علل فرسودگی و تخریب سازه های بتنی

بخش اول

خوردگي بتن

1.
علل فرسودگي وتخريب سازه هاي بتني

(CAUSESOFDETERIORATIONS )

علل مختلفي كه باعث فرسودگي وتخريب ساز هاي بتني مي شود همراه با علائم هشدار دهنده ديگري كه كار تعميرات را الزامي مي دارند در نخستين بخش از تحقيق مورد بررسي وتحليل قرار مي گيرند

1-1
نفوذ نمكها
(INGRESSOFSALTS)

نمكهاي ته نشين شده كه حاصل تبخير ويا جريان آبهاي داراي املاح مي باشند وهمچنين نمكهايي كه توسط باد در خلل وفرج وتركها جمع مي شوند . هنگام كريستاليزه شدن مي توانند فشار مخربي به سازه ها وارد كنند كه اين عمل علاوه بر تسري وشديد زنگ زدگي وخوردگي آرماتورها به واسطه وجود مكهات . تر وخشك شدن متناوب نيز مي تواند تمركز نمكها را شدت بخشد زيرا آب داراي املاح پس از تبخير املاح خود را به جا مي گذارد

1-2-
اشتباهات طراحي
(SPECIFICATIONERRORORS)

به كارگيري استانداردهاي امناسب ومشخصات فني غلط در رابه با انتخاب مواد روشهاي اجرايي وعملكرد خود سازه مي تواند ب خرابي بتن منجر شود

به عنوان مثال استفاده از استانداردهاي اروپايي وآمريكايي جهت اجراي پروژه هايي در مناطق خليج فارس ، جايي كه آب وهوا ومواد ومصالح ساختماني ومهارت افراد متفاوت با همه اين عوامل در شمال اروپا وآمريكاست، باعث مي شود تا دوام وپايايي سازه هاي بتني در مناطق ياد شده كاهش يافته ودر بهره برداري از سازه نيز با مسائل بسيار جدي مواجه گرديم

1-3-
اشتباهات اجرايي
(CON STUCTIONERRORS )

كم كاريها آ اشباهات ونقصهايي كه به هنگام اجراي پروژه ها رخ مي دهد ممكن است باعث گرد تا آسيبهايي چون پديده ي لانه زنبوري ، حفره هاي آب انداختگي جداشدگي ، تركهاي جمع شدگي ، فضاهاي خالي اضافي يا بتن آلوده شده ، به وجود آيد كه همگي آنها به مشكلات جدي مي انجامند

اين گونه نقصها واشكالات را مي توان زاييده ي كارائي در جه ي فشردگي سيستم عمل آوري ،آب مخلوط آلوده ، سنگدانه هاي آلوده و استفاده غلط از افزودنيها به صورت فردي ويا گروهي دانست

وجود كلريد آزاد در بتن مي تواند به لايه ي حافاظتي غير فعالي كه در اطراف آرماتورها قرار دارد آسيب وارد نموده وآن را از بين ببرد

خوردگي كلريدي آرماتورهايي كه درون بتن قرار دارند ، يك عمل الكتروشيميايي است كه بنا به خاصيتش ، جهت انجام اين فرايند ، غلظت مورد نياز يون كلريد ، نواحي آندي وكاتدي ، وجود الكتروليت ورسيدن اكسيژن به مناطق كاتد در سل

(CELL)
خوردگي را فراهم مي كند

گفته مي شود كه خوردگي كلريدي وقتي حاصل مي شود كه مقدار كلريد موجو در بتن بيش از 6/0 كليوگرم درهرمتر مكعب بتن باشد

ولي اين مقدار به كيفيت بتن نيز بستگي دارد

خوردگي آبله رويي حاصل از كلريد مي تواند موضعي وعميق باشد كه اين عمل در صورت وجود يك سطح بسيار كوچك آندي ويك سطح بسيار وسيع كاتدي به وقوع مي پيوندد كه خوردگي آن نيز با شدت بسيار صورت مي گيرد از جمله مشخصات

(FEATURES)
خوردگي كلريدي ، مي توان موارد زير را نام برد

الف

هنگامي كه كلريد در مراحل مياني تركيبات

(عمل وعكس العمل ) شيميايي مورد استفاده قرار گرفته ولي در انتها كلريد مصرف نشده باشد
.

(ب) هنگامي كه تشكيل همزمان اسيد هيدروكلريك ، درجه
PH
مناطق خورده شده را پايين بياورد . وجود كلريدها هم مي تواند به علت استفاده از افزودنيهاي كلريد باشد وهم مي تواند ناشي از نفوذ يابي كلريد از هواي اطراف باشد


فرض بر اين است كه مقدار نفوذ يونهاي كلريي تابعيت از قانون نفوذ
FICK
دارد . ولي علاوه بر انتشار


(DIFFUSION)
به نفوذ


(PENETRATION)
كلريد احتمال دارد به خاطر مكش موئينه


(CAPILARYSUCTION)
نيز انجام پذيرد


1-5-
حملات سولفاتي
(SULPHATE ATTACK)

محلول نمكهاي سولفاتي از قبيل سولفاتهاي سديم ومنيزيم به دو طريق مي توانند بتن را مورد حمله وتخريب قرار دهند. در طريق اول يون سولفات ممكن است آلومينات سيمان را مورد حمله قرار داده وضمن تركيب ، نمكهاي دوتايي از قبيل


: ETTRINGITE , THAUMASITE
توليد نمايد كه در أب محلول مي باشند


وجود اين گونه نمكها در حضور هيدروكسيد كلسيم ، طبيعت كلوئيدي


(COLLOIDL)
داشته كه مي تواند منبسط شده وبا از دياد حجم ، تخريب بتن را باعث گردد . طريق دومي كه محلولهاي سولفاتي قادر به أسيب رساني به بتن هستند عبارتست از

تبديل هيدروكسيد كلسيم به نمكهاي محلول در آب مانند گچ


(GYPSUM)
ومير ابليت
MIRABILITE
كه باعث تجزيه و نرم شدن سطوح بتن مي شود وعمل
LEACHING
يا خل وفرج دار شدن بتن به واسطه يك مايع حلال ، به وقوع مي پيوند

1-6-
علل ديگر
(OTHERCAUSES)

علل بسيار ديگري نيز باعث آسيب ديدگي وخرابي بتن مي شوند كه در سالهاي اخير شناسايي شده اند

بعضي از اين عوامل داراي مشخصات خاصي بوده وكاربرد بسيار موضعي دارند . مانند تاثير مخرب چربيها بر حاصله از عوارض مخرب فاضلابها ومورد استفاده قرار دادن سازه هايي كه براي منظورها ومقاصد ديگري ساخته شده باشند ، نه آنچه كه مورد بهره برداري است . مانند تبديل ساختمان معمولي به سردخانه ، محل شستشو ، انباري ، آشپزخانه ، كتابخانه وغيره . با اين همه اكثر آنها را مي توان در گروههاي ذيل طبقه بندي نمود

الف

ضربات وبارههاي وارده



(ناگهاني وغيره ) در صورتي كه موقع طراحي سازه براي اين گونه بار گذاريها پيش بينيهاي لازم صورت نگرفته باشد


(ب) اثرات جوي ومحيطي

(پ) اثرات نامطلوب مواد شيميايي مخرب
مقدمه
بتن حجيم : هر حجمي از بتن با ابعادي به اندازه كافي بزرگ كه نياز به تمهيداتي جهت جلوگيري از ايجاد تركهاي حرارتي دارد

درك بتن حجيم كليد كنترل دما و در نهايت حفظ زمن وهزينه هاي مصرفي مي باشد

مشخصات فني عموماً محدود كننده دماي بتن حجيم جهت جلوگيري از ترك حوردگ ومشكلات عديده دوام آن مي باشد . اين طور كه به نظر مي رسد دماي بتن حجيم بر اساس تجربه وبه طور دلخواه به صورت
C57
به عنوان داكثر دماي مجاز بتن و
C19 (F35)
به عنوان حداكثر پيمانكار بايد تمام مشخصات فني ونيازمنديهاي آنرا بدون چون وچرا رعايت نمايد . ولي بدون درك صحيح وكامل از بتن حجيم نگهداري دماي بتن در ان محدوده تعيين شده كاري بسيار دشوار مي باشد

اغلب اوقات در هر پروژه اي مشخصات فني آن ، به خوبي تمهيدات وسيعي را در جهت كنترل دما وپاسخگويي به نيازهاي آن مطرح كرده است . به هر حال ، چنانچه به اين موضوع توجه كافي نشود يا به خوبي درك نگردد . معين به مقدار قابل ملاحظه بيشتر است ، شده ومنجر به صدمه ديدن بتن وبه تاخير افتادن برنامه ساختماني خواهد شد

به علاوه در روند امروزي ، افزايش اندازه سطح مقطع بتن در نتيجه نياز به حداقل مقدار سيمان مصرفي زياد با نسبت آب به مواد سيماني پايين مي باشد وان نيز كنترل دماي بتن را چندين برابر دشوارتر مي نمايد

درك بتن حجيم كليد كنترل دما ودر نهايت حفظ زمان وهزينه هاي مصرفي مي باشد

بتن حجيم چيست ؟
سوالي كه اغلب اوقات مطرح مي شود اين است كه به طور مشخص بتن حجيم به چه نوع بتني اطلاق مي شو . طبق آئين نامه موسسه بين المللي بتن
Acl
كميته
R116 Acl
تعريف بتن حجيم بدين گونه است هر حجمي از بتن با ابعادي به اندازه كافي بزرگ باشد كه نياز به تمهيداتي جهت جلوگيري از ايجاد تركهاي حرارتي كه در بتن حجيم بر اثر حرارت زايي حاصل از واكنش شيميايي هيدراسيون آب با سيمان وپيامد تغييرات حم شكل ميگيرد دارد از آنجايكه كه اين تعريف ازنظر تعدادي سازمانها كافي اطلاق نشده بنابراين تعريف هاي خود را از بتن حجيم مطرح نموده اند . به طور مثال بعضي ها آنرا بدين گونه تعريف نموده اند هر قطعه بتني كه بعاد آن حداقل بزرگتر از 90 سانتي متر باشد بتن حجيم ناميده مي شود .طبق اين تعريف يك پي بتني با بزرگي ضخامت
90
سانتي متر بتن حجيم خوانده نمي شود ، ولي يك پي بتني با بزرگي ضخامت
1
متر بتن حجيم در نظر گرفته مي شود

در سزمانها ، حداقل ابعاد بكار گرفته در محدوده هاي

46/0
متر تا

2
متررا در نظر مي گيرند كه بستگي به تجارب كار گاهي گذشته آنان را در نظر مي گيرند ك بستگي به تجارب كارگاهي گذشته آنان دارد توجه اينكه هيچ كدام از اين تعاريف مقدار مواد سيماني مصرفي در بتن مورد ملاحظه قرار نداده است

آن چه با عملكرد بالا يا پايين وزود مقاومت رس در يك آلمان بتني استفاده دماي اين المان بسيار متفاوت تر از بتن مرسوم يك سازه بتني باشد
كنترل دماي بتن الزامي است ؟
حرارت زايي بتن به علت واكنش شيميايي هيدراسيون مواد سيماني مي شد بيشترين مقدار حرارت حاصل در روزهاي اوليه استقرار بتن مي باشد مقاطع بتني نازك همچون سس روكش كف ها تقريباً به مجرد ايجاد حرارت بتن به همان سرعت نيز درمحيط اطراف پراكنده مي شود در مقاطع بتني ضخيم تر

بتن حجيم

حرارت بسيار آهسته تر از توليد آن در اطراف پراكنده مي شود در مقاطع بتني ضخيم تر

بتن حجيم

حرارت بسيار آهسته تر از توليد آن در محيط اطراف پراكنده مي شود ودر نتيجه گرم شدن بتن حجيم را باعث مي گردد

مديريت كنترل دما جهت جلوگيري از صدمات حاصل از ترك خوردگي ، به حداقل رساندن تاخير برنامه كاري ورعايت مشخصات فني پروژه الزامي مي باشد . به خاطر كمبود تعريف استاندارد متحد هر الماني بتني را كه ابعاد آن برابر
90
سانتي متر يا بزرگتر باشد به عنوان بتن حجيم مورد ملاحظه قرار مي دهيم ملاحظات مشابه بايد درباره المانهاي بتني كه تحت چنين تعريفي قرار نگرفته ولي داراي سيمان تيپ ااا با مواد سيماني بيش از 355 كيلوگرم در هر متر مكتن مي باشد ، اعمال گردد

در بسياري مواقع ، در المانهاي بتني غير حجيم نيز مقدار قابل ملاحظه اي حرارت توليد مي شود


2-1-
حداكثر دماي بتن واختلاف دماي آن
اغلب اوقات جهت اطمينان بهتر وبرنامه ريزي مناسب قبل از استقرار بتن حداكثر دماي مجاز بتن واختلاف دماي آن مشخص مي شود . در بسياري مواقع گستره هاي مشخص شده به طور اتفاقي وخود به خود انتخاب شده ومشخصات فني پروژه را شامل نمي گردد

براي مثال ، مشخصات فني خاص از پروژه حداكثر دماي بتن را به
C75 (1354(
ودماي بتن را به (354


) C19
محدود مي نمايد . محدوديت هاي ديگر اغلب شامل مواردي مثل محدوديت هاي حداكثر وحداقل دماي بتن در زمان تحويل باشد
حداكثر دماي بتن
دماي بتن به دلايل بسياري محدود شده است . دليل اصلي آن براي جلوگيري از صدمه ديدن بتن مي باشد

مطالعات نشان داده است كه چنان چه حداكثر دماي بتن از استقرار آن صورت گيرد وبيش از اندازه محدوده 7تا 68 درجه سانتيگراد 165به 155 باشد دوام طولاني مدت بتن هاي خاصي مورد سازش قرار مي گيرد . مكانيزم صدمه اوليه ، شكل گيري اترينگايت تاخير افتاده
DFF
مي باشد ، كه باعث انبساط داخلي وترك خوردگي بتن مي شود كه امكان مشاهده آن در سالهاي متمادي پس از استقرار بتن موجود مي باشد

از دلايل ديگر محدود كننده حداكثر دماي بتن شامل كاهش زمان خنك كردن ، تاخيرهاي مرتبط وبه حداقل رساندن پتانسيل ترك خوردگي مربوط به انقباض وانبساط حرارتي است

درجه حرارت بالاي تراز
c88
سانتي گراد

(F1950 )
مي تواند سبب كاهش مقاوم فشاري مورد نظرشود

حداكثر اختلاف دما
حداكثر اختلاف دماي مجاز بتن اغلب مشخص كننده حداقل پتانسيل ترك خوردگي حرارتي مي باشد . اين اختلاف دما ، تفاوت بين دماي گرم ترين بخش بتن وسطح آن مي باشد . ترك خوردگي حرارتي وفني كه انقباض مربوط به خنك شدن در سطح بتن باعث تنشهاي كششي بيش از مقاومت كششي بتن باشد ، ايجاد شود
حداكثر اختلاف دماي مجاز
c 19
سانتي گراد


(f35)
اغلب اوقات در اسناد پيمانكار مشخص شده است

اين اختلاف دما يك راهنماي تجربي بر اساس بتن حجيم غير مسلحي كه در حدود 50 سال پيش در اروپا اجرا شده ، تعيين گرديده است . در بسياري موارد ، محدوديت اختلاف دماي
C19
سانتي گراد


( f35)
بيش از اندازه محدود شده است وترك خوردگي حرارتي ممكن است حتي در اختلاف دماي بالا تر بوجود نيابد

حداكثر اختلاف دماي مجاز تابعي از خواص مكانيكي بتن همچون انبساط حرارتي ، مقاومت كششي ، مادول الاستيسيته ونيز اندازه تنش هاي المانهاي بتني مي باشد

كميته
R/2/207/AC
مهيا كننده دستور العمل جهت محاسبه حداكثر اختلاف دماي مجاز براي جلوگيري ترك خوردگي حرارتي مبتني بر خواص بتن براي سازه هاي مشخص مي باشد

در زمانيكه بتن به مقاومت طراحي شده خود مي رسد ، حداكثر اختلاف دماي مجاز محاسبه شده بسيار بيشتر از
C19
سانتي گراد

(F35)
مي باشد . كاربرد حداكثر اختلاف دماي مجاز محاسبه شده مي تواند سبب كاهش قابل ملاحظه مدت زمان تمهيدا محافظتي ، همچون ايزوله كردن سطوح ونگهداري آن باشد

2-5-
پيش بيني دماي بتن
اغلب اوقات مشخصات فني مربوط به بتن حجيم به نوع سيمان خاص ، حداقل مقدار سيمان مصرفي وحداكثر مواد سيماني جايگزين سيمان نياز دارد به مجرد اينكه اين اطلاعات جمع آوري شدند . فرآيند پيش بيني لازم جهت حداكثر دماي بتن وحداكثر اختلاف دماي آن شروع مي شود . چندين روش پيش بيني حداكثر دماهاي بتن موجود مي باشد

يك روش ساده آن كه به طورخلاصه در اسناد موسسه سيمان آمريكا


(PCA)
يافت مي شود از اين قرار است