بخشی از مقاله
بررسي روش هاي افزايش دوام بتن و تاثير آن بر اقتصاد
خلاصه
امروزه بتن يکي از پرمصرف ترين مصالح ساختماني شناخته شده است . عليرغم تلاش هاي فراوان در راستاي بالا بردن مقاومت بتن و نيز دقت در مناسب بودن اجزاي تشکيل دهنده و نحوه ريختن وعمل آوري آن که خود موجب افزايش طول عمر کارکرد بتن در اکثر شرايط طبيعي و صنعتي مي گردد، خرابي هاي زودرس در سازه هاي بتني نشان دهنده نياز به بررسي پارامترهاي موثر بر دوام بتن مي باشند. توسعه پايدار و لزوم استفاده بهينه از مصالح در ساخت سازه هاي با دوام ، از جمله عواملي هستند که در سال هاي اخير از اهميت ويژه اي برخوردار شده اند. در اين مقاله به پارامتر هاي موثر بر دوام بتن با روش هاي مختلف بررسي شده و هزينه هاي ناشي از افزايش دوام بتن در کوتاه مدت و آثار اقتصادي آن در بلند مدت مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است . بررسي ها حاکي از آن است که اگر چه شايد در برخي از روش ها براي افزايش دوام بتن ، هزينه هاي اوليه از جهت تهيه مصالح بالا مي رود، اما در بلند مدت آثار مثبتي دارد که کاهش هزينه ها از جمله هزينه هاي مربوط به تعمير و نگه داري از پيامد هاي آن مي باشد.
کلمات کليدي: دوام بتن ، پوزولان ، صرفه اقتصادي
١. مقدمه
دوام بتن ساخته شده با سيمان هيدوليکي به صورت توانايي مقاومت در برابر شرايط جوّي، حمله مواد شيميايي، سايش و يا هرگونه فرايندي که موجب زوال بتن گردد، تعريف ميشود. بتن با دوام ، شکل اصلي ، کيفيت و سرويس دهي مطلوب خود را در صورت قرار گرفتن در محيط مورد نظر حفظ مي - کند. اگر بتن طراحي، آزمايش ، تهيه ، جاي دهي، پرداخت و عمل آوري مناسبي داشته باشد، ده ها سال با کمترين نياز به تعمير و نگهداري، خدمت دهي مورد نظر را خواهد داشت [١] .
بر اساس ماهيت پديده هاي مخرب بتن ، اجزاي مختلف اين ماده همچون سيمان ، سنگدانه و يا عوامل مسلح کننده بتن نظير آرماتورها، آسيب ميبينند. از اين رو بايد پارامترهاي تاثيرگذار بر دوام بتن شناسايي و مورد بررسي قرارگيرند. نفوذپذيري به عنوان مهم ترين پارامتر اثرگذار بر دوام بتن شناخته ميشود. ازاين رو ابتدا به تعريف و بررسي اين پارامتر مهم و نيز خرابيهاي بتن پرداخته ميگردد تا با شناخت آن ها راهکارهايي براي کاهش خرابيها معرفي شود.
٢. نفوذپذيري
بتني که ميزان نفوذپذيري کم و يا ناچيزي داشته باشد، هم فضاي مورد نياز براي انتقال نمک ها و آب در بتن و به تبع آن پديد آمدن خرابيهاي شيميايي را دارا نبوده و هم در شرايط سردسير، امکان يخ زدن آب در درون منافذ موئينه و به دنبال آن ترک خوردگي در بتن کاهش مي يابد. در نتيجه بتن با نفوذپديري کم ، دوام بالايي خواهد داشت .
نفوذپذيري بتن ناشي از منافذ موجود در خمير سيمان و نيز در سنگدانه ميباشد. علاوه بر اين در داخل محيط بتن نيز منافذي وجود دارد که به - علت عدم تراکم کافي و ضعف در مراحل ساخت و ريختن بتن پديد ميآيند. در مورد بتني که کاملاً متراکم شده باشد و سنگدانه ها نيز داراي کيفيت مناسبي باشند نفوذپذيري خمير سيمان عامل اصلي نفوذپذيري بتن است [٢]. البته بايد به اين نکته توجه داشت که ارتباط بين منافذ موئينه بتن نقش مهمي در دوام بتن دارند.
٣. خرابيهاي بتن
خرابيهاي بتن در دو دسته شيميايي و فيزيکي دسته بندي ميشوند. خرابيهاي فيزيکي بر اثر عوامل فيزيکي نظير يخ زدن آب و يا سايش رخ ميدهند و خرابيهاي شيميايي به دليل واکنش شيميايي يک عامل خارجي با اجزا بتن و يا يکي از اجزا بتن با جز ديگر پديد ميآيند. البته لازم به ذکر است تمايز بين عوامل فيزيکي و شيمياي کاملاً اختياري بوده و در عمل ، اين دو اغلب مکمل هم مي گردند [٣]. در بتن مسلح شده توسط فولاد عواملي که موجب خوردگي آرماتور شده و به طبع آن به بتن آسيب وارد ميکنند، عملکرد سازه را مختل مي نمايند. از اين رو کنترل اين عوامل اهميت خاصي در طراحي بتن سازه هاي بتني مستقر در محيط -هايي با شرايط خورندگي بالا دارند. در ادامه تعدادي از خرابيهاي فيزيکي و شيميايي به اختصار آورده شده اند [٣] :
. علل فيزيکي آسيب ديدگي بتن .
o ترک خوردگي .
- قرار گرفتن در معرض شرايط دمايي شديد مانند يخ زدن و آب شدن ، آتش .
- بارگذاري سازه مانند بار بيش از حد و ضربه ، بارگذاري دوره اي.
- تغيير حجم مانند گراديان معمولي دما و رطوبت ، فشار ناشي از تبلور نمک ها.
o سايش سطحي .
- خلأ زايي.
- فرسايش .
- سايش .
. علل شيميايي آسيب ديدگي بتن .
o واکنش هايي که شامل تشکيل مواد انبساط زا ميباشند.
- حمله سولفاتي که اترينگايت و گچ متبلور تشکيل ميدهد.
- واکنش قليايي سنگدانه ها.
- خوردگي فولاد در بتن .
- هيدراتاسيون CaO و MgO متبلور.
o واکنش هاي تبادلي بين مايع مهاجم و اجزاي خمير سيمان سخت شده .
- محلول اسيدي که تشکيل ترکيب هاي حل شدني کلسيم ، سولفات کلسيم ، استات کلسيم يا بيکربنات کلسيم ميدهد.
- محلول اسيد اکساليک و نمک هايش که تشکيل اکسالات کلسيم ميدهند.
- حمله درازمدت آب دريا که C-S-H را بوسيله جايگزيني +Mg٢ با +Ca٢ تضعيف ميکند.
o واکنش هايي که شامل هيدروليز و تراوش اجزاي سيمان ميشوند.
- حمله آب سبک به هيدروکسيد کلسيم و C-S-H موجود در سيمان هاي پرتلند هيدراته شده .
با توجه به علل خرابيهاي بتن ، ميتوان راهکارهايي براي کنترل خرابيها به کار گرفت . از جمله اين راهکارها، استفاده از نسبت آب به سيمان پايين در بتن ، اجراي مناسب و اعمال تراکم کافي در بتن ، در نظر گرفتن پوشش کافي بتن بر روي آرماتورها بسته به شرايط محيطي، عمل آوري صحيح ، استفاده از سنگدانه ها با کيفيت و دانه بندي مطلوب ، به کار بردن نوعي از سيمان که با شرايط پروژه هماهنگي دارد، بهره بردن از افزودني هاي مناسب بتن نظير فوق روان کننده ها و مواد افزودني حباب هواساز، استفاده از مواد پوزولاني و ... ميباشند [٣]. در اين تحقيق ابتدا هريک از راهکارها از لحاظ فني بررسي ميگردند. سپس هزينه هاي کوتاه مدت و بلندمدت از جنبه هاي مختلف ، براساس نتايج حاصل از بررسي پروژه هاي متفاوت مورد تجزيه و تحليل و مقايسه واقع ميشوند.
٤. بررسي فني
١.٤. نسبت آب به سيمان
به طور کلي براي يک درجه هيدراتاسيون مشخص ، هرچه که نسبت آب به سيمان بيشتر باشد، حجم منافذ بزرگ در خمير سيمان هيدراته شده بيشتر مي گردد. هم چنين مقدار آبي که در يک دماي معين يخ مي زند، با افزايش نسبت آب به سيمان افزايش مي يابد. به همين علت ميزان اهميت نسبت آب به سيمان در مقاومت بتن در برابر يخ زدگي توسط آيين نامه هاي ساختماني مشخص شده است [٣] .
٢.٤. اجراي مناسب و اعمال تراکم کافي
از مهم ترين ملزومات بهبود اجرا و پيرو آن اعمال تراکم کافي در بتن ، استفاده از تجهيزات و ماشين آلات با ويژگي هاي مناسب و به کارگيري نيروي انساني ماهر و متخصص در زمينه کار مربوطه است . از ويژگي هاي تجهيزات و ماشين آلات مي توان به موارد زير اشاره کرد:
. ميزان پيشرفتگي تکنولوژي ساخت
. ميزان تطابق با استانداردهاي روز دنيا
. مقدار انرژي مصرفي براي به راه اندازي
. عمر مفيد و سن کنوني دستگاه
. تعداد نيروي انساني لازم براي استفاده
. سرعت عمل
. هزينه هاي تعمير ونگهداري
. ابعاد وسيله
. قابليت کار در شرايط آب و هوايي مختلف
٣.٤. در نظر گرفتن پوشش کافي بتن بر روي آرماتورها بسته به شرايط محيطي
پوشش بتني روي ميلگردها، حداقل فاصله بين رويه ميلگردها، اعم از طولي يا عرضي، تا نزديک ترين سطح آزاد بتن مي باشد. ضخامت پوشش بتني ميلگردها به شرايط محيطي و نوع قطعه مورد نظر بستگي دارد [٤]. در واقع اين ضخامت بايد داراي مقادير حداقلي باشد تا از خوردگي ميلگردها در برابر عوامل جوي محافظت نمايد. لازم به ذکر است ، با خوردگي ميلگردها، افزايش حجم رخ داده که موجب ترکخوردگي و يا از بين رفتن المان سازه اي مورد نظر ميگردد. خوردگي در محيط هاي حاوي يون کلرايد شديدتر است و به همين دليل رعايت پوشش بتن بر روي آرماتور اهميت بيشتري دارد. اصولا محيط هايي نظير اسکله هاي مستقر در خليج فارس از دسته محيط هاي با خطر خوردگي خيلي شديد ميباشند.
٤.٤. عمل آوري صحيح
عمل آوري فرآيندي است که طي آن از افت رطوبت بتن جلوگيري و دماي بتن در حدي رضايت بخش حفظ مي شود. عمل آوري بتن بر ويژگي هاي بتن سخت شده از قبيل ميزان نفوذپذيري و مقاومت در برابر يخ زدن و آب شدن اثري به سزا دارد. عمل آوردن بايد بلافاصله پس از تراکم بتن آغاز شود تا بتن در برابر عوامل زيان بار مورد محافظت قرار گيرد. عمل آوردن بتن از مراقبت و محافظت و گاهي پروراندن تشکيل مي شود[٤] . با پيشرفت هيدراتاسيون ، اندازه بسياري از منافذ کاهش يافته و اتصال بين منافذ از بين ميرود. در نتيجه با افزايش زمان عمل آوري بتن ، ميزان نفوذپذيري خمير
سيمان کاهش پيدا ميکند. جدول زير نشان دهنده اين روند است [٥]:
