پوشش و کوتینگ نفوذگر کریستال شونده بتن

پوشش نفوذگر کریستال شونده بتن در حال حاضر بتن مهمترین و پرمصرف ترین ماده در سازه‌های مدرن و مهندسی عمران می باشد. اکثر سدها، تونل ها، کانال ها، پل ها، پایل ها، خطوط لول هف سقف ها، جاده‌ها، مخازن، استخرها، سکوها و ساختمان ها و... بتنی می باشد. بتن علی رغم استحکام ذاتی، بدلیل معایبی چون ضعف در آب بندی، مقاومت شیمیایی پایین، مقاومت کم در برابر ضربه، تخلخل ذاتی، انعطاف پذیری محدود، مقاومت سایشی ضعیف و... نیازمند محافظت و تقویت می‌باشد.

در شرایط کاربری، شرایط محیطی مختلف و یا تحت تاثیر بارهای تحمیلی، تنش های گوناگون به صور مختلف به سازه بتنی وارد می‌شود. بر اساس طبیعت حملات و فاکتورهای موجود، عوامل مخرب به سه دسته تاثیرات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی تقسیم می‌شوند. تاثیرات شیمیایی و فیزیکی می‌توانند منجر به آسیب هایی گردند که از آن بهخوردگی بتن یاد می شودو تاثیرات مکانیکی منجر به پدیده‌هایی چون فرسودگی و پارگی و گسیختگی می‌گردند که به نوبه خود نامطلوب و نیازمند ترمیم و آب بندی هستند.

تحمیل هزینه‌های هنگفت جهت رفع نقایص فوق و حتی تعویض بخشهایی از سازه و همچنین لزوم حفظ و نگهداری منابع اولیه، دلایل اصلی بر لزوم ارائه راهکار در ترمیم بتن، محافظت و آب بندی سازه‌های بتنی محسوب می‌گردد. درکلیه این موارد، بالا بردن مقاومت بتن با استفاده از افزودنی‌های خاص یا تغییر نسبت اختلاط بتن، استفاده از سیمانهای مقاوم در برابر سولفوناتها، افزایش حجم منافذ بتن با استفاده از افزودنی‌های خاص و ایجاد حبابهای ریز هوا در عمق بتن به جهت ممانعت از یخ زدگی بتن، اعمال پوشش مناسب و مقاوم در برابر حملات شیمیایی، تولید بتن متراکم تر و نفوذناپذیر تر، اعمال پوششهای ضد ضربه و ضد سایش به جهت محافظت از سطوح بتنی، استفاده از جایگزین‌های سیمان، کاهش نسبت آب به سیمان، تامین روکش بتنی به حد کافی در اطراف آرماتورها، رعایت کامل شرایط لازم جهت کیورینگ بتن و مراحلبتن ریزی، محافظت کافی و... همگی از جمله راهکارهای موثر پیشگیری از تخریبات ناشی از عوامل مخرب می‌باشند. مواد نفوذگر و کریستال شونده با قابلیت واکنش اجزا تشکیل دهنده با رطوبت و اجزای بتن، تشکیل کریستال‌های نا محلول و ایجاد ساختار یکپارچه با بتن و متعاقب آن نفوذ در عمق بتن و آب بندی و محافظت داخلی، بعنوان یکی از موثر ترین سیستمهای آب بندی و محافظت سازه‌های بتنی به حساب می‌آیند. این مواد تاثیر منفی عوامل مخرب بتن را به حداقل رسانده، عمر سازه بتنی را افزایش داده و هزینه تعمیرات و نگهداری سازه‌ها به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهند. در این مقاله بر نحوه عملکرد مواد نفوذگر کریستال شونده به عنوان افزودنی در طرح اختلاط بتن و یا به عنوان پوشش بر روی سطح بتن ساخته شده قدیمی ی سخت شده جدید تمرکز شده و نقش پررنگ آنها در ممانعت از تخریب سازه‌های بتنی بررسی می‌گردد.

بررسی نقش مواد افزونی فوق روان کننده در بتن با مقاومت بالا

خلاصه

با توجه به مطالعات اخیر، استفاده از مواد افزودنی در تولید بتن که اثرات مطلوب آن بر ویژگی های بتن ثابت شده، غیر قابل انکار می باشد. اگرچه استفاده از مواد افزودنی اجباری نیست ولی استفاده از آن در صرفه جویی زمان  و بهبود ویژگی های بتن تازه و سخت شده اجتناب ناپذیر است. با توجه به گستردگی استفاده از مواد افزودنی در بتن، دانستن اثر این موارد بر روی خواص مختلف بتن بسیار حائز اهمیت می باشد. در این مقاله اثر فوق روان کننده  بر روی خواص مکانیکی کوتاه مدت بتن های با مقاومت بالا مورد بحث قرار می گیرد. 

در کارهای آزمایشگاهی انجام شده در این پژوهش نسبت های مختلف فوق روان کننده به مصالح سیمانی از 0 تا 3.5 درصد مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج آن ثبت شده نشان می دهد با افزایش نسبت فوق روان کننده مقاومت بتن کاهش می یابد و بهترین نسبت برای فوق روان کننده ها از 1.5 تا 2.5 درصد وزن سیمان می باشد.

کلمات کلیدی : بتن مقاومت بالا / فوق روان کننده / مقاومت فشاری / مواد افزودنی

1- مقدمه

امروزه پیشرفت شتابان و فزآیند تکنولوژی و دستیابی به نوآوری های روز افزون در زمینه مصالح ساختمانی، تولید بتن با مقاومت بالا را میسر ساخته  است و استفاده از این ماده بدلایل اقتصادی و فنی در ساخت مقاطع بتنی در حال افزایش است. در اکثر موارد به بتن بعنوان ماده ای مقاوم در برابر نیروهای فشاری نگریسته می شود. مقاومت فشاری به هیچ وجه تنها مشخصه اصلی بتن سخت شده نمی باشد، ولی عموماً مقاومت مهمترین عامل نشان دهنده کیفیت آن است این موضوع بدان علت است که میزان مقاومت مستقیماً به کیفیت خمیر سیمان سخت شده مربوط می شود، بعنوان مثال اگر چه مقاومت مستقیماً نشان دهنده میزان دوام بتن و یا  ایستادگی آن در برابر تغییر شکل نیست، اما شدیداً به نسبت آب به سیمان بستگی دارد، این نسبت نیز با کنترل میزان تخلخل بتن بر روی دوام و مقاومت در برابر تغییر شکل نیست، اما شدیداً به نسبت آب به سیمان بستگی دارد، این نسبت نیز با کنترل میزان تخلخل بتن بر روی داوم ومقاومت در برابر تغییر شکل آن تاثیر می گذارد [1]. انجام پروژه های وسیع تحقیقاتی بر روی مواد مختلف تشکیل دهنده بتن و آزمایش بتن های مختلف با مواد جدید در سال های آخر قرن اخیر منجر به پیدایش بتن هایی شده است که علاوه برتامین مقاومت خواص دیگری از این ماده نظیر دوما، کارایی، نرم و مقاومت در برابر عواملی چون آتش و محیط و هوازدگی را دستخوش تغییر اساسی نموده است. استفاده از مواد افزودنی در تولید بتن با  توجه به مطالعات اخیر که اثرات مطلوب آن بر ویژگی های بتن ثابت شده غیر قابل انکار می باشد. اگرچه استفاده از مواد افزودنی اجباری نیست ولی استفاده از این مواد در صرفه حویی زمان و بهبود ویژگی های بتن تازه و سفت شده اجتناب ناپذیر است. هدف از این تحقیق، بررسی و مقایسه مقاومت فشاری نمونه های بتنی  با مقاومت بالا، در صورت تغییر پارامترهای، درصد استفاده از افزودنی های فوق روان کننده و نسبت آب به موارد سیمانی می باشد.

2- بتن با مقاومت بالا و تاریخچه ی آن

از چند دهه گذشته استفاده از بتن با مقاومت بالا در حال گسترش امروزه براساس تکنولوژی رایج بتن، ساخت بتن های با مقاومت و دور از انتظار که می تواند برای طراحی سازه های اجرایی رایج مورد استفاده قرار گیرند، امکان پذیر می باشد. اگرچه اغلب آیین نامه های بتن هنوز مقاومت بتن مورد استفاده در سازه ها را به 60 مگاپاسگال محدود می کنند، اما آیین نامه های جدید اخیراً حدی بالاتر از 105 مگاپاسگال را نیز در نظر گرفته اند. ساخت بتن هایی با مقاومت بالا و در حد 120 مگاپاسگال و کاربرد آن در ساختمان بلند در کشورهای پیشرفته دنیا رواج یافته است. این مقاومت با اضافه نمودن مواد ریز و فعال به سیمان تا حدی افزایش یافته. در سال 1995 Ahmed و Shah  توانستند مقاومت فشاری بتن نرمال را به 200 مگاپاسگال برسانند. مقاومتی در این حد تنها در شرایط آزمایشگاهی قابل به حصول است. بعلت شرایط خاص و ملزومات ضروری برای تولید بتن با مقاومت بالا، مقاومت فشاری بین 60 تا 110 مگاپاسگال را به عنوان تعریف بتن با مقاومت بالا می پذیری [2].

Felicetti و دیگران در سال 1996 با آزمایش بر روی بتن با مقاومت بالا خواص بتن با مقاومت بالا بعد از قرار گیری در مقابل آتش را بررسی کردند. [3]

نکته اصلی در تهیه بتن با مقاومت بالا استفاده از نسبت آب به سیمان پایین است. در بتن نرمال این نسبت بین 40/0 تا 7/0 تغییر می کند اما در بتن با مقاومت بالا این مقدار به 2/0 35/0 کاهش می یابد. چنین نسبت پایین، مخلوط را خشک، سخت و در عمل غیر قابل اختلاط می کند. برای افزایش کارایی این مخلوط به آن روان کننده قویافزوده می شود. روان کننده قوی، اختلاط اجزا را ممکن ساخته و فشردن و ریختن بتن را ساده تر می کند [4] دوده سیلیس نیز در نسبتهای مختلفی بین 1 تا 20% وزن سیمان قابل استاده است. [4]

تحقیقات نشان می دهد که مقدار استفاده از میکروسیلیس، در حدود 10% وزن سیمان بیشترین بازدهی را ایجاد می کند [5]

2-1- معایب و مزیت های استفاده از بتن با مقاومت بالا :

اگرچه در ساخت قسمت های مختلف ساختمان های بلند ممکن است از بتن با مقاومت بالا استفاده شود، ولی کاربرد اصلی بتن سازه های خاص می باشد. برای بررسی بتناز جنبه اقتصادی باید اشاره شود که استفاده از مواد افزودنی فوق روان کننده و ترکیبات تکمیلی سیمان نظیر خاکستر بادی، میکروسیلیس و سرباره کوره آهنگدازی در مخلوط بتن با مقاومت بالا و همچنین افزایش کیفیت مصالح سنگی و اعمال کننرل کیفیت شدید در هنگام ساخت، حمل و نقل و جابجایی بتن و نظارت دقیق در مرحله بتن ریزی و عمل آوری آن، همگی عواملی هستند که قیمت تمام شده بتن با مقاومت بالا را افزایش می دهند، علاوه بر این به نظر می رسد دلیل استفاده محتاطانه از بتن با مقاومت بالا، علیرغم مزیت دستیابی به مقاومت های بالا علاوه بر مسایل اجرایی، مکانیزم شکست این نوع بتن ها می باشد. افزایش تردی باعث شکست های ناگهانی و فاجعه  باری در سازه های در معرض زلزله، انفجار یا بارهای ناگهانی می شود. به همین علت و در بسیاری از موارد، طراحان مایلند این رفتار به صورت شکست نرمتر اصلاح شود با این حال در بیشتر کاربردهای بتن با مقاومت بالا، فواید و محاسن استفاده از آن به قدری زیاد است که عمولاً معایب آن جبران می شود، مهمترین این مزیت ها را  می توان به شرح زیر بر شمرد :

افزایش مقاومت و سختی که می تواند باعث کاهش تغییر مکانهای افقی ناخواسته شود.

بهینه سازی فضای مفید از طریق کاهش ابعاد هندسی اعضای سازه ای

کاهش طول مهاری و وصله میلگردها

کاهش وزن مرده ساختمان

 بهبود خواص مکانیکی، پایایی، آب بندی و کاهش نفوذ پذیری بتن در برابر سرایت عوامل شیمیایی یا جوی مضر

امکان پذیر نمودن استفاده از رده های گوناگون بتن مناسب با مقاومت مورد نیاز در ستون های طبقات مختلف ساختمان های بلند مرتبه که این موضوع ثابت ماندن مقطع ستون و ابعاد قالب را به همراه دارد.

2-2- نقش مواد افزودنی :

امروزه استفاده از افزودنی ها جهت تامین بهتر مشخصات مورد نظر بتن بسیار فراگیر شده است. از این مواد افزودنی، مواد کاهش دهنده آب، روان کننده و به ویژه فوق روان کننده ها بیش از  دیگران در بتن با مقاومت بالا کاربرد دارند. نخستین رده افزودنی ها کاهش دهنده آب که در ضمن خاصیت دیرگیر کنندگی نیز دارند لیگنو سولفات ها می باشند. استفاده از آنها حجم هوای داخل بتن را به میزان تقریبی 2 تا 6 درصد افزایش و میزان آب مورد نیاز را بین 5 تا 10 درصد کاهش می دهد. مقاومت نهایی بتن هایی که با این افزودنی ساخته می شوند بین دو تا بیست درصد بالاتر از بتن مشابه بدون افزودنی می باشد. بیشتر فوق روان کننده هایی که فعلاً در بازر موجود می باشند و در بتن سازی مورد استفاده قرار می گیرد ترکیبات نفتالین و ملامین سولفوته شده می باشند. تولید کنندگان این محصولات معتقدند که با استفاده صحیح از آنها می توان میزان آب بتن بتن را تا حدود بیست درصد کاهش داد. نسل سوم فوق روان کننده ها که بویژه برای بتن ها خودترا کم کاربرد وسیعی دارد بیشتر بر پایه پلی کربوسیلیکات اصلاح شده قرار دارند. تولید کنندگان این مواد اظهار می نمایند که با مصرف آنها میزان آب بتنرا حتی می توان تا حدود سی درصد کاهش داد. واقعیت آن است که استفاده از فوق روان کننده ها به عنوان یکی از مواد ضروری برای تولید بتن با مقاومت بالا روز به روز گسترده تر می شود. البته استفاده از این مواد باید با شناخت کامل کلیه تاثیرات آنها همراه باشد. سازگاری عملکردی فوق روان کننده با نوع سیمان مصرف شده یکی از این ملاحظات است. موضوع دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد آن است که هر چند فوق روان کننده می تواند اسلامپ بتن را برای 5 تا 10 دقیقه  پس از افزایش به میزان قابل توجهی بالا برد، ولی پس از این زمان با سرعت بسیاری اسلامپ  را کاهش می دهد. معمولاً سرعت کاهش اسلامپ بتن در مورد ترکیبات ملامین بیشتراست.

3- تشریح موضوع

در این پژوهش 8 طرح اختلاط ساخته شده که در این طرح ها مقدار مصالح سنگی، سیمان، میکروسیلیس ثابت بوده و با تغییر درصد فوق روان کننده و نسبت آب به سیمان شاهد تغییراتی در مقاومت فشاری بتن هستیم. در اولین نمونه از فوق روان کننده  استفاده نشده و در نمونه های بعدی درصد  استفاده از این مواد برای هرکدام از نمونه ها 0.5 درصد افزایش می یابد و نسبت  آب به سیمان مقداری کاهش می یابد. به طور کل سعی شده در تمامی نمونه ها کارایی ثابت باشد.

4- پارامترهای پروژه

4-1- مقدار مشابه سیمان

4-2- کارایی مشابه

4-3- توزیع مشابه اندازه ی دانه ها برای مخلوط ها

4-4- حداکثر اندازه سنگدانه (32 میلی متر)

4-5- نوع و مقدار مشابه سنگدانه

4-6- مقدار فوق روان کننده به صورت 0.05 وزن سیمان در هر مخلوط تعییر می کند.

همان طور که همه متغیرهای دیگر ثابت نگه داشته شده است این تحقیق ما را قادر به تعیین تاثیر میزان فوق روان کننده بر روی خواص بتن مورد آزمایش می سازد.

5- مصالح مصرفی

5-1- سیمان پرتلند (تیپ 1)

5-2- سنگندانه ریزی رودخانه ای (اندازه دانه 5/0 میلیمتر)

5-3- سنگدانه درشت : سنگدانه رودخانه ای

5-4- آب

5-5- فوق روان کننده

5-6- میکروسیلیس 15 درصد وزن سیمان  

6- منحنی دانه بندی و نسبت طرح اختلاط 

از منحنی دانه بندی شن در شکل 1 و همچنین منحنی دانه بندی ماسه در شکل 2 نشان داده شده است. نسبت مخلوط بتن نیز براساس شرایط ذکر شده در بالا، محاسبه و در جدول 1 نشان داده شده است. 

شکل 1 منحنی دانه بندی شن

شکل 2 منحنی دانه بندی ماسه

جدول 1 طرح اختلاط

اسلامپ2
اسلامپ1
نسبت آب به پودر
میکروسیلیس
ماسه
 شن
آب گل
آب اضافی
روان کننده
آب پایه
سیمان
شماره طرح
8
10
43/0
67.5
890
840
200
0
0
200
450
1
8
13
0.37
67.5
890
840
190
10
0.5
200
450
2
6
12
0.36
67.5
890
840
185.5
14.5
1
200
450
3
6
13
0.34
67.5
890
840
178.5
21.5
1.5
200
450
4
5
14
0.32
67.5
890
840
164.5
35.5
2
200
450
5
4
13
0.29
67.5
890
840
149.3
50.7
2.5
200
450
6
3
12
0.265
67.5
890
840
137.2
62.8
3
200
450
7
3
12
0.25
67.5
890
840
128.8
71.2
3.5
200
450
8
- نمایش و تحلیل نتایج

7-1- کارایی

با تجزیه و تحلیل نتایج اسلامپ بتن تازه در جدول 1، نتایج زیر به دست می آید :

 7-1-1- کارایی پس از 30 دقیقه برای بتن هایی که از درصد فوق روان کننده ی بیشتری استفاده شده و نسبت آب به پودر کمتری دارند به سرعت پایین آمده و کار کردن با این بتن بسیار مشکل می باشد.

7-2- مقاومت فشاری
مقاومت فشاری بتن در سن 3، 7 و 28 روز بر مبنای کیلوگرم بر سانتی متر مربع اندازه گیری، و در جدول 2 نشان داده دشه است. روند افزایش مقاومت فشاری نیز در شکل 3 نشان داده شده. برای هر نوع بتن یه نمونه در سن 3 روز، سه نمونه در سن 7 روز و سه نمونه در سن 28 روز مورد آزمایش قرار گرفته شده 
جدول 2 مقاومت فشاری
سن بتن (روز)
شماره طرح
28
7
3
422
267
187
1
761
412
261
2
798
431
269
3
851
456
278
4
891
478
285
5
861
462
279
6
823
445
269
7
785
427
279
8

شکل 3- روند تغییرات مقاومت فشاری
7-1-2- تحلیل نتایج

از تحلیل  نمودار مقاومت فشاری این نتیجه به دست می آید که با افزایش میزان مصرف فوق روان کننده ها مقاومت فشاری ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. باید توجه داشت که فوق روان کننده ها باعث تولید حباب های ریزی در بتن می شود، افزایش مقاومت بتن در ابتدا به علت کاهش نسبت آب به سیمان می باشد ولی وقتی میزان مصرف این مواد افزایش می یابد باعث ایجاد حباب هوا شده و تخلخل بتن را افزایش می دهد و این موضوع  باعث کاهش مقاومت بتن در نسبت های بالای استفاده از فوق روان کننده ها می باشد.

8- نتیجه گیری 

براساس تجزیه و تحلیل مقایسه ای از نتایج آزمون مقاومت فشاری بتن با هشت درصد مختلف فوق روان کننده نتایج زیر به دست می آید :

مقاومت فشاری بتن در نسبت وزنی 2 درصد فوق روان کننده به وزن سیمان بیشترین مقدار را دارا می باشد و در 0.5 درصد کمترین مقدار را دارد. مقاومت بتن با افزایش  مقدار فوق روان کننده به بیش از 2 درصد وزن سیمان کاهش می یابد و این کاهش به علت افزایش حباب هوا بر اثر استفاده از  فوق روان کننده می باشد.

روند افزایش یا کاهش مقاومت فشاری با افزایش سن بتن بیشتر شده و در سنین بالا شاهد نوسانات شدیدتری در مقاومت بتن می باشیم.

با افزایش فوق روان کننده و کاهش نسبت آب به سیمان کارایی مخلوط بتن پس از 30 دقیقه به شدن کاهش یافته و کار کردن با آن مشکل می باشد.
9- مراجع 

1- مظلوم، م،  (1383)، «مقاومت و مدول الاستیسیته سکانتی در بتن های با مقامت زیاد دارای میکروسیلیس،» اولین کنگره ملی مهندسی  عمران، تهران، ایران، اردیبهشت 83.

2. Shah, S.P. and Ahmad, S.H., High performance concrete and applications, Edvard Arnold,London, 1994.

3. Felicetti, R., Gambarova, P.G., Rosati, G.P., Corsi, F., and Giannuzzi, G., (1996), “Residual Mechanical Properties of High-Strength Concrete Subjected to High-Temperature Cycles,”

Proceedings, 4th International Symposium on Utilization of High-Strength/High-performance Concrete,Paris,France.

4. Ali F., Abu-Tair A., O’ Connor D., Benmarce A. , Nadgai A. “Useful and practical hints on the process of producing gigh-strenght concrete”, practice periodical on structural design and construction, november 2001, pp150-153, 2001

5- باقری، ع، «حرارت زایی بتن حاوی میکروسیلیس» مجموعه مقالات سمینار بین المللی کاربرد میکروسیلیس در بتن، تهران، ایران. 

بتن ریزی در اقلیم گرم ایران

خلاصه انواع خرابی بتن در زیر ارائه شده است :

 خرابی بتن:

 -شیمیائی:

 - حمله سولفات ها

 - حمله کلرورها و خوردگی فولاد

 - کربناتی شدن

 - واکنش قلیاوی سنگدانه ها

-فیزیکی:

 - یخ زدگی و ذوب متوالی

 - فرسایش و سایش

 - خلاء زایی (کاویتاسیون)

• نفوذ نمک ها در بتن

• حریق

• ضربه

• شرایط محیطی

• حمله باکتریها

- خطاهای اجرائی:

• دانه بندی یکنواخت و نامناسب

• خاک دار بودن شن و ماسه

• انبار کردن نامناسب مصالح بتن (شن و ماسه، سیمان، آب، مواد افزودنی)

• به کار گیری نوع و مقدار نامناسب سیمان

• تراکم نامناسب

• عمل آوری نامناسب

• به کار گیری آب بیش از حد مورد نیاز در مخلوط بتن

وجود اقلیم گرم به طور مستقیم و غیر مستقیم تمام عوامل خرابیهای شیمائی و فیزیکی بتن را به جز یخ زدگی و ذوب متوالی تشدید می کند. بنابراین و در اینچنین اقلیمی باید شرایط ویژه ای را به کار برد و حتی الامکان خطاهای اجراوی را نیز به حداقل کاهش داد.

تاثیر محیط گرم روی بتن:

هم بتن تازه و هم بتن سخت شده در محیطهای اقلیمی گرم و در درجه حرارت زیاد بخشی از عملکرد مطلوب و پایائی خود را از دست می دهند. نیاز به آب بیشتر ، گیرش سریع و کاهش اسلامپ و کارائی، افزایش امکان ترک خوردگی خمیری ، تبخیر سریع آب سطحی بتن و تغییر در مشخصات مکانیکی این بخش و نیاز به عمل آوری سریع  از مشکلات بتن تازه در اقلیم گرم است. این مشکلات با افزایش نفوذ پذیری که خود منجر به کاهش مقاومت ذاتی بتن در مقابله با خرابیهای دیگر می شود از تاثیرات محیط گرم روی بتن سخت شده می باشد . علت تغییرات در بتن سخت شده به طور عمده ناشی از اجبار به مصرف آب بیشتر در طرح اختلاط است.

بزرگترین مشکل اقلیم گرم روی بتن، گیرش سریع و کاهش کارائی بتن تازه می باشد که برای جبران آن تولید کنندگان آب مصرفی طرح اختلاط افزایش می دهند. با افزایش آب مصرفی مقاومت کاهش و نفوذ پذیری افزایش می یابد و در صورتیکه عوامل مخرب دیگر مثل یونهای مضرر هم در محیط وجود داشته باشد و به سرعت عمر مفید و پایائی بتن کاهش خواهد یافت و در مناطق گرم و خشک و تبخیر سریع آب از سطح آزاد بتن فرایند آبگیری  ( Hydration ) سیمان متوقف شده و منجر به ترکهایجمع شدگی خمیری ( Plastic shrinkage cracks ) خواهد شد.

در محیطهای گرم و مرطوب به علت نفوذ رطوبت در بتن سخت شده خرابی های بتن افزایش می یابد البته به جز ترک خوردگی ناشی از جمع شدگی. به هر حال در محیط های گرم و خشک نیز امکان رطوبت در پاره ای از کاربردها به طور محسوس وجود دارد مثل سازه های آبی بتنی ، پی ها که در خاک مدفون هستند و به احتمال کاربرد زمینهای اطراف آب و رطوبت به خاک تزریق خواهد شد.

مشکلات بتن ریزی در مناطق گرمسیر به صورت خلاصه عبارتند از :

_ نیاز به آب بیشتر در طرح اختلاط

_ افزایش سرعت گیرش سیمان

_ کاهش اسلامپ و کارآئی بتن تازه به علت گیرش زود رس

_ ایجاد ترکهای جمع شدگی خمیری

_ مقاومت فشاری نهائی کمتر (گرچه مقاومت فشاری اولیه افزایش می یابد(

_ افزایش نفوذ پذیری و کاهش محسوس پایائی بتن

_ ظاهر نامطلوب سطح بتن

_ کاهش زمان اجرائی جهت حم و ریختن بتن و ویبره زدن (در پاره ای از موارد این زمان به 20 دقیقه کاهش می یابد(

تمهیدات بتن ریزی در مناطق گرمسیری :

در صورتیکه دمای بتن در لحظه بتن ریزی از 32 درجه بیشتر باشد باید بتن ریزی را متوقف کرد یا شرایط ویژه ای را جهت کنترل دمای بتن به کار برد. به هر حال در ردزهای گرم سال در مناطق گرمسیر موارد زیر باید مورد توجه قرار گیرد.

_ دمای سیمان در هنگام اختلاط باید کمتر  از 50 درجه باشد نگهداری سیمان در محلهای سایه و خنک و با استفاده از سیلو مناسب با رنگ آمیزی مناسب می تواند در پائین نگهداشتن دمای سیمان به کار رود.

_ میزان مصرف سیمان نباید از 350 کیلوگرم بر متر مکعب کمتر باشد تا بتوان کاراوی و مقاومت لازم را به دست آورد در ضمن نباید از 450 کیلوگرم بر متر مکعب بتنبیشتر باشد چون گرمای آزاد شده ناشی از فعل و انفعالات سیمان منجر به دمای زیاد بتن تازه خواهد شد.

_ به کار گیری سیمان کند گیر (در حد تیپ دو) به کار گیری سیمان پوزولانی به خصوص استفاده از میکروسیلیس یا به کارگیری مواد افزودنی که موجب کاهش دمای گیرش شود توصیه می شود.

_ شن و ماسه باید در محل خنک و سایه (زیر سایه بان) نگهداری شوند . در صورت لزوم سنگدانه ها با آبپاشی خنک شوند.

_ به کارگیری دانه های گرد گوشه (رودخانه ای) به علت ایجاد کارائی بیشتر مناسب تر است.

_ دانه بندی شن و ماسه باید حتما در محدوده استاندارد باشد و اگر در حد میانی استاندارد باشد که منجر به تولید بتن متراکم شود بهتر است.

_ به کار گیری شن درشت منجر به نفوذ پذیری بیشتر می شود بنابراین به کارگیری شن ریزتر در طرح اختلاط توصیه می شود.

_ حتی المکان باید آب خنک استفاده شود به کارگیری عایق حرارتی برای لوله ها و مخازن آب توصیه می شود. در صورت ناتوانی در کنترل بتن می توان از خرده یخ برای خنک کردن آب استفاده نمود.

_ به هیچ وجه نباید برای کنترل سلامپ و کارائی از آب بیشتر از حد تعیین شده در طرح اختلاط استفاده نمود.

میلگرد در شرایط محیطی فوق العاده شدید باید باید گالوانیزه با آغشته به اپوکسی باشند(در مناطق گرم و خشک به کارگیری این روشها ضروری نمی باشند(

_ به کارگیری پوشش بتنی در اطراف میلگرد ها جهت تامین پایائی ضروری می باشد باید از به کارگیری مقاطع نازک بتنی با درصد زیاد میلگرد خودداری شود.

_ به کار گیری قالب چوبی به علت کوچکی ضریب انتقال حرارت نسب به قالب های فلزی مرجع است.

_ قالب ها باید حتما آب بندی باشند تا شیره و آب از دسترس بتن خارج نشود.

_ بتن ریزی در ساعات خنک و سایه روز انجام شود.

_ حتما از تبخیر آب سطحی بتن جلوگیری به خصوص در مقابل وزش باد و تشعشعخورشید با بکارگیری روکشهائی روی سطحی جلوگیری کرد.

_ تراکم بتن حتی الامکان باید به صورت کامل انجام شود تا پایائی بتن را بتوان تضمین نمود.

_ عمل آوری بتن باید به طور کامل و در اولین فرصت ممکن انجام شود و به نحوی که آب سطحی بتن از دست نرود.

روشهای عمل آوری عبارتند از:

 جاری نمودن آب مناسب روی بتن (توجه به تبادل حرارتی و از دست رفتن حرارت بتن لازم است(

 آب پاشی به طور مدوام و با آب مناسب البته توصیه می شود به خصوص دفعات اولیه آب دارای حرارت نزدیک بتن تازه باشد تا امکان تباد حرارتی از بین ببرد. حتی اگر قرار است آبّ روی سطح بتن گرفته شود باید چند ساعت اولیه با آب گرم روی سطح بتن آب پاشی نمود و سپس اقدام به این کار کرد.

 به کارگیری روکش مرطوب نظیر گونی، نمد، حصیر،کاه،ماسه تمیز و خاک اره.

 به کار گیری روکش غیر قابل نفوذ شامل کاغذ نفوذناپذیر،نایلون.

حداقل زمان عمل آوری در مناطق گرمسیری 7 روز می باشد ولی برای سیمانهای تیپ  2 و 5 و سیمانهای پوزولانی 14 روز است.

_ به کار گیری گوشه های پخ شده در قطعات جهت جلوگیری از تبخیر سریع از این نواحی.

نتیجه گیری:

فلات مرکزی ایران کویری بوده و دارای اقلیم گرم و خشک می باشد. شرایط آب و هوای اقلیم مزبور جهت بتن ریزی و عمل آوری مناسب نمی باشد. طراحان و مجریان می توانند با به کار گیری مشخصات و روشهای اجرائی مناسب بتن با مقاومت فشاری ،پایائی و کارائی خواسته شده تولید نمایند. افزایش آب به بتن جهت افزایش کارائی نتیجه نامطلوب دارد. تامین رطوبت و جلوگیری از وزش باد از روی سطح بتن در دوره عمل آوری ضروری می باشد و به طور وسیعی از ترک خوردگی جمع شدگی جلوگیری می کند طبق آیین نامه آبا به کارگیری بتن تازه با دمای بیشتر از 32 درجه سلیسوس ممنوع است و باید در شرایط هوای گرم با خنک کردن آب و سنگدانه ها از دمای بتنکاست و سپس استفاده نمود.

سازه های بتنی در محیط دریایی

تعداد وسیعی از باراندازها، حوضچه های تعمیراتی، تیرها و پایه های پل، موج شکن ها و تونل های زیردریایی از بتن مسلح ساخته شده اند. بتن به عنوان مصالح ساخت مناسب برای سازه هایی که در معرض محیط دریایی قرار دارند، مورد پذیرش کلی قرار گرفته است و در صورتیکه طبق اصول صحیح ساخته و نگهداری شود، می تواند بر مشکلات فائق آید. ولی در صورت انتخاب مصالح نامناسب، کیفیت ضعیف اجرا و عدم نگهداری کافی، دچار فساد و خرابی خواهد شد. مکانیزم های اصلی تخریب سازه های بتنی در محیط دریایی خوردگی میلگردهای کار گذاشته شده در بتن، تجزیه و تخریب بتن، سیکل های یخ زدن و آب شدن و تشکیل ترکیب اترینگایت و واکنش قلیایی –سیلیسی را شامل می شود.

غالباً خوردگی در سرتاسر طول یک عضو یکنواخت نیست و معمولاً به وسط یا دو انتهای عضو محدود می شود. در رابطه با شمع ها امکان دارد خوردگی در بالای سطح آب، شدید و در زیر آن ضعیف باشد و یا اصلا اتفاق نیافتد. این ناحیه که در معرض حداکثر خوردگی است، غالباً دورتر از مقاطع مربوط به حداکثر لنگرها و نیروهای برشی است ولی میلگردها ممکن است در سرتاسر عضو یکنواخت باشند.

با پیشرفت خوردگی، نهایتاً فرو ریختگی ناشی از آن اتفاق می افتد. نتایج نهایی سازه ای مادامی که میلگردها در بتن به صورت گیردار باقی باشند، بستگی به میزان افت فولاد دارد. به هر حال خوردگی به ویژه خوردگی حفره ای باعث تمرکز تنش افزایش یافته می شود که منجر به افت شکل پذیری و کاهش تغییر طول نهایی گسیختگی می گردد. همچنین تحت بارهای ضربه ای و دینامیکی شکست نهایی ممکن است به صورت تردد و شکننده باشد. در سازه های پیش تنیده نیز علیرغم اجرای بسیار عالی در محیط دریایی به علت آنکه بتن آن ها نفوذپذیری کم تری داشته و عاری از ترک های میکروسکوپی (ریزترک ها) است، ولی وقتی کابل های پیش تنیدگی خورده می شوند، نتایج و آثار سازه ای به دلیل قطر کم کابل ها و تنش زیاد موجود در آنها شدیدتر بروز می نماید. البته چنین وضیعتی از لحاظ خوردگی کابل های پیش تنیدگی در محیط دریایی زمانی روی می دهد که سازه در معرض ناحیه پاشش بوده و بتن دارای نفوذپذیری بالایی (مثلاً ناشی از نسبت آب به سیمان کنترل نشده) باشد.

محل و نوع سازه نیز میزان خوردگی را تحت تاثیر قرار می دهد. اعضای سازه ای بتنی واقع در ناحیه جزر و مدی و ناحیه پاشش عموماً دچار بیشترین میزان خوردگیهستند. در این نواحی، اعضاء به طور ثابت تحت اثر سه عامل اولیه هدایت کننده خوردگی شامل اکسیژن، کلریدها و رطوبت قرار دارند. شمع ها بیشتر از سایر اعضای سازه ای در معرض خوردگی هستند، زیرا در نواحی فوق با پتانسیل بالای خوردگی قرار دارند، اما بخش هایی از شمع ها که زیر آب واقع شده اند، به دلیل کمبود اکسیژن در زیر آب، دچار خوردگی کمتری می شوند.

اعضایی مانند سرشمع ها، تیرها و عرشه ها در محیط دریایی فعال و در جایی که امواج و پاشش اتفاق می افتد، نسبت به محیط های با آسیب کم تر، نوعا تخریب های جدی تری را متحمل می شوند. به همین دلیل در سازه باراندازهای ساحلی، اعضای نزدیک به خشکی دچار تخریب های بیشتری نسبت به اعضای دورتر از ساحل هستند. در واقع وقتی ضربه امواج به شیب ساحل و دیوار ساحلی برخورد می کند، اسپری های مملو از یون های کلرید مستقیماً پرتاب شده و به این اعضاء برخورد می نمایند. نوع اسکلت سازه نیز نقش مهمی را در روند پیشرفت خوردگی بازی می کند. مثلاً باراندازهای با عرشه تخت که سطح زیرین آن ها فاقد سر شمع یا تیرهایی است که به وضوح دیده شوند، نسبت به باراندازهای رایج دارای عرشه های با سر شمع و تیر، خوردگی کمتری را دارند. علت این امر در کاهش گوشه های در معرض محیط است. گوشه های سازه ای به دلیل امکان نفوذ بیشتر کلر از دو وجه آنها و همچنین نیاز به فشار کمتر جهت تخریب سازه ای ناشی از احاطه نبودن کامل، با سرعت بیشتری دچار خوردگی، آسیب و تخریب می گردند.

خرابی بتن

تخریب سازه های دریایی بتنی ممکن است ناشی از اثرات فیزیکی یا شیمیایی آب دریا بر روی آنها باشد. خوشبختانه تجزیه بتن توسط خودش منجر به آسیب وسیع به سازه های مدرن نشده است ولی به هر حال از بین رفتن و آسیب پوشش بتنی روی میلگردها، عامل اصلی تشدید خوردگی فولاد روی بتن است. خرابی بتن امر بسیار پیچیده ای است، به دلیل آن که به پارامترهای متعددی بستگی دارد که به آسانی قابل تفکیک از یکدیگر نیستند و بسته به ترکیب مواد و محیط با درجات و شدت های متفاوتی عمل می نمایند.

اگر سازه کاملاً غوطه ور باشد، آسیب مصالح در اثر آب دریا اساس مربوط به فرآیند شیمیایی است. در ناحیه پاشش، خرابی و آسیب دارای ماهیت شیمیایی و فیزیکی است. عمل مکانیکی موج ها، تورم و انقباض ناشی از تر و خشک شدن متناوب، شرایط جوی (باد، تابش مستقیم آفتاب، یخ زدگی) و   شیمیایی میلگردهای فولادیفرآیندهای فیزیکی هستند که با فرآیندهای مخرب شیمیایی جمع شده اند. تخریب بتن غوطه ور در آب به عواملی چون تشکیل ترکیب اترینگایت، واکنش قلیایی- سیلیسی و خوردگی محدود می گردد و بتن در ناحیه پاشش و ناحیه جوی در معرض پدیده یخ زدن و آب شدن نیز هست.

استفاده از لاستیکهای فرسوده در بتن

در هر سال فقط در ایالات متحده 250 میلیون تایر فرسوده به وزن بیش از 3 میلیون تن جمع آوری می شود. همچنین یکی از بزرگترین چالشهای محیط زیستی موجود در اطراف کلان شهرها در جهان نحوه بازیافت و حذف مواد لاستیکی زائد از چرخه زیست محیطی می باشد.

یکی از راه حلهای که برای حل این مشکل پیشنهاد شده است استفاده از ذرات لاستیک تایر بعنوان یک ماده افزودنی در مصالح بر پایه سیمان است. اگرچه بتن یک ماده محبوب و پراستفاده در مصالح ساختمانی است اما دارای تقطه ضعفهایی نیز می باشد . همانند مقاومت کششی پایین ، شکل پذیری پایین ، جذب انرژی کم، انقباض و جمع شدگی بتن (shrinkage) و در پی آن ترک خوردگی ناشی از آن و در نهایت ترکهای ناشی از عمل آوری نامناسب و سخت شدگی بتن (hardening and curing cracking).

یافته های جدید نشان می دهد که استفاده از ذرات تایرهای فرسوده به میزان زیادی می تواند این نقاط ضعف بتن را برطرف کند. هر چند استفاده از لاستیک در آسفالت بیشتر از یک دهه است که صورت می گیرد اما کاربرد آن در بتن بتازگی صورت گرفته است و تحقیقات زیادی بر امکان سنجی آن انجام شده.

هرچند این تحقیقات هنوز کامل نشده است اما روشهای آزمایشی مختلفی برای کاربرد این لاستیک ها حاصل گردیده است . معمولا جایگزینی کامل سنگدانه های درشت دانه(شن) و سنگدانه های ریزدانه(ماسه ) با لاستیک بدلیل کاهش مقاومت شدید مناسب بنظر نمی رسد.

ولی با جایگزینی نسبت کمی از آن با سنگدانه ها کاهش مقاومت ناچیزی صورت می گیرد که قابل صرفنظر کردن است. مطالعات نشان می دهد که میزان لاستیک نباید از 20-17 درصد کل حجم سنگدانه ها بیشتر شود . همچنین آزمایشها نشان می دهد که استفاده از لاستیک در مخلوط بتن سیمانی میزان انقباض و ترکیدگی بتن در اثر از دست دادن آب (drying shrinkage) ،شکنندگی و مدول الاستیسته بتن را کاهش می دهد و بطور کلی پایایی و دوام ( durability) و سرویس دهی بتن سیمانی را افزایش میدهد.

دکتر زاوو (Dr. Zhu) استاد دانشگاه آریزونا در آمریکا تلاشهایی را برای کاربرد بتن لاستیکی در پروژه های مسکونی و تجاری آغاز کرده است. او در نمونه خود در حدود 8 درصد وزن سیمان از لاستیکهای فرسوده ریزشده استفاده کرده است.