بخشی از مقاله
چکیده
به دلیل فعالیت های ساحلی در سالهای اخیر عملکرد بتن در محلیطهای دریایی بسیارمورد توجه قرار گرفته است و محققان بسیاری به این موضوع پرداخته اند .برای بتن در محیط های دریایی به نظر می رسد رابطه مستقیمی بتن تراوایی پایین قدرت بالا و دوام خوب وجود دارد. بنابراین سازه های دریایی مانند ساختمان های بندر و سکوهای ساحلی با استفاده از بتن با کیفیت بالا ساخته می شوند.به طور کلی بتن دارای خلل وفرج با اندازه های متفاوت از چند آنگستروم تا چندین میلیمتر است. این سیستم خلل و فرج کم و بیش از محلول هایی شامل مقادیر نمک های مختلف انباشته می شود . مشکلات مربوط به کاربرد بتن مسلح در محیط های دریایی کاملا شناخته شده اند .
این مشکلات سبب شده اند تحقیقات گسترده ای در رابطه باخوردگی بتن و فلزات در سازه های بتنی صورت گیرد.آسیب های ناشی از خوردگی همچنین می تواند به صورت ترک های موازی با جهت قرارگیری میلگرد در بتن دیده می شود. که درنهایت باعث ترک خوردگی و خوردشدن بتن می شود که در نتیجه آن سرعت خوردگی افزایش می یابد . خوردگی فولاد مسلح کننده بتن از فرآیند الکتروشیمیایی همراه با واکنشهای آندی و کاتدی نتیجه می شود.اثر فرآیندهای ناشی از خوردگی،آهن تبدیل به یون های هیدراته با دو الکترون می شود.این دو الکترون جهت تطبیق با واکنش های کاتدی به ناحیه مثبت انتقال می یابد.
آسیب دیدگی و تجزیه ساختارهای بتنی تحت تاثیر سیالات خورنده ، گازهای مرطوب و غیره به عنوان خوردگی بتن شناخته شده است.خوردگی بتن یک فرآیند شیمیایی و گاهی فیزیکی- شیمیایی است.در حالی کهفرآیند خوردگی بتن مسلح ، صرفاً الکتروشیمیایی است بسیاری از اسکله های دریایی ، تسهیلات بارانداز و سکوهای نفتی در خلیج فارس که با بتن ساخته شده اند در معرض محیط دریایی قرار گرفته ودر نتیجه خورده می شوند در این مقاله سعی شده است که با استفاده از آب دریای مصنوعی جایگزین محیط،زمان مورد نیاز برای نفوذ یون های خورنده همانند کلر و اکسیژن به درون بتن ماسه ایاندازه گیری شود.
واژههای کلیدی: بتن ماسه ای , ریزدانه , خورندگی ,میکروسیلیس
-1 مقدمه
ساخت سازه هایی با دوام زیاد در شرایط ساحلی از عمده ترین معضلات بتن سازی می باشد. اکثر سازه های ساحلی به علت نفوذ کلرید و خوردگی میلگردهای واقع در بتن آسیب می بینند و ساختارهای میکروسکپی بتن در اثر ایجاد محصولات واکنش هیدراته شدن سیمان و آب دریا که غالباً CO2 محلول در آب و نمکهای منیزیم مانند MgCl2 وMgSo4 می باشند، آسیب می بینند .سرعت تخریب بتن به نوع سیمان و نسبت آب به سیمان و چنین عواملی بستگی پیدا می کند. در این پژوهش ابتدا به شناخت انواع سیمان و نحوهی حملهی سولفات ها و معرفی میکروسیلیس به عنوان عامل مقاوم در برابر حمله سولفات و خوردگی بتن می پردازیم.
انواع سیمان :
-1سیمان پرتلند - سیمان های موجود در بازار مانند تیپ 1 و2و..... - -2سیمان غیر پرتلند:در قدیم قیر,گچ ,آهک عمده سیمان های غیر پرتلند را تشکیل می داد ولکن امروزه انواع مواد پلیمری به عنوان سیمانهای غیر پرتلند مورد توجه قرار گرفته اند دومفید هستند البته مشکلات خاص خود مانند :عدم مقاومت دربرابر آتش,تغییر خواص در دراز مدت و از همه مهمتر قیمت بسیار بالا را دارند. انواع سیمان پرتلند : براساس استاندارد astm بر 5 نوع می باشند. - تجهیزات هر 5نوع مشابه ولی عمده اختلاف در مقدار مواد اولیه و درجه حرارت کوره است . -
تیپ -1سیمان پرتلند معمولی :
به طور معمول از این نوع در کار استفاده می شود مگر اینکه کار ویژگی خاصی داشته باشد . به سه دسته 1-325 و 1-425 و 1-525 که بر مبنای مقاومت 28 روزه برای 1-325 مقاومت برابر32/5 مگاپاسکال است .
تیپ - 2 پرتلند اصلاح شده :
با اصلاحات در خط تولید نوع سیمان درصد C3A در آن به 8 درصد محدود شده است . این امر با کاستن میزان خاک رس اولیه امکان پذیر است چرا که C3A حاوی اکسید آلومینیوم - AL2O3 - است این اکسید در خاک رس وجود دارد لذا برای کاهش بایداز خاک رس کاست .کاهش آن باعث هیدراتاسیون و همچنین مقاوم شدن در برابر حمله سولفات هاست . C3A در مجاورت آب با سولفات ها ترکیب شده ماده ای به نام اترنژیت به وجود می آورد که در اثر جذب آب متورم شده و ایجاد ترک می کند به این پدیده حمله ی سولفات ها می گویند.
تیپ -3پرتلند زود سخت شونده :
زمان گیرش مشابه نوع یک است اما مقاومت اولیه به سرعت زیاد می شود که در مقاومت 3روزه به مقاومت 7 روزه نوع یک می رسد نباید در بتن ریزی حجیم استفاده شود برای تولید مقدار C3A را افزایش می دهند که مقاومت اولیه را افزایش می دهد درصورت عدم دسترسی می توان از نوع 1-525استفاده کرد.
تیپ -4سیمان پرتلند با حرارت کم:
از طریق کم کردن C3A , C 3S حرارت هیدراتاسیون را تا حد زیادی کاهش و دربتن ریزی حجیم استفاده می شود -در دنیا کم است و می توان از تیپ 5 به جای آن می توان استفاده کرد , البته برای کاهش هیدراتاسیون از روش پیش سرد کردن یا پس سرد کردن استفاده می توان کرد .
تیپ -5 پرتلند ضد سولفات :
این نوع سیمان با هدف استفاده در جاهای که در معرض حمله سولفاتی است ساخته می شود درصد C3A به حداکثر5درصد محدود شده است,از آنجا که حرارت هیدراتاسیون این نوع سیمان ازنوع یک کمتر است می توان در بتن ریزی حجیم استفاده می شود.
بحث در مورد حمله ی سولفات ها :
تا مدت ها پس از بکار گیری سیمان معمولی در بتن در برخی مناطق بتن کم کم سفید شده پودر می شد و می ریخت , این معما توسط یک مهندس سوئدی به نام شلتون کشف شد شلتون نشان داد که در مناطقی که مواد سولفاتی وجود دارد , سولفات ها پس از نفوذ به درون بتن با C3A ترکیب شده و ماده ای به نام اترنژیت یا اترینگات به وجود می آورند این ماده جدید در اثر جذب آب متورم شده و باعث ایجاد ترک در بتن می شود که به این روند حمله ی سولفاتی می گویند.
بر مبنای این کشف کاهش میزان C3A در سیمان و تولید سیمان چون سیمان تیپ 5 به عنوان راه مقابله با سولفات ها ارائه شد . در روند حمله سولفات ها نکته ی مهم آن است که تخریب بتن در اثر پدیده شیمیایی ترکیب C3A نیست بلکه به علت پدیده ی فیزیکی انبساط اترنزیت در اثر جذب آب است.بعد ها مشخص شد که سولفاتها علاوه برترکیب با C3A به CA - OH - 2 نیز حمله کرده , در ترکیب با آن تولید سنگ گچ می کنندکه این محصول هم در مجاورت آب و با جذب رطوبت منبسط می شود و در بتن ایجاد ترک می کند از طرفی دیده می شود که استفاده از سیمان ضد سولفات - تیپ - 5 در مناطقی نظیرحاشیه خلیج فارس که موادسولفاتی به وفور وجود دارد برخلاف انتظار جوابگو نبوده , که این تخریب در اثرحمله کلریدهاست نه سولفات ها.
بدین شرح با کاهش میزان در کنار افزایش مقاومت در برابر سولفات ها , نفوذپذیری نیز زیاد می شود و کلرید ها راحتر به داخل بتن راه می یابند , کلرید به میلگرد حمله می کند و در آنها خورندگی به وجود می آورند که در نهایت منجر به تخریب بتن می شود از آنجا که در مناطق حاشیه خلیج فارس کلریدها نیز به میزان زیاددر محیط وجود دارنداین مشکل ظهور می کرد -جهت رفع معضل پیشنهاد شد در این مناطق از سیمان هایی استفاده شود که درصدC3A در آنها کمتر از 8 درصد باشد ولی کمتر از 5 درصد نشود که هم در برابر سولفات ها مقاومت کند و هم قابلیت نفوذ پذیری نداشته باشد به طور کلی چنین نیست که هر جا مساله وجود سولفات در محیط مطرح باشد از سیمان تیپ5 استفاده شود نوع سیمان مناسب با حمله سولفات ها علاوه برانتخاب سیمان مناسب باید به نکات دیگری توجه داشت:
-1سولفات ها در حلت محلول قادر به حمله به بتن هستند لذا یکی از راه های مقابله با حمله ی سولفات ها دور نگه داشتن بتن از رطوبت است نمونه ی این عملیات قلوه چینی پیرامون پی ساختمان ها جهت جلو گیری از نفوذ آب به پی است همچنین در ساخت بتن نباید از آب دارای سولفات استفاده کرد .
