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.
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.
خطا در طراحی سازه‌ی بتنی، می‌تواند آسیب‌های بسیاری را به بتن وارد کند. ساده‌ترین حالت زمانی است که به سازه باری وارد می‌شود که برای تحمل آن طراحی نشده است. یکی دیگر از خطاهایی که رخ می‌دهد، پیش‌بینی نکردن جای عبور لوله‌های برق و جعبه‌های خروجی است. سوراخ کردن بتن پس از سخت شدن آن، آن هم در موقعیتی در نزدیکی سطح آن، باعث به وجود آمدن ترک بر روی آن و ورود رطوبت به بتن می‌شود. طبیعی است که در چنین حالتی بتن زمان زیادی دوام نمی‌آورد و دچار آسیب دیدگی‌های مختلفی از جمله یخ زدن آب (افزایش حجم و در نتیجه شکست بتن)، واکنش قلیایی سنگدانهها و خوردگی آرماتورها می‌شود.
فلزات ظرفیت گرمایی پایینی دارند و در هنگام سرد یا گرم شدن هوا، درجه حرارتشان به سرعت تغییر می‌کند. بر اثر تغییر دما تغییر شکل می‌دهند؛ کاهش دما باعث کاهش حجم و افزایش دما باعث افزایش حجم فلزات می‌شود. اگرآرماتور داخل بتن بر اثر برودت یا گرمای هوا دچار تغییر دمای زیاد و ناگهانی شود، نیروی کششی یا فشاری به بتن وارد می‌کند. بتن در برابر نیروی فشاری مقاوم است، اما مقاومت در برابر نیروی کششی بسیار پایین است (در اصل ازآرماتور استفاده می‌کنند تا مقاومت کششی بتن بالا برود). در نتیجه‌ی این نیروی فشاری که به آن وارد می‌شود، بتنترک خورده و شرایط برای آسیب دیدگی‌های دیگر مهیا می‌شود. در سازه‌های مفصل‌دار، اگر مفصل مناسبی برای آن سازه طراحی نشود، بتن دچار مشکل و آسیب دیدگی می‌شود. این نوع آسیب دیدگی هم در دسته‌ی خطا در طراحی قرار می‌گیرد.
دیگر خطایی که در این دسته قرار می‌گیرد، استفاده‌ی اشتباه از ترکیب بتن در جای نامناسب است. به طور مثال، استفاده از بتن در قسمتی از سازه که بزرگ و قطور است، باعث می‌شود تا بتن دچار آسیب دیدگی شود. اما چگونه؟ روند سخت شدن بتن فرآیندی گرماده است و وقتی مقدار بتن زیاد باشد، این گرما به حد بسیار بالایی می‌رسد و باعثترک‌خوردگی بتن می‌گردد. برای سازه‌هایی که نیاز به بتن زیادی دارند، بایستی از بتن با گرمادهی پایین استفاده کرد و اقدامات لازم و ویژه‌ای برای سرد شدن آن انجام داد. استفاده از بتن غیر متناسب با آرماتورها هم باعث آسیب دیدگی بتن می‌شود و در این دسته قرار می‌گیرد. بتنی که متناسب با فلزات (آرماتورهای مورد استفاده) نباشد، باعث خوردگی آرماتور شده و خسارت زیادی بر بتن وارد می‌کند.
ترمیم خسارتی که بر بتن بر اثر خطا در طراحی وارد آمده، می‌تواند بسیار سخت باشد. چون در موارد بسیار، تغییر دادن شرایطی که منجر به آسیب دیدن بتن شده، دشوار است. در بسیاری از موارد، بایستی قسمت اعظمی از بتن جایگزین شود، آرماتورها عوض شوند تا شرایط تغییر کند و بتن دوباره دچار آسیب دیدگی نشود. در ترمیم بتن آسیب دیدهتوسط خطا در طراحی، استفاده از بتن پلیمری و تزریق رزین معمول است. برای ترمیم بتن‌هایی که از فولاد تقویت شدهاستفاده کرده‌اند، معمولاً تزریق 2 تا 3 اینچ بتن کافی است. اما در مواردی که میزان خوردگی خیلی بالا و پیشرفته است، این مقدار بایستی افزایش یابد.
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.
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.