بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

تاثیرات ناشی از نفوذ آب و پایداری در سازه های بتنی

چکیده
در «معماری پایدار» به عنوان رویکرد ایجاد محیط پایدار که بر «معماری حساس به محیط» مبتنی است، تعابیر متفاوت از «حساسیت محیطی» و عدم وفاق بر یک مفهوم واحد از پایداری در ادبیات معماری پایدار (که خود ناشی از مواضع اخلاقی متفاوت و شرایط سیاسی، اقتصادی و زیست محیطی مختلف می باشد) به برداشت های متنوعی از مفهوم معماری پایداری منجر شده است. بطوری که امروزه اصطلاح معماری پایدار برای طیف وسیع و متنوعی از رویکردهای حساس به محیط بکار گرفته می شود. از جمله این رویکردها می توان به تاثیر سازه پایدار بر معماری پرداخت. نسبت سازه پایدار با معماری پایدار همانند نسبت ظرف است به مظروف، تا ظرفی پایدار نباشد مظروفی پایدار فاقد اعتبار است. بر این اساسی در این پژوهشی به بررسی راه های نفوذ رطوبت در سازه و واکنشهای مخرب ناشی از نفوذ رطوبت پرداخته و با بررسی آنها راههای متداول محافظت از سازه در برابر آب با هدف داشتن سازه ای پایدار ارائه می شود. این پژوهش بر مبنای مطالعات کتابخانه ای - رایانه ای صورت گرفته و نتایج حاصل در این مقاله ارائه شده است.

تعریف
واژه توسعه پایدار از اواسط دهه 70 میلادی و پس از بحران نفتی سال 1973، بسیار بکار رفته است. امروزه، بحث توسعه پایدار، یکی از بحثهای بسیار مهم و رایج در سطح بین المللی است. سازمانها و نهادهای پر طرفدار محیط زیست در جهان و همچنین سازمان ملل از مهمترین ارگانهای دخیل در این امر هستند. بحث جدی و کارشناسانه در این مورد، پس از بحران مذکور، آغاز شد که نقطه اوج این بحثها، در سال 1992 به کنفرانس جهانی توسعه پایدار، معروف به "اجلاس زمین" در شهر ریودوژانیرو برزیل انجامید که بعدها به اجلاس ریو مشهور شد و در آن قطعنامه ای برای ارائه راه بردهایی در جهت توسعه پایدار کشورهای جهان صادر شد و کشورهای جهان ملزم به پیرویی از این قطعنامه شدند. چند سال بعد همایش هایی جهت اجرایی تر کردن مصوبات قبلی در سطح جهانی بود. مهمترین تعریفی که در اجلاس ریو از توسعه پایدار ارائه شده، بدین قرار است: توسعه ای که نیازهای کنونی بشر را بدون مخاطره افکندن نیاز نسلهای آینده، برآورده ساخته و در آن به محیط زیست و نسلهای فردا نیز توجه شود. محور تمامی تعاریف توسعه پایدار توجه به نسلهای بعدی، آینده محیط زیست و حفاظت از محیط زیست جهانی، بوده است.|| 3 |
هدف اصلی توسعه پایدار، تأمین نیازهای اساسی، بهبود و ارتقاء سطح زندگی برای همه، حفظ و اداره اکوسیستم ها و آینه امن تر و سعادتمند ذکر شده است. [[] توجه به فرهنگ، ویژگیهای بومی و تجربیات گذشته، بهره گیری از انرژی های تجدید شونده و پرهیز از بکارگیری انرژی های تجدید ناپذیر از اصول توسعه پایدار است، گرایش به این مسئله در معماری معاصر ایران، که با تفکرات و مصالح مورد استفاده در معماری سنتی فاصله زیادی گرفته است، امری ضروری بنظر می آید. معماری نوین بر مبنای پایداری است. حقیقت فانی بودن منابع انرژی و نتایج تخریب و از بین رفتن محیط طبیعی مان به طور شفاف بر منشی زندگی و فرهنگمان تأثیر خواهد گذاشت. نتیجه منطقی این است که باید مفاهیم پایداری را در معماریمان بکار ببریم و به یک دید طولانی مدت نیازمندیم نه یک ارضایی کالبدی کوتاه مدت، از این رو نقطه نظرات اقتصادی و هنری هر دو نقش اساسی در توسعه پایدار ایفا می کنند. || 2 ||
وقتی که یک ماده معدنی ساختمانی در برابر آب قرار می گیرد، بسته به میزان خلل و فرج موجود در آن، مقداری آب جذب می کند، این رطوبت واکنشهای شیمیایی مخربی بوجود می آورد. در برخی از این واکنشها، آب واکنش دهنده است، ولی در بیشتر واکنش ها آب نقش حلال و واسطه واکنش را ایفا می کند. نمای خارجی بناها از جمله پل ها، تونل ها و ساختمانها ( بناهای آجری، سیمانی، بتنی، و...) نمونه های بارز و مشهودی هستند که علاوه بر صدمه بر پایائی سازه منظر نامطلوبی نیز از نظر ظاهر و زیبائی نما (و همچنین شهرمان) دارند.
خسارات ناشی از رطوبت شامل: ترک های ناشی از تورم و انقباضی، خسارات ناشی از یخ زدگی و ذوب شدن یخ ها، شوره زدگی و خسارات ناشی از نمک ناشی از هیدراته شدن ( جذب آب و کریستال سازی)، کثیف و چرک شدن سطح، خوردگی شیمیایی و تغییر شکل های ترکیبات بر اثر تولید گازهای اسیدی و SO، اختلال در تغییرات و عایق گذاری و خصوصیات حرارتی، تخریب بتن بر اثر خوردگی آرماتورها و غیره می شود.
1. رطوبت در سازه ها به سه طریق جذب می شود که تغییرات ساختاری در مصالح و سازه ها پی خواهد داشت:
1. جذب آب شریانی (مویینگی) جذب آب شریانی،
یکی از مهمترین عوامل جذب آب توسط سازه های بنایی و مواد ساختمانی در مقادیر و حجم زیاد در زمان کوتاه است. میزان جذب این آب بسته به قطر و شعاع شریان موجود در سازه می باشد. حفره های موجود در سازه سه نوع می باشند:
میکرو حفرات و حفرات ژل مانند که دارای شعاعی کمتر از 10 (حفرات ژلی کمتر از 10) هستند. این حفرات کوچک اجازه و امکان نشت شریانی را ندارند. فقط بخار آب می تواند این حفرات را پر نماید. بنابراین در سازه هایی که تعداد و درصد حفرات میکرو در آنها بیشتر است تقریباً نفوذ ناپذیر هستند و خیلی سخت به حالت اشباع می رسند و همچنین مواد ضد آب کننده نمی تواند به داخل آنها نفوذ کنند.
حفراتی با شعاع بین 10 تا 10 به عنوان حفرات شریانی (مویینه) شناخته می شوند و این حفرات نقش جریان های مویینه هدایتگر را ایفا می کنند و قادرند که آب و مایعات دیگر را بر اساس نوع آن به لایه های زیرین سازه منتقل نمایند. سازه هایی با چنین حفراتی بهترین گزینه جهت مقاوم سازی با آب بندها و ضد آب کننده ها هستند.
حفرات هوایی نوع سوم حفراتی هستند که دارای شعاعی بیش از 10 دارند، شبیه میکرو حفرات جهت ایجاد جریان شریانی مناسب نیستند. مواد معدنی ساختمانی معمولا بر اساس قانون " جذر دوم زمان " آب جذب می کنند اگر W معرفی کننده میزان جذب آب توسط یک مصالح معدنی باشد W ضریب ثابت جذب آب مصالح باشد و t زمان جذب آب با استفاده از فرمول زیر می توان جذب آب را حساب کرد

به طور واضح تر W یا همان ضریب ثابت جذب آب معرف میزان حفرات شریانی در مصالح است و خصوصیات آن را نشان می دهد. ضریب ثابت W بر اساس استاندارد 17 526 DIN برای هر مصالح بدست می آید.( شکل شماره 1) منحنی جذب آب مصالح ساختمانی مختلف را نشان می دهد. میزان W از kg 0/15 برای بتن مهندسی خیلی فشرده شروع شده و به kg 11/5 برای آجر با جذب بالا می رسد.

2.1ء جذب آب از طریق رطوبت هوا
مواد ساختمانی نه تنها از طریق مستقیم آب جذب می کنند، بلکه از طریق مکانیسمی به نام فشار اتمسفریک (تغلیظ شریانی) نیز رطوبت جذب می نمایند که این امر بر اثر میزان گازهای اتمسفر اتفاق می افتد هوا قادر است بر اساس درجه حرارت محیط مقادیر مختلفی آب در خود حمل کند. برای مثال در رطوبت 100 ٪ و در دمای 20 سانتیگراد مقدار gr/m 17 آب در هوا وجود دارد که این رطوبت می تواند بر سطح سازه اثر گذار باشد.(شکل شماره 2) میزان رطوبت موجود در سازها و مواد مختلف بنایی و درجه حرارت و رطوبت مورد نظر را نشان می دهد.

3.1. جذب آب وابسته به نمک
نمک ها شدیداً جاذب الرطوبت هستند، لذا میزان و مقدار نمک های محلول در آب که بعد از تبخیر در عمق و سطح سازه باقی می مانند، میزان جذب آب مصالح ساختمانی و تعادل آن را بهم می زند و آن را افزایش می دهد و همچنین مقدار جذب توسط بخارهای موجود در هوا نیز افزایش می یابد. این مقدار جذب اب بر اساس ماهیت طبیعی و ساختار شیمیایی نوع نمک متفاوت است. با تغلیظ این نمک ها در سازه ساختمانی مقدار جذب بیشتر و بیشتر می شود. در جاهایی که در ساختمان مصالح بکار رفته
شده نیترات نیز باشد این مقدار جذب آب بسیار وخیم تر خواهد شد.
2. واکنشهای مخرب شیمیایی ناشی از نفوذ رطوبت [6] 1.2 ه واکنش سیلیکا- قلیایی (ASR) مصالح ساختمانی سیمانی معمولی در طبیعت با PH بیشتر از 13 بسیار قلیایی هستند. علت این مساله وجود 2(Ca(OH است. مولفه اصلی ساختار سیمان، پیوند سیلیکاتی (Si-O-Si)است. پیوند سیلیکاتی می تواند در محیط قلیایی قوی تبدیل به کریستالهای آلکالی شده و مورد حمله قرار گیرند و در نتیجه با تشگیل گروه هیدروفلیک SiO مصالح خاصیت آبدوست پیدا خواهند کرد، بعلاوه چون پیوند Si-O-Si به دو گروه سیلانول (Si-OH) تبدیل تبدیل می شود. این سیلیکاژل 4 برابر پیوند Si-O-Si معمولی حجم داشته و فشار اضافی ایجاد می کند در نتیجه سیمان دچار ترک می شود. همانطور که گفته شد سیلیکاژل اضافی بیشتر از مصالح اصلی آب جذب کرده و واکنشهای ASR را تسریع می کند


کربنات شدگی
کربنات شدگی فرایند طبیعی تخریب مصالح ساختمانی است و عمر هر سازه سیمانی با سرعت واکنش کربنات شدگی مشخص می شود. هوادارای 0.03 درصد گاز دی اکسید کربن است . هنگامی که آب دی اکسید کربن را در خود حل می کند، به علت تشکیل اسید کربنیک (H2CO3) اسیدی می شود. اسید کربنیک می تواند با 2(Ca(OH مصالح سیمانی واکنش دهد و CaCO3 ایجاد کند. این واکنش PH مصالح را پایین می آورد و وقتی PH به 8 نزدیک شود تقریباً تمامی 2(Ca(OH با CaCO3 جایگزین می شود. بنابراین 2(Ca(OH که ماده کریستالی و مستحکمی است که با CaCO3 غیر کریستالی جایگزین شده و باعث ستی و ضعف سازه می گردد.
3.2. حمله باران اسیدی
باران اسیدی بیشتر به دلیل عوامل محیطی بوجود می آید.(شکل شماره 4) استفاده از سوختهایی فسیلی در اتومبیل یا محیط های صنعتی و نیروگاههای برق و ... می تواند اکسید سولفور و اکسید نیتروژن ایجاد کند. این اکسید ها هنگام ترکیب شدن با آب یا در هنگام بارندگی، اسید سولفوریک و اسید نیتریک ایجاد می کنند که اسیدهایی بسیار قوی می باشند. این اسید ها می توانند با همه مصالح از جمله تمامی مصالح سیمانی، ماسه سنگ، آجر و ... واکنش دهند که در مصالح بتونی، واکنش 2(Ca(OH باعث تولید نمک های 2(Ca(NO3و CaSO4 می شود. با بوجود آمدن این نمک ها آنها ساختاری بسیار ضعیف تر پس از آن ساختار کریستالی 2(Ca(OH تشکیل می شود.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید