عوامل آسیب دیدگی بتن

این رده‌بندی برای این انجام شده که نشان بدهیم و تاکید بکنیم که در وهله‌ی اول، تشخیص عامل آسیب دیدن بتنبسیار مهم است. و بعد از این مرحله است که روش و متود ترمیم را انتخاب می‌کنیم. پیش از شروع ترمیم نیز، بایستی توضیحات کامل در مورد نوع ترمیم مورد نظر بررسی و مطالعه شود. (در آینده به این موضوعات نیز خواهیم پرداخت)

اگر بتن دچار آسیب دیدگی شود، به این معنی است که بتن دوام کافی و عمر پیش‌بینی شده‌اش را برآورده نکرده است. در کنار این، عوامل آسیب دیدن بتن می‌تواند به طور کلی به سه رده تقسیم شود:

ناتوانی بتن در تحمل باری که برای آن طراحی شده، مانند بار سازه‌ای عادی یا بارهای غیر عادی مانند زلزله یا سیل.
ناتوانی در مقابله با شرایط فیزیکی محیط مانند فرسایش، سایش، خوردگی و انجماد آب.
ناتوانی در مقابله با شرایط شیمایی محیط مثل حمله سولفاتی، واکنش قلیایی سنگدانه‌ها، نفوذ کلراید (که منجر بهخوردگی فولاد می‌شود)
عواملی که می‌تواند منجر به تخریب بتن شود در ادامه به همراه توضیحات مربوط به آن آمده است.

1. استفاده از آب اضافی هنگام مخلوط کردن بتن

استفاده آب اضافی مخلوط بتن، پیش سال 1920 بسیار معمول بود؛ چرا که باعث راحت‌تر شدن عملیات بتن‌ریزی و شکل دادن به بتن می‌شد. اما نتیجه‌ی آن پایین آمدن مقاومت و عمر بتن بود. متاسفانه، استفاده از آب اضافی هنوز هم بعضاً معمول است.

آب اضافی باعث کاهش مقاومت، بالا رفتن میزان جمع‌شدگی، افزایش تخلخل، افزایش خزش و کاهش مقاومت بتن در برابر فرسایش می‌شود. تمامی این‌ها به این معنی است که بتن دوام کافی را دارا نخواهد بود.

در نمودار زیر، رابطه بین نسبت آب به سیمان و دوام بتن نمایش داده شده است. می‌بینیم که نسبت آب به بتن هر چه کم‌تر باشد، دوام نیز بیشتر است و همچنین وجود مقداری هوا نیز الزامی است.

تشخیص آسیب دیدن بتن به علت استفاده از آب اضافی می‌تواند کار دشواری باشد. چون نشانه‌های آن شبیه نشانه‌های انجماد آب، فرسایش و سایش و ترک خوردن بر اثر جمع‌شدگی می‌باشد.

برای آن که مشخص شود علت آسیب دیدن بتن، آب اضافی بوده یا خیر، معمولاً قطعه‌ای از بتن آسیب ندیده لازم است. در هنگام آزمایش‌های پتروگرافی، با خروج آب از بتن، وجود آب اضافی در آن مشخص می‌شود. با این حال در برخی موارد، آبی که در هنگام حمل بتن با میکسر یا در هنگام بتن‌ریزی به آن اضافه می‌شود؛ در جایی ثبت نمی‌شود. به همین دلیل، لازم و ضروری است که در هر مرحله از بتن‌ریزی، اگر آبی به آن اضافه شد، در مستندات نوشته و ثبت شود.

اگر آسیب دیدگی زود تشخیص داده شود، اضافه کردن موادی همچون سیلان یا سیلاکسون می‌تواند کمک کند. البته چنین نوع ترمیم‌هایی دائمی نیستند و در مدت 5 تا 20 سال آینده نیاز به تکرار دارند. در موارد دیگر، برای ترمیم چنین نوع آسیب دیدگی‌هایی، از روش ترمیم باریک استفاده می‌شود.

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.

راه های دیگر ترمیم بتن

اگر فولاد دچار خوردگی شده باشد، بتن دور آن باید به صورت کامل برداشته شود. بتن باید تا جایی که به میله‌ها متصل شده برداشته شود. علت خوردگی فولاد بایستی مشخص گردد. اگر علت خوردگی، آلودگی کلراید باشد، تمامیبتن تشکیل شده با محلول آب دارای 0٫15 تا 1٫00 درصد کلراید باید جدا شود. البته این عدد در استانداردها و آیین‌نامه‌های مختلف کمی تفاوت دارد و بایستی به چند عامل تاثیرگذار دیگر هم توجه کرد. برای اطلاعات بیشتر به آیین‌نامه بتن بین‌المللی یا کشور خود مراجعه کنید.

برای ترمیم بتن آسیب دیده به وسیله‌ی فولاد خورده شده، باید با یک متخصص خوردگی مشورت شود. اگر بتن آلودهشده پاک نشود، به احتمال زیاد خوردگی فولاد در بتن جدید و قدیمی پیشرفت می‌کند؛ به این پدیده «اثر حلقه» گفته می‌شود.

زمانی که فولاد نمایان شد، بایستی تمامی قسمت‌های زنگ زده و خورده شده توسط برس سیمی یا آب فشار بالا جدا شوند. اگر خوردگی در فولاد، سطح مقطع آن را تا کم‌تر از 80 درصد قطر اصلی‌اش کاهش داده باشد، فولاد بایستی مورد آزمایش و تحلیل سازه‌ای قرار گیرد.

راهنمای اجرای تحلیل‌ها: ACI 562 (ACI 562, 2013).

اگر فولاد تقویت شده نامناسب و غیر مقاوم تشخیص داده شد، باید بر مبنای آخرین آیین‌نامه‌های کمیته‌ی ACIجایگزین شود.

شکل زیر، نحوه‌ی صحیح برداشت بتن و آماده‌سازی آن برای ترمیم را نشان می‌دهد.

پس از پایان پاکسازی بتن و آماده‌سازی فولاد تقویت شده، تمیزکاری اولیه صورت می‌گیرد. روش‌های انجام این کار شامل شات‌بلستینگ، سندبلستینگ و واتر بلستینگ می‌باشد (به ترتیب پاشیدن با فشار شن، ماسه و آب). این روش‌ها، باقی‌مانده‌ی بتن آسیب دیده یا خورده شده از مراحل قبل را به طور کامل پاکسازی می‌کند. برای روش واتر بلستینگ، فشار آب بین 4،000 تا 5،000 psi معمولاً مناسب است، هر چند در برخی شرایط ویژه تا 15،000 psi هم می‌تواند بالا رود.

پس از آن که سطح مورد ترمیم آماده شد، باید از آن مراقبت کرد و آن را تمیز نگاه داشت تا پیش ریختن مواد ترمیمی، آسیب نبیند. در مناطق گرمسیر، این مرحله شامل ایجاد سایه بر روی بتن، برای خنک نگه داشتن آن است. در مناطق سردسیر، باید اقداماتی صورت گیرد که سطح بتن با یخ یا برف پوشانده نشود.

در حد فاصل 48 ساعت مانده به ریختن مواد ترمیمی، یک تمیزکاری ثانویه انجام می‌گیرد. جت آب با فشار کم بر روی سطح ترمیم می‌پاشند. تمامی سطوح بایستی شسته شوند. فشار آب تا حدود 5،000 psi می‌باشد (تصویر پایین – تمیزکاری ثانویه). باید اطمینان حاصل کنید که رطوبت سطح بتن، با شرایط و نیازهای مواد ترمیمی هم‌خوانی دارد. بسته به شرایط مواد ترمیمی مورد استفاده، سطوح بتن باید مرطوب یا خشک باشند. مثلاً سطوحی که روی آن‌ها بتن پلیمریریخته خواهد شد، باید تا حد امکان خشک باشند.

هر نوع بتن و مواد ترمیمی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، شرایط استفاده‌ی خودش را دارد. باید پیش از مصرف مطمئن شود که شرایط آن برآورده می‌شود. برای برخی از مواد ترمیمی، سطوح بتن باید خشکِ خشک باشند. برای برخی دیگر مرطوب و یا نیمه مرطوب. اطلاعات مربوط به نیازهای مواد ترمیمی، توسط کلینیک بتن ایران در اختیار شما قرار می‌گیرد.

انتخاب روش و آماده سازی بتن برای ترمیم

حالا نوبت انتخاب روش و مواد مورد استفاده برای ترمیم است. پس از تکمیل سه مرحله‌ی قبلی، در این مرحله کار سریع‌تر جلو می‌رود. در آن سه مرحله مشخص شد که ترمیم بایستی در مقابل چه شرایطی مقاومت داشته باشد؛ بازه زمانی ترمیم و پایان آن نیز تعیین شد. این اطلاعات، به علاوه‌ی اطلاعات حجم و مساحت بتنی که باید مورد ترمیم قرار بگیرد، کمک می‌کند تا مواد مورد استفاده در ترمیم مشخص شود. همچنین در هنگام انتخاب مواد برای ترمیم بتن، مسائل مربوط به هم‌زیستی مواد بایستی مورد بررسی قرار گیرد (Vaysburd et al., 2014). باید از انتخاب مواد و روش‌هایی که باعث خسارت بیشتر یا شتاب بخشیدن به آسیب دیدن بتن می‌گردند خودداری نمود.

آیین‌نامه و راهنماهای مفید در این مورد:

«راهنمای انتخاب مواد برای ترمیم سطح بتن»: (ICRI 320.2R, 2009)

«راهنمای انتخاب مواد برای ترمیم بتن»: (ACI 543.3R, 2006)

آماده‌سازی بتن برای ترمیم، یکی از فاکتورهای مهم در دوام ترمیم است. این مرحله شامل حذف تمامی قسمت‌های آسیب دیده و فراهم کردن سطحی بدون آسیب دیدگی برای عمل کردن بی‌نقص مواد ترمیمی است. اگر این مرحله به درستی انجام نگیرد، هر چقدر هم که مراحل دیگر کامل و بی‌نقص باشند، ترمیم با شکست مواجه خواهد شد. ضروری است که پیش از استفاده از مواد ترمیمی، بتن آسیب دیده به صورت کامل برداشته شود.

این مرحله از ترمیم بسیار حیاتی است و نیاز است پیش از شروع، مراحل روی نمونه‌هایی آزمایش شوند و نتایج بررسی گردند تا اطمینان کافی از این که بتن به مقاومت و سطح کیفی مورد نظر دست می‌یابد، حاصل شود.

نخستین مرحله برای آماده‌سازی بتن برای ترمیم، بریدن قسمت مورد نظر با اره به عمق 1 اینچ یا بیشتر در صورت امکان، است

این عمل جداسازی به صورت تخریب با آب (هایدرو دیمولیشین) نیز می‌تواند صورت بگیرد. البته این نوع جداسازی باعث به جا ماندن لبه‌های تیز و خشن می‌شود. بنا بر این برش با اره به صرفه‌تر است. برای قسمت‌های که از بتن که فولاد جاسازی شده درون آن دچار خوردگی شده، ضروری است که بتن تا قسمتی بیش از سطح خورده شده بریده شود؛ هم‌چنین باید مراقب بود که فولاد آسیب نبیند.

هدف از این که گفتیم لبه‌ها بتن بریده شده نباید تیز و خشن باشند، این است که در چنین حالتی مواد ترمیمی راحت‌تر تحکیم می‌یابند. تجربه نشان داده که در غیر این صورت، ترمیم به سرعت با شکست مواجه می‌شود.

بتن آسیب دیده باید به صورت کامل از سازه جدا شود تا مواد ترمیمی به خوبی جایگزین شوند. اگر مواد ترمیمی رویبتن آسیب دیده ریخته شوند، به هیچ وجه موثر نخواهند بود.

در جداسازی به وسیله فشار آب (هایدر بلستینگ یا هایدرو دیمولیشین) بایستی فشاری در حدود 8 تا 40 هزار psi بربتن وارد شود. (تصویر پایین). برتری این روش این است که قسمت‌های آسیب دیده را به صورت کامل جدا می‌کند تا تنها بتن با کیفیت و سالم به جا بماند.

بعد از مرحله جداسازی بتن آسیب دیده، نوبت به آماده‌سازی فولاد تقویت شده در بتن می‌رسد. عموماً اگر بعد از جداسازی بتن آسیب دیده، بیش از یک سوم فولاد در معرض دید قرار بگیرد، بایستی بتن به صورت کامل از اطراف فولاد برداشته شود.

بررسی رفتار غیرخطی دیوار برشی بتنی دارای بازشو به روش طراحی بر اساس سطح عملکرد

یکی از انواع سیستمهای مقاوم در برابر زلزله سیستم دیوار برشی بتنی است که به دلیل عملکرد مناسب آن در زلزله های گذشته مورد توجه مهندسین قرار گرفته است.

اما برخی محدودیتهای معماری مهندس محاسب را مجبور به تعبیه بازشو در دیوارهای برشی می نماید. به ویژه در سازه های بلند دارای هسته مرکزی بتنی، پیرامون اتاق آسانسور محل مناسبی برای نصب دیوار برشی و متصل نمودن آنها در جهت عمود بر یکدیگر و ایجاد نمودن دیوار برشی بالدار می باشد اما به منظور تعبیه درب آسانسور ناچار به ایجاد بازشو در یکی از دیوارها می باشیم که این امر بر رفتار دیوار برشی تاثیرگذار خواهد بود. نسبت ابعاد بازشو و همچنین درصدآرماتور بکار رفته در دیوار از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر رفتار غیرخطی دیوار برشی بتنی دارای بازشو می باشند که روشهای نوین طراحی براساس سطح عملکرد، امکان بررسی رفتارغیرخطی و شکل پذیری چنین سازه ای را بخوبی فراهم آورده است.

در تحقیقات گذشته از تیرهای کوپله برای مدلسازی کامپیوتری بازشوها در دیوارهای برشی استفاده شده است، این تقریب به ویژه برای بازشوهای با ارتفاع کم خطای نسبتا زیادی در پاسخهای سازه ایجاد می نماید. لذا برای رفع این نقیصه در تحقیق حاضر دیوار برشی بتنی بصورت یک صفحه دارای سوراخ مدل گردیده و تاثیر نسبت عرض بازشو به عرض دیوار و نسبت ارتفاع بازشو به ارتفاع دیوار بر رفتار غیرخطی سازه، به ازاء درصد آرماتورهای مختلف، به روش طراحی بر اساس سطح عملکرد مورد بررسی قرار گرفته است.