و ایجاد حباب‌های هوا در آن، فضایی برای افزایش حجم آب در هنگام انجماد در نظر گرفته شد. در این صورت، چرخه‌ی انجماد و ذوب شدن آب، کم‌ترین آسیب را به بتن می‌زند، مگر این که شرایط آب و هوایی ویژه باشد یا سنگدانه‌ها دارای کیفیت و مرغوبیت مناسب نباشند.
این نوع آسیب دیدگی اکثراً در بتنهای قدیمی دیده می‌شود؛ در ساخت و سازهای جدید، با استفاده از مواد حباب‌زا دربتن، آسیب دیدگی به وسیله‌ی انجماد و ذوب شدن آب به حداقل رسیده است.
برای جلوگیری از آسیب دیدگی بتن‌هایی که در معرض چرخه‌ی انجماد و ذوب شدن آب قرار دارند، از مواد ویژه‌ای استفاده می‌کنند تا جذب آب بتن به حداقل برسد و از پیشروی آسیب دیدگی بتن جلوگیری شود.
ترمیم بتن آسیب دیده به وسیله‌ی چرخه‌ی انجماد و ذوب شدن آب، معمولاً با جایگزینی بتن صورت می‌گیرد. آزمایش‌ها و تجربه نشان داده است که ترمیم‌های مختصر و کوچک، پاسخگو نیستند و دوباره به وسیله‌ی همین عامل آسیب می‌بینند. بسیار مهم و حیاتی است که ترمیم انجام شده، ضخامت کافی را برای جلوگیری از وقوع این نوع آسیب دیدگی در آینده را دارا باشد. در غیر این صورت، آسیب دیدگی ادامه پیدا خواهد کرد و ترمیم دوام چندانی نخواهد داشت.
واکنش‌های قلیایی سنگدانه‌ها (AAR) برای بتن‌ریزی‌های بعد از دهه‌ی چهل میلادی، مشکل متدوالی نیستند. قلیا باسنگدانه‌هایی نظیر اوپال، کلدئون، چرت، آندزیت، بازالت و کوارتز واکنش می‌دهد. محصولات این واکنش در حضور آب، افزایش حجم می‌دهند و با ایجاد تنش در بتن ترک ایجاد می‌کنند. وجود ترک‌ها باعث ورود بیشتر آب و رطوبت به بتن و افزایش بیشتر حجم و نتیجتاً آسیب دیدگی بیشترِ بتن می‌شود. این مشکل ابتدا در اوایل قرن بیستم میلادی مشاهده شد، اما مطالعات بر روی آن در دهه 1930 و همزمان با ساخت سد پارکر آغاز شد. در آن زمان، روش‌هایی برای شناساییسنگدانه‌هایی که پتانسیل واکنش داشتند و همچنین مشخص نمودن سیمانی که دارای حداقل 0٫6 درصد سدیم و پتاسیم است، ارائه شد. در دهه 40 میلادی، استفاده از سنگدانه‌هایی با قابلیت واکنش قلیایی در بتن ممنوع شد. با این حال همچنان در برخی سازه‌ها، از این نوع سنگدانه‌ها استفاده می‌شود که منجر به آسیب دیدگی بتن می‌شود.
این واکنش‌ها با وجود سال‌ها مطالعه و مشاهده، همچنان برای درک کامل‌تر به تحقیقات بیشتری نیاز دارند. برخیبتن‌ها که حاوی سنگدانه‌های فعال قلیایی هستند بلافاصله نشانه‌های آن را به نمایش می‌گذارند و باعث افزایش حجم و آسیب دیدگی بتن می‌شوند؛ در حالی که برخی دیگر تا سال‌ها خاموش می‌مانند. بدون شک، وضعیت محیطی بتن و نوع سنگدانه‌ها در آن نقش مهمی دارند. در حال حاضر که این متن در حال نگارش است، هیچ روش کلی و بازدارنده‌ای برای جلوگیری از این واکنش‌ها ارائه نشده است، اگر چه ترمیم با لیتیم در برخی موارد ممکن است مفید باشد. به علاوه، چندین روش برای مشخص نمودن میزان پتانسیل سازه‌ی بتن برای افزایش حجم، ارائه شده است، اما هیچ کدام به صورت کامل و جامع پذیرفته نشده‌اند.
آزمایش‌های پتروگرافی در بتن، نشان دادند که ماده‌ای ژل‌مانند در اطراف سنگدانه‌ی فعال تشکیل می‌شود. این ژل در حضور آب یا بخار آب، افزایش حجم چشمگیری دارد و با ایجاد تنش در بتن، باعث افزایش حجم آن و ترک خوردگی می‌شود (عکس پایین).
در ساخت و سازهای جدید، از سیمان‌هایی با خاصیت قلیایی کم و خاکستر سرباره (پوزولان) برای جلوگیری از این نوع آسیب دیدگی استفاده می‌شود. با این حال، در بعضی موارد، این روش‌ها هم برای جلوگیری جواب نداده است. در چنین مواردی، اثبات شده است که مخلوط لیتیمی می‌تواند مانع افزایش حجم شود.
اگرچه هیچ روش جامعی برای مقابله با آسیب دیدگی ناشی از واکنش‌های قلیایی ارائه نشده است، ثابت شده که خشک نگه داشتن محیط بتن، در کاهش نرخ افزایش حجم و آسیب دیدن آن بسیار موثر بوده است.
ترمیم بتنهای آسیب دیده به وسیله واکنش‌های قلیایی، معمولاً عمر کوتاهی دارد. بعد از ترمیم، افزایش حجم در بتنادامه پیدا می‌کند و مواد ترمیمی را نیز از بین می‌برد. با این حال، در برخی موارد، همین ترمیم با عمر کوتاه، بهترین گزینه‌ی روی میز است.
در نهایت باید گفت، با وجود این که آسیب دیدگی به وسیله‌ی واکنش‌هیا قلیایی، بیشتر در بتنهای قدیمی مشاهده می‌شود، اما همچنان می‌تواند در ساخت و سازهای جدید که از مواد غیر مناسب استفاده کرده‌اند نیز رخ بدهد.
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.
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.